CN113396372A - 用于限定和监控至少一个自主运行车辆的至少一个工作区域的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于限定和监控至少一个自主运行车辆的至少一个工作区域的方法，其中布置在车辆外部的发送和接收单元与至少一个信号环路在信号技术上相连接，通过至少一个信号环路来限定相应的工作区域，其中发送和接收单元发送输出信号通过信号环路以用于监控工作区域，并且将输出信号与从信号环路接收的输入信号进行比较，其中发送和接收单元在输出信号与输入信号之间出现偏差的情况下确定信号环路的功能故障并且基于此启动用于至少一个车辆的自主行驶运行的安全流程。此外，本发明还涉及一种用于限定和监控至少一个工作区域的系统。

Description

用于限定和监控至少一个自主运行车辆的至少一个工作区域 的方法和系统

本发明涉及用于限定和监控至少一个自主运行车辆的至少一个工作区域的一种方法以及一种系统。

从DE 10 259 168 A1得出一种用于在经限定的交通场地上控制至少一个自主运行车辆的方法，其中自主运行车辆具有用于基于所输送的信号执行行驶指令的行驶装置。行驶指令涉及行驶方向和行驶速度。车辆通过位置确定装置获取其当前位置并且将其传输给运行控制中心。在运行控制中心，根据位置信号借助可预先给定的标准来获取要行驶的路线曲线并且将其传输给车辆的行驶装置，其中该行驶装置产生用于沿路线曲线行驶所需的行驶指令。

从现有技术出发，本发明所基于的目的在于，提供用于限定和监控至少一个自主运行车辆的至少一个工作区域的一种方法和一种系统，借助所述方法和所述系统更可靠地设计相应的车辆的行驶运行。该目的通过专利权利要求1和8的主题来实现。其他有利的实施方式可以自从属权利要求获得。

根据本发明的用于限定和监控至少一个自主运行车辆的至少一个工作区域的方法，布置在所述车辆外部的发送和接收单元与至少一个信号环路在信号技术上相连接，通过所述至少一个信号环路来限定相应的工作区域，其中所述发送和接收单元发送输出信号通过所述信号环路以用于监控所述工作区域，并且将所述输出信号与从所述信号环路接收的输入信号进行比较，其中所述发送和接收单元在所述输出信号与所述输入信号之间出现偏差的情况下确定所述信号环路的功能故障并且基于此启动用于所述至少一个车辆的自主行驶运行的安全流程。通过该方法更可靠地设计该至少一个自主运行车辆的运行，其中通过发送和接收单元可以识别出相应的信号环路的功能故障，例如干扰、短路、失效、中断或干扰信号。根据对功能故障的确定来启动相对应的安全流程。安全流程例如可以是制动或完全停用相应的车辆。由此有利地提高了相应的自主运行车辆的行驶运行的安全性。例如，针对信号环路的某些功能故障预先确定预定义的安全流程。

在本发明的意义上，车辆优选应被理解为自主运行的作业机械、农用商用车辆或机械(农业技术)以及港口作业中的商用车辆。这些车辆的共同点是在越野环境中运行。

发送和接收单元被配置成使得：其一方面可以将输出信号输入或冲印到相应的信号环路中，并且另一方面可以再次接收该输出信号，尤其是作为输入信号。在此，发送和接收单元与信号环路共同构成一个回路，其中发送和接收单元将输出信号引入到信号环路中并且随后恰好再次接收该信号作为输入信号。换言之，发送和接收单元具有发送器侧和接收器侧，其中发送器侧和接收器侧分别可以配备有用于执行信号比较的控制单元。因此，在发送器侧发送输出信号并且在接收器侧接收该输出信号作为输入信号。

在通过相应的信号环路的无故障过程中，输出信号原封不动地或不变或不受影响地返回到发送和接收单元中。因此，输出信号于是与输入信号相对应。在信号通过相应的信号环路的故障过程中，输出信号例如被中断或改变或影响，使得输入信号不再与最初引入到信号环路中的输出信号相对应，从而使发送和接收单元确定信号环路的功能故障。

