DE102012017337B4

DE102012017337B4 - Baumaschine mit einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung, Verfahren zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit einer Baumaschine und Verfahren zur Bestimmung des Bodenbearbeitungsvolumens einer Baumaschine

Info

Publication number: DE102012017337B4
Application number: DE102012017337.7A
Authority: DE
Inventors: Jörn von der Lippe
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2032-09-01
Also published as: DE102012017337A1

Abstract

Baumaschine (1) mit- einem Maschinenrahmen (4),- einem Fahrwerk (5) mit mehreren Fahreinrichtungen (5'), wobei wenigstens eine der Fahreinrichtungen (5') angetrieben ist, und- mit einer Antriebseinrichtung, die die für den Antrieb der wenigstens einen angetriebenen Fahreinrichtung erforderliche Antriebsleistung zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet,dass sie eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung (11) zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit (26) der Baumaschine (1) aufweist, umfassend- eine zum Boden hin gerichteten Bildaufnahmeeinheit (12) zur Aufnahme von Untergrundbildern (Bt) der Bodenoberfläche (9, 15) in festgelegten Zeitabständen (Δt) und- eine Auswerteeinheit (13) mit einem Bilddatenspeicher (16) zum Speichern wenigstens eines Untergrundbildes (Bt, Bt) und mit einer Vergleichseinrichtung (17), die zwei Untergrundbilder (Bt; Bt) miteinander vergleicht und einen Abstandswert beider Untergrundbilder (Bt) (insbesondere anhand eins Bezugspunktes (BP, BP) ermittelt, wobei die Auswerteeinrichtung (13) aus dem Abstandswert und dem Zeitabstand eine Bewegungsgeschwindigkeit der Baumaschine (1) berechnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baumaschine mit einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung, ein Verfahren zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit einer Baumaschine und ein Verfahren zur Bestimmung des Bodenbearbeitungsvolumens einer Baumaschine. Ganz besonders betrifft die Erfindung selbstfahrende Baumaschinen, insbesondere Bodenfräsmaschinen, wie beispielsweise Straßenfräsen, Recycler, Stabilisierer oder Surface-Miner, Bodenverdichter und speziell Erdverdichter, insbesondere einen Walzenzug oder eine Tandemwalze, Straßenfertiger oder Bindemittelstreuer. Bodenfräsmaschinen werden allgemein zum Auffräsen des Bodenuntergrundes verwendet und finden im Straßenbau zum Abtragen einer Straßendecke Verwendung. Surface-Miner funktionieren im Grundsatz nach dem gleichen Prinzip und werden zum Abbau von Bodenschätzen eingesetzt. Recycler und Stabilisierer weisen ebenfalls ein ähnliches Aufbau- und Arbeitsprinzip auf. Bodenverdichter, insbesondere Erdverdichter, dienen der Verdichtung des Bodenuntergrundes. Derartige Baumaschinen, insbesondere Walzenzüge und Tandemwalzen, weisen wenigstens eine Bandage auf, die zur Bodenverdichtung über den Bodenuntergrund verfahren wird. Straßenfertiger dienen zum Auftragen einer Straßendecke. Bindemittelstreuer schließlich dienen im Straßen- und Wegebau der Ausbringung von Bindemittel, beispielsweise Zement oder Kalk, auf den Bodenuntergrund.
Gattungsgemäße Baumaschinen umfassen einen Maschinenrahmen, ein Fahrwerk mit mehreren Fahreinrichtungen, wobei wenigstens eine der Fahreinrichtungen angetrieben ist, und eine Antriebseinrichtung, die die für den Antrieb der wenigstens einen angetriebenen Fahreinrichtung erforderliche Antriebsleistung zur Verfügung stellt. Mit Fahreinrichtung ist dasjenige Element der Baumaschine bezeichnet, über das die Übertragung der Fahrbewegung auf den Bodenuntergrund erfolgt. Fahreinrichtungen umfassen demnach insbesondere Räder und/oder Kettenlaufwerke, wobei hier auch Mischformen möglich sind. Bei der Antriebseinrichtung handelt es sich um die Einrichtung, über die die für den Antrieb benötigte Antriebsenergie bereitgestellt wird. Üblicherweise ist die Antriebseinrichtung ein Verbrennungsmotor, wobei auch der Einsatz von beispielsweise Elektromotoren möglich ist. Die Antriebseinrichtung treibt häufig einen Hydraulikkreislauf an, der wiederum zum Antrieb der wenigstens einen angetriebenen Fahreinrichtung dient, beispielsweise mittels eines entsprechenden Hydraulikmotors. Bevorzugt ist es, wenn wenigstens zwei und insbesondere alle Fahreinrichtungen der Baumaschine angetrieben sind. Eine gattungsgemäße Baumaschine umfasst ferner eine Arbeitseinrichtung, wobei die Arbeitseinrichtung auf das spezielle Einsatzgebiet der jeweiligen Baumaschine zugeschnitten ist. Bodenfräsmaschinen umfassen hierzu eine Fräswalze, die im Arbeitsbetrieb in den Bodenuntergrund auftaucht. Dabei rotiert die Fräswalze um eine horizontale und quer zur Arbeitsrichtung verlaufende Rotationsachse. Straßenfertiger umfassen dagegen eine Einbauvorrichtung für Deckmaterial, deren wesentliche Elemente unter anderem ein Vorratsbehälter, ein Transportkanal, eine Verteilvorrichtung und eine Einbaubohle sind.
Um einen zuverlässigen Arbeitsbetrieb solcher Baumaschinen zu ermöglichen, ist insbesondere eine exakte Bestimmung und Überwachung der Maschinenbewegung im Arbeitsbetrieb wünschenswert. Fehlerquellen, wie beispielsweise Schlupferscheinungen, schwimmende Zustände und/oder Schräglaufbewegungen, verschlechtern das Arbeitsergebnis. In diesem Zusammenhang sind im Stand der Technik bereits Antischlupfsysteme (ASR-Systeme) bekannt, mit deren Hilfe ein Ausgleich von beispielsweise Schlupferscheinungen versucht wird. Dazu wird üblicherweise über entsprechende Radsensoren die Radbewegung zur Schlupfdetektion erfasst. Es hat sich allerdings gezeigt, dass diese Methode keine zuverlässigen Werte liefert. Dies liegt insbesondere daran, dass die Radsensoren einen auf die Baumaschinen selbst bezogenen Wert ermitteln und keinen tatsächlichen Bezug zur Bewegungsumgebung haben. Treten beispielsweise bei sämtlichen Fahreinrichtungen Schlupferscheinungen auf, wird bei solchen Systemen eine Fahrbewegung festgestellt, obwohl diese nicht oder zumindest nicht in dem angenommenen Ausmaß vorliegt.
Eine exakte Bestimmung der Fahrgeschwindigkeit beziehungsweise der bearbeiteten Wegstrecke einer Baumaschine ist zudem von Bedeutung bei der Ermittlung der geleisteten Arbeit. Dies ist dann relevant, wenn eine Abrechnung gegenüber einem Auftraggeber anhand der konkret geleisteten Arbeit erfolgt. Beim Einsatz von Bodenfräsmaschinen, insbesondere Straßenfräsen, wird dem Auftraggeber häufig das insgesamt aufgefräste Bodenvolumen in Rechnung gestellt. Hierzu ist es neben einer exakten Bestimmung der Bearbeitungstiefe und der Bearbeitungsbreite allerdings auch erforderlich, die geleistete Bearbeitungsstrecke möglichst exakt ermitteln zu können. Auch dieses Ergebnis wird verfälscht, wenn keine exakte Geschwindigkeitsbestimmung beziehungsweise zeitunabhängig zumindest eine exakte Wegstreckenbestimmung möglich ist, die beispielsweise Schlupfzustände sicher feststellen kann.
