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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines automatischen Lastkraftwagens sowie ein System für einen automatischen Lastkraftwagen.
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Während ein menschlicher Fahrer intuitiv einen Lastkraftwagen steuert und regelt und dementsprechend mehr oder weniger bewusst dem Lastkraftwagen ein Fahrverhalten aufprägt, ist das Fahrverhalten eines automatischen Lastkraftwagens durch seine Führungsgrößen und seine Regelungsparameter bestimmt. In jedem Fall hat der Spediteur bzw. der Frachtführer, der mit einem Lastkraftwagen Frachtgut transportiert, ein Interesse daran, dass das Frachtgut unbeschädigt am Zielort ankommt.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, das Fahrverhalten eines autonomen Förderfahrzeugs in Abhängigkeit von einer Eigenschaft des Frachtguts anzupassen. So betrifft die
DE 10 2008 030 546 A1 eine Steuerung für ein autonomes Förderfahrzeug, bei der das autonome Förderfahrzeug einen Ladebereich aufweist, der mit Frachtgut beladbar ist, und dazu eingerichtet, ein Fahrverhalten des autonomen Förderfahrzeugs in Abhängigkeit von einer Eigenschaft des Frachtguts zu steuern.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Schonung des Frachtguts beim Transport mit einem automatischen Lastkraftwagen weiter zu verbessern.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines automatischen Lastkraftwagens, aufweisend die Schritte:
- - Ermitteln von Informationen über zulässige Zustände des vom Lastkraftwagen zu transportierenden Frachtguts, wobei die Zustände zumindest Beschleunigungen und Schwingungsanregungen und/oder Schwingungen bezüglich ihrer Frequenz und/oder Amplitude umfassen,
- - Erfassen von tatsächlich auftretenden Zuständen während der Fahrt des automatischen Lastkraftwagens durch eine Sensoreinheit am Lastkraftwagen,
- - Vergleichen der zulässigen Zustände mit den tatsächlich auftretenden Zuständen durch eine Steuereinheit, und
- - Anpassen einer Führungsgröße und/oder eines Regelungsparameters einer Längsregelung und/oder einer Seitenregelung des Lastkraftwagens durch die Steuereinheit, sodass die tatsächlich auftretenden Zustände den zulässigen Zuständen angepasst werden.
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Ein automatischer Lastkraftwagen zeichnet sich dadurch aus, dass der Lastkraftwagen auch unbemannt eine vorgegebene Strecke zurücklegen kann. Ob dabei tatsächlich ein Fahrer oder andere Person im Lastkraftwagen anwesend ist, spielt keine Rolle. Entscheidend ist lediglich, dass der Lastkraftwagen durch seinen ausreichend hohen Automatisierungsgrad auch ohne das Mitwirken eines Fahrers eine Strecke zurücklegen kann. Der automatische Lastkraftwagen kann dabei einerseits nur in dem Maße den Fahrer des Lastkraftwagens unterstützende Fahrerassistenzsysteme aufweisen, dass ein Eingriff des Fahrers zumindest abschnittsweise über eine bestimmte Strecke vollständig durch eine Längsregelung und eine Seitenregelung des Lastkraftwagens übernommen wird. In hochautomatischen bzw. autonomen Systemen ist der Lastkraftwagen darüber hinaus so ausgelegt, dass er die Streckenabschnitte auch außerhalb der Autobahn von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt selbstständig nur auf Basis des gewünschten Startpunkts und des gewünschten Zielpunkts zurücklegen kann.
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Viele Arten von Frachtgut können während der Fahrt durch dann wirkende Umgebungseinflüsse auf eine für sie bestimmte Art leicht beschädigt werden, oder anderweitige ungünstige Situationen für das Frachtgut können dabei auftreten. So können Tiertransporte von manchen Tierarten höhere Seitenbeschleunigungen verkraften, als bei anderen Tierarten. Pferde, Schafe, Rinder vertragen typischerweise geringere Seiten-Beschleunigungen als Geflügel oder Schweine. Anders verhält es sich beispielsweise mit dem Transport von Flüssigkeiten, deren Aufschaukeln in einem großen Tank verhindert werden muss. Wiederum andere Anforderungen treten beim Transport von zerbrechlicher Ware auf, beispielsweise Glas.
