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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft die Führung von Maschinen, die durch eine Oberleitung versorgt werden, und betrifft insbesondere die automatische Führung einer Maschine, die durch eine Oberleitung versorgt wird, während der Nutzung eines Oberleitungsdrahts.
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Hintergrund
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Obwohl elektrische Energie viele Vorteile bei der Verwendung in gewerblichen Materialtransportmaschinen hat, können einige dieser Vorteile durch den Bedarf für einen Transport, eine Aufladung und ein Instandhalten einer ausreichenden Quelle für elektrische Energie, wie z. B. einer großen Batterie oder eines anderen Ladungsspeichersystems, aufgehoben werden. In Anwendungen, bei denen im Wesentlichen sich wiederholende Fahrmuster vorliegen, wie z. B. bei einem Tagebau- bzw. Bergwerksbetrieb und in anderen entsprechenden Bereichen, lösen Oberleitungsdrahtsysteme dieses Problem dadurch, dass ein Weg bereitgestellt wird, entlang dessen eine fahrende Maschine elektrische Energie von einer oder mehreren Stromleitungen (hier als „Oberleitungsdrähte” bezeichnet) erhalten kann. Solche Oberleitungsdrähte können kontinuierlich entlang eines Wegs oder nur an bestimmten Abschnitten des Wegs, wie z. B. Bergaufstrecken, angeordnet sein, um eine Unterstützungsenergie bereitzustellen.
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In einem Oberleitungssystem bleibt die Quelle von elektrischer Energie, bei der es sich um ein städtisches bzw. kommunales Stromnetz oder eine örtliche Generatoreinrichtung handeln kann, stationär, wobei die durch die Oberleitung mit Energie versorgte Maschine dennoch Energie von der Energiequelle überall entlang der Oberleitungsdrähte erhält. Dabei kann das Leistungsvermögen von elektrischer Energie ohne die mit großen Batterien einhergehenden Schwierigkeiten und Kosten bei Bedarf erhalten werden. Eine signifikante Beschränkung von Oberleitungssystemen besteht jedoch darin, dass eine durch eine Oberleitung mit Energie versorgte Maschine den Oberleitungsdrähten folgen muss, wenn sie Energie von diesen erhalten soll. Im Zusammenhang damit muss die Vorrichtung zum elektrischen Verbinden der durch eine Oberleitung mit Energie versorgten Maschine mit den Oberleitungsdrähten, die als „Oberleitungsstromabnehmer” bezeichnet wird, angehoben werden, wenn der Oberleitungsdraht genutzt werden soll, und ansonsten abgesenkt sein.
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Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Anforderungen erfordert die Nutzung eines Oberleitungssystems, dass der Maschinenbediener sowohl genau dem Oberleitungsdraht folgt, als auch den Oberleitungsstromabnehmer an den geeigneten Stellen anhebt und absenkt. Wenn irgendeine dieser Anforderungen nicht erfüllt wird, kann dies zu einer Verminderung der Effizienz führen, da eine alternative Energie bzw. Leistung, wie z. B. von einem bordeigenen Motor, verwendet werden muss, wenn die durch eine Oberleitung mit Energie versorgte Maschine von dem Oberleitungsdraht keine Energie erhält. Darüber hinaus kann eine Fehlleitung der Maschine oder des Oberleitungsstromabnehmers zu einer Beschädigung der Maschine sowie des Oberleitungsdrahts und der damit zusammenhängenden Infrastruktur, wie z. B. Leitungen, Leitungsmasten, Transformatoren, usw., führen.
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Am Fahrwegrand angeordnete Hinweissymbole werden manchmal verwendet, um dem Bediener Signale bezüglich der Positionen zum Anheben und Absenken des Oberleitungsstromabnehmers zu geben, und Klebebandstücke, die auf der Windschutzscheibe der Maschine aufgebracht sind, können den Nutzer dabei unterstützen, die Maschine entlang der Oberleitungsdrähte „auszurichten”. Während es solche Techniken für den Bediener einfacher machen können, die Maschine genau zu führen, erfordern sie jedoch nach wie vor, dass der Bediener auf die Signale achtet und die Maschine entsprechend lenkt. Während die Verwendung eines Oberleitungsdrahts folglich durch die Verwendung solcher Techniken effizienter wird, ist demnach nach wie vor ein Grad der Ermüdung des Bedieners vorhanden.
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Es sollte beachtet werden, dass dieser Hintergrundabschnitt durch die Erfinder zum Nutzen des Lesers erstellt wurde. Darin sollen Probleme und Konzepte diskutiert werden, die von den Erfindern erkannt worden sind, und nicht der Stand der Technik diskutiert oder erläutert werden, falls nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Folglich ist das Einbeziehen irgendeines Problems oder irgendeiner Lösung in diesem Abschnitt kein Anzeichen dafür, dass das Problem oder die Lösung zum Stand der Technik gehört.
