DE102019214856A1

DE102019214856A1 - Sensor-basierte Bremsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE102019214856A1
Application number: DE102019214856.5A
Authority: DE
Inventors: Zhihu Chen
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-04-01

Abstract

Steuerverfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung (20) für eine Landmaschine (50), wobei die Bremsvorrichtung (20) ein an der Landmaschine (50) befestigtes Basisteil (22) und ein mit dem Basisteil (22) mittels einer primären Verbindung (26) und einer sekundären Verbindung (28) verbundenes Steckteil (24) aufweist, das Steuerverfahren umfassend Erhalten von Daten eines Umfeldsensors (30) betreffend ein Landwirtschaftsumfeld (60) der Landmaschine (50); Detektieren einer Gefahrsituation in den erhaltenen Daten; und Erzeugen eines Steuersignals zum Lösen der primären Verbindung (26) zwischen dem Basisteil (22) und dem Steckteil (24) beim Aufrechterhalten der sekundären Verbindung (28), derart, dass das Steckteil (24) zumindest teilweise vertikal vom Basisteil (22) weg beschleunigt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der autonom beziehungsweise teilautonom fahrenden Landmaschinen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuergerät, eine Bremsvorrichtung, ein Steuerverfahren, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Im landwirtschaftlichen Bereich spielt die Sicherheit der beteiligten Personen und Gerätschaften aufgrund des Einsatz von Landmaschinen, bei denen es sich in der Regel um massive Fahrzeuge handelt, eine wichtige Rolle. Es muss gewährleistet werden, dass Personen oder Tieren, die sich in einem für eine Landmaschine zugänglichen Bereich befinden, keine Körperverletzung durch eine Kollision mit der Landmaschine zugefügt wird.
Um die Sicherheit beim Betreiben von Landmaschinen zu erhöhen werden in der Vergangenheit Steuergeräte und -verfahren entwickelt, die auf Umfelderkennung mittels Entfernungssensoren wie Radarsensoren, Lidarsensoren, Ultraschallsensoren und/oder Kameras basieren. Das nahe Umfeld der Landmaschine wird mittels der Entfernungssensoren überwacht. Hierbei entstehen Umfelddaten, die durch ein Steuergerät ausgewertet und dahingehend prozessiert werden, um auf die aktuelle Situation angepasste Steuersignale zu erzeugen und hierdurch Gefahrpotentiale zu reduzieren.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungsansätze sind jedoch nicht zufriedenstellend hinsichtlich der Gefahrenvermeidung. Insbesondere reicht die Auflösung der Entfernungssensoren nicht aus, um im landwirtschaftlichen Umfeld ein Objekt wie eine Person mit hinreichender Genauigkeit zu erkennen. Gefahrsituationen werden zu spät erst erkannt. Damit einhergehend werden Steuersignale zur Vollendung einer Gegenmaßnahme zu spät erzeugt und umgesetzt. Dies führt dazu, dass Kollisionen zwischen der Landmaschine und Personen oft nicht vermieden werden können, was ein hohes Sicherheitsrisiko verbirgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit beim Betreiben einer Landmaschine gegenüber dem Stand der Technik zu erhöhen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Steuergerät, ein Steuerverfahren, eine Bremsvorrichtung, ein Computer-Programm-Produkt, ein computerlesbares Speichermedium sowie ein Datenträgersignal gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Eine Landmaschine kann als einteiliges Fahrzeug oder Gelenkfahrzeug ausgebildet sein. Sie kann einen Schwader, eine Heumaschine, einen Mähdrescher oder ein anderes in der Landwirtschaft einsetzbares Fahrzeug umfassen. Die Landmaschine ist ein autonom oder teilautonom fahrendes Fahrzeug. Dies bedeutet, dass die Landmaschine ganz (beim vollautnom fahrenden Fahrzeug) bzw. teilweise (beim teilautonom fahrenden Fahrzeug) ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers agieren kann.
