DE69705591T2 - Elektronisches Steuergerät und Sicherheitsvorrichtung für die Verbindung zwischen einem Schlepper und einem Anhänger - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Steuer- und Sicherheitssystem für die Verbindung zwischen einem Traktor und einem gezogenen Fahrzeug. Ein solches System gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus DE-A-39 18 083 bekannt. Die Erfindung wurde insbesondere für die Verbindung zwischen einem Traktor wie zum Beispiel einem landwirtschaftlichen Traktor und einer allgemeinen Art von Anhänger entwickelt, kann jedoch auch nützlich auf andere Arten von Fahrzeugen angewandt werden.
• Landwirtschaftliche Maschinen werden verwendet, um Anhänger über den Boden zu ziehen, der außerdem sehr uneben sein kann, mit dem Ergebnis, daß die beiden miteinander verbundenen Fahrzeuge Relativbewegungen ausgesetzt sind, die starke Belastungen an der Zugvorrichtung des Traktors bestimmen können. Um eine größere Fahrsicherheit des Traktors oder des Zugfahrzeugs sicherzustellen, zielt das erfindungsgemäße System darauf ab, die Kopplung zwischen dem Traktor und dem Anhänger unter konstanter Steuerung zu halten, so daß jede Unregelmäßigkeit sofort signalisiert wird, zum Beispiel mittels akustischer und/oder sichtbarer Warnungen in der Fahrerkabine.
• Allgemeiner ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines elektronischen Steuer- und Sicherheitssystems für die Verbindung zwischen einem Traktor und einem gezogenen Fahrzeug, das Anzeigen liefert, die den Fahrer des Fahrzeugs bei den Vorgängen der Verbindung und/oder des Ziehens des gezogenen Fahrzeugs unterstützen.
• Die fundamentalen Eigenschaften eines solchen Systems werden in dem angefügten Anspruch 1 angegeben.
• Das System der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Erkennungsvorrichtung an der Zugvorrichtung, die bei einer der einfachsten Ausführungsformen ein Aktivierungssignal für eine elektronische Steuerschaltung liefert, wenn sich der Stift in der Blockierungsposition befindet.
• Die Erkennungseinrichtung kann außerdem ein oder mehrere Signale an die Steuerschaltung liefern, die den Grad der Belastung anzeigen, die der Zugring des Anhängers gemäß mindestens einer vorbestimmten Zug- oder Biegerichtung auf die Zugvorrichtung ausübt.
• Das System kann weiterhin mindestens einen zusätzlichen kontaktlosen Laser- oder Ultraschallerkennungssensor umfassen, der ein kontinuierliches Ausgangssignal liefert, das proportional zu dem Abstand des Rings eines Anhängers von der Zugvorrichtung ist.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die lediglich als ein nichteinschränkendes Beispiel bereitgestellt werden, deutlich. Es zeigen:
• - Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Traktors, wobei die Hauptelemente der Erfindung und ihre Position in einer ersten Ausführungsform gezeigt sind,
• - Fig. 2 eine vergrößerte Diagrammansicht der Hauptelemente der in Fig. 1 gezeigten Erfindung,
• - Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Zugvorrichtung und einen Zugring eines Anhängers in einer Funktionsphase einer komplizierteren Ausführungsform der Erfindung und
• - Fig. 4 einen seitlichen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.
• Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Zugvorrichtung 11 des allgemein bekannten Typs an dem hinteren Teil eines Traktors oder eines Zugfahrzeugs angebracht, bei dem es sich in dem dargestellten Beispiel um einen landwirtschaftlichen Traktor 10 handelt, wobei die Zugvorrichtung eine Öffnung 12 umfaßt, die ein Verriegelungsstift 13 aus einer offenen oder zurückgezogenen Position in eine geschlossene Position gleitend, die ausführlich in Fig. 2 dargestellt ist, durchqueren kann. Der Stift 13 kann von Hand oder automatisch oder halbautomatisch mit in der Technik der Zugvorrichtungen bekannten Mechanismen, die hier nicht ausführlich besprochen werden, betätigt werden. Die Öffnung 12 der Zugvorrichtung ist so geformt, daß ein am Ende der Zugstange eines Anhängers (in den Figuren nicht dargestellt) angeordneter Zugring 14 aufgenommen wird. In der geschlossenen Position geht der Stift 13 durch eine kreisförmige Öffnung 15 des Rings.
• Wie nachfolgend besser beschrieben wird, werden ein oder mehrere Erkennungsglieder an der Zugvorrichtung 11 angebracht und mit Leitungen 16 mit einer elektronischen Steuerschaltung verbunden, die in einem Kasten 12 angeordnet ist, der sich in der Fahrkabine des Traktors 10 befindet. An dem Kasten 17 sind Warn- und Signalisierungselemente angebracht, wie zum Beispiel Signalisierungslampen 18, 19, akustische Signalisierungsglieder 21 und außerdem zusätzlich oder als Alternative Segment- oder Balken-Sichtanzeigen, alphanumerische und/oder graphische Flüssigkristallanzeigen, aktive Matrixanzeigen und dergleichen, gemäß den Informationen und den Funktionen, die für den Fahrer angezeigt oder zugänglich gemacht werden sollen. An dem Kasten 17 sind außerdem Benutzeroberflächenglieder angebracht, die in dem in den Figuren gezeigten einfachen Beispiel auf nur eine Stillschaltungstaste 20 begrenzt sein können.
