DE102022204001A1 - Method for evaluating and improving the driving style of an operator of a mobile machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung der Fahrweise eines Bedieners einer mobilen Arbeitsmaschine, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:a. Erfassen einer Bewegungstrajektorie einer Arbeitshydraulik und/oder einer Fahrhydraulik einer Arbeitsmaschine zwischen einem Anfangspunkt und einem Endpunkt;b. Vergleichen der Bewegungstrajektorie mir einer vorgespeicherten optimalen Trajektorie zwischen demselben Anfangspunkt und demselben Endpunkt;c. Berechnen einer Abweichung zwischen der erfassten Bewegungstrajektorie und der optimalen Trajektorie;d. Bereitstellen eines Parameters, der die Abweichung zwischen den Trajektorien beschreibt.The invention relates to a method for evaluating the driving style of an operator of a mobile machine, the method comprising the following steps:a. Detecting a movement trajectory of a work hydraulics and/or a travel hydraulics of a work machine between a starting point and an end point;b. Comparing the movement trajectory with a pre-stored optimal trajectory between the same starting point and the same end point;c. Calculating a deviation between the detected motion trajectory and the optimal trajectory;d. Providing a parameter that describes the deviation between the trajectories.
Description
TECHNISCHER BEREICHTECHNICAL PART
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung und Verbesserung der Fahrweise eines Bedieners einer mobilen Arbeitsmaschine.The invention relates to a method for evaluating and improving the driving style of an operator of a mobile machine.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Im heutigen Stand der Technik existieren Monitoring-Strategien für Fahrer von PKW, LKW und Bussen. Hierbei werden vornehmlich Güteparameter bezüglich der Fahrweise bezogen auf die Längsdynamik der Fahrzeuge ausgewertet. Parameter, welche für die Bewertung der Fahrweise genutzt werden, beinhalten zum Beispiel Kraftstoffverbrauch, Geschwindigkeit, Standzeiten, CO2-Emission, Verwendung der Bremse, Schaltvorgänge, Drehzahlen, etc..In today's state of the art, there are monitoring strategies for drivers of cars, trucks and buses. Here, quality parameters relating to the driving style are primarily evaluated in relation to the longitudinal dynamics of the vehicles. Parameters used to evaluate driving style include, for example, fuel consumption, speed, idle times, CO2 emissions, use of the brake, gear changes, speeds, etc.
Unter Berücksichtigung einer Auswahl der genannten Parameter wird ein Gütewert für die Fahrweise errechnet. Dieser kann herangezogen werden um bspw. Maßnahmen zur Optimierung der Fahrweise abzuleiten, Maschinenführer zu bewerten oder auch bei der Vergütung/Belohnung der Maschinenführer mit einbezogen werden.Taking into account a selection of the parameters mentioned, a quality value for the driving style is calculated. This can be used, for example, to derive measures to optimize driving style, to evaluate machine operators or to be included in the remuneration/reward of machine operators.
Die ermittelten Informationen können für verschiedenen Stelle von Interesse sein. Flottenbetreiber können die Effizienz ihrer Fahrer bewerten und ggf. verbessern, Versicherungen können aus der Fahrweise Rückschlüsse auf die Unfallgefahr ziehen und der Fahrer selbst kann seine Fahrweise anhand der breitgestellten Auswertung optimieren.The information obtained may be of interest to various bodies. Fleet operators can evaluate and, if necessary, improve the efficiency of their drivers, insurance companies can draw conclusions about the risk of accidents based on their driving style, and the driver himself can optimize his driving style based on the broad evaluation.
Bei mobilen Arbeitsmaschinen sind solche Bewertungen nicht bekannt, da die Funktionen, die dort ausgeführt werden, sehr komplex sind. Es ist deswegen eine Aufgabe dieser Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, das ermöglicht, eine Bewertung der Fahrweise einer Arbeitsmaschine auszuführen.Such assessments are not known for mobile work machines because the functions carried out there are very complex. It is therefore an object of this invention to provide a method that makes it possible to carry out an evaluation of the driving style of a work machine.
KURZFASSUNGSHORT VERSION
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bewertung der Fahrweise eines Bedieners einer mobilen Arbeitsmaschine bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- a. Erfassen einer Bewegungstrajektorie einer Arbeitshydraulik und/oder einer Fahrhydraulik einer Arbeitsmaschine zwischen einem Anfangspunkt und einem Endpunkt;
- b. Vergleichen der Bewegungstrajektorie mir einer vorgespeicherten optimalen Trajektorie zwischen demselben Anfangspunkt und demselben Endpunkt;
- c. Berechnen einer Abweichung zwischen der erfassten Bewegungstrajektorie und der optimalen Trajektorie;
- d. Bereitstellen eines Parameters, der die Abweichung zwischen den Trajektorien beschreibt.
