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Die Erfindung betrifft eine fahrzeugexterne Steuervorrichtung und ein Verfahren zum autonomen Bewegen eines zumindest einen elektrischen Antrieb aufweisenden Kraftwagens.
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Im Kraftwagenbau werden die zu bearbeitenden Kraftwagen bzw. Kraftwagenkarosserien üblicherweise mittels fest installierten Förderzeugen von an sich bekannter Art wie beispielsweise Bändern, Skits, C-Bogen-Gehängen oder dergleichen transportiert. Dies gilt auch im Bereich der Endmontage, obwohl die Kraftwagen dort oftmals bereits mit Rädern und einem funktionsfähigen Fahrwerk ausgestattet sind. Gerade im Bereich des Bandendes müssen die Fahrzeuge dann häufig manuell durch Werker von einem Band zu einem anderen Band oder zu anderen Gebäuden der Fertigungsanlage gefahren werden. Dies ist zeit- und personalaufwändig.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2012 015 968 A1 beschreibt ein Verfahren zum fahrerlosen Bewegen eines Fahrzeugs auf einer Parkfläche, mit einer externen Steuerungseinrichtung, der ein Zugriff auf das Fahrzeug ermöglicht wird, um dieses zu oder von einem zugewiesenen Stellplatz der Parkfläche zu steuern, mit den folgenden Schritten: - Detektieren einer bevorstehenden oder stattgefundenen Kollision mit einem anderen fahrenden oder parkenden Fahrzeug mittels wenigstens eines Sensors des von der externen Steuerungseinrichtung gesteuerten Fahrzeugs; - Auswerten von Sensordaten in einer Auswerteeinheit; - situationsabhängiges Treffen einer Verhaltensentscheidung durch die Steuerungseinrichtung.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2010 008 487 A1 beschreibt eine landwirtschaftliche Maschine mit einer Steuerung für den Fahr- und Arbeitsbetrieb dieser Maschine, die aus einem Traktor und mindestens einer daran angekoppelten Arbeitsplattform besteht, auf der mindestens eine Bedienperson arbeitet, wobei auf oder an der Arbeitsplattform mindestens ein Steuerpult angeordnet ist, mit welchem der Fahr- und/oder Arbeitsbetrieb des Traktors steuerbar ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine fahrzeugexterne Steuervorrichtung und ein Verfahren zum autonomen Bewegen eines zumindest einen elektrischen Antrieb aufweisenden Kraftwagens bereitzustellen, mittels welchen eine kostengünstigere und flexiblere Beförderung von Kraftwagen während ihrer Montage ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine fahrzeugexterne Steuervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum autonomen Bewegen eines zumindest einen elektrischen Antrieb aufweisenden Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Zur Ermöglichung einer kostengünstigeren und flexibleren Montage eines Kraftagens ist eine erfindungsgemäße fahrzeugexterne Steuervorrichtung zum autonomen Bewegen eines zumindest einen elektrischen Antrieb aufweisenden Kraftwagens während dessen Montage mit dem Kraftwagen koppelbar, wobei mittels der Steuervorrichtung der elektrische Antrieb und eine Lenkung des Kraftwagens während nachfolgender Montageschritte gemäß einer vorgebbaren Route steuerbar ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, während der Montage des Kraftwagens, insbesondere während dessen Innenausbau, den eigenen Elektroantrieb des Kraftwagens für dessen Beförderung durch die Montage zu nutzen, sobald der Kraftwagen mit dem elektrischen Antrieb und einem funktionsfähigen Fahrwerk ausgerüstet worden ist. Üblicherweise verwendete festinstallierte Förderzeuge wie beispielsweise Bänder, Skits, C-Bogen-Gehänge oder dergleichen sind zur Beförderung des Kraftwagens durch die Montage nicht mehr vonnöten, so dass eine erhebliche Kosteneinsparung durch den Entfall der entsprechenden Fördertechnik erzielt werden kann. Insbesondere können diese Vorteile besonders gut ausgeschöpft werden, wenn der Kraftwagen während der Montage sehr frühzeitig mit Rädern und einem funktionsfähigen Fahrwerk ausgestattet wird, so dass möglichst viele stationäre Förderanlagen eingespart werden können.
