DE102021206027A1

DE102021206027A1 - Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugführers eines Transportfahrzeugs beim Einnehmen einer Ladeposition

Info

Publication number: DE102021206027A1
Application number: DE102021206027.7A
Authority: DE
Inventors: Andrzej Piotr Rys
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-06-14
Filing date: 2021-06-14
Publication date: 2022-12-15
Also published as: JP2022190689A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugführers eines Transportfahrzeugs (16) beim Einnehmen einer Ladeposition in einem definierten Ladebereich einer Arbeitsmaschine (14). Das Transportfahrzeug (16) wird in dem definierten Ladebereich (18) mittels einer, insbesondere optischen Sensoreinheit (22), erfasst und erkannt. Solange das Transportfahrzeug (16) in dem definierten Ladebereich (18) erfasst wird, erfolgt eine kontinuierliche Ausgabe eines Verifikationssignals mittels einer Signalausgabeeinheit (24, 26). Wenn das Transportfahrzeug (16) einen definierten Bremspunkt erreicht hat, erfolgt eine Ausgabe eines Bremssignals mittels der Signalausgabeeinheit (24, 26). Wenn das Transportfahrzeug (16) die Ladeposition (20) erreicht hat, erfolgt eine Ausgabe eines Endsignals mittels der Signalausgabeeinheit (24, 26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugführers eines Transportfahrzeugs beim Einnehmen einer Ladeposition in einem definierten Ladebereich einer Arbeitsmaschine. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuereinheit sowie eine Lademaschine und eine Erdbewegungsmaschine mit einer optischen Sensoreinheit und einer Steuereinheit.
Stand der Technik
Heute wird der Fahrer eines Kippers gewöhnlich vom Baggerfahrer dirigiert, wenn sich der Kipper im Rückwärtsgang dem Bagger zum Beladen nähert. Die Lenkung übernimmt der Fahrer anhand der Informationen aus dem Rückspiegel. Der Fahrer der Arbeitsmaschine, meist ein Bagger, hupt sobald der Kipper die richtige Distanz erreicht hat. Jedoch finden in modernen Arbeitsmaschinen automatisierte- oder teilautomatisierte Arbeitsprozesse immer mehr Einsatz.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugführers eines Transportfahrzeugs beim Einnehmen einer Ladeposition in einem definierten Ladebereich einer Arbeitsmaschine.
Das Verfahren umfasst einen Schritt des Erfassens und Erkennens des Transportfahrzeugs in dem definierten Ladebereich mittels einer, insbesondere optischen Sensoreinheit. Das Verfahren umfasst außerdem einen Schritt der kontinuierlichen Ausgabe eines Verifikationssignals mittels einer Signalausgabeeinheit, solange das Transportfahrzeug in dem definierten Ladebereich erfasst wird. Das Verfahren umfasst einen Schritt der Ausgabe eines Bremssignals mittels der Signalausgabeeinheit, wenn das Transportfahrzeug einen definierten Bremspunkt erreicht hat, und einen Schritt der Ausgabe eines Endsignals mittels der Signalausgabeeinheit, wenn das Transportfahrzeug die Ladeposition erreicht hat.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Steuereinheit gemäß Anspruch 11.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine Lademaschine, insbesondere ein mobiler Bagger, mit einer optischen Sensoreinheit zum Erkennen eines Transportfahrzeugs in einem definierten Ladebereich der Lademaschine und einer vorstehend beschriebenen Steuereinheit sowie der Signalausgabeeinheit.
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Erdbewegungsmaschine, insbesondere eine Planierraupe, mit einer optischen Sensoreinheit zum Erkennen eines Transportfahrzeugs in einem definierten Entladebereich der Erdbewegungsmaschine und einer vorstehend beschriebenen Steuereinheit zum Ausgeben eines Signals.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist schließlich auch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 14, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
Das Transportfahrzeug ist zum Transport von Schüttgut ausgebildet. Hierfür weist das Transportfahrzeug eine entsprechende Ladefläche auf. Das Transportfahrzeug kann bspw. ein Muldenkipper sein. Der Muldenkipper kann hierbei als fester Aufbau oder Anhänger ausgebildet sein. Der Fahrzeugführer kann bspw. ein Fahrer des Transportfahrzeugs sein oder ein Operator, welcher das Transportfahrzeug fernsteuert.
Die Arbeitsmaschine ist bevorzugt eine mobile Arbeitsmaschine. Die Arbeitsmaschine kann jedoch auch stationär ausgebildet sein. Die Arbeitsmaschine kann für bauwirtschaftliche, landwirtschaftliche, forstwirtschaftliche und/oder logistische Zwecke ausgebildet bzw. eingerichtet sein. Die Arbeitsmaschine kann eine Lademaschine, insbesondere ein Bagger, beispielsweise ein Löffelbagger, oder ein Radlader, sein. Die Lademaschine weist ein Ladewerkzeug zum Beladen und/oder Entladen von Schüttgut, wie bspw. Festgestein oder Lockergestein auf. Das Ladewerkzeug ist bevorzugt ein Löffel, insbesondere ein Tieflöffel. Alternativ kann die Arbeitsmaschine eine Erdbewegungsmaschine, insbesondere eine Planierraupe, sein. Die Erdbewegungsmaschine weist ein Werkzeug zum Bewegen von Erde und/oder von Schüttgut auf. Das Ladewerkzeug ist bevorzugt ein Schild oder eine Schaufel.