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Zusammenfassung
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Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Führen eines geländegängigen Lastkraftwagens bzw. Muldenkippers entlang eines Fahrwegs bezüglich eines Oberleitungsdrahts bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer Position des geländegängigen Lastkraftwagens auf dem Fahrweg durch Erfassen von zwei oder mehr Gegenständen am Fahrwegrand, die sich neben dem Fahrweg befinden, und das Nutzen der vorgegebenen Position des geländegängigen Lastkraftwagens und einer bekannten Position des Oberleitungsdrahts bezogen auf die zwei oder mehr Gegenstände am Fahrwegrand zum automatischen Bestimmen einer relativen Position des geländegängigen Lastkraftwagens unter dem Oberleitungsdraht. Auf der Basis der bestimmten relativen Position des geländegängigen Lastkraftwagens unter dem Oberleitungsdraht lenkt das Verfahren den geländegängigen Lastkraftwagen automatisch, so dass die Position des geländegängigen Lastkraftwagens relativ zu dem Oberleitungsdraht verändert wird.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Offenbarung wird ein System zum automatischen Führen eines geländegängigen Lastkraftwagens an einem Arbeitsbereich bereitgestellt, der einen Oberleitungsdraht zum Zuführen von elektrischer Energie zu dem geländegängigen Lastkraftwagen umfasst. Der Oberleitungsdraht verläuft entlang eines Fahrwegs, der Merkmale am Fahrwegrand aufweist. Das System umfasst einen Oberleitungsstromabnehmer zum selektiven Kontaktieren des Oberleitungsdrahts und einen oder mehrere Sensoren, die dem geländegängigen Lastkraftwagen zugeordnet sind. Mit dem einen oder den mehreren Sensoren und einer Maschinenlenkungssteuerung ist eine Steuereinrichtung verbunden und so ausgebildet, dass sie eine Position des geländegängigen Lastkraftwagens bezogen auf den Oberleitungsdraht durch Erfassen der Merkmale am Fahrwegrand erfasst und den Lastkraftwagen über die Maschinenlenkungssteuerung automatisch so lenkt, dass der Oberleitungsstromabnehmer mit dem Oberleitungsdraht in Kontakt gehalten wird.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Offenbarung wird ein System zum automatischen Führen eines geländegängigen Lastkraftwagens bereitgestellt, der einen bordeigenen Lasersensor aufweist. Das System umfasst einen Oberleitungsdraht zum Zuführen von elektrischer Energie zu dem geländegängigen Lastkraftwagen, wobei der Oberleitungsdraht entlang eines Fahrwegs verläuft, sowie eine Mehrzahl von Pfosten, die aufeinander folgend in einem festgelegten Abstand voneinander in der Richtung des Fahrwegs verlaufen und in einem festgelegten Abstand von dem Oberleitungsdraht in einer Richtung senkrecht zu dem Fahrweg angeordnet sind. An jedem der Mehrzahl von Pfosten ist in einem festgelegten Abstand oberhalb des Fahrwegs ein reflektierendes Element angeordnet, so dass der Lasersensor des geländegängigen Lastkraftwagens zwei oder mehr der Mehrzahl von Pfosten auf der Basis von Reflexionen von den reflektierenden Elementen erfassen kann.
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Weitere Merkmale und Aspekte der offenbarten Systeme und Verfahren ergeben sich beim Lesen der detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungsfiguren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Darstellung einer Seitenansicht eines Oberleitungs-unterstützten geländegängigen Lastkraftwagens, in dem eine Ausführungsform der offenbarten Prinzipien implementiert werden kann,
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2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Steuerungssystem zum automatischen Steuern eines geländegängigen Lastkraftwagens, der sich mit einem Oberleitungsdraht in Eingriff befindet, gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt,
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3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren der automatischen Maschinenführung gemäß eines Aspekts der Offenbarung zeigt,
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4 ist ein schematisches Bereichsdiagramm einer Arbeitsbereichsumgebung, in der ein Aspekt der Offenbarung implementiert ist, und
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5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren für eine automatische Steuerungsdeaktivierung gemäß eines Aspekts der Offenbarung zeigt.
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Während die vorliegende Offenbarung verschiedenen Modifizierungen unterzogen werden kann und alternativ aufgebaut sein kann, werden bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nachstehend detailliert gezeigt und beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine Beschränkung auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen nicht beabsichtigt ist; vielmehr sollen alle Modifizierungen, alternativen Aufbauweisen und Äquivalente innerhalb des Wesens und des Bereichs der vorliegenden Offenbarung liegen.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren zum automatischen Führen eines geländegängigen Lastkraftwagens zum Ineingriffnehmen und Halten des Eingriffs mit einem Oberleitungsdraht, so dass der Lastkraftwagen mit Energie versorgt wird. Die 1 zeigt eine Seitenansicht eines Oberleitungs-unterstützten geländegängigen Lastkraftwagens 10, in dem eine Ausführungsform der offenbarten Prinzipien implementiert werden kann. Der geländegängige Lastkraftwagen 10 umfasst ein Fahrgestell 12, das ein Fahrerhaus 14 und eine Mulde 16 trägt. Die Mulde 16 ist schwenkbar mit dem Fahrgestell 12 verbunden und so angeordnet, dass sie eine Nutzlast trägt, wenn der geländegängige Lastkraftwagen 10 in Betrieb ist. Ein Bediener, der im Bedienerfahrerhaus 14 sitzt, kann die Bewegung und die verschiedenen Funktionen des geländegängigen Lastkraftwagens 10 steuern.