- a. Detecting a movement trajectory of a work hydraulics and/or a travel hydraulics of a work machine between a starting point and an end point;
- b. Comparing the movement trajectory with a pre-stored optimal trajectory between the same starting point and the same end point;
- c. Calculating a deviation between the detected movement trajectory and the optimal trajectory;
- d. Providing a parameter that describes the deviation between the trajectories.
Gegenüber der Bekannten ergeben sich vor allem die folgenden Vorteile:
- I. Grundsätzliche Bereitstellung der Funktion einer automatisierten Bewertung der Fahrweise eines Fahrers einer mobilen Arbeitsmaschine, inklusive der Ermittlung von erforderlichen Kenngrößen.
- II. Automatisierte Bewertung der Fahrweise eines Fahrers, welche über die Längsdynamik des Fahrzeugs hinausgeht
- III. Ableiten von Vorschlägen zur Verbesserung für den Bediener
- I. Basic provision of the function of an automated evaluation of the driving style of a driver of a mobile machine, including the determination of necessary parameters.
- II. Automated evaluation of a driver's driving style, which goes beyond the longitudinal dynamics of the vehicle
- III. Derive suggestions for improvement for the operator
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile und / oder auf ähnliche Teile und / oder auf entsprechende Teile des Systems beziehen. Zu den Figuren:
-
1 zeigt schematisch eine Arbeitsmaschine mit beweglichen Elementen; -
2 zeigt schematisch ein Verfahren nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 shows schematically a work machine with moving elements; -
2 shows schematically a method according to an embodiment of the present invention.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, wie sie in den beigefügten Figuren gezeigt sind. Nichtsdestotrotz ist die vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt, die in der folgenden detaillierten Beschreibung beschrieben und in den Figuren gezeigt sind, sondern die beschriebenen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich einige Aspekte der vorliegenden Erfindung, deren Schutzbereich durch die Ansprüche definiert ist.The present invention will be described below with reference to certain embodiments as shown in the accompanying figures. Nevertheless, the present invention is not limited to the particular embodiments described in the following detailed description and shown in the figures, but the described embodiments merely illustrate some aspects of the present invention, the scope of which is defined by the claims.
Weitere Änderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann klar. Die vorliegende Beschreibung umfasst somit alle Änderungen und / oder Variationen der vorliegenden Erfindung, deren Schutzbereich durch die Ansprüche definiert ist.Other modifications and variations of the present invention will be apparent to those skilled in the art. The present description therefore includes all modifications and/or variations of the present invention, the scope of which is defined by the claims.
Es ist ein erster Aktuator 7 für den Hubarm 4 vorgesehen, der die Bewegung bzw. Drehung des Hubarms 4 relativ zum Hauptkörper 2 bewirkt. Ebenso ist ein zweiter Aktuator 8 für den Arm 5 vorgesehen, der die Bewegung bzw. Drehung des Arms 4 relativ zum Hubarm 4 bewirkt. Ebenso ist ein dritter Aktuator 9 für den Löffel vorgesehen, der den Löffel (oder auch „Schaufel“ genannt) bewegt bzw. dreht (kippt).A first actuator 7 is provided for the lifting arm 4, which causes the movement or rotation of the lifting arm 4 relative to the main body 2. Likewise, a second actuator 8 is provided for the arm 5, which causes the movement or rotation of the arm 4 relative to the lifting arm 4. A
Die Aktuatoren 7, 8, 9 können durch eine Steuerung angesteuert werden, wobei im Falle von Hydraulikzylindern Wegeventile vorgesehen sind, die den Fluss von Hydraulikflüssigkeit zu den Hydraulikzylindern steuern.The
Es sind Sensoren vorgesehen (in
Es wird insbesondere auf Kräftedaten und Positionsdaten und entsprechende Sensoren eingegangen. Dies sind bevorzugte Beispiele für Zustandsdaten bzw. Sensoren, im Allgemeinen können zusätzlich bzw. alternativ auch Zustandsdaten von anderen Sensoren erfasst werden, um beispielsweise Druckdaten, Momentdaten, Drehmomentdaten, Geschwindigkeitsdaten, Beschleunigungsdaten und/oder Spannungsdaten zu erfassen (die, wie angemerkt, im Prinzip auch als Kräfte- und/oder Positionsdaten aufgefasst werden können).In particular, force data and position data and corresponding sensors are discussed. These are preferred examples of status data or sensors; in general, status data from other sensors can also be acquired in addition or alternatively, for example to capture pressure data, torque data, torque data, speed data, acceleration data and / or voltage data (which, as noted, in principle can also be understood as force and/or position data).