Der Ladebereich ist ein Bereich, in den das Transportfahrzeug einfährt, um ein Gut von der Arbeitsmaschine beladen oder entladen zu lassen. Der Ladebereich kann vordefiniert werden oder aufgrund der Umgebung vorgegeben sein, beispielsweise indem das Gelände für das Transportfahrzeug befahrbar ist und der Weg, insbesondere direkt, zur Arbeitsmaschine führt. Der Ladebereich wird auch als Einfahrtgasse oder kurz als Gasse bezeichnet. Im Ladebereich ist die weiter unten beschriebene Ladeposition angeordnet. Bevorzugt wird der definierte Ladebereich aufgrund von physischen Markierungselementen und/oder aufgrund von Umgebungskennzeichnen der optischen Sensoreinheit erkannt. Die Markierungselemente können Bänder, insbesondere Flatterbänder oder ähnliche Mittel umfassen. Umgebungskennzeichen für einen Ladebereich sind ein farblicher Kontrast zu dem umgebenden Boden, eine längliche, flache und ausreichend breite Ebene, und das Angrenzen an die Arbeitsmaschine. Die Erkennung kann durch die Sensoreinheit verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Ladebereich vordefiniert sein und mittels eines Eingabesystems manuell, bspw. von einem Operator eingegeben bzw. eingelernt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Ladebereich in einer digitalen Karte, insbesondere mittels GEO-Koordinaten abgelegt sein. Hierbei kann entweder die Fläche markiert werden oder eine Achse definiert werden, entlang sich der Ladebereich erstreckt. Abhängig vom Ladebereich wird beim Erfassen und Erkennen des Transportfahrzeugs eine Region of Interest (ROI) ausgewählt.
Die Ladeposition ist eine vorgegebene oder gewünschte Sollposition des Transportfahrzeugs relativ zur Arbeitsmaschine. Unter einer Ladeposition ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Position des Transportfahrzeugs relativ zur Arbeitsmaschine zu verstehen, bei der Arbeiten zum Beladen des Transportfahrzeugs bzw. der Ladefläche des Transportfahrzeugs oder zum Entladen des Transportfahrzeugs bzw. der Ladefläche des Transportfahrzeugs oder zum Bewegen des vom Transportfahrzeug entladenen Guts mittels der Arbeitsmaschine durchführbar sind. Demnach liegt die Ladeposition in einem Reichweitenbereich des Werkzeugs der Arbeitsmaschine.
Der Schritt des Erfassens und Erkennens des Transportfahrzeugs in dem definierten Beladebereich erfolgt mittels einer Sensoreinheit. Die Sensoreinheit ist bevorzugt eine optische Sensoreinheit. Demnach kann die Sensoreinheit ausgebildet sein, ein dreidimensionales Abbild bzw. eine 3D-Kontur und/oder ein zweidimensionales Bild zu erzeugen. Die Sensoreinheit kann einen Sensor oder mehrere Sensoren umfassen. Ein Sensor ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Lidar bzw. 3D-Lidar, Radar, Kamera bzw. 3D-Kamera, insbesondere TOF- Kamera, Stereokamera oder Monokamera. Zumindest ein Sensor, bevorzugt alle Sensoren der Sensoreinheit ist/sind bevorzugt an der Lademaschine angeordnet. Weiter bevorzugt ist die Sensoreinheit bzw. der zumindest eine Sensor eine maschineneigene Einheit, welche zur Durchführung weiterer Aufgaben eingerichtet ist, insbesondere zumindest einer der folgenden Aufgaben: Navigation, Hinderniserkennung, Ermittlung Schüttguteigenschaften, Ermittlung Beladestrategie, Ermittlung Entladestrategie, Assistenz Beladevorgänge und Entladevorgänge, Koordinierung von Transportfahrzeugen. Alternativ kann die Sensoreinheit auch eine infrastrukturbasierte, externe Sensoreinheit sein.
