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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Ankoppeln eines Aufliegers an ein Zugfahrzeug, eine Ankoppel-Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Fahrzeug aus einem Zugfahrzeug und einem Auflieger.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen ein Zugfahrzeug an ein Zielobjekt, beispielsweise einen Auflieger, manuell heranfährt, um an diesen anzudocken. Dies erfolgt meist mit großem Aufwand, indem der Fahrer eine Höhe einer Kupplungsplatte (5th-wheel) am Zugfahrzeug, in der ein Königszapfen des Aufliegers aufgenommen und fixiert werden kann, manuell einstellt und das Zugfahrzeug anschließend manuell an den Auflieger annähert. Anschließend wird die Kupplungsplatte manuell überwacht an den Königszapfen angenähert, um diesen in der Kupplungsplatte zu fixieren.
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Zur Erleichterung des Ankoppelvorgangs nach dem manuellen Annähern sind bereits Verfahren aus der
DE 10 2006 057 610 A1 ,
DE 10 2014 110 498 A1 ,
DE 10 2019 104 352 A1 ,
WO2007102777A1 ,
EP 1 740 400 B1 und der
EP 1 874 616 B1 bekannt. Um einen möglichst schnellen und sanften Ankoppelvorgang zu ermöglichen, bei dem Schäden an dem Königszapfen und/oder der Kupplungsplatte vermieden werden, ist in
DE 10 2016 011 323 A1 weiterhin vorgesehen, dass der Kontakt der Kupplungsplatte des Zugfahrzeugs mit der Sattelplatte des Aufliegers, die oberhalb des Königszapfens liegt, durch eine Änderung der Stellgeschwindigkeit bzw. eines Ist-Höhengradienten ermittelt wird, wobei der Ist-Höhengradient die Änderung der Höhe zwischen der wenigstens einen Hinterachse des Zugfahrzeugs und einem Fahrzeugaufbau, an der die Kupplungsplatte befestigt ist, angibt. Liegt eine Änderung vor, so kann darauf geschlossen werden, dass die Kupplungsplatte durch die Sattelplatte belastet wird, da sich die Stellgeschwindigkeit verringert hat. Nachteilig hierbei ist, dass eine Änderung in der Stellgeschwindigkeit bzw. dem Ist-Höhengradienten nicht zwangsläufig aus einer Berührung der Sattelplatte und der Kupplungsplatte resultiert.
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In
EP 2 921 350 B1 ist ferner ein Verfahren beschrieben, das den Fahrer eines Zugfahrzeuges bei einem Annäherungsvorgang an einen anzukoppelnden Anhänger unterstützt und dazu basierend auf Bilddaten einer Kamera eine Soll-Trajektorie ermittelt, entlang derer das Zugfahrzeug für den Ankoppelvorgang zu bewegen ist.
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In
US 20190367107 A1 ist ferner ein Verfahren angegeben, die ergänzend zu einem automatisierten Ankoppelvorgang auch einen automatisierten Annäherungsvorgang des Zugfahrzeuges an einen Auflieger umfassen, wobei dazu der Auflieger durch eine Kamera lokalisiert wird und anschließend durch automatisierte Ansteuerung des Zugfahrzeuges eine Annäherung des Kingpins an die Kupplungsplatte erfolgt.
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Ausgehend davon ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum automatisierten Ankoppeln eines Aufliegers an ein Zugfahrzeug anzugeben, das mit geringem Aufwand vollautomatisiert durchzuführen ist und dabei einen sicheren und zuverlässigen Annäherungs- und Ankoppelvorgang ermöglicht. Aufgabe ist weiterhin, eine Ankoppel-Anordnung und ein Fahrzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Ankoppel-Anordnung und ein Fahrzeug gemäß den weiteren unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen an.
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Erfindungsgemäß ist demnach ein Verfahren zum automatisierten Ankoppeln eines Aufliegers an ein Zugfahrzeug vorgesehen, wobei das Zugfahrzeug ein Fahrgestell und eine daran angeordnete Kupplungsplatte und der anzukoppelnde Auflieger eine Sattelplatte mit einem Königszapfen aufweist, wobei der Königszapfen im angekoppelten Zustand durch eine Verriegelungsvorrichtung, beispielsweise einen Riegel oder eine Klemme, schwenkbar in einem Aufnahmeschlitz an der Kupplungsplatte fixiert werden kann, wobei mindestens die folgenden Schritten vorgesehen sind:
- - Identifizieren des anzukoppelnden Aufliegers in einer Umgebung um das Zugfahrzeug;
- - Lokalisieren des anzukoppelnden Aufliegers, wenn dieser in der Umgebung identifiziert werden konnte, wobei dazu beispielsweise eine Pose des anzukoppelnden Aufliegers aus Umgebungs-Signalen eines Umgebungserfassungssystems ermittelt wird;
- - Durchführen eines Annäherungsvorganges, bei dem sich das Zugfahrzeug automatisiert in einer longitudinalen Richtung an den anzukoppelnden Auflieger annähert, vorzugsweise entlang einer vorher ermittelten Soll-Trajektorie;
- - automatisiertes Anhalten des Zugfahrzeuges, wenn die Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges in longitudinaler Richtung zumindest anteilig überdeckt ohne diese dabei zu berühren;
- - nachfolgendes automatisiertes Verändern einer Höhe des Fahrgestells des Zugfahrzeuges an bzw. gegenüber mindestens einer Hinterachse des Zugfahrzeuges derartig, dass sich die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges an die Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers annähert, wobei dies vorzugsweise über ein Niveauregelsystem im Zugfahrzeug erfolgt, wobei sich die Höhe des Fahrgestells gegenüber der mindestens einen Hinterachse des Zugfahrzeuges durch eine Ansteuerung des Niveauregelsystems verändern lässt, wobei das Einstellen der Höhe über das Niveauregelsystem vorzugsweise durch Festlegen eines Soll-Höhenwertes erfolgt;
- - automatisiertes Beibehalten der Höhe des Fahrgestells an bzw. gegenüber der mindestens einen Hinterachse sobald ein Ankoppelkriterium erfüllt ist und/oder die Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges berührt;
- - automatisiertes Betätigen des Verriegelungsmechanismus, sobald der Königszapfen in dem Aufnahmeschlitz der Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges aufgenommen ist, um den Königszapfen schwenkbar an der Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges zu fixieren.
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Vorteilhafterweise wird also ein vollautomatisierter Ankoppelvorgang samt Annäherung des Zugfahrzeuges an den anzukoppelnden Auflieger vorgeschlagen, bei dem sichergestellt werden kann, dass die Sattelplatte im Nahbereich zuverlässig an die Kupplungsplatte angenähert wird und der Auflieger anschließend schwenkbar am Zugfahrzeug fixiert wird. Dabei wird das Zugfahrzeug im Nahbereich gezielt derartig an den Auflieger angenähert, dass sich die Sattelplatte und die Kupplungsplatte zwar in Überdeckung befinden aber sich dabei noch nicht berühren, um insbesondere Beschädigungen durch eine falsche Höheneinstellung zu vermeiden. Erst dann, wenn sich die Platten in Überdeckung befinden, wird durch eine gezielte Verstellung der Höhe des Fahrgestells des Zugfahrzeuges, vorzugsweise über das Niveauregelsystem, eine kontrollierte Annäherung beider Platten aneinander bewirkt. Nach einer festgestellten Berührung kann dann auf kontrollierte Weise eine Verriegelung erfolgen. Sämtliche Schritte können dabei automatisiert erfolgen, so dass auch ohne ein aktives Eingreifen eines Fahrers oder ohne das Vorhandensein eines Fahrers ein Ankoppeln an einen vorab festgelegten Auflieger beispielsweise auf einem Betriebshof erfolgen kann.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass zum Identifizieren des anzukoppelnden Aufliegers geprüft wird, ob sich in der Umgebung um das Zugfahrzeug ein Auflieger mit einer Ist-Auflieger-Identifikation befindet und die Ist-Auflieger-Identifikation mit einer vorab festgelegten Soll-Auflieger-Identifikation übereinstimmt, wobei der derartig identifizierte anzukoppelnde Auflieger bei einer Übereinstimmung nachfolgend lokalisiert wird. Vorteilhafterweise kann der anzukoppelnde Auflieger also zunächst durch die Analyse eines einfachen Indikators, der Ist-Auflieger-Identifikation, beispielsweise einer einfachen alphanumerischen Kennzeichnung, vollautomatisiert in der Umgebung gesucht werden. Die Soll-Auflieger-Identifikation kann dabei beispielsweise vom Fahrer manuell oder von einem Yard-Controller eines Betriebshofes automatisiert vorgegeben werden, um festzulegen, welcher Auflieger anzukoppeln ist.