Da die geometrischen Verhältnisse der Auslegerelemente und deren Gewichte bzw. Massen bekannt sind, kann aus den Kräfte- und Positionsdaten das Gewicht bzw. die Masse einer aufgenommenen Last berechnet bzw. geschätzt werden. Dazu wird eine sogenannte Wiegefunktion verwendet, deren Implementierung dem Fachmann an sich bekannt ist. Der Zeitpunkt oder Zeitraum, an bzw. in dem die Kräfte- und Positionsdaten erfasst werden, basierend auf denen die aufgenommene Last berechnet wird, wird als Wiegezeitpunkt bzw. Wiegezeitraum bezeichnet.Since the geometric relationships of the boom elements and their weights or masses are known, the weight or mass of a picked up load can be calculated or estimated from the force and position data. For this purpose, a so-called weighing function is used, the implementation of which is known to those skilled in the art. The time or period at which the force and position data is collected, based on which the load carried is calculated, is referred to as the weighing time or period.
Ein Beispiel einer Wiegefunktion ist in der Patendanmeldung
Wie in
Wie in
Bei mobilen Arbeitsmaschinen kann die effiziente Nutzung der Arbeitshydraulik mit in die Bewertung einbezogen werden. So kann insbesondere bewertet werden, ob die Bewegungen der Arbeitseinrichtung der mobilen Arbeitsmaschine während eines Arbeitszyklus eine energieeffiziente oder verschleißarme Nutzung der Maschine vermuten lässt. Insbesondere für die Anwendung Radlader kann ein y-Verladezyklus als Referenz genutzt werden. Insbesondere für die Anwendung Ketten-Bagger kann ein 90°-Verladezyklus oder 180°-Verladezyklus als Referenz genutzt werden.For mobile machines, the efficient use of the working hydraulics can be included in the assessment. In particular, it can be evaluated whether the movements of the working equipment of the mobile machine during a work cycle suggest that the machine is being used in an energy-efficient or low-wear manner. A y-loading cycle can be used as a reference, especially for the wheel loader application. Esp Specially for the crawler excavator application, a 90° loading cycle or 180° loading cycle can be used as a reference.
Ein weiterer möglicher Parameter für die Bewertung der Fahrweise kann das ungebremste Erreichen von Endanschlägen in der Kinematik der mobilen Arbeitsmaschine darstellen.Another possible parameter for evaluating the driving style can be the unbraked reaching of end stops in the kinematics of the mobile machine.
Ein weiterer möglicher Parameter für die Bewertung der Fahrweise kann die Materialumschlagsleistung der mobilen Arbeitsmaschine in Relation zum Kraftstoffverbrauch darstellen. Eine solche Auswertung bedingt eine im Fahrzeug vorhandene Funktion zur Verwiegung des Ladeguts.Another possible parameter for evaluating the driving style can be the material handling performance of the mobile machine in relation to the fuel consumption. Such an evaluation requires a function in the vehicle to weigh the load.
Über ein Connectivity-Modul können verschiedene Daten von zahlreichen Maschinen und verschiedenen Maschinenführern gesammelt werden und anschließend mit verschiedenen mathematischen Methoden dahingehend ausgewertet werden, dass für verschiedene (sich wiederholende) Arbeitsaufgaben optimierte Trajektorien (z.B. hinsichtlich Energieverbrauch oder Geräuschemissionen) vorgeschlagen werden können.Various data from numerous machines and different machine operators can be collected via a connectivity module and then evaluated using various mathematical methods so that optimized trajectories (e.g. in terms of energy consumption or noise emissions) can be suggested for various (repetitive) work tasks.
Die Daten zur Ansteuerung einer mobilen Arbeitsmaschine von erfahrenen, professionellen Fahrern aus dem realen Einsatz können nicht nur für die Verbesserung anderer Bediener herangezogen werden, sie können auch für die Entwicklung von Assistenzfunktionen oder automatisierter Funktionen dienen.The data used to control a mobile machine from experienced, professional drivers in real use can not only be used to improve other operators, they can also be used to develop assistance functions or automated functions.
Mit Bezug auf
Für einen immer wiederkehrenden Arbeitszyklus, wie es beim Standardbagger beim 90°-Graben Zyklus der Fall ist, wird die Bewertungsfunktion hier im Detail beschrieben.For a recurring work cycle, as is the case with the standard excavator with the 90° digging cycle, the evaluation function is described in detail here.
