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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen der von
Winterdienstfahrzeugen auszutragenden Streustoffmenge an sich während der
Fahrt ändernde
Bodentemperaturen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Der
Streustoff wird von Winterdienstfahrzeugen mittels eines rotierenden
Streutellers ausgetragen, wodurch ein Streuteppich auf der Fahrbahn
erzeugt wird. Ein Fahrzeugführer
des Winterdienstfahrzeugs kann in herkömmlichen Systemen über ein Steuergerät die Streubreite
des Streuteppichs und dessen Streudichte einstellen. Diese Einstellungen werden
abhängig
von den äußeren Bedingungen, wie
beispielsweise der vorhandenen Nässe
auf der Fahrbahn und der Außentemperatur,
durch den Fahrzeugführer
vorgewählt.
Die daraus resultierende auszutragende Streustoffmenge pro zurückgelegter Strecke
wird unter Berücksichtigung
der Geschwindigkeit des Winterdienstfahrzeugs vom Steuergerät automatisch
geregelt. Die pro Zeiteinheit auszutragende Streustoffmenge setzt
sich somit aus den Faktoren Fahrzeuggeschwindigkeit, Streubreite
und Streudichte zusammen.
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Ein
Problem herkömmlicher
Systeme besteht darin, dass die Streudichte allein durch den Fahrzeugführer eingestellt
wird. Dieser wird die Einstellungen der oben genannten Faktoren
jedoch vorwiegend anhand äußerer Bedingungen
wie Regen, Schnee oder Trockenheit variieren.
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Sich
laufend ändernde
Bodentemperaturen, insbesondere bei der Überfahrt von Brücken und Durchfahrt
von Waldstücken,
kann der Fahrzeugführer
nicht wahrnehmen. Dadurch kommt es vor, dass bei einer unerwarteten
negativen Bodentemperaturänderung
zu wenig Streustoff gestreut wird, was zu Glatteis führen kann.
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Die
Vergangenheit hat des weiteren gezeigt, dass ausschließliches
Variieren der Streudichte durch den Fahrzeugführer zu erhöhten Kosten für den Winterdienst
auf Straßen
und Flughäfen
und zu einer stärkeren
Umweltbelastung führt,
da der Fahrzeugführer
normalerweise aus Sicherheitsgründen dazu
neigt, mehr Streugut als nötig
zu verteilen.
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Zur
weiteren Entlastung des Fahrzeugführers wird daher in modernen
Streusystemen die Bodentemperatur mittels eines Temperatursensors
erfaßt
und automatisch von dem Steuergerät berücksichtigt, indem die auszutragende
Streustoffmenge abhängig
von der gemessenen Bodentemperatur gesteuert wird. Dabei entsteht
jedoch das Problem, dass es bei Temperatursprüngen, beispielsweise bei Überfahren
einer Brücke,
zu lange dauert, bis der Temperatursensor die exakte Temperatur
misst und an das Steuergerät
weiterleitet. Die Reaktionszeit des Temperatursensors ist hier ein
limitierender Faktor. Bis das Steuergerät dann die Streudichte an den Temperatursprung
angepasst hat, ist die kritische Stelle schon überfahren.
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Aufgrund
unterschiedlicher Reaktionszeiten im Gesamtsystem und der Geschwindigkeit
des Winterdienstfahrzeugs kann es daher zu einem zu späten Ausstreuen
der erforderlichen Streustoffmenge kommen. Bei einer Fahrgeschwindigkeit
von beispielsweise 54 km/h legt das Winter dienstfahrzeug 15 m/s
zurück.
In der Praxis bedeutet dies, dass, wenn beispielsweise ein negativer
Temperatursprung vom System erkannt wird und alle Reaktionszeitfaktoren
im System (Temperatursensor, Steuerungs- und Hydrauliksystem, Fallzeit
des Salz, ...) beachtet werden, circa eine Sekunde vergehen würde, bis
die geänderte,
an die gemessene Temperatur angepasste Streustoffmenge vom Streuteller
fällt.
Innerhalb dieser Sekunde hat das Winterdienstfahrzeug bereits 15
m seit der Überfahrung
der Temperatursprungstelle zurückgelegt.
