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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung mindestens zweier selbstfahrender Ladefahrzeuge.
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Aus der
DE 10 2015 109 799 A1 ist es bekannt, eine Erntemaschine und ein aus einem Schlepper und einem Anhänger bestehendes Transportfahrzeug derart zu synchronisieren, dass Erntemaschine und Transportfahrzeug beim Überladen von Erntegut aufeinander abgestimmt zusammenwirken. Ferner offenbart die
EP 2 177 965 A2 ein Verfahren für die Koordination der Bewegungen mehrerer landwirtschaftlicher Fahrzeuge während der Ausführung eines gemeinsamen Ernteeinsatzes auf einem Feld.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Steuerung für mehrere Ladefahrzeuge während eines Transport- bzw. Ladevorgangs zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung mindestens zweier selbstfahrender Ladefahrzeuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Steuerung mindestens zweier selbstfahrender Ladefahrzeuge, welche für den gemeinsamen Transport einer Last bzw. eines Transportgutes jeweils mit einem Frontlader oder Teleskoplader ausgestattet sind. Dabei werden die Ladefahrzeuge über ein Steuersystem miteinander synchronisiert. Dieses Steuersystem enthält sämtliche für ein Empfangen, eine Verarbeitung und ein Senden von Signalen bzw. Daten erforderlichen Funktionseinheiten, z.B. eine zentrale Recheneinheit oder einen Mikroprozessor sowie eine Speichereinheit. Das Steuersystem ist in einem als Steuerfahrzeug wirksamen Ladefahrzeug integriert. Zur Synchronisation sendet das Steuerfahrzeug über das Steuersystem, insbesondere über eine an das Steuersystem angeschlossene Sendeeinheit wie z.B. eine Antenne, eine Steuerinformation an mindestens ein als Folgefahrzeug wirksames Ladefahrzeug. Dabei umfasst die Synchronisation zumindest eine synchronisierte Transportbewegung der synchronisierten Front- oder Teleskoplader.
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Unter einem selbstfahrenden Ladefahrzeug im vorliegenden Sinne ist ein mit einem eigenen Fahrantrieb ausgestattetes Fahrzeug zu verstehen, das manuell von einem Fahrer oder aber automatisiert gesteuert wird. Insbesondere kann das Steuerfahrzeug manuell und das mit diesem synchronisierte Folgefahrzeug zur Ausführung der Transportbewegung über das Steuersystem automatisiert (fern-)gesteuert werden.
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Bei der Transportbewegung handelt es sich um eine Arbeitsbewegung der Front- oder Teleskoplader zum vertikalen Anheben bzw. Absenken der Last und/oder zum horizontalen Bewegen der Last. Die Transport- bzw. Arbeitsbewegung der Front- oder Teleskoplader kann also eine vertikale und/oder horizontale Bewegungskomponente aufweisen.
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Der Frontlader ist üblicherweise als eine bewegliche Schwinge mit einem Ladewerkzeug ausgebildet und an einem Traktor oder einem anderen Nutzfahrzeug schwenkbeweglich montiert. Vorzugsweise wird der Frontlader in der Landwirtschaft eingesetzt.
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Der Teleskoplader ist ein teleskopartig längenverstellbarer Ladearm, welcher an einem Nutzfahrzeug vorzugsweise schwenkbeweglich montiert ist. Der Teleskoplader wird vorzugsweise in der Bauwirtschaft, aber auch in der Landwirtschaft eingesetzt.
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Zum Transport von Lasten ist an der Schwinge des Frontladers üblicherweise ein Ladewerkzeug (z.B. eine Schaufel, ein Ballengreifer oder eine Dunggabel) montiert. Analog gehört zu dem Teleskoplader üblicherweise ein spezifisches Ladewerkzeug (z.B. eine Schaufel, ein Greifer oder eine Gabel).
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Über das Steuersystem des Steuerfahrzeugs werden die zu synchronisierenden Ladefahrzeuge miteinander datentechnisch vernetzt. Das mindestens eine Folgefahrzeug enthält zu diesem Zweck vorzugsweise eine geeignete Steuereinheit für die erforderliche Datenkommunikation mit dem Steuerfahrzeug.