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Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Ist-Auflieger-Identifikation auf einem Marker an dem anzukoppelnden Auflieger und/oder auf einem RFID-Transponder an dem anzukoppelnden Auflieger hinterlegt ist. Dadurch kann die Ist-Auflieger-Identifikation in einfacher Weise vollautomatisiert erkannt werden, da ein Marker, beispielsweise ein Aruco-Marker oder ein Barcode, bzw. der RFID-Transponder über eine entsprechende Sensorik eines Umgebungserfassungssystems in einfacher Weise ohne manuelles Zutun erkannt und die darauf codierten bzw. gespeicherten Informationen ausgewertet werden können. Der anzukoppelnde Auflieger kann dadurch auf einfache und zuverlässige Weise automatisiert erkannt werden.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass zur Lokalisierung des anzukoppelnden Aufliegers, insbesondere durch Ermitteln einer Pose (Position und Orientierung im Raum) des Aufliegers, eine Analyse von Kamera-Signalen mindestens einer Kamera mittels eines Bildverarbeitungs-Algorithmus, insbesondere eines Structure-from-Motion-Algorithmus, erfolgt. Grundsätzlich kann auch eine Verarbeitung von Kamera-Signalen einer Stereo-Kamera vorgesehen sein, um den anzukoppelnden Auflieger zu lokalisieren bzw. dessen Pose zu ermitteln. Vorteilhafterweise kann also auf mindestens eine Kamera im Zugfahrzeug zurückgegriffen werden, die ohnehin vorhanden ist, um die Lokalisierung in einfacher Weise durch entsprechende Bildverarbeitung durchzuführen und den Auflieger damit zuverlässig zu erfassen. Neben einer Kamera können aber auch Laserscanner oder weitere Sensoren herangezogen werden.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass vor dem Durchführen des Annäherungsvorganges eine Soll-Trajektorie ermittelt wird, entlang derer sich das Zugfahrzeug beim Durchführen des Annäherungsvorganges automatisiert bewegt, um sich an den vorher lokalisierten Auflieger anzunähern. Dadurch kann eine zuverlässige Annäherung erfolgen, wobei zur Ermittlung der Soll-Trajektorie beispielsweise auch die bereits zur Lokalisierung ermittelte Pose herangezogen werden kann. Dadurch kann eine gezielte Annäherung erfolgen, bei der sich die Kupplungsplatte und die Sattelplatte in einem geeigneten Winkel zueinander befinden, um eine optimale Annäherung, insbesondere eine optimale Aufnahme des Königszapfens im Aufnahmeschlitz zu gewährleisten. Ergänzend kann dazu vorgesehen sein, dass eine Relativposition des Königszapfens am anzukoppelnden Auflieger bei der Ermittlung der Soll-Trajektorie berücksichtigt wird. Die Relativposition kann dabei beispielsweise auf dem Marker und/oder auf dem RFID-Transponder am anzukoppelnden Auflieger codiert sein.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass während und/oder nach dem Durchführen des Annäherungsvorganges ein longitudinaler Abstand zwischen einem Kupplungsplatten-Bezugspunkt an der Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges und einem Königszapfen-Bezugspunkt an dem Königszapfen des anzukoppelnden Aufliegers ermittelt wird und geprüft wird, ob der longitudinale Abstand einen ersten longitudinalen Sicherheitsabstand von beispielsweise 4m und/oder einen zweiten longitudinalen Sicherheitsabstand von beispielsweise 1.2m unterschreitet. Der Königszapfen-Bezugspunkt an dem Königszapfen des anzukoppelnden Aufliegers kann dazu beispielsweise vorab aus der Relativposition des Königszapfens am anzukoppelnden Auflieger aus geometrischen Betrachtungen ermittelt werden, während der Kupplungsplatten-Bezugspunkt am Zugfahrzeug bekannt ist. Die Relativposition kann dabei beispielsweise auf dem Marker und/oder auf dem RFID-Transponder am anzukoppelnden Auflieger codiert sein. Auf diese Weise kann der Annäherungsvorgang bzw. die Annäherung der Kupplungsplatte an die Sattelplatte am anzukoppelnden Auflieger in einfacher und zuverlässiger Weise überwacht werden und bei relevanten Positionen bzw. Abständen insbesondere im Nahbereich gezielt reagiert werden.
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So kann gemäß einer bevorzugten Ausführung beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einem Feststellen, dass der longitudinale Abstand zwischen dem ersten longitudinalen Sicherheitsabstand und dem zweiten longitudinalen Sicherheitsabstand liegt, die Höhe des Fahrgestells des Zugfahrzeuges gegenüber der mindestens einen Hinterachse des Zugfahrzeuges derartig eingestellt wird, dass sich die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges und die Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers nicht berühren, wenn bei einer nachfolgenden Verringerung des longitudinalen Abstandes (weitere Annäherung) die Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges in longitudinaler Richtung zumindest anteilig überdeckt.
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Diese Einstellung liegt vorzugsweise dann vor, wenn die Höhe des Fahrgestells, vorzugsweise über das Niveauregelsystem, auf eine Mindesthöhe eingestellt wird, wobei dadurch vorteilhafterweise sichergestellt wird, dass sich die Kupplungsplatte und die Sattelplatte vor dem und vor allem bei dem nachfolgenden in Überdeckung bringen nicht berühren (können) und dadurch Schäden vermieden werden. Dabei dient dieser Schritt nicht dazu, die Kupplungsplatte derartig in vertikaler Richtung auszurichten, dass der Königszapfen optimal in dem Aufnahmeschlitz aufgenommen werden kann vor der Verriegelung. Vielmehr dient dies lediglich der Vorbereitung, um das nachfolgende berührungslose Annähern der beiden Platten aneinander in longitudinaler Richtung (bis zur Überdeckung) zu erleichtern. Dadurch kann auch sichergestellt werden, dass sich beide Platten erst dann berühren, wenn diese im nachfolgenden Schritt gezielt aneinander angenähert werden. Um diesen Vorgang sicherer zu gestalten, kann das Zugfahrzeug zumindest temporär in den Stillstand gebracht werden, bis die einzustellende Höhe, insbesondere die Mindesthöhe, erreicht ist.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass das Zugfahrzeug automatisiert angehalten wird, wenn festgestellt wird, dass der longitudinale Abstand den zweiten longitudinalen Sicherheitsabstand unterschritten hat, wobei bei einem Unterschreiten des zweiten longitudinalen Sicherheitsabstandes angenommen wird, dass die Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges in longitudinaler Richtung zumindest anteilig überdeckt, ohne diese zu berühren. Mit dem zweiten longitudinalen Sicherheitsabstand wird also ein Abstand definiert, für den bei herkömmlichen Geometrien eine Überdeckung erfolgt ist, so dass das in Überdeckung bringen in einfacher Weise durch Überwachung des longitudinalen Abstandes festgestellt werden kann anschließend die nachfolgenden Schritte für die Annäherung der Platten aneinander entsprechend eingeleitet werden können.
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Dabei kann weitergehend vorgesehen sein, dass das Zugfahrzeug bei Unterschreiten des zweiten Sicherheitsabstandes automatisiert angehalten wird, bevor der Königszapfen am anzukuppelnden Auflieger die Kupplungsplatte am Zugfahrzeug in lateraler Richtung überdeckt, vorzugsweise bevor der longitudinale Abstand 0.7m unterschreitet. Dadurch kann nach Unterschreiten des zweiten longitudinalen Sicherheitsabstandes ferner sichergestellt werden, dass bei der nachfolgenden Annäherung der Platten aneinander durch Verstellung der Höhe des Fahrgestells der Königszapfen nicht gegen die Kupplungsplatte gelangt und dadurch Beschädigungen auftreten und/oder das Feststellen einer Berührung der beiden Platten ungewollt beeinflusst wird.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass nach dem automatisierten Beibehalten der Höhe des Fahrgestells gegenüber der mindestens einen Hinterachse aufgrund einer Berührung der Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers mit der Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges das Zugfahrzeug derartig automatisiert in longitudinaler Richtung bewegt wird, dass der Königszapfen des anzukoppelnden Aufliegers in den Aufnahmeschlitz der Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges gelangt, wobei dies beispielsweise durch eine minimale Höhenanpassung unterstützt werden kann (bei geneigter Sattel- und Kupplungsplatte). Dadurch wird insbesondere erreicht, dass der Königszapfen in die endgültige Stellung gebracht wird, um darin durch die Verriegelungseinrichtung verriegelt werden zu können. Dies ist insbesondere dann vorgesehen, wenn vorab vermieden wird, dass sich der Königszapfen in lateraler Überdeckung mit der Kupplungsplatte befindet.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass weiterhin mindestens die folgenden Schritte ausgeführt werden:
- - Einlesen eines Referenz-Höhenverlaufes, wobei der Referenz-Höhenverlauf unterschiedlichen Ist-Höhenwerten für die Höhe des Fahrgestells gegenüber der mindestens einen Hinterachse einen Referenz-Höhengradienten zuordnet;
- - fortlaufendes Ermitteln von Ist-Höhenwerten und von Ist-Höhengradienten während des automatisierten Veränderns der Höhe des Fahrgestells gegenüber der mindestens einen Hinterachse, wobei einem Ist-Höhenwert der aktuell ermittelte Ist-Höhengradient zugeordnet wird;
- - Prüfen des Ankoppelkriteriums durch Vergleichen eines aktuell ermittelten Ist-Höhengradienten mit einem Referenz-Höhengradienten, wobei der Referenz-Höhengradient herangezogen wird, der in dem eingelesenen Referenz-Höhenverlauf demselben Ist-Höhenwert zugeordnet ist wie der aktuell ermittelte Ist-Höhengradient;
- - Ermitteln, ob der aktuell ermittelte Ist-Höhengradient von dem Referenz-Höhengradienten abweicht, wobei bei einer Abweichung angenommen wird, dass die Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges berührt und/oder das Ankoppelkriterium erfüllt ist.
