DE102023125669A1

DE102023125669A1 - Zugeschnittene arbeitsplanung für automatisierte lade-, entlade- und transportvorgänge von scraper-systemen

Info

Publication number: DE102023125669A1
Application number: DE102023125669.6A
Authority: DE
Inventors: John M. Hageman; Joshua T. Lawson; Francois Stander
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2022-10-11
Filing date: 2023-09-21
Publication date: 2024-04-11
Also published as: US20240117597A1

Abstract

Es werden ein System und Verfahren zur Steuerung des Betriebs von Erdbaumaschinen, z. B. Scrapereinheiten, die zum Laden, Transportieren und Entladen von Material in Abhängigkeit von dem jeweiligen Arbeitszustand konfiguriert sind, bereitgestellt. Ein Gestaltungsplan (z. B. eine Abtrag- und Aufschüttungskarte) wird entsprechend einem Arbeitsbereich, dem die Erdbaumaschinen zugewiesen sind, erhalten. Das Verfahren umfasst ferner für jede der Maschinen Erzeugen und/oder selektives Abrufen von Leistungsoptimierungsdatensätzen, die eine Lastkapazität und Beladungsraten korreliert mit jeweiligen Kombinationen von Eingangsdaten für Arbeitsparameter für die jeweilige Maschine umfassen, Erzeugen eines Arbeitsplans, der eine Fortbewegungsroute und entsprechende Arbeitszustandswechsel der Maschine bezüglich des Arbeitsbereichs umfasst, wobei der Arbeitsplan zumindest zum Teil basierend auf den Leistungsoptimierungsdatensätzen und dem Gestaltungsplan erzeugt wird, und automatisches Steuern von Arbeitsparametern für die Maschine entsprechend dem erzeugten Arbeitsplan.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Scraper, die in ein Arbeitsfahrzeug integriert oder anderweitig von diesem angetrieben (d. h. gezogen oder geschoben) werden, so dass eine Erdbaumaschine mit Eigenantrieb definiert wird, und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Erzeugen von im Voraus geplanten Pfaden und Arbeitszustandswechseln für einen der Erdbaumaschine zugeordneten Arbeitszyklus und optionalen Automatisieren einer oder mehrerer ihrer Funktionen bezüglich des Arbeitszustands.
HINTERGRUND
Erdbaumaschinen, die hier erörtert werden, können in der Regel ein Scraper-System (z. B. ein Schild zum Loslösen von zu bewegendem Material und einen Behälter für den Transport des losgelösten Materials) in Kombination mit einem Traktor, einem knickgelenkten Muldenkipper oder dergleichen, umfassen, so dass der Scraper (oder ein äquivalentes Arbeitsgerät) funktionsmäßig in ein Arbeitsfahrzeug integriert ist oder mit einem Arbeitsfahrzeug gekoppelt und von diesem gezogen oder geschoben wird und somit eine Erdbaumaschine mit Eigenantrieb definiert. Obgleich ein Scraper eine erste Art von Erdbaumaschine zur Implementierung eines Verfahrens, das hier genauer beschrieben wird, definieren kann, kann der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung jedoch andere Erdbaumaschinen und Geräte, mit Eigenantrieb oder anderweitig, zur Bearbeitung des Geländes gemäß einem Gestaltungsplan, wie in der Technik allgemein bekannt ist, einschließlich unter anderem einer Abtrag- und Aufschüttungskarte für einen definierten Arbeitsbereich, umfassen.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Verbesserung herkömmlicher Systeme bereit, zumindest zum Teil durch Einführen eines neuartigen Systems und Verfahrens zur Erzeugung und Implementierung von zugeschnittenen Arbeitsplänen für eine Erdbaumaschine mit Eigenantrieb, darunter einen Scraper, die nicht nur eine Route und/oder Fahrtrichtung bereitstellen, sondern auch einen geplanten Arbeitszyklus und entsprechende Arbeitszustände der Erdbaumaschine im Laufe der Zeit (z. B. Laden, Entladen und Transportieren beispielsweise in Bezug auf spezifische Abschnitte der Route, die aufgewendete Zeit oder dergleichen).
Bei einer Ausführungsform ist das hier offenbarte Verfahren ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer oder mehrerer Erdbaumaschinen, die jeweils einen Ladebehälter und ein Bodenbearbeitungsarbeitsgerät umfassen, wobei jeder der einen oder mehreren Erdbaumaschinen dazu konfiguriert ist, in einem ersten Arbeitszustand das Verladen von Erdreich, das von dem Bodenbearbeitungsarbeitsgerät bearbeitet wird, in den Ladebehälter, während sich die Maschine fortbewegt, zu steuern, in einem zweiten Arbeitszustand weiteres Verladen zu stoppen und die Erdbaumaschine mit dem in dem Ladebehälter verladenen Erdreich zu transportieren, und in einem dritten Arbeitszustand das Entladen des geladenen Erdreichs aus dem Ladebehälter zu leiten. Ein Gestaltungsplan wird entsprechend einem Arbeitsbereich, in dem die eine oder die mehreren Erdbaumaschinen zugewiesen sind, beschafft. Das Verfahren umfasst ferner für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen Erzeugen und/oder selektives Abrufen eines oder mehrerer Leistungsoptimierungsdatensätze, die eine Lastkapazität des Ladebehälters und Beladungsraten der Erdbaumaschine korreliert mit jeweiligen Kombinationen von Eingangsdaten für Arbeitsparameter für die Erdbaumaschine umfassen, Erzeugen eines Arbeitsplans, der eine Fortbewegungsroute und entsprechende Arbeitszustandswechsel der Erdbaumaschine bezüglich des Arbeitsbereichs umfasst, wobei der Arbeitsplan zumindest zum Teil basierend auf dem einen oder den mehreren Leistungsoptimierungsdatensätzen und dem Gestaltungsplan erzeugt wird, und automatisches Steuern eines oder mehrerer Arbeitsparameter für die Erdbaumaschine entsprechend dem erzeugten Arbeitsplan.
Bei einem beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann der Gestaltungsplan aus einem oder mehreren Datensätzen erzeugt werden, die erste Profildaten, die einem derzeitigen Profil des Arbeitsbereichs zugeordnet sind, und zweite Profildaten, die einem Zielprofil des Arbeitsbereichs zugeordnet sind, umfassen, wobei die ersten Profildaten und die zweiten Profildaten jeweils X-, Y- und Z-Koordinaten-Daten in einem von der einen oder den mehreren Erdbaumaschinen abgesetzten Bezugssystem umfassen.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform können die ersten Profildaten dahingehend aktualisiert werden, eine bestimmte Arbeitsleistung zu berücksichtigen, zumindest zum Teil basierend auf einem oder mehreren erfassten Arbeitsparametern für mindestens eine der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen, zumindest beim Wechsel von dem ersten Arbeitszustand in den zweiten Arbeitszustand.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform können die aktualisierten ersten Profildaten für jede mehrerer Erdbaumaschinen, die dem Arbeitsbereich zugeordnet sind, selektiv zur Verfügung gestellt werden, wobei die mehreren Erdbaumaschinen die eine oder die mehreren Erdbaumaschinen als einen ersten Satz von Erdbaumaschinen und mindestens eine Erdbaumaschine einer anderen Art als einen zweiten Satz von Erdbaumaschinen umfassen.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform können die entsprechend erzeugten Arbeitspläne für mindestens den ersten Satz von Erdbaumaschinen zumindest zum Teil basierend auf den aktualisierten ersten Profildaten aktualisiert werden, und ein oder mehrere Arbeitsparameter für jede mindestens des ersten Satzes von Erdbaumaschinen können gemäß den entsprechend aktualisierten Arbeitsplänen automatisch gesteuert werden.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann das Verfahren ferner für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen Bestimmen mehrerer Arbeitssegmente, die dem Arbeitsbereich zugeordnet sind, umfassen, wobei jedes der mehreren Arbeitssegmente einer vorgeschriebenen Menge an Erdreich, die zumindest basierend auf dem einen oder den mehreren Leistungsoptimierungsdatensätzen während einer Iteration des ersten Arbeitszustands für die Erdbaumaschine bearbeitet wurde, entspricht, wobei der erzeugte Arbeitsplan eine geplante Abfolge der mehreren Arbeitssegmente zur Optimierung einer Anzahl an Iterationen des ersten Arbeitszustands, die zur Erzeugung eines einem Zielprofil des Arbeitsbereichs entsprechenden Profils für den Arbeitsbereich erforderlich sind, umfasst.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann jedes der mehreren Arbeitssegmente einer jeweiligen mehrerer Erdbaumaschinen, die dem Arbeitsbereich zugeordnet sind, zugewiesen sein.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform können Transportzeiten zwischen jedem der mehreren Arbeitssegmente und einer zugewiesenen Entladestelle bei dem erzeugten Arbeitsplan berücksichtigt werden.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform können die Leistungsoptimierungsdatensätze für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen ferner Daten umfassen, die einer oder mehreren Materialeigenschaften des Erdreichs, das von der jeweiligen Erdbaumaschine bearbeitet werden soll, entsprechen.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann das Verfahren ferner für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen Bestimmen einer Menge an Erdreich, die nach einem Entladevorgang in dem Ladebehälter verbleibt, und selektives Anpassen eines oder mehrerer Teile des Arbeitsplans zumindest zum Teil basierend auf der bestimmten Menge an Erdreich, die in dem Ladebehälter verbleibt, umfassen.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann ein gegenwärtiger Arbeitszustand für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen basierend auf erfassten Echtzeitwerten für einen oder mehrere Arbeitsparameter, die einer Fortbewegungsgeschwindigkeit der Erdbaumaschine, einer Position des Bodenbearbeitungsarbeitsgeräts und einem Pegel und/oder Volumen des in den Ladebehälter geladenen Erdreichs entsprechen, bestimmt werden.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben erwähnten Ausführungsform kann bzw. können der eine oder die mehreren automatisch gesteuerten Arbeitsparameter für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen einen oder mehrere Arbeitsparameter, die einer Lenkungseinheit und/oder einem Bodenbearbeitungsarbeitsgerät für die Erdbaumaschine zugeordnet sind, umfassen.
