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Die Erfindung betrifft ein System zum automatischen Auskuppeln und Ankuppeln einer Sattelzugmaschine von und an einen Sattelauflieger.
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Sattelzüge werden weltweit eingesetzt, um große Massen an Fracht zu bewegen und sind daher aus der heutigen Logistik nicht mehr wegzudenken. Ein Sattelzug ist ein Fahrzeuggespann, bei dem ein Sattelauflieger mit einer Ladefläche über eine Sattelkupplung an eine Sattelzugmaschine angekoppelt wird. Die Sattelkupplung weist typischerweise einen um eine Hochachse drehbaren Freiheitsgrad auf, sodass Sattelauflieger und Sattelzugmaschine in Kurvenfahrten gegeneinander rotieren können. Häufig wird daher eine solche Sattelkupplung auch als das fünfte Rad der Sattelzugmaschine bezeichnet - aus historischen Gründen (nicht notwendigerweise weist die Sattelzugmaschine vier Räder auf, meistens werden vier ungelenkte Räder bzw. Zwillingsräder und ein Paar gelenkte Räder an der Sattelzugmaschine verwendet). Die Verbindung zwischen Sattelauflieger und Sattelzugmaschine erfolgt dabei insbesondere über den sogenannten Königszapfen des Sattelaufliegers. Dieser ragt im angekoppelten Zustand des Sattelaufliegers in die plattenförmig ausgebildete Sattelkupplung hinein und stellt eine sichere Kraftübertragung in Fahrtrichtung sicher.
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Ein Vorteil von Sattelzügen gegenüber einteiligen Lastkraftwagen ist, dass die Sattelzüge mittels der trennbaren Sattelkupplung modular sind, d. h. dass Sattelauflieger und Sattelzugmaschine bei Bedarf miteinander kombiniert werden können. Während beispielsweise ein Sattelauflieger entladen und mit neuer Fracht beladen wird, kann die Sattelzugmaschine an einen anderen, bereits fertig beladenen Sattelauflieger angekoppelt werden, um so die Standzeiten für die Sattelzugmaschine möglichst gering zu halten. Jedoch birgt das Auskuppeln und Ankuppeln von Sattelzugmaschine und Sattelauflieger ein gewisses Gefahrenpotenzial für umstehendes Personal. Außerdem ist der Vorgang selbst wiederum in gewissen Maßen zeitaufwendig und erfordert Erfahrung und Können vom Fahrer der Sattelzugmaschine. Zum Ankuppeln der Sattelzugmaschine an den Sattelauflieger setzt die Sattelzugmaschine zurück, um die Sattelkupplung zum Königszapfen zu führen. Die Sicht nach hinten über die Außenspiegel ist dabei recht eingeschränkt. Besonders in der Endphase des Ankuppelns muss der Fahrer der Sattelzugmaschine vorsichtig und sorgfältig vorgehen, um den Königszapfen nicht zu beschädigen, wenn dieser mit der Sattelzugmaschine kollidiert. Schiebt sich die Sattelkupplung bereits unter den Sattelauflieger, blockiert der Sattelauflieger die Sicht nach hinten, sodass eine erhöhte Gefahr für einweisende Personen und anderes umstehendes Personal besteht. Künftig werden darüber hinaus vermehrt menschliche Fahrer durch Fahrsteuersysteme des Lastkraftwagens ersetzt werden, welche auf Sensorsignale angewiesen sind, um beispielsweise einen solchen Vorgang des Ankuppelns der Sattelzugmaschine an den Sattelauflieger zuverlässig durchzuführen.
