DE10030738C1 - Arrangement for determining the articulation angle between a towing vehicle and a trailer or semi-trailer - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung des Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger oder Auflieger. Die Anordnung enthält zwei Ultra-Schall-Transceiver, die auf zwei unterschiedlichen Signalstrecken Ultraschallimpulse aussenden und empfangen. Die Ultraschalltransceiver sind hierbei am Zugfahrzeug angebracht und senden die Ultraschallimpulse in Richtung Anhänger oder Auflieger. Am Anhänger oder Auflieger sind passive Reflektoren angebracht, deren Oberfläche zumindest einen Anteil der Signalenergie der einfallenden Ultraschallimpulse um 180 DEG wendet und entgegen der Einstrahlrichtung wieder zu den Transceivern zurückreflektiert. Die Ultraschalltransceiver sind über eine Schnittstelle mit einem Bordrechner verbunden, in dem aus den Laufzeiten der jeweiligen Ultraschallimpulse aus den beiden Meßrichtungen die Länge der Signalstrecken und aus den Signalstrecken und den geometrischen Abmessungen der Anordnung der Knickwinkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger oder Auflieger bestimmt wird.The invention relates to an arrangement for determining the articulation angle between a towing vehicle and a trailer or semi-trailer. The arrangement contains two ultra-sound transceivers that transmit and receive ultrasonic pulses on two different signal paths. The ultrasound transceivers are attached to the towing vehicle and send the ultrasound impulses towards the trailer or semi-trailer. Passive reflectors are attached to the trailer or semitrailer, the surface of which turns at least a portion of the signal energy of the incident ultrasound pulses by 180 ° and reflects back to the transceivers against the direction of radiation. The ultrasound transceivers are connected via an interface to an on-board computer in which the length of the signal paths and the signal paths and the geometric dimensions of the arrangement of the articulation angles between the towing vehicle and trailer or trailer are determined from the transit times of the respective ultrasound pulses from the two measuring directions.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a product with the features of the independent claim.

Die Bestimmung des Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger oder einem Auflieger ist bei der Fahrdynamikregelung von Lastzügen von Bedeutung. In der Ver­gangenheit hat man sich besonders für die Belange der Rückwärtsfahrt mit der Bestimmung des Knickwinkels auseinandergesetzt.The determination of the articulation angle between a towing vehicle and a trailer ora semi-trailer is important when regulating the driving dynamics of trucks. In the verOne is particularly concerned with the issues of backward travel with the destinationof the articulation angle.

So offenbart die DE 198 06 655 A1 eine elektronische Rangierhilfe für einen Lastwagen mit Anhänger. Der Anhänger ist über eine Deichsel mit der rückseitigen Anhängerkupplung des Lastwagens gekoppelt. Über Winkelaufnehmer werden die Stellung von Anhänger und Last­wagen zu Beginn der Rückwärtsfahrt ermittelt und über ein Steuergerät in Verbindung mit Abmessungs-Daten von Lastwagen und Anhänger beide auf errechneten Kreisbahnen allein durch aktive Lenkung am Lenkrad mittels Stellmotor geführt. Das System bedarf zahlreicher Winkelaufnehmer sowohl am Lastwagen als auch am Anhänger sowie an der Deichsel. Zu­dem müssen alle Winkelaufnehmer mit dem Steuergerät verbunden sein, was insbesondere eine elektrische Verbindungsleitung zwischen Lastwagen und Anhänger benötigt.DE 198 06 655 A1 also discloses an electronic maneuvering aid for a truckPendant. The trailer is connected to the rear trailer hitch by a drawbarTruck coupled. The position of the trailer and load are determined via angle sensorscar determined at the start of the reverse journey and via a control unit in connection withDimension data of trucks and trailers both on calculated circular orbits aloneguided by active steering on the steering wheel using a servomotor. The system requires moreAngle sensors on the truck as well as on the trailer and on the drawbar. Towhich all angle transducers must be connected to the control unit, which in particularan electrical connection line between the truck and trailer is required.

Um den zusätzichen Aufwand, der durch eine Signalübertragung zwischen Lastwagen und, Anhänger notwendig ist, einzusparen, hat man in der DE 198 34 752 A1 vorgeschlagen, die relative Positionsbestimmung von Zugfahrzeug zu Anhänger durch eine außermittige Ab­standsmessung per Ultraschall an zwei Punkten zu bestimmen. Die Vorrichtung nutzt den Gedanken, daß ein Zugfahrzeug mit Anhänger stabil rückwärts um eine Kurve fährt, wenn Lenkeinschlag und Position von Zugfahrzeug und Anhänger zueinander dieselben Werte an­nehmen, wie beim Durchfahren derselben Kurve vorwärts. Dazu werden bei Vorwärtsfahrt in kurzen Zeitabständen der Einschlagwinkel der gelenkten Räder des Zugfahrzeuges, die zuge­hörige relative Position von Zugfahrzeug zu Anhänger und die zugehörige Geschwindigkeit beim Einlenken in eine Kurve, bei Kurvenfahrt mit konstantem Radius und beim Auslenken aus einer Kurve gemessen und gespeichert. Bei Rückwärtsfahrt soll dann eine Steurung die gespeicherten Werte der Vorwärtfahrt abrufen und daraus den Lenkwinkel ermitteln.In order to avoid the additional effort caused by signal transmission between trucks andTrailer is necessary to save, has been proposed in DE 198 34 752 A1, therelative position determination of towing vehicle to trailer by an off-center Abto determine the position measurement by ultrasound at two points. The device uses theThoughts that a towing vehicle with a trailer stably reverses around a curve whenThe steering angle and position of the towing vehicle and trailer are the same to each othertake the same way as when driving the same curve forward. For this, when driving forward inshort intervals of the steering angle of the steered wheels of the towing vehicle, the zugerelative position of the towing vehicle to the trailer and the associated speedwhen turning into a curve, when cornering with a constant radius and when turning measured from a curve and saved. When reversing, a control should thenCall up stored values of the forward drive and determine the steering angle from them.

