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Die Erfindung betrifft eine Betriebseinheit mit einer Baumaschine und einem Autonomiemodul sowie ein Verfahren zum autonomen Betrieb einer derartigen Betriebseinheit.
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Gattungsgemäße Baumaschinen werden insbesondere im Straßen- und Wegebau eingesetzt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Bodenverdichtungsmaschinen, wie Tandemwalzen, Walzenzüge oder Gummiradwalzen, sowie auf Straßenfertiger, Beschicker für Straßenfertiger und Straßenfräsen, Recycler oder Stabilisierer. Derartige Baumaschinen weisen üblicherweise einen Maschinenrahmen auf, der von mehreren Fahrwerken getragen wird. Die Fahrwerke können beispielsweise Kettenlaufwerke, Räder oder Walzenbandagen sein. Zur Energieversorgung umfassen gattungsgemäße Baumaschinen typischerweise einen Antriebsmotor, der üblicherweise als Dieselverbrennungsmotor ausgebildet ist. Sie weisen ebenfalls typischerweise einen Fahrantrieb auf, der das Fahrwerk antreibt. Der Fahrantrieb ist beispielsweise ein Hydraulikmotor, der von einer Hydraulikpumpe mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird, die wiederum vom Antriebsmotor betrieben wird. Es kommen allerdings auch Elektromotoren zum Einsatz. Auch für die Lenkbewegungen der Baumaschine sind typischerweise Lenkantriebe vorhanden, die diese Bewegungen antreiben. Die Lenkbewegungen der Baumaschine werden also nicht direkt, beispielsweise durch eine mechanische Kopplung, durch die an Bedienungselementen von einem Bediener vorgenommenen Lenkbewegungen erreicht, sondern indirekt über den manuell angesteuerten Lenkantrieb. Hierfür ist eine den Lenkantrieb und den Fahrantrieb steuernde Steuereinrichtung vorgesehen. In einem üblichen, manuellen Betrieb der Baumaschine werden die Vorgaben zur Steuerung durch die Steuereinrichtung durch die Eingabe von Steuerbefehlen durch einen Bediener bereitgestellt. Die Steuereinrichtung wiederum steuert dann Aktuatoren an, beispielsweise den Lenkantrieb und den Fahrantrieb, die die entsprechenden Steuerbefehle des Bedieners umsetzen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf derartige, elektronisch gesteuerte Baumaschinen, bei denen zwischen den vom Bediener eingegebenen Steuerbefehlen und den diese Steuerbefehle tatsächlich umsetzenden Aktuatoren die Steuereinrichtung der Baumaschine zwischengeschaltet ist. Die Steuereinrichtung ist dabei beispielsweise als zentrale Recheneinheit, insbesondere beispielsweise als Bordcomputer der Baumaschine, ausgebildet. Insbesondere steuert die Steuereinrichtung sämtliche Funktionen der Baumaschine an. Der Bediener befindet sich bei gattungsgemäßen Baumaschinen typischerweise entweder in direkter Umgebung oder sogar auf der Baumaschine, beispielsweise in einem Fahrerstand, und bedient diese direkt manuell.