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Das Fahrgestell 12 trägt verschiedene Antriebssystemkomponenten. Diese Antriebssystemkomponenten können einen Satz von Antriebsrädern 18 antreiben, so dass der geländegängige Lastkraftwagen 10 angetrieben wird. Ein Satz von mitlaufenden Rädern 20, die gegebenenfalls mit Leistung versorgt werden können, kann unter Verwendung von bekannten Verfahren gelenkt werden, so dass der geländegängige Lastkraftwagen 10 durch den Bediener gelenkt werden kann. In einer Ausführungsform sind die Antriebsräder 18 am hinteren Teil des Fahrgestells 12 angeordnet und die mitlaufenden Räder 20 sind an dem vorderen Teil des Fahrgestells 12 angeordnet. Obwohl der geländegängige Lastkraftwagen 10 ein starres Fahrgestell mit Rädern, die mit Leistung versorgt werden, zum Bewegen und mit lenkbaren Rädern zum Lenken umfasst, sollte beachtet werden, dass andere Maschinenkonfigurationen verwendet werden können. Beispielsweise können solche Konfigurationen ein knickgelenktes Fahrgestell und/oder ein Fahrgestell umfassen, das eine Mehrzahl von angetriebenen Radsätzen trägt.
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Der geländegängige Lastkraftwagen 10 umfasst eine unabhängige Leistungsquelle, wie z. B. einen Motor und Kraftstoff und/oder einen Elektromotor und eine Batterie. Auf diese Weise kann der geländegängige Lastkraftwagen 10 einen Eigenantrieb in Umgebungen aufweisen, in denen eine externe Energie- bzw. Leistungsquelle nicht verfügbar ist. Es ist jedoch häufig effizienter, externe Energie bzw. Leistung zu nutzen, wenn eine solche zur Verfügung steht.
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Zu diesem Zweck umfasst der geländegängige Lastkraftwagen 10 ferner einen Mechanismus zum Erhalten von Energie von einem Oberleitungsdraht. Insbesondere umfasst der geländegängige Lastkraftwagen 10 einen vom Bediener gesteuerten Oberleitungsstromabnehmer 22. Der Oberleitungsstromabnehmer 22 umfasst eine Mehrzahl von Kontakten 24 (in dieser Ansicht ist einer sichtbar), wobei jeder durch einen dazugehörigen Gelenkhebemechanismus 26 gestützt ist. Der Bediener steuert den Hebemechanismus 26 von innerhalb des Bedienerfahrerhauses 14, so dass dann, wenn oben kein Oberleitungsdraht vorliegt oder es nicht erwünscht ist, Oberleitungsenergie zu nutzen, der Oberleitungsstromabnehmer 22 abgesenkt bleibt (wie dies gezeigt ist), und wenn oben ein Oberleitungsdraht vorliegt und es erwünscht ist, Oberleitungsenergie zu nutzen, der Oberleitungsstromabnehmer 22 angehoben wird, so dass die Mehrzahl von Kontakten 24 mit den Leitern des Oberleitungsdrahts in Kontakt kommt.
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Wie es vorstehend angegeben ist, muss ein Bediener eines geländegängigen Lastkraftwagens, wie des geländegängigen Lastkraftwagens 10 von 1, zur Nutzung der Energie des Oberleitungsdrahts sicherstellen, dass der Lastkraftwagen mit dem Oberleitungsdraht ausgerichtet ist und dass die Mehrzahl von Kontakten 24 des Oberleitungsstromabnehmers 22 unter dem Draht vorliegt, bevor der Oberleitungsstromabnehmer 22 angehoben wird. In einer Ausführungsform der offenbarten Prinzipien stellt jedoch eine Benutzerführungsanzeige dem Bediener eine visuelle Darstellung des geländegängigen Lastkraftwagens 10 und/oder von dessen Oberleitungsstromabnehmer 22 in Bezug auf den Oberleitungsdraht zur Verfügung. In einer Ausführungsform stellt die Benutzerführungsanzeige visuelle Hinweise zur Ausrichtung entlang des Oberleitungsdrahts bereit. In einer weiteren Ausführungsform umfassen die bereitgestellten visuellen Hinweise Ausrichtungshinweise sowie Hinweise zur Positionierung in der Fahrrichtung zur Verfügung, z. B. um zu zeigen, ob der Oberleitungsstromabnehmer 22 unterhalb des Oberleitungsdrahts in der Fahrrichtung vorliegt.
