AT525671B1 - System zur Kollisionsvermeidung zwischen einer Ladeeinrichtung und einem Lastfahrzeug - Google Patents

Abstract

Es wird ein System zur Kollisionsvermeidung zwischen einer Ladeeinrichtung (1) mit einem Laderarm (2), und einem Lastfahrzeug (3) umfassend eine der Ladeeinrichtung (1) zugeordnete Positionserkennung für den Laderarm (2), eine der Ladeeinrichtung (1) zugeordnete Hinderniserkennung (4) zum Ermitteln von Hindernissen im Umfeld des Laderarms (3) und eine Steuerung (5) zum Ansteuern von Laderfunktionen in Abhängigkeit eines Abstandes (a) zwischen dem Laderarm (2) und eines von der Hinderniserkennung (4) erkannten Hindernisses beschrieben. Um die Kollisionssicherheit zu erhöhen wird vorgeschlagen, dass die Hinderniserkennung (4) die Lage des Lastfahrzeugs (3) im Raum bestimmt, dass ein virtueller, einen Führerstand (8) einfassender Sicherheitsbereich (9) erkannt und/oder errechnet wird und dass die Steuerung (5) den Laderarm (2) derart ansteuert, dass eine Kollision des Laderarmes (2) mit dem virtuellen Sicherheitsbereich (9) und gegebenenfalls mit der Mulde (6) vermieden wird.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Kollisionsvermeidung zwischen einer Ladeeinrichtung, insbesondere einem Laderarm, und einem Lastfahrzeug umfassend eine einem Lader zugeordnete Positionserkennung für einen Laderarm, eine dem Lader zugeordnete Hinderniserkennung zum Ermitteln von Hindernissen im Umfeld des Laderarms und eine Steuerung zum Ansteuern von Laderfunktionen in Abhängigkeit eines Abstandes zwischen Laderarm und eines von der Hinderniserkennung erkannten Hindernisses.

[0002] Lastfahrzeuge sind im vorliegenden Sinne Fahrzeuge zum Transport von Lasten mit Führerstand und Ladefläche, wie beispielsweise auch Dumper, die einen Spezialfall von Lastfahrzeugen darstellen. Dumper werden genutzt um Material auf einer Baustelle über kurze Distanzen zu transportieren. Beim Beladen der Dumper mit einem Lader, insbesondere einem Bagger, einem Radlader od. dgl., ergibt sich üblicherweise ein typischer Bewegungsablauf. Der Bagger nimmt mit seiner Schaufel das zu ladende Material auf und schwenkt dann in Richtung des wartenden Dumpers. Bei dieser Schwenkbewegung kommt es immer wieder zu Unfällen, weil die Baggerschaufel in die Kabine bzw. den Führerstand des Dumpers schwenkt. Fahrer müssen deshalb den Dumper beim Beladen immer verlassen.

[0003] Die DE 102016224076 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Laderarms mittels eines an einem Bagger angeordneten LIDAR-Systems, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Aussenden einer Mehrzahl von Laserstrahlen, um eine Mehrzahl von Messpunkten am Laderarm anzustrahlen, Empfangen von von den Messpunkten reflektierten Laserstrahlen und Ermitteln einer Position des Laderarms relativ zu zumindest einem dem Bagger zugeordneten Bezugspunkt unter Verwendung der reflektierten Laserstrahlen. Dazu ist es bekannt mittels der Vorrichtung in Verbindung mit einer entsprechenden Objekt- und Bildverarbeitung zusätzlich Personen oder Gegenstände im Umfeld des Baggers zu erkennen und eindeutig vom detailliert bekannten Laderarm zu unterschieden. Damit können Kollisionen mit der Umgebung, etwa mit Gebäuden, anderen Fahrzeugen, Personen oder Hochspannungsleitungen vermieden werden, wozu die Kenntnis der Stellung und Position des gesamten Laderarms im Raum, insbesondere hervorstehender Bauteile, von Wichtigkeit ist. Im Bewegungsbereich des Laderarms, beispielsweise zwischen einem Auf- und einem Abtragsbereich, können sich beim Bewegungsvorgang Hindernisse befinden, die vom LIDAR-System der Vorrichtung erkannt und durch eine entsprechende Steuerung der Teilsegmente des Laderarms oder optional durch Bewegen des gesamten Baggers umgangen werden. Lässt sich ein Hindernis nicht umgehen, so stoppt das System von selbst.