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Gattungsgemäße Baumaschinen stellen für diese betreibende Unternehmen eine signifikante Investition dar. Gleichzeitig stellt sich im Laufe des Betriebs der Baumaschinen oftmals heraus, dass ein Teil der Arbeiten in sich intervallartig wiederholenden Vorgängen besteht, beispielsweise Vorwärts- und Rückwärtsfahrten im Wechsel. Gerade solche Vorgänge, insbesondere, wenn sie auf einem definierten Areal ablaufen, kommen für autonom arbeitende Systeme in Betracht. Nicht alle gattungsgemäßen Baumaschinen sind allerdings dafür ausgelegt, einen derartigen autonomen Betrieb überhaupt zu ermöglichen. Da sich der autonome Betrieb auf sämtliche Aspekte der Baumaschine erstreckt, muss die Baumaschine in der Regel von vorneherein bzw. ab Werk dazu ausgelegt sein, zumindest optional autonom betrieben werden zu können. Eine Nachrüstung der Möglichkeit eines autonomen Betriebes kommt zumeist aufgrund der Komplexität eines autonomen Systems nicht infrage und ist daher unwirtschaftlich. Die Unternehmen sind daher oftmals dazu gezwungen, ihre Aufträge mit einer Baumaschine zu erledigen, bei der sich zwischenzeitlich herausgestellt hat, dass sie nicht optimal für den jeweiligen Anwendungsfall geeignet ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, die Kosten für autonom arbeitende Baumaschinen zu senken. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nachrüstung der Möglichkeit eines autonomen Betriebs bei Baumaschinen zu ermöglichen, ohne dass signifikante, die Wirtschaftlichkeit zerstörende Umbauten an der Baumaschine vorgenommen werden müssen. Gleichzeitig sollen idealerweise, soweit vorgesehen, Möglichkeiten für einen optionalen manuellen nicht beschnitten werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Betriebseinheit und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Konkret gelingt die Lösung mit einer Betriebseinheit einer vorstehend genannten Baumaschine und einem Autonomiemodul, wobei das Autonomiemodul eine Autonomiesteuerungseinrichtung umfasst. Unter einem Autonomiemodul wird erfindungsgemäß die Gesamtheit sämtlicher Komponenten, sowohl Soft- als auch Hardware, verstanden, die zum autonomen Betrieb der Baumaschine notwendig sind. Besonders hervorzuheben ist hierbei, dass es sich erfindungsgemäß um ein Modul handelt, was bedeutet, dass die Gesamtheit der zum autonomen Betrieb notwendigen Soft- und Hardware in einer von der Baumaschine grundsätzlich getrennten Baueinheit oder Bausatz zusammengefasst ist. Die von der Betriebseinheit umfasste Baumaschine gemäß der Erfindung ist eine einer herkömmlichen Baumaschine entsprechende, bevorzugt auch manuell steuerbare separate Einheit, die ohne das Autonomiemodul vollständig und mit allen Funktionen einsatzbereit ist, außer einem autonomen Betrieb. Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Autonomiemodul eine erste Verbindungseinrichtung und die Steuereinrichtung eine zur ersten Verbindungseinrichtung komplementäre zweite Verbindungseinrichtung aufweist, so dass über die Verbindungseinrichtungen eine Schnittstelle zum Datenaustausch zwischen dem Autonomiemodul und der Steuereinrichtung bildbar ist. Darüber hinaus ist die Autonomiesteuerungseinrichtung zur Bereitstellung von Vorgaben für einen autonomen Betrieb des Lenkantriebs und des Fahrantriebs der Baumaschine ausgebildet und diese Vorgaben sind über die Schnittstelle an die Steuereinrichtung übertragbar. Wichtig ist hierbei, dass der Lenkantrieb und der Fahrantrieb im autonomen Betrieb ausschließlich über die Steuereinrichtung steuerbar sind. Der Kerngedanke der Erfindung liegt also darin, ein von der Baumaschine separates Autonomiemodul bereitzustellen, welches über eine einzige Schnittstelle zum Datenaustausch mit der Steuereinrichtung ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung steuert im herkömmlichen, manuellen Betrieb die Funktionen der Baumaschine, beispielsweise den Lenkantrieb und den Fahrantrieb. Im manuellen Betrieb erfolgt dies anhand der von einem Bediener über Bedienelemente eingegebenen Steuerbefehle. Diese werden von der Steuereinrichtung in eine Verstellung der jeweiligen Aktuatoren umgesetzt. Im autonomen Betrieb werden sämtliche Funktionen der Baumaschine weiterhin, wie im manuellen Betrieb, von der Steuereinrichtung gesteuert. Lediglich die vom Bediener ausgehenden und über die Steuerelemente eingegebenen Steuerbefehle werden durch Vorgaben der Autonomiesteuerungseinrichtung ersetzt. Auch im autonomen Betrieb ist es allerdings die Steuereinrichtung der Baumaschine, die die Funktionen der Baumaschine über die entsprechenden Aktuatoren steuert. Mit anderen Worten steuert im autonomen Betrieb das Autonomiemodul beziehungsweise die Autonomiesteuerungseinrichtung nicht etwa selbst den Lenkantrieb oder den Fahrantrieb oder sonstige Komponenten der Baumaschine, sondern das Autonomiemodul beziehungsweise die Autonomiesteuerungseinrichtung geben Vorgaben zum autonomen Betrieb an die Steuereinrichtung der Baumaschine weiter, die diese dann an der Baumaschine umsetzt. Die Autonomiesteuerungseinrichtung ist dazu beispielsweise ebenfalls als Recheneinheit, beispielsweise als Computer, ausgebildet. Sie berechnet sämtliche notwendigen Steuerbefehle für den autonomen Betrieb und gibt diese als Vorgaben an die Steuereinrichtung der Baumaschine weiter. Dabei kann es selbstverständlich ebenfalls vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung der Baumaschine ebenfalls Daten, beispielsweise zum aktuellen Status der Maschine, an die Autonomiesteuerungseinrichtung weiterleitet, die diese in ihren Berechnungen der Vorgaben für den autonomen Betrieb berücksichtigt.