Erreicht ein Transportfahrzeug den Ladebereich, kann die Erkennung bzw. Detektion in verschiedenen Reifegraden erfolgen. Im einfachsten Fall erkennt die Steuereinheit basierend auf den Sensordaten der Sensoreinheit ein größeres Objekt, dass sich der Arbeitsmaschine nähert. Dies kann zum Beispiel aus Punktewolken aus Lidar, Radar oder Stereo-Video-Kameradaten extrahiert werden. Dies ist insbesondere bei dreidimensionalen Abbildungen bevorzugt. Eine weitere Möglichkeit bietet eine binäre Klassifikation in zwei Klassen Transportfahrzeug und Nicht-Transportfahrzeug. Hierzu könnten zum Beispiel aus den relevanten Informationsquellen Kanten und Formen abgeleitet werden, sodass ggf. durch eine Ladefläche, eine (Mulden-)Prallplatte, eine Kabine und/oder ein Fahrwerk ein Transportfahrzeug definiert werden könnte. Dies ist sowohl für eine dreidimensionale Abbildung als auch für ein zweidimensionales Bild möglich. Dabei werden bekannte Parameter, wie z. B. die Höhe über dem Boden, die Abmessung der Formen, also insbesondere der Ladefläche, der Prallplatte bzw. der Kabine, parallele Anordnung der Fläche zu der Prallplatte und ähnliches berücksichtigt. Dieser Klassifikator kann entweder klassisch deterministisch oder durch ein neuronales Netz realisiert werden. Außerdem könnte auch der Typ des Transportfahrzeugs und damit seine Parameter wie eine maximal zulässige Ladekapazität, d.h. ein maximal zulässiges Ladegewicht (Zuladung) und/oder maximal zulässiges Ladevolumen bestimmt werden. Dies ist bspw. über ein neuronales Netz, welches mit Bildern aus einer Transportfahrzeugdatenbank trainiert wurde, möglich.
Das Transportfahrzeug wird, während es sich im Ladebereich bewegt, kontinuierlich von der Sensoreinheit erfasst bzw. getrackt. Dabei werden sowohl die Geschwindigkeit des Transportfahrzeugs als auch dessen Entfernung zur Ladeposition erfasst. Verfahren zum Tracking von Objekten sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Solange das Transportfahrzeug erfolgreich im Ladebereich erfasst wird, wird ein Verifikationssignal mittels der Signalausgabeeinheit kontinuierlich ausgegeben. Dies hat den Vorteil, dass der Fahrzeugführer des Transportfahrzeugs und/oder eine Aufsichtsperson zu jeder Zeit, in der sich das Transportfahrzeug im Ladebereich befindet, feststellen kann, dass das Transportfahrzeug richtig erfasst und erkannt wird. Sollte der Erfassung oder die Erkennung aus irgendeinem Grund, beispielsweise wegen eines technischen Fehlers, schlechten Witterungsbedingungen, aber auch beim Verlassen des Ladebereichs, nicht funktionieren oder ausfallen, kann der Fahrzeugführer bzw. die Aufsichtsperson dies unmittelbar feststellen, da das Verifikationssignal ausbleibt. Zusätzlich kann in diesen Fällen zusätzlich ein Warnsignal oder ein Falsifikationssignal ausgegeben werden.
Wenn das Transportfahrzeug einen definierten Bremspunkt erreicht hat, wird mittels derselben Signalausgabeeinheit ein Bremssignal ausgegeben. Das Bremssignal zeigt dem Fahrzeugführer an, dass er nun den Bremsvorgang einleiten soll, um passend an der Ladeposition zum Stehen zu kommen. Da das Bremssignal und das Verifikationssignal über dieselbe Signalausgabeeinheit ausgegeben wird, kann der Fahrzeugführer das Verifikationssignal zusammen mit dem Bremssignal wahrnehmen. Weiter unten werden Parameter beschrieben, anhand derer der Bremspunkt definiert werden kann.
Optional kann bereits zuvor das Verifikationssignals sich ändern oder ein zusätzliches Signal abgegeben werden, dass den Fahrzeugführer auf den Bremsvorgang vorbereitet. Dadurch wird die Reaktionszeit des Fahrzeugführers zum Einleiten des Bremsvorgangs reduziert. Folglich kann der Bremspunkt auch näher an den Ladepunkt platziert werden.
Wenn das Transportfahrzeug schließlich die Ladeposition erreicht hat, wird mittels derselben Signalausgabeeinheit ein Endsignal ausgegeben, das dem Fahrzeugführer signalisiert, dass das Transportfahrzeug die vorgegebene oder gewünschte Sollposition erreicht hat und der Ladevorgang beginnen kann. Da das Endsignal und das Verifikationssignal sowie das Bremssignal über dieselbe Signalausgabeeinheit ausgegeben wird, kann der Fahrzeugführer das Verifikationssignal neben dem Bremssignal auch zusammen mit dem Endsignal wahrnehmen.
Vorzugsweise kann das Endsignal dem Fahrzeugführer bzw. der Aufsichtsperson erkenntlich machen, ob das Transportfahrzeug in richtiger Ausrichtung an der Ladeposition angekommen ist und richtig an der Ladeposition positioniert ist. Ist das Transportfahrzeug richtig positioniert und ausgerichtet, wird ein Endsignal ausgegeben, das wiedergibt, dass die richtige Position und Ausrichtung an der Ladeposition erreicht wurde. Ist das Transportfahrzeug hingegen falsch ausgerichtet oder bezüglich der Ladeposition falsch positioniert, beispielsweise zu nahe an der Lademaschine, wird ein anderes Endsignal ausgegeben, das wiedergibt, dass eine falsche Positionierung bzw. eine falsche Ausrichtung vorliegt und der Fahrzeugführer eine Korrektur vornehmen soll, und das somit als Warnsignal fungiert.