[0004] Aus der DE102017215379 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Kollisionsgefahr zwischen einem Nutzfahrzeug und einer mobilen Arbeitsmaschine bei einem Beladen und/oder Entladen einer Transportfläche des Nutzfahrzeugs mit folgenden Schritten bekannt. Erfassen eines Abstands zwischen dem Nutzfahrzeug und der mobilen Arbeitsmaschine bei einem Beladen und/oder Entladen der Transportfläche des Nutzfahrzeugs mittels einer Ladeeinheit der mobilen Arbeitsmaschine und Ermitteln der Kollisionsgefahr in Abhängigkeit des erfassten Abstands. Mittels eines Steuersignals können in der Folge die Ladeeinheit der mobilen Arbeitsmaschine und/oder eine Warnvorrichtung und/oder einer Antriebsvorrichtung und/oder ein Bremssystem des Nutzfahrzeugs und/oder der mobilen Arbeitsmaschine in Abhängigkeit von der ermittelten Kollisionsgefahr angesteuert werden.

[0005] Nachteilig ist bei diesem Stand der Technik insbesondere, dass der Bediener des zu beladenden Fahrzeugs oft auf- und absteigen muss, was Zeit kostet und unbequem ist. Häufig steigen die Bediener allerdings auch nicht ab, so dass eine Verletzungsgefahr besteht, insbesondere bei Dumpern, die ohne Führerhaus, also offen ausgeführt sind. Ein derartiger Führerstand kann von den bekannten Kollisionssystemen somit auch nicht gesichert erkannt werden.

[0006] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs geschilderten Art zu schaffen, mit dem Verletzungen von am Führerstand eines Lastfahrzeugs im Zuge eines Ladevorganges verweilenden Personen sicher vermieden werden können.

[0007] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Hinderniserkennung die Lage des Lastfahrzeugs im Raum bestimmt, dass ein virtueller, einen Führerstand einfassender Sicherheitsbereich erkannt und/oder errechnet wird und dass die Steuerung den Laderarm derart ansteuert, dass eine Kollision des Laderarms mit dem virtuellen Sicherheitsbereich und gegebenenfalls mit der Mulde vermieden wird.

[0008] Die Ladeeinrichtung wird erfindungsgemäß derart gesteuert, dass eine Kollision mit dem zu beladenden Lastfahrzeugs und insbesondere ein Eindringen des Laderarms in den einen Führerstand einfassenden Sicherheitsbereich vermieden wird.

Bestenfalls sollte gar keine Kollision zwischen den Fahrzeugen erfolgen können, insbesondere also auch eine Kollision mit der Mulde vermieden werden. Das Hauptziel ist jedoch, die Kollision mit dem Führerstand bzw. der Kabine zu vermeiden. Insbesondere sollte der Hubarm der Lademaschine nicht zu nahe an die Kabine schwenken können. Dazu wird ein virtueller, den Führerstand und gegebenenfalls eine Kabine einfassender Sicherheitsbereich erkannt und/oder errechnet und wird der Laderarm über die Steuerung derart ansteuert, dass eine Kollision des Laderarms mit dem virtuellen Sicherheitsbereich und gegebenenfalls mit der Mulde vermieden wird. Ein Laderführer wird dabei die Ladeeinrichtung in üblicher Weise bedienen. Die Steuerung unterbindet aber ein Eindringen des Ladearmes in den Sicherheitsbereich.

[0009] Dazu kann die Hinderniserkennung die Lage einer Mulde des Laders im Raum bestimmen und an die Mulde anschießend einen virtuellen, den Führerstand bzw. die Kabine einfassenden Sicherheitsbereich erkennen und/oder errechnen.