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Bezüglich der automatisierten Steuerung des geländegängigen Lastkraftwagens 10 ist die 2 ein schematisches Diagramm, das einen Maschinensteuerungssystemaufbau 30 zum Führen des geländegängigen Lastkraftwagens 10 in einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt. Der Kern des Steuerungssystems ist ein Prozessor, der als Steuereinrichtung 32 ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung 32 kann eine spezielle Steuereinrichtung sein oder sie kann in einer bestehenden Steuereinrichtung ausgeführt sein, wie z. B. einer Maschinensteuereinrichtung, Motorsteuereinrichtung, Leistungsmanagementsteuereinrichtung, usw. In einer Ausführungsform arbeitet die Steuereinrichtung 32 durch Lesen von Anweisungen, die von einem Computer ausgeführt werden können, wie z. B. eines Codes oder von Programmen, von einem nicht-flüchtigen computerlesbaren Medium, wie z. B. einem optischen oder magnetischen Platten- bzw. Scheibenspeicher, einer CD, einer DVD, einem USB-Stick, usw., und Ausführen dieser Anweisungen. Daten, die von der Steuereinrichtung 32 während der Ausführung genutzt werden, können von dem computerlesbaren Medium oder von einer peripheren Quelle, wie z. B. einer Benutzerschnittstelle und/oder einem Sensor, abgefragt werden, was später detaillierter beschrieben wird.
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In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 32 kommunikationsmäßig mit einer Anzahl von Maschinenelementen verbunden, einschließlich einer oder mehreren Laserabstandssensoranordnungen 34 und einer Mehrzahl von Maschinensteuereinrichtungen 36. Die Maschinensteuereinrichtungen 36 umfassen eine Maschinenlenksteuerung 38, eine Maschinengeschwindigkeitssteuerung 40 und eine Oberleitungsstromabnehmersteuerung 42. Die Steuereinrichtung 32 ist in einer Ausführungsform auch mit einer Benutzerschnittstellengruppe 48 verbunden. Die Benutzerschnittstellengruppe 48 umfasst Bedienerschnittstellen für Maschinensteuerungen, wie z. B. Lenken, Geschwindigkeit, Oberleitungsstromabnehmerposition. In einer Ausführungsform umfasst die Benutzerschnittstellengruppe 48 auch eine Auswahleinrichtung, so dass es dem Benutzer ermöglicht wird, die automatische Maschinenführung entlang des Oberleitungsdrahts zu aktivieren oder zu deaktivieren.
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Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung 32 kommunikationsmäßig mit einer Datenquelle verbunden, wie z. B. einer Datenbank 44, die Daten enthält, welche die laterale Position des Oberleitungsdrahts relativ zu voreingestellen Markierungen am Fahrwegrand angeben, sowie Daten, die Start- und Stoppositionen des Oberleitungsdrahts kodieren, z. B. mittels GPS-Koordinaten. In diesem Zusammenhang ist die Steuereinrichtung 32 auch mit einem GPS-Empfänger 46 zum Empfangen von Daten verbunden, die eine gegenwärtige Position des geländegängigen Lastkraftwagens 10 anzeigen.
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Jede der einen oder mehreren Laserabstandssensoranordnungen 34 umfasst einen oder mehrere Laser und einen oder mehrere Reflexionssensoren, wie z. B. Photorezeptoren. Abhängig von dem Gegenstand oder der Oberfläche, der oder die durch das von dem Laser emittierte Licht beleuchtet wird, wird der Reflexionssensor stark oder schwach ansprechen. Wenn der Laserstrahl beispielsweise auf eine Oberfläche fällt, die eine spektrale Reflexion bewirkt, wie z. B. ein Spiegel, und die Oberfläche senkrecht zu dem Laserstrahl ausgerichtet ist, dann wird der Reflexionssensor stark ansprechen. Im Gegensatz dazu wird der Reflexionssensor schwach ansprechen, wenn der Laser auf die gleiche Oberfläche fällt, jedoch die Oberfläche bei 45 Grad zu dem Laserstrahl ausgerichtet ist. Darüber hinaus sind die Laserabstandssensoranordnungen 34 so ausgebildet, dass sie einen Abstand zu dem reflektierenden Gegenstand erfassen.
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Zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten kann jede Laserabstandssensoranordnung 34 auch einen Abtastmechanismus umfassen. Dieser Mechanismus kann mechanisch oder optisch sein. Ein mechanischer Abtaster (Scanner) richtet den emittierenden Teil der Laservorrichtung physisch aus, während ein optischer Abtaster den Laserstrahl ausrichtet, ohne den emittierenden Teil des Lasers selbst zu bewegen. In jedem Fall ermöglicht es das Vermögen, mit dem Laser ein Abtasten bzw. Scannen durchzuführen, der Steuereinrichtung 32, die Reflexion eines kontinuierlichen Abschnitts des Fahrwegs zu prüfen, anstatt die Reflexion von Punkten zu prüfen, die bezogen auf den geländegängigen Lastkraftwagen 10 feststehen. Mit dem Vermögen, mit dem Laser eine Abtastung bei einer Mehrzahl von bekannten Winkeln durchzuführen, und dem Vermögen, die Reflexion der Strukturen, die durch den Strahl bei solchen Winkeln beleuchtet werden, zu bestimmen, weist die Steuereinrichtung 32 das Vermögen auf, eine Position mittels Triangulation zu finden, wie es nachstehend detaillierter diskutiert wird. Wie es vorstehend angegeben ist, ist die Steuereinrichtung 32 mit einem GPS-Empfänger 46 zum Empfangen von Daten verbunden, die eine gegenwärtige Position des geländegängigen Lastkraftwagens 10 angeben. Während es die Triangulation von Laserreflektionen der Steuereinrichtung 32 ermöglicht, die laterale Position des geländegängigen Lastkraftwagens 10 bezüglich des Oberleitungsdrahts zu bestimmen, kann folglich die Steuereinrichtung 32 in einer Ausführungsform auch die Position des geländegängigen Lastkraftwagens linear entlang der Oberleitungsdrähte mittels GPS bestimmen. Da die Steuereinrichtung 32 auch Zugriff auf die Datenbank 44 hat und die laterale Position des Oberleitungsdrahts relativ zu Markierungen am Fahrwegrand und die Start- und Stoppositionen des Oberleitungsdrahts bestimmen kann, kann die Steuereinrichtung 32 dann bestimmen, welche Schritte unternommen werden müssen, um den geländegängigen Lastkraftwagen 10 mit dem Oberleitungsdraht auszurichten, und wann der Oberleitungsstromabnehmer 22 angehoben oder abgesenkt werden soll. Nachstehend wird ein beispielhaftes Verfahren zur Durchführung dieses Vorgangs beschrieben.