Bei einem weiteren beispielhaften Aspekt gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann mindestens eine dem Arbeitsplan zugeordnete Variable für mindestens eine der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen basierend auf einer Benutzereingabe, die über eine mit einer Steuerung für die mindestens eine Erdbaumaschine funktional verbundenen Benutzerschnittstelle empfangen wird, in Echtzeit anpassbar sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein hier offenbarte System eine oder mehrere Erdbaumaschinen umfassen, die jeweils einen Ladebehälter und ein Bodenbearbeitungsarbeitsgerät umfassen und dazu konfiguriert sind, in einem ersten Arbeitszustand das Verladen von Erdreich, das von dem Bodenbearbeitungsarbeitsgerät bearbeitet wird, in den Ladebehälter, während sich die jeweilige Maschine fortbewegt, zu steuern, in einem zweiten Arbeitszustand weiteres Verladen zu stoppen und die Erdbaumaschine mit dem in dem Ladebehälter verladenen Erdreich zu transportieren, und in einem dritten Arbeitszustand das Entladen des geladenen Erdreichs aus dem Ladebehälter zu leiten. Es wird ein Datenspeichernetzwerk bereitgestellt, in dem ein Gestaltungsplan, der Gestaltungsdaten umfasst, die eine Differenz zwischen einem derzeitigen Profil eines Arbeitsbereichs und einem Zielprofil des Arbeitsbereichs darstellen, wobei die Gestaltungsdaten X-, Y- und Z-Koordinaten-Daten in einem von der einen oder den mehreren Erdbaumaschinen abgesetzten Bezugssystem umfassen, und für mindestens eine der einen oder mehreren Erdbaumaschinen ein oder mehrere Leistungsoptimierungsdatensätze, die eine Lastkapazität des Ladebehälters und Beladungsraten der Erdbaumaschine korreliert mit jeweiligen Kombinationen von Eingangsdaten für Arbeitsparameter für die Erdbaumaschine umfassen, gespeichert sind. Eine oder mehrere Rechenvorrichtungen sind in funktionaler Kommunikation mit der einen oder den mehreren Erdbaumaschinen und mit dem Datenspeichernetzwerk vorgesehen, wobei die eine oder die mehreren Rechenvorrichtungen dazu konfiguriert sind, für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen Operationen gemäß der oben beschriebenen Verfahrensausführungsform und optional eines der oben beschriebenen Aspekte davon durchzuführen.
Für den Fachmann werden bei der Lektüre der folgenden Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zahlreiche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der hier dargelegten Ausführungsformen ohne Weiteres ersichtlich sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Seitenansicht, die ein Arbeitsfahrzeug und einen Scraper als ein beispielhaftes Arbeitsgerät bei einer Erdbaumaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem für die Erdbaumaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen beispielhaften Arbeitszyklus und entsprechende Arbeitszustände gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter nun erfolgender Bezugnahme auf 1 bis 4 werden nun verschiedene Ausführungsformen eines Systems und Verfahrens für zugeschnittene und im Voraus bestimmte Arbeitspläne zum Melden, Steuern und/oder Fernbetrieb gemäß verschiedenen Arbeitszuständen für eine Erdbaumaschine mit Eigenantrieb beschrieben.
Bei einer Ausführungsform, die hier beschrieben und unter Bezugnahme auf 1 dargestellt wird, umfasst eine Erdbaumaschine 100 mit Eigenantrieb ein Bodenbearbeitungsarbeitsgerät 110 in Form eines Scrapers 110, das diskret mit einem Arbeitsfahrzeug mit Eigenantrieb, wie z. B. einem Traktor 102, zum Schleppen des Arbeitsgeräts 110 unter Verwendung von angetriebenen Bodeneingriffsrädern oder -gleisketten 104 gekoppelt sein kann. Bei weiteren Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann das Arbeitsfahrzeug ein knickgelenkter Muldenkipper sein und/oder kann das Arbeitsgerät 110 in das Arbeitsfahrzeug integriert sein, anstatt von diesem auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise gezogen oder geschoben zu werden. Obgleich das Arbeitsgerät 110, das nachstehend unter Bezugnahme auf 1 genauer beschrieben wird, allgemein als ein Scraper 110 bezeichnet wird, können dennoch andere Arten von Arbeitsgeräten in den Schutzumfang mindestens einiger Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung fallen, sofern nichts Gegenteiliges angegeben wird.
Der Scraper 110 ist dazu ausgeführt, Material abzutragen (d. h. einen Teil einer Bodenfläche zu entfernen), zu verladen, zu transportieren und an einer anderen Stelle abzuladen. Ein Bodeneingriffsmechanismus 112 gemäß der Darstellung umfasst ein Paar Räder und kann optional mehr als zwei Räder aufweisen. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass das Arbeitsgerät 110 durch Räder, Gleisketten und/oder Riemen in Abhängigkeit von der gewünschten Ausführungsform vorgetrieben oder gestützt werden kann. Das Arbeitsgerät 110 kann ein Schild 115 mit einer Schneidkante 120 zum Schürfen einer Bodenfläche 125 und einen Schildaktuator 130 zum Verstellen des Eingriffs des Schilds 115 mit der Bodenfläche 125 umfassen. Das Arbeitsgerät 110 kann einen Ladebehälter 140 oder einen äquivalenten Aufnahmebehälter umfassen, der mit dem Schild 115 wirkgekoppelt ist, wobei der Ladebehälter beim Abtragen der Bodenfläche über die Bodenfläche 125 gezogen wird. Der Ladebehälter 140 kann als ein allgemein hohles Gehäuse mit einer Öffnung an einem vorderen Ende ausgeführt sein. Ein Schild 115 kann an einem vorderen Ende angeordnet und zum selektiven Eingriff mit der Bodenfläche 125 zur Materialentfernung positioniert sein.
Das Arbeitsgerät 110 kann mehrere Komponenten umfassen, die dahingehend zusammenwirken, Betriebsvorgänge des Ladebehälters 140 und des Schilds 115 anzutreiben und zu steuern. Insbesondere kann das Arbeitsgerät 110 einen Rahmen 145, eine Hinterachsanordnung 150 und eine schwenkbare Anhängerkupplungsanordnung 152 umfassen. Der Rahmen 145 kann mit der Hinterachsanordnung 150 gekoppelt und dazu konfiguriert sein, den Ladebehälter 140 zu stützen. Die schwenkbare Anhängerkupplungsanordnung 152 kann den Rahmen 145 gemäß der Darstellung mit einem Traktor 102 zum Schleppen des Arbeitsgeräts 110 unter Gestatten einer gewissen Relativbewegung in sowohl die vertikale als auch die horizontale Richtung koppeln.
Der Ladebehälter 140 kann mit einer Hinterachsanordnung 150 gekoppelt sein und von dieser gestützt werden. Während des Ausfahrens und Einfahrens von Ladebehälteraktuatoren 175, die auch gelegentlich als Schieberaktuatoren 175 bezeichnet werden, kann bewirkt werden, dass der Ladebehälter 140 in die vertikale Richtung um eine Hinterachsanordnung 150 schwenkt, so dass ein vorn befindliches oder vorderes Ende des Ladebehälters bezüglich der Bodenfläche 125 angehoben und abgesenkt werden kann. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Antriebsquelle 170 in der Nähe des Ladebehälters 140 enthalten sein und von der Hinterachsanordnung 150 gestützt werden. Die Antriebsquelle 170 kann dahingehend betrieben werden, die Hinterachsanordnung 150 anzutreiben und dabei das Arbeitsgerät 110 über die Bodenfläche 125 zu schieben oder zumindest dessen Vorschub zu unterstützen.
Bei einer Ausführungsform (nicht gezeigt) kann ein Arbeitsgerät 110 mit einem Auswurfsystem versehen sein, das selektiv die Ladung im Wesentlichen lateral aus dem Ladebehälter 140 auf die Bodenfläche vor der Erdbaumaschine 100 auswerfen kann. Das Auswurfsystem kann am hinteren Bereich eines Auswurfvorrichtungskörpers positioniert sein und umfasst eine Auswurfvorrichtung, die auch als Kopfteil bezeichnet werden kann, und einen Aktuator. Das Auswurfsystem funktioniert so, dass der Aktuator die Auswurfvorrichtung vorwärts bewegt, um Material 180 aus dem vorderen Ende des Ladebehälters 140 herauszudrücken. Die Auswurfvorrichtung kann während dieser Bewegung durch eine Halteanordnung in dem Ladebehälter 140 gestützt, abgestimmt und ausgerichtet werden. Die Halteanordnung kann beispielsweise ein Satz von Führungen sein, die Vorsprünge von der Auswurfvorrichtung aufnehmen, und durch das Zusammenwirken der Auswurfvorrichtung mit diesen Führungen kann die Auswurfvorrichtung während ihrer Bewegung in dem Lagerbehälter 140 ordnungsgemäß abgestimmt und ausgerichtet gehalten werden. Solch ein Aktuator kann ein zweifach wirkender teleskopischer Hydraulikzylinder sein, oder kann bei alternativen Ausführungsformen einen nicht teleskopischen Hydraulikzylinder, einen Hydraulikmotor, eine Schnecke oder ein Schneckenrad, Ketten, Kabel oder einen Elektromotor oder Aktuator entweder alleine oder in Kombination miteinander umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform, bei der beispielsweise das Arbeitsgerät 110 mit einem Arbeitsfahrzeug 102, wie z. B. einem KMK, integriert ist, kann der Aktuator durch das Strömen von Hydraulikfluid von einem elektrohydraulischen Ventil gesteuert werden, das druckbeaufschlagtes Hydraulikfluid von einer Hydraulikpumpe empfängt, die mit einem Motor über ein Getriebe drehgekoppelt ist und von diesem angetrieben wird. Alternativ dazu kann die Hydraulikpumpe ohne ein dazwischen geschaltetes Getriebe direkt von dem Motor betrieben werden. Der Motor ist an dem vorderen Rahmen angeordnet und betreibt die Erdbaumaschine 100, einschließlich Bereitstellung von Traktionskraft, die durch das Getriebe und Bodeneingriffsräder zugeführt wird.
Ferner kann unter Bezugnahme auf 2 ein beispielhaftes Steuersystem 200 für die Erdbaumaschine 100 eine einzige Steuerung 212 oder eigens vorgesehenen Steuerungen für sowohl das Arbeitsgerät 110 als auch des Arbeitsfahrzeug 102 umfassen. Das Arbeitsfahrzeug 102 der Erdbaumaschine 100 kann unabhängig davon, ob das Arbeitsgerät 110 von ihm gezogen wird oder anderweitig integriert ist, eine Bedienerkabine umfassen, in der das Steuersystem 200 oder zumindest gewisse Komponenten davon angeordnet sein können, darunter beispielsweise eine oder mehrere Schnittstellenvorrichtungen 220, die nahegelegen an einem Bedienersitz positioniert und dazu konfiguriert sind, Steuersignale zu erzeugen und/oder Anzeigen (über eine Anzeigeeinheit 222), die mit dem Betrieb der Erdbaumaschine 100 in Zusammenhang stehen, darzubieten. In einem Beispiel kann die Schnittstellenvorrichtung 220 dazu verwendet werden, Benutzereingaben zum Betrieb des Arbeitsfahrzeugs 102 und/oder des Arbeitsgeräts 110 zu empfangen und ferner im Allgemeinen oder selektiv Informationen dazu anzuzeigen. Anzeigen von Informationen zum Betrieb des Arbeitsfahrzeugs 102 und/oder des Arbeitsgeräts 110 auf der Anzeigeeinheit 222 basierend auf Eingaben von einer Positionierungs- und Lenksteuereinheit 202 und/oder einer Arbeitsgerätssteuereinheit 204 und/oder von Arbeitszustandssensoren 206 und/oder Positionierungs- und Lenkungssensoren 208 und/oder Arbeitsgerätsensoren 210 und/oder anderen Steuereinheiten und Sensoren, die angebracht sein können und ansonsten von einem Fachmann in Betracht gezogen werden.