Der Abstand zwischen dem Temperatursensor und dem Streuteller beträgt aber
nur etwa die Hälfte
dieser Strecke.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die auszutragende Streustoffmenge
schneller an sich ändernde
Bodentemperaturen anzupassen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den
Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Dementsprechend
ist ein Temperatursensor, zur Messung der Bodentemperatur während der Fahrt,
an einem Fahrzeug befestigt und mit einem Steuergerät verbunden,
welches die auszutragende Streustoffmenge abhängig von einem sich aus der Temperaturmessung
ergebenden Temperaturgradienten verändert. Dabei wird nicht abgewartet,
bis der tatsächliche
Temperaturwert vom Temperatursensor angezeigt wird, sondern die
Streustoffmenge wird anhand des Temperaturgra dienten geregelt, d.h.
abhängig
von der Geschwindigkeit, mit der sich der vom Temperatursensor angegebene
Messwert ändert.
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Je
größer ein
Temperatursprung ist, desto steiler ist der Temperaturgradient der
vom Temperatursensor angegebenen Temperatur. Ein steiler Temperaturgradient
bedeutet somit eine plötzliche
und starke Änderung
der Bodentemperatur. Anhand des Temperaturgradienten lässt sich
bereits abschätzen, wie
groß die
Temperaturänderung
ist. Dadurch lässt sich
die Reaktionszeit des Systems verkürzen und die auszutragende
Streustoffmenge schneller verändern,
als wenn man abwarten würde,
bis der Temperatursensor die exakte Temperatur angibt.
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Die
Erfindung ist aus Sicherheitsgründen von
besonderer Bedeutung für
die rechtzeitige Anpassung der auszutragenden Streustoffmenge an
einen negativen Temperatursprung. Die Erfindung sieht vor, dass
die auszutragende Streustoffmenge nicht lediglich erhöht wird,
wenn ein negativer Temperaturgradient gemessen wird, sondern dass
die auszutragende Streustoffmenge umso stärker erhöht wird, je negativer der Temperaturgradient
ist. Hierbei wird bei sehr negativen Temperaturgradienten, welche
auf sehr niedrige Endtemperaturen hindeuten, auch in Kauf genommen,
dass die Streustoffmenge mehr als die eigentlich benötigte beträgt. Es ist
sogar zweckmäßig, einen
Sicherheitszuschlag zu berücksichtigen.
Diese Überreaktion
dient der Sicherheit. Da solche Überreaktionen
des Systems normalerweise auf kurze Zeit beschränkt sind, machen sie sich in
der insgesamt auszubringenden Streustoffmenge kaum bemerkbar und
sind als Umweltbelastung noch vertretbar.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Streustoffmenge
nur bei einem negativen Temperatursprung, nicht dagegen bei einem
positiven Temperatursprung anhand des Temperaturgradienten verändert. Im
Gegenteil wird vorzugsweise die Anpassung der auszutragenden Streustoffmenge
bei einem positiven Temperatursprung etwas verzögert. Das heißt, die
Streudichte wird langsamer nach unten korrigiert als es der Temperatursensor anzeigt.
Dadurch wird vermieden, dass – zum
Beispiel beim Überfahren
eines relativ warmen Kanaldeckels – zu wenig Streustoff ausgestreut
wird.
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In
einer Weiterbildung ist das Winterdienstfahrzeug zusätzlich mit
einem Standortbestimmungssystem zur Ermittlung der aktuellen Fahrzeugposition ausgestattet. Über eine
geeignete Abruf- bzw. Empfangseinrichtung können bekannte und/oder gespeicherte
Standorte abgerufen und/oder empfangen werden, an denen ein Temperatursprung
der Bodentemperatur zu erwarten ist. Über das Steuergerät, welches
mit dem Standortbestimmungssystem und der Abruf- bzw. Empfangseinrichtung
verbunden ist, wird die auszutragende Streustoffmenge bei Erreichen
des Standorts abhängig
von dem zu erwartenden Temperatursprung verändert. Anhand dieser Weiterbildung
lässt sich
die Streustoffmenge an Stellen mit einem zu erwartenden negativen
Temperatursprung selbst bei hohen Fahrgeschwindigkeiten, bei denen
das erfindungsgemäße Verfahren
nicht reaktionsschnell genug ist, zum richtigen Zeitpunkt erhöhen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der anhängenden Zeichnungen beschrieben. Darin
zeigen:
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1 ein
Winterdienstfahrzeug mit integriertem Steuergerät und einem am Winterdienstfahrzeug befestigten
Temperatursensor, und
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2 ein
Flussdiagramm des Verfahrens zum Anpassen der auszutragenden Streustoffmenge.
