DE102022203324A1 - Oberflächenabtastung in echtzeit und schätzung der bodeneigenschaften für bodenverdichtungsmaschinen - Google Patents

Oberflächenabtastung in echtzeit und schätzung der bodeneigenschaften für bodenverdichtungsmaschinen Download PDF

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Jonathan Spendlove
Francois Stander
Giovanni A. Wuisan
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Abstract

Es werden ein System und Verfahren zur dynamischen Charakterisierung eines zu bearbeitenden Bereichs unter Verwendung eines Arbeitsgeräts einer Arbeitsmaschine bereitgestellt. Erste Echtzeitdaten (z. B. Oberflächenabtastdaten) werden in einer Vorwärtsrichtung über einen ersten Sensor außerhalb oder an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt, und zweite Echtzeitdaten (z. B. Oberflächenabtastdaten) werden für wenigstens einen durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs über einen zweiten bordeigenen Sensor gesammelt. Charakteristische Werte eines Bodenmaterials im Arbeitsbereich werden basierend auf wenigstens der ersten und zweiten Daten, die einer gegebenen Oberfläche entsprechen, bestimmt, und es werden Ausgaben erzeugt, die wenigstens einer bestimmten Materialmenge entsprechen, die erforderlich ist, um Zielwerte für den Arbeitsbereich zu erreichen, basierend auf wenigstens einem der charakteristischen Werte. Anhand gewisser charakteristischer Werte, die auf den Echtzeitdaten basieren, lässt sich unter anderem abschätzen, wie viele Lkw-Ladungen für den Arbeitsbereich noch erforderlich sind.

Description

  • GEBIET DER OFFENBARUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Arbeitsmaschinen, wie zum Beispiel Arbeitsmaschinen mit Eigenantrieb, die mit Anbaugeräten zur Bearbeitung des Geländes ausgestattet sind. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Systeme und Verfahren zum Bereitstellen von Oberflächenabtastfunktionen mit solchen Arbeitsmaschinen zum dynamischen Erzeugen von Echtzeitschätzungen bezüglich der Oberflächeneigenschaften von wenigstens Abschnitten einer Baustelle.
  • HINTERGRUND
  • Viele Bauprojekte erfordern umfangreiche Erdarbeiten, um die richtige Tragfähigkeit, Höhe, Konturierung und andere Eigenschaften für ein bestimmtes Projekt zu gewährleisten. Die Erdarbeiten für einen gegebenen Standort des Projekts können Importieren und/oder Umverteilen von Füllmaterial beinhalten. Füllmaterial wird im Allgemeinen mit Transportfahrzeugen, wie zum Beispiel knickgelenkten Muldenkippern, an die Baustelle geliefert. Importiertes Füllmaterial kann mit Arbeitsmaschinen mit Eigenantrieb, wie z. B. Planierraupen, Gradern, Traktoren und dergleichen, auf der Baustelle umverteilt werden. Das umverteilte Füllmaterial kann dann unter Verwendung einer oder mehrerer Verdichtungsmaschinen, wie z. B. Walzen und dergleichen, verdichtet werden.
  • Vor Beginn der Erdarbeiten werden in der Regel Schätzungen durchgeführt, um die Menge an importiertem Füllmaterial zu bestimmen, die für ein gegebenes Projekt benötigt wird. Eine Vermessung kann durchgeführt werden, um die Menge an benötigtem Füllmaterial zu bestimmen, die im Allgemeinen in Kubikmetern gemessen wird. Komplikationen ergeben sich, wenn ein Schätzer die Kubikmeterzahl des Bodens in natürlichem Zustand, die Kubikmeterzahl des Bodens in losem Zustand, den Quellfaktor eines gegebenen Füllmaterials und Verdichtungsfaktoren des gegebenen Füllmaterials berücksichtigt, um die erwartete verdichtete Kubikmeterzahl des gegebenen Füllmaterials zu bestimmen. Ein Kubikmeter des Bodens in natürlichem Zustand ist die Berechnung oder Messung eines Kubikmeters an Erde oder Gestein (z. B. an Füllmaterial) in natürlichem Zustand vor Abtragung und Transport zum Standort des Projekts. Ein Kubikmeter Boden in losem Zustand ist das Maß für das Füllmaterial nach dem Aushub. Wenn Füllmaterial zum Beispiel aus dem Boden ausgehoben wird, ist es nicht mehr verdichtet und quillt durch Zufuhr von Luft und/oder Wasser weiter auf. Dies bedeutet, dass ein Kubikmeter Füllmaterial in natürlichem Zustand, das aus dem Boden entfernt wurde, fast immer mehr als einen Kubikmeter desselben Füllmaterials in losem Zustand ergibt. Der Quellfaktor ist die prozentuale Volumenzunahme des Füllmaterials (z. B. des Materials in natürlichem Zustand) nach dem Aushub (z. B. die Volumenänderung des Materials vom Material in natürlichem zum Material in losem Zustand). Aufquellen des Füllmaterials kann auch als Flocken bezeichnet werden.
  • Nach Transport des losen Füllmaterials zum Standort des Projekts wird es auf der Baustelle verteilt, z. B. mit Planierraupen und dergleichen. Der Verdichtungsfaktor kann einen leichten Verdichtungsfaktor (z. B. vor Einsatz von Walzen oder gleichwertigen Verdichtungsmaschinen) und einen starken Verdichtungsfaktor (z. B. nach Einsatz von Walzen oder gleichwertigen Verdichtungsmaschinen) einschließen. Der Verdichtungsfaktor, ob stark oder leicht, ist die prozentuale Volumenabnahme des Füllmaterials (z. B. Kubikmeterzahl des Materials in losem Zustand) bei Verdichtung, (z. B. die Volumenänderung von der Kubikmeterzahl des Materials in losem Zustand zur Kubikmeterzahl des Materials in verdichtetem Zustand). Der Verdichtungsfaktor hängt wie der Quellfaktor im Allgemeinen von der Art des Füllmaterials ab.
  • Schätzer können ungefähre Verdichtungsfaktoren basierend auf der Art des Füllmaterials extrapolieren, diese Schätzungen sind im Allgemeinen aber ungenau. Alternativ kann eine Vorabtastung oder Vermessung durchgeführt werden, das Volumen des zur Baustelle transportierten Füllmaterials (z. B. Kubikmeterzahl des Materials in losem Zustand) kann geschätzt werden, dann kann eine Umverteilung des Füllmaterials vorgenommen werden, und anschließend kann eine Nachabtastung oder Vermessung durchgeführt werden, um den leichten Verdichtungsfaktor (z. B. vor dem Einsatz von Verdichtungsmaschinen) genauer abzuschätzen. Zusätzlich kann das umverteilte Füllmaterial vor Durchführung der Nachabtastung oder Vermessung mit einer oder mehreren Verdichtungsmaschinen stark verdichtet werden, um den starken Verdichtungsfaktor genauer abzuschätzen.
  • Der Schätzer kann ferner anhand der geschätzten leichten und starken Verdichtungsfaktoren eine Gesamtzahl von Lkw-Ladungen an Füllmaterial abschätzen, die erforderlich sind, um die Erdarbeiten für eine gegebene Baustelle abzuschließen. Auf diese Weise können Schätzer auch die Gesamtzahl der Kubikmeter des Bodens in natürlichem Zustand, die ausgehoben werden müssen, um eine angemessene Menge an Füllmaterial für ein gegebenes Projekt bereitzustellen, abschätzen.
  • Weder die geschätzten Verdichtungsfaktoren noch die nachträglich berechneten leichten und starken Verdichtungsfaktoren liefern Echtzeitdaten oder ein angemessenes Äquivalent für dynamisches Aktualisieren von Schätzungen, wie zum Beispiel die verbleibende Anzahl von Lkw-Ladungen an Füllmaterial, die zum Abschließen der Erdarbeiten für die gegebene Baustelle erforderlich sind, oder die verbleibende Anzahl von Kubikmetern des Bodens in natürlichem Zustand, die ausgehoben und transportiert werden müssen, um die Erdarbeiten für die gegebene Baustelle abzuschließen.
  • KURZFASSUNG
  • Die vorliegende Offenbarung stellt eine Verbesserung herkömmlicher Systeme bereit, wenigstens teilweise durch Einführen eines neuartigen Systems und Verfahrens einschließlich Echtzeitabtastung der Baustellenoberfläche unter Verwendung von an einer Arbeitsmaschine, wie z. B. einer Planierraupe oder Walze, montierten Geräten (z. B. einer Stereokamera, Radar, LiDAR und anderen optischen Sensoren).
  • Beispielhafte Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können Ausgaben erzeugen, die beliebigen Schätzungen für Eigenschaften wie z. B. Kubikmeterzahl des Bodens in natürlichem Zustand, Quellfaktor, Verdichtungsfaktor und dergleichen entsprechen, jedoch im Wesentlichen in Echtzeit im Gegensatz zu den herkömmlichen Werkzeugen. Der Echtzeitaspekt der Oberflächenabtastung und der zugehörigen Datenverarbeitung ermöglicht ferner die Schätzung der Verdichtung in Bezug auf die Dichte des Bodens in natürlichem Zustand oder einen direkten und unmittelbaren Vergleich einer leichten Verdichtungseigenschaft mit einer starken Verdichtungseigenschaft bei Verdichtung des Bodens mit einer Arbeitsmaschine und die Nutzung solcher Schätzungen für weitere nützliche Schritte.
  • Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung können zum Beispiel Schätzungen wie oben beschrieben nutzen, um eine Materialmenge/Anzahl von Transportfahrzeugzyklen oder -lasten vorherzusagen, die z. B. in Verbindung mit einem gegebenen Bagger erforderlich sind, um eine beliebige von verschiedenen Vorgaben zu erfüllen.
  • Bei einer Ausführungsform wird hierin ein Verfahren als Verfahren zur dynamischen Charakterisierung eines zu bearbeitenden Bereichs unter Verwendung wenigstens eines Arbeitsgeräts einer Arbeitsmaschine offenbart. Erste Daten können für wenigstens einen vorderen Abschnitt eines Arbeitsbereichs in Bezug auf die Arbeitsmaschine über wenigstens einen ersten, außerhalb der Arbeitsmaschine befindlichen oder an Bord derselben positionierten Sensor gesammelt werden. Zweite Daten können ferner für wenigstens einen durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs über wenigstens einen zweiten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden. Ein oder mehrere charakteristische Werte eines Bodenmaterials im Arbeitsbereich können basierend auf ersten Daten für einen vorgegebenen Abschnitt des Oberflächenbereichs und entsprechenden zweiten Daten für denselben vorgegebenen Oberflächenbereich bestimmt werden. Ausgaben können entsprechend wenigstens einer bestimmten Materialmenge, die benötigt wird, um einen Zielwert für den Arbeitsbereich zu erreichen, basierend auf wenigstens einem des einen oder der mehreren charakteristischen Werte, erzeugt werden.
