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Die Erfindung betrifft eine Baumaschine mit einer Manövriereinrichtung, ein Verfahren zur Erleichterung des Manövrierens einer Baumaschine sowie eine Manövriereinrichtung für eine Baumaschine.
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Die vorliegende Erfindung befasst sich allgemein mit einer Verbesserung der Manövrierbarkeit einer Baumaschine. Unter den Begriff Baumaschine fallen dabei insbesondere selbstlenkende und selbstfahrende Baumaschinen, wie beispielsweise insbesondere Straßenfräsen, Recycler, Stabilisierer, Surface-Miner, Walzenzüge, Straßenfertiger, Streufahrzeuge etc. Gemeinsam ist diesen Baumaschinen, dass sie ein Antriebselement, beispielsweise einen Verbrennungsmotor zur Erzeugung von Antriebsenergie, mitführen und sich selbsttätig fortbewegen können. Diese Baumaschinen sind ferner lenkbar ausgebildet, um beispielsweise ein Rangieren im Baustellenbereich, insbesondere im Arbeitsbetrieb, zu ermöglichen. Ein gattungsgemäße Baumaschine umfasst entsprechend einen Maschinenrahmen und ein Fahrwerk, wobei die funktionalen Einheiten des Fahrwerks, die im Kontakt zum Untergrund stehen, nachfolgend als Fahrelemente bezeichnet werden. Typische Fahrelemente sind demnach beispielsweise Räder, Kettenlaufwerke, etc., wobei selbstverständlich von der vorliegenden Erfindung auch Kombinationen verschiedener Fahrelemente untereinander mit umfasst sind. Wenigstens ein Fahrelement einer gattungsgemäßen Baumaschine ist lenkbar ausgebildet und kann somit beispielsweise um eine, üblicherweise vertikale, Lenkachse bewegt werden, um die Fortbewegungsrichtung der Baumaschine zu beeinflussen bzw. zu steuern. Die hier umfassten Baumaschinen weisen ferner üblicherweise eine Arbeitseinrichtung auf, mit der die für die jeweilige Baumaschine relevante Baumaschinenfunktion erhalten wird. Bei einer Straßenfräse ist die Arbeitseinrichtung beispielsweise ein Fräsrotor, bei einer Verdichtungswalze beispielsweise eine, gegebenenfalls mit einem Erreger ausgestattete, Verdichtungsbandage, etc. Diejenige Richtung, in die sich die Baumaschine im Arbeitsbetrieb bewegt, ist die Arbeitsrichtung. Entsprechend sind Baumaschinen bekannt, deren Arbeitsrichtung nur eine Bewegungsrichtung (zum Beispiel die Vorwärtsrichtung) umfasst oder die mehrer Arbeitsrichtungen (zum Beispiel Vorwärts- und Rückwärtsrichtung) aufweisen.
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Im praktischen Einsatz gattungsgemäßer Baumaschinen zeigt sich immer wieder, dass, insbesondere bei vergleichsweise großen und raumgreifenden Baumaschinen, wie insbesondere Straßenfräsen, Recyclern und Stabilisierern, speziell im Baustellenbereich ein sicheres Manövrieren der Baumaschine Schwierigkeiten bereitet. Dies ist nicht zuletzt darauf zurückzuführen, dass der Maschinenführer häufig eine Vielzahl von Aufgaben gleichzeitig bewältigen muss. Dies gilt speziell im Arbeitsbetrieb, wenn der Maschinenführer neben der reinen Bewegung der Baumaschine im Baustellenbereich insbesondere auch die Arbeitsfunktionen der Baumaschine überwachen und steuern muss. Aus der
DE 10 2010 048 185 A1 ist eine selbstfahrend Baumaschine mit einer Einrichtung zur Unterstützung des Maschinenführers beim Rückwärtsfahren bekannt, wobei dort eine Überlagerung einer aus der Stellung der Räder oder Laufwerke bestimmten Trajektorie mit einem aufgezeichneten Bild des rückwärtigen Bereiches der Baumaschine auf einer Anzeigeeinrichtung erfolgt. Die
DE 10 2007 007 970 A1 schlägt für eine selbstfahrend Baumaschine die Verwendung von Kameras zur Überwachung des Arbeitsablaufes an verschiedenen Orten der Baumaschine vor. Die WO 2008/ 107 148 A1 schließlich beschreibt eine Vorrichtung zur Fahrerunterstützung beim Rangieren eines Fahrzeugs bzw. eines Fahrzeuggespanns, wobei dazu ein prognostizierter Fahrverlauf mit Bilddaten einer Kamera überlagert und auf einer Anzeigeeinheit dargestellt wird. Gattungsgemäße Baumaschinen weisen zudem häufig von der Maschine abstehenden Anbauelemente auf, die einerseits die Sichtverhältnisse für den Maschinenführer weiter einschränken und andererseits die Manövrierbarkeit der Baumaschine erheblich erschweren. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Anbauelemente zudem noch bewegbar an der Baumaschine gelagert sind, so dass sich der Maschinenführer kontinuierlich auf neue Relativpositionierungen zwischen dem Anbauelement und der Baumaschine einstellen muss.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt entsprechend darin, eine Möglichkeit anzugeben, die Manövrierung einer Baumaschine für den Maschinenführer zu erleichtern.
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Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Baumaschine mit einer Manövriereinrichtung, einem Verfahren zur Erleichterung des Manövrierens einer Baumaschine sowie einer Manövriereinrichtung für eine Baumaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein Grundgedanke der Erfindung liegt darin, die Manövrierbarkeit einer Baumaschine dadurch zu erleichtern, dass dem Maschinenführer ein Bild über die zukünftige Position der Baumaschine in der realen Umgebung zur Verfügung gestellt wird. Die zukünftige Position ist dabei eine Baumaschinenpositionierung, die zukünftig vorliegen wird, wenn die Baumaschine unter den aktuell vorliegenden Betriebsbedingungen weiter betrieben wird beziehungsweise sich weiter in Arbeitsrichtung bewegt. Der Maschinenführer gewinnt auf diese Weise einen Eindruck davon, wie sich die von ihm geführte Maschine bei einer Fortsetzung der Bewegung im Gelände verhalten wird beziehungsweise wo sie im Gelände stehen wird. Die Baumaschine ist dazu mit einer Manövriereinrichtung gemäß den nachstehenden Ausführungen ausgestattet. Wesentliche Elemente der Manövriereinrichtung sind wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung, ein Sensorsystem, eine Anzeigeeinrichtung, eine Berechnungseinheit und eine Überlagerungseinrichtung, wobei die einzelnen Elemente und deren Zusammenwirken nachstehend weiter beschrieben ist. Die Manövriereinrichtung ermittelt mit Hilfe dieser Elemente eine Prognose über die Bewegung der Maschine und zeigt dem Maschinenführer diese Prognose entsprechend an. Mit der erfindungsgemäßen Manövriereinrichtung wird somit ein Assistenzsystem für den Maschinenführer zur Verfügung gestellt, über das eine Fahrspuranzeige der Baumaschine beziehungsweise eine Positionsvorhersage der Baumaschine in der aktuellen Umgebung ermöglicht wird.
