CN103492968B - 碰撞避免方法和相关的系统 - Google Patents

Abstract

公开了用于避免在预定区域（14）内移动的车辆（10；12）间的碰撞的碰撞避免方法，其中所述车辆可以包括无人驾驶的车辆（10）和有人驾驶的车辆（12）。所述方法包括存储覆盖至少所述预定区域的地图，所述地图包括由所述车辆（10；12）使用的可能路线。在所述预定区域中移动的车辆将关于它们的当前位置的数据不断传输给碰撞避免计算模块（20）。还包括基于所述车辆（10；12）的当前位置和可能路线来不断预测车辆的特定路径，通过不断比较所述预测路线和可能路线以探测不同车辆（10；12）的重叠位置并将中止命令发送给正驶向重叠位置的车辆（10；12）来防止车辆（10；12）间的碰撞。装置包括碰撞避免计算模块（20）和处理单元（25），所述处理单元（25）布置成不断比较在所述预定区域（14）中移动的每对车辆的所述预测路径以探测重叠位置。

Description

碰撞避免方法和相关的系统

技术领域

本发明涉及用于避免在预定区域内移动的车辆间的碰撞的方法和设备。所述区域可以是工地例如工厂或仓库，且车辆可以是无人驾驶的（自主的）或有人驾驶的。运载货物和物体的车辆在工地中横穿。一些无人驾驶的或自主的车辆被称为自动导向车——AGV。

现有技术

用于提高在公路上行驶的汽车的安全性的系统近来被发展。这些系统设置有用于检测速度和到相邻车辆的距离的装置。

在US20100076685中公开了用于评估在包括主车辆和外部物体的道路环境中的车辆路径的方法和系统。该方法包括：确定主车辆与每个外部物体的位置和动态状态，且当车辆驶向外部物体时生成车辆可以沿着的多个路径。每条路径由路段构成，包括：在不考虑外部物体的情况下对应于沿着所选择的路线继续的车辆的初始路段，以及每个外部物体的操纵对，每个操纵对包括转到外部物体左边的路段和转到外部物体右边的路段。

在EP2144217中公开了一种类似的系统。根据该系统，自己车辆风险获取ECU1获取自己车辆的预测轨迹且计算和获取关于自己车辆的其他车辆的多个轨迹。根据自己车辆的预测轨迹和多个其他车辆的轨迹，自己车辆的碰撞概率被计算为碰撞可能性。系统要求障碍物传感器通过障碍物提取部分连接到风险获取ECU1，自己车辆传感器也连接到该风险获取ECU1。

在EP1898232中还公开了基于车载未来冲突估计器的另一类似的系统。该系统还包括产生控制信号的横向反馈控制器、车辆的转向致动器。

在仓库和类似的建筑物以及工地中，移动速度增加了，而由于对较高效率的要求，开放的空间继续变得越来越小。由在设施如制造工厂或配送中心中的有人驾驶的车辆和无人驾驶的车辆使用的区域总是尽可能小，因为占地面积是宝贵的资产。这使考虑车辆在沿预设路径行进时将占据的实际面积变得必要。

当无人驾驶的车辆和有人驾驶的车辆共享在工地例如工厂或仓库中的相同行进区域时，系统例如在US20100076685中所描述的系统以及其他现有技术将不提供期望的安全性和效率。紧要的是，系统能够处理在所涉及的相关车辆之间没有自由视线的情况。车辆可迅速地和以高速从侧道进入十字路口或转弯并产生碰撞危险。这需要不基于自由视线的解决方案。当车辆的速度越来越增加的时候，碰撞更可能发生。因此，提供在仓库和类似的工地中令人满意地操作的改进的系统将是可取的。

发明概述

本发明的一个目的是提供防止或者至少避免在预定区域内移动的车辆间的碰撞的方法和设备，其中所述车辆可包括无人驾驶的车辆和有人驾驶的车辆。现有技术的缺陷已经被如下阐述的特征的组合克服了。

根据本发明确定了运输车辆的预设路径。与预设路径相关的扫掠区域(sweep area)被计算用于确定两个车辆的路径是否将重叠且引起碰撞危险。所有车辆——有人驾驶的车辆和无人驾驶的车辆——的当前位置都被不断更新。无人驾驶的车辆的位置通常是已知的，因为它被要求能够自动驾驶。有人驾驶的车辆设置有不断报告车辆的位置的诸如导航设备的装置。当比较相邻车辆的预设路径和扫掠区域时，可探测和避免可能的碰撞危险。

无人驾驶的车辆例如自动导航车辆（AGV）通常被指示沿计划的或预定的路径而行。AGV设置有用于确定当前位置的装置，以便能够沿路径而行。通常，车辆还设置有用于无线通信的装置，该装置带有用于接收路径信息和其他数据以及指令并报告车辆的当前位置的系统控制器单元。