输出信号和输入信号优选是模拟信号或数字信号。模拟信号例如是具有不同电平的信号或具有预定义频率的正弦信号。作为数字信号可以设想所谓的脉冲宽度调制(PWM)信号。此外，同样可以使用呈总线协议形式的通信协议。

所述输出信号优选由所述发送和接收单元连续发送或在规定的时间点发送。由此，可以根据信号类型和/或对系统的要求概况生成合适的、即脉冲的或连续的输出信号。

优选将相应的车辆编码到该至少一个工作区域中。工作区域是相应的自主运行车辆可以在其上运动的场地，其中该场地是由相关联的信号环路限定的。

车辆的编码应理解为：首先将相应的车辆安置到相应的工作区域中，并且随后可以说参照发送和接收单元和限定工作区域的信号环路的相应输出信号对该相应的车辆进行记录。因此，相应经编码的车辆仅能够在其被注册或记录的工作区域中运行和行驶。

相应的车辆靠近或驶过信号环路会引起所提及的功能故障，该功能故障启动用于该至少一个车辆的自主行驶运行的安全流程。所述安全流程优选包括从所述发送和接收单元发出到所述至少一个车辆并且/或者到外部的接收站的指令信号。相应的车辆或外部的接收站优选与发送和接收单元无线连接。在此，车辆例如与发送和接收单元处于永久接触。为了降低部署成本，同样可以设想线缆连接。

如果发送和接收单元确定相应的信号环路的功能故障(例如当输出信号被驶过信号环路的车辆改变或影响时)，基于原始输出信号与输入信号的偏差产生指令信号，该指令信号被发送给相应的车辆并且/或者被发送给外部的接收站。接收站例如可以是操作者的装置、PC或移动电话。在此可以设想是，向操作者告知功能故障并且可以补充地以远程控制的方式作用于该至少一个自主车辆的行驶运行，以便在功能故障的情况下确保系统的足够的安全性。

如果指令信号直接发出给相应的车辆，则该车辆可以在获得该指令信号之后实施表征相对应的安全流程的动作。这可以是独立自主地停用、制动直至达静止状态或者自动改变相应车辆的运动路线。

根据本发明的用于限定和监控至少一个自主运行车辆的至少一个工作区域的系统，布置在所述车辆外部的发送和接收单元与限定相应的工作区域的至少一个信号环路在信号技术上相连接，其中所述发送和接收单元发送输出信号通过所述信号环路以用于监控所述工作区域，并且将所述输出信号与从所述信号环路接收的输入信号进行比较，其中所述发送和接收单元能够在所述输出信号与所述输入信号之间出现偏差的情况下确定所述信号环路的功能故障并且基于此启动用于所述至少一个车辆的自主行驶运行的安全流程。因此，在此涉及一种主动的限定和监控系统，该主动的限定和监控系统识别出相应的信号环路的功能故障(例如干扰、失效、中断或干扰信号)并且基于这些获取结果来启动相对应的安全流程。该系统例如可以用于农业的收割工作或港口区域的运输工作，其中可以特别有用且高效地设计布置在工作区域中的车辆的自主行驶运行。

相应的信号环路优选包括金属信号线路。金属信号线路优选地被置入到地面中并且用作农田边界或者用作相应车辆的工作区域的边界。相应被记录到工作区域中的车辆被配置成使得其在接近相应的信号环路时识别出其输出信号。换言之，相应的车辆将金属信号线路标识为信号环路。在此有利的是，车辆可以将信号环路与可能存在于地面中的其他金属物体区分开。因此，该系统被设计成相对于金属干扰物体是可靠的。

此外，相应的车辆优选包括传感器单元，以便探测相应的信号环路的输出信号。此外，借助于传感器单元还可以进行之前所提及的、信号环路与其他金属物体之间的区分。

如果相应的车辆接近信号环路，则这由相应的车辆的传感器单元探测到并且被传输给发送和接收单元。基于此可以对自主车辆的行驶运行进行调整，从而例如可以改变相应的车辆的方向或运动路线。借助传感器单元，车辆被设计成用于独立自主地获取该车辆是否处于相应的工作区域的信号环路之内。