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Durch den modularen Aufbau der erfindungsgemäßen Betriebseinheit aus Baumaschine und Autonomiemodul wird es möglich, das Autonomiemodul optional an einer Baumaschine einzusetzen. Die Baumaschine kann also beispielsweise ohne das Autonomiemodul verkauft werden, wobei wie bei einer herkömmlichen Baumaschine sämtliche Funktionen in einem manuellen Betrieb über die direkte Bedienung beziehungsweise Steuerung eines Bedieners verfügbar sind. Wird dann festgestellt, dass ein autonomer Betrieb notwendig ist, kann dieser einfach über die zusätzliche Anschaffung des Autonomiemoduls und dessen Montage an der Baumaschine nachgerüstet werden. Die entsprechende Montage gestaltet sich dabei als besonders einfach, da das Autonomiemodul lediglich über die Schnittstelle mit der Steuereinheit verbunden werden muss. Potenziell vom Autonomiemodul weiter umfasste Sensoren können ebenfalls schnell und einfach an der Baumaschine befestigt werden, ohne dass eine tiefgreifende strukturelle Veränderung der ursprünglichen Baumaschine notwendig ist. Erfindungsgemäß ist es daher bevorzugt, dass das Autonomiemodul und die Steuereinrichtung ausschließlich über die Schnittstelle in funktionalem Zusammenhang stehen und das Autonomiemodul darüber hinaus lediglich mechanisch an der Baumaschine befestigbar ist. Unter funktionalem Zusammenhang wird hierbei beispielsweise eine elektrische Kontaktierung oder eine Datenübertragung verstanden, die ausschließlich über die Schnittstelle erfolgen soll. Weitere Verbindungen zwischen dem Autonomiemodul und der Baumaschine sind lediglich mechanische Befestigungen, ohne dass in irgendeiner Form beispielsweise Daten übertragen werden.
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Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, dass es sich bei der Baumaschine von vorneherein um eine für den autonomen Betrieb ausgelegte Baumaschine handelt. Auch bei einer derartigen Baumaschine bringt die Erfindung Vorteile mit sich. Wird die Steuereinrichtung der für autonomen Betrieb ausgelegten Baumaschine lediglich über die Schnittstelle mit einem den Autonomiebetrieb steuernden Autonomiemodul verbunden, so kann das Autonomiemodul sehr leicht ausgetauscht werden, beispielsweise, wenn unterschiedliche Autonomiemodule für unterschiedliche Arbeitseinsätze oder Betriebsarten der Baumaschine verfügbar sind. Auch bei einer derartigen Maschine bringt die erfindungsgemäße Anordnung also Vorteile mit sich, weshalb sich die vorliegende Erfindung ebenfalls auf diesen Fall erstreckt.