Die Signalausgabeeinheit kann das Verifikationssignal, das Bremssignal und das Endsignal sowie gegebenenfalls ein Warnsignal und ein Falsifikationssignal, und insbesondere alle genannten Signale ausgeben. Die Signalausgabeeinheit ist dabei so angeordnet, dass der Fahrzeugführer und gegebenenfalls eine Aufsichtsperson zu jeder Zeit des Einfahrens in den Ladebereich die Signale wahrnehmen kann. Beispielsweise kann die Signalausgabeeinheit eine oder mehrere der folgenden Signalmittel umfassen:

- Mehrere separat ansteuerbare vertikal oder horizontal oder anderweitig angeordnete Lampen, insbesondere LEDs, die außerhalb des Transportfahrzeugs oder innerhalb der Kabine des Transportfahrzeugs angeordnet sind;
- akustische Signalmittel, wie z. B. eine Hupe, die Hupsignale ausgibt;
- ein Bildschirm, der innerhalb oder außerhalb der Kabine des Transportfahrzeugs angeordnet ist;
- eine Applikation auf einem mobilen Endgerät, wie z. B. ein Smartphone;
- Geräte für erweiterte Realität (augmented reality devices), wie z. B. eine Smartbrille;
- andere dedizierte Signalisierungsgeräte in der Kabine des Transportfahrzeugs.

Bereits drei separat geschaltete Lampen reichen aus, um das Verifikationssignal, das Bremssignal und das Endsignal sowie gegebenenfalls weitere Warnsignale oder Falsifizierungssignale darzustellen. Unterstützend kann eine Hupe als akustisches Signal hinzukommen.
Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, dass der Fahrzeugführer und/oder eine Aufsichtsperson während des kompletten Einfahrens des Transportfahrzeugs in den Ladebereich das Verifikationssignals, insbesondere gleichzeitig mit den anderen Signalen, wahrnehmen kann und sich somit zu jeder Zeit versichern kann, dass das Transportfahrzeug richtig erkannt und erfasst wird. Bleibt das Verifikationssignal aus, beispielsweise bei einem Ausfall oder Fehler des Steuerungssystems kann der Fahrzeugführer bzw. die Aufsichtsperson dies frühzeitig wahrnehmen und entsprechend handeln.
Vorteilhafterweise kann das Verifikationssignal abhängig vom Abstand des Transportfahrzeugs zur Ladeposition ausgegeben werden. Daher kann die Signalausgabeeinheit das Verifikationssignal für unterschiedliche Abstände in verschiedener Weise darstellen. Für das Beispiel der drei Lampen kann das Verifikationssignal, wenn das Transportfahrzeug bereits im Ladebereich ist, aber noch weit entfernt ist, durch eine eingeschaltete Lampe dargestellt werden. Wenn sich das Transportfahrzeug unter einen bestimmten Abstand genähert hat, kann eine zweite Lampe eingeschaltet werden und schließlich am Bremspunkt die dritte Lampe als Bremssignal eingeschaltet werden. Dies bereitet den Fahrzeugführer auch darauf vor, wann der Bremspunkt erreicht wird, sodass seine Reaktionszeit am Bremspunkt reduziert ist.
Optional kann durch die Signalausgabeeinheit ein Warnsignal ausgegeben werden. Ein Warnsignal wird vorzugsweise in folgenden Fällen ausgegeben:

- ein anderes Fahrzeug, insbesondere ein nicht geeignetes oder nicht autorisiertes Fahrzeug, fährt in den Ladebereich;
- das Transportfahrzeug fährt mit falscher Ausrichtung, beispielsweise vorwärts mit der Kabine statt mit der Ladefläche voran, in den Ladebereich;
- das Transportfahrzeug verlässt den Ladebereich unaufgefordert; oder
- das Transportfahrzeug fährt in einen anderen, für dieses Transportfahrzeug nicht zugelassenen Bereich.

Optional kann durch die Signalausgabeeinheit ferner ein Falsifikationssignal ausgeben, wenn die Sensoreinheit und/oder die Erfassung des Transportfahrzeugs und/oder die Erkennung des Transportfahrzeugs nicht funktioniert. Somit wird dem Fahrzeugführer bzw. der Aufsichtsperson neben dem Ausbleiben des Verifikationssignals ein weiterer Indikator für eine Fehlfunktion gegeben.