Gattungsgemäße Baumaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Die DE 10 2006 009 064 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Regelung eines Antriebssystems, insbesondere eines hydraulischen Fahrantriebs eines Krans, einer Raupe, eines Flurförderfahrzeugs oder einer Baumaschine, das zumindest eine Antriebseinheit für ein anzutreibendes Element aufweist. Dabei wird ein Soll-Wert eines Abtriebsparameters sowie ein Leistungsgrenzwert für die Antriebseinheit vorgegeben und in Abhängigkeit des vorgegebenen Soll-Werts des Abtriebsparameters und des vorgegebenen Leistungsgrenzwerts zumindest ein Stellsignal für die Antriebseinheit bereitgestellt, wobei der Leistungsgrenzwert in Abhängigkeit eines Abgleichs des vorgegebenen Soll-Werts des Abtriebsparameters mit einem aktuellen Ist-Wert des genannten Abtriebsparameters reduziert wird.
Die DE 197 56 676 C1 betrifft Verfahren zum Abfräsen von Verkehrsflächen mit einer Fräswalze einer Fräsmaschine durch die folgenden Schritte: Aufnehmen des Ist-Profils der Verkehrsfläche und Erstellen von zumindest zweidimensionalen Ist-Profildaten durch Zuordnen der gemessenen Profilwerte zu Positionsdaten einer relativen oder absoluten Positionsbestimmungseinrichtung; Erzeugen von Soll-Profildaten aus bereits zuvor oder on-line ermittelten Ist-Profildaten, wobei die Soll-Profildaten hinsichtlich der Längswelligkeit der Verkehrfläche korrigiert sind; Bestimmen der aktuellen Position der Fräsmaschine und der eingestellten Frästiefe als Ist-Wert; und Regeln der Frästiefe der Fräswalze in Abhängigkeit der Differenz des Ist-Wertes und des der aktuellen Position der Fräsmaschine zugeordneten Soll-Wertes aus den Soll-Profildaten über eine Maschinensteuerung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine gattungsgemäße Baumaschine anzugeben, die eine möglichst exakte Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit, insbesondere im Arbeitsbetrieb ermöglicht. In einem zusätzlichen Aspekt soll die Erfindung ferner eine möglichst realitätsgetreue Bestimmung des Bodenbearbeitungsvolumens ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Baumaschine und einem Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung liegt darin, dass es zum Erhalt einer möglichst exakten Geschwindigkeitsbestimmung erforderlich ist, den Bezugspunkt der Geschwindigkeitsbestimmung möglichst nicht an der Baumaschine selbst sondern an der Umgebung der Baumaschine, gegenüber der sie bewegt wird, festzulegen. Der Bezugspunkt der Geschwindigkeitsmessung liegt somit nicht an der Maschine, sondern in einem Bereich außerhalb der Maschine, konkret dem Boden beziehungsweise Untergrund. Erfindungsgemäß weist die Baumaschine dazu eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit der Baumaschine, insbesondere im Arbeitsbetrieb, auf, die eine zum Boden hin gerichtete Bildaufnahmeeinheit zur Aufnahme von Untergrundbildern der Bodenoberfläche in festgelegten Zeitabständen und eine Auswerteeinheit mit einem Bilddatenspeicher zum Speichern wenigstens eines Untergrundbildes umfasst. Ein weiteres Element der Auswerteeinheit ist ferner eine Vergleichseinrichtung, die zum Vergleich wenigstens zweier zeitlich aufeinander folgender Untergrundbilder ausgebildet ist und einen Abstandswert beider Untergrundbilder ermittelt. Dieser Abstandswert ist direkt proportional zur zeitlich zwischen den beiden miteinander verglichenen Untergrundbildern zurück gelegten Strecke der Baumaschine. Eine entsprechende Umrechnung erfolgt ebenfalls mit Hilfe der Auswerteeinrichtung, die unter Berücksichtigung des Zeitabstandes zwischen der Aufnahme der wenigstens zwei Untergrundbilder ferner eine Bewegungsgeschwindigkeit der Baumaschine in Strecke pro Zeit berechnet. Die Geschwindigkeitsmesseinrichtung nimmt somit in regelmäßigen Zeitintervallen Bilder von dem Untergrund auf. Die Bilddatenverarbeitung erfolgt in der Auswerteeinheit. Um den Abstandswert der beiden Untergrundbilder bestimmten zu können, greift die Auswerteeinheit, beispielsweise mithilfe einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware, auf bestimmte optische Merkmale in den Untergrundbildern zurück und misst deren Beabstandung in zeitlich aufeinander folgenden Bildern. Dabei scannt die Auswerteeinheit vorzugsweise die Bilddaten auf charakteristische Bereiche. Dies kann beispielsweise ein bestimmtes Muster von Hell- und Dunkelbereichen sein, die sich konkret in einer spezifischen Pixelanordnung niederschlagen können. Diese charakteristische Formation identifiziert die Auswerteeinheit anschließend in dem nach dem ersten Untergrundbild aufgenommenen Folgebild. Hat sich die Baumaschine in den zwischen den beiden Untergrundaufnahmen liegenden Zeitintervall bewegt, erscheint der charakteristische Bereich an einer anderen Stelle im Untergrundbild. Setzt man die beiden Bilder nun zueinander ins Verhältnis, kann aus dem Abstandswert der beiden Untergrundbilder die Bewegungsstrecke der Baumaschine zwischen den beiden verglichenen Untergrundbildern ermittelt werden. Damit liefert die Auswerteeinheit einerseits ein Streckenergebnis bzw. bestimmt die zurückgelegte Wegstrecke beziehungsweise Fortbewegungsrichtung der Baumaschine. Andererseits kann unter Berücksichtigung des Zeitintervalls zwischen den beiden Untergrundbildern eine Bewegungsgeschwindigkeit in Strecke pro Zeit ermittelt werden. Es versteht sich von selbst, dass die erhaltenen Strecken- und Geschwindigkeitswerte in ihrer Genauigkeit einerseits durch die Länge des festgelegten Zeitintervalls zwischen den beiden verglichenen Untergrundbildern und andererseits durch die Auflösung der durch die Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Untergrundbilder weiter optimiert werden kann. Das der Erfindung zugrundeliegende Messverfahren zur Geschwindigkeitsbestimmung beruht somit auf einem korrelativ optischen Bildvergleich. Der Vorteil liegt dabei darin, dass die Bewegung der Baumaschinen anhand der Außenumgebung, konkret des Bodenuntergrundes, ermittelt wird und nicht anhand eines Parameters direkt an der Maschine festgelegt wird. Dadurch können die vorstehend genannten Fehlerquellen, wie insbesondere Schlupf, nahezu vollständig ausgeschlossen werden.