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Ein wesentliches Element der Manövriereinrichtung der Baumaschine ist die Aufnahmeeinrichtung, beispielsweise in Form einer Kamera, die zur Aufnahme des in wenigstens eine Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereichs ausgebildet ist Mit Hilfe der Aufnahmeeinrichtung ist es mit anderen Worten möglich, dass die Manövriereinrichtung beispielsweise über ein Videobild des in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereiches verfügt. Bei der Aufnahmeeinrichtung handelt es sich allgemein somit um eine Bildaufnahmevorrichtung, vorzugsweise um eine Kamera, beispielsweise Farbkamera, über die der in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegende Bereich, insbesondere zumindest die Oberfläche des Bodens, kontinuierlich aufgenommen werden kann. Solche Kameras sind beispielsweise im Stand der Technik zur Verwendung als Rückfahrkamera bekannt. Es versteht sich von selbst, dass bei Baumaschinen, bei denen die Arbeitsrichtung sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Rückwärtsrichtung orientiert sein kann, die Aufnahmeeinrichtung an der Vorderseite und an der Rückseite der Baumaschine jeweils eine Kamera umfassen kann. Zudem können auf einer Seite auch mehr als eine Kamera angeordnet sein, beispielsweise zwei Kameras, insbesondere in Form einer Stereovisionkamera, um unter Umständen auch räumliche Informationen gewinnen zu können. Die wenigstens eine Kamera der Aufnahmeeinrichtung umfasst somit wenigstens eine Aufnahmeoptik und eine Verarbeitungseinheit, mit der die aufgenommenen Bilddaten beispielsweise digitalisiert werden und an ein weiteres Folgeelement der Manövriereinrichtung übermittelt werden. Diese Übermittlung kann über ein Kabel oder alternativ auch kabellos erfolgen. Die Aufnahmeeinrichtung kann ferner eine Beleuchtungseinrichtung mit umfassen, die den vor der Kamera liegenden Bereich ausleuchtet, um beispielsweise auch eine Aufnahme des in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereichs während Dunkelheit zu ermöglichen. Die wesentliche Funktion der Aufnahmeeinrichtung besteht somit darin, Bildinformationen über den vor der Baumaschine liegenden Bereich zu erfassen und zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung zu stellen. Der „in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegende Bereich“ betrifft vorliegend insbesondere den Boden beziehungsweise die Bodenoberfläche, über die sich die Baumaschine bei einer Fortsetzung der Bewegung bewegen wird. Zusätzlich kann der „in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegende Bereich“ aber auch den in Vertikalrichtung über dem Boden vorhandenen Bereich mit bezeichnen und somit beispielsweise auch räumliche Informationen mit umfassen. Die Aufnahmeeinrichtung ist dabei insbesondere in der Weise ausgebildet, dass sie diesen Bereich wenigstens in einem der Breite der Baumaschine entsprechenden Ausmaß, idealerweise allerdings in einem um einen Faktor wenigstens größer 1,5 der Breite der Baumaschine entsprechenden Ausmaß, erfasst.
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Die Manövriereinrichtung umfasst ferner ein Sensorsystem, dass wenigstens zur Erfassung wenigstens eines Lenkwinkels eines lenkbaren Fahrelementes ausgebildet ist. Das Sensorsystem hat somit die Aufgabe, die aktuelle Lenkstellung der Baumaschine zu erfassen, um dadurch eine Berechnung des Fahrweges der Baumaschine in Bewegungsrichtung der Baumaschine zu ermöglichen. Bei Baumaschinen mit nur einem lenkbaren Fahrelement oder mit mehreren zusammen lenkbaren Fahrelementen reicht hierzu grundsätzlich bereits die Erfassung wenigstens eines Lenkwinkels eines der lenkbaren Fahrelemente aus. Sind mehrere, voneinander losgelöst lenkbare Fahrelemente vorhanden, bietet es sich an, dass Sensorsystem in der Weise auszubilden, dass der Lenkwinkel jedes lenkbaren Fahrelementes bestimmt wird. Das Sensorsystem umfasst bei dieser Ausführungsform somit wenigstens einen Lenkwinkelsensor für jedes der lenkbaren Fahrelemente. Bei knickgelenkten Fahrzeugen kann das Sensorsystem in der Weise ausgebildet sein, dass es die Lenkstellung des Knickgelenks erfasst. Unter Lenkwinkel wird vorliegend allgemein der Verdrehwinkel des Fahrelementes gegenüber der Geradeausfahrt der Baumaschine in einer horizontalen Ebene verstanden. Zur konkreten Erfassung des Lenkwinkels kann das Sensorsystem beispielsweise Lenkwinkelsensoren, wie sie im Stand der Technik beschrieben sind, umfassen. Dazu kommen beispielsweise potentiometrisch, optisch und/oder magnetisch arbeitende Sensoren in Frage.
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Bei der Anzeigeeinrichtung der erfindungsgemäßen Manövriereinrichtung handelt es sich um ein Element, über das das von der Aufnahmeeinrichtung generierte Bild des in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereiches bzw. die von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Aufnahme des in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereiches wiedergegeben wird. Hierbei handelt es sich im einfachsten Fall um einen Monitor bzw. um ein Display, insbesondere ein LCD- oder TFT-Display. Die Anzeigeeinrichtung ist vorzugsweise in der Weise angeordnet, dass sie der Maschinenführer der Baumaschine im Arbeitsbetrieb einsehen kann und über die Anzeigeeinrichtung das von der Kamera aktuell aufgenommene Kamerabild des in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereichs einsehen kann. Selbstverständlich können auch mehrere derartige Anzeigeeinrichtungen vorhanden sein, wenn die Baumaschine beispielsweise eine Kamera in Vorwärtsrichtung und eine Kamera in Rückwärtsrichtung aufweist. Alternativ kann die Manövriereinrichtung aber auch eine Steuereinheit umfassen, die zwischen Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt unterscheidet und selbsttätig das entsprechend relevante Kamerabild jeweils in die eine Anzeigeeinrichtung einblendet.
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Ein weiteres wesentliches Element der erfindungsgemäßen Manövriereinrichtung ist die Berechnungseinheit, die den Fahrweg der Baumaschine in Bewegungsrichtung in Abhängigkeit insbesondere der vom Sensorsystem ermittelten Lenkwinkel berechnet. Die Aufgabe der Berechnungseinheit liegt mit anderen Worten darin, die Bewegungsbahn der Baumaschine zu ermitteln, wenn sie unter Berücksichtigung der vom Sensorsystem ermittelten Lenkwinkel weiter in Arbeitsrichtung bewegt wird. Die dazu erforderlichen Maschinendaten, wie, je nach Anwendungsfall, beispielsweise der Achsabstand, die Maschinenabmessungen, etc., sind in einem entsprechenden Speicherelement der Berechnungseinheit hinterlegt.