  • Bei einem beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform können die ersten Daten über Oberflächenabtastungen durch den wenigstens ersten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden, und die zweiten Daten umfassen Positionsdaten, die über einen globalen Positionssensor als zweiten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden, wobei die Positionsdaten einer aktuellen Höhe eines Abschnitts der Arbeitsmaschine entsprechend einem durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs entsprechen, und der eine oder die mehreren charakteristischen Werte des Bodenmaterials im Arbeitsbereich ferner basierend auf der aktuellen Höhe des Abschnitts der Arbeitsmaschine in Bezug auf die Höhe des wenigstens einen vorderen Abschnitts des Arbeitsbereichs bestimmt werden.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform können die ersten Daten über Oberflächenabtastungen durch den wenigstens ersten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden, und die zweiten Daten können über Oberflächenabtastungen durch den wenigstens zweiten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform können die Positionsdaten ferner über wenigstens einen dritten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden. Eine aktuelle Höhe der Arbeitsmaschine wird in Bezug auf eine Höhe des wenigstens einen vorderen Abschnitts des Arbeitsbereichs bestimmt, wobei der eine oder die mehreren charakteristischen Werte des Bodenmaterials im Arbeitsbereich ferner basierend auf der aktuellen Höhe der Arbeitsmaschine in Bezug auf die Höhe des wenigstens einen vorderen Abschnitts des Arbeitsbereichs bestimmt werden.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform ist ferner vorgesehen, ein Materialvolumen abzuschätzen, das im wenigstens einen vorderen Abschnitt des Arbeitsbereichs und im wenigstens einen durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs benötigt wird, um den Zielwert für den Arbeitsbereich zu erreichen, basierend auf wenigstens einem des einen oder der mehreren charakteristischen Werte.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform können die ersten Daten für wenigstens einen vorderen Abschnitt eines Arbeitsbereichs einschließen: Oberflächenabtastdaten, die vor einer Entladung von losem Füllmaterial im wenigstens einen vorderen Abschnitt des Arbeitsbereichs gesammelt wurden; und Oberflächenabtastdaten, die nach der Entladung von losem Füllmaterial im wenigstens einen vorderen Abschnitt des Arbeitsbereichs gesammelt wurden.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann ein verdichtetes Volumen des losen Füllmaterials geschätzt werden, und wenigstens ein des einen oder der mehreren charakteristischen Werte kann basierend auf den zweiten Oberflächenabtastdaten weiter aktualisiert werden, wenn die Arbeitsmaschine den Bereich mit dem losen Füllmaterial durchfährt.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann ein Materialvolumen, das im wenigstens einen vorderen Abschnitt des Arbeitsbereichs und im wenigstens einen durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs als benötigt eingeschätzt wird, um den Zielwert für den Arbeitsbereich (z. B. ein vorbestimmtes Oberflächenprofil) zu erreichen, auf dem aktualisierten wenigstens einen des einen oder der mehreren charakteristischen Werte basieren.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann ein Materialvolumen, das dem Arbeitsbereich pro Transportfahrzeugladung hinzugefügt wird, geschätzt werden, und eine Anzahl von Transportfahrzeugladungen, die erforderlich sind, um den Zielwert für den Arbeitsbereich zu erreichen, kann entsprechend vorhergesagt werden. Das dem Arbeitsbereich pro Transportfahrzeugladung hinzugefügte Materialvolumen kann wenigstens teilweise basierend auf Eingabesignalen einer Nutzlastwäge- oder -messeinheit des jeweiligen Transportfahrzeugs geschätzt werden. Als weiteres Beispiel kann das dem Arbeitsbereich pro Transportfahrzeugladung hinzugefügte Materialvolumen wenigstens teilweise basierend auf einem geschätzten Materialrücktrag für das jeweilige Transportfahrzeug geschätzt werden, wobei der Materialrücktrag unter Verwendung von wenigstens abgetasteten Bildern eines Ladebehälters des Transportfahrzeugs geschätzt wird.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann auf eine Karte mit dreidimensionalen Daten entsprechend wenigstens eines Abschnitts des zu bearbeitenden Bereichs zugegriffen werden. Eine oder mehrere gewünschte Entladestellen können an dem wenigstens einen Abschnitt des zu bearbeitenden Bereichs vorhergesagt werden, wenigstens teilweise basierend auf dem dem Arbeitsbereich pro Transportfahrzeugladung hinzugefügten geschätzten Materialvolumen und der vorhergesagten Anzahl von Transportfahrzeugladungen, die erforderlich sind, um den Zielwert für den Arbeitsbereich zu erreichen. Ausgabesignale können ferner entsprechend der vorhergesagten einen oder mehreren gewünschten Entladestellen für wenigstens ein Transportfahrzeug erzeugt werden.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann für jedes des wenigstens einen Transportfahrzeugs eine Route für das Transportfahrzeug zwischen einer erfassten aktuellen Position desselben und wenigstens einer der vorhergesagten einen oder mehreren gewünschten Entladestellen erzeugt werden, wobei die erzeugten Ausgabesignale für ein jeweiliges Transportfahrzeug der dafür erzeugten Route entsprechen.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann die Route für ein jeweiliges Transportfahrzeug wenigstens teilweise basierend auf einer empfangenen Benutzereingabe, die wenigstens einen Prioritätsindikator in Hinblick auf die vorhergesagte eine gewünschte Entladestelle oder die vorhergesagten mehreren gewünschten Entladestellen umfasst, und/oder basierend auf einem erfassten Nutzlastgewicht erstellt werden.
  • Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform umfassen der erste Sensor und der zweite Sensor eines oder mehrere der folgenden Elemente: eine Bilddatenquelle; eine optische Datenquelle; und einen Radarsensor.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform, wie hierin offenbart, kann ein System zur dynamischen Charakterisierung eines zu bearbeitenden Bereichs unter Verwendung wenigstens eines Arbeitsgeräts einer Arbeitsmaschine einschließen: wenigstens einen ersten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine, der zum Sammeln erster Oberflächenabtastdaten für wenigstens einen vorderen Abschnitt eines Arbeitsbereichs ausgebildet ist; wenigstens einen zweiten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine, der zum Sammeln zweiter Oberflächenabtastdaten für wenigstens einen durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs ausgebildet ist; und einen Controller, der funktional mit dem wenigstens einen ersten Sensor und dem wenigstens einen zweiten Sensor verbunden ist. Der Controller kann zum Durchführen von Operationen gemäß der oben erwähnten Verfahrensausführungsform und optional gemäß einem oder mehreren der beispielhaften Aspekte davon ausgebildet sein.
  • Der Controller der oben erwähnten Ausführungsform kann typischerweise mit der Arbeitsmaschine selbst verbunden sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Controller in Bezug auf die Arbeitsmaschine entfernt sein und die Form eines mobilen Computergeräts annehmen.
  • Zahlreiche Zwecke, Merkmale und Vorteile der hierin dargelegten Ausführungsformen werden dem Fachmann beim Lesen der folgenden Offenbarung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen leicht ersichtlich sein.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer raupengetriebenen Arbeitsmaschine, die eine Ausführungsform einer Arbeitsmaschine mit Eigenantrieb und eines Verfahrens, wie hierin offenbart, enthält.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Steuersystem für die Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform eines Systems, wie hierin offenbart, darstellt.
    • 3 ist ein grafisches Diagramm, das eine Baustelle mit verdichteten und losen Materialabschnitten sowie ein Zielprofil, das zusätzliche Auffüllung erfordert, darstellt.
    • 4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens, wie hierin offenbart, darstellt.
    • 5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens, wie hierin offenbart, darstellt.
    • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das zusätzliche optionale Merkmale gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens, wie hierin offenbart, darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Arbeitsmaschine 100. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist die Arbeitsmaschine 100 eine Planierraupe, es kann sich jedoch um eine beliebige Arbeitsmaschine mit einem Planierschild oder einem anderen Arbeitsgerät 142 handeln, wie z. B. einen Kompaktraupenlader, Motorgrader, Scraper, Kompaktlader, Bagger und Traktor, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Arbeitsmaschine kann so betrieben werden, dass sie in den Boden eingreift und Material planiert, schneidet und/oder bewegt, um einfache oder komplexe Merkmale auf dem Boden zu bewirken. Während Betriebs kann die Arbeitsmaschine Bewegung in drei Richtungen und Drehung in drei Richtungen erfahren. Eine Richtung für die Arbeitsmaschine kann auch in Bezug auf eine Längsrichtung 102, eine Breiten- oder Querrichtung 106 und eine Vertikalrichtung 110 bezeichnet werden. Drehung für Arbeitsmaschine 100 kann als Rollen 104 oder die Rollrichtung, Nicken 108 oder die Nickrichtung und Gieren 112 oder die Gierrichtung oder der Kurs bezeichnet werden.
  • Eine Fahrerkabine 136 kann sich auf dem Fahrgestell 140 befinden. Die Fahrerkabine 136 und das Arbeitsgerät 142 können beide auf dem Fahrgestell 140 montiert sein, sodass wenigstens bei bestimmten Ausführungsformen die Fahrerkabine 136 in die Arbeitsrichtung des Arbeitsgeräts 142 zeigt, wie zum Beispiel, wenn das Arbeitsgerät vorne montiert ist. Eine Steuerstation mit einer Benutzerschnittstelle 214 (in 1 nicht gezeigt) kann sich in der Fahrerkabine 136 befinden. Wie hierin verwendet, können die Richtungen in Bezug auf Arbeitsmaschine 100 aus der Perspektive eines in der Fahrerkabine 136 sitzenden Bedieners bezeichnet werden: die linke Seite der Arbeitsmaschine befindet sich links von einem solchen Bediener, die rechte Seite der Arbeitsmaschine befindet sich rechts von einem solchen Bediener, die Vorderseite oder Frontseite von Arbeitsmaschine 100 ist die Richtung, in die ein solcher Bediener blickt, die Rückseite oder Hinterseite der Arbeitsmaschine befindet sich hinter einem solchen Bediener, die Oberseite der Arbeitsmaschine befindet sich über einem solchen Bediener und die Unterseite der Arbeitsmaschine befindet sich unter einem solchen Bediener.