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1 zeigt
ein Winterdienstfahrzeug 1 mit einem in der Fahrzeugkabine
angebrachten Steuergerät 2. Über das
Steuergerät 2 kann
der Benutzer eine Streustufe auswählen, welche die auszutragende
Streustoffmenge definiert. Die Streustufe wählt der Benutzer je nach Witterungsverhältnissen
und Wettervorhersagen. Desweiteren ist am Winterdienstfahrzeug 1 ein
Temperatursensor 3, z.B. eine Infrarotkamera, befestigt,
welcher die Bodentemperatur berührungslos
misst. Dieser Temperatursensor 3 ist mit dem Steuergerät 2 verbunden,
damit es die durch die Streustufe festgelegte auszutragende Streustoffmenge
abhängig
von der gemessenen Temperatur und ggf. abhängig von einem sich aus der
Temperaturmessung ergebenden Temperaturgradienten verändert.
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Durch
die Berücksichtigung
des Temperaturgradienten wird die sich auf die Anpassungsgeschwindigkeit
der auszutragenden Streustoffmenge negativ auswirkende Reaktionszeit
des Temperatursensors 3 wesentlich verkürzt. Denn das System reagiert
nicht nur abhängig
von einer vom Temperatursensor 3 gemessenen Endtemperatur
der Fahrbahnoberfläche,
sondern aus den vom Temperatursensor 3 gelieferten Messwerten
wird auch ein Temperaturgradient ermittelt und bei der Anpassung
der auszutragenden Streustoffmenge berücksichtigt, noch bevor der
Temperatursensor 3 die tatsächlich herrschende Temperatur
anzeigt.
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Erreicht
das Winterdienstfahrzeug 1, wie in 1 dargestellt,
beispielsweise eine Brücke 10, und
ermittelt das System einen negativen Temperatursprung, so wird aufgrund
des negativen Temperaturgradienten, der auf eine tiefere Endtemperatur
als die vom Temperatursensor im ersten Augenblick angezeigte hinweist,
die auszutragende Streustoffmenge erhöht. Somit wird die Reaktionszeit
des gesamten Systems wesentlich verkürzt, da die an die veränderte Bodentemperatur
angepasste auszutragende Streustoffmenge früher vom Streuteller 4 fällt, als wenn
abgewartet würde,
bis der Temperatursensor die geänderte
Temperatur exakt angibt.
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Vorzugsweise
reagiert das System bei einem negativen Temperaturgradienten aus
Sicherheitsgründen über, wodurch
kurzzeitig mehr als die eigentlich notwendige Streustoffmenge ausgetragen wird.
Spätestens
wenn der Temperaturgradient wieder gleich oder nahe null ist, d.h.
wenn der Temperatursensor die geänderte
Temperatur konstant anzeigt, regelt sich die auszutragende Streustoffmenge wieder
allein abhängig
von der tatsächlich
gemessenen Temperatur und ist nicht mehr abhängig vom Temperaturgradienten.
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2 zeigt
den zeitlichen Ablauf der Anpassung einer von einem Winterdienstfahrzeug 1 auszutragenden
Streustoffmenge in einem Flussdiagramm. Im ersten Schritt stellt
der Benutzer manuell die Streustufe ein. Während der Fahrt misst der an das
Fahrzeug montierte Temperatursensor 3 die Bodentemperatur
und leitet die Messergebnisse an ein Steuergerät 2 weiter. Das Steuergerät 2 ermittelt
aus den vom Temperatursensor 3 gelieferten Temperaturmesswerten
einen Temperatur gradienten, aufgrund dessen die auszutragende Streustoffmenge verändert wird.
Normalerweise bleiben die Streubreite und die Fahrzeuggeschwindigkeit
unverändert, wodurch
sich die veränderte
Streustoffmenge unmittelbar auf die Streudichte des Streuteppichs
auswirkt.
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Die
Berücksichtigung
des Temperaturgradienten bei der Anpassung der auszutragenden Streustoffmenge
im Falle eines Temperatursprungs kann auf unterschiedliche Weise
erfolgen. Beispielsweise kann der Temperaturgradient gemäß einer
ersten Ausführungsform
kontinuierlich ermittelt und die zu erwartende Endtemperatur ständig neu
geschätzt werden.
