DE102022212600A1

DE102022212600A1 - Method and system for actively stabilizing a watercraft

Info

Publication number: DE102022212600A1
Application number: DE102022212600.9A
Authority: DE
Inventors: Mohammad Alsharif; Istvan Hegedues-Bite; Hubert Bichelmeier; Gowtham Perumalsamy; Ilker Bagci; Erik Zeller; Costin Soare; Veronique Bäumer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG; ZF Padova SRL
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG; ZF Padova SRL
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2024-04-11

Abstract

Ein Verfahren und ein System zum aktiven Stabilisieren eines Wasserfahrzeugs (100), wobei das Verfahren als Schritte ein vorausschauendes Erfassen von mindestens einer Einflussgröße, welche sich auf eine zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs (100) auswirkt, mit einer auf dem Wasserfahrzeug (100) angeordneten Umfelderfassungssensorik (110), ein Bestimmen einer Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug (100), welche durch einen auf dem Wasserfahrzeug (100) angeordneten Stabilisator (120) zukünftig bewirkt werden kann, um der vorausschauend erfasste Einflussgröße entgegenzuwirken, und ein Ausgeben eines Steuersignals an den Stabilisator zum Bewirken der Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug (100) aufweist.A method and a system for actively stabilizing a watercraft (100), the method comprising the steps of predictively detecting at least one influencing variable which affects a future stability of the watercraft (100) using an environment detection sensor system (110) arranged on the watercraft (100), determining a mass shift on the watercraft (100) which can be caused in the future by a stabilizer (120) arranged on the watercraft (100) in order to counteract the predictively detected influencing variable, and outputting a control signal to the stabilizer for causing the mass shift on the watercraft (100).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System zum aktiven Stabilisieren eines Wasserfahrzeugs. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Wasserfahrzeug mit einem derartigen System.The present invention relates to a method and a system for actively stabilizing a watercraft. The present invention also relates to a watercraft with such a system.

Stand der TechnikState of the art

Die Stabilität eines Wasserfahrzeugs kann wesentlich von Umfeldeinflüssen abhängen, welche auf das Wasserfahrzeug einwirken. Eine sich verändernde Stabilität des Wasserfahrzeugs kann sich auf den Betrieb des Wasserfahrzeugs selbst oder eine auf dem Wasserfahrzeug betriebenen Vorrichtung negativ auswirken.The stability of a watercraft can depend significantly on environmental influences that affect the watercraft. A change in the stability of the watercraft can have a negative effect on the operation of the watercraft itself or a device operated on the watercraft.

Um den Betrieb einer auf einem Wasserfahrzeug verwendeten Hebeeinrichtung zu ermöglichen, ist es aus der EP 3 912 949 A1 bekannt, die durch Umwelteinflüsse verursachten Bewegungen des Wasserfahrzeugs nach dem Prinzip des inversen Pendels auszugleichen. Bei einem derartigen Kompensieren von auf dem Wasserfahrzeug verursachten Bewegungen kann die Stabilität des Wasserfahrzeugs selbst jedoch weiterhin unverändert beeinträchtigt sein.In order to enable the operation of a lifting device used on a watercraft, it is necessary EP 3 912 949 A1 It is known to compensate for the movements of the watercraft caused by environmental influences using the principle of the inverted pendulum. However, such compensation of movements caused on the watercraft may still affect the stability of the watercraft itself.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem Aspekt ein Verfahren zum aktiven Stabilisieren eines Wasserfahrzeugs. Das aktive Stabilisieren des Wasserfahrzeugs kann durch einen auf dem Wasserfahrzeug angeordneten Stabilisator bewirkt werden. Das Verfahren kann daher zum Selbststabilisieren des Wasserfahrzeugs durchgeführt werden, wobei das Verfahren als einen Schritt ein Stabilisieren des Wasserfahrzeugs mit dem auf dem Wasserfahrzeug angeordneten Stabilisator aufweisen kann. Das Stabilisieren des Wasserfahrzeugs kann ein Herstellen oder Aufrechterhalten einer horizontale Lage des Wasserfahrzeugs in einem Gewässer aufweisen.In one aspect, the present invention relates to a method for actively stabilizing a watercraft. The active stabilization of the watercraft can be effected by a stabilizer arranged on the watercraft. The method can therefore be carried out for self-stabilization of the watercraft, wherein the method can comprise as a step stabilizing the watercraft with the stabilizer arranged on the watercraft. The stabilization of the watercraft can comprise establishing or maintaining a horizontal position of the watercraft in a body of water.

