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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision von einer Off-Highway-Maschine mit einem potentiellen Kollisionsobjekt. Zudem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Steuereinrichtung, welche eingerichtet ist, um ein derartiges Verfahren auszuführen, und eine Off-Highway-Maschine mit einer solchen Steuereinrichtung.
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Im Stand der Technik sind Maschinen mit hydrostatischen Antrieben bekannt. Gemäß der
DE 11 2009 001 969 T5 kann ein hydrostatischer Antrieb zum Bremsen einer Maschine verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermeiden einer Kollision von einer Off-Highway-Maschine mit einem potentiellen Kollisionsobjekt. Die Off-Highway-Maschine weist ein Antriebssystem mit einem Stufenlosgetriebe und ein Betriebsbremssystem auf.
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Im Kontext der vorliegenden Offenbarung kann unter einer Off-Highway-Maschine ein zumindest überwiegend abseits von Straßen betreibbares Fahrzeug verstanden werden. Bei dem Fahrzeug kann es sich grundsätzlich um jedes nicht schienengebundene Fahrzeug handeln. Es kann sich um ein Gelenkfahrzeug beziehungsweise um ein knickgelenktes Fahrzeug handeln. Das Fahrzeug kann einen Anhänger aufweisen. Beispielsweise kann ein derartiges Fahrzeug mit Anhänger als Fahrzeuggespann, Lastzug oder Sattelzug ausgebildet sein. Bei dem Fahrzeuggespann kann es sich beispielsweise um eine Landwirtschaftsmaschine mit einem Anhänger handeln. Das Fahrzeug kann ein Muldenkipper, ein Schlepper, oder ein Lastkraftwagen sein.
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Das Stufenlosgetriebe kann beispielsweise hydrostatisch, hydrostatisch-mechanisch, leistungsverzweigt in Sekundär- oder Primärkopplung, oder elektrisch leistungsverzweigt ausgeformt sein.
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Bei dem potentiellen Kollisionsobjekt kann es sich grundsätzlich um jedes Objekt handeln, welches sich im Umfeld der Off-Highway-Maschine befinden kann, und welches mit dem Fahrzeug möglicherweise kollidieren, das heißt zusammenstoßen, kann. Das potentielle Kollisionsobjekt kann beispielsweise ein weiteres Fahrzeug, eine Person oder ein Gegenstand sein. Das Fahrzeug, die Person oder der Gegenstand kann bei einer potentiellen Kollision mit der Off-Highway-Maschine selbst Schaden nehmen. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrzeug, die Person, oder der Gegenstand einen Schaden an der Off-Highway-Maschine verursachen.
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Bei einer potentiellen Kollision können sich das Kollisionsobjekt und die Off-Highway-Maschine aufeinander zubewegen und zusammentreffen. Bei der potentiellen Kollision kann das potentielle Kollisionsobjekt auch unbewegt sein, wobei dann die Off-Highway-Maschine auf das unbewegte potentielle Kollisionsobjekt trifft. Mit anderen Worten droht eine Kollision dann, wenn sich der relative Abstand zwischen dem potentiellen Kollisionsobjekt und der Off-Highway-Maschine derart verkleinert, dass er gegen Null geht.
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Das Verfahren weist als einen Schritt ein Ermitteln einer Kollisionsinformation auf, die angibt, ob eine Kollision mit dem potentiellen Kollisionsobjekt bevorsteht. Die Kollisionsinformation kann demnach eine Information aufweisen, die angibt, dass eine Kollision mit dem potentiellen Kollisionsobjekt ohne Eingriff in die Bewegung der Off-Highway-Maschine eintreten wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Kollisionsinformation auch eine Information aufweisen, die angibt, dass die Off-Highway-Maschine mit dem Kollisionsobjekt kollidiert. Eine solche Information kann beispielsweise sein, dass bereits ein Kontakt zwischen Kollisionsobjekt und Off-Highway-Maschine vorliegt.