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Die 3 zeigt ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Maschinenführungsverfahrens 50 gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Das Verfahren 50 wird im Zusammenhang mit dem veranschaulichenden Aufbau der 1 und 2 in Verbindung mit dem Draufsichtdiagramm von 4 beschrieben.
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Wie es in der 4 gezeigt ist, umfasst die Arbeitsumgebung 76 des geländegängigen Lastkraftwagens 10 einen Oberleitungsdraht 78, der typischerweise zwei leitende Stränge umfasst, entlang jeder Spur eines Fahrwegs 80. Eine Reihe von Stützpfosten 82 ist entlang jeder Seite des Fahrwegs in einem festgelegten Abstand A von der idealen Lastkraftwagenposition angeordnet (der Position der Laserabstandssensoranordnung 34 an dem geländegängigen Lastkraftwagen 10, wenn sich der geländegängige Lastkraftwagen 10 mittig unterhalb des jeweiligen Oberleitungsdrahts 78 befindet).
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Es sollte beachtet werden, dass die Stützpfosten 82 zum Stützen des Oberleitungsdrahts 78 verwendet werden können oder am Fahrwegrand einfach als Bezug während der automatischen Führung angeordnet werden können. In dieser Anordnung können, wenn die Laserbeleuchtung der Sensoren auf jeden der nächstliegenden Pfosten 82 gerichtet wird (oder ein einzelner Sensor eine Abtastung ausführt), die jeweiligen Winkel zu den Pfosten 82, die relativ zu einem Vektor gemessen werden, der senkrecht zu dem Fahrweg 80 ist, als a und b bezeichnet werden, deren Summe θ ist, wobei es sich um den erfassten Winkel zwischen Gegenständen handelt.
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In einer Ausführungsform sind die Stützpfosten 82 in einem festgelegten Abstand D voneinander entfernt angeordnet, was eine Triangulation erlaubt, sobald die erfassten Winkel und der festgelegte Abstand D bekannt sind. Es kann jedoch erwünscht sein, eine geringe Variation der Positionen der Stützpfosten untereinander in der Richtung des Fahrwegs zuzulassen. In einem solchen Fall kann die Position des geländegängigen Lastkraftwagens 10 durch Kenntnis der Winkel und Abstände bestimmt werden, die für zwei der Stützposten erfasst worden sind. In der gezeigten Ausführungsform ist der Abstand zu den erfassten Pfosten x für den vordersten Pfosten und y für den hintersten Pfosten.
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Wenn die Werte von x, y und θ bekannt sind, kann der Winkel α dargestellt werden als: α = Tan–1(((x/y) – cosθ)/sinθ).
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Da a nun bekannt ist, kann der Abstand D von der Sensoranordnung zu der imaginären Linie zwischen den Pfosten berechnet werden als: D = xCos(a).
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Es sollte beachtet werden, dass dem Fachmann die Triangulation bekannt ist und stattdessen jedwede andere Triangulationsberechnung oder -näherung verwendet werden kann.
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Unter erneuter Bezugnahme auf die 3 sammelt die Steuereinrichtung 32 bei dem Schritt 52 des Verfahrens 50 Lasersensordaten von den Laserabstandssensoranordnungen 34, wobei die gesammelten Daten die Winkel a und b und die Abstände x und y angeben. In einer Ausführungsform sind um den Umfang jedes Pfostens 82 bei einer Höhe, die im Allgemeinen der Höhe über Grund der Laserabstandssensoranordnungen 34 entspricht, Rückstrahler oder Würfel mit verspiegelten Ecken („mirrored corner cubes”) angeordnet. Dies verstärkt die Reflexionen von den Pfosten 82 und unterstützt folglich die Steuereinrichtung 32 bei der Unterscheidung einer geeigneten Entfernungsmessreflexion von ungeeigneten Reflexionen, wie z. B. Reflexionen von Bäumen, Felsen, beiseite gestellten Geräten, usw.