Obgleich die verschiedenen Steuereinheiten 202, 204 und Sensoren 206, 208, 210 in 2 einzeln angezeigt werden und im Zusammenhang mit verschiedenen Funktionen hier separat beschrieben werden können, können die Steuereinheiten und Sensoren in vielen Fällen hinsichtlich der Funktion überlappen, so dass dieselbe Komponente in mehr als einem der dargestellten Module vorgesehen ist oder zwei oder mehr der dargestellten Module beispielsweise dieselbe Funktionalität haben können.
Eine Fortbewegungsgeschwindigkeit der Erdbaumaschine 100 kann beispielsweise auf der einer Benutzerschnittstelle 220 zugeordneten Anzeigeeinheit 222 angezeigt werden, zusammen mit anderen Informationen, wie z. B. dem Gang des Getriebes, dem Gewicht des Materials 180 (der Ladung), das (die) von der Erdbaumaschine 100 transportiert wird und sich in dem Ladebehälter 140 befindet, der Zustand von Ladebehälteraktuatoren 175 und anderen Komponenten, wie z. B. dem Ausstoßvorrichtungskörper oder der Ausstoßvorrichtung (z. B. vollständig eingefahren, ausfahrend, vollständig ausgefahren, einfahrend), wie durch Signale von zugehörigen Sensoren angezeigt wird. Die Anzeigeeinheit 222 kann auch interaktiv sein und es einem Bediener der Erdbaumaschine 100 ermöglichen, Einstellungen oder Parameter, die der Erdbaumaschine zugeordnet sind, über Tasten, einen Touchscreen oder Peripheriegeräte, die mit der Benutzerschnittstelle 220 in Kommunikation stehen, zu ändern.
Gemäß einem derzeitigen Arbeitsplan für die Erdbaumaschine 100, wie nachstehend genauer beschrieben wird, kann die Anzeigeeinheit 222 auch beispielsweise eine derzeitige Position der Erdbaumaschine 100, vergangene oder geplante Routen für die Erdbaumaschine 100, ein derzeitiges Profil 322 für die Bodenfläche 125 und/oder ein Zielprofil 324 für die Bodenfläche 125 anzeigen oder anderweitig visuell darstellen. Eine Abtrag- und Aufschüttungskarte, die dem derzeitigen Profil 322 und dem Zielprofil 324 entspricht, kann beispielsweise von einer bzw. einem Standortplanungs- oder Arbeitsplanungsdatei oder-programm bereitgestellt werden, die eine Ziel-Topographie des Bereichs, in dem die Erdbaumaschine 100 betrieben wird, anzeigt. Als ein einfaches Beispiel kann sie eine weitestgehend ebene Topographie für einen Standort, wo ein Gebäudefundament gegossen werden soll, anzeigen, obgleich die derzeitige Topographie des Standorts hügelig oder anderweitig uneben ist. Als ein Beispiel kann sie eine komplexe Topographie für einen Standort, der Straßen, Hügel, Hänge, Gräben und andere dreidimensionale Merkmale umfasst, anzeigen.
Der Bediener kann die Erdbaumaschine 100 durch eine Kombination aus Werkzeugen einer Benutzerschnittstelle 220, die in der Bedienerstation positioniert sind, wie z. B. Kupplungs- und Bremspedal und ein Hebel, der zur Steuerung von Komponenten des Arbeitsgeräts 110 betätigt werden kann, beispielsweise über die Arbeitsgerätsteuereinheit 204, steuern, wobei beispielsweise (im Zusammenhang mit einem Auswurfsystem) eine Betätigungsstellung des Hebels die Geschwindigkeit, mit der sich die Auswurfvorrichtung bewegt, gesteuert werden kann. Eine Betätigung des Hebels in eine erste Richtung kann bewirken, dass sich die Auswurfvorrichtung rückwärts bewegt und Material 180 aus dem Ladebehälter 140 entlädt, während eine Betätigung des Hebels in eine zweite Richtung bewirken kann, dass sich die Auswurfvorrichtung vorwärts bewegt und den Ladebehälter 140 für die Aufnahme einer weiteren Ladung von Material 180 vorbereitet.
Die Arbeitsgerätsteuereinheit 204 kann auch eine Bedienersteuerung des Entladens des Materials 180 aus dem Ladebehälter 140 durch einen Schalter, wie z. B. eine an dem Hebel positionierte Taste, eine Raste des Hebels oder eine alternative Benutzereingabevorrichtung an einer anderen Stelle in der Bedienerstation, ermöglichen. Wenn der Bediener den Schalter betätigt, kann ein automatisierter oder halbautomatisierter Auswurfmodus für die Erdbaumaschine 100, in dem die Auswurfvorrichtung das Material 180 in dem Ladebehälter 140 ablädt, aktiviert werden. Optional kann dieser automatisierte Auswurfmodus Zurückführen der Auswurfvorrichtung in ihre Vorwärtsstellung am Ende des Zyklus umfassen, so dass die Erdbaumaschine 100 für die Aufnahme einer weiteren Ladung von Material 180 in dem Ladebehälter 140 vorbereitet ist.
Die Arbeitsgerätsensoren 210 des Steuersystems 200 können bei einer Ausführungsform eine Volumenerfassungs- und/oder Ladungswiegeeinheit umfassen, die beispielsweise mit dem Ladebehälter 140 des Arbeitsgeräts 110 gekoppelt ist. Die Ladungswiegeeinheit kann Ladungsdaten oder äquivalente Ausgangssignale basierend auf einer Ladung in dem Ladebehälter 140 erzeugen. Die Ladungsdaten können beispielsweise von einem Volumensensor erhalten werden, der beispielsweise in der Arbeitszustandssensoreinheit 206 enthalten sein kann. Der Volumensensor kann Volumen und/oder Füllpegel der Ladung in dem Ladebehälter 140 des Arbeitsgeräts 110 identifizieren.
Beispielhafte Volumensensoren in einer Volumenerfassungseinheit können eine Infrarotkamera und/oder eine Stereokamera und/oder eine PMD-Kamera oder dergleichen umfassen. Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass hochauflösende LiDAR(Light Detection and Ranging)-Scanner, Radardetektoren, Laserscanner und dergleichen als ToF(Laufzeit)-Volumensensoren innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung implementiert sein können.
Die Position und die Größe eines Bildbereichs, der z. B. von einer jeweiligen Kamera als ein Volumensensor in einer Volumenerfassungseinheit aufgezeichnet wird, kann von der Anordnung und Ausrichtung der Kamera und des Kameraobjektivsystems, insbesondere der Brennweite des Objektivs der Kamera, abhängig sein, kann wünschenswerterweise jedoch dazu konfiguriert sein, während eines Ladevorgangs im Wesentlichen den gesamten Ladebehälter 140 zu erfassen. Für einen Fachmann liegt ferner auf der Hand, dass Bilddatenverarbeitungsfunktionen an einer gegebenen Bilddatenquelle, wenn diese entsprechend konfiguriert ist, diskret ausgeführt werden können, diese jedoch auch oder andernfalls allgemein mindestens eine gewisse Bilddatenverarbeitung durch die Steuerung 212 oder einen anderen nachgeschalteten Datenprozessor umfassen können. Beispielsweise können unter Verwendung von Datenverarbeitungswerkzeugen, die im Stand der Technik bekannt sind, in Kombination mit den offenbarten Zielsetzungen herkömmliche Bild- und/oder Laufzeit-Bildgebungsdaten von einer oder mehreren Bilddatenquellen zur Erzeugung dreidimensionaler Punktwolken, zur Bildsegmentierung, zur Objektabgrenzung und -klassifizierung und dergleichen bereitgestellt werden.
Die empfangenen Ladungsdaten können anzeigen, ob ein maximaler Füllpegel erzielt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Ladungsdaten von einem Gewichtssensor erhalten werden (d. h. die Ladung wird indirekt überwacht). Der Gewichtssensor kann beispielsweise Gewicht und/oder Druck der Ladung in dem Ladebehälter 140 des Arbeitsgeräts 110 identifizieren. Beispielsweise können bei einer Ausführungsform eines Gewichtssensors Ladebehälteraktuatoren 175 zum Kippen des Ladebehälters 140 für das Ausladen mit Drucksensoren ausgestattet sein, die dazu konfiguriert sind, Hydraulikdrücke von Fluid in einer oder mehreren verschiedenen Kammern der Ladebehälteraktuatoren 175 (z. B. ist ein Drucksensor in jeder Druckkammer der Ladebehälteraktuatoren angeordnet oder anderweitig damit strömungsverbunden) zu erfassen und entsprechende Signale zu erzeugen. Das durch die Drucksensoren erzeugte Signal kann auf den Ladebehälter 140 wirkende Kräfte anzeigen. Das bedeutet, dass die durch das Gewicht des Materials der in dem Ladebehälter 140 aufgenommenen Ladung erzeugten Kräfte ein an die Steuerung 212 gerichtetes Signal erzeugen können.
Die Positionierungs- und Lenksteuereinheit 202 und/oder Positionierungs- und Lenksensoreinheit 208, die an der Erdbaumaschine 100 vorgesehen sind, können ein GNSS-Empfängersystem umfassen, das ihre Position bestimmt und diese Position an über die Erdbaumaschine 100 hinweg verteilte Steuerungen oder Überwachungsvorrichtungen weitergibt. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren oder die Art von Positionierungssystem, das eingesetzt wird, variieren und kann Positionierungssysteme umfassen, bei denen Satelliten-, Mobilfunk- oder lokale Positionierungssignale oder Trägheitssensoren eingesetzt werden, und diese Systeme können die Position direkt bestimmen oder mit einem anderen System, das die Position bestimmt, kommunizieren.
Eine beispielhafte, jedoch nicht einschränkende Liste möglicher Arbeitszustandssensoren 206, die der Erdbaumaschine 100 zugeordnet sind, kann einen oder mehrere Sensoren umfassen, die dazu konfiguriert sind, Ausgangssignale zu erzeugen, die eine Raddrehzahl, einen Radschlupf, eine Motorlast, eine Zuglast, eine Position (z. B. Standort, Höhe), die beispielsweise unter Verwendung eines GPS-Sendeempfängers bestimmt werden kann, und dergleichen darstellen.
Eine beispielhafte, jedoch nicht einschränkende Liste möglicher Arbeitsgerätsensoren 210 kann einen oder mehrere Sensoren umfassen, die dazu konfiguriert sind, Ausgangssignale zu erzeugen, die eine absolute Schildhöhe (z. B. unter Verwendung von GPS), eine relative Schildhöhe (z. B. unter Verwendung von an Hydraulikzylindern befestigten Sensoren oder eines Äquivalents), eine Schieberstellung, eine Motorlast, eine Zuglast, einen Füllpegel (z. B. unter Verwendung einer Stereokamera, eines Profilscanners oder dergleichen) usw. darstellen.