根据本发明，自动导向车辆不断发送位置和路径信息给集中式计算模块。有人驾驶的车辆以类似的方式发送位置信息给集中式计算模块。集中式计算模块也被提供关于每个车辆所占据的区域的信息，该区域通常被称为扫掠区域。当碰撞风险和危险被集中式计算模块计算时，位置和路径信息的组合以及扫掠区域被使用。作为结果，通过与现有技术的比较，可确定更完整的概观。

关于车辆正移动的场地的布局信息存储于数据库中。所述信息包括行驶路径区域和所有固定装置以及还有接近行驶路径区域的结构例如存放架、装载/卸载站、机器、墙壁等的位置。行驶路径区域是有人驾驶的车辆或无人驾驶的车辆将行进的区域。精确的行驶路径将由有人驾驶的车辆中的司机和无人驾驶的车辆的AGV系统控制器确定。

被报告给集中式计算模块的车辆的当前位置被定期地记录到数据库。作为结果，导致事故的事件可被回放和调查。此外，关于每个事故的适当的信息也被存储于数据库中。这些信息可包括所涉及的车辆、它们的位置、方向和速度。

附图的简要说明

为了使本发明的上述和其他优势和目的被得到的方式容易理解，上面简要描述的本发明的更具体的描述将通过参考其特定的实施方式来呈现，实施方式在附图中示出。

理解了这些附图只描述本发明的典型的实施方式且不因此被认为是其范围的限制后，将通过使用附图以额外的特性和细节来描述和解释本发明，其中：

图1示意性示出根据本发明的基本实施方式的元件；

图2是本发明在操作中的场地的概述图。

详细描述

在图1中显示的实施方式中，多个自动导向车辆（AGV）10和多个有人驾驶的车辆12在场地14例如仓库或类似的建筑物中运输。在场地中运输的车辆设置有位置探测器，以便能够以适当的准确度来探测它们的位置。每个车辆还设置有无线通信单元（未显示）。

通过所述无线通信单元，AGV10不断与AGV系统控制器单元16进行通信。通信是双向的。AGV系统控制器单元16包括地图或场地的布局或在场地中运输的过程中AGV被引导来沿着的预定路径的布局。地图也包括行驶路径区域和所有固定装置以及还有接近行驶路径区域的结构例如存放架、装载/卸载站、机器、墙壁等的位置。行驶路径区域是对有人驾驶的车辆或无人驾驶的车辆行进开放的场地14的区域。布局可被存储于AGV系统数据库18中。路径的计算和用于接收和输送物品和物体的AGV的控制是属于现有技术的任务，并在AGV计算单元19中被处理。

设计AGV系统的布局基于设施的地图或图纸。图纸必须非常精确，距离中的误差优选地应该小于或大约1厘米。由设施用户提供的CAD（计算机辅助设计）图纸可被使用，但是通常对直接使用太不准确。为了提高准确度必须进行手动测量。

也可能使用控制系统，该控制系统能够收集从激光导航扫描仪到多个固定的参照物体例如被安装为在整个设施中的人工路标的反光条的测量方位。在US6012003中公开的方法包括在与设施中的车辆的移动相关的预定时刻探测从车辆上的测量点到固定参照物体的方位。方位连同与其相关的预定时间一起被存储，且至少一个固定参照物体的位置连同与离方位的位置相关的不确定的程度被连续地计算。当车辆在设施中移动时不确定的程度被降低，以及固定参照物的位置被准确确定。

在AGV10上提供了多个传感器，包括传统的激光导航扫描仪、传统测距传感器、车轮上的测距编码器以及在各种实施方式中的全球定位系统（GPS）单元。也可能包括车辆上的陀螺仪系统（未显示）以跟踪车辆的当前方向。表示AGV位置的信号被传输到AGV系统控制器单元16。

根据本发明，有人驾驶的车辆与碰撞避免计算模块20进行通信，以给出由位置探测器探测的它们的当前位置。位置信息以确保可能的碰撞情况的探测或在碰撞实际发生前预测可能的碰撞情况的速率被传输。关于AGV的位置信息从AGV系统控制器单元16传输到碰撞避免计算模块20。在不同实施方式中，位置信息从AGV直接传输到碰撞避免计算模块20。关于场地的地图、有人驾驶的车辆的优选路径和被AGV使用的预定路径的数据被存储在碰撞避免计算模块20中。