Wie oben bereits beschrieben, kann der Bremspunkt abhängig von einem oder mehreren der folgenden Parameter definiert werden:

- die Geschwindigkeit des Transportfahrzeugs;
- eine angenommene Reaktionszeit des Fahrzeugführers;
- eine Reaktionszeit des Fahrzeugbremssystems;
- Boden- und Witterungsverhältnisse.

Wenn der Fahrzeugführer durch das sich ändernde Verifikationssignals bereits darauf aufmerksam gemacht wurde, dass der Bremspunkt bald erreicht wird, und somit der Fahrzeugführer bremsbereit ist, kann die angenommene Reaktionszeit des Fahrzeugführers reduziert werden. Entsprechend wird der Bremspunkt näher an der Ladeposition platziert.
Das Verfahren kann insbesondere während eines Beladevorgangs durchgeführt werden. In diesem Fall ist der Ladebereich ein Beladebereich einer Lademaschine. Die Lademaschine ist, wie oben bereits beschrieben, insbesondere ein Bagger oder ein Radlader. Der Beladebereich befindet sich bevorzugt in einem Abbaugebiet, bspw. von Festgestein oder Lockergestein. Im Beladebereich befindet sich die Beladeposition, an der die Lademaschine mit ihrem Werkzeug das Transportfahrzeug erreicht.
Das Verfahren kann insbesondere während eines Entladevorgangs durchgeführt werden. In diesem Fall ist der Ladebereich ein Entladebereich einer Lademaschine oder einer Erdbewegungsmaschine. Die Lademaschine ist, wie oben bereits beschrieben, insbesondere ein Bagger oder ein Radlader. Die Erdbewegungsmaschine ist, wie oben bereits beschrieben, insbesondere eine Planierraupe. Im Entladebereich befindet sich die Entladeposition, an der die Lademaschine mit ihrem Werkzeug das Transportfahrzeug erreicht oder an der das Gut abgeladen wird, sodass die Lademaschine bzw. die Erdbewegungsmaschine diese weiterverarbeiten kann.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Abbaugebiets mit einem heranfahrenden Muldenkipper;
2 a - 2 d zeigen jeweils eine schematische Darstellung des Muldenkippers, der in einen Beladebereich eines Baggers einfährt sowie eine Signalausgabeeinheit in Form von drei Lampen und einer Hupe für verschiedene Zeitpunkte.
3 a - 3 c zeigen jeweils eine schematische Darstellung von Situationen im Beladebereich aus den 2 a - 2 d, bei denen die Signalausgabeeinheit in Form von drei Lampen und einer Hupe Warnsignale ausgibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Abbaugebiets 10 von Schüttgut 12, wie z. B. Lockergestein oder Sand 12. Im Abbaugebiet 10 befindet sich eine Lademaschine 14 in Form eines Löffelbaggers zum Beladen von Muldenkippers 16, die als Transportfahrzeug für das Schüttgut dienen. Der Muldenkipper 16 fährt in einen Beladebereich 18 des Löffelbaggers 14 ein, um eine darin befindliche Beladeposition 20 zu erreichen. Der Beladebereich 18 kann auch als Einfahrgasse angesehen werden. Die Beladeposition 20 ist eine vorgegebene oder gewünschte Sollposition des Muldenkippers 16 relativ zur Lademaschine 14, in welcher die Lademaschine 14 das Schüttgut 12 auf die Ladefläche des Muldenkippers 16 laden kann. Der Muldenkipper 16 wird beim Einfahren in den Beladebereich 18 von einer optischen Sensoreinheit 22 erfasst, welche an der Lademaschine angeordnet ist. Zudem ist eine optische Signalausgabeeinheit 24, die in dieser Ausführungsform an der Lademaschine 14 angeordnet ist, und eine akustische Signalausgabeeinheit 26, die in 1 nicht gezeigt ist, vorgesehen. Es können auch andere oder weitere Signalausgabeeinheiten bzw. Signalmittel vorgesehen sein, die eingangs bereits beschrieben wurden.
In dieser Ausführungsform wird das Verfahren bei einem Beladevorgang durchgeführt. In weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsformen kann das Verfahren auch bei einem Entladevorgang durchgeführt werden. Hierbei kann ebenfalls auch eine Lademaschine 14 in Form eines Baggers vorgesehen sein oder alternativ eine Erdbewegungsmaschine in Form einer Planierraupe. Anstelle des Beladebereichs 18 und der Beladeposition 20 sind dann entsprechend ein Entladebereich und eine Entladeposition vorgesehen.
In den 2 a - 2 d ist die Einfahrt des Muldenkippers 16 in den Beladebereich 18 bis hin zur Beladeposition für verschiedene Zeitpunkte dargestellt. Als Signalausgabeeinheiten sind drei Lampen 24, insbesondere LEDs, die separat voneinander angesteuert werden können, und eine Hupe 26 vorgesehen, die beide in der Lademaschine 14 angeordnet sind. In weiteren Ausführungsbeispielen können weitere oder andere Signalausgabeeinheiten vorgesehen sein, wie eingangs bereits beschrieben, die anderweitig angeordnet werden können. In den 3 a - 3 c sind Situationen dargestellt, bei denen die obengenannte Signalausgabeeinheit, bestehend aus drei Lampen 24 und einer Hupe 26 jeweils ein Warnsignal ausgibt. Die Art und Weise, wie die Signale nachfolgend beschrieben ausgegeben werden, ist nur beispielhaft. Die genannten Signale können auch auf andere Art und Weise ausgegeben werden.