[0010] Um die Lage des Lastfahrzeugs und ggf. der Mulde im Raum vorteilhaft erkennen zu können wird vorgeschlagen, dass die Hinderniserkennung dem Lader zugeordnete aktive und/oder passive Sensoren umfassen kann, wobei insbesondere wenigstens ein aktiver Sensor gegen das Umfeld des Laderarms gerichtet ist, welcher Sensor eine Annäherung des Laderarms an den virtuellen Sicherheitsbereich erkennt. Das Ladefahrzeug besitzt Sensoren, die einerseits die Position des Laderarms überwachen und andererseits die Position des Lastfahrzeugs erkennen. Die Möglichkeiten der Überwachung der Position des Laderarms sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dazu können in einer Variante z.B. Winkelsensoren genutzt werden, die die Stellung der einzelnen Elemente des Laderarms messen, so dass sich die Position des Anbauwerkzeugs errechnen lässt. Bei manchen Baggern, speziell bei Minibaggern, lässt sich der Laderarm zusätzlich noch gegenüber dem Oberwagen seitlich verschwenken. In diesem Fall kann ebenfalls die jeweilige Position berücksichtigt werden. Auch die Abmessungen des jeweiligen Anbauwerkzeugs können in der Elektronik des Baggers gespeichert bzw. eingegeben werden, so dass z.B. die tatsächliche Position einer Schaufelkante bzw. allgemein des Werkzeugs bekannt ist. Vorzugsweise kann die Ladeeinrichtung mit einer Werkzeugerkennung ausgestattet sein und kann die Positionserkennung für den Laderarm mittels Geometriedaten des erkannten Werkzeuges die Position des Werkzeuges im Raum bestimmen. In einer anderen Alternative kann auch eine Kamera bzw. Sensorik vorgesehen sein, welche die die Position des Laderarms und ggf. des Anbauwerkzeugs erkennt.

[0011] Der wenigstens eine gegen das Umfeld des Laderarms gerichtete aktive Sensor kann einen 3D-LIDAR-Sensor, wenigstens zwei 2D-LIDAR-Sensoren und/oder wenigstens einen Radarsensor umfassen. Zur Positionsermittlung des Lastfahrzeugs können übliche Sensoren verwendet werden. Als Sensoren sind generell alle Sensoren geeignet, wie sie auch im Automobilbereich zum autonomen Fahren genutzt werden können. Der/Die Sensoren sind auf dem Bagger angeordnet, insbesondere auf dem Oberwagen. Beispielsweise kann die Kabine zur Montage der Sensoren genutzt werden. Es wäre aber auch möglich die Sensoren direkt am Laderarm zu positionieren.

[0012] Da die größte Gefahr beim Verschwenken des Laderarms besteht, ist die bevorzugte Bauweise, jeweils einen Sensor am Laderarm in der Nähe der Baggerschaufel zu positionieren. Die Sensoren sind zu beiden Seiten des Laderarms derart ausgerichtet, so dass beim Verschwenken des Laderarms eine Annäherung an das zu beladende Fahrzeug erkannt werden kann.

[0013] Wenn die Steuerung eine Annäherung erkennt, kann eine zuvor gewählte Maßnahme getroffen werden. Beispielsweise eine Warnung an den Fahrer, eine Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit bzw. ein Abbremsen der Bewegung bis zum Stillstand. Hierzu können von der Steuerung die jeweiligen Aktionen angesteuert werden. So kann eine Deaktivierung des Drehwerks bzw. der Hydraulik erfolgen, so dass durch den hydraulischen Widerstand im Hydrauliksystem bei geschlossenen Ventilen eine Bremswirkung eintritt. Es können auch diverse Bremsen, wie insbesondere eine Drehwerksbremse 0.ä. aktiviert werden.

[0014] Es könnte von der Steuerung zwischen der Mulde und Sicherheitsbereich unterschieden werden. Hierzu könnte z.B. mit Hilfe einer Bilderkennungssoftware der Lastfahrzeug und dessen Ausrichtung erkannt werden. So könnte es beispielsweise zulässig sein, der Mulde sehr nahe zu kommen oder diese sogar zu berühren, da hier die Gefahr für den Lastfahrzeugfahrer relativ gering ist.

Andererseits könnte die Kabine oder der Führerstand mit einem größeren Sicherheitsabstand versehen sein, so dass der Laderarm in einem deutlichen Abstand davon gehalten wird.

[0015] Es kann die Möglichkeit vorgesehen sein das erfindungsgemäße Sicherheits - System auch vom Bediener der Ladeeinrichtung übersteuert werden kann, wenn beispielsweise die Ladung gleichmäßig in der Mulde verteilt werden muss und der Arm hierzu sehr nahe an den Sicherheitsbereich des Lastfahrzeugs bewegt werden muss. In deaktiviertem bzw. übersteuertem Zustand ist die erlaubte Bewegungsgeschwindigkeit der Maschine vorzugsweise eingeschränkt.

[0016] Das bisher beschriebene System bezieht sich nur auf die Ladeeinrichtung. Um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, wäre denkbar am Lastfahrzeug zusätzliche Elemente anzuordnen. Zusätzlich kann die Hinderniserkennung dem Lastfahrzeug zugeordnete aktive und/oder passive Sensoren umfassen. Dabei kann in analoger Weise wenigstens ein aktiver Sensor gegen das Umfeld des Lastfahrzeugs gerichtet sein. Die entsprechenden Sensoren wurden oben bereits beschrieben.