Eine gattungsgemäße Baumaschine ist häufig höhenverstellbar ausgebildet, um beispielsweise den Abstand der Arbeitseinrichtung zum Bodenuntergrund auf die jeweiligen Anforderungen einstellen zu können. Besonders zum Tragen kommt eine derartige Höhenverstellung bei Bodenfräsmaschinen, insbesondere Straßenfräsen. Deren Maschinenrahmen ist häufig über Hubsäulen mit den Fahreinrichtungen verbunden, die eine Vertikalverstellung des Maschinenrahmens gegenüber dem Maschinenuntergrund ermöglichen. Dadurch kann beispielsweise die Frästiefe der Straßenfräse variiert werden. Bevorzugt ist die Geschwindigkeitsmesseinrichtung nun in der Weise ausgebildet, dass sie derartige Höhenanpassungen von sich aus mit berücksichtigt. Zum Tragen kommt die Höhenverstellung insbesondere bei der Ermittlung der zurückgelegten Wegstrecke zwischen zwei miteinander verglichenen Untergrundbildern, da die Bildgröße der aufgenommenen Untergrundbilder gleich, der erfasste Bodenausschnitt aber abhängig von der Beabstandungshöhe der Bildaufnahmeeinheit zum Untergrund ist. Insofern ändert sich der für die Umrechnung von ausgemessener Wegstrecke im Bildvergleich und zurückgelegter Wegstrecke der Baumaschine herangezogenen Proportionalitätsfaktor in Abhängigkeit von der Höhenverstellung der Baumaschine. Für eine wenigstens teilweise höhenverstellbar ausgebildete Baumaschine ist es daher bevorzugt vorgesehen, dass die Geschwindigkeitsmesseinrichtung einer Einrichtung zur Bestimmung des Abstandes einer Referenz am höhenverstellbaren Bereich der Baumaschine zur Bodenoberfläche umfasst, und dass die Auswerteeinrichtung zur Berechnung der Bewegungsgeschwindigkeit den Abstand der Referenz zur Bodenoberfläche mit berücksichtigt. Mit der Referenz ist ein Fixpunkt an der Baumaschine bezeichnet. Ausgehend von dieser Referenz wird die aktuell vorliegende Höheneinstellung der Baumaschine ermittelt. Bei dieser Ausführungsform gibt der Abstand zur Bodenoberfläche vor, welches Verhältnis zwischen einem durch den Vergleich zweier Untergrundbilder ermittelten Abstandswert und der realen Wegstrecke bestehen. Grundsätzlich kommen hier zur Abstandsbestimmung insbesondere die aus dem Stand der Technik bereits bekannten Einrichtungen und Methoden zur Bestimmung der Höhenposition einer gattungsgemäßen Baumaschine in Betracht, insbesondere beispielsweise ein Ultraschallsensor. Es ist selbstverständlich auch möglich, insbesondere auch bei höhenverstellbaren Baumaschinen, dass die Bildaufnahmeeinheit an einem Teil der Baumaschine angeordnet ist, das einen konstanten Abstand zum Bodenuntergrund aufweist. Dies kann beispielsweise das Fahrschiff eines Kettenlaufwerks oder ähnliches sein.
Der vorstehend genannte Bildvergleich zur Ermittlung des Abstandswertes gelingt dann besonders gut, wenn die von der Bildaufnahmeeinheit aufgenommenen Untergrundbilder möglichst kontrastreich sind. Die Bildaufnahmeeinheit umfasst beispielsweise wenigstens eine Kamera, beispielsweise eine Farbkamera, über die wenigstens zweidimensionale Aufnahme von der Oberfläche des Untergrundes erstellt werden können. Hierzu kann insbesondere auch auf bereits vorhandene Kameraeinrichtungen zurückgegriffen werden. Straßenfräsen weisen beispielsweise häufig in Arbeitsrichtung vor und/oder hinter der Fräswalze angeordnete Kameras auf, die dem Maschinenbediener ein Rangieren der Baumaschine und insbesondere der Fräswalze an Hindernissen ermöglichen sollen. Es ist bevorzugt, wenn die Bildaufnahmeeinheit eine Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung der Bodenoberfläche umfasst. Dies vereinfacht zudem beispielsweise den Nachtbetrieb der Baumaschine und/oder einen Anordnung der Bildaufnahmeeinheit in einen von sich aus schlecht ausgeleuchteten Bereich, beispielsweise im Zwischenraum der Unterseite der Baumaschine und dem Untergrund.
Vorzugsweise umfasst die Baumaschine wenigstens einen Drehsensor zur Überwachung einer Drehbewegung der wenigstens einen angetriebenen Fahreinrichtung, wobei bevorzugt zumindest alle angetriebenen Fahreinrichtungen jeweils einen Drehsensor umfassen. Die Auswerteeinheit ist bei dieser Ausführungsform in der Weise ausgebildet, dass sie eine Schlupferkennungsfunktion aufweist, die die Messwerte des wenigstens einen Drehsensors in Bezug zu den durch die Geschwindigkeitsmesseinrichtung ermittelten Geschwindigkeitswerten setzt. Die Auswerteeinheit dieser Ausführungsform ist somit in der Weise weitergebildet, dass sie die tatsächliche Bewegung der Baumaschinen gegenüber dem Bodenuntergrund gegenüber der Antriebsdrehbewegung der wenigstens einen angetriebenen Fahreinrichtung vergleicht und auf diese Weise beispielsweise Schlupferscheinungen feststellt. Wird das Auftreten von Schlupf ermittelt, kann dies unter anderem an den Bediener der Baumaschine signalisiert werden, so dass er die jeweiligen Betriebsfunktionen der Baumaschinen entsprechend anpassen kann. Ideal ist es allerdings, wenn die Schlupferkennungsfunktion der Auswerteeinheit in ein Antischlupfregelsystem integriert wird, wie sie für gattungsgemäße Baumaschinen an sich bereits bekannt sind. Derartige ASR-Systeme leiten selbsttätig Maßnahmen gegen aufgetretene Schlupferscheinungen ein, um einen kontrollierten und gleichmäßigen Vortrieb der Baumaschine zu ermöglichen. Ein schlupffreier Arbeitsbetrieb der Baumaschine erleichtert beispielsweise dem Maschinenbediener die Steuerung der Baumaschine und führt letztendlich im Endergebnis auch zu optimierten Arbeitsergebnissen.
Die konkrete Anordnung der Bildaufnahmeeinheit an der Baumaschine kann variieren. Wesentlich ist, dass die Anordnung zunächst in der Weise erfolgt, dass zuverlässig und möglichst störungsfrei Untergrundbilder aufgenommen werden können. Als besonders bevorzugt zur Bildaufnahme hat sich dabei insbesondere der Heckbereich der Baumaschine, insbesondere bei einer Frontladerfräse, herausgestellt. Der Heckbereich der Baumaschine umfasst dabei insbesondere auch den Bereich des Unterbodens des Maschinenhecks. Eine Anordnung der Bildaufnahmeeinheit unterhalb des Maschinenbodens ermöglicht insbesondere eine verdeckte Anordnung der Bildaufnahmeeinheit, so dass dadurch beispielsweise die Maschinenabmessungen quasi nicht beeinflusst werden und ein gewisser Schutz der Bildaufnahmeeinheit erhalten wird.