  • Der Begriff „Benutzerschnittstelle“ 214, wie hierin verwendet, kann im Wesentlichen die Form einer Anzeigeeinheit 218 und/oder anderer Ausgaben vom System, wie z. B. Anzeigeleuchten, akustische Warnungen und dergleichen, annehmen. Die Benutzerschnittstelle kann ferner oder alternativ verschiedene Bedienelemente oder Benutzereingaben (z. B. ein Lenkrad, Joysticks, Hebel, Knöpfe) zur Bedienung der Arbeitsmaschine 100, einschließlich Bedienung des Motors, der Hydraulikzylinder und dergleichen, einschließen. Eine solche bordeigene Benutzerschnittstelle kann zum Beispiel über eine CAN-Bus-Anordnung oder andere gleichwertige Formen elektrischer und/oder elektromechanischer Signalübertragung mit einem Fahrzeugsteuersystem gekoppelt sein.
  • Eine andere Form der Benutzerschnittstelle (nicht gezeigt) kann die Form einer Anzeigeeinheit (nicht gezeigt) annehmen, die auf einem entfernten (d. h. nicht an Bord befindlichen) Computergerät erzeugt wird, das Ausgaben wie Statusanzeigen anzeigen und/oder anderweitig Benutzerinteraktion, wie Bereitstellen von Eingaben an das System, ermöglichen kann. Im Zusammenhang mit einer Fernbedienungsschnittstelle kann die Datenübertragung zwischen beispielsweise dem Fahrzeugsteuersystem und der Benutzerschnittstelle die Form eines drahtlosen Kommunikationssystems und zugehöriger Komponenten annehmen, wie allgemein in der Technik bekannt.
  • Die veranschaulichte Arbeitsmaschine 100 schließt ferner ein Steuersystem mit einem Controller 212 (unten mit Bezug auf 3 genauer beschrieben) ein. Der Controller 212 kann Teil des Maschinensteuersystems der Arbeitsmaschine sein oder ein separates Steuermodul darstellen. Dementsprechend kann der Controller 212 Steuersignale zum Steuern des Betriebs verschiedener Aktoren in der gesamten Arbeitsmaschine 100 erzeugen, bei denen es sich zum Beispiel um Hydraulikmotoren, hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten, elektrische Aktoren und dergleichen handeln kann. Elektronische Steuersignale vom Controller können zum Beispiel von elektrohydraulischen Steuerventilen empfangen werden, die mit den jeweiligen Aktoren verbunden sind, wobei die elektrohydraulischen Steuerventile den Fluss von Hydraulikflüssigkeit zu und von den jeweiligen hydraulischen Aktoren steuern, um deren Betätigung als Reaktion auf das Steuersignal vom Controller zu steuern.
  • Der Controller 212 kann die Benutzerschnittstelle 214 einschließen oder mit dieser funktional verbunden sein und optional in der Fahrerkabine 136 an einem Bedienfeld montiert sein.
  • Der Controller 212 ist zum Empfangen von Eingabesignalen von einigen oder allen der verschiedenen, mit der Arbeitsmaschine 100 verbundenen Sensoren 144, 149 ausgebildet, die zum Beispiel einen Satz von einem oder mehreren Sensoren 144, die am Fahrgestell 140 angebracht sind, und/oder einen Satz von einem oder mehreren Sensoren 144, die am Arbeitsgerät 142 der Arbeitsmaschine 100 angebracht sind, einschließen können und zum Bereitstellen von Signalen, die eine Neigung des Fahrgestells oder des Schilds anzeigen, ausgebildet sind. Bei alternativen Ausführungsformen sind solche Sensoren möglicherweise nicht direkt am Fahrgestell befestigt, sondern können stattdessen mit dem Fahrgestell 140 durch Zwischenkomponenten oder -strukturen, wie z. B. gummierte Halterungen, verbunden sein. Solche Sensoren 144 können zum Bereitstellen wenigstens eines Signals, das die Neigung des Fahrgestells 140 in Bezug auf die Schwerkraftrichtung anzeigt, oder zum Bereitstellen eines oder mehrerer Signale, die andere Positionen oder Geschwindigkeiten des Fahrgestells anzeigen, einschließlich seiner Winkelposition, Geschwindigkeit oder Beschleunigung in einer Richtung, wie z. B. der Rollrichtung 104, Nickrichtung 108, Gierrichtung 112 oder seiner linearen Beschleunigung in einer Längsrichtung 102, Breitenrichtung 106 und/oder vertikalen Richtung 110, ausgebildet sein. Die Sensoren 144 können zum direkten Messen der Neigung oder beispielsweise zum Messen und Integrieren der Winkelgeschwindigkeit ausgebildet sein, um die Neigung zu erhalten, und können typischerweise z. B. aus einer Trägheitsmesseinheit (Inertial Measurement Unit, IMU) bestehen, die am Fahrgestell 140 montiert ist, und zum Bereitstellen wenigstens eines Fahrgestellneigungssignals oder von Signalen, die der Neigung des Fahrgestells 140 entsprechen, als Eingaben an den Controller 212 ausgebildet ist. Eine solche IMU kann zum Beispiel die Form einer dreiachsigen gyroskopischen Einheit annehmen, die zum Erfassen von Änderungen in der Ausrichtung des Sensors und damit des Fahrgestells 140, an dem er befestigt ist, in Bezug auf eine anfängliche Ausrichtung ausgebildet ist.
  • Bei anderen Ausführungsformen können die Sensoren eine Vielzahl von GPS-Positionssensoren 232 einschließen, die in Bezug auf das Fahrgestell 140 und/oder die Schildpositioniereinheit befestigt sind und die absolute Position sowie Ausrichtung der Arbeitsmaschine 100 innerhalb eines externen Bezugssystems und Änderungen dieser Position sowie Ausrichtung erfassen können.
  • Die Arbeitsmaschine 100 wird durch ein Untergestell 114 auf dem Boden abgestützt. Das Untergestell 114 schließt Bodeneingriffseinheiten 116, 118, die im vorliegenden Beispiel durch eine linke Raupe 116 und eine rechte Raupe 118 gebildet werden, aber in bestimmten Ausführungsformen durch alternative Anordnungen einschließlich Bodeneingriffseinheiten mit Rädern gebildet sein können und Zugkraft für die Arbeitsmaschine 100 bereitstellen. Jede Raupe kann aus Schuhen mit Stegen bestehen, die in den Boden einsinken, um die Traktion zu erhöhen, sowie aus Verbindungskomponenten, die es den Raupen ermöglichen, sich um vordere Leitrollen 120, Raupenrollen 122, hintere Kettenräder 124 und obere Leitrollen 126 zu drehen. Solche Verbindungskomponenten können Glieder, Stifte, Buchsen und Führungen einschließen, um nur einige Komponenten zu nennen. Vordere Leitrollen 120, Raupenrollen 122 und hintere Kettenräder 124, sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite der Arbeitsmaschine 100, stellen Abstützung der Arbeitsmaschine 100 auf dem Boden bereit. Vordere Leitrollen 120, Raupenrollen 122, hintere Kettenräder 124 und obere Leitrollen 126 sind alle schwenkbar mit dem Rest der Arbeitsmaschine 100 verbunden und drehbar mit ihren jeweiligen Raupen gekoppelt, sodass sie sich mit diesen Raupen drehen. Der Raupenrahmen 128 stellt eine strukturelle Unterstützung oder Festigkeit für diese Komponenten und den Rest des Untergestells 114 bereit. Bei alternativen Ausführungsformen können die Bodeneingriffseinheiten 116, 118 z. B. Räder auf der linken und rechten Seite der Arbeitsmaschine umfassen.
  • Vordere Leitrollen 120 sind an der Längsvorderseite der linken Raupe 116 und der rechten Raupe 118 positioniert und stellen eine Drehfläche, um die sich die Raupen drehen können, sowie einen Stützpunkt zum Übertragen von Kraft zwischen der Arbeitsmaschine 100 und dem Boden bereit. Linke und rechte Raupe 116, 118 drehen sich um die vorderen Leitrollen 120, wenn sie zwischen ihrem vertikal unteren und vertikal oberen Abschnitten parallel zum Boden übergehen, sodass ungefähr die Hälfte des Außendurchmessers jeder der vorderen Leitrollen 120 mit der jeweiligen linken 116 oder rechten Raupe 118 in Eingriff steht. Dieser Eingriff kann durch eine Kettenrad- und Bolzenanordnung erfolgen, wobei die in der linken 116 und rechten Raupe 118 enthaltenen Bolzen durch Aussparungen in der vorderen Leitrolle 120 in Eingriff gebracht werden, um Kraft zu übertragen. Dieser Eingriff führt auch dazu, dass die vertikale Höhe der linken und rechten Raupe 116, 118 nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser jeder der vorderen Leitrollen 120 an der Längsvorderseite der Raupen. Vordere Eingriffspunkte 130 der Raupen 116, 118 können näherungsweise als der Punkt an jeder Raupe betrachtet werden, der sich senkrecht unter der Mitte der vorderen Leitrollen 120 befindet, welcher der vordere Punkt der Raupen ist, der mit dem Boden in Eingriff kommt.
  • Raupenrollen 122 sind in Längsrichtung zwischen der vorderen Leitrolle 120 und dem hinteren Kettenrad 124 entlang der unteren linken und unteren rechten Seite der Arbeitsmaschine 100 angeordnet. Jede der Raupenrollen 122 kann drehbar mit der linken Raupe 116 oder der rechten Raupe 118 durch Eingriff zwischen einer oberen Fläche der Raupen und einer unteren Fläche der Raupenrollen 122 gekoppelt sein. Diese Ausbildung kann es den Raupenrollen 122 ermöglichen, Abstützung für die Arbeitsmaschine 100 bereitzustellen, und kann insbesondere die Übertragung von Kräften in vertikaler Richtung zwischen der Arbeitsmaschine und dem Boden ermöglichen. Diese Ausbildung widersteht auch Aufwärtsbiegung der linken und rechten Raupe 116, 118, wenn sie ein nach oben gerichtetes Bodenmerkmal überqueren, dessen Länge geringer ist als der Abstand zwischen der vorderen Leitrolle 120 und dem hinteren Kettenrad 124.