Je negativer der ermittelte Temperaturgradient ist, desto größer wird
der Temperatursprung durch das System vermutet, und dementsprechend wird
die auszutragende Streustoffmenge angepaßt. Zumindest solange, wie
der Temperaturgradient steiler wird, ist es sinnvoll, daß das System überreagiert, da
die Endtemperatur in diesem Stadium noch nicht exakt abschätzbar ist.
Durch die Überreaktion
wird verhindert, dass zunächst
zu wenig Streustoffmenge ausgetragen wird. Sobald der Temperaturgradient wieder
abnimmt, sich der Temperatursensor also eindeutig seinem stabilen
Zustand nähert,
ist die Endtemperatur wesentlich zuverlässiger abschätzbar. Ab diesem
Zeitpunkt kann somit die auszutragende Streustoffmenge entsprechend
der geschätzten Temperatur
zuverlässig
eingestellt werden.
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In
einer alternativen, zweiten Ausführungsform
sind im Steuergerät 2 ein
erster und ein zweiter Schwellenwert vorgesehen, welche jeweils
eine bestimmte Steigung des Temperaturgradienten definieren. Wird
beispielsweise durch einen großen
negativen Temperatursprung, also einen steilen Temperaturgradienten,
der erste Schwellenwert überschritten, so wird
das System derart angesteuert, dass die maximale oder zumindest
eine definiert erhöhte
Streustoffmenge ausgetragen wird. Sobald die Steigung des Temperaturgradienten
wieder abnimmt und den zweiten Schwellenwert erreicht, welcher vorzugsweise
eine wesentlich geringere Steigung als der erste Schwellenwert definiert,
wird die auszutragende Streustoffmenge an die auf Basis des Temperaturgradienten
geschätzte
Endtemperatur angepasst. Der zweite Schwellenwert kann auch auf
null gesetzt werden. Dann wird die maximale oder zumindest erhöhte Streustoffmenge
solange ausgetragen, bis der Temperatursensor die tatsächlich herrschende
Temperatur anzeigt.
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Die
vorgenannten ersten und zweiten Ausführungsformen sind auch kombinierbar,
indem z.B. die kontinuierliche Abschätzung der Endtemperatur und
Anpassung der Streustoffmenge an diese Endtemperatur erst bei Überschreiten
eines Temperaturgradient-Schwellenwerts vorgenommen wird.
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Die
Temperaturmessung kann in bestehende Systeme, welche die Streudichte
und die Streubreite regeln, als zusätzliches Modul integriert werden,
um die Streudichte einer Streustufe zusätzlich abhängig von dem Temperaturgradienten
durch das Steuergerät 2 anzupassen.
Dabei ist es auch möglich,
dass das System automatisch aufgrund der veränderten Bodentemperatur eine
andere als die vom Bediener vorgewählte Streustufe auswählt. Dadurch
wird eine Dosiergenauigkeit erreicht, die es ermöglicht, Glatteisbildung auf
der Fahrbahn bei geringstmöglichem
Streustoffverbrauch zu verhindern.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird bei negativem Temperaturgradienten
die auszutragende Streustoffmenge vorzugsweise umso stärker verändert, je
negativer der ermittelte Temperaturgradient ist. Dagegen wird bei
positivem Temperaturgradienten die Anpassung der auszutragenden
Streustoffmenge verringert. Das Verzögern der Streustoffmengenanpassung
erfolgt bei einem positiven Temperaturgradienten wiederum aus Sicherheitsgründen, um zu
verhindern, daß das
System gegebenenfalls zu wenig Streustoff ausstreut. Überfährt ein
Winterdienstfahrzeug 1 beispielsweise einen größeren Gullydeckel,
welcher im Winter eine höhere
Oberflächentemperatur
als die Fahrbahn besitzt, wird kurzzeitig ein positiver Temperatursprung
ermittelt. Würde
das System wie bei einem negativen Temperaturgradienten sofort reagieren,
würde bei Überfahren des
Gullydeckels, zumindest kurzzeitig, die gesamte Straßenbreite
mit zu wenig Streustoff bestreut.
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Grundsätzlich bleibt
es aber weiterhin möglich,
dass der Benutzer die Streudichte und/oder Streubreite manuell während der
Fahrt ändert.
Beispielsweise kann er bei plötzlich
einsetzendem Schneefall die auszutragende Streustoffmenge erhöhen, indem
er manuell eine andere Steustufe wählt. Des weiteren kann das
System mit einer Notstreutaste vorgesehen sein, welche bei Betätigung die
Ausgabe der maximalen Streumenge veranlasst.
