DE102023206956B3

DE102023206956B3 - System and method for steering a trailer attached to a towing vehicle

Info

Publication number: DE102023206956B3
Application number: DE102023206956.3A
Authority: DE
Inventors: Mirko Bruett; Lars Volker
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2023-07-21
Filing date: 2023-07-21
Publication date: 2024-09-12
Anticipated expiration: 2043-07-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Lenkung eines mittels einer Kupplung (3) an ein Zugfahrzeug (1) angehängten Anhängers (2), wobei der Anhänger (2) wenigstens eine lenkbare Radachse (6) aufweist, das System umfassend:- einen an der Kupplung (3) angeordneten Kraftsensor (4) zur Erfassung einer Lagerbelastung zwischen dem Zugfahrzeug (1) und dem Anhänger (2);- ein Lenkaktuator (5) zur Einstellung eines Lenkwinkels (14) der lenkbaren Radachse (6) des Anhängers (2); und- eine zumindest mit dem Kraftsensor (4) sowie dem Lenkaktuator (5) kommunizierend verbundene Steuereinrichtung (7), die dazu eingerichtet ist, Messdaten des Kraftsensors (4) zu empfangen und basierend auf diesen Messdaten den Lenkaktuator (5) anzusteuern. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Lenkung eines mittels einer Kupplung (3) an ein Zugfahrzeug (1) angehängten Anhängers (2) sowie ein Fahrzeuggespann (100) mit einem solchen System.The invention relates to a system for steering a trailer (2) attached to a towing vehicle (1) by means of a coupling (3), the trailer (2) having at least one steerable wheel axle (6), the system comprising: - a force sensor (4) arranged on the coupling (3) for detecting a bearing load between the towing vehicle (1) and the trailer (2); - a steering actuator (5) for setting a steering angle (14) of the steerable wheel axle (6) of the trailer (2); and - a control device (7) which is connected in a communicating manner at least to the force sensor (4) and the steering actuator (5), which is designed to receive measurement data from the force sensor (4) and to control the steering actuator (5) based on these measurement data. The invention further relates to a method for steering a trailer (2) attached to a towing vehicle (1) by means of a coupling (3) and to a vehicle combination (100) with such a system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Lenkung eines mittels einer Kupplung an ein Zugfahrzeug angehängten Anhängers. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeuggespann, umfassend ein Zugfahrzeug mit einer Kupplung, einen daran angehängten Anhänger sowie ein solches System.The present invention relates to a system and method for steering a trailer attached to a towing vehicle by means of a coupling. The invention further relates to a vehicle combination comprising a towing vehicle with a coupling, a trailer attached to it and such a system.

Es ist bekannt, insbesondere bei Landmaschinen, neben dem Zugfahrzeug auch den Anhänger mit Antriebsrädern sowie wenigstens einer lenkbaren Achse auszustatten, um die Manövrierfähigkeit des Fahrzeuggespanns zu unterstützen.It is known, especially in agricultural machinery, to equip not only the towing vehicle but also the trailer with drive wheels and at least one steerable axle in order to support the maneuverability of the vehicle combination.

Aus der EP 4 119 428 A1 geht eine Rollanordnung hervor, umfassend eine Zugmaschine, aufweisend mindestens zwei gelenkte Räder und einen Sensor des Lenkwinkels der gelenkten Räder, sowie einen Anhänger, der so konfiguriert ist, dass er unter Verwendung einer Anhängerkupplung an die Zugmaschine angehängt werden kann. Der Anhänger weist mindestens zwei Antriebsräder auf, wobei jedes Antriebsrad einen Elektromotor umfasst, der von einer Steuereinheit steuerbar ist. Die Rollanordnung umfasst ferner eine Vorrichtung zum Messen des Drehwinkels des Anhängers relativ zu der Zugmaschine. Außerdem ist die Steuereinheit so konfiguriert, dass sie die Bahn des Anhängers korrigiert, indem sie den Elektromotor jedes Antriebsrads des Anhängers als eine Funktion des Lenkwinkels der gelenkten Räder der Zugmaschine und in Abhängigkeit des Drehwinkels des Anhängers relativ zur Zugmaschine ansteuert. DE 10 2019 006 684 A1 betrifft ein Verfahren sowie eine zugehörige Vorrichtung zum optimierten Nachführen eines mehrachsigen Anhängers hinter einem Zugfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 8, mittels einer lösbaren, starr koppelbaren Koppeleinrichtung miteinander verbunden werden. Die DE 38 34 883 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen von, zwischen einem Zugwagen und einem Anhänger auftretenden Deichselkräften mittels eines Sensors.From the EP 4 119 428 A1 discloses a rolling assembly comprising a tractor having at least two steered wheels and a sensor of the steering angle of the steered wheels, and a trailer configured to be coupled to the tractor using a trailer coupling. The trailer has at least two drive wheels, each drive wheel comprising an electric motor controllable by a control unit. The rolling assembly further comprises a device for measuring the angle of rotation of the trailer relative to the tractor. In addition, the control unit is configured to correct the trajectory of the trailer by controlling the electric motor of each drive wheel of the trailer as a function of the steering angle of the steered wheels of the tractor and in dependence on the angle of rotation of the trailer relative to the tractor. EN 10 2019 006 684 A1 relates to a method and an associated device for the optimized tracking of a multi-axle trailer behind a towing vehicle according to the preamble of claim 1 or claim 8, respectively, by means of a detachable, rigidly coupled coupling device. The DE 38 34 883 A1 relates to a device for determining drawbar forces occurring between a towing vehicle and a trailer by means of a sensor.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System sowie ein Verfahren zur Lenkung eines mittels einer Kupplung an ein Zugfahrzeug angehängten Anhängers vorzuschlagen, welches die Manövrierbarkeit des Fahrzeuggespanns verbessert und die durch die Räder des Fahrzeuggespanns befahrene Fläche minimiert. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 6 und 8. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The present invention is based on the object of proposing a system and a method for steering a trailer attached to a towing vehicle by means of a coupling, which improves the maneuverability of the vehicle combination and minimizes the area traveled by the wheels of the vehicle combination. The object is achieved by the subject matter of patent claims 1, 6 and 8. Further advantageous embodiments can be found in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt umfasst ein System zur Lenkung eines mittels einer Kupplung an ein Zugfahrzeug angehängten Anhängers, wobei der Anhänger wenigstens eine lenkbare Radachse aufweist, das System umfassend:

- einen an der Kupplung angeordneten Kraftsensor zur Erfassung einer Lagerbelastung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger;
- ein Lenkaktuator zur Einstellung des Lenkwinkels der lenkbaren Radachse des Anhängers; und
- eine zumindest mit dem Kraftsensor sowie dem Lenkaktuator kommunizierend verbundene Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Messdaten des Kraftsensors zu empfangen und basierend auf diesen Messdaten den Lenkaktuator anzusteuern.

According to a first aspect of the invention, a system for steering a trailer coupled to a towing vehicle by means of a coupling, the trailer having at least one steerable wheel axle, comprises the system comprising:

- a force sensor arranged on the coupling to detect a bearing load between the towing vehicle and the trailer;
- a steering actuator for adjusting the steering angle of the steerable wheel axle of the trailer; and
- a control device which is communicatively connected at least to the force sensor and the steering actuator and which is configured to receive measurement data from the force sensor and to control the steering actuator based on these measurement data.

Das System ist in einem Fahrzeuggespann, bestehend aus einem Zugfahrzeug, beispielsweise ausgebildet als Landmaschine oder als Baumaschine, und wenigstens einem Anhänger als gezogenes Fahrzeug, der bzw. das über die Kupplung mit dem darin integrierten Kraftsensor an das Zugfahrzeug gekoppelt ist.The system is in a vehicle combination consisting of a towing vehicle, for example designed as an agricultural machine or as a construction machine, and at least one trailer as a towed vehicle, which is coupled to the towing vehicle via the coupling with the force sensor integrated therein.