In vielen Fällen werden durch eine gattungsgemäße Baumaschine geleistete Arbeiten in Abhängigkeit von der bearbeiteten Bodenoberfläche oder des bearbeiteten Bodenvolumens abgerechnet. Insbesondere bei Straßenfräsen erfolgt die Bestimmung der geleisteten Arbeit dabei häufig anhand des aufgefrästen Bodenmaterials. Es ist daher insbesondere für solche Baumaschinen bevorzugt, wenn sie eine Dokumentationseinrichtung umfasst, die zur Ermittlung eines Bodenbearbeitungsvolumens ausgebildet ist und dazu neben den über geeignete Sensoren ermittelten Parametern „Arbeitstiefe“ und „Arbeitsbreite“ auf mit der Auswerteeinheit ermittelte Abstandswerte zurückgreift. Die erfindungsgemäße Geschwindigkeitsmesseinrichtung ermöglicht nun eine besonders exakte Ermittlung der zurückgelegten Wegstrecke und insbesondere Arbeitsstrecke, beispielsweise über die Summe der im Arbeitsbetrieb ermittelten Abstandswerte der einzelnen zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Untergrundbilder zueinander. Werden die beiden weiteren Parameter „Arbeitstiefe“, insbesondere Frästiefe, und „Arbeitsbreite“, insbesondere Fräsbreite, die über geeignete Sensoren in an sich bekannter Weise ermittelt werden, mit berücksichtigt, ist eine exakte Berechnung des Volumens des aufgefrästen Bodenmaterials nach der Formel „Wegstrecke · Frästiefe · Fräsbreite“ möglich. Eine Möglichkeit zur exakten Ermittlung der Frästiefe besteht beispielsweise in einer Höhendifferenzbestimmung der Seitenschilder des Fräswalzenkastens und/oder der Positionierung des Abstreifers. Für eine exakte Bestimmung der Fräsbreite wird beispielsweise auf die Anmeldung DE 10 2011 113 752 A der Anmelderin Bezug genommen. Die vorstehend beschriebene Geschwindigkeitsmesseinrichtung eignet sich daher auch insbesondere zum Einsatz in einer Bodenfräsmaschine, insbesondere einer Straßenfräse, oder einem Straßenfertiger.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einem Verfahren zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit einer Baumaschine, insbesondere einer Baumaschine gemäß den vorstehenden Ausführungen. Wesentliche Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei das Aufnehmen eines ersten Untergrundbildes der Bodenoberfläche mit einer Bildaufnahmeeinheit, das Ermitteln wenigstens eines Bezugspunktes im ersten Untergrundbild, das Aufnehmen eines zweiten Untergrundbildes der Bodenoberfläche nach einem festgelegten Zeitintervall zum Aufnehmen des ersten Untergrundbildes, das Identifizieren des wenigstens einen Bezugspunktes im zweiten Untergrundbild, das Bestimmen des Abstandes der Position des Bezugspunktes im ersten Untergrundbild zur Position des Bezugspunktes im zweiten Untergrundbild in der Bildebene und das Berechnen der Fortbewegungsgeschwindigkeit der Baumaschine unter Berücksichtigung des Abstandes und des festgelegten Zeitintervalls. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht somit auf einem Vergleichsschritt zweier Untergrundbilder und der Positionsänderung wenigstens einer Referenz in beiden Untergrundbildern. Bewegt sich die Baumaschine zwischen den beiden Zeitpunkten der Aufnahme des ersten Untergrundbildes und des zweiten Untergrundbildes relativ zur Bodenoberfläche, verändert sich die Position des Bezugspunkts im Untergrundbild. Ein Bildvergleich ermöglicht dabei die Ermittlung eines Abstandes der beiden Bezugspunkte und letztendlich die Umrechnung auf die tatsächliche Bewegungsstrecke der Baumaschine. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit der Baumaschine ist somit das Verfolgen wenigstens eines Bezugspunktes in wenigstens zwei zeitlich nacheinander aufgenommenen Abbildungen der Bodenoberfläche. Die Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit erfolgt verfahrensgemäß somit direkt anhand der Veränderung der Bodenoberfläche und nicht über maschineninterne Parameter.
Insbesondere für höhenverstellbare Baumaschinen ist es bevorzugt vorgesehen, wenn das Verfahren ferner das Ermitteln des Vertikalabstandes eines Referenzpunktes, insbesondere einer Kamera einer Bildaufnahmeeinrichtung, umfasst. Dies ermöglicht eine Anpassung der vorstehend ermittelten Abstandswerte der Position des Bezugspunktes im ersten Untergrundbild und im zweiten Untergrundbild an verschiedene Aufnahmeabstände der Bildaufnahmeeinheit zur Bodenoberfläche. Um exakte Ergebnisse im Bezug auf die Fortbewegungsgeschwindigkeit der Baumaschine auch bei verschiedenen Höhenverstellungen der Baumaschine zu erhalten, wird der ermittelte Vertikalabstand zur Berechnung der Fortbewegungsgeschwindigkeit mit einbezogen.
Grundsätzlich ist es im Regelfall bereits ausreichend, wenn der Abstand des Bezugspunktes im ersten Untergrundbild und im zweiten Untergrundbild in Arbeitsrichtung bzw. vorwärts Richtung der Baumaschine erfolgt. Es sind jedoch Einsatzsituationen denkbar, bei denen eine möglichst exakte Erfassung von Kurvenfahrten gewünscht ist. Für solche Situationen besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise Daten bereits vorhandener Drehsensoren, die die Lenkposition jeweils wenigstens einer Fahreinrichtung erfassen, mit in die abschließende Berechnung der Geschwindigkeit und insbesondere der Berechnung der zurückgelegten Wegstrecke einfließen. Derartige Systeme zur Erfassung der Drehposition sind im Stand der Technik bereits bekannt, so dass auch hier auf bereits bestehende Einrichtungen zurückgegriffen werden kann. Alternativ erfolgt die Bestimmung des Abstandes des Bezugspunktes im ersten Untergrundbild zum Bezugspunkt im zweiten Untergrundbild beispielsweise in zwei in der Horizontalebene senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen, idealerweise in Arbeitsrichtung und senkrecht dazu. Auf diese Weise ist die Zerlegung des Abstandes in Teilbewegungen, d.h. in eine Vorwärtskomponente und in eine Seitenkomponente möglich, wodurch das Vorliegen einer Kurvenfahrt (Seitenkomponente > 0) ebenfalls erfassbar ist. Bei einer Betrachtung über die Zeit ist zudem das Ausmaß der Kurvenfahrt ermittelbar.
Ein zusätzlicher Aspekt der Erfindung liegt schließlich in einem Verfahren zur Bestimmung eines Bodenbearbeitungsvolumens einer Baumaschine, das die Schritte „Bestimmen und Speichern der Arbeitstiefe“, „Bestimmen und Speichern der Arbeitsbreite“, „Ermitteln einer Bearbeitungsstrecke mit einem Verfahren gemäß den vorstehenden Ausführungen“ und „Berechnen des Bodenbearbeitungsvolumens aus dem Produkt der Arbeitstiefe, der Arbeitsbreite und der Bearbeitungsstrecke“ umfasst. Dadurch, dass mit der erfindungsgemäßen Baumaschine und dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sehr exakte Bestimmung der Bearbeitungsstrecke, insbesondere unter Ausschaltung von Fehlerquellen wie beispielsweise Schlupf, Schwimmen, und Schrägfahrt, möglich ist, kann das bearbeitete Bodenvolumen, beispielsweise beim Auffräsen einer Straßendecke, vergleichsweise exakt ermittelt werden. Der Maschinenbediener hat dadurch die Möglichkeit, sehr genau das Bodenbearbeitungsvolumen, beispielsweise zu Abrechnungszwecken, anzugeben.