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Zentrales Element der erfindungsgemäßen Manövriereinrichtung ist schließlich die Überlagerungseinrichtung, die den von der Berechnungseinheit berechneten Fahrweg anzeigt und in der Anzeigeeinrichtung der wiedergegebenen Aufnahme überlagert. Die Überlagerungseinrichtung überlagert somit das von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild und den von der Berechnungseinheit berechneten Weg miteinander und zeigt dies über die Anzeigeeinrichtung dem Maschinenführer an. Die Überlagerungseinrichtung ist somit eng mit der Berechnungseinheit und der Anzeigeeinrichtung verknüpft und führt die konkret aufgenommenen Informationen (Kamerabild) mit den berechneten Informationen (potentieller Fahrweg der Baumaschine bei einer Fortsetzung der Bewegung in Arbeitsrichtung) zusammen und stellt beide Informationen über die Anzeigeeinrichtung dar. Der Maschinenführer bekommt somit in das durch die Kamera kontinuierlich aufgenommene Bild des in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereiches den ebenfalls anhand der aktuellen Lenkeinstellungen kontinuierlich berechneten zukünftigen Fahrweg der Baumaschine eingeblendet. Damit kann der Maschinenführer beispielsweise am realen Kamerabild sehen, ob seine Baumaschine bei den aktuell gewählten Lenkeinstellungen auf ein Hindernis zusteuert oder gar mit diesem kollidiert. Dies ermöglicht ihm ferner eine bequeme Umfahrung von Hindernissen, da er die Auswirkungen von Lenkbewegungen unmittelbar mit den tatsächlichen in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereich abgleichen kann. Die Manövriereinrichtung stellt zudem eine erhebliche Entlastung des Maschinenführers dar, da er die Beobachtung der Umgebung der Baumaschine erheblich reduzieren kann und für ihn relevante Informationen zu einem wesentlichen Teil in der Anzeigeeinrichtung zusammengeführt werden. Durch die Anzeige des aktuell berechneten Fahrweges der Baumaschine im aktuell aufgenommenen Kamerabild wird für den Maschinenführer mit anderen Worten eine erweiterte Realität erzeugt und er kann Auswirkungen von Lenkbewegungen der Baumaschine bzw. Lenkwinkeländerungen und ihre Konsequenzen unmittelbar im realen Umgebungsbild bewerten. Die Darstellung des Fahrweges kann dabei ergänzend oder alternativ mehrere Informationen umfassen. Einerseits können die Fahrspuren der Fahrelemente angezeigt werden. Es ist auch möglich, dass die Umrisse der Baumaschine in Vertikalrichtung angezeigt werden. Zudem kann das Ausmaß der Darstellung in Bezug auf die Reichweite der Vorhersage variiert werden. Die Darstellung kann beispielsweise eine bis aus dem angezeigten Bild herauslaufende Anzeige der Positionsvorhersage umfassen. Grundsätzlich hat sich allerdings die Anpassung der angezeigten Position an die jeweiligen Gegebenheiten der Baumaschine, insbesondere ihre Arbeitsgeschwindigkeit, als bevorzugt erwiesen. Für viele Baumaschinen ist dabei beispielsweise eine Positionsvorhersage eine Baumaschinenlänge voraus ideal, wobei sich die Baumaschinenlänge nach der Erstreckung der Baumaschine in Arbeitsrichtung in der Horizontalebene bestimmt. Die Überlagerungseinrichtung kann zudem in der Weise ausgebildet sein, dass sie die Bildaufnahmen mehrerer Kameras der Aufnahmeeinrichtung miteinander verbindet, so dass der über die Anzeigeeinrichtung angezeigte Bereich wesentliche größer ist als der von jeweils einer Kamera der Anzeigeeinrichtung aufgenommene Bereich. Dies ist beispielsweise bei sehr sperrigen Baumaschinen von Vorteil. Dadurch kann dem Maschinenführer eine umfassendere Vorhersage zur Bewegung der Baumaschine gegebenen werden, als es mit dem Bild nur einer Kamera möglich wäre. Um eine möglichst hohe Flexibilität zu erhalten, kann die Überlagerungseinrichtung ferner in der Weise ausgebildet sein, dass der Maschinenführer den ins Kamerabild eingeblendeten Fahrweg, beispielsweise hinsichtlich Länge und Bezug (Fahrspuren der Fahrelemente und/oder Abmessungen des Maschinenrahmens), jeweils nach seinen Wünschen einstellt.
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Zusammenfassend zeichnet sich die erfindungsgemäße Manövriereinrichtung somit zunächst dadurch aus, dass kontinuierlich der in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegende Bereich aufgenommen wird, fortlaufend die Berechnung und Aktualisierung des Fahrweges der Baumaschine in Bewegungsrichtung in Abhängigkeit der vom Sensorsystem ermittelten Lenkwinkel erfolgt und diese beiden Informationen auf der Anzeigeeinrichtung für den Maschinenführer sichtbar zusammengeführt werden. Änderungen in der Lenkposition wirken sich im Ergebnis somit unmittelbar auf den berechneten Fahrweg der Baumaschine und damit der Überlagerung des Kamerabildes mit dem berechneten Fahrweg aus, so dass der Maschinenführer sofort den Effekt von Änderungen der Lenkbewegung feststellen kann.
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Selbstverständlich kann die konkrete Positionierung der Kamera der Aufnahmeeinrichtung an der Baumaschine variieren. Grundsätzlich hat sich eine mittige Anordnung der wenigstens einen Kamera in Arbeitsrichtung der Baumaschine im Bezug auf die Breite der Baumaschine als vorteilhaft erwiesen. Die Breite der Baumaschine bestimmt sich dabei nach den Maximalabmessungen der Baumaschine in der Horizontalebene quer zur Vorwärtsrichtung. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass zu beiden Seiten der Mitte der Baumaschine gleichermaßen die Umgebung von der Kamera mit erfasst wird. Sind an einer Seite mehrere Kameras vorgesehen, bietet sich die gegenüber der in Vorwärtsrichtung verlaufenden Mittellinie der Baumaschine symmetrische Anordnung der einzelnen Kameras an, um ebenfalls zu beiden Seiten jeweils gleiche Aufnahmeverhältnisse zu haben. Bei Baumaschinen allerdings, die auf einer Maschinenseite anders ausgebildet sind als auf der anderen Maschinenseite, kann die Anordnung der Kamera/Kameras diesen Gegebenheiten selbstverständlich angepasst werden. Dies kann beispielsweise bei Heckrotorfräsen sinnvoll sein, bei denen eine Beobachtung des auf der Nullseite liegenden Bereiches unter Umständen in größerem Ausmaß erforderlich sein kann als auf der der Nullseite gegenüberliegenden Seite der Baumaschine.
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Von besonderer Bedeutung ist ferner die Länge des von der Aufnahmeeinrichtung erfassten vor der Baumaschine liegenden Bereiches in Vorwärtsrichtung. Hier hat sich gezeigt, dass beispielsweise eine Anordnung der wenigstens einen Kamera der Aufnahmeeinrichtung in der Weise, dass sie den in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereich wenigstens in einer Länge erfasst, der der Länge der Baumaschine entspricht (Maschinenlänge), besonders vorteilhaft ist. Eine derartige Anordnung der Kamera ermöglicht es, den berechneten Fahrweg der Baumaschine in wenigstens einer Maschinenlänge voraus anzuzeigen. Dies ermöglicht dem Maschinenführer einerseits für die meisten Baumaschinentypen eine ausreichend beabstandete Vorhersage der potentiellen Maschinenpositionen bei einer Fortsetzung der Bewegung der Baumaschine in Arbeitsrichtung unter den aktuell anliegenden Lenkwinkeln. Andererseits können dadurch im praktischen Einsatzfall durch die Aufnahmeeinrichtung noch so viele Details aufgenommen und über die Anzeigeeinrichtung wiedergegeben werden, dass der Maschinenführer rechtzeitig relevante Hindernisse in der Anzeigeeinrichtung erkennt.