Allgemein ausgedrückt kann die Steuerung 212 mit dem elektrohydraulischen Ventil und/oder dem Motor und/oder dem Getriebe und/oder der Benutzerschnittstelle 220 und/oder der Positionierungs- und Lenksteuereinheit 202 und/oder einer Arbeitsgerätsteuereinheit 204 und/oder den Arbeitszustandssensoren 206 und/oder den Positionierungs- und Lenkungssensoren 208 und/oder den Arbeitsgerätssensoren 210 und/oder der Anzeigeeinheit 222 zusammen mit verschiedenen anderen Sensoren und Werkzeugen, die hier anderweitig beschrieben sein können, jedoch in den Figuren nicht gezeigt werden, in Verbindung stehen. Die Steuerung 212 kann beispielsweise Signale empfangen, die Parameter des Motors des Arbeitsfahrzeugs 102 anzeigen, wie z. B. jener, die sich auf die Drehzahl, das Drehmoment und die Leistung beziehen, und kann gewisse Aspekte des Betriebs des Motors, wie z. B. die Drehzahl, das Drehmoment und die Leistung steuern. Die Steuerung 212 kann durch zwischengeschaltete Komponenten, wie z. B. ein Motorsteuergerät (ECU), mit dem Motor in Verbindung stehen und kann somit den Motor indirekt durch Senden von Befehlen an das ECU, das wiederum den Motor steuert, steuern. Gleichermaßen kann die Steuerung 212 Signale empfangen, die die Drehzahl, das Übersetzungs- oder Drehzahlverhältnis, das Drehmoment und die Leistung des Getriebes anzeigen können, und kann diese Aspekte des Betriebs des Getriebes, einschließlich über eine zwischengeschaltete Komponente, wie z. B. ein Getriebesteuergerät (TCU), steuern. Obgleich die Steuerung 212 gemäß obiger Beschreibung mit den verschiedenen Steuereinheiten 202, 204 in Verbindung steht, können solche Einheiten bei verschiedenen Ausführungsformen in eine gemeinsame Steuereinheit integriert sein, während im Wesentlichen dieselbe Endfunktionalität bereitgestellt wird.
Die Steuerung 212 umfasst ferner einen Prozessor 250, ein computerlesbares Medium 252 und einen Datenspeicher 256, wie z. B. ein Datenbanknetzwerk, oder kann diesen zugeordnet sein. Es versteht sich, dass die hier beschriebene Steuerung 212 eine einzelne Steuerung sein kann, die einige oder alle der beschriebenen Funktionalitäten aufweist, oder verschiedene Steuerungen umfassen kann, wobei einige oder alle der beschriebenen Funktionalitäten auf die mehreren Steuerungen verteilt sind.
Verschiedene Operationen, Schritte oder Algorithmen, die im Zusammenhang mit der Steuerung 212 beschrieben werden, können direkt in Hardware, in einem Computerprogrammprodukt, wie z. B. einem Softwaremodul, das durch den Prozessor 250 ausgeführt wird, oder in einer Kombination aus beidem ausgestaltet sein. Das Computerprogrammprodukt kann sich in einem RAM-Speicher, einem Flash-Speicher, einem ROM-Speicher, einem EPROM-Speicher, einem EEPROM-Speicher, in Registern, auf einer Festplatte, einer Wechselplatte oder in einer anderen Form eines computerlesbaren Mediums 252 befinden, die in der Technik bekannt sind. Ein beispielhaftes computerlesbares Medium 252 kann mit dem Prozessor 250 gekoppelt sein, so dass der Prozessor 250 Informationen aus dem Speicher/Speichermedium 252 auslesen und darin einschreiben kann. Alternativ dazu kann das Medium 252 in den Prozessor 250 integriert sein. Der Prozessor 250 und das Medium 252 können sich in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC) befinden. Die ASIC kann sich in einem Benutzerendgerät befinden. Alternativ dazu können sich der Prozessor 250 und das Medium 252 als separate Komponenten in einem Benutzerendgerät befinden.
Der Begriff „Prozessor“ 250 kann sich so, wie er hier verwendet wird, mindestens auf allgemeine oder spezielle Verarbeitungsvorrichtungen und/oder Logik beziehen, die dem Fachmann bekannt sind, darunter unter anderem einen Mikroprozessor, eine Mikrosteuerung, eine Zustandsmaschine und dergleichen. Ein Prozessor 250 kann auch als eine Kombination aus Rechenvorrichtungen implementiert sein, z. B. als eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, mehreren Mikroprozessoren, einem oder mehreren Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder einer anderen derartigen Konfiguration.
Die Kommunikationseinheit 254 kann die Kommunikation zwischen der Steuerung 212 und externen Kommunikationseinheiten, Systemen oder Vorrichtungen unterstützen oder bereitstellen und/oder eine Kommunikationsschnittstelle zu den internen Komponenten der Erdbaumaschine 100 unterstützen oder bereitstellen. Die Kommunikationseinheit kann drahtlose Kommunikationssystemkomponenten (z. B. über ein Mobilfunkmodem, WLAN, Bluetooth oder dergleichen) und/oder einen oder mehrere drahtgebundene Kommunikationsanschlüsse, wie z. B. USB-Anschlüsse, umfassen.
Der Datenspeicher 256, wie er nachstehend beschrieben ist, kann, sofern nicht anders angegeben, allgemein Hardware, wie z. B. flüchtige oder nichtflüchtige Speichervorrichtungen, Laufwerke, elektronische Speicher und optische oder andere Speichermedien, sowie bei gewissen Ausführungsformen eine oder mehrere darauf befindliche Datenbanken umfassen.
Die Steuerung 212 kann auch mit einer anderen Steuerung, die an der Erdbaumaschine 100 positioniert ist, oder über eine Mobilfunk- oder Satellitenkommunikationseinheit 254 mit einer Rechenvorrichtung oder einem Netzwerk, die bzw. das abgesetzt positioniert ist, wie z. B. einem Server oder einer Vorrichtung, die von einem abgesetzten Bediener, Systemadministrator, Fuhrparkmanager oder dergleichen bedient wird, in Verbindung stehen. Die Kommunikation mit solchen Steuerungen kann dazu genutzt werden, abgesetzt bereitgestellte Gestaltungspläne an der Steuerung 212 zu erhalten, abgesetzt erzeugte Arbeitspläne an der Steuerung 212 herunterzuladen, gewisse Parameter der Steuerung 212 festzulegen oder dafür, dass die Steuerung 212 eine Berichterstellung zu Parametern des Betriebs der Erdbaumaschine 100, wie z. B. die transportierten Ladungen, die eingeschlagene Route, die Bereiche, die abgeladenes Material aufnehmen, usw. durchführt. Beispielsweise kann es bei verschiedenen Ausführungsformen, die hier offenbart werden, nicht erforderlich (oder sogar gewünscht) sein, dass die Steuerung 212 für eine bestimmte Erdbaumaschine 100 ihren eigenen Arbeitsplan für einen gegebenen Arbeitsbereich erzeugt oder sogar den Gestaltungsplan für den Arbeitsbereich, von dem aus der Arbeitsplan erzeugt wird, erhält. Stattdessen kann die Arbeitsplanerzeugung, wie nachstehend genauer beschrieben wird, wünschenswerterweise bei solchen Ausführungsformen in einer abgesetzten Rechenumgebung, wie z. B. einem Cloudserver, durchgeführt werden, wobei die Arbeitspläne auf Nachfrage an der jeweiligen Erdbaumaschine 100 heruntergeladen werden, um einen spezifischen Arbeitsvorgang zu initiieren usw.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 und weiterer veranschaulichender Bezugnahme auf 1 und 2 eine Ausführungsform eines Verfahrens 300 beschrieben, die beispielhaft ist, jedoch den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränkt, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass alternative Ausführungsformen weniger oder zusätzliche Schritte umfassen können und dass gewisse offenbarte Schritte beispielsweise in abweichender chronologischer Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden können. Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird, können Operationen, Schritte, Funktionenprozesse und dergleichen, die im Zusammenhang mit dem Verfahren 300 offenbart werden, von einer einzigen Rechenvorrichtung oder über mehrere Rechenvorrichtungen, die über ein Kommunikationsnetzwerk in betriebsbereiter Kommunikation stehen, ausgeführt oder angewiesen werden. Beispielhafte derartige Rechenvorrichtungen können bordeigene Steuerungen 212 oder Maschinensteuersysteme 200, abgesetzte (z. B. Cloud-) Server, mobile Benutzervorrichtungen und dergleichen umfassen.
Das Verfahren 300 kann bei Schritt 310 mit der Zuweisung einer oder mehrerer Erdbaumaschinen zu einem definierten Arbeitsbereich und ferner bei Schritt 320 mit Erzeugen oder anderweitigem Erhalten eines Gestaltungsplans für den Arbeitsbereich beginnen. Die eine oder die mehreren Erdbaumaschinen 100 können beispielsweise manuell über eine Benutzereingabe von einem zentralen oder abgesetzten Administrator einem Arbeitsbereich zugewiesen werden, oder bei einigen Ausführungsformen können Erdbaumaschinen 100 automatisch identifiziert und einem Arbeitsbereich basierend auf den Erdbaumaschinen 100, die zu einem gegebenen Zeitpunkt in dem Arbeitsbereich physisch vorhanden sind und ferner als verfügbar und nicht bereits einem anderen Arbeitsbereich zugewiesen befunden wurden, zugewiesen werden.
Wie zuvor angemerkt wurde, kann der Gestaltungsplan in Form einer Abtrag- und Aufschüttungskarte vorliegen oder ansonsten diese umfassen, wie im Stand der Technik bekannt ist, und kann in einer zuvor erzeugten Form oder je nach Bedarf für den Arbeitsbereich erzeugt erhalten werden. Der Gestaltungsplan kann aus einer Differenz zwischen einem dem Arbeitsbereich zugeordneten derzeitigen Profil 322 und einem dem Arbeitsbereich zugeordneten Zielprofil 324 erzeugt werden oder sich anderweitig auf diese beziehen. Der Gestaltungsplan kann ferner zum Teil basierend auf einer über eine Benutzerschnittstelle 220 für eine dem Bereich zugewiesene Erdbaumaschine 100 bereitgestellte Benutzereingabe 326 oder über eine Benutzerschnittstelle für eine zentrale Rechenvorrichtung, die mit den Erdbaumaschinen 100 funktional verbunden ist, ausgewählt oder anderweitig erzeugt werden. Bei einer Ausführungsform kann der Gestaltungsplan ein vor Ort durchgeführtes Gutachten des Arbeitsbereichs oder eines Teils davon bei der Definition des derzeitigen Profils 322 berücksichtigen und ferner eine abgesetzte oder zentrale Erzeugung eines Zielprofils 324 für den Arbeitsbereich oder den begutachteten Teil davon berücksichtigen. Das vor Ort durchgeführte Gutachten kann zur Initiierung eines derzeitigen Arbeitsbetriebs durchgeführt werden oder kann auf einem vorherigen und gespeicherten Gutachten basieren.