Das in der DE 198 34 752 A1 vorgeschlagene System hat den Nachteil, daß im praktischen Betrieb die zu durchfahrende Rückwärtkurve so gut wie nie zuerst mit einer Vorwärtskurve durchfahren werden kann. Z. B. bei Rückwärtsfahrt an eine Verladerampe, kann der zugehöri­ge Fahrweg nie zuerst durch eine Vorwärtsfahrt durchfahren werden. Weiterhin weiß jeder Lastkraftwagenfahrer, daß für die Rückwärtsfahrt, insbesondere beim Einleiten der Rück­wärtsfahrt völlig andere Lenkeinschläge benötigt werden, als bei der Vorwärtsfahrt für die entsprechende Kurve. Zudem haben praktische Laboruntersuchungen ergeben, daß bei der in der DE 198 34 752 A1 vorgeschlagenen Bestimmung des Knickwinkels mittels einer außer­mittigen Ultraschallmessung an zwei Punkten nicht mit hinreichender Sicherheit gewährlei­stet ist, daß die voneinder beabstandeten Ultraschalltransceiver auch ein reflektiertes Signal vom Anhänger zurückerhalten. Schon bei kleinen Knickwinkeln zwischen Zugfahrzeug und Anhänger nämlich wird das reflektierte Signal entsprechend der Reflexionsgesetze gestreut, so daß insbesondere bei der Verwendung von Transceivern, die zugleich als Sender als auch als Empfänger der Ultraschallsignale wirken, schon bei kleinen Knickwinkeln zwischen Zug­fahrzeug und Anhänger bzw. Auflieger keine brauchbaren Echosignale mehr an den Transceiver zurückgestreut werden.The system proposed in DE 198 34 752 A1 has the disadvantage that in practiceOperate the reverse curve to be traveled almost never with a forward curve firstcan be driven through. For example, when driving backwards to a loading ramp, the associatednever drive through the road first. Furthermore everyone knowsTruck drivers that for reverse travel, especially when initiating the returncompletely different steering angles are required than when driving forwardscorresponding curve. In addition, practical laboratory tests have shown that inDE 198 34 752 A1 proposed determination of the articulation angle by means of an exceptDo not guarantee the ultrasound measurement in the middle at two points with sufficient certaintyIt is a fact that the ultrasonic transceivers spaced apart from one another are also a reflected signalget back from the trailer. Even at small bend angles between the towing vehicle andNamely, the reflected signal is scattered according to the reflection laws,so especially when using transceivers that act as transmitters as wellact as a receiver of the ultrasonic signals, even at small bending angles between the trainvehicle and trailer or semitrailer no longer usable echo signals to theBackscattered.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung des Knickwinkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger oder Auflieger mittels Ultraschall anzu­geben.The object of the invention is therefore an improved device for determining theThe kink angle between the towing vehicle and the trailer or semitrailer can be ultrasonically detectedgive.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des unabhängigen An­spruchs. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten.According to the invention, this object is achieved by the features of the independent Ansaying. Further advantageous embodiments are contained in the subclaims.

Die Lösung gelingt durch eine Anordnung aus zwei Ultra-Schall-Transceivern, die auf zwei unterschiedlichen Signalstrecken Ultraschallimpulse aussenden und empfangen. Die Ultraschalltransceiver sind hierbei am Zugfahrzeug angebracht und senden die Ultraschallimpulse in Richtung Anhänger oder Auflieger. Am Anhänger oder Auflieger sind passive Reflektoren angebracht, deren Oberfläche zumindest einen Anteil der Signalenergie der einfallenden Ul­traschallimpulse um 180° wendet und entgegen der Einstrahlrichtung wieder zu den Transceivern zurückreflektiert. Die Ultraschalltransceiver sind über eine Schnittstelle mit einem Bordrechner verbunden, in dem aus den Laufzeiten der jeweiligen Ultraschallimpulse aus den beiden Meßrichtungen die Länge der Signalstrecken und aus den Signalstrecken und­den geometrischen Abmessungen der Anordnung der Knickwinkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger oder Auflieger bestimmt wird.The solution is achieved by an arrangement of two ultra-sound transceivers that are on twoSend and receive ultrasonic pulses on different signal paths. The ultrasound transceivers are attached to the towing vehicle and send the ultrasonic pulsestowards trailers or semi-trailers. There are passive reflectors on the trailer or semi-trailerattached, the surface of which at least a portion of the signal energy of the incident Ultrasound impulses by 180 ° and back to the direction of radiationReflected back to transceivers. The ultrasound transceivers are connected via an interfaceconnected to an on-board computer in which the running times of the respective ultrasonic pulsesfrom the two measuring directions the length of the signal paths and from the signal paths andthe geometric dimensions of the arrangement of the articulation angle between the towing vehicleand trailer or semi-trailer is determined.