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Es hat sich ferner eine Ausbildung der Aufnahmeeinrichtung in der Weise bewährt, dass sie den in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereich wenigstens in einer Breite erfasst, der der zweifachen Breite der Baumaschine entspricht. Bei einer mittigen Anordnung der wenigstens einen Kamera der Aufnahmeeinrichtung ergibt sich somit, dass jeweils eine halbe Maschinenbreite zu beiden Seiten der Baumaschine von der Kamera aufgenommen wird, wodurch dem Maschinenführer ein für den praktischen Einsatz ausreichender Überblick für mögliche Seitenlenkbewegungen der Baumaschine zur Verfügung stehen.
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Erfindungsgemäß umfasst die Baumaschine ferner wenigstens ein Anbauelement, das von der Baumaschine abstehend an dieser angeordnet ist. Solche Anbauelemente erschweren ein Manövrieren der Baumaschine zusätzlich, da sie vom Maschinenführer beim Lenken der Baumaschine ebenfalls berücksichtigt werden müssen. Besonders relevant sind hier Anbauelemente, die zumindest teilweise zu wenigstens einer Seite der Baumaschine und/oder zumindest teilweise in Arbeitsrichtung der Baumaschine von der Baumaschine abstehen. Ein solches Anbauelement überragt mit anderen Worten einen an die Baumaschine angrenzenden Horizontalbereich, dessen Umfangsgrenzen durch den Maschinenrahmen der Baumaschine vorgegeben werden, und versperrt dem Maschinenführer dadurch beispielsweise an dieser Stelle die Sicht auf den Boden, was eine zusätzliche Abschätzung von Hindernispotentialen etc. erschwert. Darüber hinaus stellt das Anbauelement selbst häufig ein Element dar, welches an Hindernissen vorbeizuführen ist. Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass die Manövriereinrichtung in der Weise ausgebildet ist, dass sie das Anbauelement mit berücksichtigt. Konkret greift die Berechnungseinheit dazu auf gegebenenfalls vom Sensorsystem ermittelte Positionswerte des Anbauelementes und auf hinterlegte Daten hinsichtlich der Abmessungen des Anbauelementes zurück und die Überlagerungseinrichtung berücksichtigt das Anbauelement bei der Bestimmung des Fahrweges. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass das in den vor der Baumaschine in Arbeitsrichtung liegenden Bereich hineinragende Anbauelement in seiner Lage einerseits für die Bestimmung des potentiellen Fahrweges der Baumaschine inklusive Anbauelement mit umfasst ist und andererseits die Erstreckung des Anbauelementes in Fahrtrichtung von der Überlagerungseinrichtung mit berücksichtigt wird und insbesondere von der Anzeigeeinrichtung mit wiedergegeben wird. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manövriereinrichtung ist somit nicht nur auf die Baumaschine an sich beschränkt, sondern berücksichtigt ein eventuell vorhandenes Anbauelement gleichermaßen mit.
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Obwohl eine Vielzahl verwendeter Anbauelemente statisch mit der Baumaschine verbunden ist, werden häufig eine Reihe von Anbauelementen eingesetzt, die bewegbar, beispielsweise vertikal schwenkbar, an der Baumaschine gelagert sind. In solchen Fällen ändert sich somit die Relativlage des Anbauelementes gegenüber der Baumaschine in Abhängigkeit von der jeweiligen Relativstellung des Anbauelementes gegenüber der Baumaschine. „Schwenkbar“ umfasst hier gleichermaßen Schwenkbewegungen in der Horizontalebene als auch in der Vertikalebene. Es sind darüber hinaus ferner Anbauelemente bekannt, die gegenüber der Baumaschine verschiebbar sind, wobei auch hier Vertikal- und/oder Horizontalverschiebungen gleichermaßen mit umfasst sind. Für diese Konstellationen, bei denen das Anbauelement bewegbar an der Baumaschine gelagert ist, ist es nun bevorzugt vorgesehen, dass das Sensorsystem ergänzend zur Erfassung der Bewegungsstellung des Anbauelementes an der Baumaschine ausgebildet ist. Das Sensorsystem kann somit die aktuelle Relativposition des Anbauelementes an der Baumaschine in Bezug auf eine vorher festgelegte Ausgangsposition ermitteln. Hierzu kommen jeweils geeignete und im Stand der Technik bekannte Sensoren in Frage. Die erfasste Bewegungsstellung des Anbauelementes gegenüber der Baumaschine wird bei der erfindungsgemäßen Manövriereinrichtung von der Berechnungseinheit mit berücksichtigt, so dass letztendlich die Überlagerungseinrichtung das Anbauelement gemäß der aktuell ermittelten Bewegungsstellung dem wiedergegebenen Kamerabild bzw. der Aufnahme in der Anzeigeeinrichtung überlagert. Die Erfindung hat somit den Vorteil, dass der Maschinenführer den Fahrweg der Baumaschine in der Anzeigeeinrichtung unter Berücksichtigung der aktuellen Bewegungsposition auch des Anbauelementes gegenüber der Baumaschine sehen kann. Die vorliegende Manövriereinrichtung hat sich bei einer erfindungsgemäßen Baumaschine insbesondere dann bewährt, wenn das Anbauelement ein Transportband ist, wie es häufig als Anhängeversion beispielsweise bei Straßenfräsen Verwendung findet. Derartige Transportbänder sind an die Baumaschine, beispielsweise eine Bodenfräsmaschine, insbesondere eine Straßenfräse, in Fahrtrichtung nach vorn oder entgegen der Fahrtrichtung nach hinten an den Maschinenrahmen der Baumaschine angehängt und stehen von dieser in ihre jeweilige Erstreckungsrichtung ab. Aufgrund der raumgreifenden und vorstehenden Anordnung eines solchen Anbauförderbandes treten hier die Vorteile der Erfindung besonders deutlich hervor.
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Die Aufnahmeeinrichtung, insbesondere Kamera, kann grundsätzlich zunächst in der Weise ausgebildet sein, dass sie die Oberfläche des Untergrundes des in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereichs erfasst. Die Aufnahmeeinrichtung ermittelt somit mit anderen Worten wenigstens ein zweidimensionales Bild des Bodens und die Überlagerungseinrichtung blendet erfindungsgemäß beispielsweise den Fahrweg der Baumaschine unter Berücksichtigung der Erstreckung der Baumaschine (und gegebenenfalls eines Anbauelementes) in das Kamerabild ein. Besonders bevorzugt ist es nun, wenn die Manövriereinrichtung ferner eine Abstandsüberwachungseinrichtung aufweist, die zur Hinderniserkennung des von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereichs ausgebildet ist. Neben der zweidimensionalen Komponente wird bei dieser Ausführungsform der Manövriereinrichtung somit noch eine räumliche Komponente durch die Abstandsüberwachungseinrichtung zugefügt, wodurch beispielsweise selektiv auch Kollisionsrisiken oberhalb des Untergrundes mit berücksichtigt werden können. Ideal ist es dabei, wenn die Überlagerungseinrichtung in der Weise ausgebildet ist, dass sie über dem Boden liegende Kollisionsrisiken erkennt und eine entsprechende Anzeige dieser Kollisionsbereiche über die Anzeigeeinrichtung ermöglicht. Selbstverständlich ist es hierbei auch denkbar, dass der Maschinenführer durch spezielle Warntöne und/oder optische Warnhinweise auf ein Kollisionsrisiko hingewiesen wird.