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Neben dem Fahrantrieb und dem Lenkantrieb kann die Baumaschine selbstverständlich noch weitere Komponenten umfassen, die ebenfalls von der Steuereinrichtung gesteuert werden. Auch für diese kann dann im autonomen Betrieb das Autonomiemodul Vorgaben an die Steuereinrichtung weiterleiten, die diese dann zur Steuerung der weiteren Komponenten nutzt. Beispielsweise ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Baumaschine eine von der Steuereinrichtung steuerbare Arbeitseinrichtung aufweist und die Autonomiesteuerungseinrichtung zur Bereitstellung von Vorgaben für einen autonomen Betrieb der Arbeitseinrichtung ausgebildet ist und diese Vorgaben über die Schnittstelle an die Steuereinrichtung übertragbar sind, wobei die Arbeitseinrichtung im autonomen Betrieb ausschließlich über die Steuereinrichtung steuerbar ist. Für die Arbeitseinrichtung gilt daher dasselbe, wie bereits für den Lenkantrieb und den Fahrantrieb beschrieben wurde. Die Erfindung ist dabei auf keine von der Steuereinheit gesteuerte Anzahl an Komponenten der Baumaschine beschränkt. Grundsätzlich können sämtliche Funktionen der Baumaschine, egal in welcher Anzahl, von der Steuereinheit gesteuert werden, wobei dann erfindungsgemäß ebenfalls sämtliche dieser Funktionen vom Autonomiemodul mit Vorgaben für einen autonomen Betrieb versorgbar sind.
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Grundsätzlich ist es allein aufgrund des modularen Aufbaus sehr einfach, das Autonomiemodul an der Baumaschine zu montieren. Um die Montage allerdings noch weiter zu vereinfachen, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Baumaschine eine Positioniereinrichtung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass das Autonomiemodul oder Komponenten des Autonomiemoduls an dieser in einer vorgegebenen, definierten Position anbringbar sind. Die Positioniereinrichtung kann beispielsweise als Winkeleisen, Sockel oder als Bohrung für die Anbringung einer Schraubverbindung oder ähnliches ausgebildet sein. Die Positioniereinrichtung ist dabei derart an der Baumaschine angeordnet, dass, wenn die an dieser Stelle zu montierende Komponente des Autonomiemoduls montiert wird, diese Komponente bereits eine fest vorgegebene und definierte Stellung in Relation zur Baumaschine hat. Dies ist beispielsweise besonders von Vorteil bei der Verwendung von Sensoren als Komponenten des Autonomiemoduls, wie nachstehend noch näher erläutert wird. So können beispielsweise Kameras und Abstandssensoren in einer definierten Position und einer definierten Stellung auf der Baumaschine angeordnet werden, sodass diese Positionen in der Software des Autonomiemoduls bereits berücksichtigt werden können, ohne dass die Positionierung der jeweiligen Sensoren bei jeder Montage des Autonomiemoduls an einer Baumaschine wieder neu eingestellt werden muss.
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Grundsätzlich kann das Autonomiemodul über die Steuereinrichtung der Baumaschine Daten sämtlicher bereits an der Baumaschine befindlichen Sensoren abfragen. Andersherum stellt die Steuereinrichtung dem Autonomiemodul und insbesondere der Autonomiesteuereinrichtung sämtliche notwendigen Daten von an der Baumaschine verfügbaren Sensoren, beispielsweise zur Fahrgeschwindigkeit oder zur Lenkrichtung, zur Verfügung. Werden dagegen weitere Sensoren, die an der Baumaschine nicht vorhanden sind, für den autonomen Betrieb benötigt, so sind diese Sensoren Teil des Autonomiemoduls und als Komponenten des Autonomiemoduls ausgebildet. So ist es beispielsweise bevorzugt, dass das Autonomiemodul wenigstens einen Umgebungssensor aufweist. Der Umgebungssensor kann insbesondere eine Kamera sein. Darüber hinaus kann der Umgebungssensor ebenfalls beispielsweise ein Abstandssensor, insbesondere ein LIDAR-System und/oder ein Laser- oder ein Ultraschallsensor, sein. Weiter ist es bevorzugt, dass das Autonomiemodul einen Positionssensor, insbesondere einen GPS-Empfänger, aufweist. Die genannten Sensoren werden typischerweise an unterschiedlichen Positionen der Baumaschine angeordnet, wobei an den jeweiligen Positionen jeweils eine Positioniereinrichtung vorgesehen sein kann. Die Sensoren werden entweder drahtlos oder über eine Verbindungsleitung mit der Autonomiesteuerungseinrichtung verbunden, sodass diese auf die Sensoren und die von diesen erfassten Daten zugreifen kann und diese in der Berechnung der Vorgaben für den autonomen Betrieb berücksichtigt.