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt:The main advantages of the invention are as follows:

Durch die besondere Ausgestaltung der Reflektor-Oberfläche wird erreicht, daß unabhängig vom Einstrahlwinkel des Ultraschall-Transceivers auf die Oberfläche des Reflektors jeweils wieder zumindest ein Signalanteil des Ultraschallimpulses zum Transceiver zurückreflektiert wird. Hierdurch wird die Meßauflösung der Gesamtanordnung zur Bestimmung des Knick­winkels unabhängig vom Knickwinkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger bzw. Auflieger. Auch können im Unterschied zu bisher bekannten Ultraschallanordnungen zur Bestimmung von Knickwinkeln zwischen Zugmaschine und. Anhänger bzw. Auflieger große Knickwinkel über 10° bestimmt werden.The special design of the reflector surface ensures that it is independentfrom the angle of incidence of the ultrasound transceiver onto the surface of the reflector in each caseagain at least a signal portion of the ultrasound pulse is reflected back to the transceiverbecomes. As a result, the measurement resolution of the overall arrangement for determining the kinkangle regardless of the articulation angle between the towing vehicle and the trailer or semitrailer.In contrast to previously known ultrasonic arrangements for determinationof articulation angles between the tractor and. Trailer or semi-trailer with large articulation anglescan be determined over 10 °.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung wird darin gesehen, daß es mit einem starken Echo möglich ist, die Winkelauflösung, die mit der Anordnung maximal detektiert werden kann deutlich unter 1° zu halten. Vorzugsweise wird eine Genauigkeit der Winkel­messung von mindestens 0,5° erreicht. Die Fähigkeit kleine Änderungen des Knickwinkels zuverlässig detektieren zu können ist besonders wichtig, wenn die erfindungsgemäße Anord­nung mit einer Fahrdynamikregelung des Zugfahrzeuges verbunden wird. Für Fahrdyna­mikregelungen in Lastzügen mit Anhängern oder Aufliegern ist es besonders wichtig bei der Vorwärtsfahrt mit hoher Geschwindigkeit kleine Änderungen des Knickwinkels zuverlässig erkennen zu können, damit die Fahrdynamikregelung durch eine Bremsung des Anhängers zum Beispiel ein Ausbrechen oder Umkippen des Anhängers infolge zu großer Kurven geschwindigkeit verhindern kann. Weitere Vorteile bietet die erfindungsgemäße Anordnung bei der Verwendung als Rangierhilfe für die Rückwärtsfahrt. Im Gegensatz zu den bereits be­kannten Rangierhilfen können nämlich mit der hier vorgeschlagenen Anordnung auch Knickwinkel über 10° Grad gemessen werden und es ist nicht notwendig zuvor während der Vorwärtsfahrt abgespeicherte Meßdaten, für die Rückwärtsfahrt heranzuziehen.Another advantage of the arrangement according to the invention is seen in the fact that it with astrong echo is possible, the angular resolution that the arrangement detects to the maximumcan be kept well below 1 °. An accuracy of the angle is preferredmeasurement of at least 0.5 ° reached. The ability to make small changes in the articulation angleTo be able to reliably detect is particularly important if the arrangement according to the inventionis connected to a driving dynamics control of the towing vehicle. For FahrdynaIt is particularly important in the case of micro regulations in road trains with trailers or semi-trailersForward travel at high speed reliable small changes in the articulation angleto be able to recognize the driving dynamics control by braking the trailerFor example, the trailer may break out or tip over due to excessive cornering speed can prevent. The arrangement according to the invention offers further advantagesuse as a maneuvering aid for reversing. In contrast to the already beKnown maneuvering aids can namely with the arrangement proposed hereKink angles over 10 ° degrees can be measured and it is not necessary beforehand during theMeasured data stored forwards to be used for reversing.

Die bevorzugte Anordnung der beiden Ultraschall-Transceiver in einem Meßkopf ermöglicht einen vereinfachten Aufbau der gesamten Anordnung am Zugfahrzeug und eine vereinfachte Verbindung des Meßkopfes mittels einer sogenannten CAN-Schnittstelle an den Bordrechner des Zugfahrzeuges. Weitere Vorteile liegen in der hohen Robustheit heutiger Ultraschallsen­soren, die sie auch unter schwierigen Umweltbedingungen zuverlässig machen. Zuletzt sei noch auf die Kostengünstigkeit der Anordnung hingewiesen, was durch den bereits erwähn­ten einfachen Aufbau der bevorzugten Anordnung, die mit lediglich einem Meßkopf aus­kommt und keine Verbindungsleitung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger bzw. Auflieger benötigt, erzielt wird.The preferred arrangement of the two ultrasound transceivers in a measuring head enablesa simplified structure of the entire arrangement on the towing vehicle and a simplifiedConnection of the measuring head to the on-board computer using a so-called CAN interfaceof the towing vehicle. Further advantages are the high robustness of today's ultrasoundsensors that make them reliable even under difficult environmental conditions. Last isstill pointed out the cost-effectiveness of the arrangement, which is mentioned by theth simple construction of the preferred arrangement, which consists of only one measuring headcomes and no connecting line between towing vehicle and trailer or semitrailerneeded is achieved.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen darge­stellt und näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated below with reference to drawingsprovides and explained in more detail. Show it:

Fig. 1 schematisch eine bevorzugte erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung des Knickwinkels zwischen einer Zugmaschine und einem Anhänger oder Auflieger mit einem Meßkopf und einem einteilugen Reflektor,Fig. 1 schematically illustrates a preferred arrangement of the invention for determining the articulation angle between a tractor and a trailer or semi-trailer with a measuring head and a einteilugen reflector,