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In
einem Streuprotokoll können
Daten über die
Anzahl der Einsätze,
das verbrauchte Streugut und insbesondere die Standorte ausgegeben
werden, an denen ein Temperatursprung festgestellt wurde. Anhand
solcher statistischer Erhebungen sind eine bessere Planung und Geräteauslastung
erreichbar. So kann Streugut eingespart werden.
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In
einer Weiterbildung ist das Winterdienstfahrzeug 1 aus 1 mit
einem Standortbestimmungssystem, beispielsweise Global Positioning System
(GPS), ausgestattet, welches in 1 durch eine
Antenne 5 angedeutet ist. Anhand dieses Systems kann jederzeit
die aktuelle Fahrzeugposition ermittelt werden. Vorzugsweise sind
in einem Speicher des Steuergeräts 2 diejenigen
Standorte gespeichert, an denen ein Temperatursprung zu erwarten
ist (Brücken,
Waldstücke,
...). Das Steuergerät 2 stellt dann über das
Standortbestimmungssystem fest, wann ein solcher Standort erreicht
wird, wobei vor Erreichen des Standorts die auszutragende Streustoffmenge
an den zu erwartenden Temperatursprung rechtzeitig angepasst wird.
Wird das Fahrzeug zusätzlich
mit einer Empfangseinrichtung ausgestattet, können beispielsweise über eine
Zentrale weitere Standorte abgerufen werden, an denen ebenfalls
ein Temperatursprung zu erwarten ist. Das Standortbestimmungssystem,
die Empfangseinrichtung und das Steuergerät 2 können dabei
in einem Gerät
integriert oder modular vorgesehen sein.
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In
einer Ausgestaltung ist das mit dem Standortbestimmungssystem gekoppelte
Steuergerät
lernfähig.
Die Lernfähigkeit
kann in unterschiedlicher Hinsicht ausgeprägt sein. Im einfachsten Fall kann
in einer Probefahrt das örtliche
Temperaturprofil erfasst und die Standortdaten von kritischen Orten mit
signifikantem negativen Temperatursprung gespeichert werden. In
einer besonderen Variante wird die Temperatur an den so ermittelten
oder von vornherein vorgegebenen Standorten bei jeder Überfahrt neu
gemessen und mit den zum jeweiligen Standort gespeicherten Temperatursprung-Daten
verglichen. Mittels geeigneter Software lässt sich aufgrund der gespeicherten
Temperatursprung- Daten
und eines aktuell gemessenen Temperatursprungs ein für bei zukünftigen
Streufahrten zu erwartender Temperatursprung abschätzen. Im
Steuergerät
kann dann z.B. auch berücksichtigt
werden, ob der negative Temperatursprung grundsätzlich auftritt ("harter" Wert) oder nur gelegentlich
("weicher" Wert). Wird ein
betreffender Standort z.B. in mehr als 30 % als Gefahrenpunkt eingestuft,
weil ein kritischer Temperatursprung gemessen wurde, so kann der
Standort im System als "harter" Wert vermerkt sein.
Das Steuergerät
kann die Streumenge dann automatisch oder halbautomatisch an die
erlernte Einstellung anpassen. Eine halbautomatische Anpassung ist
z.B. bei "weichen" Werten sinnvoll.
In diesem Fall zeigt das System dem Benutzer rechtzeitig vor Erreichen
des betreffenden Ortes an, dass es die Erhöhung der Streumenge beabsichtigt,
und der Benutzer kann dies z.B. ablehnen.
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Die
erlernten Daten werden dabei vorzugsweise von einer zentralen Auswertesoftware
verwaltet, um sie auch anderen Streufahrzeugen von der Zentrale
zur Verfügung
stellen zu können.
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In
einer weiteren Ausgestaltung können
Gefahrenstellen, an denen eine Erhöhung der Streudichte sinnvoll
erscheint, an denen ein Temperatursprung aber nicht zu erwarten
ist, manuell ergänzt werden.
Solche Standorte können
beispielsweise Bushaltestellen oder Autobahnausfahrten sein. Dort ist
es des weiteren sinnvoll, zusätzlich
zur erhöhten Streudichte
die Streubreite in Richtung zum rechten Fahrbahnrand zu erhöhen. Dies
kann wiederum vollautomatisch oder halbautomatisch durch rechtzeitigen
Hinweis an den Fahrzeugführer
erfolgen.