  • Hintere Kettenräder 124 können an der hinteren Längsseite der linken Raupe 116 und der rechten Raupe 118 positioniert sein und stellen, ähnlich wie die vorderen Leitrollen 120, eine Drehfläche, um die sich die Raupen drehen können, und einen Stützpunkt zum Übertragen von Kraft zwischen der Arbeitsmaschine 100 und dem Boden bereit. Linke und rechte Raupe 116, 118 drehen sich um die hinteren Kettenräder, wenn sie zwischen ihrem vertikal unteren und vertikal oberen Abschnitten parallel zum Boden übergehen, sodass ungefähr die Hälfte des Außendurchmessers jedes der hinteren Kettenräder 124 mit der jeweiligen linken oder rechten Raupe 116, 118 in Eingriff steht. Dieser Eingriff kann durch eine Kettenrad- und Bolzenanordnung erfolgen, wobei die in der linken und rechten Raupe enthaltenen Bolzen durch Aussparungen in den hinteren Kettenrädern 124 in Eingriff gebracht werden, um Kraft zu übertragen. Dieser Eingriff führt auch dazu, dass die vertikalen Höhen der Raupen nur geringfügig größer sind als der Außendurchmesser jedes der hinteren Kettenräder 124 an der Längsrückseite oder Rückseite der jeweiligen Raupe. Der hinterste Eingriffspunkt 132 der Raupen kann näherungsweise als der Punkt an jeder Raupe betrachtet werden, der sich senkrecht unter der Mitte der hinteren Kettenräder befindet, welcher der hinterste Punkt der Raupe ist, der mit dem Boden in Eingriff kommt. Bei dieser Ausführungsform kann jedes der hinteren Kettenräder 124 durch einen drehgekoppelten Hydraulikmotor betrieben werden, um die linke Raupe 116 und die rechte Raupe 118 anzutreiben und dadurch Vortrieb und Traktion der Arbeitsmaschine 100 zu steuern. Jeder des linken und rechten Hydraulikmotors kann von einer hydrostatischen Pumpe mit Hydraulikflüssigkeit unter Druck versorgt werden, deren Durchflussrichtung und Verdrängung die Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des linken und rechten Hydraulikmotors steuert. Jede hydrostatische Pumpe kann von einem Motor 134 (oder einer gleichwertigen Energiequelle) der Arbeitsmaschine angetrieben werden und kann von einem Bediener in der Fahrerkabine 136 gesteuert werden, der Befehle ausgibt, die vom Controller 212 empfangen und an die linke und rechte hydrostatische Pumpe übermittelt werden können. Bei alternativen Ausführungsformen kann jedes der hinteren Kettenräder durch einen drehgekoppelten Elektromotor oder ein mechanisches System angetrieben werden, das Leistung vom Motor überträgt.
  • Obere Leitrollen 126 sind in Längsrichtung zwischen den vorderen Leitrollen 120 und den hinteren Kettenrädern 124 entlang der linken und rechten Seite der Arbeitsmaschine 100 oberhalb der Raupenrollen 122 positioniert. Ähnlich wie die Raupenrollen kann jede der oberen Leitrollen durch Eingriff zwischen einer unteren Fläche der Raupen und einer oberen Fläche der oberen Leitrollen drehbar mit der linken Raupe 116 oder der rechten Raupe 118 gekoppelt sein. Diese Ausbildung kann es den oberen Leitrollen ermöglichen, die Raupen über die Längsspanne zwischen der vorderen Leitrolle und dem hinteren Kettenrad zu stützen und eine Abwärtsbiegung des oberen Abschnitts der Raupen parallel zum Boden zwischen der vorderen Leitrolle und dem hinteren Kettenrad zu verhindern.
  • Das Untergestell 114 ist am Fahrgestell 140 der Arbeitsmaschine 100 befestigt und sorgt für dessen Abstützung und Zugkraft. Das Fahrgestell ist der Rahmen, der strukturelle Abstützung und Steifigkeit für die Arbeitsmaschine bereitstellt und die Kraftübertragung zwischen dem Arbeitsgerät 142 (z. B. dem Schild) und der linken Raupe 116 sowie rechten Raupe 118 ermöglicht. Bei dieser Ausführungsform ist das Fahrgestell ein Schweißteil, das aus mehreren geformten und verbundenen Stahlelementen besteht, aber bei alternativen Ausführungsformen kann es aus einer beliebigen Anzahl verschiedener Materialien oder Ausbildungen bestehen.
  • Das Schild des vorliegenden Beispiels ist ein Arbeitsgerät 142, das in den Boden oder das Material eingreifen kann, um zum Beispiel Material von einer Stelle zu einer anderen zu bewegen und Merkmale auf dem Boden zu erzeugen, einschließlich ebener Flächen, Steigungen, Hügel, Straßen oder komplexer geformter Merkmale. Bei dieser Ausführungsform kann das Schild der Arbeitsmaschine 100 als Sechs-Wege-Schild, sechsfach verstellbares Schild oder Power-Angle-Tilt (PAT)-Schild bezeichnet werden. Das Schild kann hydraulisch betätigt werden, um sich vertikal nach oben oder unten zu bewegen („lift“), nach links oder rechts zu rollen („tilt“) und nach links oder rechts zu gieren („angle“). Bei alternativen Ausführungsformen kann ein Schild mit weniger hydraulisch gesteuerten Freiheitsgraden verwendet werden, wie z. B. ein 4-Wege-Schild, das in Gierrichtung 112 nicht abgewinkelt oder betätigt werden kann.
  • Das Arbeitsgerät 142 ist beweglich mit dem Fahrgestell 140 der Arbeitsmaschine 100 über ein Gestänge 146 verbunden, das das Schild abstützt, betätigt und so ausgebildet ist, dass das Schild in Bezug auf das Fahrgestell vertikal bewegt (d. h. in der vertikalen Richtung 110 angehoben oder abgesenkt) werden kann. Das Gestänge 146 schließt einen C-Rahmen 148, ein Strukturelement mit einer C-Form, das hinter dem Arbeitsgerät 142 positioniert ist, wobei die C-Form zur Rückseite der Arbeitsmaschine 100 hin offen ist, ein. Das Arbeitsgerät 142 kann in Bezug auf die Arbeitsmaschine 100 durch Betätigung von Hubzylindern 150, die den C-Rahmen 148 anheben und absenken können, in der Höhe bewegt (d. h. angehoben oder abgesenkt) werden. Das Arbeitsgerät 142 kann in Bezug auf die Arbeitsmaschine 100 durch Betätigung eines Kippzylinders 152 gekippt werden, was auch als Bewegen des Schilds in Rollrichtung 104 bezeichnet werden kann. Das Arbeitsgerät 142 kann in Bezug auf die Arbeitsmaschine 100 durch Betätigung von Winkelzylindern 154 angewinkelt werden, was auch als Bewegen des Arbeitsgeräts 142 in Gierrichtung 112 bezeichnet werden kann. Jeder der Hubzylinder 150, Kippzylinder 152 und Winkelzylinder 154 kann ein doppelt wirkender Hydraulikzylinder sein.
  • Wie in 2 schematisch veranschaulicht, schließt die Arbeitsmaschine 100 bei einer Ausführungsform, wie hierin offenbart, ein Steuersystem einschließlich eines Controllers 212 ein. Der Controller 212 kann Teil des Maschinensteuersystems der Arbeitsmaschine 100 oder ein separates Steuermodul sein.
  • Wie oben erwähnt, ist der Controller 212 zum Empfangen von Eingabesignalen von einem Oberflächenabtastsystem 204, das in einem Beispiel Stereokameras einschließen kann und insgesamt ein Bildgebungssystem definiert, ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Bildgebungssystem ein oder mehrere Geräte unter Infrarotkameras, Videokameras, stereoskopischer Kameras, PMD-Kameras und dergleichen einschließen. Der Fachmann wird erkennen, dass ein Oberflächenabtastsystem 204 innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung hochauflösende LiDAR-Scanner (Light Detection And Ranging (Lichterkennung und Entfernungsmessung)), Radardetektoren, Laserscanner und dergleichen einschließen kann. Anzahl und Ausrichtung besagter Scanner in einem Oberflächenabtastsystem 204 können je nach Art der Arbeitsmaschine 100 und jeweiligen Anwendungen variieren, können aber wenigstens in Bezug auf Bereiche vor und/oder hinter der Arbeitsmaschine 100 bereitgestellt und entsprechend ausgebildet sein, um Daten im Zusammenhang mit relevanten Umgebungen in der Nähe der Arbeitsmaschine 100 zu erfassen.
  • Während die Figuren im Allgemeinen Datenerfassung im Kontext von zum Durchführen von Oberflächenabtastungen ausgebildeten, bordeigenen Sensoren veranschaulichen, versteht es sich, dass, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, zusätzliche Sensoren außerhalb der Arbeitsmaschine 100 funktional mit dem Controller 212 verbunden sein können und in den Umfang eines Oberflächenabtastsystems 204 fallen. Bei bestimmten Ausführungsformen könnten zum Beispiel Oberflächenabtastungen von einem, einer Verdichtungsmaschine als Arbeitsmaschine 100 vorausfahrendem Raupenfahrzeug (unter Verwendung einer visuellen Abtastvorrichtung oder eines GPSgestützten Positionssensors) durchgeführt und dann an die Verdichtungsmaschine als Arbeitsmaschine 100 weitergeleitet werden (wodurch deren Vorwärtsabtastung erzeugt wird), oder die Daten können unter Verwendung einer externen Abtastvorrichtung gesammelt werden, die zum Beispiel an einem unbemannten Luftfahrzeug (Unmanned Aerial Vehicle (UAV) oder Drohne) angebracht ist.
  • Position und Größe eines Bildbereichs, der von einer jeweiligen Kamera als Datenquelle im Oberflächenabtastsystem 204 aufgenommen wird, können von der Anordnung und Ausrichtung der Kamera und des Kameraobjektivsystems, insbesondere der Brennweite des Objektivs der Kamera, abhängen. Der Fachmann wird ferner erkennen, dass Bilddatenverarbeitungsfunktionen bei richtiger Konfiguration diskret an einer gegebenen Bilddatenquelle durchgeführt werden können, aber auch oder anderweitig im Allgemeinen wenigstens eine gewisse Bilddatenverarbeitung durch den Controller oder einen anderen nachgeschalteten Datenprozessor einschließen können. Zum Beispiel können Bilddaten von einer oder mehreren Oberflächenabtastdatenquellen zur dreidimensionalen Punktwolkenerzeugung, Bildsegmentierung, Objektabgrenzung und - klassifizierung und dergleichen unter Verwendung von Bilddatenverarbeitungswerkzeugen, wie sie in der Technik in Kombination mit den offenbarten Zielen bekannt sind, bereitgestellt werden.