In 2 a fährt der Muldenkipper 16 gerade in den Beladebereich 18 ein. Dieser Zeitpunkt wird hier als T = 0s definiert. Es erfolgt eine Erfassung und Erkennung des Muldenkippers 16 durch die optische Sensoreinheit 22. Dabei kann eine dreidimensionale Abbildung oder ein zweidimensionales Bild aufgenommen werden. In beiden Fällen wird eine Region of Intrest (ROI) basierend auf der Anordnung des Beladebereichs 18 ausgewählt und eventuell eine zusätzliche Segmentation basierend auf der Geschwindigkeit von Punkten in einer aufgenommenen Punktewolke durchgeführt. Da stationäre Bereiche irrelevant sind, können dazugehörige unbewegte Punkte vernachlässigt werden. Bei einem zweidimensionalen Bild wird der Kipper erkannt, indem ein Klassifikator verwendet wird, der entweder klassisch deterministisch oder durch ein neuronales Netz realisiert werden kann. Sowohl bei der dreidimensionalen Abbildung als auch beim zweidimensionalen Bild wird eine Muldenklappe des Muldenkippers 16 mittels an sich bekannter Flächenerkennung erkannt. Dabei werden die Parameter wie Höhe über dem Boden, Abmessung der Klappe und Ähnliches berücksichtigt. Wurde die Muldenklappe erkannt, erfolgt eine Erkennung der Kabinenhinterwand und/oder der Muldenprellplatte ebenfalls mittels an sich bekannter Flächenerkennung und unter Berücksichtigung von Parametern wie Höhe über dem Boden, Abmessung der Kabine bzw. der Muldenprellplatte, parallele Anordnung der Fläche zu der Muldenklappe und Ähnliches. Damit ist eine Fläche definiert, zu der während der gesamten Fahrt des Muldenkippers 16 im Beladebereich 18 der Abstand zur Lademaschine 14 und/oder zur Beladeposition 20 ermittelt werden kann. Im vorliegenden Beispiel ist der Muldenkipper 16 bei der Einfahrt in den Beladebereich 18 noch ca. 18 Meter von der Lademaschine 14 entfernt. Wird der Muldenkipper 16 richtig erkannt und erfasst, wird ein Verifikationssignal ausgegeben, indem die drei Lampen 24 blinken und die Hupe 26 einmal hupt. Anschließend wird der Muldenkipper 16 während der Fahrt durch den Beladebereich 18 getrackt. Dabei bleibt zunächst eine der Lampen 24 (hier die unterste) an, um das Verifikationssignal weiter auszugeben.
Bricht die Erfassung und/oder die Erkennung des Muldenkippers 16 im Beladebereich 18 vor dem Erreichen der Beladeposition 20 ab - in diesem Beispiel bei über 4 Meter Entfernung zur Lademaschine 14 -, so leuchtet die Lampe 24 nicht mehr durchgängig. Erlischt die Lampe 24 vollständig, kann der Fahrzeugführer und/oder eine Aufsichtsperson feststellen, dass ein Ausfall des Systems vorliegt, da das Verifikationssignal nicht mehr vorliegt. Ist das System an sich noch funktionsfähig, hat aber eine Fehlfunktion bei der Erfassung und/oder der Erkennung des Muldenkippers 16 wird ein Falsifikationssignal ausgegeben. Wie in 3 a gezeigt, blinkt die eine der vorstehend genannten Lampen 24 und die Hupe 26 gibt einen langen Hupton aus.
Die optische Sensoreinheit 22 kann auch Bereiche außerhalb des Beladebereichs 18 überwachen. Verlässt der Muldenkipper 16 den Beladebereich 18, wird ein Warnsignal ausgegeben. Das Warnsignal kann wie in 3 a dargestellt ausgegeben werden, indem die eine der vorstehend genannten Lampen 24 blinkt und die Hupe 26 einen langen Hupton ausgibt.
In 3 b ist der Fall dargestellt, dass ein anderes Fahrzeug 28, das für den Beladevorgang nicht geeignet oder nicht autorisiert ist, in den Beladebereich 18 einfährt. Das nicht geeignete bzw. nicht autorisierte Fahrzeug 28 wird in der bei der Einfahrt ausgeführten Erkennung als solches erkannt und es wird ein Warnsignal ausgegeben, indem alle Lampen 24 blinken und die Hupe 26 zweimal ertönt.