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Vorteilhafterweise kann durch diese Schritte erreicht werden, dass auf eine Berührung der Kupplungsplatte mit der Sattelplatte erst dann geschlossen wird, wenn der Ist-Höhengradient von dem Referenz-Höhengradient abweicht. Daher ist der Indikator für dieses Ereignis nicht mehr eine Veränderung des Ist-Höhengradienten an sich, sondern die Abweichung von der Referenz. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Fahrgestell beim Annähern der Kupplungsplatte an die Sattelplatte aufgrund von systeminternen Einstellungen des Niveauregelsystems mit einer veränderten Stellgeschwindigkeit und damit einem veränderten Ist-Höhengradienten nach oben verfahren wird, ohne dass eine geänderte Belastung auf die Kupplungsplatte wirkt. Das Prüfen des Ankoppelkriteriums wird dadurch sicherer und der Ankoppelvorgang kann zuverlässiger und ohne Fehlinterpretationen durchgeführt werden.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Referenz-Höhenverlauf vorab ermittelt wird, ohne dass die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges belastet wird, wobei dazu die Höhe des Fahrgestells gegenüber der mindestens einen Hinterachse zwischen einem ersten Höhenwert, beispielsweise einer Minimalhöhe, und einem zweiten Höhenwert, beispielsweise einer Maximalhöhe, einmalig oder mehrmalig verändert wird und während des Veränderns der Höhe des Fahrgestells gegenüber der mindestens einen Hinterachse fortlaufend Ist-Höhenwerte und Ist-Höhengradienten ermittelt werden, wobei einem Ist-Höhenwert der aktuell ermittelte Ist-Höhengradient als Referenz-Höhengradient zugeordnet und in dem Referenz-Höhenverlauf abgespeichert wird. Dadurch wird eine einfache Ermittlung des Referenz-Höhenverlaufes ermöglicht, was insbesondere unmittelbar vor dem Ankoppelvorgang erfolgen kann, so dass auf eine aktuelle Referenz zurückgegriffen werden kann, die das aktuelle systeminterne Verhalten des Niveauregelsystems widerspiegelt.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Ist-Höhengradient und/oder der Referenz-Höhengradient durch ein zeitlich versetztes Bestimmen von Ist-Höhenwerten erfolgt, wobei der zeitliche Versatz zwischen 100ms und 300ms beträgt. Dadurch wird eine einfache Ermittlung des jeweiligen Gradienten ermöglicht, wobei der zeitliche Versatz derartig gewählt ist, dass auf eine Berührung der Sattelplatte und der Kupplungsplatte rechtzeitig reagiert werden kann.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass das Ankoppelkriterium erfüllt ist, wenn der aktuell ermittelte Ist-Höhengradient einen Gradienten-Schwellwert unterschreitet, wobei der Gradienten-Schwellwert vorzugsweise in Abhängigkeit eines Toleranzfaktors aus dem Referenz-Höhengradienten ermittelt wird, vorzugsweise aus dHS = T x dHR. Dadurch wird sichergestellt, dass auf eine Berührung zwischen der Kupplungsplatte und der Sattelplatte nicht bereits bei jeglichen Abweichungen geschlossen wird, da diese auch messtechnisch bedingt sein können. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Toleranzfaktor zwischen 0,7 und 0,85 liegt, vorzugsweise bei 0,8. Bei einer Abweichung von zwischen mindestens 15% und mindestens 30%, vorzugsweise mindestens 20% kann mit hoher Sicherheit davon ausgegangen werden, dass eine Berührung erfolgt ist.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass für das Erfüllen des Ankoppelkriteriums ergänzend geprüft wird, ob ein Ist-Achslastwert, der eine Achslast auf die mindestens eine Hinterachse des Zugfahrzeuges bei Vorliegen einer Abweichung zwischen dem aktuell ermittelten Ist-Höhengradienten und dem Referenz-Höhengradienten angibt, von einer Referenz-Achslast, die vor dem Verändern der Höhe des Fahrgestells des Zugfahrzeuges gegenüber der mindestens einen Hinterachse des Zugfahrzeuges ermittelt wird, nach oben hin abweicht. Vorteilhafterweise kann also durch eine Auswertung der Achslast darauf geschlossen werden, ob der Auflieger zusätzlich auf das Fahrgestell bzw. die Hinterachse einwirkt. Dadurch kann eine Plausibilisierung erfolgen. Im Speziellen kann dabei vorgesehen sein, dass das Ankoppelkriterium erfüllt ist, wenn eine Achslast-Differenz zwischen der Referenz-Achslast und dem Ist-Achslastwert bei Vorliegen einer Abweichung zwischen dem aktuell ermittelten Ist-Höhengradienten und dem Referenz-Höhengradienten darauf hinweist, dass sich die Achslast auf die mindestens eine Hinterachse um mehr als 1t verändert hat. Dies ist ein sicheres Kriterium, ob der Auflieger über die Kupplungsplatte auf die Hinterachse einwirkt.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Ist-Achslastwert und/oder die Referenz-Achslast über das Niveauregelsystem ermittelt wird. Vorteilhafterweise sind also keine weiteren Sensoren für eine derartige Plausibilisierung nötig.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass nach dem Betätigen des Verriegelungsmechanismus zum schwenkbaren Fixieren des Königszapfens an der Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges weiterhin mindestens ein Schritt durchgeführt wird, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
- - automatisiertes Ausbilden einer elektrischen und/oder hydraulischen und/oder pneumatischen Verbindung, insbesondere einer Stecker-Buchse-Verbindung, zwischen dem Zugfahrzeug und dem angekoppelten Auflieger,
- - Prüfen einer Funktionsfähigkeit von elektronischen Auflieger-Systemen im angekoppelten Auflieger,
- - Einlegen einer Auflieger-Parkbremse am angekoppelten Auflieger und/oder einer Zugfahrzeug-Parkbremse am Zugfahrzeug,
- - Hochschwenken oder Einfahren einer Stütze am angekoppelten Auflieger,
- - Rücksetzen der Höhe des Fahrgestells gegenüber der mindestens einen Hinterachse des Zugfahrzeuges.
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Auf diese Weise kann der Umfang des automatisierten Ankoppelvorgangs noch erweitert werden, indem auch nach dem Ankoppeln noch für die nachfolgende Fahrt möglicherweise relevante Schritte automatisiert vorgenommen werden. Der Fahrer, insofern vorhanden, kann dadurch entlastet werden bzw. kann eine vollautomatisierte Fahrt beispielsweise auf einem Betriebshof sichergestellt werden, ohne dabei auf Funktion des Aufliegers zu verzichten, beispielsweise ein funktionsfähiges Bremssystem im Auflieger.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Ankoppel-Anordnung für ein Zugfahrzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, wobei die Ankoppel-Anordnung mindestens aufweist:
- - ein Umgebungserfassungssystem zum Erfassen einer Umgebung um das Zugfahrzeug, insbesondere mit einer Kamera und/oder einem Lasersensor und/oder einem RFID-Lesegerät;
- - eine Identifizierungseinrichtung zum Identifizieren eines anzukoppelnden Aufliegers in einer Umgebung um das Zugfahrzeug;
- - eine Lokalisierungseinrichtung zum Lokalisieren des anzukoppelnden Aufliegers, wenn dieser in der Umgebung identifiziert werden konnte;
- - eine Bewegungs-Steuereinheit, die ausgebildet ist, ein Antriebssystem, ein Bremssystem sowie ein Lenksystem des Zugfahrzeuges automatisiert anzusteuern,
- - eine Verriegelungsvorrichtung zum schwenkbaren Fixieren eines Königszapfens eines anzukuppelnden Aufliegers mit einer Verriegelungs-Steuereinheit zum Betätigen der Verriegelungsvorrichtung, und
- - eine Ankoppel-Steuereinrichtung, die ausgebildet ist,
- -- einen Annäherungsvorganges durchzuführen, bei dem sich das Zugfahrzeug durch Ansteuerung der Bewegungs-Steuereinheit automatisiert in einer longitudinalen Richtung an den anzukoppelnden Auflieger annähert;
- -- das Zugfahrzeug automatisiert anzuhalten, wenn eine Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers eine Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges in longitudinaler Richtung zumindest anteilig überdeckt;
- -- eine Höhe eines Fahrgestells des Zugfahrzeuges gegenüber mindestens einer Hinterachse des Zugfahrzeuges derartig automatisiert zu verändern, dass sich die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges an die Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers annähert;
- -- die Höhe des Fahrgestells gegenüber der mindestens einen Hinterachse automatisiert beizubehalten, sobald ein Ankoppelkriterium erfüllt ist und/oder die Sattelplatte des anzukoppelnden Aufliegers die Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges berührt;
- -- den Verriegelungsmechanismus automatisiert zu betätigen, sobald der Königszapfen in einem Aufnahmeschlitz der Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges aufgenommen ist, um den Königszapfen schwenkbar an der Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges zu fixieren.
