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Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren für den Betrieb eines autonomen deichsellosen Anhängers.
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Anhänger sind üblicherweise Fahrzeuge, die über eine Ladefläche, jedoch über keinen eigenen Antrieb verfügen und somit von Zugfahrzeugen gezogen werden. Für die Übertragung der Zugkräfte vom Zugfahrzeug auf den Anhänger ist der Anhänger üblicherweise über eine Deichsel mit dem Zugfahrzeug verbunden. Des Weiteren kann eine Anhängerkupplung der Verbindung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger dienen.
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Sollen größere Lasten mit einem Anhänger transportiert werden, braucht ein Fahrer des Zugfahrzeugs in einigen Ländern einen speziellen Führerschein. Das Ziehen eines Anhängers mit einem Zugfahrzeug, gerade wenn die Zuglast sehr hoch ist, verändert das Fahrverhalten des Zugfahrzeugs erheblich. In einigen Ländern ist daher bei Fahrten mit einem Anhänger ein bestimmtes Tempolimit einzuhalten, was den Transport von Gütern verlangsamt.
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Daher wird die Nutzung eines Anhängers an einem Zugfahrzeug trotz der dadurch ermöglichten höheren Zuglast von vielen Menschen als unangenehm empfunden.
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Die
DE 102 24 939 A1 beschreibt einen Triebachs-Anhänger als ein autonomes Transportfahrzeuge für den Abtransport von Erntegut. Der unbemannte Triebachs-Anhänger kann über CBS-Funk von einem bemannten Leitfahrzeug aufgefordert werden, ihm zu folgen. Der Triebachs-Anhänger ortet das rufende Leitfahrzeug, nähert sich und folgt ihm mit einer „elektronischen Deichsel“ autonom.
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Die
WO 2017/079803 A1 beschreibt ein System für eine autonome Straßenwartungsbeschilderung. Das System verwendet ein autonomes unbemanntes Fahrzeug, das so konfiguriert ist, dass es einer Straßenwartungsmaschine basierend auf Lokalisierungsdaten der Straßenwartungsmaschine und des unbemannten Fahrzeugs in einem vorbestimmten Abstand folgt, um Autofahrer vor der Straßenwartungsmaschine zu warnen.
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Die
DE 10 2016 011 325 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln eines dynamischen Fahrzeug-Abstandes zwischen einem Folgefahrzeug und einem Vorderfahrzeug eines Platoons. Das Verfahren beruht auf einem V2V-Signal, das zwischen dem Folgefahrzeug und dem Vorderfahrzeug drahtlos übermittelt werden kann. Als ein Redundanzsystem kann dabei zusätzlich eine Bremslichterkennung vorgesehen sein, um zu erkennen, wie hoch eine Änderung einer Relativgeschwindigkeit zwischen dem Folgefahrzeug und dem Vorderfahrzeug ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System sowie ein Verfahren für den Betrieb eines autonomen deichsellosen Anhängers anzugeben, mit welchem zumindest teilweise die Nachteile des Stands der Technik beseitigt werden können.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein System für den Betrieb eines autonomen deichsellosen Anhängers. Das System weist einen autonomen deichsellosen Anhänger auf. Der Anhänger weist einen Antriebsmotor zum Antreiben des Anhängers, eine Lenkungseinheit zum Lenken des Anhängers, eine Bremseinheit zum Bremsen des Anhängers und ein Sensorsystem auf. Das Sensorsystem ist dazu ausgebildet, einen Abstand zwischen dem Anhänger und einem dem Anhänger vorausfahrenden Zugfahrzeug zu erfassen. Des Weiteren weist das System eine mit dem Antriebsmotor, der Lenkungseinheit, der Bremseinheit und dem Sensorsystem gekoppelte Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, den vom Sensorsystem erfassten Abstand zu empfangen und in Abhängigkeit von dem erfassten Abstand den Antriebsmotor, die Lenkungseinheit und/oder die Bremseinheit so zu steuern, dass der Anhänger dem Zugfahrzeug mit einem bestimmten Sollabstand autonom folgt.
