CN109154654B - 用于确定运输车辆的位置的系统和方法，及运输车辆 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定在地面(3)上行驶的运输车辆(1)、尤其是重载运输车辆的位置的系统(5)，所述系统包括能够固定至所述运输车辆(1)的下表面(1a)的天线(6)，以及能够在特定位置埋入地面(3)且能够通过传输场进行充电并能够在随后评估时距(t2)期间被评估的应答器(7)，所述传输场能够由所述天线(6)在传输时距期(t1)间生成。本发明的目的是提供改良的系统(5)。这通过如此设计的系统(5)实现，即如果在所述评估时距(t2)内的检测时距(t3)的时长期间不能够检测到所述应答器(7)的信号，则中断所述评估时距(t2)并开始新的传输时距(t1)。本发明还涉及包括这样系统(5)的运输车辆(1)以及用于检测运输车辆(1)的位置的对应方法。

Description

用于确定运输车辆的位置的系统和方法，及运输车辆
技术领域
本发明涉及一种用于确定在地面上行驶的运输车辆、尤其是重载运输车辆的位置的系统，其包括固定至所述运输车辆的下表面的天线，以及在特定位置埋入地面且通过传输场进行充电的应答器，所述传输场能够由所述天线在具有预定时长的传输时距期间生成，并且其中具有预定时长的评估时距在随后开始，以在评估时距期间通过评估单元来评估作为对充电的响应而发送的应答器的信号。
本发明还涉及包括这样系统的运输车辆。
此外，本发明涉及一种用于确定在地面上行驶的运输车辆、尤其是重载运输车辆的位置的方法，其中通过固定至所述运输车辆的下表面的天线，在具有预定时长的传输时距期间对在特定位置埋入地面的应答器进行充电，并且其中具有预定时长的评估时距在随后开始，以在评估时距期间通过评估单元来评估作为对充电的响应而发送的应答器的信号。
背景技术
从德国公开专利文件DE 10 2006 044 645 A1已知一种包括天线-应答器系统的无人驾驶集装箱运输车辆。通过设置在集装箱运输车辆上的天线，可以检测设置在地面中的应答器并且调用和评估其坐标来作为编码信息，以实现无人驾驶集装箱运输车辆的导航。
与此相关,使用相应的天线-应答器系统也是已知的，这些系统根据所谓的半双工(half-duplex)方法运行并且包括无源RFID应答器。因此，在当前情况下应用的测量原理是通过相应的应答器确定天线的位置。在这种情况下，在特定传输时距的时长内，天线发送也被称为传输场的电磁场，应答器通过电磁场来充电以能够向天线发送响应。在该传输时距期满后，天线将传输场关闭，而充好电的应答器在评估时距时长内发送作为响应的代码，该代码可以例如包含其坐标作为信息。由应答器发送的代码在评估时距期间被系统的评估单元读出并解码。除了代码的读出和解码之外，评估还包括用于测量目的的、由评估单元执行的在天线的线圈中感应的电压的比较。在这种情况下，安装用于行驶方向的多个线圈以及横向于该方向的多个线圈。通过感应电压，计算应答器相对于天线尺寸的位置以及运输车辆的位置，所述应答器能够通过其代码而被清楚地识别。在该评估时距期满之后，下一个测量周期以用于对应答器进行充电的另一传输时距以及用于对应答器进行评估的另一评估时距开始。在传输时距期间以及在评估时距期间，应答器必须竖直设置在天线下方并因此在平面视角中处于天线尺寸之中。因此，天线以其在地面上的竖直投影尺寸对应于天线的测量场，该测量场对应于传输场的有效面积并同时对评估有效。在测量场之外，不能对应答器进行充电或随后的读出以及测量。