  • Der Controller 212 der Arbeitsmaschine 100 kann zum Erzeugen von Ausgaben, wie unten genauer beschrieben, an eine mit einer Anzeigeeinheit 218 zur Anzeige für den menschlichen Bediener verbundenen Benutzerschnittstelle 214 ausgebildet sein. Der Controller 212 kann zum Empfangen von Eingaben von der Benutzerschnittstelle 214 ausgebildet sein, wie z. B. über die Benutzerschnittstelle 214 bereitgestellte Benutzereingaben. Nicht speziell in 2 dargestellt, kann der Controller 212 der Arbeitsmaschine 100 bei einigen Ausführungsformen ferner Eingaben von entfernten Vorrichtungen, die einem Benutzer über eine jeweilige Benutzerschnittstelle, zum Beispiel eine Anzeigeeinheit mit Touchscreen-Schnittstelle, zugeordnet sind, empfangen und Ausgaben an diese Vorrichtungen erzeugen. Datenübertragung zwischen zum Beispiel dem Fahrzeugsteuersystem und einer entfernten Benutzerschnittstelle kann die Form eines drahtlosen Kommunikationssystems und zugehöriger Komponenten, wie sie in der Technik herkömmlich bekannt sind, annehmen. Bei bestimmten Ausführungsformen können eine entfernte Benutzerschnittstelle und Fahrzeugsteuersysteme für jeweilige Arbeitsmaschinen 100 weiter koordiniert werden oder anderweitig mit einem entfernten Server oder einer anderen Rechenvorrichtung für die Durchführung von Operationen in einem System, wie hierin offenbart, interagieren.
  • Der Controller 212 kann bei verschiedenen Ausführungsformen als Teil des Steuersystems von 2 und weiter im Einklang mit der oben erwähnten Offenbarung zum Erzeugen von Steuersignalen zum Steuern des Betriebs der jeweiligen Aktoren oder von Signalen zur indirekten Steuerung über zwischengeschaltete Steuereinheiten, die mit einem Maschinenlenksteuersystem 226, einem Maschinenarbeitsgerätesteuersystem 228 und einem Motordrehzahlsteuersystem 230 verbunden sind, ausgebildet sein. Die Steuersysteme 226, 228, 230 können unabhängig oder anderweitig zusammen oder als Teil einer Maschinensteuereinheit auf verschiedene, in der Technik bekannte Weisen integriert sein. Der Controller 212 kann zum Beispiel Steuersignale zum Steuern des Betriebs verschiedener Aktoren, wie z. B. Hydraulikmotoren oder hydraulische Kolben-ZylinderEinheiten (nicht gezeigt), erzeugen, und elektronische Steuersignale vom Controller 212 können tatsächlich von elektrohydraulischen Steuerventilen empfangen werden, die mit den Aktoren verbunden sind, sodass die elektrohydraulischen Steuerventile den Fluss von Hydraulikflüssigkeit zu und von den jeweiligen hydraulischen Aktoren steuern, um deren Betätigung als Reaktion auf das Steuersignal vom Controller 212 zu steuern.
  • Ein Positionssensor 232, wie er herkömmlich in der Technik bekannt ist, wie zum Beispiel ein Global Positioning System (GPS)-Transceiver und dergleichen, kann ferner bereitgestellt und kommunikativ mit dem Controller 212 verbunden sein.
  • Der Controller 212 schließt einen Prozessor 250, ein computerlesbares Medium 252, eine Kommunikationseinheit 254 und einen Datenspeicher 256, wie zum Beispiel ein Datenbanknetzwerk ein, oder kann damit verbunden sein. Es versteht sich, dass der hierin beschriebene Controller 212 ein einzelner Controller sein kann, der eine gewisse oder die gesamte der beschriebenen Funktionalität aufweist, oder mehrere Controller einschließen kann, wobei eine gewisse oder die gesamte der beschriebenen Funktionalität unter den mehreren Controllern verteilt ist.
  • Verschiedene Operationen, Schritte oder Algorithmen, wie im Zusammenhang mit dem Controller 212 beschrieben, können direkt in Hardware, in einem Computerprogrammprodukt, wie z. B. einem vom Prozessor 250 ausgeführten Softwaremodul, oder in einer Kombination von beiden verkörpert sein. Das Computerprogrammprodukt kann sich im RAM-Speicher, Flash-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher, in Registern, auf Festplatte, auf einem Wechseldatenträger oder einem computerlesbaren Mediums 252 beliebiger anderer, in der Technik bekannter Art befinden. Ein beispielhaftes computerlesbares Medium 252 kann mit dem Prozessor 250 gekoppelt sein, sodass der Prozessor 250 Informationen aus dem Speicher/Speichermedium 252 lesen und in diesen/dieses schreiben kann. Alternativ kann das Medium 252 im Prozessor 250 integriert sein. Der Prozessor 250 und das Medium 252 können sich in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) befinden. Der ASIC kann sich in einem Benutzerterminal befinden. Alternativ können sich der Prozessor 250 und das Medium 252 als diskrete Komponenten in einem Benutzerterminal befinden.
  • Der Begriff „Prozessor“ 250, wie hierin verwendet, kann sich wenigstens auf allgemeine oder spezielle Verarbeitungsvorrichtungen und/oder Logik beziehen, wie sie von einem Fachmann verstanden werden können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen Mikroprozessor, Mikrocontroller, eine Zustandsmaschine und dergleichen. Ein Prozessor 250 kann auch als eine Kombination von Rechenvorrichtungen, beispielsweise eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, einer Vielzahl von Mikroprozessoren, einem oder mehreren Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder als eine beliebige andere derartige Konfiguration implementiert werden.
  • Die Kommunikationseinheit 254 kann Kommunikation zwischen dem Controller 212 und externen Kommunikationseinheiten, -systemen oder -vorrichtungen unterstützen oder bereitstellen und/oder eine Kommunikationsschnittstelle in Bezug auf interne Komponenten der Arbeitsmaschine 100 unterstützen oder bereitstellen. Die Kommunikationseinheit kann drahtlose Kommunikationssystemkomponenten (beispielsweise über ein Mobilfunkmodem, WiFi, Bluetooth und dergleichen) und/oder einen oder mehrere drahtgebundene Kommunikationsendgeräte, wie z. B. universelle serielle Busanschlüsse, einschließen.
  • Der Datenspeicher 256 kann, wie unten genauer beschrieben, sofern nicht anderweitig angegeben, im Allgemeinen Hardware, wie z. B. flüchtige oder nichtflüchtige Speichervorrichtungen, Laufwerke, elektronische Speicher und optische oder andere Speichermedien sowie bei bestimmten Ausführungsformen eine oder mehrere darauf befindliche Datenbanken umfassen.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 ein beispielhaftes Verfahren 400 der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Das Verfahren 400 schließt wenigstens einen Schritt 410 zum Bestimmen charakteristischer Werte von Bodenmaterial in einem Arbeitsbereich basierend auf verschiedenen Eingaben im Wesentlichen in Echtzeit ein.
  • Ein Satz von Eingaben kann als erste Daten 402 einer Oberfläche in einem vorderen Arbeitsbereich, anderweitig als vorderer Abschnitt des Arbeitsbereichs bezeichnet, bereitgestellt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die ersten Daten über Oberflächenabtastungen des vorderen Arbeitsbereichs bereitgestellt werden. Der Begriff „vorderer Arbeitsbereich“ und Äquivalente, wie hierin verwendet, können sich zum Beispiel wenigstens auf einen Abschnitt des Arbeitsbereichs beziehen, im Allgemeinen vor der Arbeitsmaschine 100, wenn die Arbeitsmaschine in Vorwärtsrichtung fährt. Wie zuvor angemerkt, können die abgetasteten Daten über eine Bilddatenquelle (z. B. eine Stereokamera), einen optischen Sensor, einen Radarsensor usw. bereitgestellt werden. Die ersten abgetasteten Daten, wie im vorderen Abschnitt des Arbeitsbereichs gesammelt, können zum Beispiel eine Sammlung von Oberflächenabtastdaten vor einer Entladung von losem Füllmaterial im vorderen Arbeitsbereich und eine Sammlung von Oberflächenabtastdaten nach der Entladung des losen Füllmaterials im vorderen Arbeitsbereich einschließen.
  • Ein weiterer Satz von Eingaben kann als zweite Daten 406 einer Oberfläche in einem durchfahrenen Arbeitsbereich, anderweitig als durchfahrener Abschnitt des Arbeitsbereichs bezeichnet, bereitgestellt werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen können die zweiten Daten 506 über Oberflächenabtastungen des durchfahrenen Arbeitsbereichs bereitgestellt werden. Der Begriff „durchfahrener Arbeitsbereich“ und Äquivalente, wie hierin verwendet, können sich typischerweise zum Beispiel wenigstens auf einen Abschnitt des Arbeitsbereichs beziehen, im Allgemeinen hinter der Arbeitsmaschine, wenn die Arbeitsmaschine in Vorwärtsrichtung fährt und der Abschnitt von der Arbeitsmaschine durchfahren worden ist. Der Sensor/Die Sensoren, der/die die zweiten abgetasteten Daten bereitstellt/bereitstellen, kann/können sich von dem/den Sensor/Sensoren, der/die die ersten abgetasteten Daten bereitstellt/bereitstellen, unterscheiden, oder sie können einen oder mehrere überlappende Sensoren einschließen.
  • Ein weiterer (oder alternativer) Satz von Eingaben kann als Positionsdaten 404 von einem Positionssensor, wie z. B. einem GPS-Transceiver, der an der Arbeitsmaschine 100 montiert oder anderweitig an dieser vorgesehen ist, bereitgestellt werden. Die Positionsdaten 404 können zum Beispiel mit entsprechenden ersten Oberflächenabtastdaten 402 verwendet werden, um eine aktuelle Höhe der Arbeitsmaschine 100 in Bezug auf eine Oberfläche vor der Arbeitsmaschine zu bestimmen, und/oder können mit entsprechenden zweiten Oberflächenabtastdaten 406 verwendet werden, um eine aktuelle Höhe der Arbeitsmaschine 100 in Bezug auf eine Oberfläche zu bestimmen, die zuvor von der Arbeitsmaschine durchfahren wurde.
  • Werte der relativen Höhe (Δz) können neben anderen Eingaben verwendet werden, um die charakteristischen Werte des Bodenmaterials zu bestimmen, als Hinweis zum Beispiel auf den Quellfaktor, das Verdichtungsverhältnis und dergleichen für eine bestimmte Oberfläche, die zum Beispiel die Arbeitsmaschine durchfahren hat.