有人驾驶的车辆的实时定位可用多种方式执行，示例是不同类型的RF定位（RFID，UWB）、利用人工路标或利用在附近发现的自然路标的基于视觉的定位，激光导航当然也是一种可能，且GPS特别对于在户外工作的系统是一种可能。表示有人驾驶的车辆的位置的信号被传输到碰撞避免计算模块20。

为了使计算对尽可能最近的信息行得通，关于车辆的位置的信息从车辆传输到计算模块而有很少的时延是很重要的。传输信息的最通常的方法是作为利用标准TCP/IP通信的短消息。覆盖车辆正行进的区域的无线局域网（WLAN）然后用于将信息传送到计算模块20所在的系统。

关于在场地14中当前正在运输的AGV和有人驾驶的车辆的位置信息以共同的格式被存储在碰撞避免计算模块20中的车辆位置数据库21中。每个车辆的信息例如物理尺寸、速度极限、最小转弯半径和类似的细节也被存储在碰撞避免计算模块20的车辆数据库23中。

被存储在碰撞避免计算模块20中的关于每个车辆的尺寸和属性的信息连同路径数据一起用于计算路径将覆盖的实际占地区域。碰撞避免计算模块20的处理单元25继续计算占地区域。该占地区域被定义为扫掠区域。

AGV系统控制器单元16设置有第一无线通信单元27，且碰撞避免计算模块20设置有第二无线通信单元29。这两个无线通信单元都被布置成与AGV10中和有人驾驶的车辆12中的相应的无线通信单元进行通信。在各种实施方式中，所有的无线通信单元在公共通信系统例如标准TCP/IP通信和无线局域网下操作。

为了能够在有事故时叙述发生了什么，车辆的位置被定期地记录到数据库，例如车辆位置数据库21。这允许回放导致事故的事件。关于事故本身的信息例如所涉及的车辆和它们各自的位置、方向和速度也存储到数据库。

图2中显示的场地包括在平行的行中布置的多个存放架22。AGV的预定路径24沿着存放架22的一侧延伸。场地还包括可由任何AGV和有人驾驶的车辆使用的行车车道26。预定路径24被分成段，这些段与形成行驶路径的网络的点连接在一起。段可包括行进的直线以及不同类型的曲线。每个路径当然可被动态地计算和变化，但是至少在适当的时间期间是固定的。运输可用的区域被称为行驶路径区域。包括所述行驶路径区域和所有固定装置以及还有接近行驶路径区域的结构例如存放架、装载/卸载站、机器、墙壁等的位置的场地的完全布局被预先存储在AGV系统数据库18中，参照图1。

场地的完全布局还可以被存储在碰撞避免计算模块20中。存储的信息包括行驶路径区域和所有固定装置以及接近行驶路径区域的结构例如存放架、装载/卸载站、机器、墙壁30和支柱32的位置和尺寸。这个信息用于确定行驶路径区域。行驶路径区域是有人驾驶的车辆或无人驾驶的车辆将行进的区域。精确的路径将由有人驾驶的车辆中的司机和无人驾驶的车辆中的AGV系统决定。

AGV的行驶路径被分成所谓的段。段利用点而连接以形成AGV在目的地之间行进的可能路径的网络。对于这些段中的每个，可基于车辆的包络和车辆如何在段上行驶的知识计算车辆穿越每个段时覆盖的占地面积。这被称为段的扫掠区域。

图2中显示段的扫掠区域28。它说明被称为扫掠区域的车辆占据的实际区域大于车辆的所测量的物理尺寸。第一AGV10’从存放架22收集物体，且在预定路径24后，不久横越马路并进入行车车道26。预定路径由AGV系统控制器单元16决定和控制，参照图1。有人驾驶的车辆12’在行车车道26上运输。AGV定期地向AGV系统控制器报告位置。利用这个信息，可能在AGV沿着行驶路径移动时释放在AGV之后的区域。

有人驾驶的车辆12'的未来位置至少部分地由司机确定。任何不确定性可被最小化，且可能的路径可被计算。交通规则可用于指示司机在不同的交通情况中做什么，例如，在过马路和超车时如何表现。交通规则也结合例如在地面上上漆的车道使用来指示在哪里行驶，就像在道路上的常规交通一样。

参照图1，碰撞避免计算模块20获取交通规则和当预测到有人驾驶的车辆的路径时考虑车道在哪里的知识。作为结果，可能大幅降低不确定性，且使采取适当的行动来避免可能的碰撞变得可能。

参照图1，碰撞避免计算模块20不断从两个车辆接收位置数据，且能够基于关于预定路径、行车车道和通常应用的交通规则的以前存储的信息来计算车辆的未来位置。还考虑扫掠区域，可能提前探测图2中概述的情况，在图2中AGV10’和有人驾驶的车辆12’正驶向重叠的位置且因而冒碰撞的风险。

