DE10154635A1

DE10154635A1 - Verfahren zur Erfassung einer Geländekontur und eine Regelvorrichtung für ein Bodenbearbeitungsfahrzeug

Info

Publication number: DE10154635A1
Application number: DE2001154635
Authority: DE
Inventors: Gerold Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-22

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung einer Geländekontur an einem Bodenbearbeitungsfahrzeug vorgeschlagen, bei dem ein Bodenbearbeitungsmittel (2) am Bodenbearbeitungsfahrzeug (1) in seiner Arbeitshöhe geregelt wird. Die Kontur einer in Bearbeitungsrichtung vorausliegenden Fläche (3, 4, 5) wird in vorteilhafter Weise ermittelt und die Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels (2) wird so geregelt, dass ein Ausgleich des Bodenmaterials zwischen den Erhebungen (4) und den Senken (5) in der Geländekontur erfolgt. Die Kontur wird mit einem Mustererkennungs- oder Bildauswerteverfahren ermittelt und aus den ermittelten Signalverläufen in jeder Fahrzeuglage wird ein zur Glättung der Geländekontur erforderlicher Lageabweichungswert des vorgegebenen Sollwerts der Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels (2) errechnet und in der Regelung der Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels (2) berücksichtigt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Geländekontur und eine Regelvorrichtung zur Auswertung der erfassten Kontur an einem Bodenbearbeitungsfahrzeug, z. B. zur Regelung des Räumschildes einer Pistenraupe, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist beispielsweise aus der US 5,994,865 A bekannt, dass bei einer Bodenbearbeitungsmaschine, hier eine Planierraupe, die Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels über oder auf dem Boden auf einen konstanten Sollwert unabhängig von der Arbeitslage des Fahrzeugs geregelt wird. Oft ist es jedoch wünschenswert, dass nicht in erster Linie ein voreingestellter Sollwert am Boden eingehalten werden soll, sondern dass die Geländeform im wesentlichen ausgeglichen wird, wobei die absolute Höhe nicht entscheidend ist, wie es z. B. bei Pistenraupen auf zu glättenden Skipisten der Fall ist. Bei diesen Fahrzeugen werden die Räumschilder daher in der Regel vom Fahrzeugführer von Hand gesteuert.

Vorteile der Erfindung

Ein Verfahren zur Erfassung einer Geländekontur und an einem Bodenbearbeitungsfahrzeug, bei dem ein Bodenbearbeitungsmittel am Bodenbearbeitungsfahrzeug in seiner Arbeitshöhe geregelt wird ist gemäß der Erfindung weitergebildet. In vorteilhafter Weise wird dabei die Kontur einer in Bearbeitungsrichtung vorausliegenden Fläche ermittelt und die Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels wird so geregelt, dass mit dem Bodenbearbeitungsmittel ein Ausgleich des Bodenmaterials zwischen den Erhebungen und den Senken in der Geländekontur erfolgt.

Mit einer bevorzugten Ausführungsform wird in vorteilhafter Weise die Höhenkontur mit einem Mustererkennungs- oder Bildauswerteverfahren ermittelt und aus den ermittelten Signalverläufen wird in jeder Fahrzeuglage ein zur Glättung des Bodens erforderlicher Lageabweichungswert des vorgegebenen Sollwerts der Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels errechnet und in der Regelung der Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels berücksichtigt. Der Lagesollwert wird dabei vom Fahrzeugführer vorgegeben. Einer beispielsweise vorhandenen elektrohydraulischen Steuerung für das Bearbeitungsmittel wird dann ein Lageregelkreis überlagert, der das ermittelte Kontursignal in die Steuerung mit einfließen lässt.

Bei einer geeigneten Vorrichtung zur Durchführung des zuvor genannten Verfahrens wird am Bodenbearbeitungsfahrzeug in vorteilhafter Weise eine Sensoranordnung befestigt, mit der eine in Fahrtrichtung vorgegebene Fläche des zu bearbeitenden Bodens sensierbar und mit der ein Signal für die Höhensteuerung des Bodenbearbeitungsmittels erzeugbar ist.