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Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Ankoppel-Anordnung weiterhin ein Niveauregelsystem umfasst, wobei die Ankoppel-Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Höhe des Fahrgestells gegenüber der mindestens einen Hinterachse des Zugfahrzeuges durch eine Ansteuerung des Niveauregelsystems zu verändern.
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Dabei sind die einzelnen Systeme miteinander signalleitend verbunden, beispielsweise über den Datenbus das Zugfahrzeuges, so dass beispielsweise die Lokalisierungseinrichtung und die Identifizierungseinrichtung Zugriff auf das Umgebungserfassungssystem haben und die Ankoppel-Steuereinrichtung die Ankoppel-Anordnung aus den einzelnen Systemen koordinieren kann.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Fahrzeug bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem an das Zugfahrzeug ankuppelbaren Auflieger vorgesehen, wobei das Zugfahrzeug ein Fahrgestell und eine daran angeordnete Kupplungsplatte und der Auflieger eine Sattelplatte mit einem Königszapfen aufweist, wobei der Königszapfen im angekoppelten Zustand durch eine Verriegelungsvorrichtung schwenkbar an der Kupplungsplatte fixiert werden kann, wobei das Zugfahrzeug weiterhin eine erfindungsgemäße Ankoppel-Anordnung aufweist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein zweiteiliges Fahrzeug aus einem Zugfahrzeug und einem Auflieger;
- 1a eine Detailansicht einer Kupplungsplatte des Zugfahrzeuges gemäß 1;
- 2, 2a Flussdiagramme zum erfindungsgemäßen Verfahren;
- 3, 5, 7 das zweiteilige Fahrzeug gemäß 1 während des erfindungsgemäßen Ankoppelvorgangs;
- 4, 6 Diagramme zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 8 eine schematische Ansicht einer Verbindung zwischen dem Auflieger und dem Zugfahrzeug.
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In 1 ist schematisch ein zweiteiliges Fahrzeug 1, insbesondere ein Nutzfahrzeug, dargestellt, das aus einem Zugfahrzeug 1a und einem abgestellten Auflieger 1b besteht. Das Zugfahrzeug 1a weist ein Fahrgestell 2 oder Fahrzeugrahmen auf, an dem sich die Fahrerkabine 3 sowie eine Kupplungsvorrichtung mit einer Kupplungsplatte 5 (hitch plate, 5th wheel) zum Ankoppeln des Aufliegers 1b an das Zugahrzeug 1a befinden. An dem Auflieger 1b ist ein Königszapfen 6 unterhalb einer Sattelplatte 7 befestigt, wobei der Königszapfen 6 in einem Aufnahmeschlitz 8 (s. 1a) in der Kupplungsplatte 5 des Zugfahrzeuges 1a aufgenommen und darin über eine Verriegelungsvorrichtung 4, beispielsweise einen Riegel oder eine Klemme, verriegelt bzw. fixiert werden kann, um den Auflieger 1b schwenkbar an das Zugfahrzeug 1a anzukoppeln. Die Verriegelungsvorrichtung 4 kann dabei automatisiert über eine Verriegelungs-Steuereinrichtung 4a betätigt werden, um für ein automatisiertes Verriegeln/Fixieren des Königszapfens im Aufnahmeschlitz 8 bzw. auch ein automatisiertes Lösen des Königszapfens 6 zu sorgen.
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Das Zugfahrzeug 1a weist ferner ein Niveauregelsystem 10, z.B. ein ECAS („Electronically Controlled Air Suspension“, Elektronisch geregelte Luftfederung) auf, über das das Fahrgestell 2 gegenüber einer oder mehrerer Hinterachsen 11 des Zugfahrzeuges 1a aktiv angehoben oder abgesenkt werden kann. Da die Kupplungsvorrichtung mit der Kupplungsplatte 5 mit dem Fahrgestell 2 fest verbunden ist, wird über das Niveauregelsystem 10 gleichzeitig auch eine Höhe der Kupplungsplatte 5 gegenüber der Hinterachse(n) 11 und daher auch gegenüber einem Untergrund U eingestellt.
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Das Niveauregelsystem 10 wird von einer Niveauregel-Steuereinrichtung 12 gesteuert. Diese kann bei Vorliegen eines Niveauregel-Signals SN das Fahrgestell 2 entsprechend gegenüber der oder den Hinterachsen 11 aktiv anheben oder absenken, beispielsweise durch ein aktives Belüften oder Entlüften von Federbälgen (nicht dargestellt) des Niveauregelsystems 10. Das Niveauregel-Signal SN kann beispielsweise einen Soll-Höhenwert HSoll beinhalten, über das der Niveauregel-Steuereinrichtung 12 eine gewünschte Höhe H zwischen dem Fahrgestell 2 und der oder den Hinterachsen 11 vorgegeben werden kann.
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Weiterhin weist das Niveauregelsystem 10 einen Höhensensor 13 auf, der ausgebildet ist, die aktuell vorliegende Höhe H zwischen dem Fahrgestell 2 und der oder den Hinterachsen 11 zu messen. Das Niveauregelsystem 10 kann einen entsprechenden Ist-Höhenwert Hlst, der die aktuell gemessene Höhe H charakterisiert, über ein Höhen-Signal SH ausgeben. Aus diesem Ist-Höhenwert Hlst kann grundsätzlich aus einfachen geometrischen Betrachtungen auch die Höhe zwischen der Kupplungsplatte 5 und der oder den Hinterachse(n) 11 bzw. dem Untergrund U abgeleitet werden.
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Im Zugfahrzeug 1a ist weiterhin eine Ankoppel-Steuereinrichtung 14 vorgesehen, über die ein Ankoppelvorgang AV gesteuert werden kann. Die Ankoppel-Steuereinrichtung 14 ist dabei ausgebildet, das Höhen-Signal SH mit dem Ist-Höhenwert Hlst einzulesen und ein Niveauregel-Signal SN mit einem entsprechenden Soll-Höhenwert HSoll an die Niveauregel-Steuereinrichtung 12 auszugeben, um ein Absenken oder Anheben des Zugfahrzeuges 1a aktiv anzufordern.
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Die Ankoppel-Steuereinrichtung 14 kann dazu in der Niveauregel-Steuereinrichtung 12 integriert sein oder aber als externe Einheit, z.B. zum Nachrüsten oder Erweitern eines bestehenden Niveauregelsystems 10, vorgesehen sein. Als externe Einheit kann die Ankoppel-Steuereinrichtung 14 beispielsweise über einen Datenbus 15, beispielsweise einen CAN-Bus 15a, mit der Niveauregel-Steuereinrichtung 12 kommunizieren, um die Signale SN, SH auszutauschen.
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Ferner ist im Zugfahrzeug 1a eine Identifizierungseinrichtung 30 mit Zugriff auf ein Umgebungserfassungssystem 31 angeordnet. Das Umgebungserfassungssystem 31 weist gemäß der gezeigten Ausführungsform eine Kamera 32, einen Laserscanner 33 und ein RFID-Lesegerät 34 auf, um eine Umgebung V um das Zugfahrzeug 1a entsprechend berührungslos abzuscannen. Das Umgebungserfassungssystem 31 mit der entsprechenden Sensorik (32, 33, 34) kann bereits Bestandteil des Zugfahrzeuges 1a sein, so dass keine Nachrüstung nötig ist und ein bestehendes Umgebungserfassungssystem 31 durch Ausbilden einer entsprechenden signalleitenden Verbindung mitbenutzt werden kann.
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Mit der Identifizierungseinrichtung 30 kann mithilfe des Umgebungserfassungssystems 31 in einem Identifizierungsvorgang IV zunächst festgestellt werden, ob beispielsweise auf einem Betriebshof ein anzukoppelnder Auflieger 1b vorhanden ist, der eine bestimmte Soll-Auflieger-Identifikation IDSoll aufweist. Die Soll-Auflieger-Identifikation IDSoll kann beispielsweise vom Fahrer oder vom Personal des Betriebshofes vorab vorgegeben werden und zu einem Auflieger 1b gehören, der an das betreffende Zugfahrzeug 1a angekoppelt werden soll.