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Des Weiteren kann ein wesentlich wandlungsfähiger Montageablauf erzielt werden, da keine festinstallierte Fördertechnik mehr verwendet ist. Auf entsprechende Änderungen innerhalb der Montageabläufe, beispielsweise in Form von Layoutänderungen oder dergleichen, kann durch die erfindungsgemäße Nutzung der fahrzeugexternen Steuervorrichtung zum Bewegen des Kraftwagens durch die Montage besonders schnell und einfach auf entsprechende Änderungen reagiert werden. Des Weiteren sind flexible Puffer möglich, welche lediglich Fläche benötigen. Flexible Nacharbeitsstationen können ebenfalls vorgesehen werden, da beliebige Ausschleusemöglichkeiten durch den Einsatz der fahrzeugexternen Steuervorrichtung gegeben sind. Des Weiteren ist innerhalb der Montage ein einfaches Variantenmanagement durch eine flexible Anfahrmöglichkeit verschiedener Produktionsbereiche möglich.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung eine Sende- und Empfangseinrichtung, mittels welcher die Steuervorrichtung innerhalb eines drahtlosen Funknetzwerks steuerbar ist. Bei der Sende- und Empfangseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine W-Lan-Box handeln, mittels welcher über ein W-Lan-Netz beispielsweise eine Kommunikation mit einem übergeordneten Leitsystem zur Ansteuerung oder auch Datenversorgung der Steuervorrichtung ermöglicht werden kann. Dadurch kann auf einfache Weise eine zentrale Steuerung des Kraftwagens sowie weiterer mit einer solchen Steuervorrichtung gekoppelten Kraftwagen während der Montage erfolgen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuervorrichtung einen Sensor umfasst, mittels welchem eine Relativlage der Steuervorrichtung bezüglich am Boden einer Betriebsfläche angeordneter Magnete bestimmbar ist. Der Sensor kann dabei beispielsweise ein Magnetlineal umfassen, mittels welchem das durch die am Boden der Betriebsfläche angeordneten Magnete ausgebildete Magnetraster erkannt werden kann. Dadurch wird auf besonders einfache Weise eine autonome Navigation des Kraftwagens ermöglicht. Im Boden verlegte Permanentmagnete sind zudem äußerst robust gegen Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise Staub, Schmutz oder Verschleiß der Bodenoberfläche. Mittels eines geeigneten Rasters von Permanentmagneten können im Prinzip beliebige Fahrtrouten realisiert werden. Zur Kalibrierung eines spezifischen Kraftwagens ist dabei lediglich eine einzige Referenzierung der Relativlage des Kraftwagens bzw. der Steuervorrichtung bezüglich des Magnetrasters notwendig, so dass das System auch im Betrieb besonders einfach zu handhaben ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuervorrichtung eine in einem zumindest bereichsweise gelochten Gehäuse angeordnete Steuereinheit, insbesondere einen Computer, mit einer Schnittstelle umfasst, mittels welcher die Steuereinheit mit einem Bussystem des Kraftwagens koppelbar und der elektrische Antrieb sowie die Lenkung mittels der Steuereinheit steuerbar ist. Durch eine Ankopplung an das Bussystem des Kraftwagens kann mittels der fahrzeugexternen Steuervorrichtung auf besonders einfache Weise Einfluss auf den elektrischen Antrieb und die Lenkung des Kraftwagens genommen werden, so dass der Kraftwagen in gewünschter Weise durch die Montage bewegt werden kann. Durch die Vorsehung eines zumindest bereichsweise gelochten Gehäuses, beispielsweise in Form von Lochblechen, wird eine entsprechend gute und notwendige Belüftung der Steuereinheit bzw. des Computers ermöglicht, so dass dessen dauerhafte Funktionsfähigkeit sichergestellt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuervorrichtung eine Umfelderfassungseinheit umfasst, mittels welcher im Umfeld des Kraftwagens befindliche Objekte detektierbar sind. Dadurch kann auf sichere Weise eine Kollision des Kraftwagens mit anderen