Beim erfindungsgemäßen Steuergerät kann es sich beispielsweise um eine elektronische Steuer- oder Regeleinheit (engl. ECU = Electronic Control Unit), ein elektronisches Steuer- oder Regelmodul (ECM = Electronic Control Module) oder eine Steuer-/Regeleinheit für autonomes Fahren (z.B. ein „Autopilot“) handeln. Das Steuergerät weist eine Auswerteeinheit auf, die zum Detektieren einer Gefahrsituation und Erzeugen eines Steuersignals basierend auf der detektierten Gefahrsituation ausgebildet ist, wobei das Steuersignal zum Lösen einer primären Verbindung zwischen einem Basisteil und einem an diesem mittels der primären Verbindung und einer sekundären Verbindung befestigten Steckteil unter Aufrechterhalten der sekundären Verbindung ausgebildet ist. Hierbei wird das Steckteil zumindest teilweise vertikal vom Basisteil weg beschleunigt.
Die Auswerteeinheit kann eine Zentralprozessiereinheit (Engl.: Central Processing Unit, CPU) oder eine Graphische Prozessiereinheit (Engl.: Graphic Processing Unit, GPU) umfassen. Alternativ kann es sich bei der Auswerteeinheit um eine ECU oder ein ECM handeln. In diesem Fall ist das Steuergerät eine der ECU bzw. dem ECM übergeordnete Einrichtung/Anordnung. Das Steuergerät kann sich in der Landmaschine befinden, oder außerhalb bzw. teilweise außerhalb der Landmaschine. Beispielsweise kann das Steuergerät Teil einer zentralen Überwachungseinrichtung für die landwirtschaftliche Nutzfläche sein, die mit der Landmaschine und dem Umfeldsensor kommuniziert. Die Kommunikation kann drahtlos, etwa über BlueTooth, Infrarot, Nahfeld-Kommunikation (Engl.: NFC), Funk, Internet, Intranet, Cloud-Systeme und/oder verdrahtete Systeme erfolgen.
Eine Bremsvorrichtung weist ein an der Landmaschine befestigtes Basisteil und ein mit dem Basisteil mittels einer primären Verbindung und einer sekundären Verbindung verbundenes Steckteil auf. Die Bremsvorrichtung ist daher zweiteilig ausgebildet. Ein Umfeldsensor kann ein Entfernungsmesser sein, insbesondere ein Radarsensor, ein Lidarsensor, ein Ultraschallsensor und/oder eine Kamera, beispielsweise eine Time of Flight (ToF-) Kamera.
Eine Gefahrsituation kann beispielsweise darin bestehen, dass der Abstand zwischen einem im Landwirtschaftsumfeld befindlichen Objekt und der Landmaschine einen vordefinierten Schwellenwert unterschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Gefahrsituation darin bestehen, dass ein sich im Landwirtschaftsumfeld befindliches Objekt der Landmaschine mit einer Geschwindigkeit annähert, die einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet.
Dadurch, dass das Steckteil in der vom Basisteil abgewandten Richtung beschleunigt wird, kann das Steckteil in einen Nutzboden eingreifen, der im Vergleich von Straßen einen geringeren Härtegrad aufweist. Die Landmaschine kann daher wirksam gebremst werden. Das Aktivieren eines solchen Bremsvorgangs basiert auf der Detektion einer Gefahrsituation. Daher kann eine Kollision zwischen der Landmaschine und dem im Umfeld der Landmaschine befindlichen Objekt wirksam reduziert werden, sodass negative Folgen der detektierten Gefahrsituation wie Körperverletzung bzw. Tod minimiert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Basisteil und/oder das Steckteil eine Plattenform auf.
Die Plattenform ist aufgrund ihrer flachen Bauart auf die Unterseite der Landmaschine, die dem Boden zugewandt ist, besonders einfach anbringbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Steckteil ein oder mehrere zumindest teilweise vertikal vom Basisteil weg ausgerichtete Steckelemente zum Einstecken in einen landwirtschaftlichen Nutzboden des Landwirtschaftsumfelds.
Die Steckelemente sind vorzugsweise kegelförmig und/oder nadelförmig ausgebildet. Zusätzlich können die Steckelemente in einem Array angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die primäre Verbindung eine Klemmverbindung und/oder eine Steckverbindung auf.
Die primäre Verbindung kann in ihrem ungelösten Zustand vorgespannt sein, sodass die primäre Verbindung in ihrem gelösten Zustand die in der Vorspannung gespeicherte elastische Energie in die kinematische Energie des Steckteils umgewandelt wird. Dies ermöglicht eine einfach lösbare Verbindung, die zudem wieder herstellbar ist. Dies erhöht die Wiederverwendbarkeit der Bremsvorrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die sekundäre Verbindung eine flexible Schnur und/oder ein flexibles Seil.