如果在车辆为最大速度的情况下，在传输时距开始时，应答器还没有位于天线的竖直下方，并在最坏的情形下例如仍然刚好位于传输场的有效区域之外1毫秒的时间段，并因此在天线的测量区域之外，那么不能实现有效测量周期，从而无法对应答器进行有效充电或对应答器的应答信号进行评估。在这种情况下，有必要先等待1毫秒前已经开始的第一测量周期期满，随后等待直到另一个完整的测量周期结束，以便能够对应答器进行有效的充电以及读出并测量应答器。为了可靠地确保有效的测量周期，必须将天线的测量场的尺寸设计成与运输车辆的期望最大速度相应地大。在最大速度为6米/秒，传输时距为15毫秒以及评估时距为18毫秒的情况下，当在运输车辆的行驶方向上观察时，获得需要的测量场的长度为6米/秒x(15毫秒+18毫秒)x 2＝396毫米。为了该长度的测量场，这样的天线的对应长度尺寸一般大于1000毫米。在以下将详细说明的运输车辆的已知长度尺寸例如为1160毫米或1250毫米。在最大速度为10米/秒时，使用相同的计算方法获得所需测量场的长度为660毫米。为了产生如此大小的测量场，将需要安装更大尺寸的天线。然而，由于通常在相关运输车辆的下表面上用于容纳相应天线的安装空间是有限的，因此通常仅能够安装相对较小的天线，而其仅允许相应较低的最大速度。为此，为了更大的天线以实现更高的最大速度，需要在车辆中使用昂贵的新结构。
文件EP 0 494 114 A2和WO 91/20067 A1也公开了天线-应答器系统。
由DE 10 2010 035 155 A1已知一种使用RFID标签确定位置的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于确定运输车辆位置的改进系统，带有这样系统的改进的运输车辆以及用于确定运输车俩的位置的改进的方法。
该目的是通过具有权利要求1的特征的系统，具有权利要求5的特征的运输车辆和具有权利要求6的特征的方法来实现的。从属权利要求描述本发明的有利实施例。
为了改进用于确定在地面上行驶的运输车辆、尤其是重载运输车辆的位置的系统，所述系统包括固定至所述运输车辆的下表面的天线，以及在特定位置埋入地面且通过传输场进行充电并的应答器，所述传输场能够由所述天线在具有预定时长的传输时距期间生成，并且其中具有预定时长的评估时距在随后开始，以在评估时距期间通过评估单元来评估作为对充电的响应而发送的应答器的信号，提出以如下方式设计系统：如果在评估时距内的、具有预定时长的检测时距的时长期间检测不到应答器的信号，则在所述评估时距的预定时长期满之前中断所述评估时距并开始新的传输时距。以这种方式，以有利的方式，可以缩短两个测量周期之间的等待时间或传输时距期间的半双工应答器的充电阶段之间的等待时间，从而可以以如下所述那样减小天线的尺寸，而不必降低最高速度。此外，甚至可以在同样或更小的天线尺寸下实现更高的最大速度。因此，尽管安装空间小，但是相应的系统可以用在现有的运输车辆中。
此外，以有利的方式如此设定，如果在检测时距期间检测到应答器的信号，则新的传输时距仅在评估时距完全期满后才开始。
根据另一有利实施例如此设定，传输时距持续时间小于10毫秒，优选为8毫秒，检测时距持续时间小于5毫秒，优选为2毫秒，并且评估时距持续时间小于20毫秒，优选为18毫秒。测量表明，8毫秒(但在任何情况下都小于10毫秒)的传输时距时长就足够了。在10米/秒的运输车辆的最大速度下，也可以实现借助于示例性实施例如下所述的天线尺寸的有利减小，并且与上述现有技术相比，所述天线尺寸的有利减小的实现几乎没有空间上的要求。
此外，以有利的方式如此设定，传输场包括有效区域，所述有效区域延伸超过天线的天线尺寸并尤其在运输车辆的行驶方向和其相反方向上延伸。这具有有利的效果，因为运输车辆可以在行驶方向和其相反方向上向前和向后行驶并且因此天线必须具有相应的对称特性。通过这样的传输场的场分布，可以进一步减小天线尺寸而不需要同时减小最大速度。只有在充电后，即在有效的传输时距期满后，应答器才需要在平面视图上位于天线尺寸内。