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In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt demnach das Ermitteln von diesbezüglichen Informationen über die zulässigen Zustände des jeweiligen Frachtguts, wobei vorteilhaft insbesondere der Teil des Frachtguts betrachtet wird, der die höchsten Anforderungen bezüglich der zulässigen Zustände aufweist.
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Informationen über die zulässigen Zustände werden dabei bevorzugt aus digitalen Frachtpapieren erhalten, die insbesondere bei einem automatisierten Logistiksystem automatisch an den Lastkraftwagen bzw. dessen Steuereinheit übermittelt werden. Bevorzugt steht hierfür eine zentrale Recheneinheit zur Verfügung, die die entsprechenden Informationen in Form von digitalen Frachtpapieren an den jeweiligen automatischen Lastkraftwagen übermittelt.
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Die Zustände betreffen insbesondere Beschleunigungen und Kennzeichen von Schwingungen bzw. Schwingungsanregungen. Ob dabei insbesondere Schwingungen oder Schwingungsanregungen berücksichtigt werden, ist insbesondere eine Frage von der Platzierung der im zweiten Schritt verwendeten Sensoreinheit. Nicht immer kann das Frachtgut praktikabel mit einer entsprechenden Sensoreinheit ausgestattet werden, sodass die tatsächlichen Schwingungen am Frachtgut nicht exakt bekannt sind. Alternativ dazu wird bevorzugt an der Zugmaschine des Lastkraftwagens eine Sensoreinheit angeordnet, sodass zumindest die Schwingungsanregungen für das Frachtgut bekannt sind. Näherungsweise können auch die dort erfassten Schwingungen als Schwingungen des Frachtguts selbst gesehen werden, insbesondere dann, wenn das Frachtgut auch nahe seiner Resonanzfrequenzen zu keinen großen Amplitudenüberhöhungen neigt. Ferner kann davon ausgegangen werden, dass eine Frequenz der Schwingungsanregung auch der Frequenz der tatsächlichen Schwingung des Frachtguts entspricht, was zumindest in linearen Systemen der Fall ist.
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Während Beschleunigungen und Schwingungen prinzipiell ineinander umrechenbar sind, können Beschleunigungen auch quasistatisch auftreten. Der Unterschied liegt insbesondere darin, dass Schwingungen insbesondere bezüglich eines Resonanzbereiches eine besonders hohe Wirkung entfalten können, sowie dass länger anhaltende Beschleunigungen insbesondere Tiertransporte betreffen. Insbesondere wird zur Kennzeichnung der Schwingungen ihre Frequenz und/oder ihre Amplitude berücksichtigt.
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Das Erfassen der tatsächlich auftretenden Zustände, das heißt das Erfassen der tatsächlich auftretenden Beschleunigungen und Schwingungen bzw. Schwingungsanregungen erfolgt durch eine entsprechende Sensoreinheit im zweiten Schritt. Die Sensoreinheit weist bevorzugt eine translatorische Beschleunigungsmesseinheit sowie weiterhin bevorzugt eine rotatorische Beschleunigungsmesseinheit auf, um auch Drehbeschleunigungen zu berücksichtigen.
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Im folgenden Schritt wird ein gemessener Zustand mit einem zulässigen Zustand verglichen. Insbesondere werden dabei gemessene Beschleunigungen mit den zulässigen Beschleunigungen, sowie gemessene Frequenzen von Schwingungen bzw. Schwingungsanregungen mit mindest erforderlichen oder höchstzulässigen Frequenzen bzw. höchstzulässigen Amplituden der Schwingungen verglichen. Ergibt sich dabei eine Differenz, das heißt die zulässigen Beschleunigungen oder die zulässigen Grenzbereiche der Schwingungen bzw. Amplitudenbereiche der Schwingungen werden überschritten, so wird im abschließenden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Reaktion eingeleitet, indem eine Führungsgröße und/oder ein Regelungsparameter einer Längsregelung und/oder einer Seitenregelung des Lastkraftwagens angepasst werden. Die Regelung, die das automatische Fahren des Lastkraftwagens ermöglicht, wird somit entsprechend angepasst, sodass die erfassten und tatsächlich auftretenden Zustände des Lastkraftwagens wieder den höchst zulässigen Werten der Zustände genügen.