Die Kupplung kann als Maulkupplung, Kugelkopfkupplung oder dergleichen ausgebildet sein. Vorteilhaft bei der Erfindung ist, dass das Zugfahrzeug mit beliebigen Anhängern gekoppelt werden kann, die einen Lenkaktuator zur Einstellung eines Lenkwinkels der lenkbaren Radachse und Mittel zur kommunizierenden Verbindung des Steuergeräts mit dem Lenkaktuator aufweisen.The coupling can be designed as a jaw coupling, ball head coupling or the like. The advantage of the invention is that the towing vehicle can be coupled to any trailer that has a steering actuator for adjusting a steering angle of the steerable wheel axle and means for communicating the control unit with the steering actuator.

Der Lenkaktuator ist dazu eingerichtet, die Räder der lenkbaren Radachse des Anhängers so zu verstellen, dass eine durch das Zugfahrzeug eingeleitete und ausgeführte Kurvenfahrt unterstützt wird. Der Lenkaktuator bewirkt eine Lenkwinkeleinstellung der damit wirkverbundenen Räder der Radachse. Der Lenkaktuator kann beispielsweise als Lineartrieb, beispielsweise als Gewindetrieb oder dergleichen, ausgebildet sein. Der Lenkaktuator ist mit den Rädern der Radachse wirkverbunden. Unter einer Wirkverbindung ist zu verstehen, dass zwei Elemente unmittelbar, also direkt miteinander verbunden sind, oder zumindest mittelbar über mindestens ein weiteres dazwischen angeordnetes Element miteinander verbunden sind. Beispielsweise können zwischen zwei Wellen weitere Wellen und/oder Zahnräder wirksam angeordnet sein.The steering actuator is designed to adjust the wheels of the steerable wheel axle of the trailer in such a way that cornering initiated and carried out by the towing vehicle is supported. The steering actuator adjusts the steering angle of the wheels of the wheel axle that are operatively connected to it. The steering actuator can be designed as a linear drive, for example as a screw drive or the like. The steering actuator is operatively connected to the wheels of the wheel axle. An operative connection is understood to mean that two elements are immediately, i.e. directly connected to one another, or at least indirectly connected to one another via at least one other element arranged in between. For example, additional shafts and/or gears can be operatively arranged between two shafts.

Der Lenkaktuator kann eine elektrische Maschine umfassen, die von der Steuereinrichtung steuerbar und regelbar ist, wobei durch Betätigung der elektrischen Maschine eine Antriebsleistung zumindest mittelbar auf die Räder der lenkbaren Radachse übertragen wird. Der Lenkaktuator kann alternativ oder ergänzend einen Hydraulikzylinder zur Einstellung des Lenkwinkels umfassen.The steering actuator can comprise an electric machine that can be controlled and regulated by the control device, whereby by actuating the electric machine a drive power is transmitted at least indirectly to the wheels of the steerable wheel axle. The steering actuator can Alternatively or additionally, a hydraulic cylinder for adjusting the steering angle.

Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind.The term “at least indirectly” means that two components are (actively) connected to one another via at least one further component arranged between the two components, or are directly and thus immediately connected to one another.

Die lenkbare Radachse ist als Nachlauflenkachse des Anhängers zu verstehen, die so angesteuert wird, dass die Räder der Radachse der Spur des Zugfahrzeugs bzw. den Spuren der Räder des Zugfahrzeugs folgen. Die lenkbare Radachse kann antreibbar ausgeführt sein. Demnach kann wenigstens eines der Räder der Radachse mit einer Antriebseinheit wirkverbunden sein, die eine Antriebsleistung erzeugt und durch geeignete Mittel zum Drehantrieb zumindest mittelbar auf das jeweilige Rad überträgt. Das jeweilige drehantreibbare Rad der Radachse ist also sowohl mit dem Lenkaktuator als auch mit der Antriebseinheit wirkverbunden.The steerable wheel axle is to be understood as the trailer's trailing steering axle, which is controlled in such a way that the wheels of the wheel axle follow the track of the towing vehicle or the tracks of the wheels of the towing vehicle. The steerable wheel axle can be designed to be drivable. Accordingly, at least one of the wheels of the wheel axle can be operatively connected to a drive unit that generates a drive power and transmits it at least indirectly to the respective wheel by means of suitable means for rotational drive. The respective rotationally drivable wheel of the wheel axle is therefore operatively connected to both the steering actuator and the drive unit.

Der Kraftsensor ist eine Kupplungskraftmesseinrichtung, die in der Kupplung integriert ist, derart, dass eine Lagerbelastung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger messbar ist. Der Kraftsensor ist dazu eingerichtet, Kräfte in mehreren Raumrichtungen zu erfassen. Der Kraftsensor kann Kräfte in Längs-, Quer- und/oder Hochrichtung des Zugfahrzeugs erfassen, und entsprechende Messdaten als Signal an die Steuereinrichtung übermitteln. Alternativ kann die Steuereinrichtung die Messdaten des Kraftsensors abrufen und entsprechend empfangen und zur Ansteuerung des Lenkaktuators weiterverarbeiten.The force sensor is a coupling force measuring device that is integrated in the coupling so that a bearing load between the towing vehicle and the trailer can be measured. The force sensor is designed to detect forces in several spatial directions. The force sensor can detect forces in the longitudinal, transverse and/or vertical directions of the towing vehicle and transmit the corresponding measurement data as a signal to the control device. Alternatively, the control device can retrieve the measurement data from the force sensor and receive it accordingly and process it further to control the steering actuator.

Der Kraftsensor kann Dehnungsmessstreifen umfassen. Dehnungsmessstreifen sind Sensoren zur Messung mechanischer Dehnungen oder Spannungen in einem Material oder Bauteil. Durch Beanspruchung des Dehnungsmessstreifens, beispielsweise in Folge von Dehnung, ändern sich die Länge und die Widerstandseigenschaften des Dehnungsmessstreifens und es kommt zu einer Änderung des elektrischen Widerstands im Dehnungsmessstreifen, der messbar ist. Dadurch kann die Beanspruchung oder Belastung des Materials bzw. Bauteils quantitativ erfasst werden.The force sensor can include strain gauges. Strain gauges are sensors for measuring mechanical strain or stress in a material or component. When the strain gauge is subjected to stress, for example as a result of stretching, the length and resistance properties of the strain gauge change and there is a change in the electrical resistance in the strain gauge, which can be measured. This allows the stress or strain on the material or component to be recorded quantitatively.

Der Kraftsensor ist derart in der Kupplung angeordnet, dass er, wenn sich das Zugfahrzeug mit dem daran angehängten Anhänger in einer Geradeausfahrt befindet, eine Kraft in Längsrichtung das Zugfahrzeugs, also in X-Richtung, erfassen kann. Wenn sich das Zugfahrzeug in einer Kurvenfahrt befindet, kann der Kraftsensor zusätzlich eine Kraft in Y-Richtung, also in Querrichtung des Zugfahrzeugs, erfassen. Bei einem ungeneigten, das heißt im Wesentlichen horizontalen, befahrenen Untergrund bleibt eine Kraft in Hochrichtung, das heißt in Z-Richtung, im Wesentlichen konstant.The force sensor is arranged in the coupling in such a way that, when the towing vehicle with the attached trailer is travelling straight ahead, it can detect a force in the longitudinal direction of the towing vehicle, i.e. in the X direction. When the towing vehicle is cornering, the force sensor can also detect a force in the Y direction, i.e. in the transverse direction of the towing vehicle. When travelling on an uninclined, i.e. essentially horizontal, surface, a force in the vertical direction, i.e. in the Z direction, remains essentially constant.