Das Verfahren kann zum Kompensieren von Bewegungen des Wasserfahrzeugs mit dem auf diesem angeordneten Stabilisator durchgeführt werden. Das Verfahren kann daher als einen weiteren Schritt ein Kompensieren von Bewegungen des Wasserfahrzeugs mit dem auf dem Wasserfahrzeug angeordneten Stabilisator aufweisen. Das aktive Stabilisieren kann ein zumindest teilweises Kompensieren von Bewegungen des Wasserfahrzeugs aufweisen, wodurch das Wasserfahrzeug die kompensierten Bewegungen nicht erfährt.The method can be carried out to compensate for movements of the watercraft with the stabilizer arranged on it. The method can therefore comprise, as a further step, compensating for movements of the watercraft with the stabilizer arranged on the watercraft. The active stabilization can comprise at least partial compensation for movements of the watercraft, whereby the watercraft does not experience the compensated movements.

Bei dem Wasserfahrzeug kann es sich um ein Fahrzeug handeln, welches zumindest überwiegend auf oder in einem Gewässer betrieben wird. Bei dem Wasserfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Boot, ein Schiff oder ein Amphibienfahrzeug handeln. Das Wasserfahrzeug kann sich beim Durchführen des Verfahrens in dem Gewässer fortbewegen oder in dem Gewässer stillstehen.The watercraft can be a vehicle that is operated at least predominantly on or in a body of water. The watercraft can be, for example, a boat, a ship or an amphibious vehicle. The watercraft can move in the body of water when the procedure is carried out or can be stationary in the body of water.

Das Verfahren weist als einen Schritt ein vorausschauendes Erfassen von mindestens einer Einflussgröße mit einer auf dem Wasserfahrzeug angeordneten Umfelderfassungssensorik auf. Der Schritt des vorausschauenden Erfassens kann durchgeführt werden, bevor sich die mindestens eine Einflussgröße auf eine zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs auswirkt. Bei der mindestens einen Einflussgröße handelt es sich daher um eine Einflussgröße, welche sich auf eine zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs auswirkt. Die mindestens eine Einflussgröße kann sich nur auf eine zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs auswirken oder sich auf eine aktuelle Stabilität und auf die zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs auswirken. Der Schritt des vorausschauenden Erfassens der Einflussgröße kann beispielsweise mittels Kl-Methoden, beispielsweise basierend auf einem Neuronalen Netz, durchgeführt werden.The method has as one step a predictive detection of at least one influencing variable using an environment detection sensor system arranged on the watercraft. The predictive detection step can be carried out before the at least one influencing variable affects the future stability of the watercraft. The at least one influencing variable is therefore an influencing variable that affects the future stability of the watercraft. The at least one influencing variable can only affect the future stability of the watercraft or affect the current stability and the future stability of the watercraft. The step of predictive detection of the influencing variable can be carried out, for example, using AI methods, for example based on a neural network.

Die Umfelderfassungssensorik kann mindestens einen bilderfassenden Sensor aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorik mindestens einen wettererfassenden Sensor aufweisen. Der bilderfassende Sensor kann als eine Kamera ausgebildet sein. Ferner kann die Umfelderfassungssensorik mindestens einen distanzmessenden Sensor zum Erfassen eines Objekts im Umfeld des Wasserfahrzeugs aufweisen. Die Umfelderfassungssensorik kann eine Rundumerfassung beziehungsweise eine 360°-Erfassung im Umfeld des Wasserfahrzeugs bereitstellen.The environment detection sensor system can have at least one image-capturing sensor. Alternatively or additionally, the sensor system can have at least one weather-capturing sensor. The image-capturing sensor can be designed as a camera. Furthermore, the environment detection sensor system can have at least one distance-measuring sensor for detecting an object in the area surrounding the watercraft. The environment detection sensor system can provide all-round detection or 360° detection in the area surrounding the watercraft.

Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Bestimmen einer Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug auf. Mit der Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug kann eine Bewegung des Wasserfahrzeugs kompensiert werden, welche durch die Einflussgröße herbeigeführt werden kann. Die Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug kann zum zukünftigen Stabilisieren des Wasserfahrzeugs bestimmt werden. Die Massenverlagerung wird durch einen auf dem Wasserfahrzeug angeordneten Stabilisator zukünftig bewirkt, um der vorausschauend erfassten Einflussgröße entgegenzuwirken. Auch der Schritt des Bestimmens der Massenverlagerung kann beispielsweise mittels KI-Methoden, beispielsweise basierend auf dem Neuronalen Netz, durchgeführt werden.The method has a further step of determining a mass shift on the watercraft. The mass shift on the watercraft can be used to compensate for a movement of the watercraft that can be caused by the influencing factor. The mass shift on the watercraft can be determined for the future stabilization of the watercraft. The mass shift will be brought about in the future by a stabilizer arranged on the watercraft in order to counteract the influencing factor detected in advance. The step of determining the mass shift can also be carried out using AI methods, for example based on the neural network.

Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Ausgeben eines Steuersignals an den Stabilisator zum Bewirken der Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug auf. Das Steuersignal kann zum Bewirken der Massenverlagerung durch den Stabilisator ausgegeben werden. Mit dem Bewirken der Massenverlagerung kann das Wasserfahrzeug aktiv stabilisiert werden und zukünftige Einflüsse auf die Stabilität des Wasserfahrzeugs kompensiert werden. Das Verfahren kann daher als einen weiteren Schritt ein Bewirken der Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug durch den auf diesem angeordneten Stabilisator aufweisen, um der vorausschauend erfassten Einflussgröße entgegenzuwirken.The method has a further step of outputting a control signal to the stabilizer to cause the mass shift on the watercraft. The control signal can be output by the stabilizer to cause the mass shift. By causing the mass shift, the watercraft can be actively stabilized and future influences on the stability of the watercraft can be compensated. The method can therefore have a further step of causing the mass shift on the watercraft by the stabilizer arranged on it in order to counteract the influencing variable detected in advance.

Im Rahmen der Erfindung können mit der auf dem Wasserfahrzeug angeordneten Umfelderfassungssensorik Einflussgrößen im Umfeld des Wasserfahrzeugs erfasst werden, welche sich erst in Zukunft auf die Stabilität des Wasserfahrzeugs auswirken werden. Mit der im Rahmen des Verfahrens vorausschauend bestimmten Massenverlagerung kann das Fahrzeug in vorteilhafter Weise direkt stabilisiert werden, bevor durch die Einflussgröße auf dem Wasserfahrzeug hervorgerufene Bewegungen sich negativ auf die zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs auswirken. Mit dem Verfahren kann somit eine Stabilisierung des Wasserfahrzeugs verbessert werden.Within the scope of the invention, the environment detection sensors arranged on the watercraft can be used to detect influencing factors in the environment of the watercraft that will only have an effect on the stability of the watercraft in the future. With the mass shift determined in advance within the scope of the method, the vehicle can advantageously be stabilized directly before movements caused by the influencing factor on the watercraft have a negative effect on the future stability of the watercraft. The method can therefore improve the stabilization of the watercraft.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird im Schritt des Erfassens mindestens eine Einflussgröße erfasst, welche auf mindestens einem von einem Seegang, einem Wind und einer Strömung in dem Umfeld des Wasserfahrzeugs basiert. Bei dem Seegang kann es sich um Wasserwellen handeln, welche in dem Gewässer auftreten, in welchem sich das Wasserfahrzeug befindet. Der Wind kann den Seegang bewirken. Bei der Strömung kann es sich um eine Wasserströmung in dem Gewässer handeln, in welchem sich das Wasserfahrzeug befindet.According to one embodiment of the method, in the step of detecting, at least one influencing variable is detected, which is based on at least one of a sea state, a wind and a current in the surroundings of the watercraft. The sea state can be water waves that occur in the body of water in which the watercraft is located. The wind can cause the sea state. The current can be a water current in the body of water in which the watercraft is located.