Das Verfahren 300 kann bei Schritt 330 mit dem Erzeugen oder anderweitigen Erhalten von Leistungsoptimierungsdatensätzen, vorzugsweise für jede der dem Arbeitsbereich zugewiesenen Erdbaumaschinen 100 oder für jede einer Teilmenge der Erdbaumaschinen 100, für die Arbeitspläne erzeugt werden, fortfahren. Die Leistungsoptimierungsdatensätze können beispielsweise alle Arbeitsbereicheigenschaften 332, Arbeitsparameter 334, vorhergesagten Arbeitsleistungen 336 für die Erdbaumaschinen in Bezug auf den Arbeitsbereich und dergleichen oder einen Teil dieser berücksichtigen.
Beispielhafte Arbeitsbereicheigenschaften 332 können unter anderem derzeitige Wetterbedingungen, Materialeigenschaften des bearbeiteten Geländes, eine für einen Arbeitsvorgang in dem Arbeitsbereich zur Verfügung stehende Zeitspanne und dergleichen umfassen.
Beispielhafte Arbeitsparameter 334 können, wie für einen Fachmann verständlich ist, eine beliebige Anzahl an Werten umfassen, die einem Arbeitsvorgang entsprechen und die in Echtzeit als Eingangsdaten von der Erdbaumaschine erfasst und erhalten werden können, und können ferner Werte umfassen, die Eigenschaften der spezifischen Erdbaumaschine 100 sind. Solche Eigenschaften können im Wesentlichen statisch sein, wie z. B. eine Lastkapazität des Ladebehälters 140 des Arbeitsgeräts 110, oder können eine Beladungsrate der Erdbaumaschine 100, die beispielsweise dynamisch sein kann, korreliert mit jeweiligen Kombinationen von Eingangsdaten für erfasste Arbeitsparameter umfassen.
Bei einer Ausführungsform können bei dem Arbeitsplanerzeugungsschritt 340 gewisse Eigenschaften der Erdbaumaschine 100, die im Wesentlichen statisch sind, überwacht werden und im Laufe der Zeit Anpassungen an dem Arbeitsplan vorgenommen werden, um die detektierten Änderungen zu berücksichtigen. Als ein Beispiel kann die Lastkapazität des Ladebehälters 140 für ein bestimmtes Arbeitsgerät 110 zunächst beispielsweise basierend auf physischen Abmessungen des Ladebehälters 140, die für die Art von Arbeitsgerät 110 spezifisch sind, festgelegt werden. Die Lastkapazität des Ladebehälters 140 kann jedoch in der Praxis eine Anpassung erfordern, wenn die Erdbaumaschine 100 über gewisse Fortbewegungsgeschwindigkeiten hinaus fahren muss, insbesondere beladen und unter Berücksichtigung der Umgebung der Oberfläche, auf der sie fährt. Ferner kann die Lastkapazität des Ladebehälters 140 in der Praxis eine Anpassung erfordern, wenn nach dem Abladen Rückstandsmaterial 180 in dem Ladebehälter 140 verbleibt. Bei einer Ausführungsform können solche Anpassungen bei den entsprechenden Eigenschaften der Erdbaumaschine 100 automatisch berücksichtigt werden oder können eine Aufforderung an einem Bediener oder einen anderen entsprechenden Benutzer, bevor weitere Maßnahmen ergriffen werden, auslösen.
Bei einer Ausführungsform kann bei entsprechend ausgewählten Arbeitsparametern 334 der Erdbaumaschine 100 die erzielbare Arbeitsleistung der Erdbaumaschine 100 im Wesentlichen durch die Arbeitsbereichseigenschaften 332 definiert werden. Wenn die Arbeitsbereichseigenschaften 332 bekannt sind und die Arbeitsparameter 334 durchgängig überwacht und/oder gesteuert werden, ist es also möglich, eine dabei erzielte Arbeitsleistung zu berechnen und eine vernünftige Vorhersage der erzielbaren Arbeitsleistung 336 zu erlangen. Wenn die Arbeitsleistung bekannt ist oder vernünftig geschätzt wird, kann eine exakte Planung für weitere bevorstehende Aufgaben in dem Arbeitsbereich oder selbst analogen Arbeitsbereichen erzielt werden.
Beispielsweise kann eine Abfolge von verschiedenen Arbeitssegmenten in einem Arbeitsbereich, für eine einzige Erdbaumaschine 100 oder aufgeteilt auf mehrere Erdbaumaschinen 100, unter Bezugnahme auf eine vorhergesagte Erdreichmenge, die während eines relevanten Arbeitszustands (z. B. Baggern) bearbeitet wird, oder anderweitig dieser entsprechend und ferner in Anbetracht einer Soll-Beladungsrate und der Arbeitsparameter, die zur Bereitstellung solch einer Beladungsrate für die jeweilige Erdbaumaschine 100 erforderlich sind, optimal für die jeweiligen Arbeitspläne festgelegt werden.
Der erzeugte Arbeitsplan kann ferner einen festgelegten Entladungsort für die Erdbaumaschinen 100 und damit in Zusammenhang stehende Transportzeiten zwischen jedem der Abfolge von Arbeitssegmenten und dem Entladungsort berücksichtigen. Bei einer Ausführungsform, bei der beispielsweise der Arbeitsbereich eine Reihe von Orten, an denen Material entfernt (abgetragen) werden soll, und auch eine Reihe von Orten, an denen Material hinzugefügt (aufgeschüttet) werden soll, umfasst, können bei dem Arbeitsplanerzeugungsschritt 340 vorzugsweise Abfolgen von Arbeitssegmenten (z. B. einschließlich festgelegter Fortbewegungsrouten und/oder der Richtung) für die eine oder die mehreren Arbeitsmaschinen 100 so geordnet werden, dass Wechsel zwischen den jeweiligen Arbeitszuständen optimiert werden, zumindest zum Teil basierend auf optimierten Transportzeiten dazwischen.
Die Optimierung kann beispielsweise im Hinblick auf eine erforderliche Arbeitszeit und/oder die erforderliche Anzahl an Erdbaumaschinen oder anderen Ressourcen erzielt werden, und zwar alles in der Regel unter Berücksichtigung mindestens des Gestaltungsplans und insbesondere des Zielprofils 324 für den Arbeitsbereich.
Das Verfahren 300 ermöglicht somit möglicherweise einen optimalen Betrieb der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen 100 im Hinblick auf ihre jeweiligen Arbeitsleistungen und bei einigen Ausführungsformen die für deren Betrieb erforderlichen Ressourcen. Die Gesamtkosten, insbesondere für das Ausführen verschiedener aufeinanderfolgender Arbeitspläne, können damit spürbar reduziert werden.
Das Verfahren 300 kann dementsprechend bei Schritt 340 mit dem Erzeugen von Arbeitsplänen für einige oder alle der Erdbaumaschinen 100, die dem Arbeitsbereich zugewiesen sind, fortfahren. Die Arbeitspläne können bei verschiedenen Ausführungsformen auf Erdbaumaschinen beispielsweise basierend auf Unterschieden zwischen ihren jeweiligen Leistungsoptimierungsdatensätzen zusätzlich zur Berücksichtigung des Gestaltungsplans für den Arbeitsbereich zugeschnitten werden. Zugeschnittene Arbeitspläne können festgelegte Fortbewegungsrouten (z. B. einschließlich Fahrtrichtungen), einen Arbeitszyklus, einschließlich festgelegter Arbeitszustände und Wechsel dazwischen, Arbeitsparameter und/oder Arbeitsleistungen für einen oder mehrere der Arbeitszustände, eine Zeitdauer, die in einem oder mehreren der Arbeitszustände verweilt werden soll, und dergleichen umfassen.
Bei einer Ausführungsform kann ein Arbeitsplan automatisch erzeugt, beispielsweise durch eine abgesetzte Serveranwendung, und dann von einem Systemadministrator, einem vor Ort befindlichen oder abgesetzten Maschinenbediener, einem Vorgesetzten oder dergleichen manuell bestätigt werden. Ein Arbeitsplan kann bei einer Ausführungsform durch einen oder mehrere der oben angeführten Benutzer nach Bedarf in Echtzeit modifiziert werden.
Wenn mindestens einer Erdbaumaschine 101 Arbeitsplan zugewiesen ist, kann das Verfahren 300 bei Schritt 350 mit dem Detektieren eines derzeitigen Arbeitszustands für mindestens die Erdbaumaschinen 100, der überwacht und/oder hinsichtlich der jeweils zugewiesenen Arbeitspläne autonom und/oder abgesetzt gesteuert werden soll, fortfahren. Jeweilige Arbeitszustände können basierend auf einer vorbestimmten Abfolge von Arbeitszuständen innerhalb eines Arbeitszyklus entsprechend dem Arbeitsplan für die Erdbaumaschine 100 zumindest zum Teil basierend auf Eingangsdaten für die Arbeitsparameter 334 dafür detektiert werden. Bei einer Ausführungsform kann jeder einzelne Arbeitszustand, der dem definierten Arbeitszyklus entspricht, beispielsweise einen oder mehrere Aspekte aufweisen, durch den bzw. die der jeweilige Arbeitszustand automatisch identifiziert werden kann.
Bei einer Ausführungsform können alle derartigen Aspekte oder ein Teil davon im Voraus bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen werden mindestens ein Teil solcher Aspekte beispielsweise als Teil des Arbeitsplanerzeugungsschritts 340 unter Verwendung eines Arbeitszustandsmodells, das im Laufe der Zeit basierend auf Eingangsdatensätzen von verschiedenen Erdbaumaschinensensoren 206, 208, 210, weiter korreliert mit definierten Arbeitszuständen für den infrage stehenden Arbeitszyklus, entwickelt wird, bestimmt. Die Korrelationen können Benutzereingabe 326 während der Anlernphase zur Bereitstellung oder anderweitigen Bestätigung eines Arbeitszustands, der den Eingangsdatensätzen entspricht, umfassen.
Bei einer Ausführungsform kann die Entwicklung eines Arbeitszustandsmodells die Klassifizierung von Sequenzen von Daten, die von den Sensoren 206, 208, 210 aufgezeichnet werden, in definierte Maschinenzustände, die sich beispielsweise auf eine bestimmte Art von Erdbaumaschine 100, Arbeitszyklus oder dergleichen beziehen können, beinhalten. Die Arbeitszustandsschätzung kann als ein klassisches Sequenzklassifizierungsproblem erachtet werden, das bei einer hier offenbarten Ausführungsform durch Aufbauen von kontrollierten ML(Machine Learning)/DL(Deep Learning)-Klassifizierungsalgorithmen, wie z. B. Logistische Regression und Modelle rekurrenter neuronaler Netze der Art LSTM(Long Short-Term Memory) zur Sequenzklassifizierung angegangen wird. Die LSTM-Modelle sind zum Lernen aus internen Darstellungen der Zeitreihendaten, effektivem Behalten von Eingangsdaten und vorherigem Betrieb der Erdbaumaschine 100 über lange Sequenzen hinweg in der Lage. Die LSTM-Modelle können dementsprechend auf Zeitreihendaten trainiert werden und Verlust- und Genauigkeitswerte über N Trainingsiterationen befolgen, wobei im Laufe der Zeit Verluste verringert werden und die Genauigkeit erhöht wird. Das Modell kann so beschrieben werden, dass es diese Zeitreihendaten in definierte Arbeitszustände klassifiziert.