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Bei dem Schritt 54 bestimmt die Steuereinrichtung 32, ob der Winkel α Null Grad (0°) erreicht oder überschritten hat, d. h., ob der geländegängige Lastkraftwagen 10 den vordersten Pfosten passiert hat. Wenn festgestellt wird, dass der Winkel α Null Grad (0°) erreicht oder überschritten hat, dann richtet die Steuereinrichtung 32 die Laserabstandssensoranordnungen 34 bei dem Schritt 56 voraus, so dass der vorderste Pfosten der hintere Pfosten wird und der nächste nachfolgende Pfosten entlang des Fahrwegs 80 der nächste vorderste Pfosten wird. Das Verfahren 50 fährt dann zu dem Schritt 58 fort. Wenn bei dem Schritt 54 bestimmt wird, dass der Winkel α Null Grad (0°) nicht erreicht oder überschritten hat, dann fährt das Verfahren 50 direkt zu dem Schritt 58 fort.
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Bei dem Schritt 58 berechnet die Steuereinrichtung 32 den Abstand D, z. B. wie es vorstehend angegeben ist, und bestimmt, ob D gleich, größer oder kleiner als ein gewünschter Abstand von der Pfostenreihe zu dem Oberleitungsdraht 78 ist. Wenn D mit dem gewünschten Abstand identisch ist, dann fährt das Verfahren 50 zu dem Schritt 68 fort. Wenn D kleiner als der gewünschte Abstand ist, dann fährt das Verfahren 50 zu dem Schritt 62 fort und die Steuereinrichtung 32 gibt einen Befehl aus, von den Pfosten 82 wegzulenken. In einer Ausführungsform stellt ein solcher Befehl den Lenkwinkel der Maschine weg von den Pfosten D um ein Inkrement ein, das kleiner ist als der Gesamtbereich des verfügbaren Lenkens, so dass eine unerwartete Bewegung des geländegängigen Lastkraftwagens 10 in dem Fall vermieden wird, bei dem ein fehlerhafter Sensormesswert aufgenommen wird oder eine andere Fehlfunktion auftritt. Von dem Schritt 62 fährt das Verfahren 50 zu dem Schritt 68 fort.
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Wenn bestimmt wird, dass D weder gleich noch kleiner als der gewünschte Abstand ist, fährt das Verfahren 50 zu dem Schritt 64 fort, wo die Steuereinrichtung 32 bestimmt, ob D größer als der gewünschte Abstand ist. In einer Ausführungsform wird davon ausgegangen, dass D größer als der gewünschte Abstand ist, wenn D weder kleiner noch gleich dem gewünschten Abstand ist. In einer anderen Ausführungsform wird dann, wenn D weder kleiner noch gleich dem gewünschten Abstand ist, ein Fehler angezeigt, wenn bestimmt wird, dass D nicht größer als der gewünschte Abstand ist. Wenn D größer als der gewünschte Abstand ist, dann fährt das Verfahren 50 zu dem Schritt 66 fort und die Steuereinrichtung 32 gibt einen Befehl zum Lenken in die Richtung der Pfosten 82 aus. In einer Ausführungsform stellt ein solcher Befehl den Lenkwinkel der Maschine in die Richtung der Pfosten 82 um ein Inkrement ein, das kleiner ist als der Gesamtbereich des verfügbaren Lenkens, wie es vorstehend diskutiert worden ist. Von dem Schritt 66 fährt das Verfahren 50 zu dem Schritt 68 fort.
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Nach der Verifikation oder der Korrektur des Lenkens des geländegängigen Lastkraftwagens 10 zum Ausrichten der Maschine mit dem Oberleitungsdraht 78 fährt die Steuereinrichtung 32 damit fort, den Betrieb des Oberleitungsstromabnehmers in nachfolgenden Schritten zu steuern. Folglich bestimmt die Steuereinrichtung 32 bei dem Schritt 68, ob die gegenwärtige Position des geländegängigen Lastkraftwagens 10 diesen unter einem Abschnitt des Oberleitungsdrahts 78 platziert, wo die Verbindung mit dem Oberleitungsdraht 78 möglich ist, d. h., dass der Lastkraftwagen am Beginn oder am Ende des Drahts oder in einer nicht mit Energie versorgten Zone nicht von dem Oberleitungsdraht 78 entfernt ist. Die relativen Positionen des geländegängigen Lastkraftwagens 10 und der zugänglichen Abschnitte des Oberleitungsdrahts 78 können in einer Ausführungsform auf einem GPS-Positionsmesswert basieren, der im Zusammenhang mit einer positionskodierten Karte des Arbeitsbereichs aufgenommen worden ist.
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Wenn bestimmt wird, dass die gegenwärtige Position des geländegängigen Lastkraftwagens 10 diesen unter einem zugänglichen Abschnitt des Oberleitungsdrahts 78 platziert, stellt die Steuereinrichtung 32 bei dem Schritt 70 einen angehobenen Zustand des Oberleitungsstromabnehmers ein. In einer Ausführungsform umfasst ein angehobener Zustand das Anheben des Oberleitungsstromabnehmers, wenn dieser nicht angehoben ist, und das Halten des Oberleitungsstromabnehmers in einer angehobenen Position, wenn er bereits angehoben ist. Wenn stattdessen bestimmt wird, dass die gegenwärtige Position des geländegängigen Lastkraftwagens 10 diesen nicht unterhalb eines zugänglichen Abschnitts des Oberleitungsdrahts 78 platziert, stellt die Steuereinrichtung 32 in dem Schritt 72 einen abgesenkten Zustand des Oberleitungsstromabnehmers ein, der in einer Ausführungsform das Absenken des Oberleitungsstromabnehmers, wenn dieser angehoben ist, und das Halten des Oberleitungsstromabnehmers in einer abgesenkten Position umfasst, wenn dieser nicht angehoben ist. Von den Schritten 70 und 72 kehrt das Verfahren 50 zu dem Schritt 52 zurück, um weitere Positionsaktualisierungsdaten abzuwarten.