Das erfindungsgemäße System ermöglicht es, durch Betrachtung der wirkenden Kraftkomponenten in X- und Y- Richtung während der Fahrt eine Lenkunterstützung des Fahrzeuggespanns auszuführen, wobei insbesondere, wenn der Kraftsensor eine Kraftkomponente in Y-Richtung erkennt, auf Basis der Messdaten ein Steuersignal an die Nachlaufachse, das heißt die lenkbare Radachse des Anhängers, bzw. den Lenkaktuator gesendet werden kann, um durch entsprechende Betätigung des Lenkaktuators den Lenkwinkel der Räder der Radachse einzustellen und dadurch die Manövrierfähigkeit der Fahrzeugkombination zu unterstützen.The system according to the invention makes it possible to carry out steering support of the vehicle combination by observing the acting force components in the X and Y directions while driving, whereby, in particular when the force sensor detects a force component in the Y direction, a control signal can be sent to the trailing axle, i.e. the steerable wheel axle of the trailer, or the steering actuator on the basis of the measurement data in order to adjust the steering angle of the wheels of the wheel axle by actuating the steering actuator accordingly and thereby support the maneuverability of the vehicle combination.

Ein Vorteil des Systems ist, dass andere Signale oder Messdaten, wie der Lenkwinkel des Zugfahrzeugs oder eine Gierrate der beiden Fahrzeuge, für die Funktion des Systems nicht zwingend erforderlich sind, was die Softwarefunktionalität erheblich vereinfacht. Komplexe Regelalgorithmen, die auf verschiedenen Eingangssignalen basieren, sind nicht erforderlich. Außerdem können die Kosten des Systems reduziert werden, da weniger Sensoren erforderlich sind.An advantage of the system is that other signals or measurement data, such as the steering angle of the towing vehicle or a yaw rate of the two vehicles, are not essential for the system to function, which greatly simplifies the software functionality. Complex control algorithms based on various input signals are not required. In addition, the cost of the system can be reduced because fewer sensors are required.

Außerdem ist von Vorteil, dass sich nur ein Kraftsensor am Zugfahrzeug befinden muss, der das Signal an die Steuereinrichtung liefert. Es besteht also keine zwingende Notwendigkeit, Sensorinformationen vom Anhänger an das Zugfahrzeug und anschließend umgekehrt für die Lenkinformationen zu übermitteln, wenn sich die Steuereinrichtung auf dem Zugfahrzeug befindet.Another advantage is that only one force sensor needs to be on the towing vehicle to deliver the signal to the control device. There is therefore no need to transmit sensor information from the trailer to the towing vehicle and then vice versa for the steering information if the control device is on the towing vehicle.

Das System umfasst vorzugsweise einen Geschwindigkeitssensor zur Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit des Zugfahrzeugs, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, Messdaten des Geschwindigkeitssensors zu empfangen und basierend auf diesen Messdaten den Lenkaktuator anzusteuern. Der Lenkwinkel der lenkbaren Radachse des Anhängers kann somit geschwindigkeitsabhängig eingestellt werden. Basierend auf den Messdaten des Geschwindigkeitssensors kann die Einstellung des Lenkwinkels der lenkbaren Radachse bei höheren Geschwindigkeiten reduziert oder unterdrückt werden, um einen sicheren Betrieb des Fahrzeuggespanns zu gewährleisten. Mithin wird ein Übersteuern des Fahrzeugs vermieden. Umgekehrt kann beim Parken, Rangieren oder Wenden des Fahrzeuggespanns mit niedriger Fahrgeschwindigkeit ein größerer Lenkwinkel an den lenkbaren Rädern des Anhängers eingestellt werden. In diesem Sinn empfängt die Steuereinrichtung Messdaten des Geschwindigkeitssensors zur Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit des Zugfahrzeugs und steuert den Lenkaktuator basierend auf diesen Messdaten an.The system preferably comprises a speed sensor for detecting a driving speed of the towing vehicle, wherein the control device is further configured to receive measurement data from the speed sensor and to control the steering actuator based on these measurement data. The steering angle of the steerable wheel axle of the trailer can thus be set depending on the speed. Based on the measurement data from the speed sensor, the setting of the steering angle of the steerable wheel axle can be reduced or suppressed at higher speeds in order to ensure safe operation of the vehicle combination. Oversteering of the vehicle is thus avoided. Conversely, when parking, maneuvering or turning the vehicle combination at a low driving speed, a larger steering angle can be set on the steerable wheels of the trailer. In this sense, the control device receives measurement data from the speed sensor for detecting a driving speed of the towing vehicle and controls the steering actuator based on these measurement data.

Die Steuereinrichtung ist nach einem Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, den Lenkaktuator bei einer Rückwärtsfahrt des Zugfahrzeugs zu blockieren, so dass eine Einstellung des Lenkwinkels der Radachse verhindert wird. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise durch den Geschwindigkeitssensor erkennen, dass sich das Zugfahrzeug in einer Rückwärtsfahrt befindet oder eine Rückwärtsfahrt eingeleitet wurde. In diesem Fall können die Räder der lenkbaren Radachse durch Ansteuerung des Lenkaktuators in Geradeausfahrtrichtung ausgerichtet werden und der Lenkaktuator kann anschließend blockiert werden, damit während der Rückwärtsfahrt keine zusätzliche Einstellung des Lenkwinkels der Räder der lenkbaren Radachse erfolgen kann. Damit kann das Rangieren oder Wenden des Fahrzeuggespanns besser unterstützt werden. Ein Blockieren des Lenkaktuators kann umfassen, dass eine Betätigung des Lenkaktuators verhindert wird oder nicht erfolgt. Ein Blockieren des Lenkaktuators kann aber ebenso umfassen, dass eine Bewegung eines Lenkgestänges oder dergleichen durch eine Sperrvorrichtung gesperrt wird.According to one embodiment, the control device is designed to block the steering actuator when the towing vehicle is reversing, so that an adjustment of the steering angle of the wheel axle is prevented. The control device can, for example, detect from the speed sensor that the towing vehicle is reversing or that reversing has been initiated. In this case, the wheels of the steerable wheel axle can be aligned in the straight-ahead direction by controlling the steering actuator and the steering actuator can then be blocked so that no additional adjustment of the steering angle of the wheels of the steerable wheel axle can be made during reversing. This can better support maneuvering or turning the vehicle combination. Blocking the steering actuator can include preventing or not operating the steering actuator. Blocking the steering actuator can also include blocking a movement of a steering rod or the like by a locking device.

Das System umfasst alternativ oder ergänzend einen Lenkwinkelsensor zur Erfassung eines Lenkwinkels der lenkbaren Radachse des Anhängers, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, Messdaten des Lenkwinkelsensors zu empfangen und basierend auf diesen Messdaten den Lenkaktuator anzusteuern. Mit anderen Worten wird zur Berechnung eines Soll-Lenkwinkels für die Räder der lenkbaren Radachse des Anhängers ein aktueller Ist-Lenkwinkel der Räder berücksichtigt. Der Lenkwinkelsensor überwacht den Lenkzustand der durch den Lenkaktuator steuerbaren Radachse. Dies ermöglicht es insbesondere, vor einer Bewegung des Fahrzeuggespanns die Ausgangsstellung der Anhängerräder zu ermitteln und basierend darauf die Lenkung der Räder der lenkbaren Radachse zu optimieren, sowie laufend die Stellung bzw. Bewegung der Räder zu überwachen, den Ist-Lenkwinkel mit dem Soll- Lenkwinkel zu vergleichen und gegebenenfalls den Lenkwinkel der Räder der lenkbaren Radachse zu korrigieren. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass sich die Räder des Anhängers jederzeit in der richtigen Stellung befinden. In diesem Sinn empfängt die Steuereinrichtung Messdaten eines Lenkwinkelsensor zur Erfassung eines Lenkwinkels der lenkbaren Radachse des Anhängers und steuert den Lenkaktuator basierend auf diesen Messdaten an.The system alternatively or additionally comprises a steering angle sensor for detecting a steering angle of the steerable wheel axle of the trailer, wherein the control device is further configured to receive measurement data from the steering angle sensor and to control the steering actuator based on this measurement data. In other words, a current actual steering angle of the wheels is taken into account to calculate a target steering angle for the wheels of the steerable wheel axle of the trailer. The steering angle sensor monitors the steering state of the wheel axle that can be controlled by the steering actuator. This makes it possible in particular to determine the initial position of the trailer wheels before the vehicle combination moves and to optimize the steering of the wheels of the steerable wheel axle based on this, as well as to continuously monitor the position or movement of the wheels, compare the actual steering angle with the target steering angle and, if necessary, correct the steering angle of the wheels of the steerable wheel axle. This ensures that the wheels of the trailer are in the correct position at all times. In this sense, the control device receives measurement data from a steering angle sensor for detecting a steering angle of the steerable wheel axle of the trailer and controls the steering actuator based on these measurement data.