  • Bei wenigstens einem besonderen Beispiel, in dem die Arbeitsmaschine 100 eine Walzenbandage oder ein Äquivalent ist, kann ein Oberflächenabtastsensor zum Erzeugen der Oberflächenabtastdaten 402 verwendet werden, während ein Positionssensor zum Erzeugen der Positionsdaten 404 verwendet wird, ohne dass ein separater Oberflächenabtastsensor oder ein Äquivalent zum Erzeugen von Daten 406 im durchfahrenen Arbeitsbereich erforderlich ist. Die Vorwärtsabtastung kann zusammen mit hochpräzisen GPS-Signalen und bekannter Kinematik des Arbeitsmaschinenkörpers ausreichen, um eine Oberflächenhöhe der hinteren Bandage zu bestimmen (da dies der letzte Punkt ist, an dem die Arbeitsmaschine 100 die Bodenoberfläche berührt, und daher der Höhe des durchfahrenen Arbeitsbereichs entspricht) und somit das Verdichtungsverhältnis zu bestimmen.
  • Die verschiedenen Datenpunkte können bei verschiedenen Ausführungsformen als Zeitseriendaten oder dergleichen bereitgestellt werden, wobei zum Beispiel erste abgetastete Daten 402 und entsprechende zweite abgetastete Daten 406 für denselben Abschnitt der Bodenoberfläche direkt verglichen und vom System verarbeitet werden können, basierend zum Beispiel auf einer Fahrgeschwindigkeit der Arbeitsmaschine, um die jeweiligen Daten abzugleichen.
  • In einem weiteren Schritt 420 des Verfahrens 400 können Ausgabesignale bereitgestellt werden, die einer zum Erreichen eines oder mehrerer Ziele im Arbeitsbereich hinzuzufügenden Materialmenge entsprechen. Unter Bezugnahme auf ein vereinfachtes Diagramm eines Arbeitsbereichs, wie in 3 veranschaulicht, kann eine Arbeitsmaschine 100 eine verdichtete Bodenoberfläche des Arbeitsbereichs 310 durchfahren, wobei ein Abschnitt davon vor der losen Füllung 312 liegt und im Allgemeinen einem gewünschten oder angestrebten Oberflächenprofil 314 entspricht. Eine Volumendifferenz 316 zwischen der aktuellen Bodenoberfläche und dem Zieloberflächenprofil 314 muss aufgefüllt werden, zum Beispiel durch Operationen einschließlich Verteilen und Verdichten der losen Füllung 312. Im veranschaulichten Beispiel wird die lose Füllung 312 über eine Schräge 24 zwischen dem Abschnitt der verdichteten Bodenoberfläche 310 entsprechend dem Zieloberflächenprofil 314 und einem noch aufzufüllendem Abschnitt der aktuellen Bodenoberfläche entladen und überlappt sich weiter mit einer Oberlippe 22 der Schräge 24 der Oberfläche 310. Durch Abtasten der relevanten Bereiche vor dem Durchfahren mit der Arbeitsmaschine (z. B. Planierraupe, Walze), weiteres Abtasten derselben Bereiche nach dem Durchfahren und Durchführen von Berechnungen im Wesentlichen in Echtzeit in Bezug auf die zweiten Abtastungen für einen gegebenen Bereich können relevante Eigenschaften der verteilten und (wenigstens leicht) verdichteten Oberfläche bestimmt und für wichtige weitere Schätzungen genutzt werden. Anders ausgedrückt, bei verschiedenen Ausführungsformen kann ein System, wie hierin offenbart, in der Lage sein, eine beliebige Anzahl von Oberflächeneigenschaften, wie sie herkömmlich bekannt sind (z. B. Kubikmeterzahl des Bodens in natürlichem Zustand, Quellfaktor, Verdichtungsfaktor), sowie eine beliebige Anzahl von davon abgeleiteten Eigenschaften zu messen, aber die Berechnungen können im Wesentlichen in Echtzeit beim Durchfahren des Bodens erfolgen, wenn die multiplen Oberflächenabtasteingaben, wie hierin offenbart, verwendet werden und ferner dynamisch Schätzungen aktualisiert werden, die zum Beispiel auf aktuellen Abtastergebnissen im Gegensatz zu vorhergesagten Abtastergebnissen basieren.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform, wie hierin offenbart und in 5 dargestellt, schließt ein anderes Verfahren 500, das durch das Verfahren 400 und die Systemausbildung, wie oben beschrieben, ermöglicht wird, Schätzen (Schritt 510) eines Materialvolumens, das erforderlich ist, um ein Zieloberflächenprofil 314 für einen Arbeitsbereich zu erreichen, Schätzen (Schritt 540) eines Materialvolumens, das pro Ladung zum Arbeitsbereich transportiert wird, und dementsprechend Vorhersagen (Schritt 550) einer Anzahl von Transportfahrzeugladungen, die erforderlich sein werden, um das Zieloberflächenprofil 314 zu erreichen, ein. Die anfänglichen Schätzungen können zum Beispiel im Hinblick auf aktuelle Oberflächenabtastungen (und/oder Eingabedaten aus einer topografischen Karte der Baustelle) und ferner im Hinblick auf herkömmliche mathematische Modelle und Annahmen erstellt werden, aber die Genauigkeit dieser Schätzungen kann über die Zeit durch Echtzeitrückkopplungen verbessert werden, die Vergleiche der Bodenoberfläche, bevor diese von der Arbeitsmaschine durchfahren wurde, mit derselben Bodenoberfläche nach dem Durchfahren umfassen.
  • Bei einer Ausführungsform kann das geschätzte Materialvolumen, das mit jeder Ladung transportiert wird, ohne jegliche Rückmeldung von den Transportfahrzeugen geschätzt werden. Zum Beispiel kann nach zahlreichen Iterationen mathematisch bestimmt werden, um wie viel ein anfänglich geschätztes erforderliches Materialvolumen von einem aktuellen geschätzten erforderlichen Materialvolumen abweicht, auch im Hinblick auf die Anzahl der transportierten Ladungen.
  • Das geschätzte Materialvolumen, das mit jeder Ladung transportiert wird, kann jedoch bei anderen Ausführungsformen ferner Eingaben vom Transportfahrzeug selbst berücksichtigen, wie zum Beispiel über eine Nutzlastwäge- oder -messeinheit, wie sie in der Technik bekannt ist. Volumenschätzungen, die direkt auf Eingaben von einer Nutzlastwäge- oder -messeinheit (520) basieren, können für sich genommen einen hohen Grad an Genauigkeit vermissen lassen, da zum Beispiel der Zustand/die Dichte des Materials während des Transports mit Unsicherheit behaftet ist, sie können jedoch bei verschiedenen Ausführungsformen neben anderen Eingaben oder als Bestätigung anderer Eingaben nutzbringend implementiert werden. Als weiteres Beispiel können Eingaben von der Nutzlastwäge- oder -messeinheit nach Entladen von Material für die Rücktragsschätzung (530) als Teil der Gesamtvolumenschätzung bereitgestellt werden, mit anderen Worten, eine verbleibende Materialmenge im Ladebehälter nach dem Entladen bei der Volumenschätzung berücksichtigt werden. Der Materialrücktrag kann ferner oder alternativ basierend auf Abtastungen des Ladebehälters im Vergleich zu einem bekannten Profil des Ladebehälters in vollständig leerem Zustand geschätzt werden.
  • Unter jetziger Bezugnahme auf 6, kann eine Ausführungsform, wie hierin offenbart, ferner Schritte in einem Verfahren 600 einschließen, um optional die Vorhersage und/oder Auswahl gewünschter Materialentladestellen innerhalb des Arbeitsbereichs zu ermöglichen.
  • Eine solche Ausführungsform kann eingeleitet werden, wenn der Übergang von einer Beladungsphase zu einer Entladungsphase (Abkippen) für ein bestimmtes Transportfahrzeug erfasst wird (Schritt 620). Es kann bestimmt werden, dass das Transportfahrzeug von einem Ladebereich zu einem voraussichtlichen Entladebereich (Abkippbereich) auf einer Baustelle in Bewegung ist, zum Beispiel basierend auf Werten, die von einer Nutzlastwägeeinheit 520, auch im Hinblick auf die Fahrzeuggeschwindigkeitseingaben, erhalten werden.
  • In einem zweiten Schritt 630 kann eine Arbeitsmaschine 100, wie zum Beispiel eine Planierraupe, eine erste Benutzerschnittstelle 214 einschließen, die zum selektiven Zugreifen auf eine Karte mit dreidimensionalen Daten entsprechend wenigstens einem Abschnitt einer zu bearbeitenden Baustelle konfiguriert ist. Bei einer Ausführungsform kann die vorhergesagte Anzahl von Transportfahrzeugladungen, die erforderlich ist, um einen Zielwert für den Arbeitsbereich zu erreichen (wie zuvor offenbart), zusammen mit einem vorbestimmten Arbeitsplan, der mit der Karte verbunden ist, implementiert werden, um Zielentladestellen für die Transportfahrzeuge vorherzusagen. Ein Beispielsatz von Zielentladestellen kann vom System automatisch vorhergesagt und einem Benutzer zur selektiven Änderung über eine bordeigene Anzeigeeinheit 218 präsentiert werden, die visuelle Informationen entsprechend der Baustellenkarte einschließt, sowie Schnittstellenwerkzeuge wie Touchscreen-Eingaben bereitstellt, damit der Bediener einen oder mehrere Bereiche als Zielentladestellen 30 auf der Baustellenkarte auswählen kann, wo Material vorzugsweise durch das Transportfahrzeug 10 entladen werden soll. Bei gewissen Ausführungsformen kann die Benutzerschnittstelle 214 weitere Eingaben ermöglichen, wie zum Beispiel variierende Prioritätsstufen (z. B. nächstliegend, niedrigst) in Bezug auf jeden des einen oder der mehreren ausgewählten Bereiche. Bei anderen Ausführungsformen kann die automatische Vorhersage von Zielentladestellen weggelassen oder anderweitig deaktiviert werden, wobei die Auswahl der Zielentladestellen bei der Implementierung vollständig manuell erfolgt.
  • Die Benutzerschnittstelle 214 kann dazu ausgebildet sein, eine erste Bildebene anzuzeigen, die mit Echtzeit-Eingaben von einer Bilddatenquelle 204 verbunden ist, die an der Arbeitsmaschine 100 angebracht ist und der Umgebung der Arbeitsmaschine entspricht, und ferner eine zweite Bildebene anzuzeigen, die mit Eingaben von der Karte, auf die zugegriffen wird, verbunden ist, wobei die zweite Bildebene eine Überlagerung oder überlagerte visuelle Elemente in Bezug auf die erste Bildebene umfasst und dreidimensionalen Informationen bezüglich der Baustelle entspricht. Bei einer Ausführungsform kann die zweite Bildebene (oder eine dritte Bildebene) ferner visuelle Elemente entsprechend Benutzereingaben (z. B. Breadcrumbs), die ausgewählten Zielentladestellen im Kontext der angezeigten Umgebungen und dreidimensionalen Informationen entsprechen, umfassen.