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Ein wesentliches Element der Erfindung ist zusammenfassend die Zusammenführung des Kamerabildes mit dem durch die Berechnungseinheit „vorhergesagten“ Fahrweg der Baumaschine durch die Überlagerungseinrichtung und die anschließende gemeinsame Anzeige durch die Anzeigeeinrichtung. Dies setzt eine maßstäbliche Zusammenführung dieser beiden Informationen voraus. Hierzu ist eine geeignete Kalibrierfunktion vorgesehen, die beispielsweise eine Größenanpassung der Abmessungen der Baumaschine zum aufgenommenen Kamerabild ermöglicht. Eine solche Kalibrierung kann initial bei der Installation der Manövriereinrichtung in der Baumaschine erfolgen. Ergänzend oder alternativ kann allerdings auch eine Kalibrierfunktion vorgesehen sein, die eine jeweilige Kalibrierung vor einem Maschinenstart oder in vergleichbaren Intervallen ermöglicht. Letzteres hat insbesondere den Vorteil, dass gegebenenfalls auftretende Änderungen bei der Aufnahmeeinrichtung, beispielsweise der Kameraposition, insbesondere des Aufnahmewinkels der Kamera relativ zum Boden, berücksichtigt werden können, wodurch eine besonders zuverlässige Überlagerung des aufgenommenen Kamerabildes mit dem berechneten Fahrweg der Baumaschine möglich wird.
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Ergänzend kann die erfindungsgemäße Baumaschine mit einer Manövriereinrichtung ferner eine Projektionseinrichtung aufweisen, die den von der Berechnungseinheit ermittelten Fahrweg der Baumaschine auf den in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereich projiziert und somit beispielsweise auch neben der Baumaschine stehenden Personen anzeigt, in welchem Bereich sich die Baumaschine bei einer Fortsetzung der Bewegung in Arbeitsrichtung bewegt. Die Projektionseinrichtung umfasst dazu einen geeigneten Projektor, beispielsweise einen Laserprojektor, und eine Steuerung, die die von der Berechnungseinheit ermittelten Fahrwegvorhersagen inklusive Stellung des Anbauelementes in eine entsprechende Projektionssteuerung des Projektors umsetzt. Der Projektor der Projektionseinrichtung ist dabei vorzugsweise an einer Position an der Baumaschine angeordnet, von der aus er wenigstens in Bezug auf den vorausberechneten Fahrweg der Baumaschine den Umriss der Baumaschine inklusive Anbauelement in der Horizontalebene auf den Bodenuntergrund projizieren kann. Besonders geeignet ist hierzu der in Fahrtrichtung der Baumaschine vordere und hintere Bereich, idealerweise in zum Boden in Vertikalrichtung erhöhter Position. Alternativ kann der Projektor auch am Anbauelement, insbesondere an der dem Bodenuntergrund zugewandten Unterseite eines Transportförderbandes, angeordnet sein. Sofern das Anbauelement höhenverstellbar ausgebildet ist, ist die Steuerung der Projektionseinrichtung zudem vorzugsweise in der Weise ausgebildet, dass sie die Höhenposition des Anbauelementes mit berücksichtigt und das von der Projektionseinrichtung auf dem Bodenuntergrund wiedergegebene Bild entsprechend anpasst, um Verzerrungen aufgrund unterschiedliche Vertikalhöhen der Projektionseinrichtung ausgleichen zu können. Alternativ zur rechnerischen Einblendung der Maschinenposition in ein Kamerabild kann es bei dieser Ausführungsform auch vorgesehen sein, dass das durch die Projektionseinrichtung auf den Boden geworfene Bild des Fahrweges, beispielsweise über eine entsprechende Lasereinrichtung, von der Kamera zusammen mit dem Untergrund aufgenommen und in der Anzeigeeinrichtung wiedergegeben werden. Das Überlagern zwischen aufgenommenem Kamerabild und berechnetem Fahrweg erfolgt hier somit unmittelbar auf dem Untergrund, wobei die Projektionseinrichtung von der Überlagerungseinrichtung gesteuert wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in einem Verfahren zur Erleichterung des Manövrierens einer Baumaschine, insbesondere einer Fräsmaschine, umfassend die Schritte:
- a) Aufnehmen des in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereichs durch eine Aufnahmeeinrichtung,
- b) Erfassen des Lenkwinkels wenigstens eines lenkbaren Fahrelements durch ein Sensorsystem,
- c) Berechnen der Bewegungsbahn der Baumaschine unter Berücksichtigung des aktuell erfassten Lenkwinkels des wenigstens einen lenkbaren Fahrelementes,
- d) Überlagern des aufgenommenen Bereichs mit der berechneten Bewegungsbahn, und
- e) Anzeigen des aufgenommenen und in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereichs zusammen mit der berechneten Bewegungsbahn.
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In Bezug auf den Aufbau und die Funktionsweise der einzelnen Elemente, wie insbesondere der Aufnahmeeinrichtung, des Sensorsystems, des wenigstens einen lenkbaren Fahrelementes, etc. wird auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen. Bewegungsbahn und Fahrweg sind dabei synonym zueinander zu verstehen. Der zentrale Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass das aktuell durch die Aufnahmeeinrichtung aufgenommene Bild des in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereiches mit einer unter Berücksichtigung der Lenkstellung des wenigstens einen lenkbaren Fahrelementes vorhergesagten Bewegungsbahn der Baumaschine miteinander überlagert werden und dem Maschinenführer zusammen angezeigt werden. Dazu kann die Überlagerungseinrichtung beide Informationen unmittelbar zusammenführen und über die Anzeigeeinrichtung anzeigen oder mit Hilfe einer Projektionseinrichtung die Anzeige der Bewegungsbahn auf den Untergrund steuern, so dass der Untergrund und die berechnete Bewegungsbahn zusammen von der Kamera aufgenommen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dem Maschinenführer der Baumaschine somit konkret zu sehen, wohin sich die von ihm geführte Baumaschine in den in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine liegenden Bereich bewegt und wo sie wie im Gelände beziehungsweise auf dem Untergrund positioniert sein wird, wenn die Baumaschine ihre Bewegung in Arbeitsrichtung fortsetzt.
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Häufig weisen Baumaschinen unabhängig voneinander lenkbare Fahrelemente auf. Bei solchen Ausführungsformen hat es sich erfindungsgemäß bewährt, wenn die Lenkwinkel aller lenkbaren Fahrelemente im Schritt b) erfasst und im Schritt c) zur Berechnung der Bewegungsbahn berücksichtigt werden. Dadurch können beispielsweise Lenkstellungen wie „Hundegang“ oder „synchron“ vom erfindungsgemäßen Verfahren gleichermaßen mit berücksichtigt werden.
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Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass das Sensorsystem im Schritt b) ferner die Stellung eines von der Baumaschine abstehenden und bewegbar an der Baumaschine gelagerten Anbauelementes bestimmt, und dass die Stellung des Anbauelementes in den Schritten c) und e) mit berücksichtigt wird. Hier wird somit die aktuelle Relativposition des Anbauelementes gegenüber der Baumaschine mit in das erfindungsgemäße Verfahren einbezogen, so dass der Maschinenführer auch den vom Anbauelement überdeckten Bereich zur Führung der Baumaschine mit berücksichtigen kann. Umfasst sind hiervon sowohl Schwenk- als auch Verschiebebewegungen, wobei zur Positionsbestimmung jeweils geeignete Sensoren eingesetzt werden.
