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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung mindestens eines Arbeitswerkzeugs eines Arbeitsmaschinenfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 298 18 457 U1 ist eine landwirtschaftliche Bearbeitungsmaschine bekannt, die ein Arbeitswerkzeug aufweist. Je nach Situation kann das Arbeitswerkzeug in unterschiedliche Stellungen gebracht werden.
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Bei mit Arbeitswerkzeugen versehenen Arbeitsmaschinenfahrzeugen, insbesondere wenn erstere vorausragend angeordnet sind, ist die Sicht des Fahrers/Bedieners oftmals begrenzt. Bei schlecht einsehbaren Straßenauffahrten müssen daher diese Arbeitsmaschinen vor dem Queren einer oder Einbiegen auf eine Straße, insbesondere Vorfahrtsstraße, zum Beispiel vom Feld, von einer Straße oder einer Baustelle kommend, vor dem Auffahren durch eine weitere Person eingewiesen werden. Bei Missachtung können sich schwere Unfälle ereignen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung sieht vor, bei mindestens einer bestimmten Fahrsituationsänderung eines mit mindestens einem Arbeitswerkzeug (Arbeitsgerät) versehenen Arbeitsmaschinenfahrzeugs automatisch oder durch einen Insassen des Fahrzeugs eine prädiktive Ausrichtung des Arbeitswerkzeugs in Richtung einer prädiktiven Fahrzeugtrajektorie des Arbeitsmaschinenfahrzeugs durchzuführen. Hierdurch ist eine Kollisionsgefahr bei diesen Fahrsituationsänderungen weitestgehend vermieden. Insbesondere beim Queren einer oder Einbiegen auf eine Vorfahrtsstraße gelangt das Arbeitswerkzeug in eine Position, die es dem Fahrer/Bediener erlaubt, das gesamte Umfeld hinreichend einzusehen, sodass er sich auf die Verkehrssituation einstellen kann. Durch die vor oder während der Fahrsituationsänderung erfolgende Ausrichtung des Arbeitswerkzeugs in eine Richtung, die der künftigen Bewegungsrichtung des Arbeitsmaschinenfahrzeugs entspricht, kann der Fahrer/Bediener beispielsweise Seitenbereiche einsehen, die zuvor vom Arbeitswerkzeug abgedeckt wurden. Ferner gelangt das Arbeitswerkzeug in eine Stellung, die bei einer Kollision zu einer Schadensminderung führt. Die Erfindung trägt somit entscheidend zur Sicherheit bei. Bei dem Insassen handelt es sich insbesondere um einen Fahrer/Bediener. Vorzugsweise werden bei dem manuellen Vorgehen dem Insassen eine Ist-Trajektorie und eine Soll-Trajektorie von dem Arbeitsmaschinenfahrzeug und/oder dem Arbeitswerkzeug zum Beispiel auf einem Display angezeigt, sodass er das Fahrzeug und/oder das Werkzeug selbst steuern kann. Hierbei umfasst die Fahrzeugtrajektorie eine Information über eine zukünftige beziehungsweise geplante beziehungsweise vorgesehene Position und/oder Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als bestimmte Fahrsituationsänderung eine vorgegebene Fahrsituationsänderung verwendet wird. Beispielsweise kann eine derartige, vorgegebene Fahrsituationsänderung das bereits erwähnte Verlassen der Straße, des Feldes oder der Baustelle oder dergleichen und das Auffahren auf eine Straße, insbesondere Vorfahrtsstraße, sein.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die bestimmte Fahrsituationsänderung eine automatisch sensierte Fahrsituationsänderung ist. Der Fahrer/Bediener muss selbst nicht tätig werden, sondern aufgrund der automatisch sensierten neuen Fahrsituation wird das Arbeitswerkzeug automatisch in die prädiktive Ausrichtung in Richtung der prädiktiven Fahrzeugtrajektorie des Arbeitsmaschinenfahrzeugs ausgerichtet.
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Zum Sensieren der mindestens einen Fahrzeugsituationsänderung wird mindestens ein abstandsmessender Sensor, insbesondere ein Radarsensor, des Arbeitsmaschinefahrzeugs verwendet. Dieser Sensor kann beispielsweise den Kreuzungsbereich oder Einmündungsbereich „einsehen“ und dadurch die demnächst vorliegende neue Fahrsituation erfassen.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn zum Sensieren der mindestens einen Fahrsituationsänderung mindestens ein objekterkennender Sensor, insbesondere eine Kamera, des Arbeitsmaschinenfahrzeugs verwendet wird. Mittels einer rechnerbasierten Auswertung von Bilddaten der Kamera können Objekte wie beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer erkannt werden. Diese Kamera kann ebenfalls die neue Fahrsituation vorhersehen.