以结构简单的方式，运输车辆可以包括相应的系统并设计成无人驾驶运输车辆。通过所述的系统，可以以尤其安全和可靠的方式在无人驾驶运行期间对运输车辆进行自动地引导和导航。
为了对用于确定在地面上行驶的运输车辆、尤其是重载运输车辆的位置的方法进行改进，其中通过固定至所述运输车辆的下表面的天线，在具有预定时长的传输时距期间对在特定位置埋入地面的应答器进行充电，并且其中具有预定时长的评估时距在随后开始，以在评估时距期间通过评估单元来评估作为对充电的响应而发送的应答器的信号，提出如此，即如果在评估时距内的、具有预定时长的检测时距的时长期间不能够检测到应答器的信号，则在所述评估时距的预定时长期满之前中断所述评估时距并开始新的传输时距。以这种方式，类似地实现了上面已经相对于系统描述的优点，特别是在实现至少保持相同或甚至更高的最大速度的同时减小天线尺寸的可能性。
此外，以有利的方式如此设定，如果在检测时距期间检测到应答器的信号，则新的传输时距仅在评估时距完全期满后才开始。
为了实现例如10米/秒的最大速度并对天线的空间要求较小，可以如此设定，传输时距持续时间小于10毫秒，优选为8毫秒，检测时距持续时间小于5毫秒，优选为2毫秒，并且评估时距持续时间小于20毫秒，优选为18毫秒。
可以以这样的方式实现对天线的空间需求的更进一步的减少，即传输场包括有效区域，所述有效区域延伸超过天线的天线尺寸并尤其在运输车辆的行驶方向和其相反方向上延伸。
附图说明
参考附图，更加详细地说明本发明的一种示例的实施方式。在图中：
图1示出了一种运输车辆的立体图；
图2示出了用于确定运输车辆位置的天线系统的视图；
图3示出了在不能检测到应答器的情况下天线的传输过程；以及
图4示出了天线的传输过程以及检测到的应答器的传输过程。
具体实施方式
图1示出了一种运输车辆1的立体图。尤其示出了运输车辆1的下表面1a。运输车辆1设计成用于重载运输并因此在其上表面1e包括负载表面，其尤其用于接收和运输长度为20、40或45英尺的可拆卸货厢或ISO集装箱。这样的集装箱在负载的情况下可重达45吨。所述负载表面通常由多个互相间隔的引导元件1f限定，所述引导元件也被称为位置适配器并引导集装箱以使其被运输车辆1或所述车辆的角件在负载表面上接收。为此，引导元件1f以其引导表面倾斜向外且向上地远离负载表面延伸。运输车辆1能够通过轮子2在地面3上自由地行驶(参见附图2)并因此以接地形式而不是轨道形式行驶。因此，运输车辆1应与铁路车辆，特别是铁路货车区分开来。轮子2均设置有轮胎构造，从轮胎意义上说所述轮胎构造优选为充气橡胶轮胎构造。此外，运输车辆1包括具有设计成电机或内燃机的发动机的行驶驱动，以及传动装置，以从而驱动在前轴4a和后轴4b上成对安装的轮子2。运输车辆1因此能够在行驶方向F上向前行驶并相反于该行驶方向而向后行驶。
此外，运输车辆1设计成无人驾驶运输车辆1并因此能够无人操作并且以自动引导的方式操作，又称为AGV(自动引导车辆，Automated Guided Vehicle)。这不包括无人驾驶但由操作者远程手动控制的车辆。因此，运输车辆1包括车辆控制器1b，并且出于自动导航的目的还包括在引言中描述的用于确定运输车辆1的位置的系统5。系统5包括至少一个天线6(在示出的示例性实施例中天线6为两个)，以及至少一个在特定位置埋入地面3的应答器7，但优选地具有多个在特定位置以网格状方式埋入地面3的应答器7(参见图2)。对于系统5的结构和运行方式，除了如下所述的根据本发明的差异之外，还以相应的方式适用引言中的陈述。