Das Verfahren kann als einen weiteren Schritt ein Bestimmen von mindestens einem von einer Wasserwellenhöhe, einer Wasserwellenrichtung, einer Windstärke, einer Windrichtung, einer Windgeschwindigkeit, einer Wasserströmungsstärke und einer Wasserströmungsrichtung in dem Umfeld des Wasserfahrzeugs basierend auf der mindestens einen erfassten Einflussgröße aufweisen. Mindestens eine von der Wasserwellenhöhe, der Wasserwellenrichtung, der Windstärke, der Windrichtung, der Windgeschwindigkeit, der Wasserströmungsstärke und der Wasserströmungsrichtung kann aus der mindestens einen erfassten Einflussgröße abgeleitet werden oder mit der Umfelderfassungssensorik erfasst werden. Bei der Einflussgröße kann es sich daher um mindestens eine von der Wasserwellenhöhe, der Wasserwellenrichtung, der Windstärke, der Windrichtung, der Windgeschwindigkeit, der Wasserströmungsstärke und der Wasserströmungsrichtung handeln. Der Schritt des Bestimmens der Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug kann somit durchgeführt werden, um mindestens einer von der bestimmten beziehungsweise erfassten Wasserwellenhöhe, Wasserwellenrichtung, Windstärke, Windrichtung, der Windgeschwindigkeit, Wasserströmungsstärke und Wasserströmungsrichtung entgegenzuwirken. Mit dem Verfahren können so Einflüsse im Umfeld des Wasserfahrzeugs effizient erfasst und vorausschauend berücksichtigt werden, um die zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs zu erhöhen.The method can have as a further step a determination of at least one of a water wave height, a water wave direction, a wind strength, a wind direction, a wind speed, a water flow strength and a water flow direction in the environment of the watercraft based on the at least one detected influencing variable. At least one of the water wave height, the water wave direction, the wind strength, the wind direction, the wind speed, the water flow strength and the water flow direction can be derived from the at least one detected influencing variable or can be detected with the environment detection sensor system. The influencing variable can therefore be at least one of the water wave height, the water wave direction, the wind strength, the wind direction, the wind speed, the water flow strength and the water flow direction. The step of determining the mass shift on the watercraft can thus be carried out in order to counteract at least one of the determined or detected water wave height, water wave direction, wind strength, wind direction, wind speed, water flow strength and water flow direction. The method can be used to efficiently record influences in the watercraft's environment and take them into account in advance in order to increase the future stability of the watercraft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird im Schritt des Erfassens mindestens eine Einflussgröße erfasst, welche auf einem dynamischen Verhalten eines Objekts auf dem Wasserfahrzeug basiert. Bei der Einflussgröße kann es sich um eine Bewegung oder Massenverlagerung des Objekts auf dem Wasserfahrzeug handeln. Das sich auf dem Wasserfahrzeug aufhaltende Objekt befindet sich dabei im Umfeld des Wasserfahrzeugs. Bei dem Objekt kann es sich um eine auf dem Wasserfahrzeug angeordnete Vorrichtung oder um eine Ladung auf dem Wasserfahrzeug handeln. Eine Bewegung des Objekts, welche sich auf die zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs auswirkt, kann so erfasst und für das Bestimmen der Massenverlagerung berücksichtigt werden.According to a further embodiment of the method, in the detection step at least one influencing variable is detected which is based on a dynamic behavior of an object on the watercraft. The influencing variable can be a movement or mass shift of the object on the watercraft. The object on the watercraft is located in the vicinity of the watercraft. The object can be a device arranged on the watercraft or a load on the watercraft. A movement of the object which affects the future stability of the watercraft can thus be detected and taken into account for determining the mass shift.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann im Schritt des Bestimmens die Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug durch ein auf dem Wasserfahrzeug angeordnetes inverses Pendel zukünftig bewirkt werden. Der Stabilisator kann daher mindestens ein inverses Pendel aufweisen. Das inverse Pendel kann ein Pendel mit einem sich oberhalb einer Pendelachse angeordneten Schwerpunkt aufweisen. Das inverse Pendel kann einen auf dem Wasserfahrzeug beweglich angeordneten Träger aufweisen, auf welchem der Schwerpunkt des Pendels verschwenkbar angeordnet ist. Eine Bewegung des Trägers beziehungsweise eine Pendelbewegung kann die Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug bewirken. Ein Steuern und Regeln der zukünftigen Stabilität des Wasserfahrzeugs kann so mit dem Verfahren besonders zuverlässig durchgeführt werden.According to a further embodiment of the method, in the determining step, the mass shift on the watercraft can be brought about in the future by an inverse pendulum arranged on the watercraft. The stabilizer can therefore have at least one inverse pendulum. The inverse pendulum can have a pendulum with a center of gravity arranged above a pendulum axis. The inverse pendulum can have a carrier arranged movably on the watercraft, on which the center of gravity of the pendulum is arranged so that it can pivot. A movement of the carrier or a pendulum movement can bring about the mass shift on the watercraft. Controlling and regulating the future stability of the watercraft can thus be carried out particularly reliably using the method.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird im Schritt des Bestimmens die Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug bestimmt, um der vorausschauend erfassten Einflussgröße durch ein Rollen des Wasserfahrzeugs um die Längsachse des Wasserfahrzeugs entgegenzuwirken. Der Stabilisator kann eingerichtet sein, um die Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug zu bewirken, welche das Rollen des Wasserfahrzeugs um die Längsachse des Wasserfahrzeugs herbeiführt. Weist der Stabilisator das inverse Pendel auf, kann dieses eingerichtet sein, um das Rollen des Wasserfahrzeugs um dessen Längsachse zu bewirken. Das Rollen kann somit ein durch die Einflussgröße zukünftig herbeigeführtes Rollen des Wasserfahrzeugs kompensieren. Zukünftige Drehungen des Wasserfahrzeugs um dessen Längsachse können so vermieden werden.According to a further embodiment of the method, the mass shift on the watercraft is determined in the determining step in order to counteract the predictively detected influencing variable by rolling the watercraft around the longitudinal axis of the watercraft. The stabilizer can be set up to counteract the mass shift on the watercraft. which causes the watercraft to roll around the longitudinal axis of the watercraft. If the stabilizer has the inverse pendulum, this can be set up to cause the watercraft to roll around its longitudinal axis. The rolling can thus compensate for any rolling of the watercraft caused by the influencing variable in the future. Future rotations of the watercraft around its longitudinal axis can thus be avoided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird im Schritt des Bestimmens die Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug bestimmt, um der vorausschauend erfassten Einflussgröße durch ein Nicken des Wasserfahrzeugs um die Querachse des Wasserfahrzeugs entgegenzuwirken. Der Stabilisator kann eingerichtet sein, um die Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug zu bewirken, welche das Nicken des Wasserfahrzeugs um die Längsachse des Wasserfahrzeugs herbeiführt. Weist der Stabilisator das inverse Pendel auf, kann dieses eingerichtet sein, um das Nicken des Wasserfahrzeugs um dessen Querachse zu bewirken. Das Rollen kann somit ein durch die Einflussgröße zukünftig herbeigeführtes Rollen des Wasserfahrzeugs kompensieren. Zukünftige Drehungen des Wasserfahrzeugs um dessen Längsachse können so vermieden werden.According to a further embodiment of the method, the mass shift on the watercraft is determined in the determining step in order to counteract the predicted influencing variable by a pitching of the watercraft around the transverse axis of the watercraft. The stabilizer can be set up to cause the mass shift on the watercraft, which causes the watercraft to pitch around the longitudinal axis of the watercraft. If the stabilizer has the inverse pendulum, this can be set up to cause the watercraft to pitch around its transverse axis. The rolling can thus compensate for any rolling of the watercraft caused in the future by the influencing variable. Future rotations of the watercraft around its longitudinal axis can thus be avoided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist dieses als einen weiteren Schritt ein Prädizieren von einem zukünftigen Neigungswinkel des Wasserfahrzeugs auf, welcher durch die erfasste mindestens eine Einflussgröße hervorgerufen wird. Bei dem zukünftigen Neigungswinkel kann es sich um einen Rollwinkel des Wasserfahrzeugs um die Längsachse des Wasserfahrzeugs handeln. Bei dem zukünftigen Neigungswinkel kann es sich auch um einen zukünftigen Nickwinkel des Wasserfahrzeugs um die Querachse des Wasserfahrzeugs handeln. Gemäß dieser Ausführungsform kann der Schritt des Bestimmens der Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug basierend auf dem bestimmten Neigungswinkel durchgeführt werden.According to a further embodiment of the method, this has as a further step a prediction of a future angle of inclination of the watercraft, which is caused by the detected at least one influencing variable. The future angle of inclination can be a roll angle of the watercraft about the longitudinal axis of the watercraft. The future angle of inclination can also be a future pitch angle of the watercraft about the transverse axis of the watercraft. According to this embodiment, the step of determining the mass shift on the watercraft can be carried out based on the determined angle of inclination.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann im Schritt des Ausgebens des Steuersignals das Steuersignal zum Navigieren des Wasserfahrzeugs durch die bewirkte Massenverlagerung ausgegeben werden. Die Massenverlagerung auf dem Fahrzeug kann so neben dem zukünftigen Stabilisieren des Wasserfahrzeugs auch ein zukünftiges Navigieren des Wasserfahrzeugs unterstützen beziehungsweise bewirken.According to a further embodiment of the method, in the step of outputting the control signal, the control signal for navigating the watercraft can be output by the mass shift caused. The mass shift on the vehicle can thus support or cause future navigation of the watercraft in addition to the future stabilization of the watercraft.