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Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Betätigen des Betriebsbremssystems und des Antriebssystems zum Erzeugen einer Bremswirkung an der Off-Highway-Maschine basierend auf der ermittelten Kollisionsinformation auf, um eine Kollision der Off-Highway-Maschine mit dem potentiellen Kollisionsobjekt zu vermeiden. Bei dem hier beschriebenen Verfahrensschritt kann somit basierend auf der ermittelten Kollisionsinformation eine Betätigung des Betriebsbremssystems und des Antriebssystems auf unterschiedliche Weise erfolgen, um eine Bremswirkung an der Off-Highway-Maschine hervorzurufen. Es ist möglich, das Betriebsbremssystem alleine, das Antriebssystem alleine oder das Betriebsbremssystem und das Antriebssystem gemeinsam zu betätigen, um eine Bremswirkung an der Off-Highway-Maschine zu erzeugen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Antriebssystem derart gesteuert, dass ein Bremswirkungsanteil des Stufenlosgetriebes nicht größer als ein Bremswirkungsanteil des Betriebsbremssystems ist. Auf diese Weise kann ein unnötiger Drehzahlanstieg der Antriebsmaschine vermieden werden, wobei eine übermäßige Geräuschentwicklung, Komponentenschädigung oder Wärmeentwicklung in der Antriebsmaschine vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der durch das Antriebssystem erzeugte Bremswirkungsanteil in Abhängigkeit einer Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschine des Antriebssystems angepasst, sodass das Stufenlosgetriebe nicht stärker als das Betriebsbremssystem bremst.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Antriebssystem derart gesteuert, dass ein Bremswirkungsanteil des Betriebsbremssystems nicht größer als ein Bremswirkungsanteil des Stufenlosgetriebes ist. Auf diese Weise wird vermieden, dass das Antriebssystem gegen die Betriebsbremse arbeitet. Zudem kann ein unnötiger Drehzahlabfall der Antriebsmaschine vermieden werden, der zu einer Drückung der Antriebsmaschine und bei Verwendung einer Brennkraftmaschine als Antriebsmaschine zum Absterben der Antriebsmaschine führen kann. Die Antriebsmaschine kann eine hydraulische Lenkunterstützung antreiben. Ein Absterben der Antriebsmaschine kann demnach den Verlust der hydraulischen Lenkunterstützung bedeuten, was im Hinblick auf den Betrieb der Off-Highway-Maschine nachteilig sein kann. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Off-Highway-Maschine eine alternative Kollisionsvermeidungsstrategie durch Lenken aufweist, um dem potentiellen Kollisionsobjekt auszuweichen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die hydraulische Lenkunterstützung bestehen bleibt.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Bremswirkungsanteile von Betriebsbremssystem und Antriebssystem bei einer drohenden Kollision sehr genau aufeinander abgestimmt werden, sodass einerseits Belastungen auf das System, welches weniger Bremswirkung bereitstellt, vermieden werden und andererseits eine Kollision sicher vermieden wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist das Ermitteln der Kollisionsinformation ein Ermitteln einer Objekteigenschaft des potentiellen Kollisionsobjekts durch Umfelderfassungssensorik auf. Die Umfelderfassungssensorik kann einen oder mehrere Umfeldsensoren aufweisen. Als Umfeldsensoren können Ultraschallsensoren, Mono- oder Stereokameras im sichtbaren oder UV-Lichtbereich, Lidarsensoren, Timeof-Flight-Kameras, Radarsensoren oder dergleichen zum Einsatz kommen. Auch ein Kontaktschalter wie beispielsweise ein Auffahrbumper kann das Signal über ein Vorhandensein eines Objekts übertragen. Signale der Umfeldsensorik können eingelesen und miteinander kombiniert werden. Aus der Zusammenführung der Signale kann durch Fusion eine sichere Bestimmung des potentiellen Kollisionsobjekts in einem vorbestimmten Überwachungsbereich erreicht werden. Der Überwachungsbereich kann durch Verwendung unterschiedlicher Sensorsignale veränderlich sein.
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Das Ermitteln der Objekteigenschaft des potentiellen Kollisionsobjekts kann ein Erfassen einer relativen Lage des potentiellen Kollisionsobjekts aufweisen. Unter einer relativen Lage ist dabei insbesondere eine relative Lage des potentiellen Kollisionsobjekts bezüglich der Off-Highway-Maschine zu verstehen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Ermitteln der Objektseigenschaft ein Erfassen einer Dynamik des potentiellen Kollisionsobjekts aufweisen.