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Um die Autonomiesteuerungseinrichtung beispielsweise mit einem Arbeitsplan zu versorgen oder um während des autonomen Betriebes die Möglichkeit zu haben, auf den Arbeitsablauf Einfluss zu nehmen oder diesen beispielsweise vorzeitig zu beenden, ist es bevorzugt, dass das Autonomiemodul eine Datenfernübertragungseinrichtung zur Kommunikation mit einem zentralen Rechnersystem und/oder einem tragbaren Endgerät aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen mobilen Internetzugang handeln, so dass das Autonomiemodul über das Internet mit einem Server in Kontakt steht. Von diesen können dann Betriebspläne und ähnliches an das Autonomiemodul und damit an die Baumaschine übertragen werden. Ergänzend oder alternativ kann über die Datenfernübertragungseinrichtung auch Kontakt mit einem tragbaren Endgerät, beispielsweise einem Smartphone oder einem Tablet-Computer, hergestellt werden. Auf diese Weise können diese Endgeräte in der Art einer Fernbedienung genutzt werden, um beispielsweise den autonomen Betrieb der Baumaschine anzuhalten oder zu beeinflussen.
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Eine drahtlose Kommunikation kann selbstverständlich auch für die Verbindungseinrichtungen vorgesehen sein, die die Schnittstelle bilden. Es ist beispielsweise vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtungen zur drahtlosen Kommunikation ausgebildet sind, so dass die Schnittstelle als kontaktlose Schnittstelle ausgebildet ist. In diesem Fall wird die Montage des Autonomiemoduls noch weiter vereinfacht, da noch nicht einmal eine direkte räumliche Nähe auf der Baumaschine geschaffen werden muss. Selbstverständlich ist es allerdings ebenfalls möglich, eine direkte Kontaktierung, beispielsweise über eine Steckverbindung, zwischen dem Autonomiemodul und insbesondere der Autonomiesteuerungseinrichtung und der Steuereinrichtung der Baumaschine zu nutzen.
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Aus Sicherheitsgründen ist es selbstverständlich ebenfalls vorgesehen, dass sich an der Baumaschine ein für einen Bediener zugänglicher Not-aus-Schalter befindet, über den der Bediener jederzeit den autonomen Betrieb abstellen und wieder selbst die Kontrolle über die Baumaschine übernehmen kann. Darüber hinaus kann ebenfalls eine von außen und insbesondere von jeder Seite der Baumaschine sichtbare Signalleuchte vorgesehen sein, die ebenfalls als Komponente des Autonomiemoduls anbaubar ist, und die den autonomen Betrieb der Baumaschine anzeigt. Auf diese Weise wissen umstehende Personen Bescheid, dass die Baumaschine gerade autonom betrieben wird und können entsprechende Vorsichtsmaßnahmen ergreifen. Darüber hinaus ist es ebenfalls bevorzugt, dass die Steuereinrichtung in regelmäßigen Abständen überprüft, ob das Autonomiemodul und insbesondere die Autonomiesteuerungseinrichtung fehlerfrei funktioniert. Hierfür kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Autonomiesteuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, ein regelmäßiges Sicherheitssignal an die Steuereinrichtung zu senden, und die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den autonomen Betrieb der Baumaschine zu unterbrechen, wenn das Sicherheitssignal gestört ist. Derartige Sicherheitssignale werden auch als Heartbeat-Signale bezeichnet. Regelmäßig bedeutet dabei beispielsweise jede Sekunde, alle 5 Sekunden oder alle 10 Sekunden. Ein gestörtes Sicherheitssignal liegt dann vor, wenn ein erwartetes Signal ein, zwei oder drei mal ausfällt. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, Gegenmaßnahmen zu ergreifen, beispielsweise den autonomen Betrieb zu unterbrechen und/oder die Baumaschine zum Stillstand zu bringen.