Fig. 2 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung des Knickwinkels zwischen einer Zugmaschine und einem Anhänger oder einem Auflieger mit zwei Meßköpfen und mit einem zweiteiligen Reflektor, bzw. zwei getrennten Reflektoren,Fig. 2 illustrates schematically an inventive arrangement for determining the articulation angle between a tractor and a trailer or a trailer with two measuring heads and with a two part reflector, or two separate reflectors,

Fig. 3 eine dreidimensionale Darstellung eines besonders geeigneten Reflektors mit pris­menartigem Oberfächenprofil,Fig. 3 is a three-dimensional representation of a particularly suitable reflector with pris menartigem Oberfächenprofil,

Fig. 4 eine dreidimensionale Darstellung eines weniger geeigneten Reflektors dessen Ober­fläche aus parallel aneinander gereihten Halbzylindern gebildet ist,Fig. 4 is a three-dimensional representation of a less suitable reflector whose upper face in parallel juxtaposed semi-cylinders is formed,

Fig. 5 eine dreidimensionale Darstellung eines weniger geeigneten Reflektors mit well­blechartiger Oberflächenstruktur.Fig. 5 shows a three-dimensional representation of a less suitable reflector with corrugated sheet-like surface structure.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. An den Aufbauten eines sche­matisch dargestellten Zugfahrzeuges1 ist ein einteiliger Meßkopf2 angebracht. Der Meßkopf2 enthält zwei Ultraschalltransceiver3,3a die in unterschiedlichen Richtungen Ultraschallsi­gnale aussenden und wieder empfangen. Der Meßkopf2 ist auf der Mittel-Längsachse4 der Zugmaschine1 angeordnet. Jeder der Ultraschalltransceiver emmittiert seine Ultraschallsi­gnale in Richtung des schematisch dargestellten Anhängers5. Also in herkömmlichen Sprachgebrauch von der Zugmaschine nach hinten in Richtung Anhänger. Jeder der Ultra­schalltransceiver strahlt seine Signale in unterschiedlicher Richtung jedoch jeweils mit einem Winkel α zur Mittelachse4 der Zugmaschine1 nach hinten ab, so daß sich ein gesamt Öff­nungswinkels der beiden Signalstrecken11 des Ultraschalltransceivers3 und der Signalstrec­ke12 des Ultraschalltransceivers3a von 2a ergibt. An der der Zugmaschine zugewandten Bordwand6 des Anhängers5 ist ein Reflektor7 angebracht. Vorzugsweise erstreckt sich der Reflektor7 über die ganze Länge der Bordwand6, also in der Regel über die ganze Breite des Anhängers5. Die Oberfläche des Reflektors ist derart gestaltet, daß unabhängig von der Richtung aus der die Ultraschalsignale auf den Reflektor fallen, stets zumindest ein Anteil der Ultraschallsignale wieder entgegen der Einfallsrichtung zum Ultraschalltransceiver, von dem die Signale ausgingen, zurückreflektiert werden. Beispiele für Reflektoren, die diese Eigen­schaft haben, sind in denFig. 3 bis 5 exemplarisch gezeigt. Vorzugsweise ist am Anhänger ein Reflektor mit einer Oberfläche entsprechend derFig. 3 angebracht. Reflektoren mit einer Oberfläche nachFig. 3 reflektieren nämlich jeweils unabhängig von der Einstrahlrichtung sämtliche Signalanteile wieder zum Sender zurück. Reflektoroberflächen nachFig. 3 liefern also ein optimal starkes Echosignal an die Ultraschalltranceiver3,3a zurück.Fig. 1 shows a preferred embodiment of the invention. A one-piece measuring head2 is attached to the superstructures of a tractor vehicle1 which is shown mathematically. The measuring head2 contains two ultrasound transceivers3 ,3 a which transmit and receive ultrasound signals in different directions. The measuring head2 is arranged on the central longitudinal axis4 of the tractor1 . Each of the ultrasound transceivers emits its ultrasound signals in the direction of the schematically illustrated trailer5 . So in conventional language from the tractor to the rear towards the trailer. Each of the ultra sound transceiver emits its signals in different directions but at an angle α to the central axis4 of the tractor1 from behind, so that there is a total opening angle of the two signal paths11 of the ultrasonic transceiver3 and the signal path12 of the ultrasonic transceiver3 a 2a results. A reflector7 is attached to the side wall6 of the trailer5 facing the tractor. The reflector7 preferably extends over the entire length of the side wall6 , that is to say generally over the entire width of the trailer5 . The surface of the reflector is designed in such a way that regardless of the direction from which the ultrasound signals fall onto the reflector, at least a portion of the ultrasound signals are always reflected back against the direction of incidence to the ultrasound transceiver from which the signals originated. Examples of reflectors that have this property are shown as an example inFIGS. 3 to 5. A reflector with a surface corresponding toFIG. 3 is preferably attached to the trailer. Reflectors with a surface ofFIG. 3 reflect namely in each case independently of the direction of irradiation, all signal components back to the sender. Reflector surfaces ofFIG. 3 thus provide an optimally strong echo signal to the Ultraschalltranceiver3,3a back.