如图1所示，两个天线6设置在下表面1a上，其中一个设置在运输车辆1的前端1c和前轴4a之间，而另一个设置在运输车辆1的后端1d和后轴4b之间。
图2示出了系统5的均作为传感器的两个天线6的其中一个的视图。示出了天线6在运输车辆1(未示出)中的安装位置上的天线6的平面图，其中天线6在平行于地面3的平面中延伸。与该天线6有关的陈述相应地适用于两个天线6。如平面图所述，天线6或其外部金属板主体具体有二维且基本上矩形的结构，其在运输车辆1的行驶方向F上延伸的长度L例如为700毫米(也参见图1)，而在横向于该方向的方向上延伸的宽度B可以例如是1500至2000毫米。在面向和相反于行驶方向F的两侧，天线6的外部金属板主体以这样的方式弯曲，使得由天线6传输以对应答器7充电的电磁场不仅能够在竖直向下的方向上增强还能倾斜于或相反于行驶方向F的方向上增强。以这种方式，由天线6传输的电磁场的有效区域A例如以10cm扩展的方式产生而均在行驶方向F和其相反方向上超出天线的尺寸。因此，该传输场的有效区域除了天线尺寸外还包括两个扩展有效区域A。通过这种方式，如在根据图2的平面图中看到的，应答器7即使仍位于天线6的天线尺寸之外，即天线6仍然不以其天线尺寸竖直位于应答器7的上方，也能够进行应答器7的充电。对于充电过程，当在图2的平面图中的行驶方向F上所观察时，应答器7仅需要位于天线尺寸的上游，则能够因此在扩展有效区域A内。
图2以示例的方式不仅示出了设置在扩展有效区域A中的应答器7，还示出了位于天线6竖直下方的第二应答器7，以及位于传输场外的第三应答器7。用作无源标记元件的应答器7优选地设计为RFID应答器，特别是半双工应答器。
不同类型的线圈(未示出)安装在天线6的金属板主体中。设置一种线圈以给应答器7充电。设置另一种线圈以能够接收作为应答的应答器7的信号，并因此能够读出和解码应答器7的代码。此外，在天线6中，用于精确二维测量天线6下方的应答器7的位置的多个线圈沿行驶方向F以及横向于行驶方向F设置，因为应答器7在这些线圈中感应出电压。在这种情况下，在评估的框架内，也可以用于监测或检查应答器7是否经过了天线6的平行于宽度B延伸的中线X。然而，应答器7必须竖直地位于天线尺寸之下，不仅用于评估其位置的测量，而且还用于借助图3和4而在下文所述的检测。因此，扩展有效区域A不是对评估和检测有效的测量区域的一部分。换句话说，因此，相对于传输场的有效区域，测量场的有效区域减小面向与行驶方向F相反的方向的扩展有效区域A的尺寸。于此相反，如上所述，面向行驶方向F的扩展有效区域A是传输场的有效区域的一部分，因此也是天线6的对充电有效的测量区域的一部分。
检测构成了用于确定运输车辆1的位置的系统5以及由此可以执行的用于确定运输车辆1的位置的方法的扩展功能。根据该扩展功能，如此设置，即测量周期包括传输时距t1和随后的评估时距t2，然而，其中，所述评估时距t2能够包括取决于传输时距t1开始时应答器7是否位于上述的传输场内并因此是否被检测到的可变时长。
图3示出了在不能检测到应答器7或应答器信号的情况下天线6的传输过程。在这种情况下，在传输时距t1期满后，传输场被关闭并开始评估时距t2，在检测时距t3的时长内检查是否能够检测到应答器7的信号。作为对充电阶段应答而传输的信号包括代码，所述代码包含作为信息的应答器7的坐标。然而，仅当应答器7在传输时距t1开始时就已经位于上述的传输场的有效区域内才能检测到该信号，使得应答器7能够被有效充电以能够传输其作为应答或信号的代码至天线6。系统5的传输时距t1对应于应答器7的充电时间，在本示出的实施例中，优选地为约8毫秒并且因此显着小于在引言中作为现有技术提到的示例。