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Neben einer reinen Aufnahme der Bodenoberfläche ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn gemäß einem Schritt b') das Erfassen von räumlichen Hindernissen vorgesehen ist, die im Schritt e) mit angezeigt werden. Hier ist es verfahrensmäßig somit vorgesehen, dass räumliche Informationen mit generiert werden, beispielsweise über eine entsprechende Abstandsüberwachung. Ideal ist es dabei, wenn eine Kollisionskontrolle im Schritt c) unter Berücksichtigung dieser im Schritt b') erfassten Hindernisse und der räumlichen Ausdehnung der Baumaschine erfolgt und Kollisionsrisiken im Schritt e) gesondert angezeigt werden, beispielsweise durch farbliche Hervorhebung. Die Überlagerungseinrichtung ist bei dieser Ausführungsform somit in der Lage, die räumliche Ausdehnung der Baumaschine mit den über die Kamera und die Abstandsüberwachungseinrichtung gewonnenen Informationen über die konkreten räumlichen Gegebenheiten zu überlagern und beispielsweise auch vom Boden losgelösten Kollisionsrisiken selektiv zu erkennen und besonders bevorzugt speziell anzuzeigen.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht schließlich weiter vor, dass ergänzend das Projizieren der vorausberechneten Maschinenposition auf den Bodenuntergrund durch eine Projektionseinrichtung erfolgt. Hierzu wird ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt schließlich in einer Manövriereinrichtung für eine Baumaschine, wie sie vorstehend beschrieben wird, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine solche Manövriereinrichtung ist beispielsweise nachrüstbar, so dass auch bereits existierende Baumaschinen ohne weiteres mit einer erfindungsgemäßen Manövriereinrichtung ausgerüstet werden können. Es versteht sich von selbst, dass insbesondere hier eine entsprechende Kalibrierfunktion vorgesehen ist, um insbesondere eine Größenanpassung des Kamerabildes mit den Abmessungen der jeweiligen Baumaschine zu ermöglichen. Die Manövriereinrichtung kann dazu beispielsweise auch als transportables Modul ausgebildet sein, um auf mehreren Baumaschinen verwendet werden zu können.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Baugleiche Bauelemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen angegeben. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Seitensicht auf eine Baumaschine, konkret eine Bodenfräsmaschine;
- 2 schematische Übersicht auf eine Manövriereinrichtung;
- 3 eine weitere Ausführungsform einer Manövriereinrichtung;
- 4 verschiedene Lenkwinkelstellungen der Fahrelemente einer Baumaschine; und
- 5 ein Bezugssystem zur Berechnung der fiktiven Maschinenposition.
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Bei der Baumaschine 1 gemäß 1 handelt es sich um eine Bodenfräsmaschine (konkret einer Straßenfräse vom Frontladertyp mit Mittelrotor) in Seitenansicht. Die Arbeitsrichtung (hier in Vorwärtsrichtung) ist mit dem Pfeil a angegeben. Wesentliche Elemente der Bodenfräsmaschine sind eine Fräseinrichtung 2 (Arbeitseinrichtung der Baumaschine), ein Maschinenrahmen 3 mit einem Fahrstand 4 und über Hubsäulen am Maschinenrahmen 3 höhenverstellbar gelagerte Raupenfahrwerke 5 (die Fahrelemente der Baumaschine 1 sind in 1 somit Raupenfahrwerke, wobei hier auch alternativ oder ergänzend Radfahrwerke eingesetzt werden können; sichtbar sind in 1 nur die auf der linken Seite angeordneten Raupenfahrwerke). Die Bodenfräsmaschine umfasst ferner eine Fräsrotorantriebseinrichtung (nicht näher angegeben), vorliegend einen Verbrennungsmotor, über den die für den Betrieb erforderliche Arbeitsenergie zur Verfügung gestellt wird. Zur Kraftübertragung ist dazu ein Antriebsgetriebe 7 vorhanden, von dem in 1 lediglich nur eine Seitenabdeckung für ein Riemengetriebe sichtbar ist. Im Arbeitsbetrieb wird die Bodenfräsmaschine über den Untergrund 6 in Arbeitsrichtung a verfahren und fräst dabei mit einem in 1 nicht näher dargestellten Fräsrotor innerhalb des Rotorkastens (Teil der Fräseinrichtung 2) Bodenmaterial auf.
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Die Baumaschine 1 zeichnet sich durch eine Manövriereinrichtung 8 aus, deren konkreter Aufbau insbesondere in 2 weiter angegeben ist und vom Grundprinzip her weiter veranschaulicht ist. Wesentliche Elemente der Manövriereinrichtung sind eine Aufnahmeeinrichtung 9 mit einer Kamera, ein Sensorsystem 10, eine Anzeigeeinrichtung 11, eine Berechnungseinheit 12 und eine Überlagerungseinrichtung 13.
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Die Kamera der Aufnahmeeinrichtung 9 ist eine Farbbildkamera und in der Weise an der Baumaschine 1 angeordnet, dass sie den in Fahrtrichtung a vor der Baumaschine liegenden Bereich der Bodenoberfläche aufnimmt. Dabei erfasst die Kamera einen Bildbereich, der wenigstens der Länge L der Baumaschine 1 in Arbeitsrichtung a entspricht. Der von der Kamera erfasste Bereich des Untergrundes 6 ist in 1 mit gepunkteten Linien eingegrenzt. In 2 ist das aufgenommene Kamerabild KB angegeben. Die Aufnahmeeinrichtung 9 übermittelt die von ihr aufgenommenen Bilddaten an die Überlagerungseinrichtung 13, wie in 2 durch die entsprechende Verbindung veranschaulicht.
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Ein weiters wesentliches Element der Manövriereinrichtung 8 ist das Sensorsystem 10, das zur Ermittlung eines Lenkwinkels wenigstens eines Fahrelementes (vorliegend der Raupenfahrwerke 5) ausgebildet ist. Bei der vorliegenden Baumaschine 1 sind alle vier Raupenfahrwerke 5 gegenüber dem Maschinenrahmen 3 lenkbar. Der Lenkwinkel α gibt dabei den Einschlagwinkel eines Fahrelements 5 gegenüber der Ausrichtung des Fahrelements 5 bei Geradeausfahrt b in der Horizontalebene an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in 2 lediglich beispielhaft am rechten vorderen Raupenfahrwerk 5 die Bestimmung des Lenkwinkels α durch das Sensorsystem 10 angegeben. Der Lenkwinkel α ist somit die Auslenkung des Raupenfahrwerks 5 gegenüber einem Referenzwert (vorliegend der Ausrichtung des Raupenfahrwerks in Geradeausfahrtrichtung b) in der Horizontalebene. Den vom Sensorsystem 10 ermittelten Lenkwinkel α übermittelt das Sensorsystem 10 gemäß 2 an die Berechnungseinheit 12. Unter Berücksichtigung des von dem Sensorsystem 10 übermittelten Lenkwinkels α ermittelt die Berechnungseinheit 12, in welche Richtung sich die Baumaschine 1 bei einer Fortsetzung der Fahrbewegung unter den aktuell festgestellten Lenkwinkeln α bewegt. Die Berechnungseinheit 12 umfasst ferner ein nicht näher bezeichnetes Datenbankelement, in dem die Abmessungen der Baumaschine 1, insbesondere hinsichtlich Länge und Breite in der Horizontalebene und die Positionen der Fahrelemente 5 in Relation zu den Abmessungen der Baumaschine 1, hinterlegt sind.