Die Sensoranordnung enthält dabei bevorzugt einen optischen oder im Mikrowellenbereich arbeitenden Sender und einen entsprechenden Empfänger, wobei die Strahlen in einem geeigneten Winkelbereich abgestrahlt werden und die vom Boden reflektierten Strahlen im Empfänger hinsichtlich ihrer Laufzeit und ihrer Amplitude ausgewertet werden, woraus die Entfernung und Lage der Bodenpartikel und damit die Geländekontur ermittelbar ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform enthält die Sensoranordnung einen Radarsender und -empfänger, der Radarstrahlen von cirka 12 GHz oder größer ausstrahlt, damit die Radarstrahlen vom Boden, z. B. Erde oder Kies, bzw. von Schnee oder Eis reflektiert werden.

Die Radarsensoranordnung kann z. B. auf dem Dach des Führerhauses einer Pistenraupe als Bodenbearbeitungsfahrzeug zum Ausgleich des Schneebelags einer Skipiste mittels eines Räumschilds angebracht werden. Die Messkeule des Radars erfasst dabei das Gelände vor dem Räumschild, wobei der erfasste Bereich vom Abstrahlwinkel des Radars abhängt. Die Laufzeit des Echosignals kennzeichnet dann die Entfernung zwischen dem Radarsensor und der Bodenoberfläche und die Amplitude des Echosignals kennzeichnet den Reflektionswinkel. Somit kann man aus dem sich ergebenden Signalverlauf bezüglich der Laufzeit und der Amplitude mit einer geeigneten Signalaufbereitung durch Mustererkennung oder Bildverarbeitung der Geländeverlauf, bzw. die Bodenkontur errechnen und die einzuregelnde Lage des Räumschilds unter Berücksichtigung der Lageabweichung des vorgegebenen Sollwertes ermitteln.

Als Alternative kann die Sensoranordnung auch einen Lasersender und -empfänger aufweisen, der Lichtstrahlen ausstrahlt, wobei diese Laserstrahlen mit einer entsprechenden Sende- oder Reflektionsvorrichtung zur Abtastung bzw. zum Abscannen der zu sensierenden Fläche bewegt werden. Beispielsweise kann das Abscannen mittels eines beweglichen Spiegels erfolgen.