在本示例性实例中，评估时距t2持续18毫秒而检测时距t3持续2毫秒。如果直到检测时距t3期满还没有检测到应答器7的信号(参见图3的下半图)，则提早中断评估时距t2，并以新的传输时距t1开始第二测量周期(参见图3的上半图)。因此，在传输时距t1期满后，与评估时距t2同时开始的检测时距t3在这种情况下显著短于用于完全评估所需所述评估时距t2，并因此在评估时距中就已经期满。因此，与引言中所述的现有技术不同的是，如果在前面的传输时距t1中，没有应答器7位于足够接近的附近以进行有效充电，则不必等到评估时距t2结束。
图4示出了天线6的传输过程(参见上半图)和检测到的应答器7的传输过程(参见下半图)。这种情况下，应答器7的信号因此在检测时距t3中被检测，因此即使t3期满了也不会中断评估时距t2。第二测量周期的下一个传输时距t1因此仅在评估时距t2完全期满后(在本例中即为18毫秒后)才开始。
以这种方式，在最大速度保持恒定的情况下，能够降低天线在行驶方向F上的尺寸，而在天线尺寸保持恒定的情况下，可以实现更高的最大速度，在上述最坏的情况下，由于评估时距t2的时长和检测时距t3的时长的不同，能够因此缩短第一测量周期。这也能适用于天线6不包括传输场的扩展有效区域A的情况。在本示例性实施例中，对于期望的10米/秒的最大速度，8毫秒的传送时距t1,18毫秒的评估时距t2和2毫秒的检测时距t3,在运输车辆1的行驶方向F上观察到的所需测量场的长度为10米/秒x(8毫秒+2毫秒+8毫秒+18毫秒)＝360毫米。如果天线6设计成其传输场包括扩展有效区域A，则天线6的长度L可以因此缩短。在行驶方向F上观察时，图2中所示的天线6的传输场的有效面积超过700毫米的长度L而在两个有效区域A上扩展至总共为900毫米，扩展有效区域A的长度LA均为100毫米。有效测量区域在行驶方向F上扩展而超过700毫米的长度L，并且另外延伸100毫米的扩展有效区域A的长度LA，即总共800毫米。因此，700毫米的天线6的长度L不仅与引言中提到的现有技术的具有1160毫米或1250毫米的长度的天线相比更短，而且还适合于使最大速度从6米/秒增加到到10米/秒。
通过图2中示意性示出的系统5的评估单元5a实现对应答器7的检测和评估，该评估单元连接到车辆控制器1b，以便以自动引导的方式导航运输车辆1。随后通过评估单元5a执行评估，并向车辆控制器1b传输，指示检测和随后的评估(可能包括检测中心X是否被经过)是否传递有效值。
也可将运输车辆1设计成所谓的码头拖车或码头卡车。在这种情况下，运输车辆1可以用作包括装载表面和位置适配器的拖车的牵引车辆，从而形成一种拖车-挂车装置。因此，上述陈述也类似地适用于这种牵引车辆。
附图标记列表
1 运输车辆
1a 下表面
1b 车辆控制器
1c 前端
1d 后端
1e 上表面
1f 引导元件
2 车轮
3 地面
4a 前轴
4b 后轴
5 系统
5a 评估单元
6 天线
7 应答器
A 扩展有效区域
B 宽度
F 行驶方向
L 长度
LA 扩展有效区域的长度
t1 传输时距
t2 评估时距
t3 检测时距
X 中线

Claims (15)

1.一种用于确定在地面(3)上行驶的运输车辆(1)的位置的系统(5)，所述系统包括固定至所述运输车辆(1)的下表面(1a)的天线(6)，以及在特定位置埋入地面(3)且通过传输场进行充电的应答器(7)，所述传输场能够由所述天线(6)在具有预定时长的传输时距(t1)期间生成，并且其中具有预定时长的评估时距(t2)在随后开始，以在所述评估时距期间(t2)通过评估单元(5a)来评估作为对充电的响应而发送的应答器(7)的信号，其特征在于，所述系统(5)如此设计，即如果在所述评估时距(t2)内的、具有预定时长的检测时距(t3)的时长期间检测不到所述应答器(7)的信号，则在所述评估时距的预定时长期满之前中断所述评估时距(t2)并开始新的传输时距(t1)。