• Natürlich können bezüglich der Positionierung der elektronischen Steuerschaltung zahlreiche Varianten vorausgesehen werden, wobei die elektronische Steuerschaltung zum Beispiel in das Armaturenbrett des Fahrzeugs eingefügt oder in der Nähe der Zugvorrichtung angeordnet werden kann, oder in einer beliebigen anderen Position, die besser geschützt oder leicht er zugänglich ist. Die sichtbaren und akustischen Warn- und Signalisierungselemente können wie alle Benutzeroberflächenglieder auch an dem Armaturenbrett des Fahrzeugs angebracht oder in einer anderen Position plaziert werden, in der sie der Fahrer leicht sehen kann.
• Die elektronische Steuerschaltung wird von einer Batterie 22 des Fahrzeugs versorgt und ist mit dem Zündschlüssel 23 verbunden. Im einzelnen kann die Steuerschaltung in den einfachsten Fällen gänzlich mit diskreten Bauelementen aufgebaut werden oder kann einen eingebetteten Mikroprozessor oder zusätzlich oder als Alternative einen Mikroprozessor oder Systeme auf der Grundlage von FPGA oder kundenspezifischen Chips gegebenenfalls mit auf demselben Chip integrierten analogen und digitalen Funktionen umfassen.
• Wie im Diagramm in Fig. 1 und 2 zu sehen ist, sind an der Zugvorrichtung 11 zwei kontaktlose optische, Laser-, magnetische, Ultraschall- oder andersartige bekannte Näherungssensoren 24, 25 angebracht. Die Sensoren können an der Oberfläche der Zugvorrichtung befestigt werden oder können teilweise oder völlig in Gehäusen untergebracht werden, die an dem Körper der Zugvorrichtung bereitgestellt werden. Die Sensoren 24, 25 werden jeweils in der Nähe der Basis 26 der Öffnung 12 und der Eingriffzone des Verriegelungsstifts 13 in der geschlossenen Position und insbesondere in der Nähe der Koppelmuffe 27 des Stifts 13 angeordnet. Wenn Magnetsensoren des Hall- Effekt-Typs verwendet werden, ist es besonders ratsam, diese Sensoren in im voraus angeordneten Aussparungen in dem Körper des Zuggeschirrs unterzubringen, wobei sie mit Gußharz fixiert werden, damit die Sensoren zu einem integralen Teil der Zugvorrichtung werden.
• Kraftsensoren 28 wie zum Beispiel Zugkraftmesser, Dehnungsmesser und dergleichen sind an der unteren Lippe 12a der Öffnung 12 angebracht, um die Belastung des Rings 14 an dem Zugpunkt vorzugsweise entlang dreier Achsen im rechten Winkel zueinander zu erfassen. Als nicht einschränkendes Beispiel werden die Sensoren 28 so gewählt, daß sie Zug-/Druck- und Biegebelastungen innerhalb von ± 100 kN erkennen und eine Überlastung von mindestens gleich 200% des Skalenendwerts mit einer Genauigkeit und Auflösung von mindestens 1% des Skalenendwerts ermöglichen.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Kraftsensoren mindestens einen Dehnungsmesser, der an der Außenwand der Vorrichtung vorzugsweise in dem Bereich 28a der maximalen Biegung der unteren Lippe 12a der Öffnung 12 (siehe Fig. 2) angebracht ist. Tatsächlich wurde festgestellt, daß die gefährlichsten Belastungen im Hinblick auf Sicherheit, d. h. Belastungen des Rings an der Zugvorrichtung in einer vertikalen Richtung, eine Biegung der unteren Lippe 12a verursachen, die leicht mit einem in dem Bereich 28a angeordneten Sensor erkannt werden können. Dieser Bereich 28a ist außerdem vor Kontakt mit dem Ring geschützt, wodurch es möglich wird, einen einfachen Dehnungsmesser zu verwenden, ohne daß es notwendig ist, besondere Maßnahmen zum Schutz seiner Integrität zu treffen. Außerdem ist der Bereich 28a leicht zugänglich, und zwar sowohl zum Anbringen des Sensors als auch zu seiner elektrischen Verbindung, und für alle Inspektionen zur Wartung und Reparatur.
• In Fig. 3 und 4 sind zusätzliche kontaktlose Laser- oder Ultraschallerkennungssensoren oder auch Infrarot- oder Funk- oder andere Arten von Sensoren an der Zugvorrichtung 11 oder ihrer Halterung angebracht, um den Abstand zwischen dem Ring und der Zugvorrichtung zu erfassen. Im allgemeinen sind mindestens drei Sensoren erforderlich, um die Ringposition vollständig zu erfassen. Wenn das Zuggeschirr jedoch zuvor auf derselben Höhe wie der Ring angebracht wurde, dann reichen zwei Sensoren aus, um die relative Position zwischen der Zugvorrichtung und dem Ring eindeutig zu identifizieren.