Wenn das Fahrzeuggespann alternativ oder zusätzlich auf einer quer zur Längsrichtung des Zugfahrzeugs geneigten Oberfläche bewegt wird, wird durch die Neigung das Heck des Anhängers „nach unten gezogen“, wodurch der Anhänger infolge der Schwerkraft die Spur des Zugfahrzeugs gezwungenermaßen verlässt. Die Spur des Anhängers ist damit seitlich versetzt zum Zugfahrzeug. Der Kraftsensor kann dabei anstatt einer Kraftkomponente in X-Richtung (Längsrichtung) eine Kraftkomponente in Z-Richtung (Hochrichtung bzw. Schwerkraftrichtung) erfassen, die bei einer Fahrsituation am Hang in direktem Zusammenhang mit einer Kraftkomponente in Y-Richtung (Querrichtung) steht. Mit anderen Worten kann der Kraftsensor, wenn der Anhänger auf einer horizontalen, also ungeneigten, Oberfläche bewegt wird, zunächst nur eine Kraftkomponente in Z-Richtung, also in Hochrichtung des Zugfahrzeugs, erfassen. Wenn sich das Zugfahrzeug parallel zu einem Hang bzw. einer Neigung bewegt, wird von dem Kraftsensor eine erste Kraftkomponente in Z-Richtung und zusätzlich eine zweite Kraftkomponente in Y-Richtung, also in Querrichtung des Zugfahrzeugs, erfasst.If the vehicle combination is alternatively or additionally moved on a surface that is inclined transversely to the longitudinal direction of the towing vehicle, the inclination will "pull" the rear of the trailer downwards, causing the trailer to leave the towing vehicle's track due to gravity. The trailer's track is thus offset laterally from the towing vehicle. Instead of a force component in the X direction (longitudinal direction), the force sensor can detect a force component in the Z direction (vertical direction or direction of gravity), which is directly related to a force component in the Y direction (transverse direction) in a driving situation on a slope. In other words, if the trailer is moved on a horizontal, i.e. uninclined, surface, the force sensor can initially only detect a force component in the Z direction, i.e. in the vertical direction of the towing vehicle. If the towing vehicle moves parallel to a slope or incline, the force sensor detects a first force component in the Z direction and an additional second force component in the Y direction, i.e. in the transverse direction of the towing vehicle.

Wenn die Steuereinrichtung die zweite Kraftkomponente in Y-Richtung erfasst, erkennt das System, dass das Fahrzeuggespann am Hang fährt. Dann kann eine Driftkompensation eingeleitet und ausgeführt werden, bei der ein Lenkwinkel der lenkbaren Radachse so eingestellt wird, dass die Räder des Anhängers den Rädern des Zugfahrzeugs in der gleichen Spur folgen. Ein Versatz oder Offset der Spuren kann zu einer Beschädigung des befahrenen Untergrundes führen, da mehr Fläche durch die Räder des Fahrzeuggespanns befahren wird. Weiterhin kann der genannte Versatz dazu führen, dass das Fahrzeuggespann einen vordefinierten GPS-Pfad verlässt und damit den vorgesehenen Einsatz nicht mehr korrekt durchführen kann.If the control device detects the second force component in the Y direction, the system detects that the vehicle combination is driving on a slope. Drift compensation can then be initiated and carried out, in which a steering angle of the steerable wheel axle is set so that the wheels of the trailer follow the wheels of the towing vehicle in the same track. An offset of the tracks can lead to damage to the surface being driven on, as more area is covered by the wheels of the vehicle combination. Furthermore, the aforementioned offset can lead to the vehicle combination leaving a predefined GPS path and thus no longer being able to carry out the intended operation correctly.

Durch Analyse der mit dem Kraftsensor erfassten Kraftkomponenten kann eine Neigung um die Längsachse des Zugfahrzeugs erkannt und entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Durch die Driftkompensation, das heißt durch eine entsprechende Einstellung des Lenkwinkels der lenkbaren Radachse des Anhängers auf Basis der Messdaten des Kraftsensors, wird der seitliche Versatz zwischen Anhänger und Zugfahrzeug korrigiert und die vom Fahrzeuggespann befahrene Fläche wird minimiert. Diese Funktion ist besonders vorteilhaft in der Agrarwirtschaft, insbesondere der Landwirtschaft.By analyzing the force components recorded by the force sensor, an inclination around the longitudinal axis of the towing vehicle can be detected and appropriate measures can be initiated. Drift compensation, i.e. by adjusting the steering angle of the trailer's steerable wheel axle based on the measurement data from the force sensor, corrects the lateral offset between the trailer and towing vehicle and minimizes the area traveled by the vehicle combination. This function is particularly advantageous in the agricultural sector, especially in agriculture.

Da der Kraftsensor die Lagerbelastung in der Kupplung erfasst, wird bei der Berechnung des Lenkwinkels der lenkbaren Radachse des Anhängers ferner indirekt das Gewicht des Anhängers berücksichtigt. Es wird also bei der Berechnung des Lenkwinkels indirekt auch der Beladezustand des Anhängers, insbesondere das Gewicht des Anhängers, berücksichtigt.Since the force sensor records the bearing load in the coupling, the weight of the trailer is also indirectly taken into account when calculating the steering angle of the trailer's steerable wheel axle. The loading condition of the trailer, in particular the weight of the trailer, is therefore also indirectly taken into account when calculating the steering angle.

Der Vorteil dieser Funktion (Driftkompensation) besteht darin, dass das System das Fahren am Hang nicht fälschlicherweise als Lenkvorgang wertet, da die Kraftkomponente in Z-Richtung in gleicher Weise abnimmt wie die Kraftkomponente in Y-Richtung zunimmt. Für die Basis dieser Funktion sind zudem keine zusätzlichen Sensoreingänge (Gierrate, Lenkwinkel, Neigungssensor oder dergleichen) relevant, da alle erforderlichen Informationen zur Ausführung der Driftkompensation, insbesondere die Messdaten des Kraftsensors, vorhanden sind.The advantage of this function (drift compensation) is that the system does not mistakenly interpret driving on a slope as a steering operation, since the force component in the Z direction decreases in the same way as the force component in the Y direction increases. In addition, no additional sensor inputs (yaw rate, steering angle, tilt sensor or the like) are relevant for the basis of this function, since all the information required to carry out the drift compensation, in particular the measurement data from the force sensor, is available.

Es können zusätzliche Sensoren und Erfassungsvorrichtungen vorgesehen sein, um die Fahrsituation des Fahrzeuggespanns besser einschätzen und so die Driftkompensation optimieren zu können. Denkbar ist, dass durch entsprechende bekannte Mittel eine Beurteilung des befahrenen Untergrunds erfolgt.Additional sensors and detection devices can be provided to better assess the driving situation of the vehicle combination and thus optimize drift compensation. It is conceivable that the surface being driven on can be assessed using appropriate known means.

Alternativ oder ergänzend umfasst das System einen Neigungssensor zur Erfassung einer Neigung des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers, wobei die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, Messdaten des Neigungssensors zu empfangen und basierend auf diesen Messdaten den Lenkaktuator anzusteuern. Mit dem Neigungssensor kann eine Neigungskontrolle erfolgen. Der Neigungssensor berücksichtigt nur den Neigungswinkel unabhängig der aktuellen Position und der aktuell wirkenden Kräfte des Anhängers, die auf das Zugfahrzeug wirken. Die Messdaten des Neigungssensors können genutzt werden, um genaue Messdaten über die reale Neigung des Untergrunds zur Berechnung eines erforderlichen Lenkwinkels der lenkbaren Radachse am Anhänger zur Driftkompensation zu generieren. In diesem Sinn empfängt die Steuereinrichtung Messdaten eines Neigungssensors zur Erfassung einer Neigung des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers und steuert den Lenkaktuator basierend auf diesen Messdaten an.Alternatively or additionally, the system comprises an inclination sensor for detecting an inclination of the towing vehicle and/or the trailer, wherein the control device is further configured to receive measurement data from the inclination sensor and to control the steering actuator based on this measurement data. The inclination sensor can be used to control the inclination. The inclination sensor only takes into account the angle of inclination, regardless of the current position and the currently acting forces of the trailer that act on the towing vehicle. The measurement data from the inclination sensor can be used to generate precise measurement data on the actual inclination of the ground to calculate a required steering angle of the steerable wheel axle on the trailer for drift compensation. In this sense, the control device receives measurement data from an inclination sensor to detect an inclination of the towing vehicle and/or the trailer and controls the steering actuator based on this measurement data.

Der Neigungssensor kann entweder am Zugfahrzeug oder am Anhänger angeordnet sein. Denkbar ist, dass sowohl das Zugfahrzeug als auch der Anhänger einen eigenen Neigungssensor umfassen, wobei die Berechnung des Lenkwinkels unter Berücksichtigung der Messdaten beider Neigungssensoren erfolgt.The tilt sensor can be located either on the towing vehicle or on the trailer. It is conceivable that both the towing vehicle and the trailer have their own tilt sensor, with the steering angle being calculated taking into account the measurement data from both tilt sensors.

Die Verbindung zwischen der Steuereinrichtung und den genannten Sensoren sowie dem Lenkaktuator kann drahtgebunden, also über Verbindungskabel oder dergleichen, oder kabellos, beispielsweise über WLAN, eine Bluetooth- oder eine Funkverbindung, erfolgen. Sowohl die Steuereinrichtung als auch die genannten Sensoren sowie der Lenkaktuator weisen entsprechende Sende- und/oder Empfangseinheiten zum Datenaustausch auf.The connection between the control device and the sensors mentioned as well as the steering actuator can be wired, i.e. via connecting cables or the like, or wireless, for example via WLAN, a Bluetooth or a radio connection. Both the control device and the sensors mentioned as well as the steering actuator have corresponding transmitting and/or receiving units for data exchange.

Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt umfasst ein Fahrzeuggespann ein Zugfahrzeug mit einer Kupplung, einen daran angehängten Anhänger sowie ein System gemäß dem ersten Erfindungsaspekt. Die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Systems kann am Zugfahrzeug nachgerüstet werden. Alternativ kann die Steuereinrichtung am Anhänger angeordnet sein. Ferner alternativ kann das bereits im Zugfahrzeug integrierte Steuergerät als Steuereinrichtung im Sinn der Erfindung eingesetzt werden, um die genannten Messdaten zu erfassen und den Lenkaktuator des Anhängers entsprechend anzusteuern. In diesem Sinn kann die Steuereinrichtung im Zugfahrzeug oder im Anhänger angeordnet sein.According to a second aspect of the invention, a vehicle combination comprises a towing vehicle with a coupling, a trailer attached to it and a system according to the first aspect of the invention. The control device of the system according to the invention can be retrofitted to the towing vehicle. Alternatively, the control device can be arranged on the trailer. Furthermore, alternatively, the control unit already integrated in the towing vehicle can be used as a control device in the sense of the invention in order to record the measurement data mentioned and to control the steering actuator of the trailer accordingly. In this sense, the control device can be arranged in the towing vehicle or in the trailer.

Das Zugfahrzeug kann beispielsweise als Arbeitsmaschine in Form einer Land-, Forst- oder Baumaschine ausgeführt sein. Als „Landmaschine“ ist eine Maschine oder ein Gerät zu verstehen, das für landwirtschaftliche Zwecke eingesetzt werden kann. Dies kann beispielsweise ein Traktor, eine Dreschmaschine, ein Pflug oder ein Mähdrescher sein. Als „Baumaschine“ im Sinn der Erfindung ist eine mobile Maschine zu verstehen, die im Bauwesen verwendet wird. Sie dient unter anderem der Gewinnung, Be- und Verarbeitung von Baustoffen sowie dem Transport und der Platzierung von Materialien und Bauteilen. Sowohl die genannte Land- oder Baumaschine weist eine Kupplung zum Anhängen des genannten Anhängers mit einem darin integrierten Kraftsensor auf.The towing vehicle can be designed, for example, as a work machine in the form of an agricultural, forestry or construction machine. An “agricultural machine” is a machine or device that can be used for agricultural purposes. This can be, for example, a tractor, a threshing machine, a plow or a combine harvester. A “construction machine” in the sense of the invention is a mobile machine that is used in construction. It is used, among other things, for the extraction, treatment and processing of building materials as well as the transport and placement of materials and components. Both the agricultural or construction machine mentioned has a coupling for attaching the trailer mentioned with a force sensor integrated therein.

Unter einem Anhänger ist im Rahmen der Erfindung jede/s ziehbare Fahrzeug oder Maschine zu verstehen, welches eine oder mehrere Achsen aufweisen kann. Der Anhänger weist mindestens eine lenkbare Radachse auf. Denkbar ist, dass der Anhänger mehrere lenkbare Radachsen mit einem dazugehörigen Lenkaktuator aufweist. Prinzipiell ist denkbar, dass die genannte lenkbare Radachse zwei Lenkaktuatoren, also je einen Lenkaktuator für ein Rad der jeweiligen Anhängerseite, aufweist. Demnach sind die beiden Lenkaktuatoren kommunizierend mit der Steuereinrichtung verbunden, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, beide Lenkaktuatoren basierend auf den empfangenen Messdaten der genannten Sensoren anzusteuern. Entsprechend würde eine derartige Radachse auch zwei Lenkwinkelsensoren zur Erfassung eines jeweiligen Lenkwinkels eines Rades der lenkbaren Radachse des Anhängers aufweisen. Der Anhänger ist bevorzugt ein Deichselanhänger oder ein Sattelanhänger.In the context of the invention, a trailer is understood to mean any towable vehicle or machine that can have one or more axles. The trailer has at least one steerable wheel axle. It is conceivable that the trailer has several steerable wheel axles with an associated steering actuator. In principle, it is conceivable that the steerable wheel axle mentioned has two steering actuators, i.e. one steering actuator for each wheel on the respective trailer side. Accordingly, the two steering actuators are communicatively connected to the control device, wherein the control device is set up to control both steering actuators based on the measurement data received from the sensors mentioned. Accordingly, such a wheel axle would also have two steering angle sensors for detecting a respective steering angle of a wheel of the steerable wheel axle of the trailer. The trailer is preferably a drawbar trailer or a semi-trailer.

Gemäß einem dritten Erfindungsaspekt umfasst ein Verfahren zur Lenkung eines mittels einer Kupplung an ein Zugfahrzeug angehängten Anhängers, wobei der Anhänger wenigstens eine lenkbare Radachse aufweist, das Verfahren umfassend die Schritte:

- Erfassen einer Lagerbelastung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger mittels eines an der Kupplung angeordneten Kraftsensors,
- Empfangen von Messdaten des Kraftsensors durch eine mit dem Kraftsensor sowie einem an der lenkbaren Radachse angeordneten Lenkaktuator kommunizierend verbundene Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung den Lenkaktuator basierend auf den Messdaten des Kraftsensors ansteuert. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Ausführungen zum System zur Lenkung eines mittels einer Kupplung an ein Zugfahrzeug angehängten Anhängers gemäß dem ersten Erfindungsaspekt verwiesen.