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Vor dem Start eines Transporteinsatzes werden die teilnehmenden Ladefahrzeuge über das Steuersystem vorzugsweise miteinander datentechnisch gekoppelt. Hierdurch können die Ladefahrzeuge technisch exakt aufeinander abgestimmt und ausgerichtet werden. Beispielsweise werden die teilnehmenden Ladefahrzeuge vor dem Start des Transporteinsatzes zunächst manuell (z.B. durch Fahrer) ausgerichtet. Danach erfolgt mittels der datentechnischen Kopplung noch eine automatisierte Korrektur der Ausrichtung. Insbesondere sollen die teilnehmenden Ladefahrzeuge durch die Ausrichtung parallel zueinander stehen, bevor der Transporteinsatz startet. Alternativ können die teilnehmenden Ladefahrzeuge auch beliebig, der jeweiligen Lade- bzw. Transportsituation entsprechend ausgerichtet sein, wobei die aktuelle Ausrichtung von dem Steuersystem datentechnisch ermittelt und dem nachfolgenden Transporteinsatz zugrunde gelegt wird.
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Bei einer anderen Variante der Ausrichtung (vor einem, während eines oder nach einem Transporteinsatz) bewirkt das Steuersystem, dass das mindestens eine teilnehmende Folgefahrzeug automatisiert an eine vorgegebene Zielposition heranfährt. Die Zielposition ist vorzugsweise entweder im Steuersystem hinterlegt oder durch eine externe Markierung (z.B. RFID, optisch) repräsentiert.
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Mittels der synchronisierten Transportbewegung kann eine sperrige Last (z.B. Messerbalken, Windradblatt, Flugzeugtragflächen) einfacher und sicherer beladen und entladen werden. Die synchronisierte Transportbewegung kann auch vorteilhaft vertikale Unebenheiten im Fahrbahnuntergrund ausgleichen.
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Das Steuersystem unterstützt eine zumindest teilautomatisierte Kooperation mehrerer Ladefahrzeuge. Hierdurch kann eine Synchronisation der Ladefahrzeuge mit einem für den Fahrer des Steuerfahrzeugs oder für anderes Arbeitspersonal verhältnismäßig geringem Aufwand komfortabel und technisch exakt realisiert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Synchronisation eine synchronisierte Fahrbewegung der Ladefahrzeuge. Vorteilhaft werden während eines Transporteinsatzes zumindest zeitweise eine synchronisierte Transportbewegung der Front- oder Teleskoplader einerseits und eine synchronisierte Fahrbewegung der Ladefahrzeuge andererseits miteinander kombiniert. Somit werden gleichmäßige Transport- und Fahrbewegungen während eines Transporteinsatzes mit mehreren Ladefahrzeugen unterstützt.
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Mit einer entsprechend synchronisierten Fahrbewegung und/oder Transportbewegung kann eine Last auf der Stelle gedreht werden. Hierdurch können mehrere Ladefahrzeuge technisch effizient und kostengünstig als ein gemeinsames drehbares Frachtgestell wirken. Diese Anwendung ist vor allem bei sperrigem Ladegut vorteilhaft.
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Die an ein Folgefahrzeug gesendete Steuerinformation enthält vorzugsweise einen Soll-Wert bezüglich mindestens eines physikalischen Merkmals, um technisch einfach eine synchronisierte Transportbewegung und/oder synchronisierte Fahrbewegung zu erzielen. Mittels des gesendeten Soll-Wertes wird eine technisch exakte Steuerung und Synchronisierung des jeweiligen Folgefahrzeugs unterstützt. Bei dem mindestens einen physikalischen Merkmal handelt es sich vorzugsweise um mindestens eine der folgenden physikalischen Größen des Folgefahrzeugs:
- - eine geographische Position und/oder Ausrichtung des Folgefahrzeugs,
- - eine Trajektorie (z.B. Streckenpfad, Lenkwinkel) des Folgefahrzeugs,
- - eine Fahrgeschwindigkeit des Folgefahrzeugs,
- - eine Transportgeschwindigkeit des Front- oder Teleskopladers des Folgefahrzeugs.
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Vorzugsweise wird der Soll-Wert in Abhängigkeit von einer Eingangsinformation ermittelt, welche von dem Steuersystem empfangen wird. Die Eingangsinformation kann beispielsweise vom Benutzer an einer Benutzerschnittstelle (z.B. Computer) eingegeben werden. Die Eingangsinformation kann auch in Form von physikalischen Zustandsdaten des Steuerfahrzeugs vorliegen. Hierbei kann das Steuersystem die Zustandsdaten beispielsweise über ein fahrzeuginternes Bussystem (z.B. ISO, CAN) empfangen.