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Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, um den Vorgang des Ankuppelns der Sattelzugmaschine an den Sattelauflieger zu erleichtern. Hierzu betrifft die
EP 2 921 350 B1 ein kamerabasiertes Fahrerassistenzsystem eines Zugfahrzeugs, insbesondere eines Zugfahrzeugs eines Nutzfahrzeuggespanns, mit wenigstens einer am Zugfahrzeug nach rückwärts gerichteten Kamera, wobei das Fahrerassistenzsystem als Ankoppel-Assistenzsystem ausgebildet ist und zur Unterstützung eines Ankoppelvorgangs mit der wenigstens einen Kamera ein hinter dem Zugfahrzeug abgestellter Anhänger/Auflieger mit der Lage seiner Ankoppelvorrichtung erfasst wird, wobei durch Auswertung des Videobildmaterials mittels Bildverarbeitungsalgorithmen eine optimale Ankoppel-Trajektorie als optimale Solltrajektorie zwischen Zugfahrzeug und Anhänger/Auflieger berechnet wird, und wobei das Assistenzsystem dem Fahrzeugführer die optimale Solltrajektorie und/oder notwendige Lenkbewegungen zur Einhaltung der Solltrajektorie mitteilt und/oder dazu selbsttätige Lenkeingriffe ausführt, wobei mittels der Kamera und durch Auswertung des Bildmaterials die Position, die Breite und die relative Drehung des anzukoppelnden Anhängers/Aufliegers erfasst wird und im Falle eines Anhängers zusätzlich die Position einer Zugöse erfasst wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zum zuverlässigen Auskuppeln und Ankuppeln einer Sattelzugmaschine von und an einen Sattelauflieger bereitzustellen.
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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 System zum automatischen Auskuppeln und Ankuppeln einer Sattelzugmaschine von und an einen Sattelauflieger, aufweisend eine stationäre, externe Sensoreinheit, die dazu ausgeführt ist, den Manöverbereich der Sattelzugmaschine am vorderen Endes des Sattelaufliegers zu erfassen, um den Vorgang des Auskuppelns sowie des Ankuppelns zu erfassen, sowie weiterhin aufweisend eine Recheneinheit, die dazu ausgeführt ist, aus den Daten der Sensoreinheit laufend eine relative Position und relative Orientierung zwischen der Sattelzugmaschine und dem Sattelauflieger zu ermitteln und daraus ein Steuerkommando oder eine gewünschte Bahnkurve für die Sattelzugmaschine zu erzeugen, und wobei die Sattelzugmaschine ein Fahrsteuersystem aufweist, das dazu ausgeführt ist, das Steuerkommando bzw. die gewünschte Bahnkurve in Fahrbewegungen zum Auskuppeln oder Ankuppeln umzusetzen, wobei
- - die Recheneinheit in der Sattelzugmaschine angeordnet ist und die Sensoreinheit eine drahtlose Kommunikationseinheit aufweist, um über Funk die Daten der Sensoreinheit an die Recheneinheit der Sattelzugmaschine zu übermitteln, oder
- - die Recheneinheit stationär angeordnet ist und eine drahtlose Kommunikationseinheit aufweist, um über Funk das Steuerkommando oder die geplante Bahnkurve an das Fahrsteuersystem der Sattelzugmaschine zu übermitteln.
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In dem Fall, dass die Recheneinheit stationär angeordnet ist und eine drahtlose Kommunikationseinheit aufweist, um über Funk das Steuerkommando an das Fahrsteuersystem der Sattelzugmaschine zu übermitteln, kann das Steuerkommando nicht nur eine aktuelle gewünschte Bewegung der Sattelzugmaschine umfassen, sondern insbesondere auch eine geplante Bahnkurve.
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Die Sensoreinheit ist beispielsweise in einem Ladebereich an einem Dach angeordnet, einer Säule oder einem anderen Ort, von dem der vordere Bereich des Sattelaufliegers, an dem der Königszapfen angeordnet ist, gut beobachtbar ist. Hierfür weist die Sensoreinheit insbesondere eine 3D-Kamera auf - weitere Sensoren sind möglich, beispielsweise Ultraschallsensoren, Radar, Lidar, und Ähnliches.
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Die laufend ermittelte relative Position und relative Orientierung dient insbesondere dazu, eine Bahnkurve zu bestimmen, die zum erfolgreichen und zuverlässigen sowie sicheren Ankuppeln führt bzw. zum Auskuppeln. Zum Abfahren der Bahnkurve wird ein Steuerkommando erzeugt, welches mit dem Fahrsteuersystem der Sattelzugmaschine kompatibel ist. Ein solches Fahrsteuersystem ist dazu in der Lage, selbstständig Lenkeingriffe sowie Fahrbewegungen der Sattelzugmaschine zu kommandieren und durchzuführen. Die Sattelzugmaschine weist insoweit mindestens ein SAE Level von 2 auf, die Erfindung kann jedoch auch auf SAE Level 3-5 angewendet werden.