Auf der Maschine sind die entsprechenden Systeme vorhanden, welche alle benötigten Informationen für eine Bewertung bereitstellen. Den Energieverbrauch des Dieselmotors stellt das Motorsteuergerät bereit. Bei einer elektrifizierten Maschine kann die Information aus dem Batteriesteuergerät kommen. Die Bewegungstrajektorie wird z.B. über Gelenkwinkelsensorik oder auch über inertiale Messsensorik bestimmt. Die Last in der Schaufel und damit die umgeschlagene Masse kann über eine Wiegefunktion auf der Maschine beispielsweise durch eine geeignete Auswertung von Drucksensorinformationen aus den Zylindern in Kombination mit einer Gelenkwinkelsensorik erfolgen.The corresponding systems are available on the machine, which provide all the information required for an evaluation. The engine control unit provides the energy consumption of the diesel engine. On an electrified machine, the information can come from the battery control unit. The movement trajectory is determined, for example, using joint angle sensors or inertial measuring sensors. The load in the shovel and thus the handled mass can be determined via a weighing function on the machine, for example through a suitable evaluation of pressure sensor information from the cylinders in combination with a joint angle sensor.
In einem ersten Schritt 100 wird eine Bewegungstrajektorie der Arbeitshydraulik und/oder der Fahrhydraulik der Arbeitsmaschine zwischen einem Anfangspunkt und einem Endpunkt erfasst. Die Bewegungstrajektorie wird mittels einer Sensoreinrichtung erfasst, die konfiguriert ist, die Bewegung einzelner Komponenten zu erfassen. Alternativ kann die Bewegungstrajektorie mittels einer Sensoreinrichtung erfasst werden, die konfiguriert ist, die Soll-Bewegungen der Arbeitshydraulik und/oder der Fahrhydraulik zu erfassen (z.B. durch die Erfassung von Bewegungen eines Joysticks).In a
In einem zweiten Schritt 101 wird die erfasste Bewegungstrajektorie mir einer vorgespeicherten optimalen Trajektorie zwischen demselben Anfangspunkt und demselben Endpunkt verglichen. Die optimale Trajektorie errechnet sich während des Betriebs der Funktion durch die Vorgabe eines Anfangs und eines Endpunkts.In a
In einem weiteren Schritt 102 wird eine Abweichung zwischen der erfassten Bewegungstrajektorie und der optimalen Trajektorie berechnet und daraus wird ein Parameter bereitgestellt, der die Abweichung zwischen den Trajektorien beschreibt. Dieser Parameter kann z.B. eine Information über die Effizienz der erfassten Trajektorie geben.In a
Weiterhin kann zusätzlich das Verfahren weitere Schritte umfassen, um eine verbesserte Bewertung zu ermöglichen.Furthermore, the method can additionally include further steps to enable an improved assessment.
Ein weiteres feature kann z.B. durch die genannte Wiegefunktion ermöglicht werden.Another feature can be made possible, for example, through the mentioned weighing function.
Zum einen kann so die Umschlagsleistung des Fahrers (=umgeschlagene Masse pro Zeit) bestimmt werden. Zum anderen kann die umgeschlagene Masse auch auf die dafür eingesetzte Energie bezogen werden, welche das Diesel- oder Batteriesteuergerät liefern können. Die umgeschlagene Masse pro eingesetzter Energiemenge ergibt einen Effizienzwert, welcher bei ökonomischer Fahrweise höher ausfällt als bei einer ineffizienten Fahrweise.On the one hand, the driver's handling performance (= mass handled per time) can be determined. On the other hand, the transferred mass can also be related to the energy used, which the diesel or battery control unit can supply. The mass transferred per amount of energy used results in an efficiency value, which is higher when driving economically than when driving inefficiently.
Insbesondere wird zuerst ein Energieverbrauch erfasst, der benötigt wird, um die erfasste Bewegungstrajektorie zu ermöglichen. Weiterhin wird der Energieverbrauch berechnet, der benötigt wird, um die optimale Bewegungstrajektorie zu ermöglichen, unter Berücksichtigung des erfassten Gewichts (Last, die von der Arbeitshydraulik transportiert wird). Weiterhin wird der erfasste Energieverbrauch mit dem berechneten Energieverbrauch verglichen (bzw., wird eine Differenz gemacht). Aus dieser Differenz wird ein Parameter bereitgestellt, der der berechneten Differenz entspricht.In particular, energy consumption is first recorded, which is required to enable the recorded movement trajectory. Furthermore, the energy consumption required to enable the optimal movement trajectory is calculated, taking into account the recorded weight (load transported by the working hydraulics). Furthermore, the recorded energy consumption is compared with the calculated energy consumption (or a difference is made). From this difference, a parameter is provided that corresponds to the calculated difference.