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Es ist daher eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass das Frachtgut des Lastkraftwagens durch die Berücksichtigung der Beschleunigung sowie durch die Berücksichtigung von Schwingungen am Frachtgut besser geschont wird. Die Fahrdynamik, insbesondere die aus der entsprechenden Regelung des Lastkraftwagens resultiert, wird dabei entsprechend angepasst, sodass unzulässige Zustände für das Frachtgut vermieden werden können.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Lastkraftwagen ein Sattelschlepper mit einer Zugmaschine und mit einem von der Zugmaschine abkoppelbaren Anhänger, wobei zum Erfassen der tatsächlich auftretenden Zustände eine Sensoreinheit verwendet wird, die an der Zugmaschine des Lastkraftwagens angeordnet ist. Die Anordnung der Sensoreinheit an der Zugmaschine bietet den Vorteil, dass bei einer Modularisierung der Logistik, bei der die Anhänger an einem Logistikdrehkreuz abgestellt werden, lediglich die Zugmaschinen mit einer jeweiligen Sensoreinheit ausgerüstet werden müssen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine zusätzliche Sensoreinrichtung zum Erfassen der tatsächlich auftretenden Zustände verwendet, die am Anhänger des Lastkraftwagens angeordnet ist. Der Vorteil der zusätzlichen Sensoreinrichtung liegt insbesondere darin, dass direkt am Anhänger auftretende Schwingungen und Beschleunigungen gemessen werden können, die sich im Allgemeinen - wenn auch üblicherweise nur gering - von den Schwingungen und Beschleunigungen an einer Zugmaschine unterscheiden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn am Anhänger bestimmt Resonanzen am Anhänger bzw. am Frachtgut auf dem Anhänger angeregt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Führungsgröße und/oder der Regelungsparameter der Längsregelung und/oder der Seitenregelung des Lastkraftwagens zusätzlich auf Basis von Daten einer Umgebungserfassungseinheit angepasst, wobei durch die Umgebungserfassungseinheit ein vor dem Lastkraftwagen liegender Abschnitt der Umgebung erfasst wird, wobei die Daten der Umgebungserfassungseinheit insbesondere Informationen über einen Zustand und/oder einen Verlauf der von dem Lastkraftwagen befahrenen Straße aufweisen.
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Die Umgebungserfassungseinheit weist insbesondere zumindest eines der folgenden Elemente auf:
- - Stereokameraeinheit,
- - Kameraeinheit zur Laufzeitmessung, sogenannte Time-of-flight-Kamera,
- - Ultraschallsensoren,
- - Radarsensoren,
- - Lidar-Einheit.
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Die Umgebungserfassungseinheit dient insbesondere dazu, vorausschauend eine Eigenschaft der Straße, die von dem Lastkraftwagen aktuell befahren wird, zu überprüfen. Wird zum Beispiel von einer Kameraeinheit erkannt, dass eine starke Kurve voraus liegt, oder dass die Qualität des Fahrbahnbelages deutlich abnimmt, so kann vorsteuernd die Führungsgröße angepasst werden, bzw. ein Regelungsparameter abhängig von den Daten der Umgebungserfassung angepasst werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Zustände zumindest einen der folgenden:
- - eine Frequenz einer Schwingungsanregung des Frachtguts,
- - eine Frequenz, mit der das Frachtgut schwingt,
- - ein Frequenzband, insbesondere außerhalb eines Resonanzfrequenzbereiches,
- - eine Amplitude einer Schwingung oder Schwingungsanregung,
- - eine Leistungsspektraldichte einer Schwingung oder Schwingungsanregung,
- - eine Seitenbeschleunigung,
- - eine Längsbeschleunigung,
- - eine Vertikalbeschleunigung,