  • Bei einer Ausführungsform muss die Benutzerschnittstelle 214 zum Empfangen von Benutzereingaben entsprechend der bevorzugten Entladestelle nicht an Bord der Arbeitsmaschine 100 angebracht sein, sondern kann auf einer mobilen Rechenvorrichtung oder dergleichen bereitgestellt werden, unabhängig davon, ob sie einem Bediener der Arbeitsmaschine 100 oder einem anderen autorisierten, der Baustelle zugeordneten Benutzer zugeordnet ist.
  • Nach Empfangen der Benutzereingabe können das System und das Verfahren 600 bei einigen Ausführungsformen fortfahren (d. h. Schritt 640), indem die ausgewählten Entladestellen in Bezug auf eine Lippe der Schräge modifiziert werden. Zum Beispiel kann eine vom Bediener gewählte Position in Bezug auf die Lippe einer Schräge vom System automatisch korrigiert werden, und zwar basierend auf einer geschätzten Größe einer Ladung 20 von Material, das vom Transportfahrzeug zur Baustelle befördert wird, einer Art des Materials, einer Schwere der erfassten Schräge und dergleichen. Im Allgemeinen kann es wünschenswert und dementsprechend im System vorbestimmt sein, dass eine Kante des Materialstapels bei Entladung die Lippe 22 der Schräge 24 um einen vorgegebenen Mindestabstand überlappt.
  • Bei ausreichenden, von der Benutzerschnittstelle 214 empfangenen oder anderweitig von der Benutzereingabe in Verbindung mit einer Zielentladestelle abgeleiteten Informationen kann das Verfahren 600 in Schritt 650 fortgesetzt werden, indem Ausgabesignale, die Daten entsprechend der Zielentladestelle umfassen, an ein Transportfahrzeug übertragen werden. Zum Beispiel kann jedem einer Vielzahl von Transportfahrzeugen eine oder mehrere der vorhergesagten und/oder ausgewählten Zielentladestellen zugewiesen werden, wobei entsprechende Ausgabesignale für die jeweiligen Transportfahrzeuge erzeugt werden.
  • Bei einer Ausführungsform kann ein intelligentes Kartierungssystem, wie hierin offenbart, eine gemeinsame Kartierungsschnittstelle umfassen, die mit jeweiligen Benutzerschnittstellen an der Arbeitsmaschine 100 und an gewissen Transportfahrzeugen verbunden ist, wobei von einem Bediener der Arbeitsmaschine 100 getroffene Auswahlen in Bezug auf eine Zielentladestelle im Wesentlichen in Echtzeit verarbeitet und zur visuellen Implementierung auf einer Benutzerschnittstelle des Transportfahrzeugs übertragen werden.
  • Bei anderen Ausführungsformen können gewisse der Transportfahrzeuge mit einem Kartierungssystem oder einem anderen visuellen System ausgestattet sein, das mit der Baustelle in Verbindung steht, aber vom Kartierungssystem der Arbeitsmaschine 100 unabhängig ist, in welchem Fall Benutzereingaben von der Arbeitsmaschine 100 durch ein System, wie hierin offenbart, von einem für die Arbeitsmaschine relevanten Koordinatensystem (d. h., verbunden mit der Perspektive des Bedieners beim Bereitstellen der Benutzereingaben über die Benutzerschnittstelle) in ein von der Arbeitsmaschine unabhängiges Koordinatensystem übersetzt werden können, und dann weiter nach Bedarf vom System in ein anderes Koordinatensystem übersetzt werden können, das für das Transportfahrzeug relevant ist (d. h. verbunden mit der Perspektive eines Fahrers des Transportfahrzeugs über eine zugehörige Anzeigeeinheit oder anderweitig zur Angabe von Routenanweisungen).
  • In Schritt 660 kann der Fahrer des Transportfahrzeugs mit Daten versorgt werden, die einer vom System erzeugten Route entsprechen, einschließlich Positionszielausgaben in Form von beispielsweise über die jeweilige Baustellenkartierungseinheit des Transportfahrzeugs oder kollektiv über das gemeinsame („intelligente“) Kartierungssystem der Fahrzeuge angezeigten Anweisungen. Die Route kann vorzugsweise unter Berücksichtigung beliebigen dazwischenliegenden Geländes und verbundener Objekte zwischen der Zielentladestelle und/oder Zielhaltestelle und der aktuellen Position des Transportfahrzeugs bestimmt werden.
  • Als Voraussetzung für die Erzeugung der Karte und Route für das Transportfahrzeug muss das System möglicherweise zunächst eine aktuelle Position des Transportfahrzeugs erfassen oder anderweitig bestimmen, zum Beispiel unter Verwendung von GPS-Daten und Maschine-zu-Maschine-Kommunikation. Alternativ können Informationen entsprechend einem Abstand zwischen dem Transportfahrzeug und der Arbeitsmaschine 100 unter Verwendung von Laufzeit-Bildgebungsverfahren, eines Bakensenders oder RFID-Transponders, oder Bildklassifizierung und zugehöriger Verarbeitung von Konturen des Ladebehälters bereitgestellt werden.
  • In einem Beispiel kann der Fahrer des Transportfahrzeugs einfach visuellen Hinweisen folgen, die auf der angezeigten Karte erzeugt werden, und einer angezeigten Route folgen oder zum Beispiel unter Verwendung eines Rückfahrkamerasystems die Sicht auf eine vorgegebene Parkposition in Bezug auf die Zielhaltestelle, wo eine aktuelle Ladung 20 vorzugsweise abgekippt/entladen werden sollte, ausrichten. Wie zuvor angemerkt, kann das Zielsystem die entladene Ladung 20 des Materials vorzugsweise so ausrichten, dass der entladene Stapel die Lippe 22 der Schräge 24 (um einen vorgegebenen oder anderweitigen minimalen Abstand) überlappt. Eine solche Ausführungsform kann bei einer Ausführungsform Koordination des Controllers 212, der mit Arbeitsmaschine 100 verbunden ist, und eines mit dem Transportfahrzeug verbundenen Controllers einschließen, zum Beispiel über bidirektionale Datenkommunikation unter Verwendung eines Kommunikationsnetzwerks. Zum Beispiel kann unter Verwendung einer Draufsicht (d. h. von oben nach unten) oder einer Frontkameraansicht als erste Bildebene, die auf einer bordeigenen Benutzerschnittstelle des Transportfahrzeugs angezeigt wird, eine überlagerte zweite Bildebene erzeugt werden, um den Fahrer des Transportfahrzeugs mit Informationen zu versorgen, die der bestimmten Route, Zielentladestelle, Zielhaltestelle und/oder dergleichen entsprechen, wobei der Fahrer den Ladebehälter einfach wenigstens in Position fährt.
  • In einem anderen Beispiel kann optional ein automatisierter Abkippsteuermodus (Schritt 660) bereitgestellt werden, wobei das Transportfahrzeug wenigstens teilweise gesteuert wird, um die Bewegung wenigstens des Ladebehälters davon zu einer vorgegebenen Zielhaltestelle in Bezug auf die Zielentladestelle zu lenken. Eine solche Ausführungsform kann zum Beispiel Koordination des Controllers 212, der mit Arbeitsmaschine 100 verbunden ist, (oder einer anderen Systemsteuereinheit) und eines mit dem Transportfahrzeug verbundenen Controllers einschließen, zum Beispiel über bidirektionale Datenkommunikation unter Verwendung eines Kommunikationsnetzwerks. Als ein Beispiel, wenn das Transportfahrzeug einen vorgegebenen Abstand oder Schwellenabstand von der Zielentladestelle und/oder der Zielhaltestelle erreicht hat, können die Ausgabesignale vom Controller 212 oder einer anderen Systemsteuereinheit an das Transportfahrzeug erzeugt werden, um den Fahrer zu informieren, dass ein automatisches Parksystem für den verbleibenden Abschnitt der bestimmten Route verfügbar ist. Der Bediener kann dann Aktivierung des Autoparkmodus zum Beispiel über eine bordeigene Benutzerschnittstelle bestätigen, wobei ein Lenksteuersystem für das Transportfahrzeug automatisch die Lenkung übernimmt, indem es Steuerdaten verwendet, die mit den Ausgabesignalen des Arbeitsmaschinencontrollers 212 verbunden oder anderweitig daraus abgeleitet sind. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Fahrer auch im Autoparkmodus noch für einen oder mehrere Fahraspekte verantwortlich sein, einschließlich zum Beispiel Bremsen, aber auch eine vollständig autonome Funktion kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen werden.
  • Bei einer Ausführungsform können Sensoren an Bord der Arbeitsmaschine 100 und/oder andere Sensoren oder alternative Eingaben, wie zum Beispiel von der Nutzlastwägeeinheit 520 des Transportfahrzeugs, implementiert werden, um ein Materialvolumen abzuschätzen, das erforderlich ist, um wenigstens einen Abschnitt der Baustelle zu füllen, und/oder ein Materialvolumen, das derzeit oder zuvor an einer oder mehreren Stellen in Bezug auf den wenigstens einen Abschnitt der Baustelle entladen wurde. Dies kann zum Beispiel die relative Höhe von niedrigen Abschnitten des unverfüllten Abschnitts der Baustelle in Bezug auf fertiggestellte Abschnitte und bei einigen Ausführungsformen auch Änderungen des abgetasteten Geländes vom Zustand vor Planieren bis zum Zustand nach Planieren (d. h. nach leichter Verdichtung) berücksichtigen.
  • System und Verfahren 600 können ferner optional Schätzen eines Volumens von Rücktragsmaterial 530, das in einem Ladebehälter des Transportfahrzeugs nach einer Materialentladung in Bezug auf die eine oder die mehreren Stellen in Bezug auf wenigstens einen Abschnitt der Baustelle verbleibt, und Berücksichtigen des geschätzten Volumens von Rücktragsmaterial beim Abschätzen des Volumens von Material, das an der einen oder den mehreren Stellen in Bezug auf den wenigstens einen Abschnitt der Baustelle entladen wurde, einschließen. Zum Beispiel können eine oder mehrere am Transportfahrzeug angebrachte Bilddatenquellen dazu ausgebildet sein, einen Boden des Ladebehälters abzutasten, wenn das geladene Material theoretisch vollständig entladen wurde, wobei ein Profil des verbleibenden Materials in Bezug auf ein erwartetes Profil für den leeren Ladebehälter verarbeitet werden kann, um das Rücktragsmaterial abzuschätzen. Wie zuvor angemerkt, können Bilddatenquellen, wie hierin offenbart, Radar-, Lidar- und gleichwertige Erfassungseinheiten, die im Gegensatz zu nur herkömmlichen Bildern Punktwolken von Daten erzeugen können, einschließen. Das Rücktragschätzmodul kann optional auch Eingaben von der Nutzlastwägeeinheit 520 berücksichtigen.