Mit der Erfindung kann auf einfache Weise erreicht werden, dass beispielsweise das Räumschild einer Pistenraupe so geregelt wird, dass Bodenwellen oder Schneehügel auf Skipisten durch die Lage des Räumschildes so ausgeglichen werden, dass Kuppen der Schneehügel oder Bodenwellen gekappt werden und das so abgetragene Material in die Mulden oder Senken geschoben wird. Die Erfindung ermöglicht somit ein effizientes Arbeiten mit dem Fahrzeug und entlastet den Fahrzeugführer, da dieser sich nicht auf die Steuerung des Räumschildes konzentrieren muss.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung mit einem Radarsensor als Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung der Lage eines Räumschildes einer Pistenraupe, ist in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Skizze einer Pistenraupe während der Bodenbearbeitung und
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Lageregelkreises.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Pistenraupe 1 als Bodenbearbeitungsmittel gezeigt, die ein Räumschild 2 zur Bearbeitung einer Geländeoberfläche 3, hier eine Skipiste, aufweist. Die Funktionen der Pistenraupe 1 werden hier nur insoweit erläutert, wie sie für Darstellung der Erfindung notwendig sind.
Die Geländeoberfläche 3 weist Kuppen 4 und Senken 5 auf, die mit der Pistenraupe ausgeglichen werden sollen. Am Dach eines Führerhauses 6 der Pistenraupe 1 ist ein Radarsensor 7 angebracht, der mit einem Strahlkegel 8 eine vor dem Räumschild liegende Fläche erfasst und auswertet.
In Fig. 2 ist ein Lageregelkreis zur Auswertung des Sensorsignals gezeigt. Die Laufzeit des jeweiligen Echosignals, der mit dem Sender im Radarsensor 7 abgesandten Radarstrahlen, ist die Grundlage für die Berechnung der Entfernung zwischen dem Radarsensor 7 und der jeweiligen Oberfläche des Geländes 3 in einem Berechnungs- bzw. Bildverarbeitungsbaustein 10. Die Amplitude des jeweiligen Echosignals kennzeichnet dabei den Reflektionswinkel.
In einem Baustein 11 erfolgt eine Freigabe der automatischen Regelung durch Schalten von dem vom Bediener vorgegebenen Startsollwert SSW auf den Lagesollwert LSW. Ein Lageregler 12 wird mit der Differenz aus dem jeweiligen Sollwert und dem Lageistwert LIW des Räumschildes 2 angesteuert und kann dann ein Anheben AN oder Absenken AB des Räumschildes 2 steuern.
Somit kann man aus dem sich ergebenden Signalverlauf bezüglich der Laufzeit und der Amplitude mit einer an sich bekannten Signalaufbereitung durch Mustererkennung oder Bildverarbeitung den Geländeverlauf im Bereich der Kuppen 4 und der Senken 5 errechnen und die einzuregelnde Lage des Räumschilds 2 unter Berücksichtigung der Lageabweichung des vorgegebenen Sollwertes ermitteln. Es können beispielsweise Bodenwellen oder Schneehügel auf Skipisten durch die Lage des Räumschildes 2 so ausgeglichen werden, dass Kuppen 4 der Schneehügel gekappt werden und das so abgetragene Material in die Senken 5 geschoben wird.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung einer Geländekontur an einem Bodenbearbeitungsfahrzeug, bei dem
ein Bodenbearbeitungsmittel (2) am Bodenbearbeitungsfahrzeug (1) in seiner Arbeitshöhe geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontur einer in Bearbeitungsrichtung vorausliegenden Fläche (3, 4, 5) ermittelt wird und dass die Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels (2) so geregelt wird, dass ein Ausgleich des Bodenmaterials zwischen den Erhebungen (4) und den Senken (5) in der Geländekontur erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur mit einem Mustererkennungs- oder Bildauswerteverfahren ermittelt wird und aus den ermittelten Signalverläufen in jeder Fahrzeuglage ein zur Glättung der Geländekontur erforderlicher Lageabweichungswert des vorgegebenen Sollwerts der Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels (2) errechnet und in der Regelung der Arbeitshöhe des Bodenbearbeitungsmittels (2) berücksichtigt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Bodenbearbeitungsfahrzeug (1) eine Sensoranordnung (7) befestigt ist, mit der eine in Fahrtrichtung vorgegebene Fläche des zu bearbeitenden Geländes (3) sensierbar und mit der ein Signal für die Höhensteuerung des Bodenbearbeitungsmittels (2) erzeugbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (7) einen optischen oder im Mikrowellenbereich arbeitenden Sender und einen entsprechenden Empfänger enthält, wobei die Strahlen (8) in einem geeigneten Winkelbereich abgestrahlt werden und die vom Gelände(3) reflektierten Strahlen im Empfänger hinsichtlich ihrer Laufzeit und Amplitude ausgewertet werden, woraus die Entfernung und Lage der Bodenpartikel und damit die Geländekontur ermittelbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (7) einen Radarsender und - empfänger aufweist, der Radarstrahlen von cirka 12 GHz oder größer ausstrahlt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (7) einen Lasersender und - empfänger aufweist, der Lichtstrahlen ausstrahlt, wobei diese Laserstrahlen mit einer entsprechenden Sende- oder Reflektionsvorrichtung zur Abtastung der zu sensierenden Fläche bewegt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenbearbeitungsfahrzeug eine Pistenraupe (1) zum Ausgleich des Schneebelags einer Skipiste mittels eines Räumschilds (2) als Bodenbearbeitungsmittel ist.