Der Meßkopf2 respektive die Ultraschalltransceiver3,3a sind über Signalleitungen8 mit dem Bordrechner9 der Zugmaschine verbunden. Vorzugsweise wird für die Verbindung der Ultraschalltransceiver3,3a mit dem Bordrechner9 der Zugmaschine das bordeigene BUS-System der Zugmaschine benutzt. Hierzu wird heutzutage vorzugsweise ein sogenannter CAN-BUS eingesetzt. In diesem Fall sind die Ultraschalltransceiver mit einer entsprechenden BUS-schnittstelle versehen.The measuring head2 and the ultrasound transceivers3 ,3 a are connected via signal lines8 to the on-board computer9 of the tractor. Preferably, a3 is used with the on-board computer of the tractor9 the on-board BUS system of the tractor to connect the ultrasonic transceiver3. For this purpose, a so-called CAN bus is preferably used today. In this case, the ultrasound transceivers are provided with a corresponding BUS interface.

In dem Bordrechner wird für jeden Ultraschalltransceiver aus der Signallaufzeit die zugehöri­ge Signalstrecke11 im Falle des Ultraschalltransceivers3, und die Signalstrecke12 im Falle des Ultraschalltransceivers3a berechnet. Über an sich ebenfalls bekannte trigonometrische Berechnungen wird nach der Ermittlung der Signalstrecken11 und12 aus diesen Signalstrec­ken sowie dem zuvor eingestellten und bekannten Richtungswinkel α, mit dem der Ultra­schalltransceiver seine Signale ausstrahlt, der Knickwinkel ϕ bestimmt. Der Knickwinkel ϕ zwischen Zugmaschine und Anhänger oder Auflieger ist definiert durch den Winkel zwischen der nach hinten verlängert gedachten Zugmaschinenmittellinie4 und und der Mittellängsach­se10 des Anhängers oder Aufliegers5.In the on-board computer, the zugehöri ge signal path11 is calculated in the case of the ultrasonic transceiver3, and the signal path12 in the case of the ultrasonic transceiver3 a for each ultrasonic transceiver from the signal propagation time. Trigonometric calculations, which are also known per se, determine the kink angle ϕ after the determination of the signal paths11 and12 from these signal paths and the previously set and known directional angle α with which the ultrasound transceiver emits its signals. The articulation angle ϕ between the tractor and the trailer or semitrailer is defined by the angle between the tractor centerline4 , which is thought to be extended to the rear, and and the central longitudinal axis10 of the trailer or semitrailer5 .

Fig. 2 zeigt eine andere erfindungsgemäße Anordnung, bei der zwei getrennte Meßköpfe2a,2b aus jeweils einem Ultraschalltransceiver3,3a mit integrierter Elektronik und BUS-Schnittstelle voneinander beabstandet an der Rückseite der Zugmaschine1 angebracht sind. Die Ultraschallsignal werden in Richtung Anhänger bzw. Auflieger5 parallel zur Zugma­schinenmittellinie4 abgesandt und von den Reflektoren7a,7b wieder zu den Ultraschall­transveivern3,3a reflektiert. Reflektor7a ist dem Ultraschalltransceiver3 zugeordnet und der Reflektor7b ist dem Ultraschalltransceiver3a zugeordnet. In dem Ausführungsbeispiel derFig. 2 sind an der der Zugmaschine zugewandeten Bordwand6 des Anhängers bzw. Auf­liegers5 zwei getrennte Reflektoren angebracht. Die Meßanordnung derFig. 2 hat den Vor­teil, daß durch die Verwendung zweier voneinder beabstandeter Meßköpfe, die Reflektoren an dem Anhänger5 gegenüber der Meßanordnung derFig. 1 kleiner ausfallen können. Also nicht über die ganze Breite des Anhängers5 erstreckt zu sein brauchen. Allerdings muß die­ser Vorteil mit einem zusätzlichen Aufwand an Signalleitungen8 erkauft werden, da nun zwei Meßköpfe2a,2b mit dem Bordrechner9 zu verbinden sind. Auch in dem Ausführungs­beispiel derFig. 2 werden über Laufzeitmessungen der Ultraschallsignale im Bordrechner9 die Länge der Signalstrecken11 und12 berechnet. Aus den Signalstrecken11,12 und den geo­metrischen Abmessungen und Richtungswinkeln wird wiederrum durch trigonometrische Berechnungen der Knickwinkel ϕ zwischen Zugmaschine und Anhänger oder Auflieger5 berechnet.Fig. 2 shows another arrangement according to the invention, in which two separate measuring heads2 a,2 b, each having an ultrasound transceiver3 ,3 a with integrated electronics and BUS interface, are spaced apart from one another on the rear of the tractor1 . The ultrasound signal is sent in the direction of the trailer or semitrailer5 parallel to the machine center line4 and is reflected by the reflectors7 a,7 b back to the ultrasound transveivers3 ,3 a. Reflector7 a is assigned to the ultrasound transceiver3 and the reflector7 b is assigned to the ultrasound transceiver3 a. In the embodiment ofFIG. 2, two separate reflectors are attached to the side of the tractor6 facing the trailer or trailer5 . The measuring arrangement ofFIG. 2 has the part before that by using two spaced apart measuring heads, the reflectors on the trailer5 may be smaller compared to the measuring arrangement ofFIG. 1. So do not need to be extended over the entire width of the trailer5 . However, the advantage ser must be purchased with additional expense of signal lines8, since now two measuring heads2 a,2 b to be connected to the onboard computer.9 Also in the embodiment example ofFIG. 2, the length of the signal paths11 and12 are calculated via transit time measurements of the ultrasonic signals in the on-board computer9 . From the signal paths11 ,12 and the geo metric dimensions and direction angles is in turn calculated by trigonometric calculations of the articulation angle ϕ between the tractor and trailer or trailer5 .