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Dabei ist das Sensorsystem weiter dazu ausgebildet, Fahrtrichtungsanzeigersignale des Zugfahrzeugs zu erfassen. Die Steuereinheit ist weiter dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von den erfassten Fahrtrichtungsanzeigersignalen den Antriebsmotor, die Lenkungseinheit und/oder die Bremseinheit so zu steuern, dass der Anhänger dem Zugfahrzeug mit einem bestimmten Sollabstand autonom folgt.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb eines autonomen deichsellosen Anhängers. Das Verfahren umfasst das Erfassen eines Abstands zwischen einem autonomen deichsellosen Anhänger und einem dem Anhänger vorausfahrenden Zugfahrzeug. Der Anhänger weist einen Antriebsmotor zum Antreiben des Anhängers, eine Lenkungseinheit zum Lenken des Anhängers, eine Bremseinheit zum Bremsen des Anhängers und ein Sensorsystem zum Erfassen des Abstands auf. Das Verfahren umfasst ferner das Erfassen von Fahrtrichtungsanzeigersignalen des Zugfahrzeugs mittels des Sensorsystems. Weiterhin umfasst das Verfahren das Steuern des Antriebsmotors, der Lenkungseinheit und/oder der Bremseinheit in Abhängigkeit von dem erfassten Abstand und von den erfassten Fahrtrichtungsanzeigersignalen, so dass der Anhänger dem Zugfahrzeug mit einem bestimmten Sollabstand autonom folgt.
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Im Rahmen des vorliegenden Dokuments ist unter einem autonomen deichsellosen Anhänger ein Anhänger zu verstehen, der sich autonom (d.h. also fahrerlos) fortbewegt. Die Längs-und Querführung des Anhängers ist automatisiert. Mit anderen Worten gibt es keinen Fahrer, der den Anhänger steuert. Des Weiteren bewegt sich der Anhänger ohne eine mechanische Verbindung, wie beispielsweise eine Deichsel, zu einem ihm vorausfahrenden Zugfahrzeug fort.
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Der autonome deichsellose Anhänger weist mindestens zwei, vorzugsweise vier, Räder auf, welche durch den Antriebsmotor angetrieben werden.
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Vorteilhafterweise ist der Antriebsmotor des Anhängers ein Elektromotor.
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Unter einem Zugfahrzeug im Sinne des vorliegenden Dokuments ist ein Fahrzeug gemeint, welchem ein Anhänger folgt. Das Zugfahrzeug muss zum Ziehen des Anhängers keine speziellen Vorrichtungen, wie beispielsweise eine Anhängerkupplung oder eine Deichsel, aufweisen. Wie oben beschrieben, besteht zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger keine mechanische Verbindung. Auch wenn dadurch von dem Zugfahrzeug keine Zugkräfte auf den Anhänger übertragen werden, soll im vorliegenden Dokument der Begriff Zugfahrzeug verwendet werden.
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Unter einem Zugfahrzeug im Sinne des vorliegenden Dokuments ist jegliche Fahrzeugart zu verstehen, mit der Personen und/oder Güter fortbewegt werden können. Mögliche Beispiele dafür sind: Kraftfahrzeug, Lastkraftwagen, Landfahrzeug, Bus, Fahrkabine, Seilbahnkabine, Aufzugkabine, Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug (z.B. Schiff, Boot, U-Boot, Tauchglocke, Hovercraft, Tragflächenboot), Luftfahrzeug (Flugzeug, Hubschrauber, Bodeneffektfahrzeug, Luftschiff, Ballone. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Personenkraftwagen (PKW). Ein Kraftfahrzeug in diesem Sinne ist ein Landfahrzeug, das durch Maschinenkraft bewegt wird, ohne an Bahngleise gebunden zu sein. Ein Kraftfahrzeug in diesem Sinne umfasst einen Kraftwagen, ein Kraftrad und eine Zugmaschine.
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Unter einer Steuereinheit im Sinne des vorliegenden Dokuments ist ein zentrales oder dezentrales System zu verstehen, welches dafür vorgesehen ist, Informationen, beispielsweise in Form von Signalen und/oder Daten, zu empfangen, zu verarbeiten, auszugeben und gegebenenfalls zu speichern. Eine Steuereinheit im Sinne des vorliegenden Dokuments weist insbesondere mindestens eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU, Mikrocontroller, etc.) und gegebenenfalls eine Speichereinrichtung auf. Des Weiteren kann die Steuereinheit En-Codierer und/oder De-Codierer aufweisen, welche empfangene Informationen für die Verarbeitung durch die zentrale Verarbeitungseinheit aufbereiten und/oder auszugebende Informationen für die Ausgabe (d.h. für die Übertragung), insbesondere über ein Datenübertragungssystem (zum Beispiel BUS-System), vorbereiten.