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein System zum aktiven Stabilisieren eines Wasserfahrzeugs. Das System kann zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem vorhergehenden Aspekt eingerichtet sein. Das System kann entsprechende Systemkomponenten zum Durchführen der Schritte des Verfahrens aufweisen.In a further aspect, the present invention relates to a system for actively stabilizing a watercraft. The system can be set up to carry out the method according to the previous aspect. The system can have corresponding system components for carrying out the steps of the method.

Das System weist eine Umfelderfassungssensorik zum vorausschauenden Erfassen von mindestens einer Einflussgröße auf, welche sich auf eine zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs auswirkt. Das System weist zudem eine Recheneinheit auf, welche eingerichtet ist, eine Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug zu bestimmen, welche durch einen auf dem Wasserfahrzeug angeordneten Stabilisator zukünftig bewirkt werden kann, um der vorausschauend erfassten Einflussgröße entgegenzuwirken.The system has an environment detection sensor system for the proactive detection of at least one influencing factor that affects the future stability of the watercraft. The system also has a computing unit that is set up to determine a mass shift on the watercraft that can be caused in the future by a stabilizer arranged on the watercraft in order to counteract the proactively detected influencing factor.

Das System weist auch eine Schnittstelle zum Ausgeben eines Steuersignals zum Bewirken der Massenverlagerung auf dem Wasserfahrzeug auf. Die Schnittstelle kann mit dem Stabilisator zum Ansteuern des Stabilisators mit dem Steuersignal verbunden sein. Das System kann ferner den Stabilisator aufweisen.The system also includes an interface for outputting a control signal for effecting the mass shift on the watercraft. The interface may be connected to the stabilizer for controlling the stabilizer with the control signal. The system may further include the stabilizer.

Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Wasserfahrzeug, welches einen Stabilisator und ein System gemäß dem vorhergehenden Aspekt aufweist. Das System ist eingerichtet, den Stabilisator zum aktiven Stabilisieren des Wasserfahrzeugs anzusteuern.In a further aspect, the invention relates to a watercraft which has a stabilizer and a system according to the previous aspect. The system is designed to control the stabilizer for actively stabilizing the watercraft.