Für die Erzeugung des Arbeitszustandsmodells können zum Beispiel Zeitreihendaten von den jeweiligen Sensoren/Datenquellen 206, 208, 210, 220 an einer Erdbaumaschine 100 (oder mehreren analogen Erdbaumaschinen) über ein Kommunikationsnetzwerk auf einen Cloudserver gestreamt werden, wobei das Modell auf Cloudserverebene entwickelt (d. h. trainiert und validiert) wird. Wenn das Modell ausreichend validiert worden ist, kann es beispielsweise über das Kommunikationsnetzwerk übertragen und durch die Steuerung 212 an Bord einer Erdbaumaschine 100 für eine anschließende Arbeitszustandsschätzung eingesetzt werden, wie nachstehend beschrieben wird. Der Cloudserver kann jedoch weiter Eingangszeitreihendaten von der Erdbaumaschine 100 (oder mehreren analogen Erdbaumaschinen) zwecks weiterer Verfeinerung des Modells empfangen, wobei aktualisierte Versionen des Modells periodisch oder bedarfsabhängig an die Erdbaumaschine 100 übertragen werden können.
Wenn Arbeitszustandsmodelle entwickelt worden sind und von der Steuerung 212 für eine neue Iteration eines Arbeitsbetriebs der Erdbaumaschine 100 selektiv abrufbar sind, kann der Schritt 350 der Arbeitszustandsdetektion Empfangen von Eingangsdaten für derzeitige Arbeitsparameter 334, die der Erdbaumaschine 100, z. B. dem Arbeitsfahrzeug 102 und/oder dem Arbeitsgerät 110, zugeordnet sind, von den Sensoren 206, 208, 210 und optional Eingangsdaten von der Benutzerschnittstelle 220 umfassen. Der Schritt 350 kann ferner automatisches Bestimmen des derzeitigen Arbeitszustands und/oder Wechsel zwischen Arbeitszuständen, beispielsweise basierend auf den gespeicherten Korrelationen zwischen den Eingangsdatensätzen und den verschiedenen Arbeitszuständen durch selektives Abrufen und Implementieren der Arbeitszustandsmodelle umfassen.
In einigen Zusammenhängen kann ein Arbeitszyklus gemäß dem Arbeitsplan für die Erdbaumaschine 100 vier Arbeitszustände umfassen, wie nachstehend veranschaulichend unter Bezugnahme auf 4 dargestellt wird, während in anderen Zusammenhängen ein Arbeitszyklus, der ansonsten äquivalent ist, sechs Arbeitszustände umfassen kann, wie z. B. Ruhezustände zur Berücksichtigung von Zeiträumen, in denen die Erdbaumaschine 100 Wartung benötigt, warten muss, dass andere Erdbaumaschinen in dem Bereich einen jeweiligen Arbeitsvorgang beenden, und dergleichen.
Wie nachstehend genauer beschrieben wird, kann bei einigen Ausführungsformen ein Arbeitszustandswechsel von einem gegebenen Arbeitszustand gemäß einem zugewiesenen Arbeitsplan bezüglich der Verschiebung der Schwellenwerte für einen oder mehrere jeweilige Parameter definiert werden. Beispielsweise kann ein Arbeitsplan für eine gegebene Erdbaumaschine 100 wie zuvor erwähnt festlegen, dass ein Arbeitszustandswechsel ausgelöst wird, wenn der Ladebehälter 140 der Erdbaumaschine 100 über eine Schwellenwertmenge beladen und/oder unterhalb dieser entladen wird. Solche Schwellenwerte können beispielsweise basierend auf einer Konfiguration des Ladebehälters 140 im Voraus bestimmt werden oder können dynamischer Natur sein, wie z. B. im Hinblick auf Maschinenleistung, detektiertes Rückstandsmaterial oder wie durch eine Benutzereingabe über die Benutzerschnittstelle 220 in das Steuersystem 200 festgelegt als Teil des Arbeitsplanerzeugungsschritts 340 selbst während des laufenden Betriebs angepasst werden. Bei einer Ausführungsform können solche Schwellenwerte selbst von dem Steuersystem 200 als Werte, bei denen es sich über eine Reihe von Arbeitszyklen hinweg herausstellt, dass sie jeweiligen Arbeitszuständen oder Wechseln zwischen gewissen Arbeitszuständen am besten entsprechen, dynamisch bestimmt werden. Beispielsweise kann das Steuersystem 200 im Zusammenhang mit einem bestimmten Arbeitsvorgang erkennen, dass ein gewisser Füllpegel am besten einem Punkt entspricht, an dem der Bediener den Abtragungsmodus beendet und zu einem Fortbewegungsmodus wechselt, und diesen Füllpegel als einen Schwellenwert, wenn Arbeitszustandswechsel automatisch zu detektieren und zu implementieren sind, anwenden.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann ein Arbeitszustandswechsel ausgelöst werden, wenn ein bestimmter Betriebsvorgang basierend auf einem oder mehreren überwachten Parametern oder deren Änderungsraten identifiziert wird. Als ein Beispiel kann eine positive Volumendurchsatzrate von Material in den Ladebehälter 140 einen Beladungsarbeitszustand anzeigen, während eine negative Volumendurchsatzrate von Material in den Ladebehälter 140 einen Entladungsarbeitszustand anzeigen kann, die beide beispielsweise von etwaigen spezifischen Schwellenwerten unabhängig sein können.
Als ein weiteres Beispiel kann ein Arbeitszustandswechsel detektiert werden, wenn die Erdbaumaschine 100 eine geographische Grenze überfährt oder anderweitig in einen bestimmten Standort, der gemäß dem Arbeitsplan festgelegt sein kann, einfährt. Solche Schwellenwerte können auch dynamischer Natur sein, beispielsweise während des Arbeitsplanerzeugungsschritts 340 als Werte, bei denen es sich über eine Reihe von Arbeitszyklen hinweg herausstellt, dass sie jeweiligen Arbeitszuständen oder Wechseln zwischen gewissen Arbeitszuständen am besten entsprechen, angewendet werden.
Das Verfahren 300 kann bei Schritt 360 ferner Erzeugen von Ausgangssignalen, beispielsweise von der Steuerung 212 oder zugeordneten Steuereinheiten 202, 204 in dem Steuersystem 200, zum automatischen Steuern eines oder mehrerer Arbeitsparameter für die Erdbaumaschine 100 gemäß dem zugewiesenen Arbeitsplan und ferner beispielsweise basierend auf derzeitigen Arbeitsparametern 334, Arbeitsbereichseigenschaften 332 und dem detektierten derzeitigen Arbeitszustand und/oder Arbeitszustandswechsel umfassen.
In Fällen, in denen eine autonome Steuerung nicht zur Verfügung steht oder nicht anderweitig für eine gegebene Erdbaumaschine 100 ausgewählt wird, kann das Verfahren 300 Erzeugen von Ausgangssignalen, beispielsweise zum Anzeigen, ob die Erdbaumaschine 100 entsprechend dem zugewiesenen Arbeitsplan arbeitet, oder Anzeigen, dass ein Eingriff von dem Bediener erforderlich oder unmittelbar bevorstehend ist, wie z. B. für Arbeitszustandswechsel usw., umfassen.
Wenn die Erdbaumaschine 100 das Gelände in dem Arbeitsbereich abträgt und/oder aufschüttet, kann das Verfahren 300 ferner bei Schritt 370 durchgängiges Überwachung des Betriebs der Erdbaumaschine und Aktualisieren des derzeitigen Profils 322, um beispielsweise die entsprechende Arbeitsleistung und Änderungen beim Profil zu berücksichtigen, umfassen. Die Aktualisierungen des derzeitigen Profils 322 können bei verschiedenen Ausführungsformen selektiv als Rückmeldung an eine oder mehrere andere Erdbaumaschinen 100, die dem Arbeitsbereich zugewiesen sind, und/oder an einen zentralen Server oder eine andere Rechenvorrichtung, die zur Aktualisierung des Gestaltungsplans, entsprechende Arbeitspläne für die Erdbaumaschinen 100 und dergleichen verantwortlich ist, zugeführt werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Rückmeldung hinsichtlich des derzeitigen Profils 322 nicht nur anderen Erdbaumaschinen 100 einer ähnlichen Art, wie z. B. Scrapereinheiten, und einem Cloudserver oder dergleichen zur adaptiven Erzeugung von Arbeitsplänen für solche Erdbaumaschinen 100 während ihres Betriebs in dem Arbeitsbereich zugeführt werden, sondern auch Erdbaumaschinen einer anderen Art, die demselben Arbeitsbereich zugewiesen sind. Beispielsweise kann eine Rückmeldung hinsichtlich der Arbeitsleistung in dem Arbeitsbereich und entsprechender Änderungen beim derzeitigen Profil, während die Scraper Material von der Bodenfläche abtragen, für andere Erdbaumaschinen, wie z. B. Planiermaschinen, Bulldozer, Bagger und dergleichen, die möglicherweise selbst weitere zugeschnittene Arbeitspläne von einem Cloudserver gemäß demselben Verfahren 300 erhalten können, relevant sein.
Unter Bezugnahme auf 4 werden ein Arbeitszyklus 400 gemäß einem beispielhaften Arbeitsplan, der einer Erdbaumaschine 100, die einen Scraper als das Arbeitsgerät 110 umfasst, zugewiesen ist, und ein zugehöriger Arbeitsablauf für die Ermittlung von Arbeitszuständen zu Darstellungszwecken, jedoch ohne jegliche Beschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung, sofern nicht explizit etwas anderes angegeben wird, beschrieben.
Ein anfänglicher Arbeitszustand 410, der natürlich lediglich zu Veranschaulichungszwecken der erste ist, umfasst einen Fortbewegungsmodus für die Erdbaumaschine 100 und insbesondere für das Arbeitsfahrzeug 102 oder den Arbeitsfahrzeugteil der Erdbaumaschine 100, wobei ferner das Arbeitsgerät 110 der Erdbaumaschine 100 unbeladen ist. In solch einem Fall kann die Steuerung 212 dazu konfiguriert sein, beispielsweise entsprechend dem zugewiesenen Arbeitsplan ein oder mehrere Ziel-Arbeitsparameter, wie z. B. einen Getriebegang und/oder eine Fortbewegungsgeschwindigkeit der Erdbaumaschine 100 für eine ruhige Fahrt beim Transport eines leeren Ladebehälters 140 im Gegensatz zu der Situation, in der das Arbeitsgerät 110 voll beladen ist, festzulegen. Die Steuerung 212 kann ferner im Hinblick auf Ziel-Ladebereiche, die dem Arbeitszyklus zugeordnet sind, und/oder eine Anzahl an anderen Erdbaumaschinen 100, die allgemein demselben Arbeitsbereich zugewiesen sind, einen oder mehrere Aspekte der Erdbaumaschinenfortbewegung so automatisieren oder anderweitig regulieren, dass die Ankunft an dem nächsten Ladebereich zu einem entsprechenden Zeitpunkt erfolgt, der in dem zugewiesenen Arbeitsplan festgelegt ist.