- - die Zeitdauer von ununterbrochenen Fahrtabschnitten, insbesondere auf Basis einer Zahl von erforderlichen Zwischenstopps.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Anpassen der Führungsgröße und/oder des Regelungsparameters der Längsregelung und/oder Seitenregelung des Lastkraftwagens nicht, wenn der automatische Lastkraftwagen eine Reaktion auf eine Gefahrensituation ausführt, insbesondere eine Gefahrenbremsung ausführt. Insbesondere wird bei einer Gefahrenbremsung zumindest einer der zulässigen Zustände ignoriert, insbesondere die Beschleunigung in Längsrichtung, welche der Hauptrichtung der Bremswirkung entspricht. Vorteilhaft werden somit durch das erfindungsgemäße Verfahren sicherheitsrelevante Reaktionen des automatischen Lastkraftwagens nicht ausgehebelt, sondern regulär ausgeübt.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Ermitteln der Informationen über die zulässigen Zustände durch Empfangen von Daten mit diesen Informationen von einer zentralen Recheneinheit.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Führungsgröße zumindest eine der folgenden Größen:
- - eine globale Höchstgeschwindigkeit des Lastkraftwagens,
- - eine Höchstgeschwindigkeit bei Kurvenfahrten des Lastkraftwagens, insbesondere abhängig vom Radius der jeweiligen Kurve,
- - eine zur Erlangung von Tiefpassverhalten gefilterte oder mit einem Kerbfilter gefilterte kommandierte Änderung des Lenkwinkels des Lastkraftwagens,
- - die Bahnführung bezüglich einer Fahrspur einer mehrspurigen Fahrbahn und/oder bezüglich einer Routenwahl, insbesondere abhängig von bekannten Parametern des Fahrbahnbelags und/oder von Kurvenradien und/oder Steigungen und/oder der benötigten Fahrdauer und/oder des zurückzulegenden Weges der jeweiligen Straße,
- - Planung von Ruhepausen oder Zwischenstopps.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Regelungsparameter der Längsregelung und/oder der Seitenregelung zumindest einen der folgenden:
- - eine Bandbreite eines dynamischen Frequenzfilters,
- - eine Dämpfung in einem künstlichen Feder-Masse-Dämpfer-System,
- - eine virtuelle Federsteifigkeit in dem künstlichen Feder-Masse-Dämpfer-System,
- - eine Verstärkung eines Rückführzweigs,
- - eine Verstärkung eines Vorsteuerungszweigs,
- - eine Grenze eines Saturierungsgliedes,
- - eine Zeitkonstante in einem dynamischen Frequenzfilter.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System für einen automatischen Lastkraftwagen, aufweisend eine Steuereinheit, die zum Ermitteln von Informationen über zulässige Zustände des vom Lastkraftwagen zu transportierenden Frachtguts ausgeführt ist, wobei die Zustände zumindest Beschleunigungen und Schwingungsanregungen und/oder Schwingungen bezüglich ihrer Frequenz und/oder Amplitude umfassen, und aufweisend eine Sensoreinheit, die zum Erfassen von tatsächlich auftretenden Zuständen während der Fahrt des automatischen Lastkraftwagens am Lastkraftwagen ausgeführt ist, wobei die Steuereinheit weiterhin zum Vergleichen der zulässigen Zustände mit den tatsächlich auftretenden Zuständen, und zum Anpassen einer Führungsgröße und/oder eines Regelungsparameters einer Längsregelung und/oder einer Seitenregelung des Lastkraftwagens ausgeführt ist, sodass die tatsächlich auftretenden Zustände den zulässigen Zuständen angepasst werden.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Systems ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren vorstehend gemachten Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 ein Verfahren zum Betreiben eines automatischen Lastkraftwagens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 2 ein entsprechendes System für einen solchen Lastkraftwagen gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines automatischen Lastkraftwagens 1, wobei der Lastkraftwagen 1 selbst zusammen mit dem System 10 zum Ausführen des Verfahrens in 2 dargestellt ist. Die folgende Beschreibung bezieht sich daher sowohl auf die 1, als auch auf die 2. In einem ersten Schritt erfolgt das Ermitteln S1 von Informationen über zulässige