Schließlich ist durch die Bestimmung des Bodenbearbeitungsvolumens unter weiterer Berücksichtigung der geschätzten Dichte eine Gewichtsbestimmung beispielsweise des aufgefrästen Bodenmaterials möglich. Dies ermöglicht insbesondere eine Ermittlung des Ladegewichtes in Abhängigkeit der Bearbeitungsstrecke, womit beispielsweise ein Überladeschutz für das Transportfahrzeug erhalten werden kann. In einer konkreten Umsetzung weist die Baumaschine beispielsweise eine Überwachungsvorrichtung auf, in die der Maschinenführer das zulässige Überladegewicht eines bestimmten Transportfahrzeugs eingibt. Wird nun, beispielsweise im Rahmen eines Fräsvorgangs, mit dem Beladeprozess begonnen, lässt die Überwachungsvorrichtung eine Beladung des Transportfahrzeugs nur bis zum Erreichen des zulässigen Überladegewichts zu und signalisiert dem Maschinenführer das Ende des Beladevorgangs oder stoppt den Beladevorgang sogar, je nach Ausführungsform, automatisch.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen schematisch:

1a Seitenansicht auf einen Arbeitszug mit einer als Straßenfräse ausgebildeten gattungsgemäßen Baumaschine und einem Transportfahrzeug;
1b Draufsicht auf die Straßenfräse aus 1a;
2a Seitenansicht auf die Straßenfräse aus den 1a und 1 b mit einer Geschwindigkeitsmesseinrichtung;
2b Draufsicht auf die Straßenfräse aus 2a;
3a Draufsicht auf die Straßenfräse aus 2b im Arbeitsbetrieb;
3b Querschnittsansicht des Fräsbetts;
3c Querschnittsansicht der zu bearbeitenden Bodenoberfläche;
4a-4c Prinzipskizzen zur Erläuterung des Bildvergleichverfahrens;
5 Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit einer Baumaschine; und
6 Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines Bodenbearbeitungsvolumens einer Baumaschine.

In den Figuren sind gleiche Bauteile und gleiche Verfahrensschritte mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Nicht jedes sich in den Figuren wiederholende Bauteil ist in jeder Figur separat angegeben.
Die 1a und 1b veranschaulichen beispielhaft den grundsätzlichen Arbeitsablauf einer gattungsgemäßen Baumaschine 1, bei der es sich konkret um eine Straßenfräse handelt, im Arbeitsbetrieb. Die Baumaschine 1 in den 1a und 1b ist somit zum Abfräsen einer Oberschicht des Bodenuntergrundes mit der Frästiefe FT ausgebildet. Das aufgefräste Material wird anschließend in ein Transportfahrzeug 2 mit einem geeigneten Transportbehälter 3 verladen und abtransportiert. Wesentliche Elemente der Baumaschine 1 sind ein Maschinenrahmen 4, ein Fahrwerk 5 mit insgesamt vier über in Vertikalrichtung verstellbaren Hubsäulen am Maschinenrahmen 4 gelagerten Kettenlaufwerken 5', ein Bedienarbeitsplatz 6 und einer Arbeitseinrichtung, bei der es sich konkret um eine in einem Fräswalzenkasten 7 gelagerte Fräswalze 8 handelt. Die Frästiefe FT kann über eine Höhenverstellung der Hubsäulen variiert werden, so dass beispielsweise der Abstand des Maschinenunterbodens in Vertikalrichtung nach unten zum Untergrund (= Maschinenhöhe MH) veränderbar ist. Die Fräswalze 8 ist mit ihrer Rotationsachse R quer zur Arbeitsrichtung a der Baumaschine 1 in der Horizontalebene angeordnet. Im Arbeitsbetrieb taucht die Fräswalze 8 in den Boden 9 ein und fräst bei einer Bewegung der Baumaschine 1 in Arbeitsrichtung a Bodenmaterial in der Frästiefe FT vom Untergrund 9 ab und hinterlässt dabei ein Fräsbett 15. Das Fräsgut wird aus dem Fräswalzenkasten 7 heraus über eine als Förderband 10 ausgebildete Fördereinrichtung von der Baumaschine 1 zum Transportfahrzeug 2 hin transportiert. Aus der Draufsicht gemäß 1b auf die Baumaschine 1 aus 1a ergeben sich weitere Einzelheiten zur Anordnung des Fräsrotors 8. Dessen Rotationsachse R verläuft quer zur Arbeitsrichtung A und entspricht im vorliegenden Ausführungsbeispiel nahezu der Breite des Maschinenrahmens 4. Bei der vorliegenden Baumaschine 1 handelt es sich um eine sogenannte Mittelrotorfräse, bei der die Fräswalze 8 am Maschinenrahmen in Arbeitsrichtung a zwischen dem vorderen Paar der Kettenlaufwerke 5' und dem hinteren Paar der Kettenlaufwerke 5' angeordnet ist.
In 2a ist nun eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung 11 der Baumaschine 1 näher angegeben. Wesentliche Elemente der Geschwindigkeitsmesseinrichtung 11 sind eine Bildaufnahmeeinheit 12 und eine Auswerteeinheit 13. Die Bildaufnahmeeinheit 12 ist am Unterboden 14 im Heckbereich der Baumaschine 1 in der Weise angeordnet, dass ihre Aufnahmerichtung in Vertikalrichtung nach unten zur Bodenoberfläche hin ausgerichtet ist. Da die Bildaufnahmeeinheit 12 in Arbeitsrichtung a hinter der Fräswalze 8 angeordnet ist, ist die Bildaufnahmeeinheit 12 somit senkrecht auf die Oberfläche des Fräsbetts 15 ausgerichtet. Die Bildaufnahmeeinheit 12 ist mit einer Datenverbindung mit der Auswerteeinheit 13 verbunden. Die Auswerteeinheit umfasst neben einem Bilddatenspeicher 16 eine Vergleichseinrichtung 17. Der Bilddatenspeicher 16 ist zur wenigstens übergangsweisen Speicherung der Bilddaten von der Bildaufnahmeeinheit 12 wenigstens eines Untergrundbildes ausgebildet. Die Vergleichseinrichtung 17 ist zum Bildvergleich zweier, insbesondere zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommener, Untergrundbilder ausgebildet und weist dazu insbesondere eine geeignete Bildverarbeitungssoftware auf. Die Funktionsweise der Geschwindigkeitsmesseinrichtung 11 wird in den nachfolgenden Figuren noch näher erläutert. Weitere Elemente der Baumaschine 1 sind ferner eine Dokumentationseinrichtung 19 und ein Antischlupfregelsystem 20 (ASR-System), die beide ebenfalls auf die mit der Geschwindigkeitsmesseinrichtung 11 gewonnenen Daten hinsichtlich Geschwindigkeit und Wegstrecke zurückgreifen. Die Dokumentationseinrichtung 19 ist zur Aufzeichnung und Ausgabe der Arbeitsleistung, insbesondere hinsichtlich Frästiefe, Fräsbreite und Fräs- beziehungsweise Arbeitstrecke, ausgebildet und kann in bevorzugter Ausführung zusätzlich die Bodenmaterialdichte zur Ermittlung des Gewichtes des aufgefrästen Bodenvolumens mit berücksichtigen.
Das ASR-System 20 stellt dagegen ein Regelsystem dar, mit dem ein schlupffreier Vortrieb der Baumaschine 1, insbesondere im Arbeits- beziehungsweise Fräsbetrieb, gewährleistet werden kann.