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Das Ermitteln der Kollisionsinformation kann ein Ermitteln einer Maschineneigenschaft der Off-Highway-Maschine aufweisen. Eine Ermittlung der Maschineneigenschaft kann insbesondere basierend auf Signalen einer auf dem Fahrzeug angeordneten Sensorik erfolgen. Die Sensorik kann eine Positions- und/oder richtungsbestimmende Sensorik zum Bestimmen der aktuellen Lage des Fahrzeugs beziehungsweise einer zweidimensionalen Bewegung des Fahrzeugs sein. Eine derartige Sensorik kann beispielsweise einen Lenkwinkelsensor, einen Gierratensensor, eine inertiale Messeinheit (IMU), ein Satellitenpositionierungssystem (GNSS), einen Raddrehzahlsensor und/oder einen Radarsensor zum Bestimmen einer Übergrundgeschwindigkeit aufweisen.
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Die auf dem Fahrzeug angeordnete Sensorik kann alternativ oder zusätzlich zum Bestimmen eines Zustandsparameters eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs ausgebildet sein. Der Zustandsparameter kann beispielsweise eine aktuelle Motordrehzahl, Getriebeübersetzung oder Getriebeabtriebsdrehzahl sein. Zudem kann beispielsweise ein aktueller Fahrzeugumriss messtechnisch erfasst und/oder modelliert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Kollisionsinformation durch Auswertung der Objekteigenschaft und der Maschineneigenschaft ermittelt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Kollisionsinformation eine Abstandsinformation eines Abstands zwischen der Off-Highway-Maschine und dem potentiellen Kollisionsobjekt auf und wird die Bremswirkung in Abhängigkeit des Abstands erzeugt. Gemäß dieser Ausführungsform wird demnach die Stärke der Erzeugung einer Bremswirkung abhängig von der Abstandsinformation des potentiellen Kollisionsobjekts ausgeführt. Befindet sich das potentielle Kollisionsobjekt in der Nähe der Off-Highway-Maschine, wird stark gebremst. Befindet sich das potentielle Kollisionsobjekt in größerer Entfernung zu der Off-Highway-Maschine, wird weniger stark gebremst. Eine solche abstandsabhängige Festlegung der Bremsstärke ist vorteilhaft, da die Antriebsmaschine kein beliebig hohes Stützmoment aufbringen kann.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Steuereinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, um das Verfahren in einer wie vorstehend beschriebenen Art und Weise durchzuführen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich zudem auf eine Off-Highway-Maschine, die eine derartige Steuereinrichtung aufweist. Die Off-Highway-Maschine ist als ein abseits von Straßen betreibbares Fahrzeug ausgebildet. Das Fahrzeug kann zudem als ein autonom betreibbares beziehungsweise als ein fahrerlos betreibbares Fahrzeug ausgebildet sein. Die Off-Highway-Maschine kann eine Betriebsbremse, und eine wie vorstehend beschriebene Steuereinrichtung aufweisen, die mit der Betriebsbremse und dem Antriebssystem verbunden ist, um diese anzusteuern.
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Zudem ist durch kombinierte Verwendung des Antriebssystems und des Betriebsbremssystems ein redundantes Kollisionsvermeidungssystem geschaffen. Das Betriebsbremssystem kann somit beispielsweise nicht redundant ausgelegt sein, was Kosten einspart. Zudem kommen zur Erzeugung der Bremswirkung unterschiedliche Technologien zum Einsatz, die einen gleichzeitigen Ausfall unwahrscheinlich machen.
- 1 zeigt eine Off-Highway-Maschine mit einer Steuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
- 2 zeigt schematisch Komponenten der Off-Highway-Maschine aus 1 zur weiteren Erläuterung des Verfahrens.
- 3 zeigt ein Diagramm mit Schritten des Verfahrens zum Vermeiden einer Kollision der in 1 gezeigten Off-Highway-Maschine mit einem potentiellen Kollisionsobjekt gemäß einer Ausführungsform.
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In den 1 und 2 ist eine Off-Highway-Maschine 10 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die Off-Highway-Maschine 10 weist ein Antriebssystem 200 bestehend aus einer Antriebsmaschine 210, einem Stufenlosgetriebe 220 und einer Abtriebswelle 221 auf. Das Stufenlosgetriebe 220 ist als hydrostatisches Getriebe ausgebildet. Ferner weist die Off-Highway-Maschine 10 eine Umfeldsensorik 110 und eine Steuereinrichtung 150 auf, die gemeinsam ein Steuersystem 100 bilden. Die Umfeldsensorik 110 ist bei der gezeigten Ausführungsform in einem vorderen Bereich der Off-Highway-Maschine 10 vorgesehen und überwacht einen Überwachungsbereich 15 vor der Off-Highway-Maschine 10.