Dies gewährleistet eine sichere und gleichzeitig einfach komprimierbare sekundäre Verbindung, deren Form und Länge an den Abstand zwischen dem Basisteil und dem Steckteil leicht anpassbar sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner Detektieren einer Bodenart unterhalb der Bremsvorrichtung.
Im Gegensatz zum Umfeld eines PkW oder LkW, in dem die Bodenart normalerweise die einer normalen Straße ist, kann es im Landwirtschaftsumfeld mehrere verschiedene Bodenarten geben, deren Härtegrade verschieden sind. Vorzugsweise wird die primäre Verbindung dann gelöst, wenn die detektierte Bodenart eine vorgespeicherte Bodenart ist oder zu mehreren vorgespeicherten Bodenarten zählt. Die vorgespeicherte(n) Bodenart(en) ist/sind vorzugsweise die eines Nutzbodens mit einem vergleichsweise geringen Härtegrad. Die Detektion der Bodenart erfolgt vorzugsweise durch Vergleich zwischen Sensordaten, insbesondere eines an einer Unterseite der Landmaschine angebrachten Sensors (z.B. Bodenradarsensors oder Ground Penetrating Radar, GPR), und vorgespeicherten Daten betreffend die Bodenbeschaffenheit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Bremsvorrichtung mehrere Steckteile auf, die voneinander entkoppelt am Basisteil befestigt sind, wobei das Steuersignal zum Lösen der primären Verbindung eines basierend auf einer Detektion der Bodenart ausgewählten Steckteils aus den mehreren Steckteilen ausgebildet ist.
Jedes Steckteil kann separat von den anderen Steckteilen vom Basisteil gelöst werden. Je geringer der Härtegrad des erfassten Bodens ist, desto kleiner ist vorzugsweise der Durchmesser des ausgewählten Steckteils bzw. der Nadel-/Kegelform, wenn die Steckteile unterschiedliche Durchmesser ihrer Nadel-/Kegelform aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass der Härtegrad des ausgewählten Steckteils umso geringer ist, je geringer der Härtegrad des erfassten Bodens ist.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist ausgeführt, in einen Speicher eines Computers geladen zu werden und umfasst Softwarecodeabschnitte, mit denen die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer läuft.
Ein Programm gehört zur Software eines Daten verarbeitenden Systems, zum Beispiel einer Auswerteeinrichtung oder einem Computer. Software ist ein Sammelbegriff für Programme und zugehörigen Daten. Das Komplement zu Software ist Hardware. Hardware bezeichnet die mechanische und elektronische Ausrichtung eines Daten verarbeitenden Systems. Ein Computer ist eine Auswerteeinrichtung.
Computerprogrammprodukte umfassen in der Regel eine Folge von Befehlen, durch die die Hardware bei geladenem Programm veranlasst wird, ein bestimmtes Verfahren durchzuführen, das zu einem bestimmten Ergebnis führt. Wenn das betreffende Programm auf einem Computer zum Einsatz kommt, ruft das Computerprogrammprodukt den oben beschriebenen erfinderischen technischen Effekt hervor.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist Plattform unabhängig. Das heißt, es kann auf jeder beliebigen Rechenplattform ausgeführt werden. Bevorzugt wird das Computerprogrammprodukt auf einer erfindungsgemäßen Auswertevorrichtung zum Erfassen des Umfelds des Fahrzeugs ausgeführt.
Die Softwarecodeabschnitte sind in einer beliebigen Programmiersprache geschrieben, zum Beispiel in Python, Java, JavaScript, C, C++, C#, Matlab, LabView, Objective C.
Das computerlesbare Speichermedium ist beispielsweise ein elektronisches, magnetisches, optisches oder magneto-optisches Speichermedium.
Das Datenträgersignal ist ein Signal, welches das Computer-Programm-Produkt von einem Speichermedium, auf dem das Computer-Programm-Produkt gespeichert ist, auf eine andere Entität, beispielsweise ein anderes Speichermedium, einen Server, ein Cloud-System, ein drahtloses Kommunikationssystem der 4G/5G oder eine Daten verarbeitende Einrichtung, überträgt.
Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Steuervorrichtung aus 1; und
3 eine schematische Darstellung.