Objekten, beispielsweise Werkern, anderen Kraftwagen, Produktionseinrichtungen oder dergleichen, vorgebeugt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuervorrichtung eine geschlossene Oberseite aufweist, welche im am Kraftwagen angekoppelten Zustand unterhalb des Kraftwagens angeordnet ist. Durch die geschlossen ausgebildete Oberseite wird die Steuervorrichtung vor von der Fahrzeugseite heruntertropfenden Flüssigkeiten geschützt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Unterseite der Steuervorrichtung im am Kraftwagen angekoppelten Zustand einen vorgegebenen Abstand, insbesondere einen Abstand von 50 mm, zu einer Betriebfläche aufweist. Dadurch wird eine entsprechende Bodenfreiheit unterhalb der Steuervorrichtung im angekoppelten Zustand an dem Kraftwagen sichergestellt, so dass die Steuervorrichtung vor Beschädigungen durch herumliegende Teile bewahrt werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steuervorrichtung eine magnetische und/oder mechanische Befestigungseinrichtung aufweist, mittels welcher die Steuervorrichtung im Wesentlichen mittig in Fahrzeugquerrichtung an dem Kraftwagen, insbesondere an einer Vorderachse des Kraftwagens, befestigbar ist. Dadurch kann die Steuervorrichtung besonders einfach in gewünschter Weise an der Unterseite des Kraftwagens verliersicher angebracht werden. Des Weiteren wird dadurch eine besonders exakte Positionierung der Steuervorrichtung an dem Kraftwagen ermöglicht, was insbesondere im Hinblick auf eine exakte Positionsbestimmung des Kraftwagens und Routenführung besonders vorteilhaft ist.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum autonomen Bewegen eines zumindest einen elektrischen Antrieb aufweisenden Kraftwagens während dessen Montage wird der Kraftwagen, nachdem dieser mit dem elektrischen Antrieb und einem Fahrwerk versehen worden ist, mit einer fahrzeugexternen Steuereinrichtung gekoppelt und anschließend wird mittels dieser der elektrische Antrieb und eine Lenkung des Kraftwagens während nachfolgender Montageschritte gemäß einer vorgegebenen Route gesteuert. Vorteilhafte Ausführungsformen der fahrzeugexternen Steuervorrichtung sind dabei auch als vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens zu verstehen.
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Schließlich ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Steuervorrichtung Raddrehzahl- und Lenkwinkelvorgaben für die vorgegebene Route bereitgestellt werden, gemäß welchen die Steuerung des Kraftwagens erfolgt, wobei während der Steuerung des Kraftwagens fortlaufend eine Abweichung zwischen einer Ist-Position und einer Soll-Position des Kraftwagens ermittelt und die Steuerung des Kraftwagens basierend darauf angepasst wird. Dadurch wird eine besonders exakte Navigation des Kraftwagens mittels der Steuervorrichtung ermöglicht, so dass der Kraftwagen während dessen Montage besonders exakt an entsprechenden Montagestationen positioniert werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Perspektivansicht auf einen Kraftwagen, an dessen Fahrzeugunterseite eine fahrzeugexterne Steuervorrichtung angebracht ist, mittels welcher ein elektrischer Antrieb und eine Lenkung des Kraftwagens gemäß einer vorgebbaren Route steuerbar ist;
- 2 eine Perspektivansicht auf die in 1 gezeigte fahrzeugexterne Steuervorrichtung, welche innerhalb eines bereichsweise gelochten Gehäuses unter anderem eine Sende- und Empfangseinrichtung sowie eine Steuereinheit aufweist;
- 3 eine Perspektivansicht auf den in 1 gezeigten Kraftwagen, wobei dieser auf einer Betriebsfläche einer Produktionsanlage angeordnet ist, innerhalb welcher eine Mehrzahl von Magneten in Form eines Magnetrasters angebracht sind; und in
- 4 eine Perspektivansicht einer Bedieneinrichtung, mittels welcher eine Momenten- und Lenkwinkelfernsteuerung des Kraftwagens ermöglicht wird.