可对有人驾驶的车辆采取的可能行动是给司机的不同类型的警报，这可以是光或声音。也可能连接到驾驶控制系统且停止或减慢车辆。然而这必须完成，以便驾驶员仍然控制车辆，因为他或她是最终负责的。

对于无人驾驶的车辆，可能完全控制车辆和/或减慢或者停止车辆。这利用用于从AGV系统控制器单元16控制车辆的正常通信通道来执行。通过集中碰撞危险情况的计算，能够选择在可能的碰撞情况中哪辆车应该采取动作，以便使碰撞风险最小化。

可采取的适当行动是向朝着碰撞位置行进的AGV发送减慢或最终停止命令。这样的命令可在碰撞避免计算模块20中生成，且直接或者通过AGV系统控制器单元16发送到AGV。在不同实施方式中，碰撞避免计算模块20被布置成生成警告信号且向有人驾驶的车辆12发送警告信号。当在有人驾驶的车辆中接收到声音或光时，警告信号被生成以向有人驾驶的车辆的司机警告即将到来的情况。

通过请求有人驾驶的车辆向碰撞避免计算模块通知关于场地内的每个行程的目的地，进一步的改进是可能的。通过利用场地的地图（其中描述了所有路径和会合点），可能计算当从当前位置行驶到目的地时司机将选择的最可能的路径。利用这个信息，可能预测司机将要采取的路线。这甚至可使用关于如何驾驶的“GPS类”按顺序转弯指导来增强。

虽然特别描述了本发明的某些说明性的实施方式，但是将理解，各种其它修改将对本领域的技术人员容易明显，而不偏离本发明的范围和精神。因此，意图不是附于此的权利要求的范围被限制到在本文阐述的描述，而更确切地，权利要求被解释为包括对于本发明所属的领域的技术人员明显的本发明的所有等同物。

Claims (7)

1.一种用于避免在预定区域(14)内移动的车辆(10；12)间的碰撞的碰撞避免方法，其中，所述车辆能够包括自主的车辆AGV(10)和有人驾驶的车辆(12)，

特征在于：

存储覆盖至少所述预定区域(14)的地图于碰撞避免计算模块(20)中，所述地图包括由所述车辆(10；12)使用的可能路线和由有人驾驶的车辆(12)使用的优选路线；

不断将来自所述AGV(10)和所述有人驾驶的车辆(12)的位置信息发送到所述碰撞避免计算模块(20)，且更新关于在所述预定区域内移动的车辆(10；12)的当前位置的第一组数据；

基于所述车辆(10；12)的当前位置和可能路线，在所述碰撞避免计算模块(20)中不断预测车辆的特定路径；

存储和更新关于所述AGV在至少所述预定区域内移动时当前使用的路径的第二组数据；

基于所述有人驾驶的车辆(12)的当前位置和优选路线，不断预测有人驾驶的车辆(12)的特定路径；以及

通过不断比较所预测的特定路径和所述当前使用的路径以探测重叠位置以及通过从所述碰撞避免计算模块(20)发送中止命令给正驶向重叠位置的车辆，来防止车辆间的碰撞。

2.如权利要求1所述的碰撞避免方法，还包括存储在所述预定区域(14)中的固定装置和结构的位置和尺寸的步骤。

3.如权利要求1所述的碰撞避免方法，还包括实现接收和存储关于有人驾驶的车辆的目的地的信息的步骤。

4.如权利要求1所述的碰撞避免方法，还包括存储由至少所述自主的车辆(10)覆盖的扫掠区域的步骤。

5.如权利要求1所述的碰撞避免方法，还包括将减慢或停止信号发送给正驶向所述重叠位置的自主的车辆(10)的步骤。

6.如权利要求1所述的碰撞避免方法，还包括在所述预定区域的所述地图中存储由有人驾驶的车辆(12)使用的优选路线并基于所述有人驾驶的车辆的当前位置和所述优选路线来不断预测所述有人驾驶的车辆的特定路径的步骤。

7.一种用于避免在预定区域(14)内移动的车辆(10；12)间的碰撞的碰撞避免系统，其中，所述车辆能够包括自主的车辆(10)和有人驾驶的车辆(12)，

特征在于：

碰撞避免计算模块(20)，其被布置成接收和存储关于在所述预定区域(14)中运输的每个车辆(10；12)的位置的位置数据；以及

处理单元(25)，所述处理单元(25)被布置成基于所述有人驾驶的车辆的当前位置和优选路线来不断计算和预测有人驾驶的车辆的特定路径，且不断比较所预测的特定路径与自主的车辆(10)的当前使用的预定路径以探测重叠位置，并将中止命令发送给正驶向重叠位置的车辆。