2b ist eine Draufsicht auf die Baumaschine 1 aus 2a, wobei der Bedienarbeitsplatz 6 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht angegeben ist. Ergänzend zur Bildaufnahmeeinheit 12 ist das Aufnahmefeld 18 angegeben. Das Aufnahmefeld 18 repräsentiert den Untergrundausschnitt, der pro Bild vom Bodenuntergrund bzw. in der Arbeitssituation aus 2a vom Fräsbett 15 aufgenommen wird. Das Aufnahmefeld 18 der Bildaufnahmeeinheit 12 verbreitert sich nach unten, so dass die im jeweiligen Untergrundbild wiedergegebenen Größenverhältnisse unter anderem auch abhängig von der Maschinenhöhe MH sind, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird.
Die 3a bis 3c dienen der Erläuterung des Arbeitsablaufs einer als Straßenfräse ausgebildeten Baumaschine 1, wie sie bereits in den 1a bis 2b beschrieben worden ist. In Arbeitsrichtung a fräst die Baumaschine 1 in der Fräsbreite FB und der Frästiefe FT Bodenmaterial von der Bodenoberfläche ab. Dabei hinterlässt die Baumaschine das Fräsbett 15 (in 3a hervorgehobener Untergrund). 3b gibt dabei eine Querschnittsansicht auf den Untergrund 9 entgegen der Arbeitsrichtung a bei der Linie II (gefräster Boden) und 3c eine Querschnittsansicht durch den Untergrund 9 entlang der Linie I (ungefräster Boden) entgegen der Arbeitsrichtung a an. Wesentlich für die Bestimmung des Bodenvolumens, das von der Baumaschine 1 im Arbeitsbetrieb abgefräst wird beziehungsweise abgefräst worden ist, ist neben der Fräsbreite FB und der Frästiefe FT die Länge der Arbeitsstrecke AS. Zur Bestimmung der Arbeitsstrecke wird in der nachstehend noch näher erläuterten Weise auf die Geschwindigkeitsmesseinrichtung 11 zurückgegriffen. Die Erfassung der Fräsbreite FB und der Frästiefe FT ist im Stand der Technik bereits bekannt, so dass hier auf bereits etablierte Systeme zurückgegriffen werden kann.
Die 4a und 4b sind zwei von der Bildaufnahmeeinheit 12 aufgenommene Untergrundbilder, wobei 4a zum Zeitpunkt t₀ und die 4b zum Zeitpunkt t₁ aufgenommen worden ist. Der Zeitpunkt t₁ liegt um die Zeitspanne Δt später als der Zeitpunkt t₀. Das Untergrundbild zum Zeitpunkt t₀ ist vorliegend mit Bt₀ und das Untergrundbild zum Zeitpunkt t₁ mit Btt bezeichnet. Die beiden Bilder Bt₀ und Bt₁ werden zu den jeweiligen Zeitpunkten t₀ und t₁ von der Bildaufnahmeeinheit 12 aufgenommen und an die Auswerteeinheit 13 übermittelt. Diese weist zumindest zur Zwischenspeicherung des aufgenommenen Bilds zum Zeitpunkt t₀ einen Bilddatenspeicher 16 auf. Es versteht sich von selbst, dass der Bilddatenspeicher 16 vorzugsweise zur Speicherung mehrerer Untergrundbilder Bt über einen längeren Zeitraum ausgebildet ist. Sobald das zeitlich nachfolgende Untergrundbild Bt₁ von der Bildaufnahmeeinheit 12 aufgenommen und an die Auswerteeinheit 13 übermittelt worden ist, werden die beiden zeitlich aufeinander folgenden Untergrundbilder Bt₀ und Bt₁ von der Vergleichseinrichtung digital einander überlappt, wie es in 4c dargestellt ist. Die Vergleichseinrichtung 17 prüft die beiden Bilder Bt₀ und Bt₁ auf das Vorhandensein charakteristischer Bezugspunkte, die beispielsweise durch auffällige hell-dunkel-Kontraste und/oder Pixelmuster gekennzeichnet sind. Dazu umfasst die Vergleichseinrichtung 17 eine entsprechend ausgebildete Bildverarbeitungssoftware. Vorliegend weisen die beiden Untergrundbilder Bt₀ und Bt₁ die beiden auffälligen Strukturen BP₁ und BP₂ auf. Da sich die Baumaschine 1 im Arbeitsbetrieb über den Untergrund 9 beziehungsweise konkret über das Fräsbett 15 hinweg bewegt, verschiebt sich die Relativposition der Bezugspunkte BP₁ und BP₂ zum Zeitpunkt To zu den Positionen BP'₁ und BP'₂ zum Zeitpunkt t₁ im von der Bildaufnahmeeinheit 12 aufgenommenen Bildabschnitt des Untergrundes 9 (bzw. des Fräsbetts 15). Durch die Überlagerung der beiden Untergrundbilder Bt₀ und Bt₁ kann eine Position der Verschiebestrecke VS der beiden Bezugspunkte BP₁ und BP₂ hin zu BP'₁ und BP'₂ von der Vergleichseinrichtung 17 mittels der entsprechenden Bildverarbeitungssoftware ermittelt werden. Diese Verschiebestrecke VS ist direkt proportional zur Arbeitsstrecke AS, die die Baumaschine 1 innerhalb des Zeitintervalls Δt, also dem zeitlichen Aufnahmeabstand der beiden Bilder Bt₀ und Bt₁ zueinander, zurückgelegt hat. Es versteht sich von selbst, dass die Gesamtarbeitsstrecke der Baumaschine 1 über längere Betriebsintervalle hinweg durch Addition einzelner über jeweilige Bildvergleiche gemäß dem Muster der 4a bis 4c gewonnene Arbeitsstrecken AS ermittelt wird. Dazu umfasst die Baumaschine 1 die Dokumentationseinrichtung 19, die die Einzelwerte der von der Vergleichseinrichtung 17 ermittelten Arbeitsstrecken hinterlegt und insbesondere zum Ende des Arbeitsbetriebs als Gesamtergebnis bzw. Gesamtarbeitsstrecke aufgibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in 5 näher veranschaulicht. Die wesentlichen Verfahrensschritte sind dabei das Aufnehmen 21 eines ersten Untergrundbildes der Bodenoberfläche 9 bzw. 15 (je nach Positionierung der Bildaufnahmeeinheit 12 an der Baumaschine 1) mit der Bildaufnahmeeinheit 12. Das aufgenommene erste Untergrundbild Bt₀ wird von der Bildaufnahmeeinheit 12 an die Auswerteeinheit 13 übermittelt. Dort erfolgt das Ermitteln wenigstens eines Bezugspunktes BP₁ und/oder BP₂ im ersten Untergrundbild Bt₀ gemäß Schritt 22. Dies entspricht der Situation in 4a. Im Rahmen der Schritte 21 und 22 erfolgt ferner ein Hinterlegen des ersten Untergrundbildes Bt₀ in dem Bilddatenspeicher 16 zum späteren Bildvergleich (Schritt 23). Nach Ablauf eines festgelegten Zeitintervalls Δt erfolgt das Aufnehmen eines weiteren Untergrundbildes Bt₁ zum Zeitpunkt t1 gemäß Schritt 21'. Die Bilddaten dieses Untergrundbildes Bt₁ werden ebenfalls von der Bildaufnahmeeinheit 12 an die Auswerteeinheit 13 übermittelt. Dort erfolgt ebenfalls gemäß Schritt 22' ein Ermitteln wenigstens eines Bezugspunktes BP'₁ und/oder BP'₂ und, im Vergleichs- beziehungsweise Überlappungsschritt, ein Lokalisieren der im Schritt 22 identifizierten Bezugspunkte BP₁ und/oder BP₂ . Im Schritt 24 erfolgt mit anderen Worten insbesondere das Identifizieren des wenigstens einen Bezugspunktes BP₁ und/oder BP₂ in seiner durch die Bewegung der Baumaschine 1 im Bildausschnitt 18 verlagerte Posiiton zu BP'₁ und/oder BP'₂ im zweiten Untergrundbild durch die Vergleichseinrichtung 17. Durch die Auswerteeinheit 13 erfolgt gemäß Schritt 25 schließlich ein Ermitteln des Abstandes der Position des Bezugspunktes BP₁ und BP₂ im ersten Untergrundbild Bt₀ zur Position des Bezugspunktes BP'₁ und/oder BP'₂ im zweiten Untergrundbild Bt₁ in der Bildebene des jeweiligen Bildausschnitts 18. Dies entspricht der in 4c gezeigten Situation, in der die beiden Untergrundbilder Bt₀ und Bt₁ miteinander überlappt sind. Die erforderlichen Zeitintervalle Δt hängen im wesentlichen insbesondere auch von der Arbeitsgeschwindigkeit der jeweiligen Baumaschine ab. Zeitintervalle Δt zwischen zwei Bildaufnahmen im Bereich von 20 ms bis 80 ms, insbesondere von 30 ms bis 50 ms" haben sich dabei als besonders geeignet für typische Bearbeitungsgeschwindigkeiten, beispielsweise im Bereich von 7 km/h, erwiesen. Sind die im Bildvergleich ermittelten Unterschiede zu gering zur Geschwindigkeitsermittlung, ist es ferner denkbar, dass in diesem Fall jedes zweite, jedes dritte oder jedes n-te Bild miteinander verglichen werden.
