DE102022211991B3 - Method and control system for operating a self-propelled work machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine (100), mit den Schritten: Erfassen (S2) eines Nickwinkelverlaufs der selbstfahrenden Arbeitsmaschine (100) mit einem Inertialsensor (10), Prüfen, ob der erfasste Nickwinkelverlauf einen ersten Schwellwert für ein kritisches Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine (100) in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine (100) nach vorne und einen zweiten Schwellwert für ein kritisches Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine (100) in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine (100) nach hinten erreicht, Feststellen, dass ein kritisches Nickverhalten der selbstfahrenden Arbeitsmaschine (100) vorliegt, wenn aus dem Schritt des Prüfens als ein Prüfergebnis resultiert, dass der erfasste Nickwinkelverlauf nur einen Schwellwert erreicht, und Ausgeben (S5) eines Steuersignals zum Steuern einer Betriebseinrichtung (20) der selbstfahrenden Arbeitsmaschine (100) basierend auf dem festgestellten kritischen Nickverhalten. Die Erfindung betrifft zudem ein Steuersystem (200) zum Durchführen des Verfahrens und eine selbstfahrende Arbeitsmaschine (100) mit einem derartigen Steuersystem (200).The invention relates to a method for operating a self-propelled work machine (100), with the steps: detecting (S2) a pitch angle profile of the self-propelled work machine (100) with an inertial sensor (10), checking whether the detected pitch angle profile has a first threshold value for a critical pitch of the self-propelled work machine (100) in the direction of travel of the self-propelled work machine (100) to the front and a second threshold value for a critical pitching of the self-propelled work machine (100) in the direction of travel of the self-propelled work machine (100) to the rear is reached, determining that a critical pitching behavior of the self-propelled machine Work machine (100) is present if the testing step results in a test result that the detected pitch angle profile only reaches a threshold value, and outputting (S5) a control signal for controlling an operating device (20) of the self-propelled work machine (100) based on the determined critical nodding behavior. The invention also relates to a control system (200) for carrying out the method and a self-propelled work machine (100) with such a control system (200).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Steuersystem zum Betreiben einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine selbstfahrende Arbeitsmaschine mit einem derartigen Steuersystem.The present invention relates to a method and a control system for operating a self-propelled work machine. The present invention also relates to a self-propelled work machine with such a control system.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein kritisches Fahrverhalten einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine zu erfassen. Basierend auf dem erfassten Fahrverhalten kann in den Betrieb der selbstfahrenden Arbeitsmaschine eingegriffen werden, um das Fahrverhalten derselben zu verbessern. Aus dem erfassten Fahrverhalten kann jedoch ein Unterscheiden zwischen einem nickenden Verhalten und einem hüpfenden Verhalten der selbstfahrenden Arbeitsmaschine nicht unmittelbar ableitbar sein, da beide Verhalten auf ähnlichen Beschleunigungsdaten der selbstfahrenden Arbeitsmaschine basieren können. In Abhängigkeit des vorliegenden Verhaltens können allerdings verschiedene Eingriffe in den Betrieb der selbstfahrenden Arbeitsmaschine notwendig sein, um deren Fahrverhalten zu verbessern.It is known from the prior art to detect critical driving behavior of a self-propelled machine. Based on the recorded driving behavior, the operation of the self-propelled machine can be intervened in order to improve its driving behavior. However, a distinction between nodding behavior and hopping behavior of the self-propelled work machine cannot be directly derived from the recorded driving behavior, since both behaviors can be based on similar acceleration data of the self-propelled work machine. Depending on the existing behavior, however, various interventions in the operation of the self-propelled machine may be necessary in order to improve its driving behavior.
Aus
Ein Arbeitsfahrzeug mit einem Fahrgestell, einem Bodeneingriffsschild, einer Sensorbaugruppe und einer Steuerung ist aus
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem Aspekt ein Verfahren zum Betreiben einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine. Das Verfahren kann während einer Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine durchgeführt werden. Der Betrieb kann ein Frontladebetrieb oder ein Heckladebetrieb der selbstfahrenden Arbeitsmaschine sein. Bei der selbstfahrenden Arbeitsmaschine kann es sich um eine Arbeitsmaschine handeln, welche eine Arbeitseinrichtung zum Verrichten einer Arbeit aufweisen kann. Die Arbeitseinrichtung kann an der selbstfahrenden Arbeitsmaschine angebaut sein.In one aspect, the present invention relates to a method for operating a self-propelled work machine. The method can be carried out while the self-propelled machine is traveling. The operation can be a front loading operation or a rear loading operation of the self-propelled work machine. The self-propelled work machine can be a work machine which can have a work device for carrying out work. The work equipment can be attached to the self-propelled work machine.