Nähert sich der Muldenkipper 16 einer vordefinierten Schwelle für den Abstand, die in 2 b bei ca. 15 Meter liegt und nach ca. 1 Sekunde (T = 1s), wird eine zweite der Lampen 24 (hier die mittlere) aktiviert. Dies vermittelt dem Fahrzeugführer, dass er sich demnächst den Bremspunkt erreicht und sich bremsbereit halten muss. Für die Wahl der Schwelle wird angenommen, dass der Muldenkipper 16 mit konstanter Geschwindigkeit fährt. Die Schwelle wird so gelegt. dass der Fahrzeugführer genug Zeit für die Vorbereitung des Bremsvorgangs hat. In der Regel reicht hier 1 Sekunde bis zum Bremspunkt aus.
In 2 c hat der Muldenkipper 16 nach 2 Sekunden (T = 2s) den Bremspunkt bei ca. 12 Meter erreicht. Der Bremspunkt wird mittels der Formel 1 berechnet: $S_{B P} = ƒ (ν_{K} \cdot (T_{F} + T_{B}), α_{m a x})$
Der Abstand s_BP des Bremspunkt von der Lademaschine 14 bzw. von der Beladeposition 20 ist eine Funktion f von der Geschwindigkeit v_K des Muldenkippers 16, der Reaktionszeit des Fahrzeugführers T_F, welche durch das obengenannte Signal verkürzt ist, der Reaktionszeit des Fahrzeugbremssystems T_B und den bei den vorliegenden Boden- und Witterungsbedingungen erreichbaren Verzögerungswerten a_max. Jetzt wird die dritte der Lampen 24 (hier die oberste) aktiviert und alle drei Lampen 24 blinken. Zusätzlich ertönt die Hupe 26. Die drei Lampen 24 bleiben während des Bremsvorgangs aktiviert, bis die Beladeposition 20 erreicht wurde.
Der Fahrzeugführer bremst nun ab, bis der Muldenkipper 16 in 2 d die Beladeposition 20 nach insgesamt 5 Sekunden (T = 5s) erreicht hat. Die Muldenklappe des Muldenkipper 16 ist ca. 4 Meter von der Lademaschine 14 entfernt, sodass die Lademaschine 14 mit ihrem Werkzeug frei schwenken kann. Die Kabine des Muldenkippers 16 ist 9 Meter von der Lademaschine 14 entfernt, sodass ein Mindestsicherheitsabstand eingehalten wird und die Kabine außerhalb der Reichweite der Lademaschine 14 liegt. Zudem wird ein Maximalabstand eingehalten, sodass das Beladen der gesamten Ladefläche des Muldenkippers 16 möglich ist. Steht der Muldenkipper 16 richtig in der Beladeposition 18 und ist er zudem richtig ausgerichtet bzw. orientiert, also ist die Längsachse des Muldenkippers mit Toleranz parallel zu der Achse des Beladebereichs 20 (zur Gassenachse), wird ein Endsignal ausgegeben, bei dem alle Lampen 24 ausgemacht werden das Navigationssystem deaktiviert wird und das Verfahren beendet wird.
Steht der Muldenkipper 16 hingegen nicht richtig in der Beladeposition 18 oder ist er falsch ausgerichtet bzw. orientiert, so wird ein Warnsignal ausgegeben. In 3 c ist der Muldenkipper 16 beispielsweise zu nahe an der Lademaschine 14 und die Kabine ist weniger als 9 Meter von der Lademaschine 14 entfernt. Hier wird der Mindestabstand nicht eingehalten, da die Kabine innerhalb der Reichweite der Lademaschine 14 liegt. Es wird ein Warnsignal ausgegeben, indem alle Lampen 24 blinken und die Hupe 26 zweimal hupt. Das gleiche Warnsignal kann ausgegeben werden, wenn der Muldenkipper 16 nicht richtig ausgerichtet ist. Das Beladen kann nicht starten, bis der Fahrzeugführer den Muldenkipper 16 richtig in der Beladeposition 18 positioniert und ausgerichtet hat.