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Die Erfindung ist grundsätzlich bei sämtlichen eingangs genannten gattungsgemäßen Baumaschinen vorteilhaft einsetzbar. Ein besonderer Fokus der Erfindung liegt allerdings auf Bodenverdichtungsmaschinen, sodass es besonders bevorzugt ist, dass die Baumaschine eine Bodenverdichtungsmaschine ist, insbesondere eine Tandemwalze, ein Walzenzug oder eine Gummiradwalze. Insbesondere Walzenzüge im Erdbau bieten sich für die Umsetzung der Erfindung an, da hier oftmals große Flächen mit einfacher Topographie verdichtet werden müssen, die besonders einfach von einer autonomen Steuerung abgefahren werden können. Die Arbeitseinrichtung einer Bodenverdichtungsmaschine ist insbesondere ein Vibrationserreger und/oder eine Berieselungsanlage. Ein Vibrationserreger wird dazu eingesetzt, beispielsweise eine Walzenbandage der Bodenverdichtungsmaschine in Vibrationen zu versetzen, um die Verdichtungsleistung zu erhöhen. Eine Berieselungsanlage dient dazu, Wasser oder ein Trennmittelgemisch auf die Walzenbandagen oder die Räder der Bodenverdichtungsmaschine aufzutragen, um das Anhaften von Bodenmaterial zu erschweren.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst von einem Verfahren zum autonomen Betrieb einer Betriebseinheit, wie vorstehend beschrieben. Sämtliche zur erfindungsgemäßen Betriebseinheit beschriebenen Merkmale, Wirkungen und Vorteile sowie die Weiterbildungen gelten im übertragenen Sinne ebenfalls für das Verfahren. Konkret umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte: Montieren des Autonomiemoduls auf der Baumaschine, insbesondere an einer Positioniereinrichtung zum Erhalt einer vorgegebenen Ausrichtung und Montageposition, Herstellen einer Verbindung zwischen dem Autonomiemodul und der Steuereinrichtung über die Schnittstelle, Bereitstellen von Vorgaben für einen autonomen Betrieb des Lenkantriebs und des Fahrantriebs der Baumaschine durch die Autonomiesteuerungseinrichtung, Übertragen dieser Vorgaben über die Schnittstelle an die Steuereinrichtung, und Steuern der Baumaschine im autonomen Betrieb ausschließlich über die Steuereinrichtung anhand der von der Autonomiesteuerungseinrichtung bereitgestellten Vorgaben.
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Bevorzugt umfasst das Verfahren ebenfalls das Übertragen von Arbeitsanweisungen von einem zentralen Rechnersystem und/oder einem tragbaren Endgerät an die Autonomiesteuerungseinrichtung über eine Datenfernübertragungseinrichtung des Autonomiemoduls, wie vorstehend bereits beschrieben.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- 1: eine Seitenansicht einer Baumaschine, hier einer Tandemwalze;
- 2: eine Skizze des modularen Aufbaus der Betriebseinheit; und
- 3: ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
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Gleiche beziehungsweise gleich wirkende Bauteile sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Sich wiederholende Bauteile sind nicht in jeder Figur gesondert bezeichnet.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Baumaschine 1. Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist eine Tandemwalze. Die Erfindung ist allerdings genauso gut auf andere Baumaschinen oder andere Walzentypen übertragbar. Die Baumaschine 1 weist einen Maschinenrahmen 3 und einen Fahrerstand 2 auf. Sie wird von Fahrwerken 6 getragen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Walzenbandagen 5 ausgebildet sind. Die Baumaschine 1 verfügt über einen Antriebsmotor 4, beispielsweise einen Dieselverbrennungsmotor. Im Arbeitsbetrieb bewegt sich die Baumaschine 1 über den Boden 8 und verdichtet diesen. Dabei kann die Verdichtung sowohl bei einer Bewegung in einer Arbeitsrichtung a als auch entgegen dieser Arbeitsrichtung a erfolgen.
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Im Fahrerstand 2 befinden sich ebenfalls Bedienelemente für einen Bediener. Über diese Bedienelemente kann der Bediener Steuerbefehle an eine Steuereinrichtung 9 eingeben, die beispielsweise der Bordcomputer der Baumaschine 1 ist. Anhand der Steuerbefehle des Bedieners steuert die Steuereinrichtung 9 dann einen Lenkantrieb 18 (2) an, der die Lenkbewegungen der Baumaschine 1 vollzieht. Darüber hinaus steuert die Steuereinrichtung 9 auch anhand der Steuerbefehle des Bedieners wenigstens einen Fahrantrieb 19 (2) für die Fahrwerke 6 an, um die Fahrgeschwindigkeit der Baumaschine 1 einzustellen. Zwischen den Steuerbefehlen des Bedieners und den Aktuatoren der Baumaschine 1 ist also immer die Steuereinrichtung 9 elektronisch zwischengeschaltet, die die entsprechenden Steuerbefehle an den Aktuatoren der Baumaschine 1 umsetzt.