According to a third aspect of the invention, a method for steering a trailer attached to a towing vehicle by means of a coupling, wherein the trailer has at least one steerable wheel axle, the method comprising the steps:

- Detecting a bearing load between the towing vehicle and the trailer by means of a force sensor arranged on the coupling,
- Receiving measurement data from the force sensor by a control device that is communicatively connected to the force sensor and to a steering actuator arranged on the steerable wheel axle, wherein the control device controls the steering actuator based on the measurement data from the force sensor. With regard to the method according to the invention, reference is made to the explanations regarding the system for steering a trailer attached to a towing vehicle by means of a coupling according to the first aspect of the invention.

Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems gemäß dem ersten Erfindungsaspekt gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrzeuggespann gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt sowie für das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem dritten Erfindungsaspekt, und umgekehrt.The above definitions as well as statements on technical effects, advantages and advantageous embodiments of the system according to the invention according to the first aspect of the invention also apply mutatis mutandis to the vehicle combination according to the invention according to the second aspect of the invention as well as to the method according to the invention according to the third aspect of the invention, and vice versa.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt

1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeuggespanns,
2 eine stark schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Fahrzeuggespanns nach 1 während einer Kurvenfahrt, und
3 eine stark schematische Heckansicht des erfindungsgemäßen Fahrzeuggespanns nach 1 und 2 während einer Fahrt am Hang.

In the following, an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the figures.

1 a schematic side view of a vehicle combination according to the invention,
2 a highly schematic plan view of the vehicle combination according to the invention 1 while cornering, and
3 a highly schematic rear view of the vehicle combination according to the invention 1 and 2 while driving on a slope.

In 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeuggespann 100 gezeigt. Das Fahrzeuggespann 100 umfasst ein Zugfahrzeug 1 mit einer daran am Heck angeordneten Kupplung 3 zur Anbindung bzw. Kopplung eines Anhängers 2 des Fahrzeuggespanns 100. Das Fahrzeuggespann 100 umfasst ferner ein erfindungsgemäßes System zur Lenkung des am Zugfahrzeug 1 angehängten Anhängers 2. Das Zugfahrzeug 1 ist hier eine als Traktor ausgebildete Landmaschine und der Anhänger 2 ist ein Deichselanhänger und weist in diesem Beispiel zwei Radachsen auf, wovon eine erste Radachse eine lenkbare Radachse 6 und eine zweite Radachse eine nicht lenkbare Radachse 11 ist. Selbstverständlich ist denkbar, dass der Anhänger 2 auch nur eine, drei oder mehr als drei Radachsen aufweist. Unabhängig der Anzahl der Radachsen ist jedenfalls eine Radachse als lenkbare Radachse 6 ausgebildet, die einen Lenkaktuator 5 zur Einstellung des Lenkwinkels dieser lenkbaren Radachse 6, also der Räder 12 der lenkbaren Radachse 6 aufweist. Der Lenkaktuator 5 weist hier beispielhaft eine - hier nicht gezeigte - E-Maschine auf, die mit einem Lineartrieb 13 wirkverbunden ist, wobei der Linearantrieb 13 bei Betätigung des Lenkaktuators 5 durch eine Steuereinrichtung 7 einen Lenkwinkel der Räder 12 einstellen kann.In 1 until 3 a vehicle combination 100 according to the invention is shown. The vehicle combination 100 comprises a towing vehicle 1 with a coupling 3 arranged at the rear for connecting or coupling a trailer 2 of the vehicle combination 100. The vehicle combination 100 further comprises a system according to the invention for steering the trailer 2 attached to the towing vehicle 1. The towing vehicle 1 is an agricultural machine designed as a tractor and the trailer 2 is a drawbar trailer and in this example has two wheel axles, of which a first wheel axle is a steerable wheel axle 6 and a second wheel axle is a non-steerable wheel axle 11. It is of course conceivable that the trailer 2 also has only one, three or more than three wheel axles. Regardless of the number of wheel axles, one wheel axle is in any case designed as a steerable wheel axle 6, which has a steering actuator 5 for adjusting the steering angle of this steerable wheel axle 6, i.e. the wheels 12 of the steerable wheel axle 6. The steering actuator 5 here has, for example, an electric motor (not shown here) which is operatively connected to a linear drive 13, wherein the linear drive 13 can adjust a steering angle of the wheels 12 when the steering actuator 5 is actuated by a control device 7.

In der Kupplung 3 ist ein Kraftsensor 4 zur Erfassung einer Lagerbelastung zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 2 integriert. Der Kraftsensor 4 umfasst - hier nicht gezeigte - Dehnungsmessstreifen, um Lagerkräfte der Kupplung in den drei Raumrichtungen X, Y und Z zu erfassen. Die Raumrichtungen sind auf eine Lage des Kraftsensors 4 bezogen und in 1 bis 3 entsprechend im Bereich der Kupplung 3 abgebildet. Eine Kraftkomponente in X-Richtung verläuft entlang der Längsachse des Zugfahrzeugs 1. Eine Kraftkomponente in Y-Richtung verläuft quer zur Längsachse des Zugfahrzeugs 1 bzw. in Querrichtung. Eine Kraftkomponente in Z-Richtung verläuft in Schwerkraftrichtung, also vertikal. Anhand der jeweiligen erfassten Kraftkomponente oder Kraftkomponenten, kann das System unter anderem erkennen, ob sich das Fahrzeuggespann 100 in einer Geradeausfahrt, in einer Kurvenfahrt oder in einer Fahrt „am Hang“ (vgl. 3) befindet.A force sensor 4 is integrated in the coupling 3 to detect a bearing load between the towing vehicle 1 and the trailer 2. The force sensor 4 comprises strain gauges (not shown here) to detect bearing forces of the coupling in the three spatial directions X, Y and Z. The spatial directions are related to a position of the force sensor 4 and in 1 until 3 shown accordingly in the area of the coupling 3. A force component in the X direction runs along the longitudinal axis of the towing vehicle 1. A force component in the Y direction runs transversely to the longitudinal axis of the towing vehicle 1 or in the transverse direction. A force component in the Z direction runs in the direction of gravity, i.e. vertically. Based on the respective recorded force component or force components, the system can, among other things, recognize whether the vehicle combination 100 is driving straight ahead, cornering or driving "on a slope" (cf. 3 ) is located.

Im Zugfahrzeug 1 ist eine Steuereinrichtung 7 angeordnet, die mit dem Kraftsensor 4 sowie dem Lenkaktuator 5 kommunizierend verbunden ist. Die Steuereinrichtung 7 ist ferner mit einem Geschwindigkeitssensor 8 zur Erfassung einer Fahrgeschwindigkeit des Zugfahrzeugs 1, einem Neigungssensor 10 zur Erfassung einer Neigung des Zugfahrzeugs 1 um dessen Längsachse sowie einem am Anhänger 2 integrierten Lenkwinkelsensor 9 zur Erfassung eines Lenkwinkels 14 der Räder 12 der lenkbaren Radachse 6 des Anhängers 2 kommunizierend verbunden.A control device 7 is arranged in the towing vehicle 1 and is communicatively connected to the force sensor 4 and the steering actuator 5. The control device 7 is also communicatively connected to a speed sensor 8 for detecting a driving speed of the towing vehicle 1, an inclination sensor 10 for detecting an inclination of the towing vehicle 1 about its longitudinal axis and a steering angle sensor 9 integrated in the trailer 2 for detecting a steering angle 14 of the wheels 12 of the steerable wheel axle 6 of the trailer 2.

Die Steuereinrichtung 7 ist dazu eingerichtet, je nach Fahrsituation Messdaten des Kraftsensors 4, des Geschwindigkeitssensors 8, des Lenkwinkelsensors 9 und/oder des Neigungssensors 10 abzurufen bzw. zu empfangen und den Lenkaktuator 5 basierend auf den erfassten Messdaten sowie in Abhängigkeit der aktuellen Fahrsituation anzusteuern. Die Steuereinrichtung 7 ist außerdem dazu eingerichtet, den Lenkaktuator 5 bei einer Rückwärtsfahrt des Zugfahrzeugs 1 zu blockieren, so dass eine Einstellung des Lenkwinkels der Radachse 6 während der Rückwärtsfahrt verhindert wird. Damit kann ein Rückwärtsfahren mit dem Fahrzeuggespann 100 vereinfacht werden.The control device 7 is designed to retrieve or receive measurement data from the force sensor 4, the speed sensor 8, the steering angle sensor 9 and/or the inclination sensor 10 depending on the driving situation and to control the steering actuator 5 based on the recorded measurement data and depending on the current driving situation. The control device 7 is also designed to block the steering actuator 5 when the towing vehicle 1 is reversing, so that adjustment of the steering angle of the wheel axle 6 is prevented during reversing. This makes reversing with the vehicle combination 100 easier.