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Einzelne Bauteile (zum Beispiel die Verarbeitungseinheit oder die Speichereinrichtung) der Steuereinheit oder die gesamte Steuereinheit können in dem Anhänger, in dem Zugfahrzeug oder an einem anderen Ort, zum Beispiel in einem Rechenzentrum, angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit in bzw. an dem Anhänger angeordnet.
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Vorteilhafterweise verfügt die Steuereinheit über eine Telemetrieeinheit, die über Funk eine Datenverbindung zu einem Server herstellt, der Daten für die Steuerung des Antriebsmotors, der Lenkungseinheit und/oder der Bremseinheit liefert.
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Mit der Kopplung, z.B. die Kopplung des Antriebsmotors, der Lenkungseinheit, der Bremseinheit oder des Sensorsystems mit der Steuereinheit, ist im Rahmen des vorliegenden Dokuments eine kommunikative Verbindung gemeint. Die kommunikative Verbindung kann kabellos (z.B. Bluetooth, WLAN, Mobilfunk) oder kabelgebunden (z.B. mittels einer USB-Schnittstelle, Datenkabel, etc.) sein. Für die kommunikative Verbindung weist die Steuereinheit entsprechende Schnittstellen, zum Beispiel WLAN-Schnittstelle, Bluetooth-Schnittstelle, Funkschnittstelle, etc., auf.
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Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem erfassten Abstand zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger den Antriebsmotor, die Lenkungseinheit und/oder die Bremseinheit so zu steuern, dass der Anhänger dem Zugfahrzeug mit einem bestimmten Sollabstand autonom folgt. Vorzugsweise wird der Sollabstand während der Folgefahrt des Anhängers konstant gehalten. Der bestimmte Sollabstand kann ein vordefinierter Abstand sein. Zum Beispiel kann der bestimmte Sollabstand 1-3 m, vorzugsweise 1-2 m, besonders bevorzugt 0,5-2 m sein.
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Gemäß Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, Betriebsparameter des Zugfahrzeugs zu empfangen und in Abhängigkeit dieser Betriebsparameter die Längsführung und die Querführung des Anhängers zu steuern. Solche Betriebsparameter des Zugfahrzeugs umfassen Lenkdaten, Geschwindigkeit, Beschleunigung, etc.
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Unter einem Sensorsystem im Rahmen des vorliegenden Dokuments ist ein System zu verstehen, welches zumindest einen Aufnehmer umfasst, der eine physikalisch messbare Messgröße, nämlich den Abstand zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger, erfasst. Beispiele für einen Aufnehmer sind: Ultraschallsensor, Radarsensor (z.B. Radarsensor Nahbereich, Radarsensor Fernbereich), Lidarsensor, Videosystem und Bildsensor (z.B. Kamera). Das Sensorsystem kann weitere Elemente der Messkette umfassen, wie zum Beispiel Verstärker, Analog/Digital-Wandler, Codierer und dergleichen. Auch eine Empfangseinrichtung zum Empfang von drahtlos übertragenen Signalen von Sendeeinrichtungen in der Umgebung des Anhängers, insbesondere von anderen Fahrzeugen (wie z.B. einem Kraftfahrzeug) und/oder der Infrastruktur und/oder von Satelliten stellen Sensorsysteme im Rahmen des vorliegenden Dokuments dar.
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Gemäß Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, weist das Sensorsystem mindestens eine der folgenden Einrichtungen zum Erfassen des Abstands auf: Ultraschallsensor, Radarsensor, Lidarsensor, Kamerasensor Videosystem und/oder Bildsensor.
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Gemäß Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist das Sensorsystem dazu ausgebildet, ein auf dem Zugfahrzeug angebrachtes, vorzugsweise magnetisch anhaftendes, Orientierungssymbol zum Erfassen des Abstands auszuwerten. Das Orientierungssymbol kann ein RFID-System sein. Das RFID-System weist einen Transponder auf, der sich an einem Zugfahrzeug befindet und einen kennzeichnenden Code umfasst. Weiterhin weist das RFID-System ein Lesegerät zum Auslesen des Codes auf. Das Lesegerät ist am Anhänger angebracht.