Claims

Verfahren zum Unterstützen eines Fahrzeugführers eines Transportfahrzeugs (16) beim Einnehmen einer Ladeposition (20) in einem definierten Ladebereich (18) einer Arbeitsmaschine (14) mit den Schritten: - Erfassen und Erkennen des Transportfahrzeugs (16) in dem definierten Ladebereich (18) mittels einer, insbesondere optischen Sensoreinheit (22); - kontinuierliche Ausgabe eines Verifikationssignals mittels einer Signalausgabeeinheit (24, 26), solange das Transportfahrzeug (16) in dem definierten Ladebereich (18) erfasst wird; - Ausgabe eines Bremssignals mittels der Signalausgabeeinheit (24, 26), wenn das Transportfahrzeug (16) einen definierten Bremspunkt erreicht hat; - Ausgabe eines Endsignals mittels der Signalausgabeeinheit (24, 26), wenn das Transportfahrzeug (16) die Ladeposition (20) erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verifikationssignal abhängig vom Abstand des Transportfahrzeugs (16) zur Ladeposition (20) ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Endsignal entsprechend der Positionierung und der Ausrichtung des Transportfahrzeugs (16) bezüglich der Ladeposition (20) ausgegeben wird, wobei das Endsignal bei richtiger Positionierung und Ausrichtung des Transportfahrzeugs (16) dies wiedergibt und bei falscher Positionierung und/oder bei falscher Ausrichtung des Transportfahrzeugs (16) als Warnsignal fungiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Warnsignal ausgegeben wird, wenn ein anderes Fahrzeug in den Ladebereich (18) fährt oder wenn das Transportfahrzeug (16) mit falscher Ausrichtung in den Ladebereich (18) fährt oder wenn das Transportfahrzeug (16) unaufgefordert den Ladebereich (18) verlässt oder in einen anderen, für dieses Transportfahrzeug (16) nicht zugelassenen Bereich fährt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Falsifikationssignal ausgegeben wird, wenn die Sensoreinheit (24, 26) und/oder die Erfassung des Transportfahrzeugs (16) und/oder die Erkennung des Transportfahrzeugs (16) nicht funktioniert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremspunkt abhängig von einem oder mehreren der folgenden Parameter definiert wird: - die Geschwindigkeit des Transportfahrzeugs (16); - eine angenommene Reaktionszeit des Fahrzeugführers (T_F); - eine Reaktionszeit des Fahrzeugbremssystems (T_B); - Boden- und Witterungsverhältnisse.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalausgabeeinheit (24, 26) eine optische Signalausgabeeinheit (24) und/oder eine akustische Signalausgabeeinheit (26) und/oder eine Anzeigeeinheit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalausgabeeinheit (24, 26) eine externe Signalausgabeeinheit, die außerhalb des Transportfahrzeugs (16) angeordnet ist, oder eine interne Signalausgabeeinheit, die innerhalb des Transportfahrzeugs (16) angeordnet ist, oder eine mobile Signalausgabeeinheit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während eines Beladevorgangs durchgeführt wird, wobei der Ladebereich ein Beladebereich (18) einer Lademaschine (14), insbesondere eines Baggers, ist und die Ladeposition eine Beladeposition (20) in dem Beladebereich (18) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während eines Entladevorgangs durchgeführt wird, wobei der Ladebereich ein Entladebereich einer Lademaschine, insbesondere eines Baggers, oder einer Erdbewegungsmaschine, insbesondere einer Planierraupe, ist und die Ladeposition eine Entladeposition in dem Entladebereich ist.
Elektronische Steuereinheit, welche eingerichtet ist, - eine Information bezüglich eines mittels einer, insbesondere optischen, Sensoreinheit (22) in einem definierten Ladebereich (18) einer Arbeitsmaschine (14) erfassten Transportfahrzeugs (16) zu empfangen, - ein erstes Steuersignal an eine Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, um kontinuierlich ein Verifikationssignal mittels der Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, solange das Transportfahrzeug (16) in dem definierten Ladebereich (18) erfasst wird, - ein zweites Steuersignal an die Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, um ein Bremssignal mittels der Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, wenn das Transportfahrzeug (16) einen definierten Bremspunkt erreicht hat, und - ein drittes Steuersignal an die Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, um ein Endsignal auszugeben, wenn das Transportfahrzeug (16) die Ladeposition (20) erreicht hat.
Lademaschine (14) mit einer Sensoreinheit (22) zum Erfassen und Erkennen eines Transportfahrzeugs (16) in einem definierten Beladebereich (18) oder Entladebereich der Lademaschine (14) und einer Steuereinheit gemäß Anspruch 11 sowie der Signalausgabeeinheit (24, 26).
Erdbewegungsmaschine mit einer Sensoreinheit zum Erfassen und Erkennen eines Transportfahrzeugs in einem definierten Entladebereich der Erdbewegungsmaschine und einer Steuereinheit gemäß Anspruch 11 sowie der Signalausgabeeinheit (24, 26).
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch eine Steuereinheit oder eine Computereinheit, diese veranlassen, - eine Information bezüglich eines mittels einer, insbesondere optischen, Sensoreinheit (22) in einem definierten Ladebereich (18) einer Arbeitsmaschine (14) erfassten Transportfahrzeugs (16) zu empfangen, - ein erstes Steuersignal an eine Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, um kontinuierlich ein Verifikationssignal mittels der Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, solange das Transportfahrzeug (16) in dem definierten Ladebereich (18) erfasst wird, - ein zweites Steuersignal an die Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, um ein Bremssignal mittels der Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, wenn das Transportfahrzeug (16) einen definierten Bremspunkt erreicht hat, und - ein drittes Steuersignal an die Signalausgabeeinheit (24, 26) auszugeben, um ein Endsignal auszugeben, wenn das Transportfahrzeug (16) die Ladeposition (20) erreicht hat.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.