Ausführungsformen von einem der Aspekte der Erfindung können entsprechende Ausführungsformen von den weiteren Aspekten der Erfindung bilden.Embodiments of any one of the aspects of the invention may form corresponding embodiments of the other aspects of the invention.

Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters

1 shows a watercraft with a system for actively stabilizing the watercraft according to respective embodiments of the invention.
2 shows a flow chart of a method for actively stabilizing the 1 shown watercraft.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments

1 zeigt ein Wasserfahrzeug 100, mit einem auf dem Wasserfahrzeug 100 angeordneten Stabilisator 120. Der Stabilisator 120 weist zwei inverse Pendel 122, 124 auf. Ein inverses Pendel 122 der inversen Pendel 122, 124 ist derart auf dem Wasserfahrzeug 100 angeordnet und eingerichtet, um ein Rollen des Wasserfahrzeugs 100 um die Längsachse 12 des Wasserfahrzeugs 100 zu bewirken. Ein beweglicher Träger des inversen Pendels 122 ist hierfür entlang oder parallel zu der Querachse 14 des Wasserfahrzeugs 100 beweglich auf dem Wasserfahrzeug 100 angeordnet. Ein weiteres inverses Pendel 124 der inversen Pendel 122, 124 ist derart auf dem Wasserfahrzeug 100 angeordnet und eingerichtet, um ein Kippen des Wasserfahrzeugs 100 um die Querachse 14 des Wasserfahrzeugs 100 zu bewirken. Ein Träger des inversen Pendels 124 ist hierfür entlang oder parallel zu der Längsachse 12 des Wasserfahrzeugs 100 beweglich auf dem Wasserfahrzeug 100 angeordnet. Das Rollen, welches durch das inverse Pendel 122 bewirkt werden kann, und das Nicken, welches durch das weitere inverse Pendel 124 bewirkt werden kann, kann einen entsprechenden Rollwinkel und Nickwinkel kompensieren, welcher durch eine Einflussgröße im Umfeld 2 des Wasserfahrzeugs 100 herbeigeführt wird. 1 shows a watercraft 100 with a stabilizer 120 arranged on the watercraft 100. The stabilizer 120 has two inverse pendulums 122, 124. An inverse pendulum 122 of the inverse pendulums 122, 124 is arranged and set up on the watercraft 100 in such a way as to cause the watercraft 100 to roll about the longitudinal axis 12 of the watercraft 100. A movable support of the inverse pendulum 122 is arranged on the watercraft 100 so as to be movable along or parallel to the transverse axis 14 of the watercraft 100. Another inverse This pendulum 124 of the inverse pendulums 122, 124 is arranged and configured on the watercraft 100 in such a way as to cause the watercraft 100 to tilt about the transverse axis 14 of the watercraft 100. For this purpose, a support of the inverse pendulum 124 is arranged on the watercraft 100 so as to be movable along or parallel to the longitudinal axis 12 of the watercraft 100. The rolling, which can be caused by the inverse pendulum 122, and the pitching, which can be caused by the further inverse pendulum 124, can compensate for a corresponding roll angle and pitch angle, which is brought about by an influencing factor in the environment 2 of the watercraft 100.

Auf dem Wasserfahrzeug 100 ist eine Umfelderfassungssensorik 110 angeordnet. Die Umfelderfassungssensorik 110 weist in der gezeigten Ausführungsform drei Umfelderfassungssensoren 112, 114, 116 auf. Ein Umfelderfassungssensor 112 ist an einem Bug 102 des Wasserfahrzeugs 100 angeordnet, wobei ein Erfassungsbereich des Umfelderfassungssensors 112 zumindest einen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs 100 nach vorne gerichteten Erfassungsbereich im Umfeld 2 des Wasserfahrzeugs 100 erfasst. Die beiden weiteren Umfelderfassungssensoren 114, 116 sind an einer jeweiligen Seite des Wasserfahrzeugs 100 angeordnet. Ein jeweiliger Erfassungsbereich der weiteren Umfelderfassungssensoren 114, 116 umfasst ein jeweiliges seitliches Umfeld 2 des Wasserfahrzeugs 100. Die Umfelderfassungssensoren 112, 114, 116 sind eingerichtet, Einflussgrößen im Umfeld 2 des Wasserfahrzeugs 100 zu erfassen, welche die Stabilität des Wasserfahrzeugs 100 zukünftig beeinflussen. Gemäß einer Ausführungsform weisen die Umfelderfassungssensoren 112, 114, 116 eine jeweilige Kamera auf, welche die Einflussgrößen bildbasiert erfasst. Die Einflussgrößen können ein zukünftiges Rollen um die Längsachse 12 des Wasserfahrzeugs 100 und ein zukünftiges Kippen des Wasserfahrzeugs 100 um die Querachse 14 herbeiführen. Gemäß einer Ausführungsform weisen die Einflussgrößen die Wellenhöhe und Wellenrichtung des Gewässers im Umfeld 2 des Wasserfahrzeugs 100 auf.An environment detection sensor system 110 is arranged on the watercraft 100. In the embodiment shown, the environment detection sensor system 110 has three environment detection sensors 112, 114, 116. An environment detection sensor 112 is arranged on a bow 102 of the watercraft 100, wherein a detection area of the environment detection sensor 112 detects at least one detection area in the environment 2 of the watercraft 100 directed forward in the direction of travel of the watercraft 100. The two further environment detection sensors 114, 116 are arranged on a respective side of the watercraft 100. A respective detection range of the further environment detection sensors 114, 116 comprises a respective lateral environment 2 of the watercraft 100. The environment detection sensors 112, 114, 116 are set up to detect influencing factors in the environment 2 of the watercraft 100 which will influence the stability of the watercraft 100 in the future. According to one embodiment, the environment detection sensors 112, 114, 116 have a respective camera which detects the influencing factors based on images. The influencing factors can bring about future rolling about the longitudinal axis 12 of the watercraft 100 and future tipping of the watercraft 100 about the transverse axis 14. According to one embodiment, the influencing factors include the wave height and wave direction of the body of water in the environment 2 of the watercraft 100.