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Gemäß Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist das Sensorsystem ferner dazu ausgebildet, Signal- und Warnleuchten des Zugfahrzeugs zu erfassen. Die Steuereinheit ist ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von den erfassten Signal- und Warnleuchten den Antriebsmotor, die Lenkungseinheit und/oder die Bremseinheit so zu steuern, dass der Anhänger dem Zugfahrzeug mit einem bestimmten Sollabstand autonom folgt. Beispiele für Signal- und Warnleuchten des Zugfahrzeugs sind: Fahrtrichtungsanzeiger (Blinker), Warnblinklicht, Bremsleuchte, Lichtanlage, etc. Beispielsweise erkennt das Sensorsystem das Aufleuchten der Bremsleuchten des Zugfahrzeugs, woraufhin die Steuereinheit die Bremseinheit des Anhängers veranlasst, den Anhänger abzubremsen. Durch diese Aktion wird der bestimmte Sollabstand zwischen dem Anhänger und dem Zugfahrzeug gewahrt.
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Gemäß Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist das Sensorsystem ferner dazu ausgebildet, mindestens einen der folgenden Zustandsparameter zu erfassen: umgebungsbezogener Zustandsparameter, umweltbezogener Zustandsparameter und anhängerbezogener Zustandsparameter. Die Steuereinheit ist ferner dazu ausgebildet, den mindestens einen vom Sensorsystem erfassten Zustandsparameter zu empfangen und in Abhängigkeit von dem erfassten Zustandsparameter den Antriebsmotor, die Lenkungseinheit und/oder die Bremseinheit so zu steuern, dass der Anhänger dem Zugfahrzeug mit einem bestimmten Sollabstand autonom folgt.
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Unter einem umgebungsbezogenen Zustandsparameter im Sinne des vorliegenden Dokuments ist ein Zustandsparameter zu verstehen, welcher das Umfeld, in welchem sich der Anhänger bewegt, charakterisiert. Die umgebungsbezogenen Zustandsparameter werden insbesondere aus der Fahrerassistenzsensorik, wie vorzugsweise Radar, Lidar, Ultraschall, Kamerasysteme und dergleichen, sowie aus Navigationsdaten, vorzugsweise Straßenverlauf, Topographie, Geschwindigkeitslimits, Vorfahrtsregelungen, Verkehrsdichte, Baustellen, Streckenzustand, Höhe über dem Meeresspiegel und dergleichen, bestimmt. Des Weiteren können umgebungsbezogene Zustandsparameter auch von anderen Fahrzeugen, insbesondere deren Position, Geschwindigkeit oder Fahrtrichtung, und Gefahrensituationen und dergleichen, über eine Car-to-X-Schnittstelle, insbesondere eine Car-to-Car-Schnittstelle und/oder eine Car-to-Infrastructure-Schnittstelle, z. B. über Telekommunikationseinrichtungen, wie Mobiltelefone und dergleichen, übermittelt werden.
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Unter einem umweltbezogenen Zustandsparameter im Sinne des vorliegenden Dokuments ist ein Zustandsparameter zu verstehen, welcher die Umwelt, die den Anhänger und seine Umgebung beeinflussen, charakterisiert. Beispiele für einen umweltbezogenen Zustandsparameter sind: Wetterdaten (zum Beispiel Vorliegen von Regen und/oder Schneefall), Temperaturdaten, Daten zum Luftdruck der Umgebungsluft, Vorhersagedaten bezüglich Wetterveränderungen Daten zum Straßenzustand, Niederschlagsdaten (z.B. Menge an Regen und/oder Schnee) und Daten zum Glättegrad.
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Unter einem anhängerbezogenen Zustandsparameter im Sinne des vorliegenden Dokuments ist ein Zustandsparameter zu verstehen, welcher Fahrzeugparameter und/oder Betriebsparameter des Anhängers charakterisiert. Beispiele für anhängerbezogener Zustandsparameter sind: Antriebsstrangdaten, Geschwindigkeit des Anhängers, Beschleunigung des Anhängers, gefordertes Drehmoment, bereitgestelltes Drehmoment, Reifendruck, Reifentyp, Daten zur Ladungsverteilung, Ladungsgewicht und Lenkdaten. Erfasst das Sensorsystem beispielsweise, dass der Anhänger ein hohes Ladungsgewicht aufweist, steuert die Steuereinheit den Antriebsmotor und/oder die Bremseinheit so, dass der Anhänger früher und stärker abgebremst bzw. verzögert wird, als dies der Fall bei einem leeren Anhänger wäre.