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Der Identifizierungsvorgang IV erfolgt vorzugsweise mithilfe der Kamera 32, die in Abhängigkeit der von ihr erfassten Umgebung V Kamera-Signale S32 erzeugt und ausgibt, die wiederum als Umgebungs-Signale SV an die Identifizierungseinrichtung 30 übermittelt werden. Anhand dieser Umgebungs-Signale SV kann die Identifizierungseinrichtung 30 dann über einen entsprechenden Bildverarbeitungs-Algorithmus AB beispielsweise einen Marker M erkennen, der auf einem Auflieger 1b in der Umgebung V aufgebracht ist, beispielsweise einen Aruco-Marker oder einen Barcode, o.ä..
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Auf dem jeweiligen Marker M sind dabei eindeutige Informationen über den jeweiligen Auflieger 1b codiert bzw. gespeichert, beispielsweise eine dem jeweiligen Auflieger 1b zugeordnete Ist-Auflieger-Identifikation IDIst sowie auch eine Relativposition PRel des Königszapfens 6 relativ zu einem Bezugspunkt am jeweiligen Auflieger 1b, beispielsweise relativ zum Marker M. Auf diese Weise kann in dem Identifizierungsvorgang IV von der Identifizierungseinrichtung 30 anhand der Umgebungs-Signale SV eindeutig ermittelt werden, ob der Auflieger 1b, auf dem der Marker M aufgebracht ist, die Soll-Auflieger-Identifikation IDSoll aufweist, d.h. ob der erkannte Auflieger 1b angekuppelt werden soll.
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Alternativ oder ergänzend kann auch auf das RFID-Lesegerät 34 des Umgebungserfassungssystems 31 zurückgegriffen werden, das mit einem RFID-Transponder 35 zusammenwirken kann, der an einem Auflieger 1b in der Umgebung V angeordnet ist. In Abhängigkeit davon kann das RFID-Lesegerät 34 RFID-Signale S34 erzeugen und ausgeben, die wiederum als Umgebungs-Signale SV an die Identifizierungseinrichtung 30 übermittelt werden. Das RFID-Lesegerät 34 ist dabei in der Lage, die auf dem RFID-Transponder 35 codierten bzw. gespeicherten Informationen, beispielsweise die Ist-Auflieger-Identifikation IDIst des betreffenden Aufliegers 1b sowie auch die Relativposition PRel des Königszapfens 6 relativ zu einem Bezugspunkt am jeweiligen Auflieger 1b, beispielsweise relativ zum Marker M, auszulesen. Auf diese Weise kann in dem Identifizierungsvorgang IV von der Identifizierungseinrichtung 30 anhand der Umgebungs-Signale SV ebenfalls eindeutig ermittelt werden, ob der Auflieger 1b, an dem der RFID-Transponder 35 angebracht ist, die Soll-Auflieger-Identifikation IDSoll aufweist bzw. ein anzukoppelnder Auflieger 1b ist oder nicht.
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Das Zugfahrzeug 1a weist weiterhin eine Lokalisierungseinrichtung 36 mit Zugriff auf das oben bereits genannte Umgebungserfassungssystem 31 auf, die ausgebildet ist, ein Objekt in der Umgebung V, insbesondere einen in dem Identifizierungsvorgang IV identifizierten, anzukoppelnden Auflieger 1b zu lokalisieren (Lokalisierungsvorgang LV). Die Lokalisierungseinrichtung 36 kann dabei ebenfalls die Umgebungs-Signale SV verarbeiten, vorzugsweise die als Kamera-Signale S32 ausgegebenen Umgebungs-Signale SV. Diese können auf der Lokalisierungseinrichtung 36 mit einem entsprechenden Bildverarbeitungs-Algorithmus AB, beispielsweise einem Structure-from-Motion-Algorithmus ASfM, analysiert werden, z.B. um den vorab mit der Soll-Auflieger-Identifikation IDSoll erkannten, anzukoppelnden Auflieger 1b vorzugsweise samt dessen Pose POS, d.h. dessen Position und Lage im Raum, genau zu lokalisieren. Mit dem Structure-from-Motion-Algorithmus SfM kann aus mindestens zwei Bildern von einer einzigen sich bewegenden Kamera 32, wobei die Bilder ein Objekt, insbesondere den anzukoppelnden Auflieger 1b aus unterschiedlichen Perspektiven darstellen, über eine Transformationsmatrix eine räumliche Anordnung des Objektes bzw. des anzukoppelnden Aufliegers 1b abgeschätzt werden.
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Alternativ kann der Lokalisierungsvorgang LV auch auf einen anderen Bildverarbeitungs-Algorithmus AB und/oder auf andere Sensoren zurückgreifen, um anhand der Umgebungs-Signale SV einen anzukoppelnden Auflieger 1b in der Umgebung V exakt zu lokalisieren. Beispielsweise kann eine Stereo-Kamera (nicht dargestellt) verwendet werden, anhand derer eine räumliche Anordnung des anzukoppelnden Aufliegers 1b ermittelt werden kann.
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Das Zugfahrzeug 1a weist weiterhin eine Trajektorien-Einheit 40 mit Zugriff auf das Umgebungserfassungssystem 31 auf, die in der Lage ist, anhand der Umgebungs-Signale SV eine Soll-Trajektorie TSoll für das Zugfahrzeug 1a zu ermitteln. Die Soll-Trajektorie TSoll gibt dabei einen Pfad in der Umgebung V an, den das Zugfahrzeug 1a zurücklegen soll, um sich unter Berücksichtigung von in der Umgebung V vorhandenen Strukturen O an den in dem Identifizierungsvorgang IV identifizierten und in dem Lokalisierungsvorgang LV lokalisierten Auflieger 1b, an den angekuppelt werden soll, in einem Annäherungsvorgang NV ungehindert derartig anzunähern, dass das Zugfahrzeug 1a in einem anschließenden Ankoppelvorgang AV mit dem anzukoppelnden Auflieger 1b schwenkbar verbunden werden kann. Dazu greift die Trajektorien-Einheit 40 auch auf die Relativposition PRel des Königszapfens 6 am anzukoppelnden Auflieger 1b zurück, um das Zugfahrzeug 1a in dem Annäherungsvorgang NV entsprechend auch für eine optimale Aufnahme des Königszapfens 6 im Aufnahmeschlitz 8 ausrichten zu können.
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Weiterhin weist das Zugfahrzeug 1a eine Bewegungs-Steuereinheit 50 auf (s. 3), die in der Lage ist, ein Antriebssystem 51, ein Bremssystem 52 sowie ein Lenksystem 53 des Zugfahrzeuge 1a automatisiert anzusteuern, um das Zugfahrzeug 1a in einer longitudinalen Richtung X zu bewegen. Dadurch kann das Zugfahrzeug 1a vollautomatisiert entlang der von der Trajektorien-Einheit 40 festgelegten Soll-Trajektorie TSoll bewegt werden, um sich in einem Annäherungsvorgang NV an den anzukoppelnden Auflieger 1b anzunähern.
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Das Niveauregelsystem 10 bzw. die Niveauregel-Steuereinrichtung 12, die Ankoppel-Steuereinrichtung 14, die Erkennungs- und Identifizierungseinrichtung 30, das Umgebungserfassungssystem 31, die Trajektorien-Einheit 40, die Verriegelungs-Steuereinrichtung 4a und die Bewegungs-Steuereinheit 50 sind dabei in beliebiger Weise signalleitend miteinander verbunden, beispielsweise über den Datenbus 15, insbesondere den CAN-Bus 15a, des Zugfahrzeuges 1a, und bilden eine Ankoppel-Anordnung 100 aus, die z.B. von der Ankoppel-Steuereinrichtung 14 zentral koordiniert wird. Mit dieser Ankoppel-Anordnung 100 wird wie nachfolgend beschrieben und anhand von 2 und 2a dargestellt ein vollautomatisierter Annäherungs- und Ankoppelvorgang NV, AV des Zugfahrzeuges 1a an den anzukoppelnden Auflieger 1b mit den folgenden Schritten ermöglicht:
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Zunächst wird das Verfahren in einem anfänglichen Schritt ST0 initialisiert, beispielsweise beim Starten des Zugfahrzeuges 1a oder beim Erreichen eines Betriebshofes. Nachfolgend können die einzelnen Teilsysteme zunächst einer Diagnose unterzogen werden, um festzustellen, ob diese funktionieren.
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In einem ersten Schritt ST1 wird zunächst abgefragt, ob eine Anforderung für einen automatisierten Annäherungs- und Ankoppelvorgang NV, AV vorliegt. Bei Vorliegen eines solchen wird gleichzeitig die Soll-Auflieger-Identifikation IDSoll eingelesen, d.h. welcher Auflieger 1b automatisiert angekoppelt werden soll. In einem zweiten Schritt ST2 wird der beschriebene Identifizierungsvorgang IV durch die Identifizierungseinrichtung 30 ausgeführt, d.h. es wird anhand der Umgebungs-Signale SV des Umgebungserfassungssystems 31 ermittelt, ob der Auflieger 1b mit der Soll-Auflieger-Identifikation IDSoll vorhanden ist. Ggf. wird das Zugfahrzeug 1a dazu manuell oder über die Bewegungs-Steuereinheit 50 angesteuert, um das jeweilige Gelände abzufahren, bis der betreffende, anzukoppelnde Auflieger 1b mit der Soll-Auflieger-Identifikation IDSoll gefunden werden konnte.