Die berechneten Parameter können über ein Connectivity-Modul an einen Server gesendet werden und dort vom Baggerflottenbetreiber zur Bewertung/zum Vergleich verschiedener Fahrer herangezogen werden. Ein guter Fahrer kann entsprechend belohnt werden (z.B. monetär). Andere Fahrer können u.U. bei Bedarf entsprechend geschult werden.The calculated parameters can be sent to a server via a connectivity module and used there by the excavator fleet operator to evaluate/compare different drivers. A good driver can be rewarded accordingly (e.g. monetarily). Other drivers may be able to receive appropriate training if necessary.
Alternativ können auch die verschiedenen Maschinenparameter direkt über das Connectivity-Modul verschickt werden, so dass die Auswertung nicht auf der Maschine selbst stattfindet, sondern auf einem zentralen Computer.Alternatively, the various machine parameters can be sent directly via the connectivity module, so that the evaluation does not take place on the machine itself, but on a central computer.
Eine weitere Möglichkeit, um die Effizienz von Fahrer-Maschine-Kombination zu erhöhen, kann das aktive Eingreifen der Maschinensteuerung sein. So kann die Ansteuerung von hydraulischen Verbrauchern unterbunden werden, wenn bekannt ist, dass sich z.B. der entsprechende Zylinder im Anschlag befindet.Another way to increase the efficiency of the driver-machine combination can be the active intervention of the machine control. This means that the control of hydraulic consumers can be prevented if it is known that, for example, the corresponding cylinder is at its limit.
Eine weitere Möglichkeit kann das aktive Übersteuern vom Fahrerwunsch sein, um eine effizientere Trajektorie im Zyklus zu fahren. Die Informationen dazu können aus der gesamten Baggerflotte gewonnen werden: Alle Maschinen senden dazu ihre Messdaten (umgeschlagene Masse, gefahrene Trajektorie, verbrauchte Leistung/Energie, ...) über die Connectivity-Einheit zur Auswertung an einen zentralen Computer. Hier werden die Daten analysiert und die gewonnenen Erkenntnisse an die Maschinen zurückgeschickt, um ineffizientes Baggern zu verhindern und Energie einzusparen.Another possibility can be to actively oversteer the driver's wishes in order to drive a more efficient trajectory in the cycle. The information on this can be obtained from the entire excavator fleet: All machines send their measurement data (weight handled, trajectory traveled, power/energy consumed, ...) via the connectivity unit to a central computer for evaluation. Here the data is analyzed and the insights gained are sent back to the machines in order to prevent inefficient dredging and save energy.
Dieses Verfahren kann für verschiedene Arten von mobilen Arbeitsmaschinen, insbesondere Radlader, Radbagger, Gabelstapler und Telehandler angewendet werden.This method can be used for various types of mobile work machines, in particular wheel loaders, wheel excavators, forklifts and telehandlers.
Weiterhin beschriebt die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das eine Recheneinheit veranlasst, ein Verfahren nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird. Weiterhin ist ein Maschinenlesbares Speichermedium mit dem darauf gespeicherten Computerprogramm beschrieben.Furthermore, the present invention describes a computer program that causes a computing unit to carry out a method according to an embodiment of the present invention when it is executed on the computing unit. Furthermore, a machine-readable storage medium with the computer program stored thereon is described.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, dass es möglich ist, verschiedene Modifikationen, Variationen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der oben beschriebenen Lehre und innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche zu realisieren, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.While the present invention has been described with reference to the embodiments described above, it will be apparent to those skilled in the art that it is possible to make various modifications, variations and improvements to the present invention in light of the teachings described above and within the scope of the appended claims without departing from the scope of the invention.
Darüber hinaus wurden die Bereiche, auf denen Fachleute kundig sein dürften, hier nicht beschrieben, um die beschriebene Erfindung nicht unnötig zu verschleiern. Dementsprechend soll die Erfindung nicht durch die spezifischen veranschaulichenden Ausführungsformen beschränkt sein, sondern durch den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche.In addition, the areas in which those skilled in the art would be knowledgeable have not been described here in order not to unnecessarily obscure the invention described. Accordingly, the invention is not intended to be limited by the specific illustrative embodiments, but rather by the scope of the appended claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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R163 | Identified publications notified |