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Ein Kraftwagen 10 mit einer an seiner Unterseite angekoppelten Steuervorrichtung 12 ist in einer Perspektivansicht in 1 gezeigt. Die fahrzeugexterne Steuervorrichtung 12 dient zum autonomen Bewegen des Kraftwagens 10 während dessen Montage. Mittels der Steuervorrichtung 12 kann im angekoppelten Zustand ein elektrischer Antrieb des Kraftwagens sowie eine Lenkung des Kraftwagens während nachfolgender Montageschritte gemäß einer vorgebbaren Route gesteuert werden. Die Steuervorrichtung 12 umfasst einen als magnetische Sensorleiste ausgebildeten Sensor 14, eine Umfelderfassungseinheit 16 sowie ein bereichsweise gelochtes Gehäuse 18, in welchem unter anderem eine als Computer ausgebildete, hier nicht gezeigte Steuereinheit 20 und eine als W-Lan-Box ausgebildete und hier nicht gezeigte Sende- und Empfangseinrichtung 22 angeordnet sind.
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Bei der Umfelderfassungseinheit 16 kann es sich beispielsweise um eine Kamera, einen Laserscanner oder dergleichen handeln, mittels welcher insbesondere Objekte vor dem Kraftwagen 10 erkannt werden können. Eine Kollision des Kraftwagens 10 mit anderen Kraftwagen oder anderen Objekten innerhalb einer Produktionsanlage können dadurch effektiv vermieden werden.
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Die Steuervorrichtung 12 kann hier nicht dargestellte magnetische und/oder mechanische Befestigungseinrichtungen aufweisen, mittels welchen die Steuervorrichtung 12 im Wesentlichen mittig in Fahrzeugquerrichtung an einer Vorderachse des Kraftwagens 10 befestigbar ist. Zur Befestigung der Steuervorrichtung 12 an dem Kraftwagen 10 können beispielsweise entsprechende Löcher in einer Querverbindung der Vorderachse zur Zentrierung der Steuervorrichtung 12 verwendet werden. Im Falle einer mechanischen Befestigungseinrichtung kann es sich beispielsweise um Spreizdorne oder dergleichen handeln.
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Der als Magnetlineal ausgebildete Sensor 14 dient zur Navigation des Kraftwagens 10, wobei ein hier nicht dargestelltes, im Boden einer Betriebsfläche 24 eingelassenes Magnetraster 26 mit einer Mehrzahl von entsprechend angeordneten, ebenfalls hier nicht dargestellten Magneten 28 zur Navigation des Kraftwagens 10 während dessen autonomer Steuerung mittels der Steuervorrichtung 12 genutzt wird. Die Funktionsweise der Magnetrasternavigation wird in einem späteren Abschnitt unter Bezugnahme auf 3 noch genauer erläutert.
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In 2 ist in einer Perspektivansicht die in 1 gezeigte Steuervorrichtung 12 gezeigt. Die Steuervorrichtung 12 umfasst hier nicht näher bezeichnete Kabel, ein Netzteil sowie eine Mehrzahl von Reihenklemmen. Außerhalb der Steuervorrichtung 12 sind zudem hier nicht dargestellte Antennen für einen entsprechenden W-Lan-Empfang vorgesehen sowie weitere Kabel und ein Transponder. Das Gehäuse 18 weist eine hier nicht dargestellte geschlossene Oberseite auf, welche im am Kraftwagen 10 montierten Zustand der Unterseite des Kraftwagens 10 zugewandt ist. Durch die geschlossene Oberseite wird die Steuervorrichtung 12 vor Flüssigkeiten geschützt, welche von der Fahrzeugunterseite auf die Steuervorrichtung 12 tropfen können.