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In einem dritten Schritt ST3 wird der erfolgreich identifizierte, anzukoppelnde Auflieger 1b in dem beschriebenen Lokalisierungsvorgang LV lokalisiert, d.h. es wird eine Pose POS (Position und Lage im Raum) des anzukoppelnden Aufliegers 1b durch die Lokalisierungseinrichtung 36 ermittelt. Anschließend wird in einem vierten Schritt ST4 von der Trajektorien-Einheit 40 eine Soll-Trajektorie TSoll ermittelt, entlang derer das Zugfahrzeug 1a in einem anschließenden fünften Schritt ST5 automatisiert durch eine entsprechende Ansteuerung der Bewegungs-Steuereinheit 50 bewegt wird, um sich in einem automatisierten Annäherungsvorgang NV an den anzukoppelnden Auflieger 1b anzunähern.
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Dazu greift die Trajektorien-Einheit 40 auf die im Identifizierungsschritt IV über den Marker M bzw. den RFID-Transponder 35 ebenfalls erhaltenen Informationen zurück, aus denen hervorgeht, an welcher Relativposition PRel sich der Königszapfen 6 am betreffenden Auflieger 1b befindet. Auf diese Weise kann die Soll-Trajektorie TSoll im vierten Schritt ST4 so festgelegt werden, dass sich der Königszapfen 6 des anzukoppelnden Aufliegers 1b an den Aufnahmeschlitz 8 in der Kupplungsplatte 5 des Zugfahrzeuges 1a in vorteilhafter Weise annähert, wenn das Zugfahrzeug 1a in longitudinaler Richtung X bewegt wird.
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In einem sechsten Schritt ST6, der parallel zum automatisierten Annäherungsvorgang NV im fünften Schritt ST5 durchgeführt wird, wird fortlaufend ein longitudinaler Abstand B (s. 3) zwischen einem Kupplungsplatten-Bezugspunkt P5 (s. 1a), der beispielsweise mitten im Aufnahmeschlitz 8 der Kupplungsplatte 5 liegt, und einem Königszapfen-Bezugspunkt P6 (s. 1), der beispielsweise unmittelbar auf dem Königszapfen 6 liegt, ermittelt. Der longitudinale Abstand B gibt dabei an, wie nahe sich der Königszapfen 6 beim automatisierten Annäherungsvorgang NV in der lateralen Richtung X an die Kupplungsplatte 5 bereits angenähert hat.
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Wird in einem siebenten Schritt ST7 festgestellt, dass der longitudinale Abstand B einen ersten longitudinalen Sicherheitsabstand B1 von beispielsweise 4m unterschritten hat und gleichzeitig oberhalb eines zweiten Sicherheitsabstandes B2 von beispielsweise 1.2m liegt, wird der automatisierte Ankoppelvorgang AV mit einer Ansteuerung des Niveauregelsystems 10 eingeleitet, beispielsweise begleitet durch ein Hinweissignal. Im Rahmen dessen findet eine automatisierte Anpassung der Höhe H des Zugfahrzeuges 1a wie folgt statt:
- Zunächst ist sicherzustellen, dass die Höhe H zwischen dem Fahrgestell 2 des Zugfahrzeuges 1a und der oder den Hinterachsen 11 derartig eingestellt ist, dass das Zugfahrzeug 1a rückwärts weiter an den anzukoppelnden Auflieger 1b heranfahren kann. Dazu gibt die Ankoppel-Steuereinrichtung 14 der Niveauregel-Steuereinrichtung 12 in einem ersten Ankoppel-Schritt AST1 über das Niveauregel-Signal SN als Soll-Höhenwert HSoll einen ersten Höhenwert H1, beispielsweise eine Minimalhöhe HMin, vor. Dieser erste Höhenwert H1 wird derartig festgelegt, dass das Zugfahrzeug 1a nach der Einstellung des ersten Höhenwertes H1 an den anzukoppelnden Auflieger 1b herangefahren werden kann, ohne dass sich die Kupplungsplatte 5 und die Sattelplatte 7 berühren können. Vorzugsweise soll auch der Königszapfen 6 höher liegen als die Kupplungsplatte 5, um eine Berührung beim Annähern zu vermeiden. Dieser Zustand ist in 1 dargestellt. Das Zugfahrzeug 1a kann während der Einstellung des ersten Höhenwertes H1, beispielsweise der Minimalhöhe HMin, kurzzeitig angehalten werden oder aber sich währenddessen weiter an den anzukoppelnden Auflieger 1b annähern.
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In einem nachfolgenden zweiten Ankoppel-Schritt AST2 wird das Zugfahrzeug 1a über die Bewegungs-Steuereinheit 50 derartig automatisiert an den abgestellten Auflieger 1b herangefahren, dass sich die Kupplungsplatte 5 und die Sattelplatte 7 zumindest teilweise in lateraler Richtung X überdecken, wobei die Kupplungsplatte 5 unterhalb der Sattelplatte 7 liegt, ohne diese zu berühren. Dies kann beispielsweise sichergestellt werden, indem geprüft wird, ob der longitudinale Abstand B den longitudinalen zweiten Sicherheitsabstand B2 unterschreitet. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass der Königszapfen 6 nicht in lateraler Überdeckung mit der Kupplungsplatte 5 gelangt, in etwa durch Überwachen, dass nach Unterschreiten des zweiten longitudinalen Sicherheitsabstandes B2 der longitudinale Abstand B einen Wert von 0.7m nicht unterschreitet, wobei jegliche Abstandsangaben (B1, B2, 0.7m) ggf. konstruktionsbedingt anzupassen sind. Ist dies der Fall (B<B2), wird das Zugfahrzeug 1a über die Bewegungs-Steuereinheit 50 in den Stillstand gebracht bzw. angehalten. In einem dritten Ankoppel-Schritt AST3 wird ein vorab bereitgestellter Referenz-Höhenverlauf HVR eingelesen bzw. geladen, der beispielhaft in 4 dargestellt ist. Das Einlesen des Referenz-Höhenverlaufes HVR kann grundsätzlich auch schon vor den oder parallel zu den vorangegangenen Schritten AST1 und AST2 erfolgen.
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Der Referenz-Höhenverlauf HVR ordnet dabei der Höhe H zwischen dem Fahrgestell 2 und der oder den Hinterachsen 11 einen Referenz-Höhengradienten dHR zu. Der Referenz-Höhengradient dHR gibt dabei an, wie schnell bzw. mit welcher Stellgeschwindigkeit sich die Höhe H beim Anheben oder Absenken des Fahrgestells 2 verändert, wenn das Fahrgestell 2 nicht durch eine zusätzliche Last eines Aufliegers 1b belastet wird (unladen condition). Der Referenz-Höhenverlauf HVR wird ermittelt, indem die Höhe H zwischen dem ersten Höhenwert H1, beispielsweise der Minimalhöhe HMin, und einem zweiten Höhenwert H2, beispielsweise einer Maximalhöhe HMax, verändert wird. Gleichzeitig wird aus aktuell über den Höhensensor 13 gemessenen Ist-Höhenwerten Hlst fortlaufend der Referenz-Höhengradient dHR bestimmt. Der Referenz-Höhengradient dHR kann beispielsweise aus zwei Ist-Höhenwerten Hlst berechnet werden, die mit einem zeitlichen Versatz dt von zwischen 100ms und 300ms gemessen wurden, woraus sich unmittelbar die Stellgeschwindigkeit (Höhengradient) ergibt. Der derartig ermittelte Referenz-Höhengradient dHR wird dann der aktuell vorliegenden Höhe H, die aus dem aktuell gemessenen Ist-Höhenwert Hlst folgt, zugeordnet. Durch eine derartige fortlaufende Ermittlung wird der Referenz-Höhenverlauf HVR festgelegt.
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Der Referenz-Höhenverlauf HVR kann auch aus mehreren Durchläufen folgen, indem die Höhe H zwischen dem ersten Höhenwert H1 und dem zweiten Höhenwert H2 mehrfach rampenartig (in beiden Richtungen) verstellt und der korrespondierende Referenz-Höhengradient dHR aufgezeichnet wird, wie in 4 dargestellt. Aus den mehreren Durchläufen kann dann für jede Höhe H beispielsweise ein Mittelwert für den jeweils zugeordneten Referenz-Höhengradienten dHR gebildet werden, um Messungenauigkeiten zu filtern.