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Darüber hinaus umfasst die Baumaschine 1 gemäß 1 eine Reihe von Positioniereinrichtungen 29, auf denen jeweils die Komponenten der insgesamt als Autonomiemodul 13 bezeichneten Baueinheit angeordnet sind. Durch die Befestigung der Komponenten des Autonomiemoduls 13 auf den Positioniereinrichtungen 29 erhalten die Komponenten eine jeweils für sie vorgesehene und vorab definierte Positionierung und Ausrichtung an der Baumaschine 1. Zentrales Element des Autonomiemoduls 13 ist eine Autonomiesteuerungseinrichtung 10. Die Autonomiesteuerungseinrichtung 10 ist eine Recheneinheit, die sämtliche Berechnungen für den autonomen Betrieb der Baumaschine 1 durchführt. Dafür erhält die Autonomiesteuerungseinrichtung 10 Daten über den ist-Zustand der Baumaschine 1 von der Steuereinrichtung 9 sowie von weiteren, zum Autonomiemodul 13 gehörenden Sensoren. Diese Sensoren sind beispielsweise Kameras 12 sowie ein LIDAR-System 7 und ein Positionssensor 11, beispielsweise ein GPS-Empfänger. Diese Komponenten des Autonomiemoduls 13 sind, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, mit elektrischen Leitungen mit der Autonomiesteuerungseinrichtung 10 verbunden, die dadurch Zugriff auf die von den Sensoren gemessenen Daten erhält. Aus all den der Autonomiesteuerungseinrichtung 10 zur Verfügung stehenden Daten berechnet diese Vorgaben für den autonomen Betrieb der Baumaschine 1. Die Vorgaben beziehen sich also auf konkrete Steuerbefehle, die von der Steuereinrichtung 9 an den Aktuatoren der Baumaschine 1 umgesetzt werden müssen. Die Vorgaben des Autonomiemoduls 13 entsprechen daher im Wesentlichen den Steuerbefehlen, die von einem Bediener während eines manuellen Betriebes der Baumaschine 1 durch die Eingabe über Bedienungselemente entstehen. Im autonomen Betrieb der Baumaschine 1 werden diese Steuerbefehle vom Autonomiemodul 13 generiert, welches sozusagen den Bediener ersetzt.
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Der modulare Aufbau der erfindungsgemäßen Betriebseinheit 15 mit Baumaschine 1 und Autonomiemodul 13 wird schematisch nochmals in 2 erläutert. Insbesondere verdeutlicht 2, dass es sich bei der Baumaschine 1 und dem Autonomiemodul 13 um zwei getrennte Komponenten der Betriebseinheit 15 handelt, die ausschließlich über die Schnittstelle 14 in funktionaler Verbindung stehen. Die Schnittstelle 14 wird von einer ersten Verbindungseinrichtung 16 am Autonomiemodul 13 und einer zweiten Verbindungseinrichtung 17 an der Baumaschine 1 gebildet. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Steckverbindung oder auch um eine Funkverbindung handeln. Infrage kommen beispielsweise ein CAN-Bus, Ethernet, WLAN, Bluetooth und andere Möglichkeiten der Datenübertragung aus dem Stand der Technik. Über die Schnittstelle 14 erfolgt die Datenübertragung zwischen der Baumaschine 1 und insbesondere deren Steuereinrichtung 9 und dem Autonomiemodul 13 und insbesondere deren Autonomiesteuerungseinrichtung 10. Die einzigen Verbindungen zwischen dem Autonomiemodul 13 und der Baumaschine 1 sind also die Schnittstelle 14 und die rein mechanischen Montagepunkte, über die die Komponenten des Autonomiemoduls 13 an der Baumaschine 1 befestigt sind. Wie ebenfalls in 2 dargestellt, umfasst das Autonomiemodul 13 sämtliche Komponenten, die notwendig sind, um die Baumaschine 1 in einem autonomen Betrieb zu betreiben. Hierzu umfasst das Autonomiemodul 13 neben der Autonomiesteuerungseinrichtung 10 