2.根据权利要求1所述的系统(5)，其特征在于，所述运输车辆(1)是重载运输车辆。
3.根据权利要求1所述的系统(5)，其特征在于，如果在所述检测时距(t3)期间检测到所述应答器(7)的信号，则新的传输时距(t1)仅在所述评估时距(t2)完全期满后才开始。
4.根据权利要求1-3任一项所述的系统(5)，其特征在于，所述传输时距(t1)持续时间小于10毫秒，所述检测时距(t3)持续时间小于5毫秒，并且所述评估时距(t2)持续时间小于20毫秒。
5.根据权利要求4所述的系统(5)，其特征在于，所述传输时距(t1)持续时间8毫秒；所述检测时距(t3)持续时间2毫秒；并且所述评估时距(t2)持续时间18毫秒。
6.根据权利要求1-3任一项所述的系统(5)，其特征在于，所述传输场包括有效区域(A)，所述有效区域延伸超过所述天线(6)的天线尺寸(L,B)。
7.根据权利要求6所述的系统(5)，其特征在于，所述有效区域(A)在所述运输车辆(1)的行驶方向(F)和其相反方向上延伸。
8.一种运输车辆(1)，其特征在于，所述运输车辆(1)包括如权利要求1-7任一项所述的系统(5)并设计成无人驾驶运输车辆(1)。
9.一种用于确定在地面(3)上行驶的运输车辆(1)的方法，其中通过固定至所述运输车辆(1)的下表面(1a)的天线(6)而在具有预定时长的传输时距(t1)期间对在特定位置埋入地面(3)的应答器(7)进行充电，并且其中具有预定时长的评估时距(t2)在随后开始，以在所述评估时距期间(t2)通过评估单元(5a)来评估作为对充电的响应而发送的应答器(7)的信号，其特征在于，如果在所述评估时距(t2)内的、具有预定时长的检测时距(t3)的时长期间检测不到所述应答器(7)的信号，则在所述评估时距的预定时长期满之前中断所述评估时距(t2)并开始新的传输时距(t1)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述运输车辆(1)是重载运输车辆。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，如果在所述检测时距(t3)期间检测到所述应答器(7)的信号，则新的传输时距(t1)仅在所述评估时距(t2)完全期满后才开始。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述传输时距(t1)持续时间小于10毫秒，所述检测时距(t3)持续时间小于5毫秒，并且所述评估时距(t2)持续时间小于20毫秒。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述传输时距(t1)持续时间8毫秒；所述检测时距(t3)持续时间2毫秒；并且所述评估时距(t2)持续时间18毫秒。
14.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于，能够由所述天线(6)在所述传输时距(t1)期间生成的传输场包括有效区域(A)，所述有效区域延伸超过所述天线(6)的天线尺寸(L,B)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述有效区域(A)在所述运输车辆(1)的行驶方向(F)和其相反方向上延伸。
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