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Der Referenz-Höhenverlauf HVR wird vorab, d.h. vor dem ersten Ankoppel-Schritt AST1, beispielsweise unmittelbar bevor der erste Höhenwert H1 eingestellt und das Zugfahrzeug 1a an den anzukoppelnden Auflieger 1b herangefahren ist (B>B1), ermittelt, um auf einen möglichst aktuellen Referenz-Höhenverlauf HVR zurückgreifen zu können. Der Referenz-Höhenverlauf HVR kann aber auch einmalig z.B. am Bandende oder in beliebigen regelmäßigen Abständen ermittelt werden. Er wird anschließend auf der Ankoppel-Steuereinrichtung 14 gespeichert, so dass für den Ankoppelvorgang AV auf die einzelnen Werte für den Referenz-Höhengradienten dHR zurückgegriffen werden kann.
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Nachfolgend wird in einem vierten Ankoppel-Schritt AST4 durch die Vorgabe eines zweiten Höhenwertes H2, beispielsweise einer Maximalhöhe HMax, als Soll-Höhenwert HSoll an die Niveauregel-Steuereinrichtung 12 über das Niveauregel-Signal SN ein Anheben des Fahrgestells 2 angefordert. Dadurch nähert sich die Kupplungsplatte 5 an die in Überdeckung gebrachte Sattelplatte 7 an, wie in 5 dargestellt.
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Durch eine Auswertung des Höhen-Signals SH bzw. der darin enthaltenen Ist-Höhenwerte Hlst wird in einem fünften Ankoppel-Schritt AST5 fortlaufend ein aktuell vorliegender Ist-Höhengradient dHI berechnet. Dies erfolgt auch hier dadurch, dass zwei Ist-Höhenwerte Hlst mit einem zeitlichen Versatz dt von zwischen 100ms und 300ms gemessen werden und daraus die aktuelle Geschwindigkeit des Anhebens bzw. der aktuelle Ist-Höhengradient dHI für die aktuell vorliegende Höhe H berechnet wird. Darüber kann dem aktuellen Ist-Höhenwert Hlst ein aktueller Ist-Höhengradient dHI zugeordnet werden.
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In einem nachfolgenden sechsten Ankoppel-Schritt AST6 wird ein Ankoppelkriterium AK geprüft, das angibt, ob die Sattelplatte 7 die Kupplungsplatte 5 berührt. Dies erfolgt durch einen Vergleich des dem aktuellen Ist-Höhenwert Hlst zugeordneten Ist-Höhengradienten dHI mit dem Referenz-Höhengradienten dHR, der demselben Ist-Höhenwert Hlst zugeordnet ist. Der Referenz-Höhengradient dHR geht dabei für den aktuellen Ist-Höhenwert Hlst aus dem im dritten Ankoppel-Schritt AST3 eingelesenen Referenz-Höhenverlauf HVR hervor.
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Durch den Vergleich im sechsten Ankoppel-Schritt AST6 kann ermittelt werden, ob sich während des Einstellens des zweiten Höhenwertes H2 dieselben Höhengradienten (vgl. dHI) ergeben wie im unbelasteten Zustand (vgl. dHR). Daraus folgt unmittelbar, ob die Sattelplatte 7 bei dem aktuellen Ist-Höhenwert Hlst auf die Kupplungsplatte 5 einwirkt. Die Höhenveränderung bzw. der ermittelte Ist-Höhengradient dHI gibt nämlich auch unmittelbar an, wie schnell die Kupplungsplatte 5 angehoben wird, da diese fest mit dem Fahrgestell 2 verbunden ist. Eine Berührung zwischen der Kupplungsplatte 5 und der Sattelplatte 7 hat daher auch unmittelbare Auswirkungen auf die Bewegung des Fahrgestells 2 und damit auf den Ist-Höhengradienten dHI:
- Liegt die Sattelplatte 7 nicht an der Kupplungsplatte 5 an, so ist zu erwarten, dass der Ist-Höhengradient dHI dem Referenz-Höhengradienten dHR entspricht, da keine zusätzliche Belastung auf das Fahrgestell 2 einwirkt und dieses ungehindert nach oben gefahren wird. Weicht der einem bestimmten Ist-Höhenwert Hlst zugeordnete Ist-Höhengradient dHI allerdings von dem diesem Ist-Höhenwert Hlst ebenfalls zugeordneten Referenz-Höhengradienten dHR ab, so wirkt eine zusätzliche Belastung auf das Fahrgestell 2, vornehmlich über die Kupplungsplatte 5 durch das Gewicht des Aufliegers 1b.
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Dies ist beispielhaft für zwei unterschiedliche Auflieger 1b in 6 dargestellt, wobei gestrichelt der Referenz-Höhenverlauf HVR eingezeichnet ist. Demnach weicht der Verlauf des Ist-Höhengradienten dHI ab den Ist-Höhenwerten H3 bzw. H4 von dem Referenz-Höhengradienten dHR des Referenz-Höhenverlaufes HVR ab, wobei ein dritter Ist-Höhenwert H3 und der vierte Ist-Höhenwert H4 jeweils einem anderen Auflieger 1b zugeordnet ist. Die beiden Ist-Höhenwerte H3, H4 unterscheiden sich deshalb, weil die jeweiligen Auflieger 1b in unterschiedlichen Höhen abgestellt sind, die Sattelplatte 7 also früher bzw. später gegen die Kupplungsplatte 5 gelangt und zu einem Abknicken des gemessenen Höhenverlaufes gegenüber dem Referenz-Höhenverlauf HVR führt.
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Das Ankoppelkriterium AK ist daher für den jeweiligen Auflieger 1b erfüllt, wenn aus dem durchgeführten Vergleich folgt: dHI (Hlst) =/= dHR (Hlst). Dies kann auch unter Berücksichtigung eines Toleranzfaktors T erfolgen, um ungewollte Abweichungen aufgrund von Fehlern zu kompensieren. So kann das Ankoppelkriterium AK beispielsweise dann erfüllt sein, wenn der Ist-Höhengradient dHI um mehr als 20% von dem Referenz-Höhengradienten dHR abweicht. Fällt also der für einen Ist-Höhenwert Hlst ermittelte Ist-Höhengradient dHlst unter einen Gradienten-Schwellwert dHS = T x dHR = 0,8 x dHR so ist das Ankoppelkriterium AK erfüllt, da davon ausgegangen werden kann, dass der Auflieger 1b, im Speziellen die Sattelplatte 7, auf das Zugfahrzeug 1a, im Speziellen die Kupplungsplatte 5, einwirkt.
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Da für das Prüfen des Ankoppelkriteriums AK das Verhalten für den unbelasteten Fall zum Vergleich herangezogen wird, kann eine Berührung zwischen der Kupplungsplatte 5 und der Sattelplatte 7 sicher ausgeschlossen werden, wenn sich beim Hochfahren des Fahrgestells 2 Veränderungen in der Stellgeschwindigkeit bzw. dem Ist-Höhengradienten dHlst ergeben, die nicht auf das Einwirken des anzukoppelnden Aufliegers 1b zurückzuführen sind, sondern auf normale Verhaltensweisen bzw. Eigenarten des Niveauregelsystems 10 selbst, die auch im unbelasteten Fall auftreten.
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Ergänzend kann zum Erfüllen des Kupplungskriteriums AK geprüft werden, wie sich bei einem Unterschreiten des Gradienten-Schwellwertes dHS eine auf die Hinterachse(n) 11 wirkende Achslast L verändert hat. Diese Achslast L kann durch das Niveauregelsystem 10 selbst ermittelt und ausgegeben werden, indem beispielsweise bei einem ECAS als Niveauregelsystem 10 die vorherrschenden pneumatischen Drücke in den Luftbälgen ausgewertet werden. Dazu wird irgendwann vor dem Annähern des Zugfahrzeuges 1a an den anzukoppelnden Auflieger 1b im vierten Ankoppel-Schritt AST4 aus einem vom Niveauregelsystem 10 ausgegebenen Achslast-Signal SL der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Ist-Achslastwert LI als Referenz-Achslast LR gespeichert. Nachdem ein Unterschreiten des Gradienten-Schwellwertes dHS im sechsten Ankoppel-Schritt AST6 festgestellt wurde, wird der dann vorliegende Ist-Achslastwert LI mit der Referenz-Achslast LR verglichen.
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Aus einer Achslast-Differenz dL=LI-LR kann darauf geschlossen werden, wie stark sich die Belastung bzw. das Gewicht (Achslast L) auf die Hinterachse(n) 11 verändert hat. Weist die Achslast-Differenz dL darauf hin, dass sich die Achslast L beim Ankoppelvorgang AV um mehr als 1t verändert hat, so ist das Unterschreiten des Gradienten-Schwellwertes dHS infolge eines Anliegens der Sattelplatte 7 an der Kupplungsplatte 5 plausibel. Das Kupplungskriterium AK kann daher mit hoher Sicherheit als erfüllt angesehen werden.