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Des Weiteren ist die Steuervorrichtung 12 derart ausgebildet, dass eine hier nicht näher bezeichnete Unterseite der Steuervorrichtung 12 im am Kraftwagen 10 angekoppelten Zustand einen vorgegebenen Abstand, beispielsweise einen Abstand von 50 mm, zu der Betriebsfläche 24 aufweist. Ferner sind an dem Gehäuse 18 entsprechende Öffnungen vorgesehen, durch welche Kabel hindurchgeführt werden können, welche mit einer nicht näher bezeichneten Schnittstelle des Kraftwagens 10 verbunden werden können. Des Weiteren ist der Sensor 14 derart positioniert, dass dieser im montierten Zustand vor den Vorderrädern 30 positioniert ist. Über eine entsprechend hier nicht dargestellte Schnittstelle des Kraftwagens 10, beispielsweise im Motorraum des Kraftwagens 10, erfolgt neben der Verbindung der Steuervorrichtung 12 mit dem Bussystem des Kraftwagens 10 zusätzlich auch eine Spannungsversorgung der Steuervorrichtung 12, so dass diese keine eigene Energiequelle benötigt.
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Damit mittels der Steuervorrichtung 12 eine Steuerung des Kraftwagens 10 überhaupt vorgenommen werden kann, müssen folgende Komponenten zumindest im Kraftwagen 10 bereits montiert sein: Ein Elektroantrieb mit einem entsprechenden Steuergerät sowie ein DCDC-Wandler, eine elektrische Lenkung mit einem entsprechenden Steuergerät, eine Energieversorgung, beispielsweise in Form eines Hochvoltakkus, entsprechende Fahrzeugsteuergeräte, wie beispielsweise VECU, ESP, SAM, EZS und dergleichen, eine Hochvoltverkabelung zwischen einem Akku und dem elektrischen Antrieb, eine 12-Volt-Verkabelung für entsprechende Steuergeräte des Kraftwagens 10, ein Pedalwertgeber und ein Fahrstufenschalter sowie die bereits erwähnte Schnittstelle am Kraftwagen 10, um die Steuervorrichtung 12 mit dem Kraftwagen 10 verbinden zu können. Darüber hinaus muss der Kraftwagen 10 über ein funktionsfähiges Fahrwerk verfügen, ein Zündschloss innerhalb des Cockpits, eine OBD-Dose, und die zur Bewegung und Lenkung des Kraftwagens 10 notwendigen Verkabelungen bzw. Leitungen sowie Steuergeräte.
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Sobald während der Montage der Kraftwagen 10 mit den oben genannten Komponenten versehen worden ist, wird die Steuervorrichtung 12 an den Kraftwagen 10 angekoppelt, wonach mittels der Steuervorrichtung 12 der elektrische Antrieb und die Lenkung des Kraftwagens 10 während nachfolgender Montageschritte gemäß einer vorgegebenen Route gesteuert werden.
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In 3 ist eine Perspektivansicht des Kraftwagens 10 gezeigt, welcher auf dem zuvor erwähnten Magnetraster 26 positioniert ist. Das Magnetraster 26 umfasst, wie bereits erläutert, eine Mehrzahl von Magneten 28, welche in die hier nicht näher bezeichnete Betriebsfläche 24 eingelassen sind. Mittels des Sensors 14 können die jeweiligen Magnete 28 erkannt werden, wobei mittels einer entsprechenden Magnetrasternavigation der Kraftwagen 10 entlang einer vorgegebenen Route gesteuert werden kann.