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Die Umfeldsensorik 110 ist mit der Steuereinrichtung 150 verbunden, obwohl dies in 1 nicht dargestellt ist. Die Steuereinrichtung 150 ist mit dem Antriebssystem 200, genauer gesagt mit der Antriebsmaschine 210 und dem Stufenlosgetriebe 220 verbunden. Die Off-Highway-Maschine 10 weist ferner Räder 300 auf. Des Weiteren weist die Off-Highway-Maschine 10 eine Betriebsbremse 500 auf, die über einen Wirkpfad 531 ein Bremsmoment auf Radnaben 310 der Räder 300 aufbringen kann. Die Steuereinrichtung 150 ist mit der Betriebsbremse 500 verbunden.
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Das Stufenlosgetriebe 220 ist über die Abtriebswelle 221 mit den Rädern 300 verbunden. Eine Eingangswelle des Stufenlosgetriebes 220 ist mit der Antriebsmaschine 210 wirkgekoppelt. Eine über den Abtriebsstrang 221 auf die Räder 300 aufzubringende Leistung wird durch Steuern der Antriebsmaschine 210 und des Stufenlosgetriebes 220 erzeugt.
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Bei der in 1 gezeigten Darstellung befinden sich im Überwachungsbereich 15 potentielle Kollisionsobjekte 20, 21. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Steuereinrichtung 150 gemäß der Ausführungsform eine Kollisionsbestimmungseinrichtung 120, eine Antriebssystemsteuereinrichtung 130 und eine Bremssteuereinrichtung 140 aufweist. Die Antriebssystemsteuereinrichtung 130 ist mit der Antriebsmaschine 210 und dem Stufenlosgetriebe 220 verbunden und ist dazu in der Lage, das Antriebssystem 200 zu steuern. Die Bremssteuereinrichtung 140 ist mit der Betriebsbremse 500 verbunden und ist dazu in der Lage, die Betriebsbremse 500 geeignet zu steuern. Die Räder 300 sind in Kontakt mit einem Untergrund 400.
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3 zeigt ein Diagramm mit Schritten eines Verfahrens zum Vermeiden einer Kollision der Off-Highway-Maschine 10 mit einem potentiellen Kollisionsobjekt 20, 21. In einem Schritt S1 erfolgt zunächst eine Ermittlung einer Kollisionsinformation, die angibt, ob eine Kollision mit dem potentiellen Kollisionsobjekt 20, 21 bevorsteht. Dazu wertet die Kollisionsbestimmungseinrichtung 120 Signale der Umfelderfassungssensorik 110 aus. Genauer gesagt liest die Kollisionsbestimmungseinrichtung 120 die Signale der Umfelderfassungssensorik 110 ein und kombiniert diese Signale miteinander. Aus der Kombination der Signale wird durch Fusion eine sichere Bestimmung der potentiellen Kollisionsobjekte 20, 21 im Überwachungsbereich 15 erreicht.
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Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Überwachungsbereich 15 veränderlich. Die Umfelderfassungssensorik 110 weist unterschiedliche Sensoren auf, deren Sensorsignale nach Bedarf verwendet werden können. Durch Verwendung unterschiedlicher Sensorsignale kann der Überwachungsbereich 15 geändert werden.
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Aus den Sensorsignalen wird jeweils eine Objekteigenschaft eines potentiellen Kollisionsobjekts 20, 21 ermittelt. Bei der gezeigten Ausführungsform wird beispielsweise eine Lage und eine Dynamik des potentiellen Kollisionsobjekts 20, 21 ermittelt. Zusätzlich ermittelt die Kollisionsbestimmungseinrichtung 120 Maschineneigenschaften der Off-Highway-Maschine. Bei der beschriebenen Ausführungsform werden als Maschineneigenschaft ein Eigengeschwindigkeitsvektor und ein Lenkwinkel ermittelt. Aus der gewonnenen Maschineneigenschaft und der ermittelten Objekteigenschaft bestimmt die Kollisionsbestimmungseinrichtung 120 die Kollisionsinformation. Diese Kollisionsinformation gibt an, ob eine Kollision mit dem potentiellen Kollisionsobjekt 20, 21 bevorsteht. Anschließend geht das Verfahren weiter zu Schritt S2.