DieFig. 3 bis 5 zeigen verschiedene Reflektortypen, die sich in der Gestalt ihrer jeweili­gen dreidimensionalen Oberflächen voneinder unterschieden. Ein bevorzugter Reflektor ist in derFig. 3 gezeigt. Bei dem Reflektor derFig. 3 ist die dreidimensionale Oberfläche gebildet durch zwei Scharen ebener rechteckiger Flächen (16a,16b), die in Art einer Leporello Faltung aneinander gereiht sind. Die eine Flächenschar ist in einem Winkel von 45° gegen die Aufla­gefläche11 des Reflektors geneigt und die zweite Flächenschar ist in einem Winkel von 135° gegen die Auflagefläche des Reflektors geneigt. An ihren Längskanten stoßen die Flächen der ersten Flächenschar und die Flächen der zweiten Schar jeweils in einem rechten Winkel an­einander. Im Längsschnitt durch den Reflektor ergibt sich also eine Aneinanderreihung gleichschenkliger Dreiecke. Die Schenkellänge s dieser Dreiecke entspricht vorzugsweise der Wellenlänge des verwendeten Ultraschalls. Bei einer typischen Ultraschallfrequenz von 50 kHz beträgt die Wellenlänge in Luft bei 25°C etwa 6,93 Millimeter. Eine bevorzugte Schen­kellänge s der Reflektoren liegt deshalb in einem Bereich von 5 bis 10 Millimeter. Besonders bevorzugt ist die Schenkellänge s des Reflektors etwas größer als die Schallwellenlänge des verwendeten Ultraschalls. Also bei einer Ultraschallfrequenz von 50 kHz ist die Schenkellän­ge besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 15 Millimetern. Die Reflektoren sind entweder aus Metall oder aus einem Kunststoffgrundkörper dessen reflektierende Oberfläche metalli­siert sein kann. Der Reflektor mit einem Oberflächenprofil, wie inFig. 3 gezeigt, hat den Vorteil, daß sämtliche Signalanteile eines eingestrahlten Ultraschallsignals wieder zum Sen­der zurückreflektiert werden, und zwar, solange die Einstrahlung innerhalb des Öffnungswinkels q des Reflektors erfolgt, unabhängig vom Einfallswinkel des eingestrahlten Signals. Bei der Verwendung eines Reflektors mit einer Oberflächenstruktur wie inFig. 3 in einer der Anordnungen nachFig. 1 oderFig. 2 wird deshalb unabhängig vom Knickwinkel zwischen Zugmaschine und Anhänger oder Auflieger ein maximales Echo an den Ultraschalltranscei­ver zurückreflektiert.FIGS. 3 to 5 show various types of reflectors that are voneinder distinguished in the form of their three-dimensional surfaces jeweili gen. A preferred reflector is shown inFIG. 3. In the reflector ofFig. 3 is formed by two sets of flat rectangular surfaces, the three-dimensional surface(16 a,16 b) which are strung together in the manner of a fanfold folding. One surface array is inclined at an angle of 45 ° against the bearing surface11 of the reflector and the second surface array is inclined at an angle of 135 ° against the bearing surface of the reflector. The surfaces of the first set of surfaces and the surfaces of the second set meet at their right edges at a right angle. In the longitudinal section through the reflector, there is an array of isosceles triangles. The leg length s of these triangles preferably corresponds to the wavelength of the ultrasound used. At a typical ultrasonic frequency of 50 kHz, the wavelength in air at 25 ° C is approximately 6.93 millimeters. A preferred leg length s of the reflectors is therefore in a range of 5 to 10 millimeters. The leg length s of the reflector is particularly preferably somewhat larger than the sound wavelength of the ultrasound used. So at an ultrasonic frequency of 50 kHz, the leg length is particularly preferred in the range from 10 to 15 millimeters. The reflectors are either made of metal or a plastic base body whose reflecting surface can be metallized. The reflector with a surface profile, as shown inFig. 3, has the advantage that all signal components of an irradiated ultrasonic signal are reflected back to the transmitter, and as long as the irradiation takes place within the opening angle q of the reflector, regardless of the angle of incidence of the incident signal . When using a reflector with a surface structure as inFIG. 3 in one of the arrangements according toFIG. 1 orFIG. 2, a maximum echo is therefore reflected back to the ultrasound transceiver regardless of the articulation angle between the tractor and trailer or semitrailer.