Zustände des vom Lastkraftwagen 1 zu transportierenden Frachtguts. Dies erfolgt aus einem digitalen Frachtschein, der mittels einer Funkeinheit von einer zentralen Recheneinheit 9 erhalten wird. Betrachtet werden als die einzig relevanten jeweils die Zustände von Frachtgut, die die engsten Beschränkungen aufweisen. Die Zustände umfassen Beschleunigungen und Schwingungsanregungen bezüglich ihrer Frequenz und Amplitude. Die zulässigen Werte der Frequenz sind dabei bezüglich eines zu vermeidenden Frequenzbandes definiert, das auf einer logarithmischen Skala symmetrisch um eine Resonanzfrequenz des Frachtguts definiert ist. Es sind daher nur Frequenzen unterhalb des zu vermeidenden Frequenzbandes, sowie oberhalb des zu vermeidenden Frequenzbandes erlaubt. Ferner ist eine maximale Amplitude der Schwingungsanregung zugelassen. Bezüglich der Beschleunigungen sind höchstzulässige Werte für eine Seitenbeschleunigung, eine Längsbeschleunigung, und eine Vertikalbeschleunigung angegeben. Es erfolgt ferner das Erfassen S2 der tatsächlich auftretenden Zuständen während der Fahrt des automatischen Lastkraftwagens 1 durch eine Sensoreinheit 3 am Lastkraftwagen 1. Da es sich bei dem Lastkraftwagen 1 um einen Sattelschlepper handelt, der eine Zugmaschine und einen Anhänger aufweist, sind sämtliche Sensoren der Sensoreinheit 3 nur an der Zugmaschine angeordnet. Diese Sensoren sind kombinierte Beschleunigungs- und Trägheitssensoren. Aus der Sensorfusion dieser Sensoren kann auf eine dynamische Anregung am Anhänger geschlossen werden, insbesondere da näherungsweise die Anregung am Zugfahrzeug einer am Anhänger auftretenden Beschleunigung und Schwingung entspricht. Eine zusätzliche Sensoreinrichtung 5 dient ferner zum Erfassen der tatsächlich auftretenden Zustände, die am Anhänger des Lastkraftwagens 1 angeordnet ist. Ferner erfolgt das Vergleichen S3 der zulässigen Zustände mit den tatsächlich auftretenden Zuständen durch eine fahrzeugeigene Steuereinheit 4. Ein Anpassen S4 einer Führungsgröße wie der Geschwindigkeit des Lastkraftwagens 1 einer Längsregelung und eines Rückführgains der Seitenregelung als Regelungsparameter des Lastkraftwagens 1 erfolgt durch die Steuereinheit 4 dann, wenn die tatsächlich auftretenden Zustände außerhalb der zulässigen Zustände liegen. Die Führungsgröße der Längsregelung und der Regelungsparameter der Seitenregelung des Lastkraftwagens 1 werden zusätzlich vorausschauend auf Basis von Daten einer optischen Umgebungserfassungseinheit 7 mit einer Stereokameraeinheit angepasst. Diese Umgebungserfassungseinheit 7 erfasst optisch einen vor dem Lastkraftwagen 1 liegenden Abschnitt der Umgebung. Die Daten der Umgebungserfassungseinheit 7 enthalten daher Informationen über einen Zustand und einen Verlauf der von dem Lastkraftwagen 1 zu befahrenden Straße. Die Geschwindigkeit des Lastkraftwagens 1 wird entsprechend von der Steuereinheit 4 durch Änderung der Führungsgröße „Geschwindigkeit“ gedrosselt, um die Seitenbeschleunigung zu reduzieren. Ferner wird in der Reduktion der Geschwindigkeit die Welligkeit des Fahrbahnbelags berücksichtigt, sodass das Frachtgut nur mit Frequenzen außerhalb seines Resonanzbereiches angeregt wird. Das Anpassen der Führungsgröße und des Regelungsparameters der Längsregelung und Seitenregelung des Lastkraftwagens 1 erfolgt nur dann nicht, wenn der automatische Lastkraftwagen 1 eine Reaktion auf eine Gefahrensituation ausführt, insbesondere eine Gefahrenbremsung ausgeführt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lastkraftwagen
- 3
- Sensoreinheit
- 4
- Steuereinheit
- 5
- zusätzliche Sensoreinrichtung
- 7
- Umgebungserfassungseinheit
- 9
- zentrale Recheneinheit
- 10
- System
- S1
- Ermitteln
- S2
- Erfassen
- S3
- Vergleichen
- S4
- Anpassen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008030546 A1 [0003]