Bei der selbstfahrenden Arbeitsmaschine kann es sich beispielsweise um eine Baumaschine handeln. Handelt es sich bei der selbstfahrenden Arbeitsmaschine um die Baumaschine, kann an dieser ein Arbeitswerkzeug zum Verrichten einer Arbeit angebaut sein. Bei der selbstfahrenden Arbeitsmaschine kann es sich beispielsweise um einen Radlader handeln, welcher in dem Frontladebetrieb betrieben werden kann und an welchem eine Frontladeschaufel angebaut sein kann. Bei der selbstfahrenden Arbeitsmaschine kann es sich beispielsweise auch um einen Gabelstapler handeln. Handelt es sich bei der selbstfahrenden Arbeitsmaschine um den Gabelstapler, kann an diesem eine Hubeinrichtung zum Anheben einer Palette angebaut sein. Bei der selbstfahrenden Arbeitsmaschine kann es sich beispielsweise auch um eine landwirtschaftliche Nutzmaschine handeln.The self-propelled work machine can be, for example, a construction machine. If the self-propelled work machine is the construction machine, a work tool can be attached to it for carrying out work. The self-propelled work machine can be, for example, a wheel loader, which can be operated in front loading mode and to which a front loading shovel can be attached. The self-propelled work machine can also be a forklift, for example. If the self-propelled machine is a forklift, a lifting device for lifting a pallet can be attached to it. The self-propelled work machine can also be an agricultural machine, for example.
Das Verfahren weist als einen Schritt ein Erfassen eines Nickwinkelverlaufs der selbstfahrenden Arbeitsmaschine mit einem auf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine angeordneten Inertialsensor in einer Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine auf. Der Nickwinkelverlauf kann ein dynamisches Nickverhalten der selbstfahrenden Arbeitsmaschine während einer Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine abbilden. Der Nickwinkelverlauf kann einen kontinuierlich mit dem Inertialsensor erfassten aktuellen Nickwinkel der selbstfahrenden Arbeitsmaschine aufweisen. Der Nickwinkel kann ein Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine um eine Querachse der selbstfahrenden Arbeitsmaschine abbilden. Ein positiver Nickwinkel oder positive Nickwinkelanteile des Nickwinkelverlaufs kann oder können ein Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine um die Querachse in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine nach vorne abbilden. Ein negativer Nickwinkel oder negative Nickwinkelanteile des Nickwinkelverlaufs kann oder können ein Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine um die Querachse in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine nach hinten abbilden. Der Inertialsensor kann eine inertiale Messeinheit (IMU) sein oder diese aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform wird der erfasste Nickwinkelverlauf über die Zeit integriert und die weiteren Schritte des Verfahrens auf den integrierten Nickwinkelverlauf angewendet.The method has, as one step, detecting a pitch angle profile of the self-propelled work machine with an inertial sensor arranged on the self-propelled work machine while the self-propelled work machine is traveling. The pitch angle curve can depict a dynamic pitching behavior of the self-propelled work machine while the self-propelled work machine is traveling. The pitch angle curve can be recorded continuously with the inertial sensor have the current pitch angle of the self-propelled machine. The pitch angle can represent a pitching of the self-propelled work machine about a transverse axis of the self-propelled work machine. A positive pitch angle or positive pitch angle components of the pitch angle curve can or can represent a pitching of the self-propelled work machine forward about the transverse axis in the direction of travel of the self-propelled work machine. A negative pitch angle or negative pitch angle components of the pitch angle curve can or can represent a pitching of the self-propelled work machine backwards about the transverse axis in the direction of travel of the self-propelled work machine. The inertial sensor can be or have an inertial measurement unit (IMU). According to one embodiment, the detected pitch angle profile is integrated over time and the further steps of the method are applied to the integrated pitch angle profile.
Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Prüfen, ob der erfasste Nickwinkelverlauf einen ersten Schwellwert für ein kritisches Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine nach vorne erreicht, auf. Das kritische Nicken kann aus einer kritischen Lageänderung eines Schwerpunkts der selbstfahrenden Arbeitsmaschine auf dieser in Fahrtrichtung nach vorne resultieren. Die kritische Lageänderung des Schwerpunkts kann aus einer Lastaufnahme in einem in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine vorderen Bereich der selbstfahrenden Arbeitsmaschine mit der Arbeitseinrichtung resultieren. Die kritische Lageänderung des Schwerpunkts kann aus einer Lastumverteilung auf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in Fahrtrichtung nach vorne auf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine resultieren. Das kritische Nicken kann zu einem Umkippen der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in Fahrtrichtung nach vorne führen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann dieses als einen weiteren Schritt ein Ableiten einer Lageänderung eines Schwerpunkts der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in der Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine und in einem an die selbstfahrende Arbeitsmaschine gebundenen Koordinatensystem aufweisen.As a further step, the method includes checking whether the detected pitch angle profile reaches a first threshold value for a critical pitching of the self-propelled work machine forward in the direction of travel of the self-propelled work machine. The critical nodding can result from a critical change in position of a center of gravity of the self-propelled machine on the latter in the direction of travel. The critical change in position of the center of gravity can result from a load pickup in a front area of the self-propelled work machine with the work device in the direction of travel of the self-propelled work machine. The critical change in position of the center of gravity can result from a load redistribution on the self-propelled work machine in the direction of travel to the front of the self-propelled work machine. The critical pitching can lead to the self-propelled machine tipping over in the direction of travel. According to a further embodiment of the method, this can include, as a further step, deriving a change in position of a center of gravity of the self-propelled work machine while the self-propelled work machine is traveling and in a coordinate system tied to the self-propelled work machine.
Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Prüfen, ob der erfasste Nickwinkelverlauf einen zweiten Schwellwert für ein kritisches Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine nach hinten erreicht, auf. Das kritische Nicken kann aus einer kritischen Lageänderung eines Schwerpunkts der selbstfahrenden Arbeitsmaschine auf dieser in Fahrtrichtung nach hinten resultieren. Die kritische Lageänderung des Schwerpunkts kann aus einer Lastaufnahme in einem in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine hinteren Bereich der selbstfahrenden Arbeitsmaschine mit der Arbeitseinrichtung resultieren. Die kritische Lageänderung des Schwerpunkts kann aus einer Lastumverteilung auf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in Fahrtrichtung nach hinten auf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine resultieren. Das kritische Nicken kann zu einem Umkippen der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in Fahrtrichtung nach hinten führen.The method has, as a further step, checking whether the detected pitch angle curve reaches a second threshold value for a critical pitching of the self-propelled work machine backwards in the direction of travel of the self-propelled work machine. The critical nodding can result from a critical change in position of a center of gravity of the self-propelled machine on the latter in the direction of travel to the rear. The critical change in position of the center of gravity can result from a load pickup in a rear area of the self-propelled work machine with the work equipment in the direction of travel of the self-propelled work machine. The critical change in position of the center of gravity can result from a load redistribution on the self-propelled work machine in the direction of travel to the rear of the self-propelled work machine. The critical pitch can lead to the self-propelled machine tipping over backwards in the direction of travel.
Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Feststellen, dass ein kritisches Nickverhalten der selbstfahrenden Arbeitsmaschine vorliegt, wenn aus einem Schritt der beiden Schritte des Prüfens als ein Prüfergebnis resultiert, dass der erfasste Nickwinkelverlauf den entsprechenden Schwellwert erreicht, und wenn aus dem anderen Schritt der beiden Schritte des Prüfens als ein Prüfergebnis resultiert, dass der erfasste Nickwinkelverlauf den entsprechenden Schwellwert nicht erreicht, auf. Im Schritt des Feststellens kann somit festgestellt werden, ob der erfasste Nickwinkelverlauf genau einen der beiden Schwellwerte erreicht. Im Schritt des Feststellens kann ferner festgestellt werden, dass der erfasste Nickwinkelverlauf nur oder lediglich einen der beiden Schwellwerte und somit einen einzigen der beiden Schwellwerte erreicht.The method has, as a further step, determining that a critical pitching behavior of the self-propelled machine is present if the test result from one step of the two steps of testing is that the detected pitch angle curve reaches the corresponding threshold value, and if from the other step of the two Steps of testing as a test result results in that the detected pitch angle curve does not reach the corresponding threshold value. In the determination step, it can therefore be determined whether the detected pitch angle curve reaches exactly one of the two threshold values. In the determination step, it can also be determined that the detected pitch angle profile only or only reaches one of the two threshold values and thus a single one of the two threshold values.
Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Ausgeben eines Steuersignals zum Steuern einer Betriebseinrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine basierend auf dem festgestellten kritischen Nickverhalten auf. Der Schritt des Ausgebens wird durchgeführt, wenn der erfasste Nickwinkelverlauf genau einen der beiden Schwellwerte erreicht. Bei der Betriebseinrichtung kann es sich um jede Komponente eines Antriebsstrangs oder einer Lenkung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine handeln. Bei der Betriebseinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Getriebesteuergerät der selbstfahrenden Arbeitsmaschine handeln. Bei der Betriebseinrichtung kann es sich um eine Komponente zum Eingriff in oder zum Einwirken auf die Fahrdynamik der selbstfahrenden Arbeitsmaschine handeln. Bei der Betriebseinrichtung kann es sich um eine Komponente zum Eingriff in oder zum Einwirken auf die Querdynamik und/oder die Längsdynamik der selbstfahrenden Arbeitsmaschine handeln.As a further step, the method includes outputting a control signal for controlling an operating device of the self-propelled work machine based on the critical pitching behavior determined. The output step is carried out when the detected pitch angle curve reaches exactly one of the two threshold values. The operating device can be any component of a drive train or a steering system of the self-propelled machine. The operating device can be, for example, a transmission control unit of the self-propelled machine. The operating device can be a component for intervening in or influencing the driving dynamics of the self-propelled machine. The operating device can be a component for intervening in or influencing the transverse dynamics and/or the longitudinal dynamics of the self-propelled machine.
Bei der Betriebseinrichtung kann es sich auch um die Arbeitseinrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine handeln. Das Steuersignal kann ausgegeben werden, um die Betriebseinrichtung derart zu steuern, dass das kritische Nicken mit dem Steuern der Betriebseinrichtung gestoppt werden kann. Alternativ oder zusätzlich zu dem Stoppen des kritischen Nickens kann das Steuersignal ausgegeben werden, um die Betriebseinrichtung derart zu steuern, dass dem kritischen Nicken mit dem Steuern der Betriebseinrichtung entgegengewirkt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann im Schritt des Ausgeben des Steuersignals ein Steuersignal an die Betriebseinrichtung ausgegeben werden, um eine Fahrdynamik der selbstfahrenden Arbeitsmaschine zu steuern. Der Schritt des Ausgebens des Steuersignals kann ferner basierend auf der abgeleiteten Lageänderung des Schwerpunkts durchgeführt werden.The operating equipment can also be the working equipment of the self-propelled machine. The control signal may be output to control the operating device such that the critical pitch can be stopped with controlling the operating device. Alternatively or in addition to stopping the critical pitch, the control signal can be output to control the operating device in such a way that the critical pitch is counteracted by controlling the operating device can be. According to one embodiment of the method, in the step of outputting the control signal, a control signal can be output to the operating device in order to control driving dynamics of the self-propelled work machine. The step of outputting the control signal can further be carried out based on the derived change in position of the center of gravity.
Bei der Betriebseinrichtung kann es sich um eine Lenkung oder ein Lenkungssteuergerät handeln. Gemäß einer Ausführungsform wird das Steuersignal an die Lenkung oder das Lenkungssteuergerät ausgegeben, um einen Lenkwinkel der selbstfahrenden Arbeitsmaschine zu begrenzen. Bei der Betriebseinrichtung kann es sich um eine Längsantriebskomponente oder ein Antriebssteuergerät handeln. Gemäß einer Ausführungsform wird das Steuersignal an die Längsantriebskomponente oder das Antriebssteuergerät ausgegeben, um eine Fahrtgeschwindigkeit oder eine Längsbeschleunigung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine zu begrenzen. Bei der Betriebseinrichtung kann es sich um ein Getriebe oder ein Getriebesteuergerät handeln. Gemäß einer Ausführungsform wird das Steuersignal an das Getriebe oder das Getriebesteuergerät ausgegeben, um eine Verzögerung des Getriebes der selbstfahrenden Arbeitsmaschine zu reduzieren. Die Verzögerung kann bei einem Gangwechsel in einer niedrigeren Gang oder einer Übersetzungsänderung des Getriebes gesteuert werden. Bei dem Getriebe kann es sich um ein stufenlos leistungsverzweigtes Getriebe handeln. Bei der Betriebseinrichtung kann es sich um eine Warneinrichtung handeln. Gemäß einer Ausführungsform wird das Steuersignal an die Warneinrichtung ausgegeben, um einen Bediener der selbstfahrenden Arbeitsmaschine vor einem kritischen Kippen der selbstfahrenden Arbeitsmaschine zu warnen.The operating device can be a steering system or a steering control device. According to one embodiment, the control signal is output to the steering or the steering control device in order to limit a steering angle of the self-propelled work machine. The operating device can be a longitudinal drive component or a drive control unit. According to one embodiment, the control signal is output to the longitudinal drive component or the drive control device in order to limit a travel speed or a longitudinal acceleration of the self-propelled work machine. The operating device can be a transmission or a transmission control unit. According to one embodiment, the control signal is output to the transmission or the transmission control unit in order to reduce deceleration of the transmission of the self-propelled work machine. The deceleration can be controlled when changing gears to a lower gear or changing the gear ratio of the transmission. The transmission can be a continuously variable power-split transmission. The operating device can be a warning device. According to one embodiment, the control signal is output to the warning device in order to warn an operator of the self-propelled work machine of a critical tipping of the self-propelled work machine.