Nachfolgend werden zwei Fahrsituationen anhand einer jeweiligen Funktion des erfindungsgemäßen Systems exemplarisch beschrieben, wobei die beiden Fahrsituationen auch gleichzeitig stattfinden können.In the following, two driving situations are described by way of example based on a respective function of the system according to the invention, whereby the two driving situations can also take place simultaneously.

Der Kraftsensor 4 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er, wenn sich das Zugfahrzeug 1 in einer normalen Geradeausfahrt befindet, lediglich eine Kraftkomponente in X-Richtung, also in Längsrichtung des Zugfahrzeugs 1 erfasst. Wenn ein Lenkvorgang eingeleitet bzw. eine Kurvenfahrt ausgeführt wird, erfasst der Kraftsensor 4 neben der Kraftkomponente in X-Richtung ferner eine Kraftkomponente in Y-Richtung, also in lateraler Richtung bzw. in Querrichtung des Zugfahrzeugs 1. 2 zeigt das Fahrzeuggespann 100 während einer solchen Kurvenfahrt. Eine Kraftkomponente in Z-Richtung kann ebenfalls erfasst werden, diese ist jedoch unabhängig von Geradeausfahrt oder Kurvenfahrt im Wesentlichen konstant, wenn das Fahrzeuggespann 100 auf einer ebenen und ungeneigten Oberfläche fährt.The force sensor 4 is designed and arranged in such a way that when the towing vehicle 1 is traveling normally straight ahead, it only detects a force component in the X direction, i.e. in the longitudinal direction of the towing vehicle 1. When a steering process is initiated or cornering is carried out, the force sensor 4 detects not only the force component in the X direction but also a force component in the Y direction, i.e. in the lateral direction or in the transverse direction of the towing vehicle 1. 2 shows the vehicle combination 100 during such a curve. A force component in the Z direction can also be detected, but this is essentially constant regardless of straight-ahead travel or curve travel when the vehicle combination 100 is traveling on a flat and uninclined surface.

Es hat sich gezeigt, dass bereits durch Betrachtung der am Kraftsensor 4 wirkenden Kräfte in Y-Richtung klar erkennbar ist, in welche Richtung das Fahrzeuggespann 100 bewegt bzw. gelenkt wird. Die Steuerung der Nachlauflenkachse, also der lenkbaren Radachse 6 erfolgt auf der Basis der erfassten Kraftkomponente in Y-Richtung bzw. den daraus erzeugten Messdaten. Das heißt, die Kraftkomponente in Y-Richtung führt durch entsprechende Ansteuerung des Lenkaktuators 5 mittels der Steuereinrichtung 7 zu einem bestimmten Soll-Lenkeinschlag der Räder 12 der lenkbaren Radachse 6 des Anhängers 2. Das System kann ferner derart eingerichtet sein, dass auch vergleichsweise kleine Seitenkräfte, beispielsweise durch Seitenwind oder eine unebene Straße, erfasst werden können. Die Anhängerlenkung wirkt diesen Kräften entgegen und verbessert dadurch die Fahrstabilität des Fahrzeuggespanns 100 zusätzlich.It has been shown that just by looking at the forces acting on the force sensor 4 in the Y direction, it is clear in which direction the vehicle combination 100 is being moved or steered. The control of the trailing steering axle, i.e. the steerable wheel axle 6, is based on the detected force component in the Y direction or the measurement data generated from it. This means that the force component in the Y direction leads to a specific target steering angle of the wheels 12 of the steerable wheel axle 6 of the trailer 2 by appropriately controlling the steering actuator 5 using the control device 7. The system can also be set up in such a way that even comparatively small lateral forces, for example due to crosswinds or an uneven road, can be detected. The trailer steering counteracts these forces and thereby further improves the driving stability of the vehicle combination 100.

3 zeigt eine zweite Fahrsituationen, bei der das Fahrzeuggespann 100 parallel zu einer Neigung bewegt wird und der Anhänger 2 aufgrund der am Anhänger 2 wirkenden Kräfte die Spur des Zugfahrzeugs 1 zu verlassen neigt. Der Kraftsensor 4 ist derart eingerichtet, dass er anstatt oder ergänzend zur Kraftkomponente in X-Richtung eine Kraftkomponente in Z-Richtung (Hochrichtung bzw. Schwerkraftrichtung) erfassen kann. Wenn sich das Zugfahrzeug 1 also parallel zu einem Hang bzw. einer Neigung bewegt, wird von dem Kraftsensor 4 sowohl eine erste Kraftkomponente in Z-Richtung bzw. in Schwerkraftrichtung und eine zweite Kraftkomponente in Y-Richtung bzw. in Querrichtung des Zugfahrzeugs 1 erfasst. Die Anteile der Kraftkomponenten hängen von dem Neigungswinkel 15 des befahrenen Untergrunds ab. Anhand der Messdaten des Kraftsensors 4 betreffend die Kraftkomponenten in Y- und Z-Richtung erkennt das System eine Fahrt am Hang, und führt eine Driftkompensation aus, wobei der Lenkaktuator 5 basierend auf den Messdaten des Kraftsensors 4 so angesteuert wird, dass ein Lenkwinkel 14 der Räder 12 der Radachse 6 verändert wird, und zwar derart, dass die Räder 12 des Anhängers 2 in der Spur der Räder des Zugfahrzeugs 1 bleiben. Dies hat einerseits den Vorteil, dass die Fläche des befahrenen Untergrunds minimiert wird, wodurch, insbesondere in der Landwirtschaft, Schäden am Untergrund oder Zerstörung von Ernte- oder Saatgut verhindert werden. Zudem wird, wenn das Zugfahrzeug 1 wenigstens teilweise mit GPS gesteuert wird, sichergestellt, dass sich das Fahrzeuggespann 100 stets auf der geplanten Route befindet. 3 shows a second driving situation in which the vehicle combination 100 is moved parallel to an incline and the trailer 2 tends to leave the lane of the towing vehicle 1 due to the forces acting on the trailer 2. The force sensor 4 is set up in such a way that it can detect a force component in the Z direction (vertical direction or direction of gravity) instead of or in addition to the force component in the X direction. If the towing vehicle 1 is therefore moving parallel to a slope or incline, the force sensor 4 detects both a first force component in the Z direction or in the direction of gravity and a second force component in the Y direction or in the transverse direction of the towing vehicle 1. The proportions of the force components depend on the angle of inclination 15 of the surface being driven on. Based on the measurement data of the force sensor 4 relating to the force components in the Y and Z directions, the system detects driving on a slope and carries out drift compensation, whereby the steering actuator 5 is controlled based on the measurement data of the force sensor 4 in such a way that a steering angle 14 of the wheels 12 of the wheel axle 6 is changed in such a way that the wheels 12 of the trailer 2 remain in the track of the wheels of the towing vehicle 1. On the one hand, this has the advantage that the area of the ground traveled on is minimized, thereby preventing damage to the ground or destruction of crops or seeds, particularly in agriculture. In addition, if the towing vehicle 1 is at least partially controlled by GPS, it is ensured that the vehicle combination 100 is always on the planned route.

Um die Driftkompensation weiter zu verbessern bzw. genauer zu gestalten, können die Messdaten des Neigungssensors 10 von der Steuereinrichtung 7 verwendet werden, um neben den Messdaten der Kraftsensor 4, über die das System den Neigungswinkel 15 bestimmen kann, noch genauere Informationen über den Neigungswinkel 15 zur Berechnung des Soll-Lenkwinkels der Räder 12 am Anhänger 2 bereitzustellen.In order to further improve the drift compensation or to make it more precise, the measurement data of the inclination sensor 10 can be used by the control device 7 to provide, in addition to the measurement data of the force sensor 4, via which the system can determine the inclination angle 15, even more precise information about the inclination angle 15 for calculating the target steering angle of the wheels 12 on the trailer 2.