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Es ist auch möglich, zum Sensieren der mindestens einen Fahrsituationsänderung mindestens einen akustischen Sensor, insbesondere einen Dopplereffektsensor oder einen Schallmustersensor, zu verwenden. Wenn sich ein Fahrzeug einem Einmündungs- oder Kreuzungsbereich nähert, so verändern sich für das Arbeitsmaschinenfahrzeug die Fahrgeräusche des Vorfahrtsfahrzeugs gemäß Dopplereffekt. Diese Änderung kann ausgenutzt werden, sodass der akustische Sensor anspricht. Ferner ist der erwähnte Schallmustersensor in der Lage, zu erkennen, ob sich ein Vorfahrtsfahrzeug nähert oder entfernt.
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Es ist vorteilhaft, wenn Informationen aus dynamischen Navigations- und/oder Verkehrssystemen bei der Arbeitsmaschinenfahrzeugführung und/oder der Arbeitswerkzeugführung beziehungsweise Betätigung des Arbeitswerkzeugs mit herangezogen werden. Damit lässt sich beispielsweise die Position des Arbeitsmaschinenfahrzeugs stets bestimmen, also beispielsweise das Annähern an eine Vorfahrtsstraße.
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Die prädiktive Fahrzeugtrajektorie lässt sich insbesondere aus einem Lenkwinkel und/oder der Aktivierung eines Blinkgebers und/oder durch eine Routenplanung des Navigationssystems und/oder spekulativ nach einer ersten Richtungsänderung des Arbeitsmaschinenfahrzeugs gegenüber der bisherigen Route vorhersehen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die aktuelle Arbeitswerkzeugposition des Arbeitswerkzeugs mit mindestens einem direkt oder indirekt arbeitenden Sensor des Arbeitsmaschinenfahrzeugs bestimmt wird, wobei vorzugsweise die globale Position und die Ausrichtung des Arbeitsmaschinenfahrzeugs und/oder die Kinematik des Arbeitsmaschinenfahrzeugs und/oder die Kinematik des Arbeitswerkzeugs mit herangezogen wird/werden.
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Es besteht die Möglichkeit, die prädiktive Trajektorie des Arbeitswerkzeugs aus einer Navigationskarte und der globalen Position des Arbeitsmaschinenfahrzeugs zu ermitteln. Ist beispielsweise aus der Navigationskarte der Straßenverlauf der Vorfahrtsstraße bekannt und ist die globale Position des Arbeitsmaschinenfahrzeugs ebenfalls bekannt, so kann daraus automatisch die prädiktive Trajektorie des Arbeitswerkzeugs bestimmt werden, derart, dass das Arbeitswerkzeug nicht hinderlich ist für den Fahrer/Bediener bei dem Führen des Arbeitsmaschinenfahrzeugs und/oder eine schadensmindernde Position einnimmt.
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Bevorzugt wird dem Fahrer/Bediener des Arbeitsmaschinenfahrzeugs ein reales oder synthetisches Umgebungsbild mit der Prädiktion der Trajektorie des Arbeitsmaschinenfahrzeugs und der Prädiktion der Trajektorie des Arbeitswerkzeugs mitgeteilt, vorzugsweise dargestellt, insbesondere auf einem Display dargestellt.
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Die Figur verdeutlicht beispielhaft die Erfindung. Sie zeigt einen Kreuzungsbereich einer Vorfahrtsstraße und ein Arbeitsmaschinenfahrzeug, das die Vorfahrtsstraße queren will.