Mit der Erfindung kann zwischen einem Hüpfen und einem Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine unterschieden werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Hüpfen, das heißt ein translatorisches Bewegen der selbstfahrenden Arbeitsmaschine nach oben und unten, erkannt werden kann, wenn symmetrische Nickanteile nach vorne und hinten mit einem Inertialsensor auf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine erfasst werden kann. Das Hüpfen kann beispielsweise durch eine Eigenfrequenz der selbstfahrenden Arbeitsmaschine oder einer Ihrer Komponenten angeregt sein. Der Erfindung liegt weiter die Erkenntnis zugrunde, dass nur dann, wenn ein asymmetrisches Nickverhalten nach vorne oder hinten vorliegt, auf ein kritisches Nicken geschlossen werden kann und ein Hüpfen ausgeschlossen werden kann. Mit dem Verfahren wird dies durch ein gestuftes Prüfen der beiden Schwellwerte effizient umgesetzt. Mit der Erfindung kann somit ein Umkippen der selbstfahrenden Arbeitsmaschine zuverlässig vermieden werden, ohne dass eine kritische Lageänderung des Schwerpunkts der selbstfahrenden Arbeitsmaschine selbst erkannt oder erfasst werden muss. Mit dem Ausgeben des Steuersignals kann einem kritischen Kippen somit zuverlässig entgegengewirkt werden. Kritische Kippzustände, welche zu einem Umkippen der selbstfahrenden Arbeitsmaschine führen können, können somit mit dem Verfahren vermieden werden.With the invention, a distinction can be made between hopping and nodding of the self-propelled machine. The invention is based on the finding that hopping, that is, a translational movement of the self-propelled work machine up and down, can be detected if symmetrical pitching components to the front and back can be detected with an inertial sensor on the self-propelled work machine. The hopping can, for example, be stimulated by a natural frequency of the self-propelled machine or one of its components. The invention is further based on the finding that only if there is asymmetric pitching behavior forward or backward can a critical pitch be concluded and hopping can be ruled out. With the method, this is implemented efficiently by checking the two threshold values in stages. With the invention, tipping over of the self-propelled work machine can be reliably avoided without a critical change in position of the center of gravity of the self-propelled work machine itself having to be recognized or recorded. By issuing the control signal, critical tipping can be reliably counteracted. Critical tipping conditions, which can lead to the self-propelled machine tipping over, can thus be avoided with the method.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens kann im Schritt des Erfassens des Nickwinkelverlaufs der Nickwinkelverlauf basierend auf Beschleunigungen und/oder Drehraten der selbstfahrenden Arbeitsmaschine erfasst werden, welche mit mindestens einem auf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine angeordneten Beschleunigungssensor und/oder Drehratensensor erfasst werden. Der Inertialsensor oder die inertiale Messeinheit kann den mindestens einen Beschleunigungssensor und/oder Drehratensensor aufweisen. Die Beschleunigungen und/oder Drehraten können Beschleunigungen und/oder Drehraten bezogen auf ein an die selbstfahrende Arbeitsmaschine gebundenes Koordinatensystem entlang mindestens einer der Maschinenachsen der selbstfahrenden Arbeitsmaschine aufweisen. Die Maschinenachsen können eine Querachse, eine Längsachse und/oder eine Hochachse aufweisen.According to one embodiment of the method, in the step of detecting the pitch angle curve, the pitch angle curve can be detected based on accelerations and/or yaw rates of the self-propelled work machine, which are detected with at least one acceleration sensor and/or yaw rate sensor arranged on the self-propelled work machine. The inertial sensor or the inertial measuring unit can have at least one acceleration sensor and/or rotation rate sensor. The accelerations and/or yaw rates can have accelerations and/or yaw rates based on a coordinate system tied to the self-propelled work machine along at least one of the machine axes of the self-propelled work machine. The machine axes can have a transverse axis, a longitudinal axis and/or a vertical axis.