ebenfalls das LIDAR-System 7, den Positionssensor 11, die Kameras 12 und eine Datenfernübertragungseinrichtung 21, mit der das Autonomiemodul 13 mit einer zentralen Recheneinheit oder mit einem mobilen Endgerät in Verbindung steht. Über die Schnittstelle 14 kommuniziert das Autonomiemodul 13 mit der Baumaschine 1 und insbesondere der Steuereinrichtung 9, die dann ihrerseits den Lenkantrieb 18, den Fahrantrieb 19 und die Arbeitseinrichtung 20 gemäß den Vorgaben des Autonomiemoduls 13 ansteuert. Durch diesen modularen Anbau ist es möglich, eine eigentlich separat und ohne die Möglichkeit zu einem autonomen Betrieb hergestellte Baumaschine 1 durch die Montage des Autonomiemoduls 13 mit der Möglichkeit zum autonomen Betrieb nachzurüsten, und dies in wenigen, einfachen Montageschritten. Wichtig ist lediglich, dass die Baumaschine 1 über die entsprechende zweite Verbindungseinrichtung 17 zur Verbindung der Datenübertragung zum Autonomiemodul 13 verfügt. Eine derartige Schnittstelle an der Baumaschine 1 vorzusehen, ist allerdings baulich einfach und daher serienmäßig durchführbar.
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In der 3 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 22 dargestellt. Das Verfahren 22 beginnt mit dem Montieren 23 des Autonomiemoduls 13 auf der Baumaschine 1, insbesondere an einer Positioniereinrichtung 29, die dazu genutzt wird, die einzelnen Komponenten des Autonomiemoduls 13 in einer vorher definierten Position an der Baumaschine 1 anzuordnen. Danach erfolgt das Herstellen 24 einer Verbindung zwischen dem Autonomiemodul 13 und der Steuereinrichtung 9 über die Schnittstelle 14. Die Schnittstelle 14 ermöglicht den Datenaustausch zwischen der Steuereinrichtung 9 und der Autonomiesteuerungseinrichtung 10 des Autonomiemoduls 13. Es kommt dann zum Bereitstellen 25 von Vorgaben für einen autonomen Betrieb des Lenkantriebs 18 und des Fahrantriebs 19 sowie der Arbeitseinrichtung 20 der Baumaschine 1 durch die Autonomiesteuerungseinrichtung 10. Über die Schnittstelle 14 erfolgt das Übertragen 26 dieser Vorgaben an die Steuereinrichtung 9 auf der Baumaschine 1. Schlussendlich erfolgt das Steuern 27 der Baumaschine 1 im autonomen Betrieb ausschließlich über die Steuereinrichtung 9 anhand der von der Autonomiesteuerungseinrichtung 10 bereitgestellten Vorgaben. Das Autonomiemodul 13 ersetzt daher sozusagen den Bediener, der im manuellen Betrieb Vorgaben für die Steuereinrichtung 9 generiert. Darüber hinaus ist im gezeigten Ausführungsbeispiel das Übertragen 28 von Arbeitsanweisungen von einem zentralen Rechnersystem und/oder einem tragbaren Endgerät an die Autonomiesteuerungseinrichtung 10 über eine Datenfernübertragungseinrichtung 21 des Autonomiemoduls 13 vorgesehen. Auf diese Weise kann entweder von einer Zentrale aus beispielsweise ein Arbeitsplan für die Baumaschine 1 vorgegeben werden. Über die Datenfernübertragungseinrichtung 21 kann allerdings auch eine Fernsteuerung der Baumaschine 1, beispielsweise über ein Smartphone, erfolgen. Alles in allem ermöglicht es die Erfindung daher, in einfacher Weise eine serienmäßig ohne die Möglichkeit eines autonomen Betriebes hergestellte Baumaschine 1 in wenigen, schnell durchzuführenden Schritten mit einem erfindungsgemäßen Autonomiemodul 13 nachzurüsten, sodass die Baumaschine 1 ebenfalls autonom betrieben werden kann. Dies kann also als Option angeboten werden und erhöht so die Flexibilität sowohl für den Hersteller der Baumaschine 1 als auch für den Käufer.