Das Wasserfahrzeug 100 weist eine Recheneinheit 210 auf, welche mit der Umfelderfassungssensorik 110 und dem Stabilisator 120 verbunden ist. Die Recheneinheit 210 ist mit den Umfelderfassungssensoren 112, 114, 116 und den inversen Pendeln 122, 124 verbunden. Die Umfelderfassungssensorik 110 weist eine Schnittstelle 212 auf, über welche die Recheneinheit 210 ein Steuersignal zum Steuern der inversen Pendeln 122, 124 ausgibt. Das Wasserfahrzeug 100 weist somit ein System 200 zum aktiven Stabilisieren des Wasserfahrzeugs 100 auf, welches die Recheneinheit 210, die Umfelderfassungssensorik 110 und den Stabilisator 120 aufweist.The watercraft 100 has a computing unit 210 which is connected to the environment detection sensor system 110 and the stabilizer 120. The computing unit 210 is connected to the environment detection sensors 112, 114, 116 and the inverse pendulums 122, 124. The environment detection sensor system 110 has an interface 212 via which the computing unit 210 outputs a control signal for controlling the inverse pendulums 122, 124. The watercraft 100 thus has a system 200 for actively stabilizing the watercraft 100, which has the computing unit 210, the environment detection sensor system 110 and the stabilizer 120.

In 2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten S1, S2 und S3 zum Durchführen eines Verfahrens zum aktiven Stabilisieren des Wasserfahrzeugs 100 in einer zeitlichen Abfolge gemäß einer Ausführungsform gezeigt.In 2 is a schematic flow diagram with method steps S1, S2 and S3 for carrying out a method for actively stabilizing the watercraft 100 in a time sequence according to an embodiment.

In einem ersten Schritt S1 wird ein vorausschauendes Erfassen von mindestens einer Einflussgröße E im Umfeld 2 des Wasserfahrzeugs 100 durchgeführt. Die mit der Umfelderfassungssensorik 110 erfassbare Einflussgröße E wirkt sich auf die zukünftige Stabilität des Wasserfahrzeugs 100 derart aus, dass das Wasserfahrzeug 100 mindestens eines von einem Rollen um die Längsachse 12 und ein Kippen um die Querachse 14 erfährt. Die Einflussgröße E wird von der Recheneinheit 210 ausgewertet. In einem weiteren Schritt S2 bestimmt die Recheneinheit 210 eine Massenverlagerung M auf dem Wasserfahrzeug 100, welche derart ausgelegt ist, der vorausschauend erfassten Einflussgröße E entgegenzuwirken. Die Massenverlagerung ist derart ausgelegt, dass mindestens eines von dem Rollen des Wasserfahrzeugs 100 um die Längsachse 12 und dem Kippen des Wasserfahrzeugs 100 um die Querachse 14 kompensiert wird, um eine horizontale Ausrichtung des Wasserfahrzeugs 100 herzustellen oder beizubehalten. Das Entgegenwirken der Einflussgröße E durch die Massenverlagerung M weist somit ein Kompensieren eines durch die Einflussgröße E bewirkten Rollen und Kippen auf. Die Massenverlagerung M wird durch die inversen Pendel 122, 124 derart bewirkt, dass eine jeweilige Massenverlagerung des inversen Pendels 122, 124 das Rollen und Kippen kompensiert.In a first step S1, a predictive detection of at least one influencing variable E in the environment 2 of the watercraft 100 is carried out. The influencing variable E that can be detected with the environment detection sensor system 110 affects the future stability of the watercraft 100 in such a way that the watercraft 100 experiences at least one of rolling around the longitudinal axis 12 and tipping around the transverse axis 14. The influencing variable E is evaluated by the computing unit 210. In a further step S2, the computing unit 210 determines a mass shift M on the watercraft 100, which is designed to counteract the predictively detected influencing variable E. The mass shift is designed in such a way that at least one of the rolling of the watercraft 100 around the longitudinal axis 12 and the tipping of the watercraft 100 around the transverse axis 14 is compensated in order to establish or maintain a horizontal alignment of the watercraft 100. The counteraction of the influencing variable E by the mass displacement M thus involves a compensation of the rolling and tipping caused by the influencing variable E. The mass displacement M is caused by the inverse pendulums 122, 124 in such a way that a respective mass displacement of the inverse pendulum 122, 124 compensates for the rolling and tipping.