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Ist das Ankoppelkriterium AK erfüllt, kann in einem siebenten Ankoppel-Schritt AST7 über das Niveauregel-Signal SN ausgegeben werden, dass der aktuelle Ist-Höhenwert Hlst als Soll-Höhenwert HSoll verwendet wird, woraufhin das Anheben des Fahrgestells 2 über das Niveauregelsystem 10 gestoppt wird. Ist das Ankoppelkriterium AK nicht erfüllt, wird mit den Ankoppel-Schritten AST5 und AST6 fortgefahren, d.h. das Fahrgestell 2 wird weiter angehoben.
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Ist das Ankoppelkriterium AK erfüllt und ein weiteres Anheben des Fahrgestells 2 gestoppt, so kann das Zugfahrzeug 1a in einem nachfolgenden achten Ankoppel-Schritt AST8 über die Bewegungs-Steuereinheit 50 weiter an den anzukoppelnden Auflieger 1b herangefahren werden (s. 7), wobei dazu über das Niveauregel-Signal SN ergänzend ein Absenken des Zugfahrzeuges 1a angefordert werden kann, um das Aufnehmen des Königszapfens 6 in dem Aufnahmeschlitz 8 zu erleichtern.
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Grundsätzlich könnte das Zugfahrzeug 2a bei einer exakten Ausrichtung im zweiten Ankoppel-Schritt AST2 auch bereits derartig an den anzukoppelnden Auflieger 1b angenähert werden, dass der Königszapfen 6 oberhalb des Aufnahmeschlitzes 8 liegt. Bei einer Verstellung der Höhe H über das Niveauregelsystem 10 in den Ankoppel-Schritten AST5 und AST6 würde der Königszapfen 6 dann idealerweise in den Aufnahmeschlitz 8 gelangen und eine Berührung der Sattelplatte 7 mit der Kupplungsplatte 5 wie beschrieben durch Überwachen des Ist-Höhengradienten dHlst ermittelt werden können. Der achte Ankoppel-Schritt AST8 könnte in dem Fall entfallen.
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In einem abschließenden neunten Ankoppel-Schritt AST9 kann dann die Verriegelungsvorrichtung 4 durch automatisierte Ansteuerung über die Verriegelungs-Steuereinheit 4a betätigt werden, um den Königszapfen 6 in dem Aufnahmeschlitz 8 zu fixieren. Dazu kann auf Sensoren in der Verriegelungsvorrichtung 4 zurückgegriffen werden, die ermitteln können, ob der Königszapfen 6 in der korrekten Position in dem Aufnahmeschlitz 8 liegt, wodurch sichergestellt werden kann, dass eine Betätigung der Verriegelungsvorrichtung 4 zum korrekten Zeitpunkt erfolgt. Damit ist der automatisierte Ankoppelvorgang AV abgeschlossen.
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Nach Abschluss des automatisierten Ankoppelvorgangs AV in den Ankoppel-Schritten AST1 bis AST9 wird in einem achten Schritt ST8 eine Aufheger-Parkbremse 18 am angekoppelten Auflieger 1b und/oder eine Zugfahrzeug-Parkbremse 19 am Zugfahrzeug 1a automatisiert eingelegt, um das Zugfahrzeug 1a samt angekoppelten Auflieger 1b sicher im Stillstand zu halten. Die Parkbremsen 18, 19 sind in den Figuren stark schematisiert dargestellt.
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Anschließend wird in einem neunten Schritt ST9 eine elektrische und/oder hydraulische und/oder pneumatische Verbindung 20 zwischen dem Zugfahrzeug 1a und dem angekoppelten Auflieger 1b ausgebildet. Dazu können beispielsweise Zugfahrzeug-Leitungen 23 am Zugfahrzeug 1a im Bereich der Kupplungsplatte 5 bzw. der Sattelplatte 7 über eine Stecker-Buchse-Verbindung 24 automatisiert mit Auflieger-Leitungen 25 am angekoppelten Auflieger 1b verbunden werden (s. 8). Dies kann dadurch erfolgen, dass die Stecker-Buchse-Verbindung 24 durch Zusammenstecken automatisch dann ausgebildet ist, wenn der Königszapfen 6 im Aufnahmeschlitz 8 verriegelt ist oder aber durch einen Roboterarm (nicht dargestellt), der die Stecker-Buchse-Verbindung 24 durch Zusammenstecken ausbildet. Anschließend kann bei ausgebildeter Verbindung 20 geprüft werden, ob die elektronischen Auflieger-Systeme 26 (z.B. das Bremssystem im Auflieger 1b) funktionsfähig sind.
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Weiterhin kann in einem zehnten Schritt ST10 eine Stütze 16 (Landing Leg) des angekoppelten Aufliegers 1b, auf der dieser ursprünglich abgestellt war, hochgeschwenkt bzw. hochgefahren werden (s. 7). Der Annäherungs- und Ankoppelvorgang NV, AV ist damit abgeschlossen und das Fahrzeug 1 kann vom Betriebshof gefahren werden, nachdem die Parkbremse 18 wieder gelöst wurde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 1a
- Zugfahrzeug
- 1b
- Auflieger
- 2
- Fahrgestell
- 3
- Fahrerkabine
- 4
- Verriegelungsvorrichtung
- 4a
- Verriegelungs-Steuereinheit
- 5
- Kupplungsplatte
- 6
- Königszapfen
- 7
- Sattelplatte
- 8
- Aufnahmeschlitz
- 10
- Niveauregelsystem
- 11
- Hinterachse des Zugfahrzeuges 1a
- 12
- Niveauregel-Steuereinrichtung
- 13
- Höhensensor
- 14
- Ankoppel-Steuereinrichtung
- 15
- Datenbus
- 15a
- CAN-Bus
- 16
- Stütze am Auflieger 1b
- 18
- Auflieger-Parkbremse
- 19
- Zugfahrzeug-Parkbremse
- 20
- Verbindung zwischen Zugfahrzeug 1a und Auflieger 1b
- 23
- Zugfahrzeug-Leitungen
- 24
- Stecker-Buchse-Verbindung
- 25
- Auflieger-Leitungen
- 30
- Identifizierungseinrichtung
- 31
- Umgebungserfassungssystem
- 32
- Kamera
- 33
- Laserscanner
- 34
- RFID-Lesegerät
- 35
- RFID-Transponder
- 36
- Lokalisierungseinrichtung
- 40
- Trajektorien-Einheit
- 50
- Bewegungs-Steuereinheit
- 51
- Antriebssystem
- 52
- Bremssystem
- 53
- Lenksystem
- 100
- Ankoppel-Anordnung
- AB
- Bildverarbeitungs-Algorithmus
- AK
- Ankoppelkriterium
- ASfM
- Structure-from-Motion-Algorithmus
- AV
- Ankoppelvorgang
- B
- longitudinaler Abstand zwischen P5 und P6
- B1
- erster longitudinaler Sicherheitsabstand
- B2
- zweiter longitudinaler Sicherheitsabstand
- dHI
- Ist-Höhengradient
- dHR
- Referenz-Höhengradient
- dHS
- Gradienten-Schwellwert
- dL
- Achslast-Differenz
- dt
- zeitlicher Versatz
- H
- Höhe zwischen dem Fahrgestell 2 und der Hinterachse 11
- H1
- erster Höhenwert
- H2
- zweiter Höhenwert
- H3
- dritter Höhenwert
- H4
- vierter Höhenwert
- Hlst
- Ist-Höhenwert
- HMax
- Maximalhöhe
- HMin
- Minimalhöhe
- HSoll
- Soll-Höhenwert
- HVR
- Referenz-Höhenverlauf
- IDIst
- Ist-Auflieger-Identifikation
- IDSoll
- Soll-Auflieger-Identifikation
- IV
- Identifizierungsvorgang
- L
- Achslast
- LI
- Ist-Achslastwert
- LR
- Referenz-Achslast
- LV
- Lokalisierungsvorgang
- M
- Marker
- NV
- Annäherungsvorgang
- O
- Struktur in der Umgebung V
- P5
- Sattelplatten-Bezugspunkt
- P6
- Königszapfen-Bezugspunkt
- POS
- Pose des Aufliegers 1b
- PRel
- Relativposition des Königszapfens 6
- R
- Rückraum hinter dem Zugfahrzeug 1a
- S32
- Kamera-Signal
- S34
- RFID-Signal
- SH
- Höhen-Signal
- SL
- Achslast-Signal
- SN
- Niveauregel-Signal
- SV
- Umgebungs-Signal
- T
- Toleranzfaktor
- TSoll
- Soll-Trajektorie
- U
- Untergrund
- V
- Umgebung
- X
- longitudinale Richtung
- ST1 - ST10
- Schritte des Verfahrens
- AST1-AST9
- Ankoppel-Schritte des Ankoppelvorgangs AV
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006057610 A1 [0003]
- DE 102014110498 A1 [0003]
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- EP 1740400 B1 [0003]
- EP 1874616 B1 [0003]
- DE 102016011323 A1 [0003]
- EP 2921350 B1 [0004]
- US 20190367107 A1 [0005]