Das System ist außerdem dazu eingerichtet, zu erkennen, ob der Anhänger 2 und/oder das Zugfahrzeug 1 umzukippen droht. Wenn der Anhänger 2 zur Seite neigt, wird dies, wie oben beschrieben, vom Kraftsensor 4 als Kraftveränderung bzw. als Umverteilung der Kraftkomponenten in Y- und Z-Richtung wahrgenommen. Auf der Steuereinrichtung 7 können für die Kraftkomponenten Schwellwerte hinterlegt sein, wobei, wenn einer oder mehrere Schwellwerte überschritten werden, eine Kippwarnung an den Fahrer des Zugfahrzeugs 1 ausgegeben wird. Am Zugfahrzeug 1 können entsprechende Mittel zur Ausgabe der Warnung vorgesehen sein.The system is also designed to detect whether the trailer 2 and/or the towing vehicle 1 is in danger of tipping over. If the trailer 2 tilts to the side, this is detected by the force sensor 4 as a change in force or as a redistribution of the force components in the Y and Z directions, as described above. Threshold values for the force components can be stored on the control device 7, and if one or more threshold values are exceeded, a tipping warning is issued to the driver of the towing vehicle 1. Appropriate means for issuing the warning can be provided on the towing vehicle 1.

Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Weitere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Beschreibung und der Patentansprüche. Es ist denkbar, die beschriebenen Funktionen der Lenkunterstützung gemäß 2 sowie der Driftkompensation gemäß 3 gleichzeitig auszuführen, beispielsweise wenn das Fahrzeuggespann 100 parallel zu einer Neigung bewegt wird und gleichzeitig eine Kurvenfahrt ausgeführt wird. Mithin können die so erfassten Messdaten überlagert werden, um einen möglichst präzisen Lenkwinkel an der lenkbaren Radachse 6 einzustellen, damit ein angenehmes Fahrverhalten mit dem Fahrzeuggespann 100 erreichbar ist sowie die Fläche des befahrenen Untergrunds minimiert wird. Eine Reduzierung des befahrenen Untergrunds wird erreicht, wenn die Räder 2 des Anhängers 1 den Rädern des Zugfahrzeugs 1 folgen bzw. in der gleichen Spur liegen.The invention is not limited to the disclosed embodiments. Further embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art when using the present invention and when carefully analyzing the drawings, the description and the patent claims. It is conceivable to implement the described functions of the steering assistance according to 2 and drift compensation according to 3 simultaneously, for example when the vehicle combination 100 is moved parallel to an incline and a curve is being driven at the same time. The measurement data recorded in this way can therefore be superimposed in order to set the most precise steering angle possible on the steerable wheel axle 6, so that a pleasant driving behavior with the vehicle combination 100 can be achieved and the area of the driven surface is minimized. A reduction in the The smooth running of the surface is achieved when the wheels 2 of the trailer 1 follow the wheels of the towing vehicle 1 or are in the same track.

BezugszeichenReference symbol

11: ZugfahrzeugTowing vehicle
22: AnhängerTrailer
33: Kupplungcoupling
44: KraftsensorForce sensor
55: LenkaktuatorSteering actuator
66: Lenkbare Radachse des AnhängersSteerable wheel axle of the trailer
77: SteuereinrichtungControl device
88: GeschwindigkeitssensorSpeed sensor
99: LenkwinkelsensorSteering angle sensor
1010: NeigungssensorTilt sensor
1111: Nicht lenkbare Radachse des AnhängersNon-steerable wheel axle of the trailer
1212: Rad der lenkbaren RadachseWheel of the steerable wheel axle
1313: LineartriebLinear drive
1414: LenkwinkelSteering angle
1515: NeigungswinkelTilt angle
100100: FahrzeuggespannVehicle combination

Claims

System for steering a trailer (2) attached to a towing vehicle (1) by means of a coupling (3), the trailer (2) having at least one steerable wheel axle (6), the system comprising: - a force sensor (4) arranged on the coupling (3) for detecting forces in the longitudinal direction, transverse direction and vertical direction of the towing vehicle (1); - a steering actuator (5) for adjusting a steering angle (14) of the steerable wheel axle (6) of the trailer (2); and - a control device (7) which is communicatively connected at least to the force sensor (4) and to the steering actuator (5), which is set up to receive measurement data from the force sensor (4) and to control the steering actuator (5) based on these measurement data, characterized in that when the force sensor (4) detects a first force component in the vertical direction of the towing vehicle (1) and a second force component in the transverse direction of the towing vehicle (1), a steering angle (14) of the steerable wheel axle (6) can be adjusted so that wheels (12) of the trailer (2) follow wheels of the towing vehicle (1) in the same track.

System according to Claim 1 , characterized in that a speed sensor (8) is provided for detecting a driving speed of the towing vehicle (1), wherein the control device (7) is further configured to receive measurement data from the speed sensor (8) and to control the steering actuator (5) based on these measurement data.

System according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that a steering angle sensor (9) is provided for detecting a steering angle (14) of the steerable wheel axle (6) of the trailer (2), wherein the control device (7) is further configured to receive measurement data from the steering angle sensor (9) and to control the steering actuator (5) based on these measurement data.

System according to one of the preceding claims, characterized in that an inclination sensor (10) is provided for detecting an inclination of the towing vehicle (1) and/or the trailer (2), wherein the control device (7) is further configured to receive measurement data of the inclination sensor (10) and to control the steering actuator (5) based on these measurement data.

System according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (7) is further designed to block the steering actuator (5) when the towing vehicle (1) is reversing, so that an adjustment of the steering angle (14) of the wheel axle (6) is prevented.

Vehicle combination (100), comprising a towing vehicle (1) with a coupling (3), a trailer (2) attached thereto and a system according to one of the preceding claims.

Vehicle combination (100) after Claim 6 , characterized in that the control device (7) is arranged in the towing vehicle (1) or in the trailer (2).

Method for steering a trailer (2) attached to a towing vehicle (1) by means of a coupling (3), the trailer (2) having at least one steerable wheel axle (6), the method comprising the steps of: - detecting forces in the longitudinal direction, transverse direction and vertical direction of the towing vehicle (1) by means of a force sensor (4) arranged on the coupling (3); - receiving measurement data of the force sensor (4) by a control device (7) communicatively connected to the force sensor (4) and to a steering actuator (5) arranged on the steerable wheel axle (6), the control device (7) controlling the steering actuator (5) based on the measurement data of the Force sensor (4), characterized in that when the force sensor (4) detects a first force component in the vertical direction of the towing vehicle (1) and a second force component in the transverse direction of the towing vehicle (1), a steering angle (14) of the steerable wheel axle (6) is adjusted so that wheels (12) of the trailer (2) follow wheels of the towing vehicle (1) in the same track.

Procedure according to Claim 8 , characterized in that the control device (7) receives measurement data from a speed sensor (8) for detecting a driving speed of the towing vehicle (1) and controls the steering actuator (5) based on these measurement data.

Procedure according to Claim 8 or Claim 9 , characterized in that the control device (7) receives measurement data from a steering angle sensor (9) for detecting a steering angle (14) of the steerable wheel axle (6) of the trailer (2) and controls the steering actuator (5) based on these measurement data.

Procedure according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that the control device (7) receives measurement data from an inclination sensor (10) for detecting an inclination of the towing vehicle (1) and/or the trailer (2) and controls the steering actuator (5) based on these measurement data.

Procedure according to one of the Claims 8 until 11 , characterized in that the control device (7) blocks the steering actuator (5) when the towing vehicle (1) is reversing, so that an adjustment of the steering angle (14) of the wheel axle (6) is prevented.