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Die Recheneinheit steuert im Übrigen bevorzugt auch die Entriegelung der Sattelkupplung für das Ankuppeln sowie die Verriegelung der Sattelkupplung nach dem Auskuppeln.
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Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass sowohl das Auskuppeln als auch das Ankuppeln der Sattelzugmaschine zum und vom Sattelauflieger sicherer gestaltet wird. Dadurch, dass stationäre Sensoren in einer Sensoreinheit verwendet werden, die eben nicht an dem Sattelauflieger oder der Sattelzugmaschine angebracht werden müssen, kann eine wiederholbare Ausführung sichergestellt werden, sowie das System einfacherer und kostengünstiger ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße System weist auch Vorteile bezüglich der Sicherheit des umgebenden Personals und Arbeitern auf, da der Kuppelvorgang zuverlässig gestaltet wird. Ferner besteht die Möglichkeit, bei hochautomatisierten Fahrzeugen wie Sattelzugmaschinen des SAE Levels 3-5 den Vorgang des Auskuppelns wie auch des Ankuppelns der Sattelzugmaschine zum und vom Sattelauflieger voll automatisiert durchzuführen, ohne dass dafür ein manueller Eingriff von Personal notwendig wäre.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Sensoreinheit eine 3D-Kamera.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Sattelauflieger einen Königszapfen auf, der in eine Sattelkupplung der Sattelzugmaschine einführbar ist, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, aus dem erfassten Sattelauflieger mittels eines vorgegebenen geometrischen Modells des Sattelaufliegers die Position des Königszapfens relativ zum Sattelauflieger zu ermitteln und zum Erzeugen des Steuerkommandos zu verwenden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Sattelauflieger einen Königszapfen auf, der in eine Sattelkupplung der Sattelzugmaschine einführbar ist, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, aus den Daten der Sensoreinheit die jeweils aktuelle Position des Königszapfens mit zu erfassen und zum Erzeugen des Steuerkommandos zu verwenden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, auf Basis eines vorab gespeicherten kinematischen Modells der Sattelzugmaschine eine gewünschte Bahnkurve zu ermitteln, eine aktuelle Bahnkurve der Sattelzugmaschine beim Auskuppeln oder Ankuppeln zu erfassen, und eine Regelung auf Basis der gewünschten Bahnkurve und der tatsächlichen Bahnkurve auszuführen.
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Das vorab gespeicherte kinematische Modell umfasst insbesondere geometrische Abmessungen, insbesondere der Sattelzugmaschine. Hiervon umfasst sind die Position der Räder, möglichen Lenkwinkel, geometrische Punkte der Ackermann Bedingung, die Position der Sattelkupplung sowie die Position der Drehachse der Sattelkupplung für den Königszapfen, usw.; Je nachdem, ob die Recheneinheit Teil der Sattelzugmaschine ist, oder stationär zusammen mit der Sensoreinheit gelagert ist, ist das kinematische Modell ohnehin im Bordcomputer der Sattelzugmaschine vorhanden und für das aktuelle Modell und Konfiguration der Sattelzugmaschine gültig. Befindet sich jedoch die Recheneinheit stationär am Lagerort, so ist das kinematische Modell auf den jeweiligen Typ der Sattelzugmaschine einzurichten und zu konfigurieren, wofür beispielsweise eine zentrale Datenbank bereitsteht, um für jeden einzelnen Typ einer Sattelzugmaschine ein entsprechendes kinematisches Modell bereitzustellen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das System weiterhin eine Eingabeeinheit auf, wobei die Eingabeeinheit dazu ausgeführt ist, die Eingabe eines Anwenders bezüglich vordefinierter Parameter der gewünschten Bahnkurve der Sattelzugmaschine beim Auskuppeln bzw. Ankuppeln zu erfassen, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, auf Basis der Eingabe das Steuerkommando zu ermitteln.