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Die Überlagerungseinrichtung 13 führt schließlich die von der Aufnahmeeinrichtung 9 übermittelten Ist-Bilddaten mit den von der Berechnungseinheit 12 ermittelten Vorhersagedaten zur Position der Baumaschine 1 zusammen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel greift die Überlagerungseinrichtung 13 dazu auf eine von der Berechnungseinheit 12 ermittelte Situation zurück, bei der die Baumaschine 1 eine Maschinenlänge L vor der aktuellen Position der Baumaschine virtuell positioniert ist. In 2 ist dieses Überlagern durch einen Vergleich des in der Anzeigeeinrichtung 11 dargestellten Bildes 14 mit dem tatsächlich von der Aufnahmeeinrichtung 9 aufgenommenen Bild KB weiter veranschaulicht. Das Kamerabild KB stellt somit mit anderen Worten das tatsächlich von der Aufnahmeeinrichtung 9 aufgenommene Bild der Oberfläche des Untergrundes 6 dar. Das Bild 14 in der Anzeigerichtung 11 ist dagegen das Bild, das der Maschinenführer im Fahrstand während des Betriebs der Baumaschine 1 sieht. Die Anzeigeeinrichtung ist dazu beispielsweise entsprechend im Fahrstand 4 angeordnet. Im Bild 14 sind zusätzlich zu den von der Kamera 9 aufgezeichneten Bilddaten die von der Berechnungseinheit 12 ermittelten Positionsdaten der Baumaschine eine Maschinenlänge L voraus überlagert eingeblendet. Die Einblendung erfolgt dabei als Schattenwurf beziehungsweise Einblendung des Umrisses der Baumaschine 1 in Vertikalrichtung auf den Boden 6. Ergänzend oder alternativ ist es bei der vorliegenden Ausführungsform auch möglich, die Fahrspuren der Fahrelemente 5 zu berechnen und in das Kamerabild KB im Anzeigebild 14 einzublenden. In 2 sind dazu beispielsweise drei verschiedene Fallsituationen angegeben. I gibt dabei einen Schattenwurf der Baumaschine 1 auf den Untergrund 6 eine Maschinenlänge L voraus wieder, wenn die Baumaschine 1 beim anliegenden Lenkwinkel α gemäß 2 weiterbewegt wird. Ändert der Maschinenführer den Lenkwinkel dagegen α auf 0°, fährt die Baumaschine 1 in Geradeausrichtung b (beziehungsweise Arbeitsrichtung a und Geradeausrichtung b sind dann gleich). Ändert der Maschinenführer somit die Lenkeinstellungen von der in 2 angegebenen Situation hin zu einer Geradeausfahrt, wird die von der Berechnungseinheit 12 berechnete Position der Baumaschine 1 entsprechend angepasst und die Überlagerungseinrichtung passt die Einblendung der vorhergesagten Maschinenposition von I nach II an (gestrichelter Schattenwurf). Der Maschinenführer sieht somit umgehend die Auswirkungen seiner Lenkeinstellungen auf die vorhergesagte Position der Baumaschine 1. Die gepunktete Situation III entspricht dagegen einer Lenkung der Baumaschine 1 nach links mit dem Lenkwinkel -α. Die vorliegende Ausführungsform der Manövriereinrichtung 8 erlaubt ferner die Einstellung, wie weit in Arbeitsrichtung a die Vorhersage der Position der Baumaschine 1 erfolgen soll. Der Maschinenführer kann so zum Beispiel gemäß seinen eigenen Wünschen einstellen, ob er eine Einblendung 1 Maschinenlänge L voraus wünscht oder beispielsweise nur eine halber Maschinenlänge L. In einer nicht weiter angegeben Ausführungsform sind ferner geschwindigkeitsabhängige Einblendungen möglich. Die gestrichelten Linien im Anzeigebild 14 geben ferner Abstandslinien (beispielsweise in 3 Meter-Abständen) zur besseren Orientierung des Maschinenführers an
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Für den Maschinenführer ermöglicht die in 2 angegebene Manövriereinrichtung 8 frühzeitig potentielle Kollisionsrisiken bei einer Fortsetzung der Bewegung der Baumaschine 1 in Arbeitsrichtung a eine Maschinenlänge L voraus beurteilen zu können, da er durch eine Überlagerung der Schattenwürfe I bis III (wobei hier selbstverständlich auf Zwischenpositionen mit umfasst sind, je nach aktuell gewählter Lenkstellung) feststellen kann, wohin sich die Baumaschine 1 auf dem Boden 6 konkret bewegen wird. Er muss demnach die zukünftige Bewegung der Baumaschine nicht mehr abschätzen, sondern kann sie mit der eingeblendeten Vorhersage tatsächlich im Vorhinein sehen.
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Zur weiteren Verdeutlichung dieser Funktion wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einen Seitenstreifen 15 und einen Straßenablauf 16 Bezug genommen, die sich gemäß dem in 2 aufgezeichneten Bild 14 im Untergrund 6 vor der Baumaschine 1 befinden. Setzt der Baumaschinenführer die in 2 beispielhaft angegebene Lenkbewegung mit dem Lenkwinkel α fort, erkennt er aufgrund der von der Berechnungseinheit 12 ermittelten und vorhergesagten Position der Baumaschine 1 eine Fahrzeuglänge L voraus (Fall I), dass die Baumaschine mit dem Seitenstreifen 15 kollidieren wird. Die Kollision mit dem Seitenstreifen 15 besteht somit nicht unmittelbar bevor, wird aber eintreten, wenn der Maschinenführer keine Lenkkorrektur vornimmt. Stellt der Maschinenführer ausgehend von dieser Situation den Lenkwinkel α auf Geradeausfahrt in Geradeausrichtung b um, passt die Berechnungseinheit 12 auf Grundlage des aktuell ermittelten Lenkwinkels α = 0° die Anzeige im Bild 14 entsprechend an und zeigt dem Maschinenführer den Fall II. Hier fährt die Baumaschine 1 zwischen den Hindernissen 15 und 16 hindurch. Steuert er die Maschine dagegen mit dem Lenkwinkel α nach links, droht eine Kollision mit dem Straßenablauf 16, wie die Überlappung im Bild 14 zwischen dem gepunkteten Bereich und dem Straßenablauf 16 verdeutlicht. Die Manövriereinrichtung 8 ermöglicht es somit, den Maschinenführer einen Eindruck über die Positionierung der Baumaschine 1 auf den Untergrund 6 eine Maschinenlänge L voraus unter Berücksichtigung des real von der Aufnahmeeinrichtung 9 aufgenommenen Untergrundbildes KB zu geben.