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Gemäß Ausführungsformen, die mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden können, ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, mindestens einen der oben beschriebenen Zustandsparameter, die umgebungsbezogene Zustandsparameter, umweltbezogene Zustandsparameter und anhängerbezogene Zustandsparameter umfassen, zu empfangen und in Abhängigkeit dieses/dieser Zustandsparameter die Längsführung und die Querführung des Anhängers zu steuern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verbund aus einem System für den Betrieb eines autonomen deichsellosen Anhängers gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen und einem Zugfahrzeug gebildet. Der Verbund besteht also aus dem Zugfahrzeug und dem diesen autonom folgenden deichsellosen Anhänger.
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Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen System für den Betrieb eines autonomen deichsellosen Anhängers nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Verfahren für den Betrieb eines autonomen deichsellosen Anhängers nach dem zweiten Aspekt der Erfindung; vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Systems. An dieser Stelle nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Systems.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.
- 1 zeigen ein System für den Betrieb eines autonomen deichsellosen Anhängers gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt ein System für den Betrieb eines autonomen deichsellosen Anhängers. Das System weist einen autonomen deichsellosen Anhänger 1 auf, der keine mechanische Verbindung zu einem ihm vorausfahrenden Zugfahrzeug 10 aufweist. Der Anhänger 1 weist einen Antriebsmotor 2, vorzugsweise einen Elektromotor, eine Lenkvorrichtung 3, die unter anderem ein Lenkgetriebe und Spurstangen aufweist, vier (nicht abgebildete) Räder, ein Bremssystem 4 und eine Sensoreinrichtung 5, die unter anderem einen Radarsensor und eine Kamera umfasst, auf. Über den Radarsensor und die Kamera kann die Sensoreinrichtung 5 Daten zu dem Verhalten des Zugfahrzeugs 10 empfangen und daraus den aktuellen Abstand d zwischen dem Anhänger 1 und dem Zugfahrzeug 10 ermitteln.
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Der Anhänger 1 wird über eine Steuereinheit 6 so gesteuert, dass er dem Zugfahrzeug 10 autonom folgt. Die Steuereinheit 6 weist ein Steuergerät auf, welches im Anhänger 1 verbaut ist. Die Steuereinheit 6 erhält von der Sensoreinrichtung 5 kontinuierlich den aktuellen Abstand d des Anhängers 1 zu dem Zugfahrzeug 10. In Abhängigkeit des aktuellen Abstands d steuert die Steuereinheit 6 den Antriebsmotor 2, die Lenkvorrichtung 3 und/oder das Bremssystem 4 so, dass ein konstanter Sollabstand zwischen dem Anhänger 1 und dem Zugfahrzeug 10 eingehalten wird. Zusätzlich kann das Steuergerät 6 eine Telemetrieeinheit aufweisen, welche zusätzliche Daten über eine Funkschnittstelle erhält. Optional kann das Steuergerät 6 diese zusätzlichen Daten in die Steuerung des Antriebsmotors 2, der Lenkvorrichtung 3 und/oder des Bremssystems 4 in Abhängigkeit des aktuellen Abstands d einbeziehen.
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Durch die Steuerung des konstanten Sollabstands zwischen dem Anhänger 1 und dem Zugfahrzeug 10 wird eine autonome deichsellose Folgefahrt des Anhängers 1 hinter dem Zugfahrzeug 10 ermöglicht. Ein Fahrer des Zugfahrzeugs 10 muss demnach keine Kenntnisse in Bezug auf die Besonderheiten beim Ziehen eines Anhängers aufweisen. Weiterhin muss der Fahrer des Zugfahrzeugs 10 keinen Führerschein zum Ziehen des Anhängers besitzen. Der Fahrer kann demnach sein Fahrzeug auf normale Art und Weise steuern, ohne auf die besonderen Bedingungen für das Ziehen eines Anhängers zu achten.