• Damit das oben beschriebene Steuersystem wirkt, wird beim Anlassen des Zugfahrzeugs 10 auch die elektronische Steuerschaltung aktiviert. Wenn ein Ring 14 in der Öffnung 12 der Zugvorrichtung angeordnet wird, liefert der Sensor 24 an dem Boden 26 der Öffnung ein Aktivierungssignal an die elektronische Schaltung, wodurch zum Beispiel das Ausschalten der Lampe 19 gesteuert wird. Wenn der Stift 13 in die in Fig. 2 dargestellte Verriegelungsposition bewegt wird, liefert gleichermaßen der Sensor 25 in der Nähe der Muffe 27 ein Aktivierungssignal an die elektronische Schaltung, wodurch beispielsweise das Ausschalten der Lampe 18 gesteuert wird.
• Wenn der Stift 13 dagegen angehoben wird und der Ring 14 aus der Öffnung 12 des Zuggeschirrs entfernt wird, können die Sensoren 24, 25 die jeweiligen Aktivierungssignale nicht mehr an die elektronische Steuerschaltung liefern, wodurch als Folge die Aktivierung des akustischen Anzeigers 21 bewirkt wird und gleichzeitig die eine und/oder die andere Lampe 18, 19 eingeschaltet wird. Der akustische Anzeiger kann von Hand mit der Stillschaltungstaste 20 ausgeschaltet werden, obwohl aus Sicherheitsgründen bevorzugt wird, daß die Anzeigelampen eingeschaltet bleiben, um das Fehlen eines Rings in der Öffnung der Vorrichtung und/oder die Öffnungsposition der Vorrichtung selbst anzuzeigen. Diese beiden Anzeigen auf der Grundlage der durch die Sensoren 24, 25 gelieferten Signale sind besonders wichtig, da sie zum Beispiel das Risiko vermindern, daß ein Fahrer, der den Motor anläßt und vergißt, mit dem Stift 13 den Ring eines Anhängers zu verriegeln, der bereits in der Öffnung der Vorrichtung angeordnet ist. Außerdem wird, während der Traktor gefahren wird, die Aufmerksamkeit des Fahrers sofort auf eine äußerst gefährliche Situation gelenkt, die auf die Möglichkeit unbeabsichtigter wiederholter Belastungen der Vorrichtung zurückzuführen ist, die eine Verschiebung des Stifts 13 aus seiner Verriegelungsposition in der Öffnung der Vorrichtung bewirkt, wobei das Risiko einer nachfolgenden plötzlichen Entkopplung des Anhängers besteht.
• Außerdem erkennt das Steuer- und Sicherheitssystem während des Ziehens kontinuierlich mittels der Kraftsensoren 28 die Belastungen auf der Zugvorrichtung, die durch den Anhänger verursacht und durch die Zugstange und den Ring 14 übertragen werden. In diesem Fall wird dem Fahrer durch eine graphische oder Balkenanzeige, die durch die Steuerschaltung auf der Grundlage der durch die Sensoren 28 gelieferten Informationen gesteuert wird, dauernd der Status des Ziehens an der Vorrichtung und seiner Richtung visuell gegeben. Wenn die durch Kalibrieren der Steuerschaltung auf einen vorbestimmten Schwellenwert eingestellten Sicherheitsgrenzen überschritten werden, werden sichtbare und/oder akustische Warnsignale aktiviert. Das Signal, das eine Zunahme der Belastung des Rings an dem unteren Teil der Öffnung 12 des Zuggeschirrs anzeigt, ist besonders wichtig, da es bei Überschreitung der Schwellenwerte zu einem Herauf kippen der Vorderseite des Traktors mit einhergehendem Verlust der Manövrierfähigkeit kommen könnte. Die Anzeige eines solchen abnormen Status ermöglicht eine sofortige Reaktion des Fahrers, der zum Beispiel das Fahrzeug abbremsen kann, um es in völliger Sicherheit unter Kontrolle zu halten.
• Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist die vorliegende Erfindung besonders nützlich bei der Verbindung eines Anhängers, auch wenn der Koppelpunkt nicht sichtbar ist. Wenn der Anhängerring in relativ geringem Abstand in Bezug auf die Zugvorrichtung angeordnet ist, liefern die kontaktlosen Laser- oder Ultraschall-Erkennungssensoren Informationssignale an die Steuerschaltung bezüglich der räumlichen Position des Rings. Die Steuerschaltung verarbeitet die Informationssignale, um so die Position des Rings in bezug auf das Zuggeschirr auf einer graphischen Anzeige sichtbar darzustellen. Auf der Grundlage der von der Steuerschaltung gelieferten Positionsinformationen, die auf der Anzeige angezeigt werden, kann der Fahrer den Traktor oder die Zugvorrichtungshalterungsstruktur manövrieren, um so das Zuggeschirr in bezug auf den Anhängerring 14 seitlich zu bewegen (Pfeile 30, 31 in Fig. 3), näher heranzubringen (Pfeile 32 in Fig. 3, 4) oder anzuheben oder herabzulassen (Pfeile 33, 34 in Fig. 4).
• Ohne Vorurteile bezüglich des Erfindungsprinzips können die Ausführungsformen und Realisierungseinzelheiten naturgemäß in bezug auf die beschriebenen und dargestellten stark unterschiedlich sein, ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung, der in den Ansprüchen definiert wird, verlassen wird.