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Eine entsprechende Route bzw. ein Verfahrweg wird mit einem Layoutplanungstool erstellt und auf den Kraftwagen 10 bzw. die Steuervorrichtung 12 heruntergeladen. In einem im Kraftwagen 10 oder der Steuervorrichtung 12 mitgeführten Bahnplaner wird eine Karte mit sämtlichen Informationen hinterlegt. Der Steuervorrichtung 12 werden entsprechende Raddrehzahl- und Lenkwinkelvorgaben für die vorgegebene Route bereitgestellt, gemäß welchen die Steuerung des Kraftwagens 10 erfolgt, wobei während der Steuerung des Kraftwagens 10 fortlaufend eine Abweichung zwischen einer Ist-Position und einer Soll-Position des Kraftwagens 10 ermittelt und die Steuerung des Kraftwagens basierend darauf angepasst wird.
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Entsprechende Bahnabweichungen wie beispielsweise durch einen Räderschlupf können dadurch korrigiert werden. Zur Nutzung der Magnetrasternavigation muss der Kraftwagen 10 lediglich einmalig auf das Magnetraster 26 referenziert werden. Das Magnetraster 26 bzw. die Magneten 28 sind sehr robust gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise Staub, Schmutz, Verschleiß der Bodenoberfläche durch beispielsweise Stapler und dergleichen. Des Weiteren ergeben sich keine Navigationseinflüsse bei wechselnden Materialzonen und Routen, so dass eine sehr gute Eignung bezüglich einer Wandlungsfähigkeit der Montage gegeben ist. Des Weiteren erfordert die Magnetrasternavigation keinen Hardwareinstallationsaufwand bei etwaigen Layoutänderungen der Montage.
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In 4 ist in einer Perspektivansicht eine Bedieneinrichtung 32 gezeigt, mittels welcher die Steuervorrichtung 12 angesteuert und somit der Kraftwagen 10 gesteuert werden kann. Beispielsweise können entsprechende Signale von der Bedieneinrichtung um ein WLAN-Netz an die Steuervorrichtung 12 übertragen tragen. Mittels der Bedieneinrichtung 32 kann somit eine Momenten- und Lenkwinkelfernsteuerung des Kraftwagens 10 durch eine CAN-Bus-Manipulation erfolgen. Somit ist es neben einer autonomen und zentralen Steuerung des Kraftwagens 10 ebenfalls möglich, dass ein Werker mittels der Bedieneinrichtung 32 den Kraftwagen 10 wie gewünscht steuern kann.
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Ferner ist ein momentengesteuertes Fahren des Kraftwagens vorgesehen, bei welchem während der Bewegung des Kraftwagens permanent das aufgebrachte Antriebsmoment überwacht wird. Das aufgebrachte Antriebsmoment wird fortlaufend mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Sobald das aufgebrachte Antriebsmoment den Schwellwert überschreiten sollte, wird die Bewegung des Kraftwagens gestoppt. Dadurch wird die Sicherheit beim Bewegen des Kraftwagens erhöht.
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Beispielsweise können durch die Überwachung des Antriebsmoments Hindernisse erkannt werden, gegen oder über welche der Kraftwagen fährt. Insbesondere können dadurch auch solche Fälle vermieden werden, in welchen der autonom bewegte oder fremd gesteuerte Kraftwagen beispielsweise über einen Fuß eines Werkers fährt. Sobald der Kraftwagen nämlich nur gegen einen Fuß eines Werkers stoßen sollte, wird bereits erkannt, dass das Antriebsmoment zur weiteren Fortbewegung des Kraftwagens, in dem Fall also zum Überfahren des Fußes, erhöht werden müsste. Der Schwellwert wird so niedrig eingestellt, dass eben auch solche Hindernisse erkannt werden und eine Weiterfahrt - und somit auch eine Verletzung des betreffenden Werkers - verhindert wird. Die Abtastrate des Antriebsmoments wird dabei so hoch gewählt, dass der Kraftwagen zwischen einer ersten und einer darauf folgenden Erfassung des Antriebsmoments weniger als eine vorgegebene Wegstrecke zurücklegt. Dadurch wird gewährleitstet, dass Hindernisse rechtzeitig erkannt werden können sowie der Kraftwagen ebenfalls rechtzeitig gestoppt wird.