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann dieses als einen weiteren Schritt ein Bestimmen einer räumlichen Orientierungsänderung einer Fahrbahnfläche aufweisen, auf welcher die selbstfahrende Arbeitsmaschine fährt. Die räumliche Orientierungsänderung der Fahrbahnfläche kann mit mindestens einem Neigungssensor bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die räumliche Orientierungsänderung der Fahrbahnfläche aus Messdaten des Inertialsensors oder der inertialen Messeinheit bestimmt werden. Die räumliche Orientierungsänderung der Fahrbahnfläche aus Messdaten des Beschleunigungssensors und/oder des Drehratensensors bestimmt werden. Gemäß einer entsprechenden weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann im Schritt des Bestimmens der räumlichen Orientierungsänderung der Fahrbahnfläche die räumliche Orientierungsänderung basierend auf Messdaten bestimmt wird, welche mit dem auf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine angeordneten Inertialsensor erfasst werden.According to a further embodiment of the method, this can include, as a further step, determining a spatial change in orientation of a road surface on which the self-propelled work machine is traveling. The spatial change in orientation of the road surface can be determined with at least one inclination sensor. Alternatively or additionally, the spatial change in orientation of the road surface can be determined from measurement data from the inertial sensor or the inertial measuring unit. The spatial change in orientation of the road surface can be determined from measurement data from the acceleration sensor and/or the yaw rate sensor. According to a corresponding further embodiment of the method, in the step of determining the spatial change in orientation of the road surface, the spatial change in orientation can be determined based on measurement data which are recorded with the inertial sensor arranged on the self-propelled work machine.
Das Verfahren kann als einen weiteren Schritt ein Bestimmen eines Nickwinkelkorrekturwerts basierend auf der räumlichen Orientierungsänderung der Fahrbahnfläche zum Korrigieren eines in der Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine durch die räumliche Orientierungsänderung der Fahrbahnfläche bewirktes Nicken der selbstfahrende Arbeitsmaschine aufweisen. Das Verfahren kann noch als einen weiteren Schritt ein Anbringen des bestimmten Nickwinkelkorrekturwerts an den erfassten Nickwinkelverlauf aufweisen. Somit kann in vorteilhafter Weise ein Einfluss von einer sich ändernden Fahrbahnneigung während der Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine auf den Nickwinkelverlauf bestimmt und berücksichtigt werden.As a further step, the method can include determining a pitch angle correction value based on the spatial change in orientation of the road surface for correcting a pitching of the self-propelled work machine caused by the spatial change in orientation of the road surface when the self-propelled work machine is traveling. The procedure can have, as a further step, attaching the specific pitch angle correction value to the detected pitch angle profile. Thus, an influence of a changing road inclination while the self-propelled machine is traveling on the pitch angle curve can be determined and taken into account in an advantageous manner.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann dieses als einen weiteren Schritt ein Kalibrieren des Inertialsensors aufweisen. Der Schritt des Kalibrierens kann auf einer Fahrbahnfläche mit vorbestimmter räumlicher Orientierung, beispielsweise einer horizontalen Orientierung, durchgeführt werden. Die Orientierung der Erdbeschleunigungskomponente kann somit relativ zu der Fahrbahnfläche vorbestimmt werden. Das Kalibrieren des Inertialsensors kann auf der vorbestimmten Orientierung der Erdbeschleunigungskomponente basieren. Der Schritt des Kalibrierens kann vor dem Schritt des Erfassens des Nickwinkelverlaufs durchgeführt werden. Im Schritt des Festlegens eines vorliegenden kritischen Nickverhaltens kann somit der Einfluss einer Fahrbahnneigung berücksichtigt werden.According to a further embodiment of the method, this can include calibrating the inertial sensor as a further step. The calibration step can be carried out on a road surface with a predetermined spatial orientation, for example a horizontal orientation. The orientation of the gravitational acceleration component can thus be predetermined relative to the road surface. Calibrating the inertial sensor can be based on the predetermined orientation of the gravitational acceleration component. The calibration step can be carried out before the step of detecting the pitch angle profile. In the step of determining an existing critical pitching behavior, the influence of a road inclination can therefore be taken into account.