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3 betrifft nun speziell den weiteren Aspekt des Manövriersystems 8 aus 2, das ein Anbauelement 17 mit berücksichtigt wird, wobei die im gestrichelten Kasten C umrahmten Elemente der Manövriereinrichtung 8 in 3 aus Übersichtlichkeitsgründen zusammenfassend als gestrichelter Kasten C angegeben sind. Die einzige Ergänzung der in 3 angegebenen Ausführungsform der Manövriereinrichtung 8 liegt darin, dass die Manövriereinrichtung 8 zusätzlich die Relativposition des Anbauelementes 17 mit berücksichtigt. Beim Anbauelement 17 handelt es sich konkret um ein am Maschinenrahmen 3 der Baumaschine 1 bewegbar gelagertes Förderband, welches in Pfeilrichtung c herauf- und herab schwenkbar (1) und in Pfeilrichtung b in der Horizontalebene verschwenkbar ist (3). Das Anbauelement 17 ist an den Maschinenrahmen der Baumaschine 1 angehängt und steht von diesem in Arbeitsrichtung a nach vorn aufsteigend von diesem ab. Das Sensorsystem 10 ist bei dieser Ausführungsform nun in der Weise ausgebildet, dass es ferner Sensoren umfasst, die sowohl die Vertikalverstellung des Transportbandes (gemäß Pfeilrichtung c) als auch die Horizontalverstellung des Transportbandes (gemäß Pfeil d) erfassen, so dass die aktuelle Stellung des Anbauelementes 17 relativ zum Maschinenrahmen 3 der Baumaschine 1 von der Berechnungseinheit 12 mit berücksichtigt werden kann. Beispielhaft ist hierzu der Schwenkwinkel β zur Horizontalschwenkstellung des Anbauelementes 17 relativ zur Längserstreckung des Maschinenrahmens 3 der Baumaschine 1 angegeben. Dabei kommt es insbesondere auf die Erstreckung der Baumaschine inklusive Anbauelement in einer Projektion in die Bodenhorizontaleebene 6 an beziehungsweise mit anderen Worten auf die Außenabmessungen der Baumaschine in der Horizontalebene beziehungsweise dem Umriss der Baumaschine inklusive Anbauförderband in der Horizontalebene. Ferner sind die Abmessungen des Anbauelementes 17 in der vorstehend bereits erwähnten Datenbank der Berechnungseinheit 12 mit hinterlegt. Es versteht sich von selbst, dass entsprechende Daten zu den Abmessungen des jeweiligen Anbauelementes 17 auch in die Datenbank eingepflegt werden können. Die Überlagerungseinrichtung 13 überlagert nun nicht nur den Schattenwurf 1' beziehungsweise der auf den Bodenuntergrund projizierten gesamten Maschinenumriss (beziehungsweise I, II und III in 2) der Baumaschine 1' sondern auch den Schattenwurf 17' des Anbauelementes 17 dem Kamerabild KB, wie in 3 angegeben, so dass der Maschinenführer auch den vom Anbauelement 17 eine Maschinenlänge L voraus überlappten Bereich des aufgenommenen Untergrundes 6 sieht.
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4 schließlich stellt verschiedene Lenkoptionen der Baumaschine 1 gegenüber, um zu verdeutlichen, wie die verschiedenen Ausführungsformen des Sensorsystems 10 zur Berechnung der Positionsvorhersage ausgebildet sein müssen. 4a verdeutlicht dabei zunächst die Geradeausfahrt der Baumaschine 1, bei der die Fahrelemente 5 in Geradeausrichtung b ausgerichtet sind. Die Geradeausrichtung b und die Arbeitsrichtung a fallen hier somit zusammen. Die Lenkoptionen gemäß 4 fassen dabei die verschiedenen Lenkstellungen des Ausführungsbeispiels aus 2 zusammen. In 4b wird allein über die beiden vorderen Fahrelemente 5 gelenkt und in 4c allein über die beiden hinteren Fahrelemente 5. Bei den Ausführungsformen gemäß der 4d und 4e wird gleichzeitig sowohl über die vorderen Fahrelemente 5 als auch über die hinteren Fahrelemente 5 gelenkt; 4d veranschaulicht den Fall Synchronlenkung und 4e den Fall Hundegang. Die 4f und 4g betreffen jeweils eine Baumaschine 1, bei der sämtliche Fahrelemente 5 unabhängig voneinander steuerbar sein müssen und die Sensoreinrichtung 10 entsprechend zur individuellen Erfassung der aktuell anliegenden Lenkwinkel aller Fahrelement 5 ausgebildet sein muss. Dies erlaubt beispielsweise auch Fahrelementstellungen, die ein Wenden auf der Stelle gemäß 4f oder eine Bewegungssperrung gemäß 4g ermöglicht, was beispielsweise bei Wartungsarbeiten gewünscht sein kann. Für den letzteren Fall kann zudem vorgesehen sein, dass eine entsprechende Einblendung in das Kamerabild KB über die Anzeigeeinrichtung 14 erfolgt, die anzeigt, das ein Bewegung der Baumaschine 1 unter den aktuell anliegenden Lenkstellungen nicht möglich ist.
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In 1 ist ferner eine weitere Kamera 9' gestrichelt angegeben. Diese Anordnung von einer Kamera in Vorwärtsrichtung a und einer weiteren Kamera 9' in Rückwärtsrichtung ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Baumaschine 1 im Arbeitsbetrieb sowohl vorwärts als auch rückwärts betrieben wird. Die Berechnungseinheit 12 und die Überlagerungseinrichtung 13 sind dann in der Weise ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von der Fahrrichtung der Baumaschine 1 (vorwärts oder rückwärts) automatisch die Berechnungen und Anzeige für den jeweils in Arbeitsrichtung vor der Baumaschine 1 liegenden Bereich vornehmen und somit beispielsweise automatisch zwischen den Kameras 9 und 9' in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Baumaschine 1 umschalten.
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Die Baumaschine 1 umfasst gemäß 1 ferner eine an der Unterseite des Transportförderbandes beziehungsweise Anbauelementes zum Bodenuntergrund hin gerichtete Projektionseinrichtung 19, deren Steuerung beispielsweise über die Berechnungseinheit 12 erfolgt (2). Die Projektionseinrichtung beziehungsweise konkret der Projektor 19 ist in der Weise ausgebildet, dass er den vorausberechneten Maschinenumriss und/oder den Fahrweg inklusive Anbauelement auf den Bodenuntergrund projiziert und somit ein Bild auf dem Bodenuntergrund vom horizontalen maximalen Maschinenumriss erzeugt. Damit können auch außenstehende Personen den Fahrweg der Baumaschine 1 einsehen und beispielsweise auf drohende Kollisionen hin überprüfen.
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5 schließlich veranschaulicht ein Bezugssystem zur Berechnung der fiktiven Maschinenposition durch die Berechnungseinheit 12. Das nicht näher bezeichnete Sensorsystem 10 ist hier in der Weise ausgebildet, dass es einerseits die Lenkwinkel sämtlicher Fahrelemente 5 erfasst, die vorliegend allesamt zum Mittelpunkt M des Wendekreises der Baumaschine 1 ausgerichtet sind. Die Linie 18a gibt dabei die Fahrspur der beiden äußeren Fahrelemente 5 und die Linie 18b die zum Mittelpunkt M innen liegende Fahrspur der beiden inneren Fahrelemente 5 wieder. Das Sensorsystem 10 erfasst ferner den Auslenkwinkel β in der Horizontalebene des Anbauelementes 17 gegenüber dem Maschinenrahmen 3 der Baumaschine 1. Aus diesen Daten und unter Berücksichtigung der in der Berechnungseinheit 12 abgelegten Maschinendimensionen, insbesondere hinsichtlich Breite und Länger der Maschine in der Horizontalebene, berechnet die Berechnungseinheit 12 die fiktive Position der Baumaschine 1 eine Maschinenlänge L voraus. Die fiktive Position ist in 5 gestrichelt wiedergegeben und mit dem Bezugszeichen 1' bezeichnet. Diese von der Berechnungseinheit 12 ermittelte fiktive Position wird anschließend von der Überlagerungseinrichtung 13 in Maßstabverhältnis zum Kamerabild 14' angepasst und im Bild 14 gemäß 2 entsprechend dem Kamerabild KB überlagert.