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Vordefinierte Parameter umfassen insbesondere eine Entfernung vom Sattelauflieger, von der an die Sattelzugmaschine eine gerade Bahnkurve einnehmen soll, um einen sicheren Ankuppel-Vorgang zu gewährleisten, bzw. innerhalb der die Sattelzugmaschine eine gerade Bahnkurve beim Verlassen des Sattelaufliegers nach dem Auskuppeln einhalten muss, und erst nach Verlassen dieser vorgegebenen Distanz eine Kurvenfahrt einnehmen kann. Weitere Parameter können eine höchstzulässige Geschwindigkeit oder ein höchstzulässiger Lenkwinkel sein. Weitere Parameter sind möglich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, aus den Daten der Sensoreinheit Hindernisse und/oder sich im Gefahrenbereich befindliche Personen zu erkennen und eine Warnung darüber auszugeben oder die Fahrt der Sattelzugmaschine zu stoppen, insbesondere wenn sich die jeweilige erfasste Person oder das jeweilige erfasste Hindernis innerhalb eines vorgegebenen Sicherheitsbereichs befindet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, beim Vorgang des Auskuppelns und des Ankuppelns jeweils eine Warneinheit zum Ausgeben eines Warnsignals anzusteuern, insbesondere die Warnblinkanlage und/oder die Hupe der Sattelzugmaschine.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das System weiterhin eine Notstoppvorrichtung auf, wobei die Notstoppvorrichtung dazu ausgeführt ist, eine Eingabe eines Anwenders zu erfassen und bei erfasster Eingabe ein Signal an das Fahrsteuersystem der Sattelzugmaschine zum Stoppen der Sattelzugmaschine zu übermitteln.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, beim Auskuppeln der Sattelzugmaschine von dem Sattelauflieger ein Steuerkommando zu erzeugen, sodass sich die Sattelzugmaschine an einen vordefinierten Ort bewegt. Insbesondere ist der vordefinierte Ort relativ zum Sattelauflieger definiert, um eine Mindestdistanz zum Sattelauflieger nach dem Auskuppeln zu erreichen.
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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 zeigt:
- 1: Ein System zum automatischen Auskuppeln und Ankuppeln einer Sattelzugmaschine von und an einen Sattelauflieger gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Darstellungen in der Figur sind schematisch und nicht maßstäblich.
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1 zeigt ein System 1 zum automatischen Auskuppeln und Ankuppeln einer Sattelzugmaschine 3 von und an einen Sattelauflieger 5. In der 1 ist ein Zustand gezeigt, bei dem der Sattelauflieger 5 in einem Ladebereich abgestellt ist, soeben beladen wurde und von einer Sattelzugmaschine 3 abgeholt werden soll. Dafür ist ein Ankuppeln der Sattelzugmaschine 3 an den Sattelauflieger 5 notwendig; die Sattelzugmaschine 3 muss daher zunächst zurücksetzen. Eine stationär an einer Säule angeordnete externe Sensoreinheit 7 mit einer 3D-Kamera überwacht mit ihrem Erfassungsbereich den Manöverbereich der Sattelzugmaschine 3 vorderhalb des vorderen Endes des Sattelaufliegers 5, um den Vorgang des Auskuppelns sowie des Ankuppelns zu fortwährend erfassen. Eine ebenfalls stationäre Recheneinheit 9 ist über eine Schnittstelle mit der Sensoreinheit 7 verbunden und ermittelt laufend aus den Daten der Sensoreinheit 7 eine relative Position und relative Orientierung zwischen der Sattelzugmaschine 3 und dem Sattelauflieger 5, um daraus laufend ein Steuerkommando in Form einer vorgegebenen Bahnkurve für die Sattelzugmaschine 3 zu erzeugen. Die Sattelzugmaschine 3 führt diese Bahnkurve mit ihrem Fahrsteuersystem 11 aus. Die gewünschte Bahnkurve wird hierbei über eine drahtlose Kommunikationseinheit der Recheneinheit 9 an das Fahrsteuersystem 11 übertragen. Der Sattelauflieger 5 weist einen Königszapfen 13 auf, der in eine Sattelkupplung der Sattelzugmaschine 3 einführbar ist. Die Recheneinheit 9 erfasst dessen Position relativ zur Sattelzugmaschine 3 laufend aus den Daten der Sensoreinheit 7 und verwendet diese Information zur exakten Erstellung des Steuerkommandos. Die kommandierte Bahnkurve für die Sattelzugmaschine 3 kann im Sinne einer Regelung laufend nachkorrigiert werden und aktualisiert werden, sodass die Sattelzugmaschine 3 zuverlässig die Sattelkupplung korrekt zum Königszapfen 13 positioniert.
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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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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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