Abschließend erfolgt schließlich das Berechnen der Fortbewegungsgeschwindigkeit v der Baumaschine unter Berücksichtigung des Abstandes VS und des festgelegten Zeitintervalls Δt. Hierzu wird von der Auswerteeinheit 13 ein entsprechender Proportionalitätsfaktor zur Umrechnung der Verschiebestrecke VS des wenigstens einen Bezugspunktes BP₁ und/oder BP₂ auf die von der Baumaschine 1 zurückgelegte Arbeitsstrecke AS mit einberechnet. Der vorstehend dargelegte Vorgang wiederholt sich jeweils fortlaufend nach Ablauf des festgelegten Zeitintervalls Δt. Entsprechend wird beispielsweise auch das den Schritten 21' und 22' zugrundeliegende Untergrundbild Bt₁ im Bilddatenspeicher 16 hinterlegt, zumindest solange, bis das nach einer weiteren Zeitspanne Δt nachfolgende Bild Bt₂ verfügbar ist. Der Bilddatenspeicher 16 ist daher konkret als rollierender Bilddatenspeicher 16 ausgebildet, der das jeweils älteste hinterlegte Bild durch das jeweils aktuellste Bild ersetzt. Die Summe der insgesamt im Bilddatenspeicher hinterlegten Untergrundbilder Bt hängt von der Gesamtspeicherkapazität des Bilddatenspeichers 16 ab.
Für den Fall, dass die Baumaschine 1 höhenverstellbar ausgebildet ist, umfasst das Verfahren gemäß 5 den weiteren Schritt 27, der das Ermitteln des Vertikalabstandes Δh (gemäß 1a) eines Referenzpunktes RP umfasst. Der Referenzpunkt RP stellt letztendlich einen Bezugspunkt der Baumaschine 1 dar, der als Ausgangspunkt zur Ermittlung des Vertikalabstandes ΔH beziehungsweise der Maschinenhöhe MH herangezogen wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2a ist der Referenzpunkt RP beispielsweise die Unterkante des Maschinenhecks des Baumaschine 1. Durch die Höhenverstellung der Baumaschine 1 ändert sich die vom Bildausschnitt der Bildaufnahmeeinrichtung 12 erfasste Fläche des Untergrundes 9 bzw. des Fräsbetts 15, so dass ein Abhängigkeitsverhältnis zwischen dem vorstehend genannten Proportionalitätsfaktor zur Umrechnung der Verschiebestrecke VS zur Arbeitsstrecke AS in Abhängigkeit von der jeweiligen Höheneinstellung MH beziehungsweise ΔH besteht. Der ermittelte Vertikalabstand ΔH/MH wird somit bei der Berechnung der Fortbewegungsgeschwindigkeit v im Schritt 26 mit berücksichtigt.
Über das vorstehend beschriebenen Bildvergleichsverfahren zur Ermittlung der Fortbewegungsgeschwindigkeit v und der geleisteten Arbeitsstrecke AS der Baumaschine 1 ist ferner eine Einspeisung der dabei gewonnenen Daten in ein Antischlupfregelsystem möglich. Über das vorstehend beschriebene Verfahren wird dabei die tatsächliche Bewegung der Baumaschine 1 über den Untergrund 9 bzw. das Fräsbett 15 hinsichtlich Strecke und Geschwindigkeit ermittelt. Parallel dazu ist es möglich, über beispielsweise geeignete Drehsensoren, die Antriebsbewegung der Kettenlaufwerke 5' (alternativ sind hier selbstverständlich auch Räder verwendbar) gemäß Schritt 29 zu Überwachen und an das Antischlupfregelsystem 20 zu übermitteln. Besteht eine Diskrepanz zwischen der von den Drehsensoren 29 vorgegebenen theoretischen Bewegungsstrecke der Baumaschine 1 und der tatsächlich ermittelten Bewegungsstrecke AS der Baumaschine 1 liegen Schlupferscheinungen vor. Das Antischlupfregelsystem 20 regelt anschließend das Antriebssystem gemäß Schritt 28 in der Weise, dass die Schlupferscheinungen vermindert und idealerweise unterbunden werden.
Ein weiterer Verfahrensaspekt ist in dem Ablaufdiagramm gemäß 6 näher erläutert. Das dort beschriebene Verfahren dient zur Bestimmung des Bodenbearbeitungsvolumens der Baumaschine 1 und findet insbesondere bei Fräsprozessen Anwendung, die nach dem von der Baumaschine 1 aufgefrästen Bodenmaterialvolumen abgerechnet werden. Wesentliche Schritte dieses Verfahrens sind das Bestimmen und Speichern der Arbeitstiefe während des Arbeitsvorgangs gemäß Schritt 30. Hierzu sind entsprechende Sensoren vorhanden, über die eine Ermittlung der Frästiefe FT möglich ist. Dieses Verfahren sieht ferner die Bestimmung und das Speichern der Fräsbreite FB vor. Hierzu besteht einerseits die Möglichkeit, die Fräsbreite pauschal anhand der Breite des eingesetzten Fräsrotors 8 anzugeben. Genauer und damit bevorzugt ist allerdings die konkrete Ermittlung der Fräsbreite, beispielsweise mit einem Verfahren gemäß der Anmeldung Nr. DE 10 2011 113 752.5 der Anmelderin. Dies erfolgt im Schritt 31. Zur Bestimmung des Bodenmaterialvolumens ist neben der Frästiefe FT und der Fräsbreite FB die Arbeitsstrecke AS relevant, über die die Fräsarbeiten hinweg durchgeführt worden sind. Dazu wird auf das in 5 beschriebene Verfahren gemäß Schritt 32 zurückgegriffen. Im Schritt 34 erfolgt schließlich die Berechnung des Bodenbearbeitungsvolumens durch das Produkt der drei Parameter Frästiefe FT, Fräsbreite FB und Arbeitsstrecke AS.