Claims (7)

1. Elektronisches Steuer- und Sicherheitssystem für die Verbindung zwischen einem Traktor und einem gezogenen Fahrzeug, wobei der Traktor eine Zugvorrichtung mit einer Öffnung (12) umfasst, die eine untere Lippe (12a) umfasst, die so ausgelegt ist, dass sie den Ring der Zugstange des gezogenen Fahrzeugs aufnimmt und verriegelt, umfassend:

- mindestens einen Erfassungssensor (25, 28), der auf der Zugvorrichtung angebracht ist, um ein Ausgangssignal zu liefern, wobei der mindestens eine Erfassungssensor (25, 28) auf der unteren Lippe (12a) der Öffnung (12) montiert ist,

- eine elektronische Steuereinheit, die wirksam an mindestens einen Erfassungssensor angekoppelt ist, um das Signal zu empfangen, und

- mindestens einen visuellen (18, 19) oder akustischen Anzeiger (21), der von der elektronischen Steuereinheit gemäß dem Wert des von dem mindestens einen Erfassungssensor gelieferten Ausgangssignals aktiviert oder deaktiviert wird,

dadurch gekennzeichnet,

dass der mindestens eine Erfassungssensor aus einer Gruppe von Sensoren ausgewählt wird, die folgendes umfasst:

- auf der unteren Lippe (12a) montierte Kraftsensoren (28), die ein kontinuierliches Ausgangssignal liefern, das proportional zu der Biegung der unteren Lippe ist, die durch die Belastungen des Rings eines Anhängers auf der Zugvorrichtung verursacht wird, und

- in der Nähe der Eingriffszone (27) des Verriegelungsstifts (13) der Zugvorrichtung angebrachte Erfassungssensoren oder kontaktlose Näherungssensoren (25), die ein Ausgangs-Aktivierungssignal an die elektronische Schaltung liefern, wenn der Stift (13) in die Verriegelungsposition bewegt wird.

2. Steuer- und Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere Kraftsensoren (28) umfasst, die eine entsprechende Anzahl von Ausgangssignalen liefern, die proportional zu den gesamten, von dem Anhängerring auf das Zuggeschirr ausgeübten Zug-, Druck- und Biegebelastungen sind.

3. Steuer- und Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensoren Dehnungsmesser sind und auf der Außenwand der Zugvorrichtung (11) in einem Bereich (28a) der maximalen Durchbiegung der unteren Lippe (12a) der Öffnung (12) angebracht sind.

4. Steuer- und Sicherheitssystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine visuelle oder akustische Anzeiger in der Nähe des Fahrersitzes des Traktors angeordnet ist.

5. Steuer- und Sicherheitssystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine visuelle oder akustische Anzeiger (18, 19, 21) auf dem Armaturenbrett des Traktors angebracht ist.

6. Steuer- und Sicherheitssystem nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem mindestens eine Stillschaltungstaste (20) zur manuellen Deaktivierung des mindestens einen visuellen oder akustischen Anzeigers (18, 19, 21) umfasst.

7. Steuer- und Sicherheitssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin mindestens einen zusätzlichen kontaktlosen Laser- oder Ultraschall-Detektor aufweist, der ein kontinuierliches Ausgangssignal liefert, das proportional zum Abstand des Ringes eines Anhängers zur Zugvorrichtung ist.