Beim Bestimmen (Schritt 420), dass die Erdbaumaschine 100 an dem Arbeitsbereich, oder bei verschiedenen Ausführungsformen an einem bestimmten Teil des Arbeitsbereichs, angekommen ist, wie in dem Arbeitsplan festgelegt ist und ferner basierend auf einer beliebigen relevanten Kombination aus überwachten Eingangsdaten von den Sensoren 206, 208, 210, wie z. B. durch GPS bestimmten Standorten, und in einigen Fällen zusätzlich oder alternativ dazu von der Benutzerschnittstelle 220, kann die Steuerung 212 einen Wechsel von dem ersten Arbeitszustand 410 zu einem zweiten Arbeitszustand 430, der einen Beladungs(Abtragungs)-Arbeitsmodus umfasst, bemerken. In diesem zweiten Arbeitszustand 430 können das Arbeitsgerät 110 und insbesondere das Schild 115 und die Schneidkante 120 davon dahingehend betätigt werden, mit der Bodenfläche 125 in Eingriff zu gelangen und Laden des Materials 180 in den Ladebehälter 140 zu bewirken, während eine Fortbewegungsgeschwindigkeit und andere Betriebsvorgänge des Arbeitsfahrzeugs entsprechend und in Übereinstimmung mit dem Beladungsbetrieb gesteuert werden.
Wie hier an anderer Stelle angemerkt wird, kann der bei Schritt 420 bestimmte Wechsel von dem ersten Arbeitszustand 410 zu dem zweiten Arbeitszustand 430 auf einer detektierten Änderung der dem Beladungsbetrieb zugeordneten Volumendurchsatzrate basieren und in höherem Maße proaktiv auf einem detektierten Standort der Erdbaumaschine 100 bezüglich einer festgelegten Beladungs(Abtragungs)-Zone in dem Arbeitsbereich basieren, oder verschiedene zusätzliche oder alternative Beispiele, wie für den Fachmann offensichtlich sein kann.
Arbeitsgerätsensoren 210, die beispielsweise zu einer Volumenerfassungs- und/oder Ladungswiegeeinheit gehören, können dazu verwendet werden (Schritt 440), einen Wechsel von dem zweiten Arbeitszustand 430 zu bestimmen, wie z. B. wenn bestimmt wird, dass der Scraperfüllpegel über einem gewissen Schwellenwert liegt. Der Schwellenwert kann wie oben erwähnt im Wesentlichen statisch und komplett von den Parametern des Ladebehälters 140 abhängig sein oder kann andernfalls variabel und zumindest zum Teil von den oben angeführten Arbeitszyklusparametern abhängig sein, wobei beispielsweise eine oder mehrere Erdbaumaschinen 100 einem gegebenen Arbeitsbereich zugewiesen sind und die Anzahl an Erdbaumaschinenladungen auf gewisse Art und Weise optimiert wird, anstatt einfach eine Vollladung für jede Arbeitszyklusiteration zuzuweisen. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass eine bestimmte Erdbaumaschine 100 eine Ladung mit einer ersten Größe mitführen kann, dass jedoch basierend auf einer für einen Arbeitsvorgang eingeräumten Zeitdauer und/oder einer Anzahl an Erdbaumaschinen 100, die für den Arbeitsvorgang vorgesehen sind, bevorzugt wird, dass die Erdbaumaschine 100 eine kleinere festgelegte Ladung, als aufgrund der Leistungsfähigkeit der Erdbaumaschine 100 gestattet würde, mitführt, wie in dem zugewiesenen Arbeitsplan festgelegt sein kann.
Beim Bestimmen eines Wechsels von dem zweiten Arbeitszustand 430 zu einem dritten Arbeitszustand 450 (z. B. Fortbewegen mit Beladung) kann die Erdbaumaschine 100 als Nächstes zum Transportieren des geladenen Materials 180 in dem Ladebehälter 140 zu einem festgelegten Abladebereich konfiguriert sein. Die Steuerung 212 kann beispielsweise dazu konfiguriert sein, einen oder mehrere Zielparameter, wie z. B. einen Getriebegang und/oder eine Fortbewegungsgeschwindigkeit der Erdbaumaschine 100, für einen Fortbewegungsmodus, der sich von dem „unbeladenen“ Fortbewegungsmodus im Hinblick auf das geladene Material 180 unterscheidet, festzulegen.
Die Steuerung 212 kann ferner im Hinblick auf Ziel-Abladebereiche, die dem Arbeitszyklus zugeordnet sind, und/oder eine Anzahl an anderen Erdbaumaschinen 100, die allgemein demselben Arbeits- und/oder Abladebereich zugewiesen sind, einen oder mehrere Aspekte der Erdbaumaschinenfortbewegung so automatisieren oder anderweitig regulieren, dass die Ankunft an dem nächsten Abladebereich oder an einer bestimmten Position bezüglich anderen Erdbaumaschinen 100 zu einem entsprechenden Zeitpunkt erfolgt.
Beim Bestimmen (Schritt 460), dass die Erdbaumaschine 100 an dem festgelegten oder zumindest genehmigten Abladebereich angekommen ist, basierend auf einer beliebigen relevanten Kombination aus Eingangsdaten von den Sensoren 206, 208, 210, wie z. B. durch GPS bestimmten Standorten, und in einigen Fällen zusätzlich oder alternativ dazu von der Benutzerschnittstelle 220, kann die Steuerung 212 einen Wechsel von dem dritten Arbeitszustand 450 zu einem vierten Arbeitszustand 470, der einen Entladungs(Abladungs)-Arbeitsmodus umfasst, bemerken oder anderweitig diesem entsprechende Maßnahmen durchführen. In diesem vierten Arbeitszustand 470 können die Ladebehälteraktuatoren 175 (oder ein Auswurfsystem, wie oben als Alternative beschrieben wird) dazu verwendet werden, das Entladen des Materials 180 aus dem Ladebehälter 140 zu bewirken, während eine Fortbewegungsgeschwindigkeit und andere Betriebsvorgänge des Arbeitsfahrzeugs entsprechend und in Übereinstimmung mit dem Entladungsbetrieb gesteuert werden. Wie zuvor erwähnt wurde, kann der Ladebehälter 140 in Abhängigkeit von der Konfiguration des Arbeitsgeräts 110 und des Ladebehälters 140 nach oben geschwenkt werden, um zu bewirken, dass das Material 180 aus dem Ladebehälter 140 herausfällt, optional mit der Unterstützung von einer oder mehreren gesteuerten Komponenten davon, oder eine Auswurfvorrichtung kann dahingehend betätigt werden, das Material 180 lateral aus der Erdbaumaschine 100 herauszuschieben.
Wie hier an anderer Stelle angemerkt wird, kann der bei Schritt 460 bestimmte Wechsel von dem dritten Arbeitszustand 450 zu dem vierten Arbeitszustand 470 auf einer detektierten Änderung der dem Beladungsbetrieb zugeordneten Volumendurchsatzrate (z. B. einer negativen Durchsatzrate) basieren und in höherem Maße proaktiv auf einem detektierten Standort der Erdbaumaschine 100 bezüglich einer festgelegten Entladungs(Aufschüttungs)-Zone in dem Arbeitsbereich basieren, oder verschiedene zusätzliche oder alternative Beispiele, wie für den Fachmann offensichtlich sein kann.
Die Steuerung 212 kann ferner im Hinblick auf Entladungsraten, die dem Arbeitszyklus zugeordnet sind, und/oder eine Anzahl an anderen Erdbaumaschinen 100, die allgemein demselben Arbeits- und/oder Abladebereich zugewiesen sind, einen oder mehrere Aspekte der Arbeitsgerätsteuereinheit 204 so automatisieren oder anderweitig regulieren, dass die Entladungsrate nach Bedarf oder Wunsch erhöht oder verringert wird.
Ein Prozess zum Detektieren, dass der Entladungsmodus beendet ist, d. h. ein Übergang oder ein Auslöser zum Übergang von dem vierten Arbeitszustand, kann beispielsweise Verarbeiten von Eingängen von Sensoren in den Hydraulikzylindern, dem Auswurfvorrichtungsystem oder anderen Elementen einer Arbeitsgerätsteuereinheit 204 bezüglich der Art von Erdbaumaschine 100, Verarbeiten von Eingängen von Sensoren oder Bilddatenquellen, die eine Lage des Ladebehälters 140 oder dergleichen erfassen, umfassen. Bei einer Ausführungsform kann das Steuersystem 200 ferner dazu konfiguriert sein, eine oder mehrere Eigenschaften (z. B. eine Menge und/oder Position) von „Ladungs“-Material 180, das in dem Ladebehälter 140 zurückbleibt, entweder an dem Boden und/oder den Seitenflächen des Ladebehälters 140 anhaftet oder anderweitig an Elementen der Arbeitsgerätsteuereinheit 204, wie z. B. einem Auswurfvorrichtungsschild, anhaftet, zu bestimmen. Das Arbeitsgerät 110 kann beispielsweise als „entladen“ erachtet werden, wenn eine detektierte Menge an Ladungsmaterial unter einem definierten Schwellenwert liegt, wobei das Steuersystem 200 andernfalls den Übergang von dem entladenen Arbeitszustand/Modus aussetzen und melden oder anderweitig einen Eingriff zum weiteren Entfernen von Material 180 aus dem Ladebehälter 140 initiieren kann. Anstatt einen definierten Schwellenwert zu verwenden, kann das System 200 einen Trend für die Ansammlung von Ladungsmaterial 180 im Laufe der Zeit basierend auf einer berechneten Aggregation von Dateneingängen von einer Entladungsiteration zur nächsten überwachen. Aggregationstrends können berechnet und entsprechend zur Bereitstellung von nicht auf einem Schwellenwert basierenden Bestimmungen dazu, ob ein Eingriff erforderlich ist, wie z. B. durch Ermöglichen der Vorhersage von zukünftigen Ladungsmaterialzuständen, verwendet werden.