Fig. 4 zeigt einen weiteren möglichen Reflektortyp. Bei diesem Reflektortyp wird die drei­dimensionale Oberfläche durch eine Aneinanderreihung halber Kreiszylinder gebildet. Die Zylindermantelflächen12 bilden die Reflektoroberfläche, während die ebenen Zylinder­schnittflächen13 die Auflagefläche des Reflektors bilden. Trifft eine Wellenfront eines Ul­traschallsignals auf einen Reflektor mit einer zylindrischen Fläche, so wird sie diffus reflek­tiert. Da jedoch ein Teil der Ultraschallwelle immer mit einen Einfallswinkel von 0° auf der Reflektoroberfläche auftrifft, wird dieser Teil wieder zum Ursprungsort zurückreflektiert. Bei der Verwendung eines Reflektors mit zylindrischer Oberfläche in einer der Anordnungen ausFig. 1 oderFig. 2 reicht dieser Anteil des reflektierten Signals als Echo für die Ultraschall­transceiver aus, um den Knickwinkel zwischen Zugmaschine und Anhänger oder Auflieger bestimmen zu können. Bei der Verwendung von Ultraschalltransceivern von 50 kHz haben sich Zylinderdurchmesser im Bereich von 4 bis 10 mm bewährt. Gegenüber einem Reflektor nachFig. 3 liefert ein Reflektor nachFig. 4 zwar ein deutlich schwächeres Echosignal, jedoch können mit einem Reflektor nachFig. 4 auch Knickwinkel über 45° zuverlässig bestimmt werden. Der nutzbare Sektor des Reflektors, innerhalb dessen der Reflektor noch ein Echo an den Sender zurückreflektiert, liegt nahe bei 180°. Ein nutzbarer Sektor von 150° und damit ein Knickwinkel von 75° können mit einem Reflektor nachFig. 4 problemlos genutzt und detektiert werden. Auch beim Reflektortyp derFig. 4 kann zumindest die Reflektoroberfläche12 metallisiert sein.Fig. 4 shows a further possible type of reflector. With this type of reflector, the three-dimensional surface is formed by a series of half circular cylinders. The cylinderjacket surfaces12 form the reflector surface, while the flat cylinder cut surfaces13 form the bearing surface of the reflector. If a wavefront of an ultrasound signal hits a reflector with a cylindrical surface, it is diffusely reflected. However, since a part of the ultrasonic wave always hits the reflector surface with an angle of incidence of 0 °, this part is reflected back to the place of origin. When using a reflector with a cylindrical surface in one of the arrangements fromFIG. 1 orFIG. 2, this portion of the reflected signal is sufficient as an echo for the ultrasound transceiver in order to be able to determine the articulation angle between the tractor and trailer or semitrailer. When using ultrasonic transceivers of 50 kHz, cylinder diameters in the range of 4 to 10 mm have proven their worth. Compared to a reflector according toFIG. 3, a reflector according toFIG. 4 delivers a clearly weaker echo signal, but with a reflector according toFIG. 4 it is also possible to reliably determine kink angles above 45 °. The usable sector of the reflector, within which the reflector still reflects an echo back to the transmitter, is close to 180 °. A usable sector of 150 ° and thus a kink angle of 75 ° can be used and detected with a reflector according toFIG. 4 without any problems. Also in the reflector type ofFig. 4, at least the reflector surface may be metallized12th

Fig. 5 zeigt einen weiteren möglichen Reflektortyp für die Anordnung derFig. 1 oderFig. 2. Dieser Reflektor weist eine wellblechartige Oberflächenstruktur auf. Konkav gewölbte Ober­flächenanteile15 wechseln sich periodisch mit konvex gewölbten Oberflächenanteilen14 ab. Vorzugsweise nähern sich sowohl die konkav gewölbten, als auch die konvex gewölbten Oberflächenanteile in ihrer Gestalt einer Zylindermantelfäche an, so daß sich ein Wellblech­muster ergibt. Jedoch können die Krümmumgsradien der Oberflächen prinzipiell auch sto­chastisch verteilt sein, solange sich nur eine geschlossene wellblechartige Oberfläche für die Reflexion eines Ultraschallsignals zurück zum Sender ergibt. Ein Reflektortyp nachFig. 5 hat den Vorteil, daß an die Maßhaltigkeit der Oberflächenstrukturen, insbesondere der Krüm­mungsradien der reflektierenden Oberflächen14,15, keine hohen Anforderungen gestellt werden. Deshalb ist der Reflektor mit einer wellblechartigen Oberfläche besonders kosten­günstig herstellbar. Auch bei diesem Reflektor kann zumindest die Reflektoroberfläche me­tallisier sein.FIG. 5 shows a further possible reflector type for the arrangement ofFIG. 1 orFIG. 2. This reflector has a corrugated sheet-like surface structure. Concave surface portions15 alternate periodically with convex surface portions14 . Preferably, both the concavely curved and the convexly curved surface portions approximate in shape to a cylindrical surface, so that a corrugated iron pattern results. However, the radii of curvature of the surfaces can in principle also be distributed sto-chastically, as long as there is only a closed, corrugated-sheet-like surface for the reflection of an ultrasound signal back to the transmitter. A reflector typeshown inFig. 5 has the advantage that the dimensional accuracy of the surface structures, in particular of15 mung Krüm radii of the reflective surfaces14, no high demands are made. Therefore, the reflector with a corrugated sheet-like surface is particularly inexpensive to manufacture. With this reflector at least the reflector surface can also be tallisier.

In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann auch ein Reflektortyp verwendet werden, dessen Oberflächenstruktur unregelmäßig ausgeformt ist. Konvexe Oberflächenanteile und konkave Oberflächenanteile sind dann stochastisch verteilt, ohne daß in der Verteilung eine übergeordnete Struktur wie etwa bei dem vorbeschriebenen wellblechförmigen Reflektortyp zu erkennen wäre.In an embodiment not shown, a reflector type can also be usedwhose surface structure is irregularly shaped. Convex surface portions andconcave surface portions are then distributed stochastically, without ahigher-level structure, such as in the case of the corrugated-sheet reflector type described abovewould be recognizable.