相应的车辆优选包括发射器，所述发射器被配置成用于至少暂时地影响所述相应的信号环路的输出信号。术语“至少暂时地”应理解为：发射器在规定的时间段内改变或影响输出信号或者完全改变或影响该输出信号。在此，每辆车辆均可以发出特定信号，利用该特定信号来影响相应的信号环路。在此，系统被配置成用于将信号变化用于准确地标识相应的车辆并且/或者将其与其他车辆区分开。换言之，不仅通过车辆本身、而且冗余地通过系统或发送和接收单元来实施对相应的信号环路的监控，该相应的信号环路可以说应被理解为用于相应的在工作区域中被拨入或被编码的车辆的虚拟边界或栅网。除了提高安全性之外，这还实现了对相应工作区域的容错监控。

根据一个实施例设置有多个工作区域，所述多个工作区域由相应的信号环路限定，其中每至少两个工作区域分别至少部分重叠地布置，以便在至少两个工作区域之间形成过渡区域。以具有相应的信号环路的两个工作区域为例，可以在第一工作区域中记录至少一个车辆并且在第二工作区域中记录至少一个另外的车辆。此外，至少一个第三车辆可以被编码到第一工作区域和第二工作区域中。换言之，第一车辆被授权用于仅在第一工作区域中运动。由于受第一信号环路限定，第一车辆不可能在不触发第一信号环路的功能故障的情况下从第一工作区域驶出。第二车辆被授权仅在第二工作区域中行驶。相应地，由于受第二信号环路限定，第二车辆不可能在不触发第二信号环路的功能故障的情况下从第二工作区域驶出。

仅具有针对两个工作区域的编码或授权的第三车辆可以在第一工作区域和第二工作区域中行驶。在此，这两个工作区域之间的过渡区域用作传输区域，该传输区域形成如下场地，即，所有三个车辆都可以运动到该传输区域中，而不会被禁止横穿呈信号环路形式的相应边界，这是因为这些车辆不仅位于第一工作区域中而且位于第二工作区域中。只有当第三车辆位于第二工作区域的第二信号环路之内(即位于过渡区域中)时，才允许该第三车辆驶过或横穿第一工作区域的第一信号环路，并且反之亦然。换言之，车辆在其位于过渡区域中时可以从第一工作区域被重新编码到第二工作区域，或者反之亦然。因此，在过渡区域中实现车辆在第一工作区域与第二工作区域之间的重新记录。

下面将根据附图详细阐述本发明的两个优选的实施例。在附图中：

图1示出根据第一实施方式的、用于限定和监控多个自主运行车辆的工作区域的本发明系统的高度简化的示意图，以及

图2示出根据第二实施方式的本发明系统的高度简化的示意图。

根据图1示出了用于限定和监控至少一个自主运行车辆2a的工作区域1a的系统的第一实施方式。该系统包括单独布置的发送和接收单元3，该发送和接收单元在信号技术上与设计为金属信号线路的信号环路4a相连接，其中信号环路4a限定工作区域1a。工作区域1a是农田10(例如玉米农田)的一部分，车辆2a(可以是农用商用车辆)驶过该农田来在工作区域1a上工作。在本示例中，系统仅包括布置在工作区域1a内并且在其中自主运行的单个车辆2a。

发送和接收单元3在此产生模拟输出信号，连续发送该模拟输出信号通过信号环路4a来监控工作区域1a。在通过信号环路4a之后，发送和接收单元3在接收器侧接收输出信号作为输入信号，其中将该输入信号与最初引入的输出信号进行比较。换言之，将这两个信号叠加，以便确定可能的偏差。在输出信号无故障通过信号环路4a的情况下，在进行比较之后在输出信号与输入信号之间没有偏差。相反，如果输出信号与输入信号不一致，则发送和接收单元3确定存在偏差。于是在信号环路4a之内存在功能故障，例如在信号环路4a之内信号中断、干扰或失效。此外，当车辆2a接触或横穿信号环路4a时，也识别出功能故障。