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In einer weiteren Ausführungsform hält die Steuereinrichtung 32 die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer voreingestellten Geschwindigkeit oder einer ortsabhängigen Geschwindigkeit entlang des Oberleitungsdrahts. Alternativ kann die Steuereinrichtung 32 nur das Lenken und die Position des Oberleitungsstromabnehmers steuern und kann es dem Bediener überlassen, eine Maschinengeschwindigkeit auszuwählen.
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In einer zu der in der 3 gezeigten alternativen Ausführungsform können die Positionsdaten, die zur Identifizierung der Position des geländegängigen Lastkraftwagens verwendet werden, anstelle von Daten auf Sensorbasis Daten auf GPS-Basis sein. Während diese Ausführungsform den Bedarf für Positionssensoren, die auf Gegenstände am Fahrwegrand gerichtet sind, ausschließt, kann sie unter Umständen, bei denen einer oder mehrere der drei erforderlichen GPS-Satelliten abgeschirmt oder funktionsunfähig ist, weniger zuverlässig sein.
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In einer anderen alternativen Ausführungsform kann der Oberleitungsdraht durch den Einsatz einer Maschinenerfassung in dem geländegängigen Lastkraftwagen 10 selbst als Positionsindikator dienen. Insbesondere werden in dieser Ausführungsform anstelle der Erfassung von Strukturen am Fahrwegrand und der Bestimmung der Position auf der Basis von Sensordaten die physischen Leiter, welche die Oberleitungsdrähte bilden, durch eine Maschinenerfassung unter Verwendung von Kantenerfassungs- oder Linienerfassungsroutinen identifiziert. In einer weiteren Ausführungsform werden beide Paare von Leitern, die beiden Fahrrichtungen entsprechen, identifiziert, und die Maschinenerfassungsverarbeitung wählt dann das am meisten links befindliche Paar zur Zielerfassung aus (oder das am meisten rechts befindliche Paar, wenn auf der gegenüber liegenden Seite des Fahrwegs gefahren wird). In dieser Ausführungsform können die Positionen zum Anheben und Absenken des Oberleitungsstromabnehmers auch durch eine Maschinenerfassung identifiziert werden oder sie können weiter in der gleichen Weise wie in anderen Ausführungsformen identifiziert werden.
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Bezüglich der 2 wurde diskutiert, dass die Benutzerschnittstellengruppe 48 des Maschinensteuerungssystemaufbaus 30 eine Auswahleinrichtung umfassen kann, die es dem Benutzer ermöglicht, eine automatische Maschinenführung entlang des Oberleitungsdrahts zu aktivieren oder zu deaktivieren. Darüber hinaus werden in einer Ausführungsform zum Deaktivieren der automatischen Steuerung auch andere Bedingungen verwendet. Solche anderen Bedingungen können einen Alarm von einem Zusammenstoßvermeidungssystem, eine Drahtabschnittende-Bedingung, usw., umfassen.
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Das Flussdiagramm von 5 veranschaulicht ein beispielhaftes, von einer Steuereinrichtung gesteuertes Verfahren 90 zum Beenden der automatischen Steuerung des geländegängigen Lastkraftwagens 10 gemäß einer Ausführungsform. Es sollte beachtet werden, dass das Verfahren 90 parallel zu dem Maschinenführungsverfahren 50 durchgeführt werden kann und dass das Beenden der automatischen Führung gemäß dem Verfahren 90 in einer Ausführungsform auch zum Beenden des Verfahrens 50 dient. Mit dem Verfahren 90 kann begonnen werden, wenn die automatische Steuerung beginnt, z. B. mittels einer Aktivierung durch den Bediener.
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Bei dem Schritt 92 des Verfahrens 90 bestimmt die Steuereinrichtung 32, ob der Maschinenbediener einen Deaktivierungsschalter betätigt hat, und wenn der Bediener den Deaktivierungsschalter betätigt hat, beendet die Steuereinrichtung 22 die automatische Steuerung bei dem Schritt 94. Ansonsten fährt das Verfahren 90 zu dem Schritt 96 fort, wobei die Steuereinrichtung bestimmt, ob sich der Maschinenbediener über einen automatischen Steuerbefehl hinweggesetzt hat. Wenn sich der Maschinenbediener über einen automatischen Steuerbefehl hinweggesetzt hat, beendet die Steuereinrichtung 32 die automatische Steuerung bei dem Schritt 94 und fahrt ansonsten zu dem Schritt 98 fort.