Claims (11)

Translated fromGerman

1. Anordnung zur Bestimmung des Knickwinkels (ϕ) zwischen einer Zugmaschine (1) und einem Anhänger oder Auflieger (5) mit

• - zwei Ultraschalltransceivern (3,3a), die an der Zugmaschine (1) angebracht sind und jeweils mit einem bestimmten Richtungswinkel (α) in Richtung des Anhängers oder Aufliegers (5) Ultraschallsignale senden,
• - mit mindestens einem passiven Reflektor (7,7a,7b), der an der, der Zugmaschine zuge­wandten, Bordwand (6) des Anhängers oder Aufliegers (5) angebracht ist und dessen Oberfläche (12,14,15) derart gestaltet ist, daß zumindest ein Anteil des jeweils von den Ultraschalltransceivern (3,3a) ausgesandten Ultraschallsignals unabhängig vom Ein­fallswinkel wieder an den jeweiligen Ultraschalltransceiver (3,3a) zurückreflektiert wird
• - und mit einem Bordrechner (9), der über mindestens eine Datenleitung (8) mit den Ul­traschalltransceivern (3,3a) verbunden ist, und in dem aus den Laufzeiten der Ultra­schallsignale die Signalstrecken (11,12) berechnet werden, und in dem aus den Signal­strecken (11,12) und den geometrischen Abmessungen und Richtungswinkeln (α) der Knickwinkel (ϕ) zwischen Zugmaschine (1) und Anhänger oder Auflieger (5) berechnet wird.

1. Arrangement for determining the articulation angle (ϕ) between a tractor (1 ) and a trailer or semi-trailer (5 ) with

• - Two ultrasonic transceivers (3 ,3 a), which are attached to the tractor (1 ) and each send ultrasonic signals with a certain directional angle (α) in the direction of the trailer or semitrailer (5 ),
• - With at least one passive reflector (7 ,7 a,7 b) which is attached to the, the tractor facing, side wall (6 ) of the trailer or trailer (5 ) and the surface (12 ,14 ,15 ) designed in this way is that at least a portion of the ultrasound signal emitted by the ultrasound transceivers (3 ,3 a) is reflected back to the respective ultrasound transceiver (3 ,3 a) regardless of the angle of incidence
• - And with an on-board computer (9 ), which is connected via at least one data line (8 ) to the ultrasonic transceivers (3 ,3 a), and in which the signal paths (11 ,12 ) are calculated from the transit times of the ultrasonic signals, and in which the kink angle (ϕ) between the tractor (1 ) and trailer or semi-trailer (5 ) is calculated from the signal (11 ,12 ) and the geometric dimensions and directional angles (α).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ultraschall­transceiver (3,3a) in einem Meßkopf (2) integriert sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the two ultrasound transceivers (3 ,3 a) are integrated in a measuring head (2 ).3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ultraschall­transceiver (3,3a) in getrennten voneinander beabstandeten Meßköpfen (2a,2b) ange­ordnet sind.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the two ultrasound transceivers (3 ,3 a) in separate, spaced-apart measuring heads (2 a,2 b) are arranged.4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflek­tor (7) einteilig ausgebildet ist und sich über die gesamte Breite des Anhängers oder Aufliegers (5) erstreckt.4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the reflector gate (7 ) is integrally formed and extends over the entire width of the trailer or trailer (5 ).5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Meßköpfe (2a,2b) ein separater Reflektor (7a,7b) zugeordnet ist.5. Arrangement according to claim 3, characterized in that each of the two measuring heads (2 a,2 b) is assigned a separate reflector (7 a,7 b).6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidi­mensionale Reflektoroberfläche gebildet ist durch zwei Scharen ebener rechteckiger Flä­chen (16a,16b), die in Art einer Leporello Faltung aneinander gereiht sind.6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the three-dimensional reflector surface is formed by two sets of flat rectangular surfaces (16 a,16 b), which are lined up in the manner of a fan fold.7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dreidi­mensionale Reflektor (7,7a,7b) durch eine Aneinanderreihung halber Kreiszylinder ge­bildet ist, deren Zylindermantelflächen (12) die Reflektoroberfläche bilden und deren ebene Zylinderschnittflächen (13) die Auflagefläche des Reflektors bilden.7. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the three-dimensional reflector (7 ,7 a,7 b) is formed by a series of half circular cylinders ge, the cylinder jacket surfaces (12 ) form the reflector surface and the flat cylinder sectional surfaces (13 ) form the contact surface of the reflector.8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflek­tor (7,7a,7b) eine wellblechartige Reflektoroberfläche mit konvexen Oberflächenanteilen (14) und konkaven Oberflächenanteilen (15) hat.8. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the reflector gate (7 ,7 a,7 b) has a corrugated sheet-like reflector surface with convex surface portions (14 ) and concave surface portions (15 ).9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflek­tor eine Reflektoroberfläche mit konvexen Oberflächenanteilen und konkaven Oberflä­chenanteilen hat, wobei die konkaven Oberflächenanteile und die konvexen Oberflä­chenanteinle stochastisch und unregelmäßig verteilt sind.9. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the reflecttor a reflector surface with convex surface portions and concave surfacechenanteile, the concave surface portions and the convex surfaceChenantelele are stochastically and irregularly distributed.10. Verwendung der Anordnung aus einem der Ansprüche 1 bis 8 in Fahrdynamikregelungen von Lastzügen mit Anhängern oder Aufliegern.10. Use of the arrangement from one of claims 1 to 8 in vehicle dynamics controlsof trucks with trailers or semi-trailers.11. Verwendung der Anordnung aus einem der Ansprüche 1 bis 8 als Rangierhielfe für die Rückwärtsfahrt von Lastzügen mit Anhängern oder Aufliegern.11. Use of the arrangement from one of claims 1 to 8 as a maneuvering aid for theReversing of trucks with trailers or semi-trailers.