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Alternativ oder zusätzlich können auch Daten des mindestens einen Folgefahrzeugs als Eingangsinformation berücksichtigt werden. Diese Daten werden dann vorzugsweise von dem jeweiligen Folgefahrzeug an die Steuereinheit des Steuerfahrzeugs gesendet.
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Die Eingangsinformation umfasst vorzugsweise mindestens folgende Daten:
- - Zustandsdaten des Folgefahrzeugs, z.B. dessen aktuelle Position, Fahr- oder Transportgeschwindigkeit, aktuelle Trajektorie, und/oder
- - technische Funktionsdaten des Folgefahrzeugs, z.B. Leistungsdaten wie maximale Fahr- oder Transportgeschwindigkeit, maximale Hubleistung, und/oder
- - Zustandsdaten des Steuerfahrzeugs, z.B. dessen aktuelle Position, Fahr- oder Transportgeschwindigkeit, aktuelle Trajektorie, Kurvenradius, und/oder
- - Zustandsdaten bezüglich eines Relativzustandes zwischen mehreren Ladefahrzeugen, z.B. ein Abstand zwischen zwei Ladefahrzeugen.
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Die vorgenannten Eingangsinformationen werden in dem Steuersystem verarbeitet. Hierdurch können die Folgefahrzeuge durch das Steuersystem technisch zuverlässig überwacht, gesteuert und für eine exakte Synchronisation ggf. korrigiert werden, indem das Steuersystem neue oder aktualisierte Steuerinformationen an die beteiligten Folgefahrzeuge sendet.
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Insbesondere sendet das Folgefahrzeug seine eigenen Daten (z.B. eigene Zustandsdaten) zyklisch an das Steuersystem. Die Zustandsdaten des Folgefahrzeugs und/oder die Zustandsdaten bezüglich eines Relativzustandes zwischen mehreren Ladefahrzeugen und/oder weitere Daten im Zusammenhang mit dem Folgefahrzeug werden vorzugsweise in Abhängigkeit von Sensorsignalen einer Sensorik des jeweiligen Folgefahrzeugs ermittelt bzw. gemessen. Die Sensorik enthält beispielsweise mindestens eines der folgenden Systeme: GPS, Lidar, Radar.
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Wie bereits erwähnt, können die Folgefahrzeuge durch das Steuersystem technisch zuverlässig überwacht, gesteuert und für eine exakte Synchronisation ggf. korrigiert werden. Beispielsweise berechnet das Steuersystem einen für das jeweilige Folgefahrzeug benötigten Kurvenradius in Abhängigkeit von einem Kurvenradius des Steuerfahrzeugs und einem Abstand zwischen zwei Ladefahrzeugen. Weiterhin kann das Steuersystem für eine exakte Synchronisierung eine maximale Fahrgeschwindigkeit (insbesondere für alle Radachsen) der Ladefahrzeuge definieren und die Ladefahrzeuge hinsichtlich ihrer Fahrgeschwindigkeit entsprechend begrenzen.
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Wie bereits erläutert, enthält ein mit einem Front- oder Teleskoplader ausgestattetes selbstfahrendes Ladefahrzeug ein Steuersystem zur Synchronisation mindestens zweier selbstfahrender Ladefahrzeuge. Somit ist das Ladefahrzeug mit dem Steuersystem als Steuerfahrzeug wirksam, welches die anderen beteiligten Ladefahrzeuge (Folgefahrzeuge) für die gewünschte Synchronisation ansteuern kann. Insbesondere steuert das Steuersystem auch technische Funktionen des Steuerfahrzeugs selbst an. Die Ansteuerung mittels des Steuersystems erfolgt vorzugsweise zumindest teilweise automatisiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmende bzw. vergleichbare Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht dreier Ladefahrzeuge für den Transport einer Last, und
- 2 eine teilweise Seitenansicht der Last und eines Ladefahrzeugs in Blickrichtung der Schnittlinie II-II.
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1 zeigt schematisch in einer Draufsicht drei jeweils selbstfahrende landwirtschaftliche Ladefahrzeuge 10, 12. Alle drei Fahrzeuge 10, 12 sind hier als Traktor bzw. Schlepper ausgebildet. Das Ladefahrzeug 10 ist mit einem Steuersystem 14 ausgestattet und als Steuerfahrzeug 10 für die zwei anderen Ladefahrzeuge 12 wirksam. Letztere werden vom Steuersystem 14 angesteuert und sind als Folgefahrzeuge 12 während eines Transporteinsatzes wirksam.