Gestrichelt sind in 6 optionale Weiterbildungen angegeben. Im Schritt 33 erfolgt dazu die Bestimmung der durchschnittlichen Dichte des aufzufräsenden Untergrundes. Fließt diese Größe in den Schritt 34 mit ein, dann ist die Berechnung des Gewichtes des aufgefrästen Bodenmaterials in Bezug auf die Arbeitsstrecke AS und die Zeit t möglich. Im Schritt 35 ist nun eine Überwachung des über die Transporteinrichtung 10 zum Transportfahrzeug 3 übergeladenen Fräsguts vorgesehen. Dazu speist der Maschinenführer die zulässige Gesamtmasse an Fräsgut, die vom Transportfahrzeug 3 aufgenommen werden kann, ein. Die Überwachung im Schritt 35 erfolgt nun in der Weise, dass eine Warnmeldung an den Maschinenführer ausgegeben wird, wenn das Erreichen der zulässigen Gesamtmasse durch das Verfahren gemäß 6 ermittelt worden ist.

Claims

Baumaschine (1) mit - einem Maschinenrahmen (4), - einem Fahrwerk (5) mit mehreren Fahreinrichtungen (5'), wobei wenigstens eine der Fahreinrichtungen (5') angetrieben ist, und - mit einer Antriebseinrichtung, die die für den Antrieb der wenigstens einen angetriebenen Fahreinrichtung erforderliche Antriebsleistung zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Geschwindigkeitsmesseinrichtung (11) zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit (26) der Baumaschine (1) aufweist, umfassend - eine zum Boden hin gerichteten Bildaufnahmeeinheit (12) zur Aufnahme von Untergrundbildern (Bt) der Bodenoberfläche (9, 15) in festgelegten Zeitabständen (Δt) und - eine Auswerteeinheit (13) mit einem Bilddatenspeicher (16) zum Speichern wenigstens eines Untergrundbildes (Bt₁, Bt₂) und mit einer Vergleichseinrichtung (17), die zwei Untergrundbilder (Bt₁; Bt₂) miteinander vergleicht und einen Abstandswert beider Untergrundbilder (Bt) (insbesondere anhand eins Bezugspunktes (BP₁, BP₂) ermittelt, wobei die Auswerteeinrichtung (13) aus dem Abstandswert und dem Zeitabstand eine Bewegungsgeschwindigkeit der Baumaschine (1) berechnet.
Baumaschine (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baumaschine (1) wenigstens teilweise höhenverstellbar ausgebildet ist, dass die Geschwindigkeitsmesseinrichtung (11) eine Einrichtung zur Bestimmung des Abstandes (25) einer Referenz am höhenverstellbaren Bereich der Baumaschine (1) zur Bodenoberfläche umfasst, und dass die Auswerteeinrichtung (13) zur Berechnung der Bewegungsgeschwindigkeit den Abstand der Referenz zur Bodenoberfläche mit berücksichtigt.
Baumaschine (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (12) eine Beleuchtungseinrichtung zur Ausleuchtung der Bodenoberfläche umfasst.
Baumaschine (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ich net, dass wenigstens ein Drehsensor (29) zur Überwachung einer Drehbewegung der wenigstens einen angetriebenen Fahreinrichtung vorhanden ist, und dass die Auswerteeinheit (13) eine Schlupferkennungsfunktion aufweist, die die Messwerte des wenigstens einen Drehsensors (29) in Bezug zu den durch die Geschwindigkeitsmesseinrichtung (11) ermittelten Geschwindigkeitswerten setzt.
Baumaschine (1) gemäß einem Anspruch 4, dadurch gekennze ich net, dass die Schlupferkennungsfunktion Teil eines Antischlupfregelsystems (20) ist.
Baumaschine (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (12) im Heckbereich der Baumaschine (1), insbesondere einer Frontladerfräse, angeordnet ist.
Baumaschine (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dokumentationseinrichtung (19) umfasst, die zur Ermittlung eines Bodenbearbeitungsvolumens ausgebildet ist und dazu neben den über geeignete Sensoren ermittelten Parametern Arbeitstiefe und Arbeitsbreite auf mit der Auswerteeinheit (13) ermittelte Abstandswerte zurückgreift.
Baumaschine (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Baumaschine (1) eine Bodenfräsmaschine, insbesondere Straßenfräse, Recycler oder Stabilisierer, oder ein Bodenverdichter, insbesondere ein Walzenzug oder eine Tandemwalze, ein Straßenfertiger, oder ein Bindemittelstreuer ist.
Verfahren zur Bestimmung der Fortbewegungsgeschwindigkeit (26) einer Baumaschine (1), umfassend die Schritte a) Aufnehmen (21) eines ersten Untergrundbildes (Bt₀) der Bodenoberfläche mit einer Bildaufnahmeeinheit (12); b) Ermitteln (22) wenigstens eines Bezugspunktes (BP₁ BP₂) im ersten Untergrundbild (Bt₀); c) Aufnehmen (21') eines zweiten Untergrundbildes (Bt₁) der Bodenoberfläche nach einem festgelegten Zeitintervall (Δt) zu Schritt a); d) Ermitteln (22') wenigstens einen Bezugspunktes (BP'₁, BP'₂) im zweiten Untergrundbild (Bt₁), Überlappen (24) der beiden zeitlich aufeinander folgenden Untergrundbilder (Bt₀, Bt₁) und Identifizieren des wenigstens einen Bezugspunktes (BP₁ BP₂) des ersten Untergrundbildes Bt₀ im zweiten Untergrundbild (Bt₁); e) Bestimmen (25) des Abstands der Position des Bezugspunktes (BP₁ BP₂) im ersten Untergrundbild (Bt₀) zur Position des Bezugspunktes (BP'₁, BP'₂) im zweiten Untergrundbild (Bt₂) in der Bildebene; f) Berechnen (26) der Fortbewegungsgeschwindigkeit (26) der Baumaschine (1) unter Berücksichtigung des Abstandes (25) und des festgelegten Zeitintervalls (Δt).
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner das Ermitteln des Vertikalabstandes eines Referenzpunktes, insbesondere einer Kamera einer Bildaufnahmeeinrichtung, umfasst, und dass im Schritt f) der ermittelte Vertikalabstand zur Berechnung der Fortbewegungsgeschwindigkeit (26) mit einbezogen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Abstandes im Schritt e) in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen erfolgt und das im Schritt e) ferner ein Ermitteln einer Kurvenfahrt der Baumaschine (1) erfolgt.
Verfahren zur Bestimmung eines Bodenbearbeitungsvolumens einer Baumaschine (1), umfassend die Schritte a) Bestimmen und Speichern der Arbeitstiefe (30); b) Bestimmen und Speichern der Arbeitsbreite (31); c) Ermitteln einer Bearbeitungsstrecke mit einem der Verfahren der Ansprüche 9 bis 11; und d) Berechnen des Bodenbearbeitungsvolumens aus dem Produkt der Ergebnisse aus den Schritten a) bis c).