In einem weiteren Schritt S3 wird ein Steuersignal über die Schnittstelle 212 an den Stabilisator 120 ausgegeben, um die Massenverlagerung M auf dem Wasserfahrzeug 100 zu bewirken. Dabei wird ein jeweiliges Steuersignal an die inversen Pendel 122, 124 ausgegeben, um mit den inversen Pendeln 122, 124 Massenverlagerungen zu bewirken, welche eine zukünftige Drehbewegung des Wasserfahrzeugs 100, welche durch die Einflussgröße E ausgelöst wird, zu kompensieren.In a further step S3, a control signal is output to the stabilizer 120 via the interface 212 in order to effect the mass shift M on the watercraft 100. In this case, a respective control signal is output to the inverse pendulums 122, 124 in order to effect mass shifts with the inverse pendulums 122, 124, which compensate for a future rotational movement of the watercraft 100, which is triggered by the influencing variable E.

BezugszeichenReference symbols

22: UmfeldEnvironment
1212: LängsachseLongitudinal axis
1414: QuerachseTransverse axis
100100: WasserfahrzeugWatercraft
102102: BugBug
110110: UmfelderfassungssensorikEnvironment detection sensors
112, 114, 116112, 114, 116: UmfelderfassungssensorEnvironment detection sensor
120120: Stabilisatorstabilizer
122, 124122, 124: Inverses PendelInverted pendulum
200200: Systemsystem
210210: RecheneinheitComputing unit
212212: Schnittstelleinterface
EE: EinflussgrößeInfluencing factor
MM: MassenverlagerungMass relocation
S1S1: vorausschauendes Erfassenpredictive detection
S2S2: Bestimmen MassenverlagerungDetermine mass shift
S3S3: Ausgeben SteuersignalOutput control signal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 3912949 A1 [0003]

Claims

Method for actively stabilizing a watercraft (100), comprising the steps of: predictively detecting (S1) at least one influencing variable (E) which affects a future stability of the watercraft (100) using an environment detection sensor system (110) arranged on the watercraft (100), determining (S2) a mass shift (M) on the watercraft (100) which can be brought about in the future by a stabilizer (120) arranged on the watercraft (100) in order to counteract the predictively detected influencing variable (E), and outputting (S3) a control signal to the stabilizer (120) for bringing about the mass shift (M) on the watercraft (100).

Procedure according to Claim 1 , wherein in the step of detecting (S1) at least one influencing variable (E) is detected which is based on at least one of a sea state, a wind and a current in the environment (2) of the watercraft (100).

Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein in the step of detecting (S1) at least one influencing variable (E) is detected which is based on a dynamic behavior of an object on the watercraft (100).

Method according to one of the preceding claims, wherein in the step of determining (S2) the mass displacement (M) on the watercraft (100) can be caused in the future by an inverse pendulum (122, 124) arranged on the watercraft (100).

Method according to one of the preceding claims, wherein in the determining step (S2) the mass displacement (M) on the watercraft (100) is determined in order to counteract the predictively detected influencing variable (E) by rolling the watercraft (100) about the longitudinal axis (12) of the watercraft (100).

Method according to one of the preceding claims, wherein in the determining step (S2) the mass displacement (M) on the watercraft (100) is determined in order to counteract the predictively detected influencing variable (E) by a pitching of the watercraft (100) about the transverse axis (14) of the watercraft (100).

Method according to one of the preceding claims, with the further step of predicting a future angle of inclination of the watercraft (100) which is caused by the detected at least one influencing variable (E), wherein the step of determining (S2) the mass displacement (M) on the watercraft (100) is carried out based on the determined angle of inclination.

Method according to one of the preceding claims, wherein in the outputting step (S3) the control signal for navigating the watercraft (100) is output by the mass displacement (M) caused.

System (200) for actively stabilizing a watercraft (100), with an environment detection sensor system (110) for predictively detecting at least one influencing variable that affects a future stability of the watercraft (100), a computing unit (210) that is configured to determine a mass shift on the watercraft (100) that can be caused in the future by a stabilizer (120) arranged on the watercraft (100) in order to counteract the predictively detected influencing variable, and an interface (212) for outputting a control signal for causing the mass shift on the watercraft (100).

Watercraft (100) with a stabilizer (120) and a system (200) according to Claim 9 which is configured to control the stabilizer (120) for actively stabilizing the watercraft (100).