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Während eines Transporteinsatzes wirken alle Ladefahrzeuge 10, 12 für den gemeinsamen Transport einer Last 16 zusammen. Zu diesem Zweck sind alle Ladefahrzeuge 10, 12 mit einem schwenkbeweglich montierten Lader 18 (hier Frontlader) ausgestattet. Jeder Lader 18 weist ein Ladewerkzeug 20 auf. Das Ladewerkzeug 20 ist stellvertretend für verschiedene Ausführungsformen lediglich als gestricheltes Rechteck angedeutet. Bei dem Ladewerkzeug 20 handelt es sich z.B. um einen Greifer.
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Über das Steuersystem 14 werden die Ladefahrzeuge 10, 12 für einen Transporteinsatz miteinander synchronisiert. Hierzu ist das Steuersystem 14 mit einer Steuereinheit 22 jedes teilnehmenden Folgefahrzeuges 12 datentechnisch vernetzt. Folglich findet zwischen den Ladefahrzeugen 10, 12 eine Datenkommunikation 24 statt, welche durch hier nicht näher dargestellte Sende- und Empfangsantennen der Ladefahrzeuge 10, 12 unterstützt wird.
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Zur Synchronisation sendet das Steuerfahrzeug 10 über das Steuersystem 14 Steuerinformationen I_st an die beiden Folgefahrzeuge 12. Abhängig vom Transporteinsatz kann die Synchronisation eine synchronisierte Transportbewegung der synchronisierten Lader 18 und/oder eine synchronisierte Fahrbewegung der Ladefahrzeuge 10, 12 umfassen.
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Die Transportbewegung der Lader 18 kann eine horizontale Bewegungskomponente 26 parallel zu einer Horizontalrichtung 28 und/oder eine vertikale Bewegungskomponente 30 parallel zu einer Vertikalrichtung 32 aufweisen (2). Dabei können die Transportbewegungen der Lader 18 eine spezifisch definierte Transportgeschwindigkeit v tran (z.B. Hubgeschwindigkeit) aufweisen.
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Die Fahrbewegung 34 der Ladefahrzeuge 10, 12 findet beispielsweise entlang einer Fahrtrichtung 36 mit identischer oder unterschiedlicher Fahrgeschwindigkeit v_fahr statt (1).
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In 2 ist die Last 16 beispielhaft an mehreren hintereinander gereihten Stützgestellen 38 gelagert. Von diesem Lagerort soll die Last 16 mittels synchronisierter Transportbewegungen 26, 30 der Lader 18 und synchronisierter Fahrbewegungen 34 der Ladefahrzeuge 10, 12 an einen anderen Ort transportiert werden.
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Die vom Steuersystem 14 an die Folgefahrzeuge 12 gesendeten Steuerinformationen I_st repräsentieren beispielsweise Soll-Werte der Transportgeschwindigkeit v_tran und der Fahrgeschwindigkeit v_fahr. Eine Ermittlung bzw. Berechnung der Soll-Werte in dem Steuersystem 14 erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von spezifischen Eingangsinformationen I_ein, welche von dem Steuersystem 14 empfangen werden.
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Die Eingangsinformationen I_ein wiederum umfassen oder repräsentieren vorzugsweise Zustandsdaten der Folgefahrzeuge 12 (z.B. eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit v_fahr) und/oder technische Funktionsdaten der Folgefahrzeuge 12 und/oder Zustandsdaten des Steuerfahrzeugs 10 (z.B. eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit v_fahr) und/oder Zustandsdaten bezüglich eines Relativzustandes zwischen mehreren Ladefahrzeugen 10, 12 (z.B. ein Abstand d1, d2 zwischen dem Steuerfahrzeug 10 und den Folgefahrzeugen 12).
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Zumindest die Zustandsdaten eines Folgefahrzeugs 12 werden vorzugsweise in Abhängigkeit von Sensorsignalen einer Sensorik 40 des jeweiligen Folgefahrzeugs 12 ermittelt.
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Mit Hilfe des erläuterten Steuersystems 14 und der Datenkommunikation 24 zwischen den Ladefahrzeugen 10, 12 ist ein gleichmäßiger, synchronisierter Bewegungsablauf zwischen den Ladefahrzeugen 10, 12 erzielbar, um die Last 16 zu transportieren. Hierdurch können insbesondere sperrige Güter einfacher und sicherer befördert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015109799 A1 [0002]
- EP 2177965 A2 [0002]