根据对功能故障的确定，由发送和接收单元3引入用于车辆2a的自主行驶运行的安全流程，该安全流程影响车辆2a的行驶运行。安全流程例如可以是向至少一个车辆2a发送指令信号和/或向外部的(即布置在信号环路4a外部的)接收站5发送指令信号，该接收站例如可以是车辆2a的操作者的装置。在此，接收站5和车辆2a为了藉由无线电连接进行数据交换而与发送和接收单元3联接。借助于指令信号例如可以触发车辆2a的紧急停止或停用。

在此，车辆2a当前包括传感器单元8，以便探测信号环路4a的输出信号。在接近信号环路4a时，车辆2a可以检测信号环路4a的输出信号。此外，车辆2a借助编码装置9a被编码到工作区域1a中。这意味着，车辆2a被配置成使得其可以根据由传感器单元8检测的输出信号来确定其是否位于由信号环路4a限定的工作区域1a之内。此外，如果车辆2a驶过信号环路4a，则可以探测其是位于工作区域1a之内还是之外，由此可以以如下方式停用或调整车辆2a的行驶运行，使得车辆2a驶回到工作区域1a中。为此，传感器单元8可以与在此未示出的控制单元相连接，该控制单元评估传感器单元8的检测到的数据并且可以相应地作用于车辆2a的行驶运行。

如果车辆2a确定其不再位于工作区域1a中或者刚好已经横穿信号环路4a，则识别出信号环路4a的功能故障并且随后启动安全流程。由此提高了系统的安全性并且实现了信号环路4a的诊断能力。

根据图2示出了用于限定和监控至少一个工作区域1a、1b的系统的第二实施方式。系统的工作原理基本上对应于对图1的说明。与第一实施方式不同，系统具有两个工作区域1a、1b，这些工作区域通过相应的信号环路4a、4b来限定，其中使三个车辆2a、2b、2c在第一工作区域和/或第二工作区域1a、1b中自主运行。这两个工作区域1a、1b彼此部分重叠地布置，其中在重叠的区域中形成位于两个工作区域1a、1b之间的过渡区域6。发送和接收单元3布置在这两个信号环路4a、4b之间的交接处。

在此情况下，第一车辆2a被编码成使得其仅能在由第一信号环路4a限定的第一工作区域1a内自主行驶。因此，第一车辆2a具有第一编码装置9a。相比于此，第二车辆2b被编码成使得其仅能够在由第二信号环路4b限定的第二工作区域1b内自主行驶。因此，第二车辆2b具有第二编码装置9b。第三车辆2c被编码到第一工作区域1a和第二工作区域1b中，从而因此该第三车辆可以在这两个工作区域1a、1b中自主运动。因此，第三车辆2c具有第一编码装置和第二编码装置9a、9b。

第三车辆2c被编码成使得车辆2c可以从第一工作区域1a过渡到第二工作区域1b，并且反之亦然。在此，只有当第三车辆2c行驶穿过过渡区域6时，才可以实现过渡。在过渡区域5中，相应的车辆同时位于这两个工作区域1a、1b之内。此外可以实现的是，例如在第一车辆2a位于过渡区域6中时，该第一车辆的第一编码装置9a被第二编码装置9b替代，从而使得可以说重新记录第一车辆2a。由此，第一车辆2a随后仅可以在第二工作区域1b中运动。因此，可以在过渡区域6中删除或添加单独的编码装置9a、9b。

在第二实施例中，车辆2a、2b、2c还包括发射器7，该发射器被配置成用于至少暂时地影响相应的信号环路4a、4b的输出信号。为此，相应的车辆2a、2b、2c的发射器7发出与其他信号不同的特定信号，该特定信号被设置成用于以如下方式改变或影响相应的信号环路4a、4b中的输出信号，使得发送和接收单元3确定不是信号环路4a、4b的功能故障、而是相应的车辆2a、2b、2c接近信号环路4a。换言之，在发送和接收单元3中存储有在车辆2a接近信号环路4a的情况下可预期出现的特定信号。此外，发送和接收单元3由此能够识别出车辆2a、2b、2c是否仍处于相应的工作区域1a、1b之内。此外，系统可以基于特定信号精确地识别出哪个车辆2a、2b、2c已经接近相应的信号环路4a、4b。