[0017] Der wenigstens eine, aktive Sensor kann den virtuellen Sicherheitsbereich um den Führerstand aufspannen, der von wenigstens einem dem Bagger zugeordneten aktiven und/oder passiven Sensor bei einer Annäherung des Laderarms an den Sicherheitsbereich erkannt wird.

[0018] Beispielsweise könnten an der Kabine des Lastfahrzeugs bzw. im Nahbereich/Umfeld des Führerstandes Sensoren bzw. Sender angebracht werden, die eine verbesserte Erkennung bzw. Ortung der Kabine ermöglichen. Die Sensoren am Bagger können dazu eingerichtet sein, diese Signale zur verbesserten Steuerung zu nutzen.

[0019] Beispielsweise könnten aktive Sender genutzt werden, anhand deren Signale die Steuerung des Baggers den genauen Abstand errechnen kann. Es können aber auch passive Elemente genutzt werden (wie z.B. Reflektoren) mit denen entsprechende Sensoren am Bagger ebenfalls eine verbesserte Messung vornehmen können.

[0020] In einer Variante kann mit einem einfachen Nahfeldsensor oder ähnlichem eine Art Blase um die Kabine aufgespannt werden, die ein intelligenter Bagger mit Sensorik wie beschrieben erkennt. So dass man Kabinen aber auch besonders gefährdete Bereiche an Baustellen mit diesem System einfach schützen kann in dem man einen solchen Sensor an der zu schützenden Position anbringt. Der „intelligente“ Bagger kann das dann automatisch erkennen.

[0021] Die Erfindung umfasst zudem mit einem erfindungsgemäßen System ausgestattete Lader und Lastfahrzeug.

[0022] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

[0023] Fig. 1 ein erfindungsgemäßes System mit Ladeeinrichtung und Lastfahrzeug in Seitenansicht und

[0024] Fig. 2 ein alternatives System mit Ladeeinrichtung und Lastfahrzeug in Seitenansicht. [0025] Ein erfindungsgemäßes System zur Kollisionsvermeidung zwischen einer Ladeeinrichtung 1, insbesondere einem Laderarm 2 mit zugehörigem Werkzeug, und einem Lastfahrzeug 3

umfasst eine der Ladeeinrichtung 1 zugeordnete Positionserkennung für den Laderarm 2, eine der Ladeeinrichtung 1 zugeordnete Hinderniserkennung 4 zum Ermitteln von Hindernissen im Umfeld des Laderarms 2 und eine Steuerung 5 zum Ansteuern von Laderfunktionen in Abhängigkeit eines Abstandes a zwischen dem Laderarm 2 und eines von der Hinderniserkennung 4 erkannten Hindernisses, hier einer Mulde 6 des Lastfahrzeugs 3.

[0026] Zwecks Verhinderung eines Eindringens des Ladearmes, insbesondere eines diesem zugeordneten Ladewerkzeuges 7, in den Führerstandsbereich des Lastfahrzeugs 3, bestimmt die Hinderniserkennung 4 die Lage des Lastfahrzeugs 3 im Raum, wird ein virtueller, einen Führerstand 8 einfassender Sicherheitsbereich 9 erkannt und/oder errechnet und steuert die Steuerung 5 den Laderarm 2 derart an, dass eine Kollision des Laderarms 4 mit dem virtuellen Sicherheitsbereich 9 und gegebenenfalls mit der Mulde 6 vermieden wird.

[0027] Die Hinderniserkennung 4 bestimmt vorzugsweise die Lage der Mulde 6 des Laders im Raum, wobei an die Mulde 6 anschießend ein virtueller, den Führerstand 8 einfassender Sicherheitsbereich 9 erkannt und/oder errechnet wird.

[0028] Die Hinderniserkennung kann der Ladeeinrichtung 1 zugeordnete aktive und/oder passive Sensoren 10 umfassen, wobei wenigstens ein aktiver Sensor 10 gegen das Umfeld des Laderarms 2 gerichtet ist, welcher Sensor 10 mit der Hinderniserkennung 4 eine Annäherung des Laderarms 2 an den virtuellen Sicherheitsbereich 9 erkennt.