In den Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. In den einzelnen Figuren sind die jeweils relevanten Bezugsteile gekennzeichnet.
Bezugszeichenliste

10: Steuergerät
12: Eingabeschnittstelle
14: Auswerteeinheit
20: Bremsvorrichtung
22: Basisteil
24: Steckteil
242: Steckelement
26: primäre Verbindung
28: sekundäre Verbindung
30: Umfeldsensor
50: Fahrzeug
60: Landwirtschaftsumfeld
62: Objekt

Claims

Steuerverfahren zum Betreiben einer Bremsvorrichtung (20) für eine Landmaschine (50), wobei die Bremsvorrichtung (20) ein an der Landmaschine (50) befestigtes Basisteil (22) und ein mit dem Basisteil (22) mittels einer primären Verbindung (26) und einer sekundären Verbindung (28) verbundenes Steckteil (24) aufweist, das Steuerverfahren umfassend: - Erhalten von Daten eines Umfeldsensors (30) betreffend ein Landwirtschaftsumfeld (60) der Landmaschine (50); - Detektieren einer Gefahrsituation in den erhaltenen Daten; und - Erzeugen eines Steuersignals zum Lösen der primären Verbindung (26) zwischen dem Basisteil (22) und dem Steckteil (24) beim Aufrechterhalten der sekundären Verbindung (28), derart, dass das Steckteil (24) zumindest teilweise vertikal vom Basisteil (22) weg beschleunigt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, wobei die Gefahrsituation darin besteht, dass ein Abstand zwischen einem im Landwirtschaftsumfeld (60) befindlichen Objekt (62) und der Landmaschine (50) einen Schwellenwert unterschreitet.
Steuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Basisteil (22) und/oder das Steckteil (22) eine Plattenform aufweist.
Steuerverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Steckteil (24) ein oder mehrere zumindest teilweise vertikal vom Basisteil (22) weg ausgerichtete Steckelemente (242) zum Einstecken in einen landwirtschaftlichen Nutzboden (64) des Landwirtschaftsumfelds (60) umfasst.
Steuerverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die primäre Verbindung (26) eine Klemmverbindung und/oder eine Steckverbindung aufweist.
Steuerverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die sekundäre Verbindung (28) eine flexible Schnur und/oder ein flexibles Seil umfasst.
Steuerverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend Detektieren einer Bodenart unterhalb der Bremsvorrichtung (20).
Steuerverfahren nach Anspruch 7, wobei die Bremsvorrichtung (20) mehrere Steckteile (24) aufweist, die voneinander entkoppelt am Basisteil (22) befestigt sind, wobei das Steuersignal zum Lösen der primären Verbindung (26) basierend auf einer Detektion der Bodenart ausgewählten Steckteils (24) aus den mehreren Steckteilen (24) ausgebildet ist.
Steuergerät (10) zum Betreiben einer Bremsvorrichtung (20) für eine Landmaschine (50), wobei das Steuergerät (10) zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
Bremsvorrichtung (20) für eine Landmaschine (50), umfassend ein an der Landmaschine (50) befestigtes Basisteil (22) und ein mit dem Basisteil (22) mittels einer primären Verbindung (26) und einer sekundären Verbindung (28) verbundenes Steckteil (24), wobei die primäre Verbindung (26) zwischen dem Basisteil (22) und dem Steckteil (24) mittels eines Steuersignals derart beim Aufrechterhalten der sekundären Verbindung (28) lösbar ist, dass das Steckteil (24) zumindest teilweise vertikal vom Basisteil (22) wegweisend beschleunigt wird, wenn eine Gefahrsituation in von einem Umfeldsensor (30) erhaltenen Daten detektiert wird.
Computer-Programm-Produkt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 1 auszuführen.
Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computer-Programm-Produkt nach Anspruch 11 gespeichert ist.
Datenträgersignal, das das Computer-Programm-Produkt nach Anspruch 11 überträgt.