Bei einer Ausführungsform kann eine Menge an Ladungsmaterial 180 beispielsweise unter Verwendung einer ersten Messung, die dem Ladebehälter 140 in einem vollkommen leeren Zustand entspricht, und einer zweiten Messung, die dem Ladebehälter 140 nach Beendigung einer Entladungsphase entspricht, oder andernfalls bei Detektieren eines Entladungszustands bestimmt werden, wobei eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Messung als ein Gewicht des zurückbleibenden Ladungsmaterials 180 kategorisiert werden kann. Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine Bilddatenquelle (z. B. eine Kamera, ein Lidarsensor, ein Radarsensor) dazu verwendet werden, Daten, die einem ersten Profil des Ladebehälters 140 in einem vollkommen leeren Zustand entsprechen, zu scannen oder anderweitig zu erfassen, und Daten, die einem zweiten Profil des Ladebehälters 140 nach Beendigung einer Entladungsphase entsprechen, oder andernfalls bei Detektieren eines Entladungszustands zu scannen oder anderweitig zu erfassen, wobei eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Profil dazu verarbeitet werden kann, ein Volumen des zurückbleibenden Ladungsmaterials zu bestimmen. Weitere Ausführungsformen können eine Kombination der oben angeführten Eingänge und/oder eine Kombination von Eingängen von Sensoren, die auf der Erdbaumaschine 100 basieren oder sich außerhalb der Erdbaumaschine 100 befinden, umfassen.
Schließlich kann die Steuerung 212 beim Bestimmen (Schritt 480), dass das zuvor geladene Material 180 abgeladen oder anderweitig aus dem Ladebehälter 140 des Arbeitsgeräts 110 entladen wurde, einen Wechsel von dem vierten Arbeitszustand 470 zurück zu dem ersten Arbeitszustand 410 bemerken oder anderweitig diesem entsprechende Maßnahmen durchführen, wobei die Erdbaumaschine 100 unbeladen zu dem Abtragungsbereich fährt, wie zuvor angemerkt wurde.
So wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „eine/r/s oder mehrere von“ bei Verwendung mit einer Liste von Elementen, dass verschiedene Kombinationen aus einem oder mehreren der Elemente verwendet werden können und lediglich eines von jedem Element in der Liste nötig sein kann. Beispielsweise kann „eine/r/s oder mehrere von“ Element A, Element B und Element C beispielsweise unter anderem Element A oder Element A und Element B umfassen. Dieses Beispiel kann auch Element A, Element B und Element C, oder Element B und Element C umfassen.
Es wird also gezeigt, dass die Einrichtungen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung ohne Weiteres die Ziele und Vorteile, die erwähnt werden, sowie jene, die innewohnend sind, erreichen. Obgleich gewisse bevorzugte Ausführungsformen der Offenbarung zu Darstellungszwecken veranschaulicht und beschrieben worden sind, können vom Fachmann zahlreiche Änderungen bei der Anordnung und Konstruktion der Teile und Schritte vorgenommen werden, wobei diese Änderungen in den Schutzumfang und das Wesen der vorliegenden Offenbarung, so wie durch die anhängigen Ansprüche definiert, fallen. Jedes offenbarte Merkmal oder jede offenbarte Ausführungsform kann mit einem bzw. einer der anderen offenbarten Merkmale oder Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims

Computerimplementiertes Verfahren (300) zur Steuerung des Betriebs einer oder mehrerer Erdbaumaschinen (100), die jeweils einen Ladebehälter (140) und ein Bodenbearbeitungsarbeitsgerät (110) umfassen, wobei jede der einen oder mehreren Erdbaumaschinen dazu konfiguriert ist, in einem ersten Arbeitszustand das Verladen von Erdreich, das von dem Bodenbearbeitungsarbeitsgerät bearbeitet wird, in den Ladebehälter, während sich die Maschine fortbewegt, zu steuern, in einem zweiten Arbeitszustand weiteres Verladen zu stoppen und die Erdbaumaschine mit dem in dem Ladebehälter verladenen Erdreich zu transportieren, und in einem dritten Arbeitszustand das Entladen des geladenen Erdreichs aus dem Ladebehälter zu leiten, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Beschaffen eines Gestaltungsplans entsprechend einem Arbeitsbereich, dem die eine oder die mehreren Erdbaumaschinen zugewiesen sind (320); für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen: Erzeugen und/oder selektives Abrufen eines oder mehrerer Leistungsoptimierungsdatensätze, die eine Lastkapazität des Ladebehälters und Beladungsraten der Erdbaumaschine korreliert mit jeweiligen Kombinationen von Eingangsdaten für Arbeitsparameter für die Erdbaumaschine (330) umfassen; Erzeugen eines Arbeitsplans, der eine Fortbewegungsroute und entsprechende Arbeitszustandswechsel der Erdbaumaschine bezüglich des Arbeitsbereichs umfasst, wobei der Arbeitsplan zumindest zum Teil basierend auf dem einen oder den mehreren Leistungsoptimierungsdatensätzen und dem Gestaltungsplan erzeugt wird (340); und automatisches Steuern eines oder mehrerer Arbeitsparameter für die Erdbaumaschine entsprechend dem erzeugten Arbeitsplan (360).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gestaltungsplan aus einem oder mehreren Datensätzen erzeugt wird, die erste Profildaten, die einem derzeitigen Profil des Arbeitsbereichs zugeordnet sind, und zweite Profildaten, die einem Zielprofil des Arbeitsbereichs zugeordnet sind, umfassen, wobei die ersten Profildaten und die zweiten Profildaten jeweils X-, Y- und Z-Koordinaten-Daten in einem von der einen oder den mehreren Erdbaumaschinen abgesetzten Bezugssystem umfassen.
Verfahren nach Anspruch 2, das dahingehendes Aktualisieren der ersten Profildaten, eine bestimmte Arbeitsleistung zu berücksichtigen, zumindest zum Teil basierend auf einem oder mehreren erfassten Arbeitsparametern für mindestens eine der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen, zumindest beim Wechsel von dem ersten Arbeitszustand in den zweiten Arbeitszustand (370) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die aktualisierten ersten Profildaten für jede mehrerer Erdbaumaschinen, die dem Arbeitsbereich zugeordnet sind, selektiv zur Verfügung gestellt werden, wobei die mehreren Erdbaumaschinen die eine oder die mehreren Erdbaumaschinen als einen ersten Satz von Erdbaumaschinen und mindestens eine Erdbaumaschine einer anderen Art als einen zweiten Satz von Erdbaumaschinen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner Aktualisieren von entsprechend erzeugten Arbeitsplänen für mindestens den ersten Satz von Erdbaumaschinen zumindest zum Teil basierend auf den aktualisierten ersten Profildaten und automatisches Steuern eines oder mehrerer Arbeitsparameter für jede mindestens des ersten Satzes von Erdbaumaschinen gemäß den entsprechend aktualisierten Arbeitsplänen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen Bestimmen mehrerer Arbeitssegmente, die dem Arbeitsbereich zugeordnet sind, umfasst, wobei jedes der mehreren Arbeitssegmente einer vorgeschriebenen Menge an Erdreich, die zumindest basierend auf dem einen oder den mehreren Leistungsoptimierungsdatensätzen während einer Iteration des ersten Arbeitszustands für die Erdbaumaschine bearbeitet wurde, entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erzeugte Arbeitsplan eine geplante Abfolge der mehreren Arbeitssegmente zur Optimierung einer Anzahl an Iterationen des ersten Arbeitszustands, die zur Erzeugung eines einem Zielprofil des Arbeitsbereichs entsprechenden Profils für den Arbeitsbereich erforderlich sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei jedes der mehreren Arbeitssegmente einer jeweiligen mehrerer Erdbaumaschinen, die dem Arbeitsbereich zugeordnet sind, zugewiesen ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei Transportzeiten zwischen jedem der mehreren Arbeitssegmente und einer zugewiesenen Entladestelle bei dem erzeugten Arbeitsplan berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Leistungsoptimierungsdatensätze für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen ferner Daten umfassen, die einer oder mehreren Materialeigenschaften des Erdreichs, das von der jeweiligen Erdbaumaschine bearbeitet werden soll, entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das ferner für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen Folgendes umfasst: Bestimmen einer Menge an Erdreich, die nach einem Entladevorgang in dem Ladebehälter verbleibt; und selektives Anpassen eines oder mehrerer Teile des Arbeitsplans zumindest zum Teil basierend auf der bestimmten Menge an Erdreich, die in dem Ladebehälter verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen Bestimmen eines gegenwärtigen Arbeitszustands der Erdbaumaschine basierend auf erfassten Echtzeitwerten für einen oder mehrere Arbeitsparameter, die einer Fortbewegungsgeschwindigkeit der Erdbaumaschine, einer Position des Bodenbearbeitungsarbeitsgeräts und einem Pegel und/oder Volumen des in den Ladebehälter geladenen Erdreichs entsprechen, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen der eine oder die mehreren automatisch gesteuerten Arbeitsparameter einen oder mehrere Arbeitsparameter, die einer Lenkungseinheit und/oder einem Bodenbearbeitungsarbeitsgerät für die Erdbaumaschine zugeordnet sind, umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei mindestens eine dem Arbeitsplan zugeordnete Variable für mindestens eine der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen basierend auf einer Benutzereingabe, die über eine mit einer Steuerung für die mindestens eine Erdbaumaschine funktional verbundene Benutzerschnittstelle empfangen wird, in Echtzeit anpassbar ist.
System, das Folgendes umfasst: eine oder mehrere Erdbaumaschinen, die jeweils einen Ladebehälter und ein Bodenbearbeitungsarbeitsgerät umfassen und dazu konfiguriert sind, in einem ersten Arbeitszustand das Verladen von Erdreich, das von dem Bodenbearbeitungsarbeitsgerät bearbeitet wird, in den Ladebehälter, während sich die jeweilige Maschine fortbewegt, zu steuern, in einem zweiten Arbeitszustand weiteres Verladen zu stoppen und die Erdbaumaschine mit dem in dem Ladebehälter verladenen Erdreich zu transportieren, und in einem dritten Arbeitszustand weiteres Fortbewegen der Maschine zu stoppen und weiterhin direktes Entladen des geladenen Erdreichs aus dem Ladebehälter zu leiten; ein Datenspeichernetzwerk, in dem Folgendes gespeichert ist: ein Gestaltungsplan, der Gestaltungsdaten umfasst, die eine Differenz zwischen einem derzeitigen Profil eines Arbeitsbereichs und einem Zielprofil des Arbeitsbereichs darstellen, wobei die Gestaltungsdaten X-, Y- und Z-Koordinaten-Daten in einem von der einen oder den mehreren Erdbaumaschinen abgesetzten Bezugssystem umfassen; und für mindestens eine der einen oder mehreren Erdbaumaschinen ein oder mehrere Leistungsoptimierungsdatensätze, die eine Lastkapazität des Ladebehälters und Beladungsraten der Erdbaumaschine korreliert mit jeweiligen Kombinationen von Eingangsdaten für Arbeitsparameter für die Erdbaumaschine umfassen; eine oder mehrere Rechenvorrichtungen in funktionaler Kommunikation mit der einen oder den mehreren Erdbaumaschinen und mit dem Datenspeichernetzwerk, wobei die eine oder die mehreren Rechenvorrichtungen dazu konfiguriert sind, für jede der einen oder der mehreren Erdbaumaschinen die Durchführung von Schritten in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 zu leiten.