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Um bei bestimmten Fahrsituationsänderungen, beispielsweise einem Queren von Vorfahrtsstraßen oder einem Auffahren beziehungsweise Befahren auf/von Vorfahrtsstraßen eine schadensmindernde Werkzeugstellung eines Arbeitswerkzeugs des Arbeitsmaschinenfahrzeugs und/oder eine gute Übersicht für einen Fahrer/Bediener zu erreichen, erfolgt eine prädiktive automatische Ausrichtung des Arbeitswerkzeugs in Richtung einer prädiktiven Fahrzeugtrajektorie des Arbeitsmaschinenfahrzeugs. Personen, die das Arbeitsmaschinenfahrzeug in den Kreuzungs- oder Einmündungsbereich einweisen, werden aufgrund der Erfindung nicht mehr benötigt. Die Figur zeigt einen Kreuzungsbereich einer Vorfahrtsstraße 1 mit einem Feldweg 2. Auf dem Feldweg 2 befindet sich ein Arbeitsmaschinenfahrzeug 3, das mit einem Arbeitswerkzeug 4 ausgestattet ist. Das Arbeitsmaschinenfahrzeug 3 ist bis an die Vorfahrtsstraße 1 herangefahren. In dieser dargestellten Stellung ist der Sichtbereich 5 des Fahrers ersichtlich, der aufgrund von Büschen 6 nicht in der Lage ist, ein sich näherndes Fahrzeug 7 hinreichend gut zu sehen. Er nutzt daher Sensoren 8, die am Arbeitsmaschinenfahrzeug 3, vorzugsweise am Arbeitswerkzeug 4, befestigt sind, um sich zu orientieren. Die verschiedenen „Blickwinkel“ 9 der Sensoren 8 sind in der Figur dargestellt. Die Sensoren 8 können beispielsweise als Kameras ausgebildet sein. Sie erfassen - gegebenenfalls unterstützt durch ein Navigationssystem (zum Beispiel GPS) die Annäherung an den Kreuzungsbereich. Da ferner der Fahrer des Arbeitsmaschinenfahrzeugs 3 keinen Blinker setzt, ist für ein Steuersystem des Arbeitsmaschinenfahrzeugs 3 erkennbar, dass ein Überqueren der Vorfahrtsstraße 1 geplant ist. Daher generiert das Steuersystem automatisch eine prädiktive Trajektorie des Arbeitsmaschinenfahrzeugs, in der Figur angedeutet durch eine gestrichelte Linie 10. Ferner führt das Steuersystem vor Erreichen des Kreuzungsbereichs automatisch eine Ausrichtung des Arbeitswerkzeugs 4 durch, und zwar in Richtung der prädiktiven Fahrzeugtrajektorie 10. Dies ist mittels der gestrichelten Linie 11 an gedeutet. Damit gelangt das Arbeitswerkzeug 4 in eine schadensmindernde Werkzeugstellung (sofern es zu einer Kollision mit dem Fahrzeug 7 kommen würde). Aufgrund der Sensoren 8 kann der Fahrer des Arbeitsmaschinenfahrzeugs 3 das Fahrzeug 7 sicher erkennen, es passieren lassen und erst anschließend die Vorfahrtsstraße 1 überqueren.
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Die Montage von Sensoren 8 ist alternativ auch auf nach vorne ragenden Werkzeugträgern des Arbeitsmaschinenfahrzeugs 3 möglich.
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Das Annäherung des Fahrzeugs 7 an die Vorfahrtsstraße kann auch mittels akustischer Sensoren und durch die Nutzung des Dopplereffekts sensiert werden. Aus der Änderung der Wellenlänge des Schalls, bei der Bewegung der Schallquelle, kann die Richtung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs 7 ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ sind Verfahren und Algorithmen zur Erkennung von insbesondere typischen Schallmustern von in eine bestimmte Richtung und mit einer bestimmten Geschwindigkeit fahrenden Fahrzeugen anwendbar. Diese Maßnahmen können zu der erwähnten Abstands- und/oder Objekt-erkennenden Vorgehensweise mit Abstandssensoren (Radarsensoren) und/oder Kameras im Sinne einer Sensordatenfusion zur genaueren Detektion ergänzend oder alternativ zum Einsatz kommen. Es gibt neben oder statt GPSbasierten Karten auch Karten, die auf Umgebungsmerkmalen basieren und bei der Erfindung eigesetzt werden könnten. Diese letztgenannten Karten werden vorzugsweise mittels abstandsmessenden Sensoren (wie Kameras und/oder LIDAR) erstellt. Eine bevorzugte Form sind sogenannte semantische Karten. Mittels der Sensoren und den erkannten Merkmalen kann der Ort und die Ausrichtung in der Karte, insbesondere des Arbeitsmaschinenfahrzeugs ermittelt werden. Eine Kombination von auf GNSS und Umgebungsrepräsentationen basierenden Karten ist ferner im Einsatz möglich.
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Mittels maschinellen Sehens (insbesondere mit mindestens einer Kamera) und Objekterkennung und/oder Klassifikation können zum Beispiel Kreuzungen, Straßen, Spuren und so weiter erkannt werden.