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Bei dem Schritt 98 bestimmt die Steuereinrichtung 32, ob sich der Maschinenbediener über einen automatischen Befehl zum Anheben oder Absenken des Oberleitungsstromabnehmers hinweggesetzt hat. Wenn bestimmt wird, dass sich der Bediener über einen automatischen Befehl zum Anheben oder Absenken des Oberleitungsstromabnehmers hinweggesetzt hat, beendet die Steuereinrichtung 32 die automatische Steuerung des Oberleitungsstromabnehmers bei dem Schritt 100 und kehrt zu dem Schritt 92 zurück. Wenn bestimmt wird, dass sich der Bediener nicht über einen automatischen Befehl zum Anheben oder Absenken des Oberleitungsstromabnehmers hinweggesetzt hat, fährt das Verfahren zu dem Schritt 102 fort, bei dem die Steuereinrichtung 32 bestimmt, ob ein(e) Kollisionsvermeidungswarnung oder -alarm ausgelöst worden ist. Beispielsweise kann ein vorwärtsgerichtetes IR-System oder ein anderes Sensorsystem auf der Basis der Maschinenrichtung und -geschwindigkeit erfassen, dass eine Kollision mit einem anderen Gegenstand auf dem Fahrweg unmittelbar bevorsteht. Wenn eine Kollisionsvermeidungswarnung oder ein Alarm ausgelöst worden ist, beendet die Steuereinrichtung 32 bei dem Schritt 104 die automatische Maschinensteuerung und betätigt die Maschinenbremsen und ansonsten fährt das Verfahren 90 zu dem Schritt 106 fort.
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In einer Ausführungsform kann in den Maschinensteuerungssystemaufbau 30 ein optionaler „Totmann”-Schalter einbezogen werden. Ein solcher Schalter erfordert einen konstanten Druck durch den Bediener, um eine Aktivierung einer Totmannprozedur zu verhindern. In dieser Ausführungsform wird bei dem Schritt 106 bestimmt, ob die Totmannprozedur aktiviert worden ist, und wenn die Totmannprozedur aktiviert worden ist, beendet die Steuereinrichtung 32 bei dem Schritt 104 die automatische Maschinensteuerung und betätigt die Maschinenbremsen. Es sollte beachtet werden, dass Bedingungen für ein Beenden der automatischen Maschinensteuerung, die von den vorstehend angegebenen Bedingungen verschieden sind, zusätzlich oder alternativ in das Verfahren 90 einbezogen werden können.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung ein System und ein Verfahren zum automatischen Führen eines geländegängigen Lastkraftwagens entlang eines Oberleitungsdrahts durch Erfassen von zwei oder mehr Gegenständen am Fahrwegrand, wie z. B. Stützpfosten, die dem Oberleitungsdraht zugeordnet sind und die in einem feststehenden Abstand von dem Oberleitungsdraht angeordnet sind, und Verwenden der bestimmten Position des geländegängigen Lastkraftwagens bezogen auf den Oberleitungsdraht zum automatischen Lenken des geländegängigen Lastkraftwagens.
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In einer Ausführungsform werden die Sensoren zum Erfassen von Stützpfosten am Fahrwegrand verwendet. Die Sensoren können Lasersensoren sein, die zur Triangulation der Position des geländegängigen Lastkraftwagens relativ zu den Stützpfosten am Fahrwegrand und somit zur Bestimmung der Position des Lastkraftwagens relativ zu dem Oberleitungsdraht verwendet werden. Ein einzelner Sensor kann verwendet werden, so dass er eine Mehrzahl von Pfosten beleuchtend abtastet, oder alternativ kann eine Mehrzahl von verschiedenen Sensoren verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Pfosten am Fahrwegrand ein reflektierendes Element, wie z. B. einen Eckenwürfel oder einen Rückstrahler, der an jedem Pfosten im Wesentlichen in der gleichen Höhe oberhalb des Fahrwegs angeordnet ist, wobei die Höhe etwa die Höhe der Lastkraftwagensensoren ist. Auf diese Weise können irrelevante Sensorsignale von anderen Gegenständen am Fahrwegrand, wie z. B. Schutt, beiseite gestellte Maschinen, usw., minimiert werden.
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Unter Verwendung des beschriebenen Systems und Verfahrens kann sich der Bediener des geländegängigen Lastkraftwagens während Zeiträumen der automatischen Führung entspannen oder auf andere Ziele konzentrieren, was die Ermüdung des Bedieners wesentlich vermindert und die Effizienz des Gebrauchs des Oberleitungsdrahts wesentlich verbessert. In manchen Fallen kann die Verwendung einer automatischen Führung auch den Lastkraftwagen und die Oberleitungsdrahteinrichtung vor einer Beschädigung schützen.
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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung einen effektiven und effizienten Mechanismus zum Führen eines Lastkraftwagens zum Aufrechterhalten eines Kontakts zwischen einem Oberleitungsstromabnehmer und einem Oberleitungsdraht bereitstellt, wenn der Oberleitungsdraht zur Verfügung steht. Während nur bestimmte Ausführungsformen dargestellt worden sind, sind für den Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung Alternativen und Modifizierungen ersichtlich. Diese und andere Alternativen werden als Äquivalente betrachtet und sollen innerhalb des Wesens und Bereichs dieser Offenbarung und der beigefügten Patentansprüche liegen.