如果车辆2a和/或发送和接收单元3确定车辆2a、2b、2c中的一个车辆不再位于相应的工作区域1a、1b中，则由发送和接收单元3启动安全流程。

附图标记清单

1a，1b 工作区域

2a，2b，2c 车辆

3 发送和接收单元

4a，4b 信号环路

5 接收站

6 过渡区域

7 发射器

8 传感器单元

9a，9b 编码装置

10 农田

Claims (13)

1.一种用于限定和监控至少一个自主运行车辆(2a)的至少一个工作区域(1a)的方法，其中布置在所述车辆(2a)外部的发送和接收单元(3)与至少一个信号环路(4a)在信号技术上相连接，通过所述至少一个信号环路来限定相应的工作区域(1a)，其中所述发送和接收单元(3)发送输出信号通过所述信号环路(4a)以用于监控所述工作区域(1a)，并且将所述输出信号与从所述信号环路(4a)接收的输入信号进行比较，其中所述发送和接收单元(3)在所述输出信号与所述输入信号之间出现偏差的情况下确定所述信号环路(4a)的功能故障并且基于此启动用于所述至少一个车辆(2a)的自主行驶运行的安全流程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出信号和所述输入信号是模拟信号或数字信号。

3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述输出信号由所述发送和接收单元(3)连续发送或在规定的时间点发送。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述安全流程包括从所述发送和接收单元(3)发出到所述至少一个车辆(2a)或者到外部的接收站(5)的指令信号。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，多个工作区域(1a，1b)由相应的信号环路(4a，4b)限定，其中每至少两个工作区域(1a，1b)至少部分重叠地布置，以便在至少两个工作区域(1a，1b)之间形成过渡区域(6)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，相应的车辆(2a)配备有相应的发射器(7)，所述相应的发射器被配置成用于至少暂时地影响所述相应的信号环路(4a，4b)的输出信号。

7.根据权利要求5在结合权利要求6时所述的方法，其特征在于，将相应的车辆(2a)编码到所述工作区域(1a，1b)中的至少一个工作区域中。

8.一种用于限定和监控至少一个自主运行车辆(2a)的至少一个工作区域(1a)的系统，其中布置在所述车辆(2a)外部的发送和接收单元(3)与至少一个信号环路(4a)在信号技术上相连接，通过所述至少一个信号环路来限定相应的工作区域(1a)，其中所述发送和接收单元(3)发送输出信号通过所述信号环路(4a)以用于监控所述工作区域(1a)，并且将所述输出信号与从所述信号环路(4a)接收的输入信号进行比较，其中所述发送和接收单元(3)能够在所述输出信号与所述输入信号之间出现偏差的情况下确定所述信号环路(4a)的功能故障并且基于此启动用于所述至少一个车辆(2a)的自主行驶运行的安全流程。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，相应的信号环路(4a)包括金属信号线路。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于多个工作区域(1a，1b)，所述多个工作区域是由相应的信号环路(4a，4b)限定的，其中每至少两个工作区域(1a，1b)至少部分重叠地布置，以便在至少两个工作区域(1a，1b)之间形成过渡区域(6)。

11.根据权利要求8至10之一所述的系统，其特征在于，相应的车辆(2a)包括发射器(7)，所述发射器被配置成用于至少暂时地影响所述相应的信号环路(4a，4b)的输出信号。

12.根据权利要求10在结合权利要求11时所述的系统，其特征在于，相应的车辆(2a)是被编码到所述工作区域(1a，1b)中的至少一个工作区域中的。

13.根据权利要求8至12之一所述的系统，其特征在于，相应的车辆(2a，2b，2c)包括传感器单元(8)，以便探测所述相应的信号环路(4a，4b)的输出信号。

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