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Wie bereits erwähnt, können für die Plausibilisierung der Messdaten und einer höheren Detektionsrate auch Informationen aus dynamischen Navigations- und Verkehrssystemen herangezogen werden. So können zulässige Höchstgeschwindigkeiten, typische Geschwindigkeiten, aktuelle Geschwindigkeiten und noch beherrschbare Kurvengeschwindigkeiten und so weiter auf der Vorfahrtsstraße ermittelt werden. Bei der prädiktiven Ausrichtung des Arbeitswerkzeugs wird vor und während dem Befahren der Vorfahrtsstraße das Arbeitswerkzeug prädiktiv in die Richtung der Fahrzeugtrajektorie des Maschinenfahrzeugs beziehungsweise der Fahrbahn geschwenkt. Hierdurch kann beispielsweise bei einem Abbiegen erreicht werden, dass das Werkzeug möglichst weit rechtsseitig positioniert (bei Rechtsverkehr) wird und nicht in den Gefahrenbereich einer Gegenfahrbahn ragt und/oder den Sichtbereich des Fahrers stört.
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Die zukünftige Ausrichtung der Trajektorie des Arbeitsmaschinenfahrzeugs ergibt sich beispielsweise aus dem Lenkwinkel und/oder dem Blinkgeber und/oder der Routenplanung eines Navigationssystems und/oder spekulativ nach einer ersten Richtungsänderung gegenüber dem Straßenverlauf einer Navigationskarte.
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Die aktuelle Werkzeugposition des Arbeitswerkzeugs kann aus einer globalen Position und einer Ausrichtung des Arbeitsmaschinenfahrzeugs und der Kinematik des Arbeitswerkzeugs sowie direkt und indirekt arbeitenden Sensoren bestimmt werden.
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Die prädiktive Trajektorie für das Arbeitswerkzeug über dem Grund ergibt sich aus der Navigationskarte und der eigenen globalen Position und Ausrichtung des Fahrzeugs.
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Bevorzugt wird dem Fahrer/Bediener ein reales oder synthetisches 3D-Kreuzungs- beziehungsweise Umgebungsbild mit Darstellung der Prädiktion der Trajektorie von Arbeitsmaschinenfahrzeug und Arbeitswerkzeug dargestellt, vorzugsweise auf einem Display.
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Die Steuerung der Position des Arbeitswerkzeugs erfolgt vorzugsweise durch Vergleich einer Soll-Trajektorie mit einer Ist-Trajektorie und entsprechender Ausregelung durch das automatische Steuersystem und/oder den Fahrer.
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Es ist möglich, mittels maschinellen Sehens und Anwendung von Verfahren einer Objektklassifikation die Trajektorie von sich bewegenden Hindernissen, also beispielsweise anderen Verkehrsteilnehmern, prädiziert wahrzunehmen und auf dem Display darzustellen. Auch andere Hindernisse, beispielsweise ortsfeste Hindernisse, können auf dem Display dargestellt werden.
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Vorzugsweise kann Hindernissen auch dadurch ausgewichen werden, dass nicht nur das Arbeitsmaschinenfahrzeug ausweicht, sondern auch das Arbeitswerkzeug. Die hierfür notwendige Trajektorie-Änderung kann durch erkannte Freiflächen, erkannten Gegenverkehr, erkannte Hindernisse und so weiter in die Planung einbezogen werden. Das Ausweichen kann ein Schwenken als auch ein Heben und/oder Absenken des Arbeitswerkzeugs beinhalten.
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Mit der Kenntnis der aktuellen Dynamik und Statik des Arbeitsmaschinenfahrzeugs sowie des Arbeitswerkzeugs als auch von Reaktionszeiten von Regelsystemen des Arbeitsmaschinenfahrzeugs beziehungsweise des Arbeitswerkzeugs kann dem Fahrer/Bediener angezeigt und/oder signalisiert werden, ab welchem Punkt/Bereich der jeweiligen Trajektorie spätestens ein Eingriff erfolgen muss, um eine Kollision zu vermeiden. Dies insbesondere dann, wenn das Steuersystem (Assistenzsystem) nicht in das Fahrzeug- und/oder Werkzeugsteuerungssystem eingreift beziehungsweise eingreifen soll.
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Wie bereits erwähnt, besteht der Vorteil einer Visualisierung auf einem Display darin, dass der Fahrer/Bediener verstellte beziehungsweise verdeckte, also nicht einsehbare Bereiche im Umfeld angezeigt bekommt und sich dadurch vorausschauend orientieren kann.
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Erkennt das System, also beispielsweise das Steuersystem, Gefahren von außen oder eine Unfähigkeit des Fahrers/Bedieners, zum Beispiel durch ein Fahrer-Beobachtungssystem, so kann das Steuersystem zumindest zeitweise übernehmen beziehungsweise den Fahrer-/Bedienerwunsch ignorieren oder limitieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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