  • Volumenschätzungen, wie oben angemerkt, für die von den Transportfahrzeugen entladenen Mengen in Bezug auf eine erwartete Menge oder für eine Materialmenge, die erforderlich ist, um wenigstens einen relevanten Abschnitt der Baustelle zu füllen, können optional als Eingaben (Schritt 635) in Hinblick auf die Fahrerassistenzeingaben auf der Benutzerschnittstelle des Transportfahrzeugs bereitgestellt werden, um zum Beispiel eine Größe der erwarteten Entladung zu berücksichtigen, falls/wenn die Zielentladestelle dynamisch modifiziert wird, oder um möglicherweise eine relative Priorität unter einer ausgewählten Vielzahl von Zielentladestellen zu ändern.
  • Solche Volumenschätzungen können auch oder alternativ als Eingaben (Schritt 635) in Hinblick auf den automatisierten Entladungssteuermodus von Schritt 660 bereitgestellt werden, um zum Beispiel eine Größe der erwarteten Entladung zu berücksichtigen, falls/wenn die Zielentladestelle dynamisch modifiziert wird, oder um möglicherweise eine relative Priorität unter einer ausgewählten Vielzahl von Zielentladestellen zu ändern.
  • Wie hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „eines oder mehrere von“, wenn er mit einer Liste von Elementen verwendet wird, dass verschiedene Kombinationen von einem oder mehreren der Elemente verwendet werden können und nur eines von jedem Element in der Liste erforderlich sein kann. Beispielsweise kann „eines oder mehrere von“ Element A, Element B und Element C zum Beispiel, ohne Einschränkung, Element A oder Element A und Element B einschließen. Dieses Beispiel kann auch Element A, Element B und Element C oder Element B und Element C einschließen.
  • Somit ist ersichtlich, dass die Geräte und Verfahren der vorliegenden Offenbarung ohne weiteres die erwähnten Ziele und Vorteile sowie damit einhergehende erreichen. Während gewisse bevorzugte Ausführungsformen der Offenbarung für die vorliegenden Zwecke veranschaulicht und beschrieben wurden, können zahlreiche Änderungen in der Anordnung und Konstruktion von Teilen und Schritten von Fachleuten vorgenommen werden, wobei diese Änderungen in den Umfang und den Geist der vorliegenden Offenbarung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, einbezogen sind.
  • Jedes offenbarte Merkmal oder jede offenbarte Ausführungsform kann mit beliebigen der anderen offenbarten Merkmale oder Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims (15)

  1. Verfahren (400, 500, 600) zur dynamischen Charakterisierung eines zu bearbeitenden Bereichs unter Verwendung wenigstens eines Arbeitsgeräts (142) einer Arbeitsmaschine (100), das Verfahren umfassend die Schritte von: Sammeln erster Daten für wenigstens einen vorderen Abschnitt eines Arbeitsbereichs (310) in Bezug auf die Arbeitsmaschine über wenigstens einen ersten Sensor außerhalb oder an Bord der Arbeitsmaschine (402); Sammeln zweiter Daten für wenigstens einen durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs über wenigstens einen zweiten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine (404, 406); Bestimmen eines oder mehrerer charakteristischer Werte eines Bodenmaterials im Arbeitsbereich basierend auf wenigstens ersten Daten für einen vorgegebenen Bereich und entsprechenden zweiten Daten für den vorgegebenen Bereich (410); und Erzeugen von Ausgaben entsprechend wenigstens einer bestimmten Materialmenge, die benötigt wird, um einen Zielwert für den Arbeitsbereich zu erreichen, basierend auf wenigstens einem des einen oder der mehreren charakteristischen Werte (420).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass: die ersten Daten über Oberflächenabtastungen durch den wenigstens ersten Sensor (144, 149) an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden, die zweiten Daten Positionsdaten umfassen, die über einen globalen Positionssensor (232) als den zweiten Sensor an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden, wobei die Positionsdaten einer aktuellen Höhe eines Abschnitts der Arbeitsmaschine entsprechend einem durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs entsprechen, und der eine oder die mehreren charakteristischen Werte des Bodenmaterials im Arbeitsbereich ferner basierend auf der aktuellen Höhe des Abschnitts der Arbeitsmaschine in Bezug auf die Höhe des wenigstens einen vorderen Abschnitts des Arbeitsbereichs bestimmt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Daten über Oberflächenabtastungen durch den wenigstens ersten Sensor (144, 149) an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden, und die zweiten Daten über Oberflächenabtastungen durch den wenigstens zweiten Sensor (144, 149) an Bord der Arbeitsmaschine gesammelt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, weiter umfassend: Sammeln von Positionsdaten über wenigstens einen dritten Sensor (144, 149, 232) an Bord der Arbeitsmaschine, und Bestimmen einer aktuellen Höhe der Arbeitsmaschine in Bezug auf eine oder mehrere einer Höhe des wenigstens einen vorderen Abschnitts des Arbeitsbereichs und einer Höhe des wenigstens einen durchfahrenen Abschnitts des Arbeitsbereichs, wobei der eine oder die mehreren charakteristischen Werte des Bodenmaterials im Arbeitsbereich ferner basierend auf der aktuellen Höhe der Arbeitsmaschine in Bezug auf die eine oder mehrere einer Höhe des wenigstens einen vorderen Abschnitts des Arbeitsbereichs und einer Höhe des wenigstens einen durchfahrenen Abschnitts des Arbeitsbereichs bestimmt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend: Schätzen eines Materialvolumens, das im wenigstens einen vorderen Abschnitt des Arbeitsbereichs und im wenigstens einen durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs benötigt wird, um den Zielwert für den Arbeitsbereich zu erreichen, basierend auf wenigstens einem des einen oder der mehreren charakteristischen Werte (510).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Sammelns erster Daten für wenigstens einen vorderen Abschnitt eines Arbeitsbereichs umfasst: Sammeln von Oberflächenabtastdaten vor einer Entladung von losem Füllmaterial im wenigstens einen vorderen Abschnitt des Arbeitsbereichs; und Sammeln von Oberflächenabtastdaten nach der Entladung von losem Füllmaterial im wenigstens einen vorderen Abschnitt des Arbeitsbereichs.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend: Abschätzen eines verdichteten Volumens des losen Füllmaterials und Aktualisieren wenigstens eines des einen oder der mehreren charakteristischen Werte basierend auf den zweiten Daten beim Durchfahren des Bereichs mit dem losen Füllmaterial durch die Arbeitsmaschine.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schätzung eines Materialvolumens, das im wenigstens einen vorderen Abschnitt des Arbeitsbereichs und im wenigstens einen durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs benötigt wird, um den Zielwert für den Arbeitsbereich zu erreichen, auf dem aktualisierten wenigstens einen des einen oder der mehreren charakteristischen Werte basiert.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, weiter umfassend: Schätzen eines Materialvolumens, das dem Arbeitsbereich pro Transportfahrzeugladung hinzugefügt wird (540); und Vorhersagen einer Anzahl von Transportfahrzeugladungen, die erforderlich sind, um den Zielwert für den Arbeitsbereich zu erreichen (550).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das dem Arbeitsbereich pro Transportfahrzeugladung hinzugefügte Materialvolumen wenigstens teilweise basierend auf Eingabesignalen einer Nutzlastwäge- oder -messeinheit (520) des jeweiligen Transportfahrzeugs geschätzt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das dem Arbeitsbereich pro Transportfahrzeugladung hinzugefügte Materialvolumen wenigstens teilweise basierend auf einem geschätzten Materialrücktrag (530) für das jeweilige Transportfahrzeug geschätzt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, weiter umfassend: Zugreifen auf eine Karte mit dreidimensionalen Daten, die wenigstens einem Abschnitt des zu bearbeitenden Bereichs entsprechen; Vorhersagen einer oder mehrerer gewünschter Entladestellen im wenigstens einen Abschnitt des zu bearbeitenden Bereichs, wenigstens teilweise basierend auf dem geschätzten Materialvolumen, das dem Arbeitsbereich pro Transportfahrzeugladung hinzugefügt wird, und der vorhergesagten Anzahl von Transportfahrzeugladungen, die erforderlich sind, um den Zielwert für den Arbeitsbereich erreichen; und Erzeugen von Ausgabesignalen, die der vorhergesagten einen oder den vorhergesagten mehreren gewünschten Entladestellen entsprechen, an wenigstens ein Transportfahrzeug.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner für jedes des wenigstens einen Transportfahrzeugs Erzeugen einer Route für das Transportfahrzeug zwischen einer erfassten aktuellen Position desselben und wenigstens einer der vorhergesagten einen oder mehreren gewünschten Entladestellen umfasst, wobei die erzeugten Ausgabesignale an ein jeweiliges Transportfahrzeug der dafür erzeugten Route entsprechen.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Route für ein jeweiliges Transportfahrzeug wenigstens teilweise basierend auf einer empfangenen Benutzereingabe, die wenigstens einen Prioritätsindikator in Hinblick auf die vorhergesagte eine gewünschte Entladestelle oder die vorhergesagten mehreren gewünschten Entladestellen umfasst, und/oder basierend auf einem erfassten Nutzlastgewicht erzeugt wird.
  15. System (200) zur dynamischen Charakterisierung eines zu bearbeitenden Bereichs unter Verwendung von wenigstens einem Arbeitsgerät (142) einer Arbeitsmaschine (100), das System umfassend: wenigstens einen ersten Sensor (144, 149) außerhalb oder an Bord der Arbeitsmaschine, der zum Sammeln erster Daten für wenigstens einen vorderen Abschnitt eines Arbeitsbereichs in Bezug auf die Arbeitsmaschine ausgebildet ist; wenigstens einen zweiten Sensor (144, 149, 232) an Bord der Arbeitsmaschine, der zum Sammeln zweiter Daten für wenigstens einen durchfahrenen Abschnitt des Arbeitsbereichs ausgebildet ist; einen Controller (212), der funktional mit dem wenigstens einen ersten Sensor und dem wenigstens einen zweiten Sensor verbunden und zum Steuern der Durchführung von Schritten in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.
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