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann dieses als einen weiteren Schritt ein Erkennen eines in der Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine vorliegenden kritischen Lastaufnahmezustands basierend auf dem festgestellten kritischen Nickverhalten aufweisen. Der kritischen Lastaufnahmezustand kann das kritische Nickverhalten verursachen. Der Schritt des Ausgebens des Steuersignals kann basierend auf dem erkannten kritischen Lastaufnahmezustand durchgeführt werden. Das Steuersignal kann an die Betriebseinrichtung ausgegeben werden, um die Betriebseinrichtung zu veranlassen, den kritischen Lastaufnahmezustand zu stoppen oder diesem entgegenzuwirken. So kann zuverlässig die Betriebssicherheit der selbstfahrenden Arbeitsmaschine aufrechterhalten werden.According to a further embodiment of the method, this can have, as a further step, a detection of a critical load-carrying state present when the self-propelled work machine is traveling based on the critical pitching behavior determined. The critical load carrying condition can cause the critical pitching behavior. The step of outputting the control signal may be performed based on the detected critical load receiving condition. The control signal can be output to the operating device in order to cause the operating device to stop or counteract the critical load-bearing condition. In this way, the operational safety of the self-propelled machine can be reliably maintained.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Steuersystem zum Betreiben einer selbstfahrenden Arbeitsmaschine. Das Steuersystem kann zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem vorhergehenden Aspekt eingerichtet sein. Das Steuersystem kann mindestens eine Einheit aufweisen, um mindestens einen Schritt des Verfahrens durchzuführen.The present invention relates in a further aspect to a control system for operating a self-propelled work machine. The control system may be arranged to carry out the method according to the previous aspect. The control system may have at least one unit to carry out at least one step of the method.
Das Steuersystem weist einen auf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine angeordneten Inertialsensor auf, welcher eingerichtet ist, einen Nickwinkelverlaufs der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in einer Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine zu erfassen. Das Steuersystem weist zudem eine Auswerteeinheit auf, welche eingerichtet ist, zu prüfen, ob der erfasste Nickwinkelverlauf einen ersten Schwellwert für ein kritisches Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine nach vorne erreicht und zu prüfen, ob der erfasste Nickwinkelverlauf einen zweiten Schwellwert für ein kritisches Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine in Fahrtrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine nach hinten erreicht, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, festzustellen, dass ein kritisches Nickverhalten der selbstfahrenden Arbeitsmaschine vorliegt, wenn der erfasste Nickwinkelverlauf einen Schwellwert der beiden Schwellwerte erreicht und wenn der erfasste Nickwinkelverlauf den anderen Schwellwert der beiden Schwellwerte nicht erreicht. Die Auswerteeinheit ist zudem eingerichtet, ein Steuersignal zum Steuern einer Betriebseinrichtung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine basierend auf dem festgestellten kritischen Nickverhalten auszugeben.The control system has an inertial sensor arranged on the self-propelled work machine, which is set up to detect a pitch angle profile of the self-propelled work machine while the self-propelled work machine is traveling. The control system also has an evaluation unit which is set up to check whether the detected pitch angle curve reaches a first threshold value for a critical pitching of the self-propelled work machine forward in the direction of travel of the self-propelled work machine and to check whether the detected pitch angle curve reaches a second threshold value for a critical pitching of the self-propelled work machine towards the rear in the direction of travel of the self-propelled work machine is achieved, the evaluation unit being set up to determine that a critical pitching behavior of the self-propelled work machine is present when the detected pitch angle profile reaches a threshold value of the two threshold values and when the detected pitch angle profile reaches the other threshold value Both threshold values are not reached. The evaluation unit is also set up to output a control signal for controlling an operating device of the self-propelled machine based on the critical pitching behavior determined.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine selbstfahrende Arbeitsmaschine. Die selbstfahrende Arbeitsmaschine weist ein Steuersystem nach dem vorhergehenden Aspekt zum Betreiben der selbstfahrenden Arbeitsmaschine auf. Jede Ausführungsform eines Aspekts der vorliegenden Erfindung kann eine entsprechende Ausführungsform eines weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sein oder diese entsprechend bilden.The present invention relates in a further aspect to a self-propelled work machine. The self-propelled work machine has a control system according to the preceding aspect for operating the self-propelled work machine. Any embodiment of one aspect of the present invention may be or constitute a corresponding embodiment of another aspect of the present invention.
Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters
-
1 zeigt schematisch eine selbstfahrende Arbeitsmaschine mit einem Steuersystem zum Betreiben der selbstfahrenden Arbeitsmaschine gemäß einer jeweiligen Ausführungsform der Erfindung.1 shows schematically a self-propelled work machine with a control system for operating the self-propelled work machine according to a respective embodiment of the invention. -
2 zeigt einen Nickwinkelverlauf der selbstfahrenden Arbeitsmaschine zur Erläuterung der Erfindung.2 shows a pitch angle curve of the self-propelled machine to explain the invention. -
3 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betreiben der selbstfahrenden Arbeitsmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.3 shows a flowchart with method steps of a method for operating the self-propelled machine according to an embodiment of the invention.
Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed Description of Embodiments
Die selbstfahrende Arbeitsmaschine 100 fährt auf einer Fahrbahnfläche 102. Die Neigung der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100 in Bezug auf die Fahrbahnfläche 102 ist aus Messdaten des Inertialsensors 10 vorbestimmt. Die selbstfahrende Arbeitsmaschine 100 weist ein Steuersystem 200 auf, welches eingerichtet ist, eine Betriebseinrichtung 20 der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100 zu steuern. Das Steuersystem 200 ist eingerichtet, in Abhängigkeit des erfassten Nickwinkelverlaufs die Betriebseinrichtung 20 zu steuern, um ein kritisches Nicken der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100 während der Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100 zu verhindern. Die Betriebseinrichtung 20 ist eingerichtet, um hierfür die Fahrdynamik der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100 zu steuern.The self-propelled
In
In
In dem nachfolgenden Schritt S2 wird der Nickwinkelverlauf 2 der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100 mit dem Inertialsensor 10 in der Fahrt der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100, wie zu
In einem weiteren Schritt S4 wird festgestellt, dass ein kritisches Nickverhalten der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100 vorliegt, wenn nur aus einem der beiden Prüfschritte S3a, S3b als ein Prüfergebnis resultiert, dass der erfasste Nickwinkelverlauf 2 den entsprechenden Schwellwert 4, 6 erreicht, und wenn aus dem anderen Prüfschritt der beiden Prüfschritte S3a, S3b als ein Prüfergebnis resultiert, dass der erfasste Nickwinkelverlauf 2 den entsprechenden Schwellwert 4, 6 nicht erreicht. In einem weiteren Schritt des Verfahrens S5 wird ein Steuersignal zum Steuern der Betriebseinrichtung 20 der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100 basierend auf dem festgestellten kritischen Nickverhalten ausgegeben, um ein Umkippen der selbstfahrenden Arbeitsmaschine 100, welches aus dem kritischen Nickverhalten resultieren kann, zu verhindern.In a further step S4, it is determined that a critical pitching behavior of the self-propelled
BezugszeichenReference symbols
- 22
- NickwinkelverlaufPitch angle progression
- 33
- NickwinkelPitch angle
- 44
- erster Schwellwertfirst threshold
- 55
- kritisches Nickencritical nod
- 66
- zweiter Schwellwertsecond threshold
- 88th
- ZeitachseTimeline
- 1010
- InertialsensorInertial sensor
- 1212
- BeschleunigungssensorAccelerometer
- 1313
- KoordinatensystemCoordinate system
- 1414
- QuerachseTransverse axis
- 2020
- BetriebseinrichtungOperating facility
- 100100
- selbstfahrende Arbeitsmaschineself-propelled work machine
- 102102
- Fahrbahnflächeroad surface
- 200200
- SteuersystemTax system
- 5050
- Kalibrieren InertialsensorCalibrate inertial sensor
- S1S1
- Bestimmen NickwinkelkorrekturwertDetermine pitch angle correction value
- S2S2
- Erfassen NickwinkelverlaufCapture pitch angle progression
- S3S3
- Prüfen SchwellwerteCheck thresholds
- S3aS3a
- Prüfen erster SchwellwertCheck first threshold
- S3bS3b
- Prüfen zweiter SchwellwertCheck second threshold
- S4S4
- Feststellen kritisches NickverhaltenDetermine critical pitching behavior
- S5S5
- Ausgeben SteuersignalOutput control signal
Claims (10)
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Publications (1)
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---|---|
DE102022211991B3 true DE102022211991B3 (en) | 2023-12-07 |
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-
2022
- 2022-11-11 DE DE102022211991.6A patent/DE102022211991B3/en active Active
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