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In Schritt S2 wird das Betriebsbremssystem 500 und das Antriebssystem 200 zum Erzeugen einer Bremswirkung an der Off-Highway-Maschine 10 basierend auf der ermittelten Kollisionsinformation betätigt. Wenn die Kollisionsinformation eine Kollision der Off-Highway-Maschine 10 mit dem potentiellen Kollisionsobjekt 20, 21 vorhersagt, steuert die Antriebssystemsteuereinrichtung 130 die Antriebsmaschine 210 und das Stufenlosgetriebe 220 so an, dass die Übersetzung des Stufenlosgetriebes 220 in Richtung Unendlich verstellt wird. Zu diesem Zweck wird ein Fördervolumen einer Hydrostatpumpe (nicht dargestellt) des Stufenlosgetriebes 220 deutlich geringer eingestellt als das Schluckvolumen eines Hydrostatmotors (nicht dargestellt) des Stufenlosgetriebes 220. Aufgrund dieser Verstellung kommt die Abtriebswelle 221 unabhängig von der Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschine 210 zum Stillstand. In der Folge kommen auch die Radnaben 310 der gebremsten Räder 300 zum Stillstand und in Folge der Reibung mit dem Untergrund 400 hält die Off-Highway-Maschine 10 an.
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Des Weiteren steuert die Bremssteuereinrichtung 140 die Betriebsbremse 500 an, wenn die Kollisionsinformation eine Kollision der Off-Highway-Maschine 10 mit dem potentiellen Kollisionsobjekt 20, 21 vorhersagt. Genauer gesagt steuert die Bremssteuereinrichtung 140 die Betriebsbremse 500 so an, dass über den Wirkpfad 531 ein Bremsmoment auf die Radnaben 310 der bremsbaren Räder 300 ausgeübt wird. Auf diese Weise wird die Off-Highway-Maschine 10 verzögert.
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Bei dieser Ausführungsform erfolgt ein Abbremsen der Off-Highway-Maschine 10 demnach durch eine kombinierte Wirkung von Antriebssystem 200 und Betriebsbremse 500 auf die Räder 300.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann aus den Signalen der Umfelderfassungssensorik 110 auch eine Abstandsinformation der potentiellen Kollisionsobjekte 20, 21 ermittelt werden. Das Antriebssystem 200 und die Betriebsbremse 500 werden gemäß der alternativen Ausführungsform dann abhängig von der Abstandsinformation der potentiellen Kollisionsobjekte 20, 21 betätigt. Gemäß der Ausführungsform wird dann, wenn das potentielle Kollisionsobjekt 20, 21 nahe an der Off-Highway-Maschine 10 ist, stark gebremst. Befindet sich das potentielle Kollisionsobjekt 20, 21 in größerem Abstand zu der Off-Highway-Maschine 10, dann wird weniger stark gebremst.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die an der Abtriebswelle 221 bewirkte Bremswirkung des Antriebssystems 200 bei Vorhandensein von potentiellen Kollisionsobjekten 20, 21 abhängig von der Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschine 210 angepasst. Die Anpassung erfolgt dabei so, dass das Stufenlosgetriebe 220 nicht stärker bremst, als die Betriebsbremse 500, um einen unnötigen Drehzahlanstieg der Antriebsmaschine 210 zu vermeiden.
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Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform wird durch die Betriebsbremse 500 bei Vorhandensein von potentiellen Kollisionsobjekten 20, 21 so betätigt, dass das Bremsmoment auf dem Wirkpfad 231 nicht stärker ist als das Bremsmoment des Stufenlosgetriebes 220 an der Abtriebswelle 221. Dadurch wird vermieden, dass das Stufenlosgetriebe gegen die Betriebsbremse 500 arbeitet. Auf diese Weise kann ein unnötiger Drehzahlabfall der Antriebsmaschine 210 und vor allem ein „Absterben“ der Antriebsmaschine 210 vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Off-Highway-Maschine
- 15
- Überwachungsbereich
- 20, 21
- potentielles Kollisionsobjekt
- 100
- Steuersystem
- 110
- Umfelderfassungssensorik
- 120
- Kollisionsbestimmungseinrichtung
- 130
- Antriebssystemsteuereinrichtung
- 140
- Bremssteuereinrichtung
- 150
- Steuereinrichtung
- 200
- Antriebssystem
- 210
- Antriebsmaschine
- 220
- Stufenlosgetriebe
- 221
- Abtriebswelle
- 300
- Rad
- 310
- Radnabe
- 400
- Untergrund
- 500
- Betriebsbremse
- 531
- Wirkpfad
- S1
- Ermitteln einer Kollisionsinformation
- S2
- Betätigen des Betriebsbremssystems und des Stufenlosgetriebes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112009001969 T5 [0002]