[0029] Der wenigstens eine gegen das Umfeld des Laderarms 2 gerichtete aktive Sensor 10, 11 umfasst ggf. einen 3D-LIDAR-Sensor, wenigstens zwei 2D-LIDAR-Sensoren und/oder wenigstens einen Radarsensor. Der aktive Sensor 10, 11 kann auch zur Erkennung von Bluetooth-Signalen oder mit einer 3-D-Kamera ausgestattet sein.

[0030] Insbesondere kann die Ladeeinrichtung 1 mit einer Werkzeugerkennung ausgestattet sein und kann die Positionserkennung für den Laderarm 2 mittels der Geometriedaten des erkannten Werkzeuges die Position des Werkzeuges im Raum bestimmen.

[0031] Die Hinderniserkennung 4 umfasst zudem dem Lastfahrzeug 3 zugeordnete aktive und/oder passive Sensoren 11. Vorzugsweise ist wenigstens ein aktiver Sensor 11 gegen das Umfeld des Lastfahrzeugs 3 gerichtet. Der wenigstens eine gegen das Umfeld des Lastfahrzeugs 3 gerichtete aktive Sensor 20 umfasst ggf. wiederum einen 3D-LIDAR-Sensor, wenigstens zwei 2DLIDAR-Sensoren und/oder wenigstens einen Radarsensor.

[0032] Der wenigstens eine, aktive Sensor 11 spannt insbesondere den virtuellen Sicherheitsbereich 9 um den Führerstand 8 auf, der von wenigstens einem der Ladeeinrichtung 1 zugeordneten aktiven und/oder passive Sensor 11 bei einer Annäherung des Laderarms 2 an den Sicherheitsbereich 9 erkannt wird.

Claims (10)

Patentansprüche

1. System zur Kollisionsvermeidung zwischen einer Ladeeinrichtung (1) mit einem Laderarm (2), und einem Lastfahrzeug (3) umfassend eine der Ladeeinrichtung (1) zugeordnete Positionserkennung für den Laderarm (2), eine der Ladeeinrichtung (1) zugeordnete Hinderniserkennung (4) zum Ermitteln von Hindernissen im Umfeld des Laderarms (3) und eine Steuerung (5) zum Ansteuern von Laderfunktionen in Abhängigkeit eines Abstandes (a) zwischen dem Laderarm (2) und eines von der Hinderniserkennung (4) erkannten Hindernisses, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniserkennung (4) die Lage des Lastfahrzeugs (3) im Raum bestimmt, dass ein virtueller, einen Führerstand (8) einfassender Sicherheitsbereich (9) erkannt und/oder errechnet wird und dass die Steuerung (5) den Laderarm (2) derart ansteuert, dass eine Kollision des Laderarmes (2) mit dem virtuellen Sicherheitsbereich (9) und gegebenenfalls mit der Mulde (6) vermieden wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniserkennung die Lage der Mulde (6) des Laders im Raum bestimmt und dass an die Mulde (6) anschießend ein virtueller, einen Führerstand (8) einfassender Sicherheitsbereich (9) erkannt und/oder errechnet wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniserkennung (4) der Ladeeinrichtung (1) zugeordnete aktive und/oder passive Sensoren (10) umfasst, wobei wenigstens ein aktiver Sensor (10) gegen das Umfeld des Laderarms (2) gerichtet ist, welcher Sensor (10) eine Annäherung des Laderarms (2) an den virtuellen Sicherheitsbereich (9) erkennt.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine gegen das Umfeld des Laderarms (2) gerichtete aktive Sensor (10) einen 3D-LIDAR-Sensor, wenigstens zwei 2D-LIDAR-Sensoren und/oder wenigstens einen Radarsensor umfasst.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinrichtung (1) mit einer Werkzeugerkennung ausgestattet ist und dass die Positionserkennung für den Laderarm (2) mittels Geometriedaten des erkannten Werkzeuges die Position des Werkzeuges im Raum bestimmt.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinderniserkennung (4) dem Lastfahrzeug (3) zugeordnete aktive und/oder passive Sensoren (11) umfasst.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein aktiver Sensor (11) gegen das Umfeld des Lastfahrzeugs (3) gerichtet ist.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine, aktive Sensor (11) den virtuellen Sicherheitsbereich (9) um den Führerstand (8) aufspannt, der von wenigstens einem der Ladeeinrichtung (1) zugeordneten aktiven und/oder passiven Sensor bei einer Annäherung des Laderarms (2) an den Sicherheitsbereich (9) erkannt wird.

9. Ladeeinrichtung (1) mit einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 5.

10. Lastfahrzeug (3) mit einem System nach einem der Ansprüche 6 bis 8.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen