DE102012101500A1

DE102012101500A1 - Verfahren und Anordnung zur Erfassung von Zustände eines Fahrzeugs beschreibenden Daten sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium

Info

Publication number: DE102012101500A1
Application number: DE201210101500
Authority: DE
Inventors: Karl Schniz
Original assignee: Schniz Dr GmbH
Current assignee: Schniz Dr GmbH
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2013-08-29
Also published as: DE102012101500A9

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung von Zustände eines Fahrzeugs beschreibenden Daten sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, welche insbesondere einsetzbar sind zur schnellen Analyse des Nutzungsgrads und des räumlichen Einsatzes beliebig großer Flotten von Transportfahrzeugen mit Hilfe eines eigenständigen Sensorsystems. Hierfür wird ein System vorgeschlagen, welches eine ultraschallbasierte Sensorik zur Erfassung des Beladungszustandes und ein Sender-/Empfängersystem für eine ultraschallbasierte Zonenortung umfasst. Die Sensorik zur Erfassung des Beladungszustandes ist als autonome Einheit ausgebildet und ohne Verkabelung an dem Fahrzeug angebracht. Das Sender-/Empfängersystem umfasst einen stationär angebrachten Ultraschallsender und einen am Fahrzeug angebrachten Empfänger. Der Ultraschallsender sendet zur Identifikation der Zone ein Signal mit einer individuellen Kennung. Die Empfängereinheiten verfügen jeweils über einen Datenlogger. Anhand der aufgezeichneten Daten lassen sich vielfältige Auswertungen durchführen wie z.B. eine Auslastung- und/oder Wegeanalyse von Flurförderzeugen, eine zonenbasierte Ortung für übergeordnete Logistik-Systeme, eine zonenbasierte Ortung für fahrzeuggebundene Systeme o. dgl.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung von Zustände eines Fahrzeugs beschreibenden Daten sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, welche insbesondere einsetzbar sind zur schnellen Analyse des Nutzungsgrads und des räumlichen Einsatzes beliebig großer Flotten von Transportfahrzeugen mit Hilfe eines eigenständigen Sensorsystems.
Hintergrund der Erfindung
Die systematische Analyse der Nutzung von Flurförderzeugen erfordert die Erfassung der Beladungszustände sowie der Fahrzustände. Ergänzend sind Informationen zu den Standorten bei Aufnahme bzw. Abgabe einer Last sowie zu konkreten Fahrwegen der Fahrzeuge notwendig, um Optimierungspotenziale hinsichtlich der Auftragszuordnung und Steuerung, der Flottengröße und der Auslastung korrekt bewerten zu können.
Im Vorfeld von größeren Investitionen, z.B. der Einführung eines Staplerleitsystems oder eines Staplerortungssystems, oder auch bei der Bewertung von Flottengrößen, der Einrichtung von internen Staplerpools oder der Bestimmung des notwendigen Personalbedarfs, stellen sich grundsätzliche Fragen zum aktuellen Nutzungsgrad der vorhandenen Flurförderzeuge.
Aus den Erfahrungen, die auf dem Gebiet der Erfindung gesammelt wurden, lassen sich folgende Anforderungen an ein sensorbasiertes Analysesystem ableiten:
Auswertung eines Zeitraums von vier Wochen: um die Auslastung und Nutzung bei verschiedenen Auslastungen und unter Einbezug aller Schichtmodelle korrekt zu erfassen, ist erfahrungsgemäß ein Erfassungszeitraum von vier Wochen sachgerecht. Ein Analysesystem muss folglich vier Wochen ohne Unterbrechung zur Verfügung stehen. Aktuell gibt es kein Analysesystem, dass vier Wochen autark wartungsfrei eingesetzt werden kann.
Schnelle Montage: Stapler stehen häufig nur während des Schichtwechsels oder für die Dauer einer Freischicht für eine Montage eines Systems zur Verfügung, denn für Montagearbeiten zur Unterstützung einer Analyse ist ein Herauslösen von Geräten aus dem operativen Betrieb kaum zu rechtfertigen. Die Montage pro Fahrzeug darf somit nur sehr kurze Zeit in Anspruch nehmen. Aktuelle gibt es keine Sensorik für die Erfassung des Lastzustands im Markt, die eine Schnellmontage (weniger als 1 Minute) erlaubt.
Kein Eingriff in die Fahrzeugelektronik, keine mechanischen Änderungen am Stapler:
aus technischen und rechtlichen Gründen muss ein Analysesystem ohne Eingriff in die Fahrzeugelektronik und ohne mechanische Änderungen am Fahrzeug einsetzbar sein.
Wartungsfreier Einsatz: das eingesetzte System darf während der Analyse kein Mehraufwand für das Unternehmen verursachen, insbesondere ist also ein regelmäßiger Akkuwechsel für Geräte keine Option.
Keine IT-Unterstützung: die denkbare Nutzung einer bestehenden IT-Infrastruktur (IT = Informationstechnologie) für die WLAN-Ortung (WLAN = Wireless Local Area Network) setzt verständlicherweise den Einbezug der verantwortlichen IT-Abteilung für die zeitaufwändige Prüfung und Freigabe voraus. Ein Analysesystem sollte folglich ohne Unterstützung und ohne Notwendigkeit einer Freigabe von Funkfrequenzen durch die IT einsetzbar sein.
Kein Netzanschluss: die verwendete Technik – sowohl für die fahrzeuggebundene Erfassung als auch für die Ortung – muss unabhängig vom Stromnetz der Infrastruktur bzw. der Fahrzeuge einsetzbar sein. Die erforderlichen Aufwände für das Bereitstellen von 220V-Anschlüssen für ein Ortungssystem oder das Bereitstellen von 24V-Anschüssen an den Fahrzeugen würden den Aufwand für eine Analyse übersteigen.
Einsatz unabhängig von Fahrzeughersteller und Typ: die in der Praxis oftmals anzutreffenden heterogenen Staplerflotten – verschiedene Typen unterschiedlicher Hersteller – müssen durch das Analysesystem problemlos unterstützt werden.
Beliebig skalierbares System: Auswertungen zum Einsatz von Staplerflotten umfassen häufig große Areale mit einer Vielzahl an Hallen, Durchfahrten und Außenflächen. Das System muss folglich den Einsatz in großen Arealen problemlos unterstützen.
Innen- und Außeneinsatz: die Technik für die Analyse muss den Einsatz sowohl im Innen- als auch im Außenbereich erlauben. Neben der Unabhängigkeit von einem Netzanschluss ist also für alle Komponenten auch eine Schutzklasse von mindestens IP65 notwendig.
Vermeiden von Verkabelung: die Verwendung von Kabeln für die Stromversorgung oder die Signalübertragung bedingt das Risiko einer Beschädigung des Kabels oder Steckers, insbesondere beim Verbau an der Gabel.
Stand der Technik
Bei der systematischen Analyse der Nutzung von Flurförderzeugen sind zwei Aspekte zu berücksichtigen. Nämlich:

1. Wie kann die Bewegung und Auslastung bzw. tatsächliche logistische Nutzung eines Flurförderzeugs erfasst und gemessen werden?
2. Wie kann ein Flurförderzeug innerhalb einer Gebäudestruktur ausreichend genau geortet werden?

Die beiden Fragestellungen sind eng verknüpft: sofern eine zeitweise geringe Auslastung eines Fahrzeug erkannt wird, stellt sich in der Praxis unmittelbar die Frage, wo es sich befand. Die Aufbereitung von zeitlichen Nutzungsstatistiken erfordert die zusätzliche Angabe der räumlichen Nutzung, denn nur so sind die Ergebnisse für Zwecke der Analyse und Optimierung nutzbar.
Zu 1.: Messung von Auslastung und logistischer Nutzung von Flurförderzeugen
Der Betrieb von Flurförderzeugen verursacht Kosten, die durch Beschaffung und Unterhalt der Fahrzeuge sowie durch Personalaufwand für das Bedienen gekennzeichnet sind. Die variablen Kostenanteile sind hierbei Energiekosten (Diesel, Treibgas, Strom) sowie Personalkosten. Im Rahmen des Ressourcenmanagements werden die variablen Kosten oftmals mit den Betriebsstunden der Fahrzeuge in Relation gesetzt. Diese Betriebsstunden werden in nahezu allen Fahrzeugen über eingebaute Betriebsstundenzähler erfasst. Bei näherer Betrachtung fällt jedoch auf, dass die Betriebsstunden nicht nach „Fahrt mit Last“ und „Fahrt ohne Last“ differenziert werden können. Auch die vereinzelt antreffenden gesonderten Betriebsstundenzähler für Fahrzeug und hydraulisches Hubgerüst lösen dieses Problem nicht, da damit lediglich die Hubzeiten gesondert abgebildet werden, nicht jedoch das Fahren mit Last bei in der Regel abgesenkter Gabel.
Die Hersteller von Flurförderzeugen (folgend als OEMs [OEM = Original Equipment Manufacturer] bezeichnet) bieten ab Werk entsprechende Sensoren an, die auch die Belegung der Gabel sowie die Fahrzustände erfassen und in sogenannten Flottenmanagementsystemen anzeigen können. Die Marktdurchdringung dieser Systeme ist auf Grund der hohen Kosten noch sehr gering. Entsprechende Flottenmanagementsysteme mit fest einzubauenden Sensoren können auch von Drittanbietern bezogen werden. Diese Systeme müssen aber – wie die Systeme der OEMs – an die Fahrzeugelektrik angeschlossen werden.
In der Praxis sind häufig heterogene Staplerflotten anzutreffen, dass heißt, es sind Fahrzeuge verschiedener Hersteller und unterschiedliche Fahrzeugtypen im Einsatz. Durch die typisch lange Nutzungsdauer von Flurförderzeugen (5 bis 7 Jahre) gehen zudem Innovationen – wie z.B. die durchgehende Ausrüstung mit Sensoren – nur sehr langsam in die allgemeine Praxis ein. Somit stellt sich in der Praxis der Analyse und Optimierung von Flurförderzeugen die Frage, wie Fahrzeuge verschiedener Hersteller und unterschiedlicher Fahrzeugtypen systematisch analysiert werden können.
Zur Erfassung der logistischen Nutzung muss die Bewegung des Fahrzeugs und der Beladungszustand, z.B. der Gabel, ausgewertet werden. Erst die Kombination der Merkmale erbringt klare Aussagen, da somit zum einen Stillstände mit Last (z.B. Fahrzeug wird während Pause mit Last geparkt) aber auch Fahrzustände (voll und leer) qualifiziert werden können.
Die Aufgabenstellung des Bewegungszustands lässt sich – sofern man gemäß der Aufgabenstellung auf einen Eingriff in die Fahrzeugelektrik und Elektronik verzichtet – über Beschleunigungssensoren bzw. Erschütterungssensoren lösen.
Die technischen Möglichkeiten zur Erkennung des Beladungszustands der Gabel lassen sich wie folgt klassifizieren: Erkennung über Druckschalter, Erkennung über Druckmessung im hydraulischen System, Erkennung über Laserentfernungsmessung und Erkennung über Ultraschallsensoren.
Klassische Verfahren, z.B. der Einsatz von Druckschaltern, sind häufig für die auftretenden mechanischen Belastungen (z.B. Stöße beim Aufnehmen von Metallpaletten) nicht geeignet. Auch die Option der Druckmessung im hydraulischen System des Hubgerüsts ist in der Praxis nicht geeignet, weil über dieses Verfahren nur die Gabelbewegung, nicht jedoch die Belegung der Gabel selbst eindeutig feststellbar ist. Dies resultiert u.a. aus den Gewichtsdifferenzen: die über Hydraulik bewegte Staplergabel mit Gerüst wiegt ca. 200 kg, eine EURO-Palette aus Kunststoff wiegt 5 kg. Lasten mit hohem Volumen und geringem Gewicht werden bei der Erkennung via Druckmessung häufig nicht erkannt. Zudem eignet sich dieses Verfahren aus Kostengründen weder für eine Nachrüstung noch für eine temporäre Analyse.
Die technischen Möglichkeiten zur Erkennung des Beladungszustands der Gabel lassen sich somit auf zwei wesentliche Verfahren reduzieren: Entfernungsmessung durch Laser und Entfernungsmessung durch Ultraschall.
Beim Einsatz von Lasertechnologien wird durch einen oder mehrere am Mast oder an der Gabel angebrachte Laserentfernungsmesser die Entfernung zu einem oder mehreren vordefinierten Punkten gemessen (Laufzeit des reflektierten Laserstrahls).
Mit diesem Verfahren lasst sich sicher erkennen, ob die Gabel belegt oder frei ist. Die typische Stromaufnahme eines Elements für die Laserentfernungsmessung liegt bei 150 mA, die Versorgungsspannung muss üblicherweise mindestens 18 V betragen. Eine Versorgung über Akkus oder Batterien über einen Zeitraum von mehr als 24 Stunden ist deshalb bei Lasereinsatz keine Option. Der Einsatz von Laserentfernungsmessern erfordert die feste Verkabelung bzw. die Verbindung zum Bordnetz des Staplers. Nachdem Gabelgeometrien von Flurförderzeugen sehr komplex werden können (Horizontalverstellungen, 90°-Drehgestelle, Rotationsklammern etc.) erfordert das praxistaugliche robuste Verlegen von Strom- und Signalkabeln an Gabelstaplergabeln einen sehr hohen Aufwand. Ergänzend wird angemerkt, dass der Lasereinsatz auf Grund des Schädigungspotenzials für menschliche Augen häufig kritisch gesehen wird. Ein horizontaler Einsatz, z.B. für die Erkennung von Konturen auf verschiedenen Höhen der Gabel, verbietet sich damit meist. Schwierigkeiten mit diesem Verfahren gibt es in der Praxis auch bei Ladegütern mit reflektierender Oberfläche (Metall, Folie), hier kann es zu Fehlmessungen und damit Fehlerkennungen kommen. Fehlmessungen werden zudem auch durch Verschmutzungen der Laseroptik verursacht.
Das optische Verfahren der Laserentfernungsmessung wird in Einzelfällen auch über Infrarot-Dioden statt Laserelementen realisiert – die vorstehenden Anmerkungen gelten analog.
Bei der Entfernungsmessung durch Ultraschall wird ein Ultraschallsignal abgestrahlt und aus der Laufzeit des reflektierten Signals die Nähe eines Objekts bestimmt.
Dieses Verfahren (analog zu den im Automobilbereich eingesetzten Sensoren für Einparkhilfen) ist sehr robust und kommt auch in der Logistik zum Einsatz. Es vermeidet die Nachteile von Laser (Stromverbrauch, Reflexion, Gefahr für Augen). Bei geeigneter Anbringung eines oder mehrerer Ultraschallsensoren lassen sich auch kleine bzw. flache Ladegüter (Leerpaletten) sicher erkennen. Bisherige Anwendungen setzen jedoch eine feste Montage bzw. Verkabelung voraus.
Zu 2.: Ortung von Flurförderzeugen innerhalb von Gebäudestrukturen
Bei der Ortung von Flurförderzeugen muss zwischen der Ortung innerhalb und außerhalb von Gebäuden unterschieden werden. Die Ortung außerhalb von Gebäuden kann unter Anwendung von GPS-Techniken (GPS = Global Positioning System) weitgehend als beherrscht und gelöst angesehen werden. Die eigentliche Problemstellung betrifft Verfahren zur Ortung innerhalb von Gebäuden, da GPS eine quasioptische Sichtverbindung zu Satelliten voraussetzt und in Gebäuden nicht funktioniert (bekannt ist der sogenannte „Tiefgaragen- und Tunneleffekt von GPS“). Bei den bekannten Systemen für die Ortung innerhalb von Gebäuden muss folgend zwischen technischer Machbarkeit und wirtschaftlicher Umsetzbarkeit unterschieden werden. In der folgenden Darstellung von Techniken werden folgende Kriterien einbezogen:

– Anwendbarkeit für temporäre Analysen (Aufwand für Montieren und Demontieren),
– Anwendbarkeit in großen Gebäudestrukturen,
– Anwendbarkeit ohne Anbindung an Stromnetz,
– Anwendbarkeit ohne Anbindung an Datennetz,
– Anwendbarkeit ohne technische Änderungen am Flurförderzeug.

A) Funkbasierte Verfahren auf Basis einer Triangulation
Funkbasierte Verfahren zur Triangulation verwenden Sender und Empfänger in verschiedenen Frequenzbereichen und berechnen über Laufzeitdifferenzen von Funksignalen sowie teilweise unter Einbezug von Feldstärkemessungen die aktuelle Position eines Senders relativ zu (mindestens) drei Empfängern oder die aktuelle Position eines Empfängers relativ zu (mindestens) drei Sendern. Allen Verfahren ist gemeinsam, dass entweder die Sender oder die Empfänger einen hohen Strombedarf aufweisen, also mindestens entweder für Sender oder für Empfänger ein Anschluss an das ortsfeste Stromnetz oder das Bordnetz eines Flurförderzeugs nötig ist. Funkbasierte Techniken stoßen an Grenzen der Technik, sofern die Umgebung viele Metallstrukturen mit abschirmenden Eigenschaften aufweist. Auch Umgebungen mit vielen Flüssigkeiten in größeren Volumen erschweren den Einsatz von Funktechniken stark (zu beobachten in Lebensmittel-, Papier- und Holzindustrie). Ein weiteres Problem beim Einsatz funkbasierter Verfahren ist die Notwendigkeit des individuellen Einmessens für jedes Gebäude, der erforderliche zeitliche Einsatz in größeren Hallenstrukturen ist somit tendenziell recht hoch. Das Verwenden von Funkfrequenzen für die Ortung stößt zudem unter dem Aspekt der IT-Sicherheit (WLAN für die innerbetriebliche Datenübertragung) auf Probleme.
B) Funkbasierte Verfahren zur Erkennung von Positionen auf Basis RFID (= Radio Frequency Identification)
Die Verwendung von RFID-Techniken zur Lokalisierung von Fahrzeugen innerhalb von Gebäuden kann auf zwei Arten erfolgen:

– Antenne am Fahrzeug und RFID-Chip im Boden,
– RFID-Chip am Fahrzeug und Antennenstruktur im Gebäude.

Die Bauart „Antenne am Fahrzeug und RFID-Chip im Boden“ ist für langfristige Anwendungen umsetzbar, setzt jedoch aufwändige technische Änderungen am Fahrzeug (Rahmenantenne am Fahrzugunterboden) sowie Bohrungen in den Gebäudeboden zum Setzen der RFID-Chips voraus. Für eine temporäre Analyse sind diese Aufwände zu hoch.
Die zweite Option „RFID-Chip am Fahrzeug und Antennenstruktur im Gebäude“ setzt eine Vielzahl leistungsfähiger Antennen voraus. Hierbei sind folglich neben der Notwendigkeit einer festen Stromversorgung der Antennen der Aufwand für das Montieren und Einmessen notwendiger Antennenelemente zu berücksichtigen. Für den Einsatz der Funktechnik allgemein gelten zusätzlich die gleichen Probleme wie unter „funkbasierter Triangulation“ dargestellt.
C) Optisch-mechanische Verfahren
Optisch-mechanische Verfahren der Fahrzeugortung verwenden mechanische Sensoren zur Messung der Radumdrehungen sowie ergänzende Verfahren (z.B. Laserentfernungsmessung) zur genauen Positionserkennung des Fahrzeugs. Diese Verfahren erfordern einen sehr hohen Rüstaufwand am Fahrzeug und der Gebäudestruktur (Anbringen von Reflektoren für Laser) und sind für temporäre Analysen nicht geeignet.
D) Kamerabasierte Verfahren
Kamerabasierte Verfahren nutzen eine am Flurförderzeug installierte Kamera, die Markierungen erkennt und folgend über einen Bordcomputer in absolute Positionen umrechnet. Die Markierungen können dabei entweder an der Decke oder am Boden angebracht sein. Eine Deckenmarkierung wird in der US-Patentanmeldung US 2006/0184013 A1 beschrieben. Beiden Techniken ist gemeinsam, dass pro Fahrzeug eine Spezialkamera sowie ein leistungsfähiger Bordcomputer vorhanden sein müssen. Zudem müssen in allen Gebäuden, in denen eine Ortung stattfinden soll, entsprechende Markierungen eingebracht und vermessen werden. Neben dem Hardwareaufwand ist es insbesondere der Vermessungsaufwand, der diese Techniken für eine temporäre Analyse ungeeignet machen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung von Zustände eines Fahrzeugs beschreibenden Daten sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium bereitzustellen, welche die genannten Nachteile vermeiden und es insbesondere gestatten, eine Analyse der Nutzung von Fahrzeugen einer Fahrzeugflotte durchzuführen, wobei eine Beeinträchtigung der Fahrzeugnutzung und ein Eingriff in die Fahrzeugelektronik oder in Informationssysteme der Flottenbetreiber vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Ansprüchen 1 und 6 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine schnelle Analyse des Nutzungsgrades und des räumlichen Einsatzes beliebig großer Fahrzeugflotten, insbesondere von Staplerflotten, ermöglicht wird. Dies wird erreicht, indem Daten erfasst werden, die Zustände der Fahrzeuge beschreiben. Insbesondere werden Daten erfasst, welche einen Beladungszustand, einen Bewegungszustand, eine Orientierung des Fahrzeugs im Raum und/oder die örtliche Position des Fahrzeugs beschreiben. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, mindestens ein erstes Modul einzusetzen. Das mindestens eine erste Modul ist an den Fahrzeugen angebracht. Jedes der mindestens einen ersten Module umfasst zumindest einen ersten Ultraschallsender, einen ersten Ultraschallempfänger, einen Bewegungssensor, optional einen Orientierungssensor, eine erste Datenverarbeitungseinheit, erste Speichermittel und eine erste Energiequelle. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch das mindestens eine erste Modul Daten erfasst, die den Beladungszustand des Fahrzeugs beschreiben, d.h., ob das Fahrzeug mit oder ohne Ladung fährt. Hierfür sendet der mindestens eine erste Ultraschallsender Ultraschallsignale in Richtung Ladebereich aus. Der mindestens eine erste Ultraschallempfänger empfängt die von dem Ladebereich oder von im Ladebereich befindlichen Objekten reflektierte Ultraschallsignale und die mindestens eine erste Datenverarbeitungseinheit berechnet die Zeit, welche das Ultraschallsignal von dem mindestens einen ersten Ultraschallsender zu dem mindestens einen ersten Ultraschallempfänger benötigt. Aus dieser Laufzeit des Ultraschallsignals wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beispielsweise die Entfernung berechnet, die das Ultraschallsignal zurückgelegt hat. Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass aus der Laufzeit oder der Entfernung automatisch ermittelt wird, ob sich ein Objekt im Ladebereich befindet oder nicht. Zumindest ein Teil der Daten, d.h. die Laufzeiten und/oder die aus den Laufzeiten abgeleiteten Informationen, werden in den ersten Speichermitteln des mindestens einen ersten Moduls gespeichert. Die Speicherung erfolgt vorzugsweise dauerhaft.
Des weiteren werden durch das mindestens eine erste Modul Daten erfasst, die einen Bewegungszustand des Fahrzeugs beschreiben. Hierfür ist insbesondere vorgesehen, dass durch den Bewegungssensor detektiert wird, ob sich das Fahrzeug in Ruhe oder Bewegung befindet. Vorzugsweise wird dies über auftretende Beschleunigungen erfasst. Bei dem mindestens einen Bewegungssensor handelt es sich vorzugsweise um einen Beschleunigungssensor. Weiter ist vorgesehen, neben dem Bewegungszustand auch die Orientierung des Fahrzeugs zu erfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist hierfür vorgesehen, dies aus einer Anfangsorientierung des Fahrzeugs und anschließender Integration der gemessenen Beschleunigungen zu ermitteln. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Orientierung durch einen Orientierungssensor, vorzugsweise durch einen Kompass, ermittelt wird, der von dem mindestens einen ersten Modul umfasst wird. Die ermittelten bzw. erfassten Informationen über den Bewegungszustand und die Orientierung des Fahrzeugs werden ebenfalls, vorzugsweise dauerhaft, in den ersten Speichermitteln des mindestens einen ersten Moduls gespeichert.
Mit den so erfassten bzw. ermittelten Informationen lässt sich die Auslastung der Fahrzeuge, d.h. das Verhältnis der Fahrten mit einer Ladung zu den Leerfahrten, bestimmen. Vorzugsweise erfolgt die Datenerfassung über einen längeren Zeitraum, beispielsweise über einen Zeitraum von einer bis acht Wochen, vorzugsweise über einen Zeitraum von zwei bis sechs Wochen, besonders bevorzugt über einen Zeitraum von ca. vier Wochen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Daten zusammen mit einem Zeitstempel gespeichert werden.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zur Erfassung von Daten, welche Zustände eines Fahrzeugs beschreiben, mindestens ein zweites Modul eingesetzt wird. Auch dieses mindestens eine zweite Modul in an dem Fahrzeug angeordnet. Jedes der mindestens einen zweiten Module umfasst zumindest einen zweiten Ultraschallempfänger, eine zweite Datenverarbeitungseinheit, zweite Speichermittel und eine zweite Energiequelle. Gemäß dieser Ausführungsform ist mindestens ein drittes Modul vorgesehen, welches an einem stationären Standort angeordnet ist. Das mindestens eine dritte Modul umfasst zumindest einen zweiten Ultraschallsender. Von dem mindestens einen zweiten Ultraschallsender wird eine modulspezifische Kennung gesendet. Durch diese modulspezifische Kennung kann der stationäre Standort jedes der dritten Module bestimmt werden. Durch ein Zusammenwirken des mindestens einen zweiten und des mindestens einen dritten Moduls kann die Position des Fahrzeugs im Raum ermittelt werden. Dies erfolgt beispielsweise, indem von dem zweiten Ultraschallempfänger die von dem zweiten Ultraschallsender gesendeten Ultraschallsignale empfangen und durch die mindestens eine zweite Datenverarbeitungseinheit die Kennung ermittelt wird. Vorzugsweise ist die Kennung den Ultraschallsignalen aufmoduliert und die Ermittlung der Kennung umfasst eine Demodulation. Die ermittelte Kennung wird, vorzugsweise mit einem Zeitstempel, in den zweiten Speichermitteln des mindestens einen zweiten Moduls, vorzugsweise dauerhaft, gespeichert.
Mit Hilfe des mindestens einen zweiten und des mindestens einen dritten Moduls kann der Aufenthaltsort von Fahrzeugen über einen längeren Zeitraum erfasst und ausgewertet werden. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der gewöhnliche Bewegungsbereich der Fahrzeuge in einzelne Zonen aufgeteilt wird und in zumindest einem Teil der Zonen, vorzugsweise in allen Zonen, stationär mindestens ein drittes Modul angeordnet wird. In diesem Fall kann die Kennung der dritten Module genutzt werden, um die Zonen zu kennzeichnen. Wenn sich ein Fahrzeug in einer Zone befindet, werden durch den zweiten Ultraschallempfänger des am Fahrzeug angeordneten zweiten Moduls die Ultraschallsignale des (der) in der Zone angeordneten dritten Moduls (Module) empfangen und von der zweiten Datenverarbeitungseinheit die Kennung ermittelt. Wie erwähnt werden diese Daten gespeichert. Anhand dieser Daten kann bestimmt werden, wann sich das Fahrzeug in welcher Zone aufgehalten hat.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass für einen vorgegebenen Zeitraum sowohl die örtliche Lage als auch der Beladungszustand und die Orientierung von Fahrzeugen ermittelt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist hierfür vorgesehen, die mindestens einen ersten, zweiten und dritten Module einzusetzen. Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass fahrzeugseitig das mindestens eine erste Modul und an den stationären Standorten das mindestens eine dritte Modul genutzt wird. Bei dieser Ausführungsform werden die von dem Ultraschallsender des mindestens einen dritten Moduls gesendeten Ultraschallsignale von dem ersten Ultraschallempfänger des am Fahrzeug angeordneten ersten Moduls empfangen. Die Ermittlung der Kennung erfolgt entsprechend durch die erste Datenverarbeitungseinheit, und die ermittelten Kennungen ggf. mit Zeitstempel werden in dem ersten Speichermittel gespeichert. Vorzugsweise parallel zur Erfassung und Speicherung der aus den Ultraschallsignalen, welche von den dritten Modulen gesendet werden, demodulierten Kennung werden durch das mindestens eine erste Modul, wie oben beschrieben, Daten erfasst und gespeichert, welche einen Beladungszustand und/oder einen Bewegungszustand des Fahrzeugs beschreiben. Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht insbesondere eine Auslastung- und Wegeanalyse von Fahrzeugen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Auswertungen in Echtzeit erfolgt. Das ist besonders vorteilhaft, wenn die Erfindung zur Steuerung und für Sicherheitsanwendungen von Fahrzeugen genutzt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass die Informationen über die Beschleunigung und über die Orientierung des Fahrzeugs und die Kennung zumindest eines Teils der dritten Module ausgewertet werden und in Abhängigkeit des Ergebnisses der Auswertung Betriebseigenschaften des Fahrzeugs gesteuert werden. Es kann dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit der Zone, in der sich ein Fahrzeug befindet und in Abhängigkeit von dessen Fahrtrichtung die Geschwindigkeit des Fahrzeugs begrenzt oder freigegeben werden. Die ist insbesondere vorteilhaft, wenn durch die Kennung Gefahrenzonen, wie z.B. ein Kreuzungsbereich, Übergänge von Personen o.ä. gekennzeichnet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei einer Annäherung des Fahrzeugs an vorgebbare Zonen das Fahrzeug abgebremst und/oder beim Verlassen von vorgebbaren Zonen die Geschwindigkeit freigegeben wird.
Um eine Erfassung von Beladungszuständen, Bewegungszuständen, Orientierungen und/oder der örtlichen Lage von Fahrzeugen unter Verwendung der Module über einen längeren Zeitraum, wie erwähnt, beispielsweise über einen Zeitraum von einer bis acht Wochen, vorzugsweise über einen Zeitraum von zwei bis sechs Wochen, besonders bevorzugt über einen Zeitraum von ca. vier Wochen, durchführen zu können, ist in einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Module in einen Energiesparmodus versetzt werden. Der Energiesparmodus umfasst beispielsweise einen Ruhezustand der Module. Es ist dabei eine Verringerung der Frequenz der Aussendung, Empfangs und/oder der Auswertung von Ultraschallsignalen vorgesehen. Der Energiesparmodus kann beispielsweise in Abhängigkeit von äußeren Ereignissen eingenommen werden, z.B. wenn über einen vorgebbaren Zeitraum signalisiert wird, dass sich das Fahrzeug nicht bewegt.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Erfassung von Zustände eines Fahrzeugs beschreibenden Daten umfasst mindestens ein an dem Fahrzeug angeordnetes erstes Modul, wobei das mindestens eine erste Modul jeweils zumindest

– einen ersten Ultraschallsender,
– einen ersten Ultraschallempfänger,
– einen Bewegungssensor,
– eine erste Datenverarbeitungseinheit,
– erste Speichermittel und
– eine erste Energiequelle

– einen zweiten Ultraschallempfänger,
– eine zweite Datenverarbeitungseinheit,
– zweite Speichermittel und
– eine zweite Energiequelle

– einen zweiten Ultraschallsender und
– eine dritte Energiequelle

Erfindungsgemäß ist die Anordnung derart eingerichtet, d.h. konfiguriert, dass das mindestens eine erste Modul zumindest Daten erfasst, die einen Beladungszustand und einen Bewegungszustand des Fahrzeugs beschreiben. Insbesondere werden die den Beladungszustand des Fahrzeugs beschreibende Daten erfasst, indem Laufzeiten eines von dem ersten Ultraschallsender gesendeten Ultraschallsignals gemessen und die Laufzeiten oder aus den Laufzeiten abgeleitete Informationen in den Speichermitteln gespeichert werden. Die den einen Bewegungszustand des Fahrzeugs beschreibende Daten werden erfasst, indem Informationen über eine Beschleunigung des Fahrzeugs und über eine Orientierung des Fahrzeugs im Raum gemessen und in den Speichermitteln gespeichert werden. Mit Hilfe dieser so erfassten Daten lassen sich beispielsweise Auslastungsanalysen von Fahrzeugen und/oder Analysen statischer logistischer Vorrichtungen und Einrichtungen durchführen, wie weiter unten näher beschrieben wird.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung derart eingerichtet ist, dass das mindestens eine dritte Modul eine modulspezifische Kennung sendet. Die Kennung ist vorzugsweise einem Ultraschallsignal aufmoduliert. Erfindungsgemäß ist die Anordnung dieser alternativen Ausführungsform weiter so eingerichtet, dass das mindestens eine zweite Modul eine örtliche Lage des Fahrzeugs beschreibende Daten erfasst, indem die von dem dritten Modul gesendete Kennung erfasst und in den zweiten Speichermitteln gespeichert wird.
Eine andere alternative Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass fahrzeugseitig das mindestens eine erste Modul und ortsfest das mindestens eine dritte Modul angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Anordnung derart eingerichtet, dass die Erfassung der Daten, welche den Beladungszustand und den Bewegungszustand des Fahrzeugs beschreiben und die Daten zur Beschreibung der örtlichen Lage des Fahrzeugs durch das mindestens eine erste Modul erfasst und gespeichert werden. Hierfür werden Ultraschallsignale in der oben beschriebenen Weise ausgewertet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist hierfür vorgesehen, dass der mindestens eine zweite Ultraschallsender des mindestens einen dritten Moduls zumindest zeitweise eine von dem dritten Modul abhängige Kennung sendet. Weiter ist die mindestens eine erste Datenverarbeitungseinheit des mindestens einen ersten Moduls so konfiguriert, dass zumindest folgende Schritte ausführbar sind:

– Ermitteln der Laufzeit des von dem ersten Ultraschallsender gesendeten und von dem ersten Ultraschallempfänger empfangenen Signals,
– Speicherung der ermittelten Laufzeiten oder der aus den Laufzeiten abgeleiteten Informationen, und
– Erfassen und Speichern der von dem Bewegungs- und Orientierungssensor gemessenen Daten.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die mindestens eine zweite Datenverarbeitungseinheit jeweils derart eingerichtet ist, dass eine Ermittlung der von dem zweiten Ultraschallsender gesendeten Kennung ausführbar ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht darüber hinaus vor, dass die von dem zweiten Ultraschallsender gesendete Kennung auch von der mindestens einen ersten Datenverarbeitungseinheit ermittelt wird.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das mindestens eine erste Modul und das mindestens eine zweite Modul als separate, autonome Komponenten ausgebildet sind. Das ist insbesondere vorteilhaft, weil dadurch die Komponenten so am Fahrzeug angeordnet werden können, dass

– der erste Ultraschallsender und -empfänger so ausgerichtet sind, dass eine auf dem Fahrzeug transportierte Ladung optimal erfasst wird, und
– der zweite Ultraschallempfänger auf das ortsfest angeordnete mindestens dritte Modul abgestimmt ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist hierfür vorgesehen, dass das erste Modul derart am Fahrzeug angeordnet ist, dass ein Ladebereich des Fahrzeugs mit Ultraschallsignalen des ersten Ultraschallsenders beaufschlagbar ist und von dem Ladebereich reflektierte Ultraschallsignale von dem ersten Ultraschallempfänger empfangbar sind, und dass das zweite Modul außen am Fahrzeug oberhalb der halben Höhe des Fahrzeugs, vorzugsweise im Dachbereich des Fahrzeugs, angeordnet ist.
Durch den Einsatz von Ultraschallsignalen und von Energiequellen in den Modulen, die aufgrund der Energiesparfunktion eine lange Lebensdauer haben, wird vorteilhafterweise erreicht, dass bei Anbringung der Module am Fahrzeug und/oder an den stationären Standorten eine Verkabelung sowie Eingriffe in die Fahrzeugelektrik oder Elektronik vermieden werden.
Die Ultraschallerkennung behebt somit verschiedene Nachteile der herkömmlichen Lösungen, nämlich die erwähnten Signalstörungen bei Laser und Infrarot sowie die bisher notwendige Verkabelung. Im Ergebnis wird ein Gerät bereitgestellt, welches die Eigenschaften eines Datenloggers mit der Ultraschallsensorik kombiniert. Wobei unter einem Datenlogger eine prozessorgesteuerte Speichereinheit verstanden wird, welche Daten in einem bestimmten Rhythmus über eine Schnittstelle aufnimmt und auf einem Speichermedium ablegt, wobei der Datenlogger häufig mit Sensoren kombiniert ist, die physikalische Messdaten über eine bestimmte Zeit hinweg erfassen wie beispielsweise Temperaturen, Spannungen und Beschleunigungen.
Ausgehend von der ursprünglichen Fragestellung „Erkennung und Aufzeichnung von Fahrt- und Lastzuständen“ wird durch die Erfindung ein Gerät bereitgestellt, das die Eigenschaften eines Datenloggers mit der ultraschallbasierten Entfernungsmessung kombiniert. Bei dem erfindungsgemäßen „Fahrzeugsensor“ handelt es sich also insbesondere um einen „Datenlogger mit integrierter ultraschallbasierter Entfernungsmessung“.
Die Erfindung erfüllt insbesondere folgende Vorgaben:

– Anwendbarkeit für temporäre Analysen (geringer Aufwand für Montieren und Demontieren),
– Anwendbarkeit in großen Gebäudestrukturen,
– Anwendbarkeit ohne Anbindung an Stromnetz,
– Anwendbarkeit ohne Anbindung an Datennetz,
– Anwendbarkeit ohne technische Änderungen am Flurförderzeug,
– Erkennung von Fahrzeugposition und Richtung.

Durch die Erfindung werden zwei Hauptprobleme der herkömmlichen Lösungen behoben:

1. Wie kann die Bewegung und Auslastung bzw. tatsächliche logistische Nutzung eines Flurförderzeugs ohne Eingriff in die Fahrzeugelektrik erfasst und gemessen werden?
2. Wie kann ein Flurförderzeug innerhalb einer Gebäudestruktur ausreichend genau geortet werden?

Durch die Erfindung wird somit ein System bereitgestellt für eine schnelle Analyse des Nutzungsgrads und des räumlichen Einsatzes beliebig großer Fahrzeugflotten, wie z.B. Staplerflotten. Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einem vollkommen eigenständigen Sensorsystem.
Die Systemkomponenten können zum Zweck der Auswertung sowie für Steuerungs- und Sicherheitsanwendungen von Flurförderzeugen eingesetzt werden.
Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 beispielhafte Ablaufdiagramme zur Veranschaulichung der Funktionalität eines beispielhaften Fahrzeugsensors,
2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der bei einem Funktionstest eines beispielhaften Fahrzeugsensors ablaufenden Schritte,
3: Veranschaulichung der Ultraschallortung einer aufgenommenen Last relativ zum Staplermast allgemein und Veranschaulichung der Ultraschallortung einer aufgenommenen Last in Abhängigkeit der Gabellänge,
4: Veranschaulichung einer Modulation einer Bit-Folge einer individuellen Kennung,
5: beispielhafte Ablaufdiagramme zur Veranschaulichung der Funktionalität eines beispielhaften Empfängers für die ultraschallbasierte Zonenortung,
6: ein beispielhaftes Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung der bei einem Funktionstest eines beispielhaften Empfängers für die ultraschallbasierte Zonenortung ablaufenden Schritte,
7: beispielhafte Ablaufdiagramme zur Veranschaulichung der Funktionalität eines beispielhaften Senders für die ultraschallbasierte Zonenortung,
8: Darstellung von möglichen Fahrwegen in einem beispielhaften industriellen Layout,
9: Darstellung von möglichen Positionspunkten für Ultraschallsender in dem beispielhaften industriellen Layout,
10: Darstellung von durch die Ultraschallsender in dem beispielhaften industriellen Layout abgeleiteten Zonen,
11: Veranschaulichung einer beispielhaften Erfassung der Ausrichtung eines Fahrzeugs,
12: Veranschaulichung einer beispielhaften Montagerichtung eines an einem Fahrzeug befestigten Ultraschallempfängers,
13: Veranschaulichung eines Lagerbereichs mit Angabe von beispielhaften Kennungen in den Ein- und Ausfahrpositionen A und B,
14: Veranschaulichung eines beispielhaften positions- und richtungsgebundenen Auslösens einer Aktivität,
15: Veranschaulichung einer beispielhaften ersten statischen Anwendung der Erfindung,
16: Veranschaulichung einer beispielhaften zweiten statischen Anwendung der Erfindung.
Nachfolgend wird ein beispielhaftes System zur Erfassung von Fahrbewegungen und Beladungszuständen von Fahrzeugen in größerem Detail beschrieben. Insbesondere wird die Erfindung am Beispiel einer Gabelstaplerflotte beschrieben.
Hinsichtlich der Genauigkeit der Position wird in dem Ausführungsbeispiel angenommen, dass es genügt zu wissen, in welchen Lagergang ein Fahrzeug ein- oder ausgefahren ist, welche Kreuzung passiert wurde oder welches Hallentor durchfahren wurde. Eine feinere Verfolgung der Fahrzeugpositionen ist für den Zweck der Analyse in diesem Ausführungsbeispiel nicht erforderlich. Beispielsweise, weil eine entsprechende Optimierung nicht auf einzelne Lagerpositionen, sondern auf Zonen in größeren Strukturen angewandt wird.
In dem beispielhaften System ist vorgesehen, dass das System einzelne Wegpunkte in einem industriellen Layout markieren kann und zugleich eine Erkennung der Fahrtrichtung ermöglicht. In dem Ausführungsbeispiel ist dafür die Ultraschalltechnik vorgesehen, da Ultraschallwellen – im Gegensatz zu Funktechniken – eine gut definierbare Reichweite haben, weil die Ausbreitung von Ultraschallwellen durch Luft stark gedämpft wird. Zudem werden Ultraschallsender in der Industrie nicht eingesetzt, hier haben sich Funksender oder Infrarotsender für Fernsteuerungen von Kränen und Maschinen durchgesetzt. Eine unerwünschte Beeinflussung des Systems durch Ultraschallsender anderer Systeme kann somit faktisch ausgeschlossen werden.
In dem beispielhaften System ist weiter vorgesehen, die Positionserkennung und die Fahrtrichtungsermittlung funktional zu trennen. Die Position wird dadurch erkannt, dass ein Fahrzeug mit einem Ultraschallempfänger in den Sendebereich eines Ultraschallsenders einfährt und das Signal empfängt.
Die Fahrtrichtung zum Zeitpunkt der Signalerkennung wird über einen in den Ultraschallempfänger integrierten elektronischen Kompass erkannt. Durch ein Abspeichern der Zeitpunkte, der empfangenen Ultraschallsignale sowie der Fahrtrichtung relativ zum magnetischen Nordpol ist der Ort des Fahrzeugs ausreichend definiert und dokumentiert. Analog der für den Fahrzeugsensor definierten Eigenschaften handelt es sich beim Empfänger-Modul also um einen Kompass-Datenlogger mit Ultraschallempfangseinheit. Der Batteriebetrieb über 30 Tage sichert die Eigenschaft des autarken Einsatzes unabhängig vom Stromnetz.
Die zugehörigen Ultraschallsender wurden ebenfalls so konzipiert, dass sie mit Batterie bis zu 30 Tagen betrieben werden können. Damit sind sie auch in ungünstigen Infrastrukturen (z.B. Halleneinfahrten ohne Stromversorgung) einsetzbar.
Eine langfristige Nutzung der batteriebetriebenen Komponenten wird u.a. dadurch erreicht, dass zumindest in einem Teil der Module eine Energiesparfunktion vorgesehen ist, die weiter unten näher beschrieben wird.
Prinzipiell können alle beschriebenen Komponenten über 30 Tage mit Batterie betrieben werden. Alternativ sehen alle Komponenten aber auch eine Versorgung über das Stromnetz vor. Diese Möglichkeit ist insbesondere für einen Festeinbau der Komponenten vorgesehen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform besteht das System zur Erfassung von Fahrbewegungen und Beladungszuständen von Fahrzeugen aus zwei Komponenten:
der Sensorik zur Erfassung des Beladungszustands sowie einem Sender-/Empfängersystem für eine ultraschallbasierte Zonenortung.
Fahrzeugsensor
Der Fahrzeugsensor dient zur Erfassung des Beladungszustands sowie des Fahrzustands und wird über eine Batterie bis zu 30 Tage mit Strom versorgt. Die robuste Konstruktion des Fahrzeugsensors ermöglicht die Montage an der Gabel des Staplers, z.B. an der Gabeltraverse oder am Gabelende. Durch die kompakte Gestaltung ohne Kabel sind Beschädigungen und Manipulationen während der Analyse weitgehend ausgeschlossen.
Der beispielhafte Fahrzeugsensor umfasst zumindest folgende Komponenten:

– programmierbarer Mikroprozessor
– Ultraschallkapsel 1 und 2
– 3-Achsen-Beschleunigungssensor
– SD-Speicher-Karte für dauerhafte Speicherung der Messdaten
– Reed-Kontakt 1 und 2
– LED 1 und 2
– USB-Anschluss
– Batterie

In 1 ist ein Funktionsdiagramm des beispielhaften Fahrzeugsensors veranschaulicht.
Der beispielhafte Fahrzeugsensor verfügt über folgende Funktionen, welche anhand von 1 erläutert werden:
Bei aktivem Sensor 112:

– Aussenden eines Ultraschallsignals einmal pro Sekunde über Ultraschallkapsel 1 (Schritt 114),
– Empfangen und Auswerten des reflektierten Ultraschallsignals über Ultraschallkapsel 2 (Schritt 116),
– Aufzeichnen der gemessenen Entfernung zwischen Ultraschallkapsel 1 und einem Objekt einmal pro Sekunde auf SD-Karte; Einheit der gemessenen Entfernung: Millimeter [mm] (Schritt 118),
– Aufzeichnen der Beschleunigungswerte (Achsen x, y, und z) einmal pro Sekunde.

Der beispielhafte Fahrzeugsensor verfügt darüber hinaus über eine Stromsparfunktion:

– Der Fahrzeugsensor kann mit einer Kalenderfunktion ausgestattet sein (siehe nachfolgend), die beispielsweise Arbeits- und Ruhezeiten des Sensors festlegen. Der Sensor prüft dann in Schritt 120, ob eine durch die Kalenderfunktion vorgegebene Ausschaltzeit erreicht wurde. Falls die Ausschaltzeit erreicht wurde, wird der Sensor in einen Ruhezustand 122 versetzt, falls die Ausschaltzeit erreicht noch nicht wurde, prüft der Sensor in Schritt 124, ob das Fahrzeug in einer vorangehenden vorgebbaren Zeitspanne, z.B. 15 Minuten, bewegt wurde. Wird festgestellt, dass das Fahrzeug innerhalb der vorangehenden Zeitspanne nicht bewegt wurde, wird der Sensor in einen Ruhezustand 122 versetzt. Andernfalls bleibt der Sensor aktiv 112 und führt die Datenerfassung weiter aus, d.h. es werden Ultraschallsignale gesendet, empfangen, ausgewertet und aufgezeichnet sowie Beschleunigungswerte erfasst und aufgezeichnet.
– Ein konkretes Ausführungsbeispiel kann folgendermaßen aussehen: wenn über 15 Minuten identische Beschleunigungswerte der Achsen x, y, und z gemessen werden (Schritt 124), wird dies als Ruhezustand es Fahrzeugs interpretiert und die Messungen erfolgen nicht mehr im Sekunden-Takt, sondern nur noch im Minuten-Takt. Weicht die Messung der Beschleunigungswerte der Achsen x, y, und z nach einer Minute von den Werten von vor einer Minute ab, wechselt der Sensor zurück in den Modus der Aufzeichnung pro Sekunde.
– Wenn sich der Fahrzeugsensor im Ruhezustand 122 befindet, wird in Schritt 126 in vorgebbaren Zeitabständen, beispielsweise nach jeweils einer Minute, automatisch geprüft, ob sich das Fahrzeug innerhalb des vorgegebenen Zeitabstand bewegt hat. Wird in Schritt 126 eine Bewegung festgestellt, wird der Fahrzeugsensor wieder aktiviert 112. Andernfalls verbleibt der Fahrzeugsensor im Ruhezustand 122. Parallel zu der Überprüfung, ob sich das Fahrzeug bewegt hat, in Schritt 126 wird bei einem Sensor, der sich im Ruhezustand 122 befindet, in Schritt 128 geprüft, ob eine durch die Kalenderfunktion vorgegebene Einschaltzeit erreicht ist. Wird in Schritt 128 festgestellt, dass die Einschaltzeit erreicht ist, wird der Fahrzeugsensor aktiviert 112. Andernfalls verbleibt der Fahrzeugsensor im Ruhezustand 122.

Der Fahrzeugsensor kann folgendermaßen über die erwähnte Kalenderdatei mit Ein- und Ausschaltzeitpunkten sowie der aktuellen Uhrzeit parametriert werden:

– Ein deaktiver Sensor 102 wird mit einer Stromquelle verbunden (Schritt 104) und anschließend über einen USB-Stecker an einem PC angeschlossen (Schritt 106). Um die Kalenderfunktion auf den Fahrzeugsensor übertragen zu können, wird in Schritt 108 durch Auslösung des Reed-Kontakts 2 der Sensor aktiviert. Anschließend wird in Schritt 110 die Kalenderdatei mit Ein-/Auszeiten auf den Sensor übertragen. Nach Abschluss der Übertragung ist der Sensor aktiv 112.

Der beispielhafte Fahrzeugsensor verfügt darüber hinaus über eine Testfunktion (vgl. 2):

– Die Funktionstüchtigkeit eines aktiven Sensors 112 wird getestet, durch Auslösen der Testfunktion über den Reed-Kontakt 2 in Schritt 202. In Schritt 204 wird die Funktionsfähigkeit des Fahrzeugsensors getestet, indem ein Objekt in den Ausbreitungsbereich des Ultraschallsenders gebracht wird. Wird in Schritt 204 das Vorliegen einer Ultraschallreflexion (Objekt erkannt) detektiert, blinkt LED 2 (Bezugszeichen 206). Wird im Testzustand des Sensors kein Reflexionssignal detektiert, blinkt LED 2 nicht (Bezugszeichen 208), wodurch eine Fehlfunktion angezeigt wird

Der Reed-Kontakt 2 wird in der beispielhaften Ausführungsform auch zur Auslösung der Datenübertragung von der SD-Speicherkarte auf externe Speicher, beispielsweise auf Speichermittel eines PC, genutzt:
Datenübertragungsfunktion: Bei Verbindung via USB-Kabel mit einem PC und Auslösen des Reed-Kontakts 2 werden die auf der SD-Karte gespeicherten Daten an einen PC übertragen
Der Fahrzeugsensor realisiert die Innovation eines Datenloggers mit integrierter ultraschallbasierter Entfernungsmessung.
Beim Einsatz auf der Gabel eines Flurförderzeugs sind die Ergebnisse der Ultraschallentfernungsmessung 302 bei einer nachfolgenden Auswertung in Abhängigkeit von den transportierten Gütern sowie von der Gabelgeometrie, insbesondere der Gabellänge, zu interpretieren. Im unteren Teil der 3 ist ein Beispiel veranschaulicht, wie die Entfernung der aufgenommenen Last relativ zum Staplermast von der Gabellänge abhängt.
Beim Unterschreiten einer Entfernung von 100 mm kann von einer aufgenommen Last ausgegangen werden. Der Bereich ab 2000 mm und mehr kann ebenso also Zustand ohne Last angenommen werden (vgl. den oberen Teil der 3). Der zwischen der Minimal- und der Maximalentfernung liegende Bereich muss individuell ausgewertet werden. Vorzugsweise erfolgt auch die individuelle Auswertung automatisch.
Ultraschallbasierte Zonenortung
Übersicht
Mit der erfindungsgemäßen ultraschallbasierten Zonenortung lassen sich Fahrzeugbewegungen entlang definierter Zonen bzw. Markierungspunkte richtungsorientiert verfolgen. Die Zonenortung verwendet Ultraschallsender, die an Säulen, Regalen, Toren oder Decken befestigt werden. Die Ultraschallempfänger werden am Flurförderzeug, ideal in Dachhöhe, befestigt.
Funktionsprinzip
Die ultraschallbasierte Zonenortung basiert auf einem Ultraschallsender sowie einen Ultraschallempfänger.
Der Ultraschallsender verfügt über eine individuelle Kennung in Länge eines Byte. Der Ultraschallsender moduliert diese Kennung pro bit über die Frequenzen 39 kHz und 42 kHz. Diese Sendedauer pro Bit beträgt 25 ms.
Beispiel:
Die Kennung „dezimal 232/hexadezimal E8“ in Schreibweise als Byte lautet „11101000“. Die Modulation ergibt folgende Abfolge der Frequenzen. In 4 ist eine beispielhafte Modulation einer Bit-Folge veranschaulicht.
Der Ultraschallempfänger empfängt Ultraschallsignale und nutzt einen digitalen Signalfilter, um die Frequenzen 39 kHz und 42 kHz zu erkennen. Aus den empfangenen Signalen der Frequenzen 39 kHz und 42 kHz wird folgende die pro bit empfangene Kennung demoduliert.
Ein beispielhafter Ultraschallempfänger umfasst zumindest folgende Komponenten:

– programmierbarer Mikroprozessor
– Ultraschallkapsel 1 bis n
– 3-Achsen-Beschleunigungssensor
– Kompass-Modul zur Ermittlung der Fahrtrichtung
– SD-Speicher-Karte für dauerhafte Speicherung der Messdaten
– Reed-Kontakt 1 und 2
– LED 1 und 2
– USB-Schnittstelle
– USB-Anschluß
– Relais mit Schaltkontakt
– Batterie

Der Ultraschallempfänger verfügt über folgende Funktionen, welche anhand von 5 erläutert werden:
Bei aktivem Ultraschallempfänger 512:

– In einem Schritt 514 wird von den Ultraschallkapseln 1 bis n ein Ultraschallsignal der Frequenzen 39 kHz und 42 kHz empfangen. In einem Schritt 516 wird das Ultraschallsignal gefiltert und ausgewertet. Vorzugsweise erfolgt das Filtern und Auswerten des empfangenen Ultraschallsignals in den Ultraschallkapseln 1 bis n.
– In einem Schritt 518 wird die demodulierte Sender-Kennung pro Empfangsereignis auf der SD-Karte aufgezeichnet.
– In aktivem Zustand 512 des Ultraschallempfängers werden Beschleunigungswerte (Achsen x, y, und z) aufgezeichnet, vorzugsweise einmal pro Sekunde.
– Darüber hinaus wird in aktivem Zustand 512 des Ultraschallempfängers der Winkels der Fahrzeugachse x aufgezeichnet, vorzugsweise absolut zur Nordrichtung.

Der beispielhafte Ultraschallempfänger verfügt darüber hinaus ebenfalls über eine Stromsparfunktion:

– Der Ultraschallempfänger kann mit einer Kalenderfunktion ausgestattet sein, die beispielsweise Arbeits- und Ruhezeiten des Ultraschallempfängers festlegen. Der Ultraschallempfänger prüft dann in Schritt 520, ob eine durch die Kalenderfunktion vorgegebene Ausschaltzeit erreicht wurde. Falls die Ausschaltzeit erreicht wurde, wird der Ultraschallempfänger in einen Ruhezustand 522 versetzt, falls die Ausschaltzeit erreicht noch nicht wurde, prüft der Ultraschallempfänger in Schritt 524, ob das Fahrzeug in einer vorangehenden vorgebbaren Zeitspanne, z.B. 15 Minuten, bewegt wurde. Wird festgestellt, dass das Fahrzeug innerhalb der vorangehenden Zeitspanne nicht bewegt wurde, wird der Ultraschallempfänger in einen Ruhezustand 522 versetzt. Andernfalls bleibt der Ultraschallempfänger aktiv 512 und führt die Datenerfassung weiter aus, d.h. es werden Ultraschallsignale empfangen, gefiltert, demoduliert, ausgewertet und aufgezeichnet sowie Beschleunigungswerte und Winkel der Fahrzeugachse erfasst und aufgezeichnet.
– Ein konkretes Ausführungsbeispiel kann folgendermaßen aussehen: wenn über 15 Minuten identische Beschleunigungswerte der Achsen x, y, und z gemessen werden (Schritt 524), wird dies als Ruhezustand es Fahrzeugs interpretiert und die Messungen erfolgen nicht mehr im Sekunden-Takt, sondern nur noch im Minuten-Takt. Zugleich werden im Ruhezustand keine Ultraschallsignale empfangen oder ausgewertet. Weicht die Messung der Beschleunigungswerte der Achsen x, y, und z nach einer Minute von den Werten von vor einer Minute ab, wechselt der Ultraschallempfänger zurück in den Empfangsmodus.
– Wenn sich der Ultraschallempfänger im Ruhezustand 522 befindet, wird in Schritt 526 in vorgebbaren Zeitabständen, beispielsweise nach jeweils einer Minute, automatisch geprüft, ob sich das Fahrzeug innerhalb des vorgegebenen Zeitabstand bewegt hat. Wird in Schritt 526 eine Bewegung festgestellt, wird der Ultraschallempfänger wieder aktiviert 512. Andernfalls verbleibt der Ultraschallempfänger im Ruhezustand 522. Parallel zu der Überprüfung, ob sich das Fahrzeug bewegt hat, in Schritt 526 wird bei einem Ultraschallempfänger, der sich im Ruhezustand 522 befindet, in Schritt 528 geprüft, ob eine durch die Kalenderfunktion vorgegebene Einschaltzeit erreicht ist. Wird in Schritt 528 festgestellt, dass die Einschaltzeit erreicht ist, wird der Ultraschallempfänger aktiviert 512. Andernfalls verbleibt der Ultraschallempfänger im Ruhezustand 522.

Der Ultraschallempfänger kann folgendermaßen über die erwähnte Kalenderdatei mit Ein- und Ausschaltzeitpunkten sowie der aktuellen Uhrzeit parametriert werden:

– Ein deaktiver Ultraschallempfänger 502 wird mit einer Stromquelle verbunden (Schritt 504) und anschließend über einen USB-Stecker an einem PC angeschlossen (Schritt 506). Um die Kalenderfunktion auf den Ultraschallempfänger übertragen zu können, wird in Schritt 508 durch Auslösung des Reed-Kontakts 2 der Ultraschallempfänger aktiviert. Anschließend wird in Schritt 510 die Kalenderdatei mit Ein-/Auszeiten auf den Ultraschallempfänger übertragen. Nach Abschluss der Übertragung ist der Ultraschallempfänger aktiv 512.

Der beispielhafte Ultraschallempfänger verfügt darüber hinaus über eine Testfunktion (vgl. 6):

– Die Funktionstüchtigkeit eines aktiven Ultraschallempfängers 512 wird getestet, durch Auslösen der Testfunktion über den Reed-Kontakt 2 in Schritt 602. In Schritt 604 wird die Funktionsfähigkeit des Ultraschallempfängers getestet, indem der Ultraschallempfänger in den Ausbreitungsbereich eines Ultraschallsenders gebracht und geprüft wird, ob die von dem Ultraschallsender ausgesendeten modulierten Signale von dem Ultraschallempfänger empfangen werden wird. Wird in Schritt 604 der Empfang der modulierten Signale von dem Ultraschallsender detektiert, blinkt LED 2 (Bezugszeichen 606). Wird im Testzustand des Ultraschallempfängers kein moduliertes Ultraschallsignal detektiert, blinkt LED 2 nicht (Bezugszeichen 608), wodurch eine Fehlfunktion angezeigt wird

Der Reed-Kontakt 2 wird in der beispielhaften Ausführungsform auch zur Auslösung der Datenübertragung von der SD-Speicherkarte auf externe Speicher, beispielsweise auf Speichermittel eines PC, genutzt:
Datenübertragungsfunktion: Bei Verbindung via USB-Kabel mit einem PC und Auslösen des Reed-Kontakts 2 werden die auf der SD-Karte gespeicherten Daten an einen PC übertragen
Der Ultraschallsender zur Ausstrahlung eines modulierten Ultraschallsignals für die Zonenortung umfasst vorzugsweise zumindest die folgenden Komponenten:

– programmierbarer Mikroprozessor
– Ultraschallkapsel 1 bis n
– Reed-Kontakt 1
– LED 1
– USB-Stecker
– Batterie

Der Ultraschallsender verfügt über folgende Funktionen:

– Modulieren und Senden eines Ultraschallsignals der Frequenzen 39 kHz und 42 kHz über die Ultraschallkapseln 1 bis n
– Kalenderfunktion: der Ultraschallsender kann über den USB-Stecker mit einem PC verbunden werden und über eine Kalenderdatei mit Ein- und Ausschaltzeitpunkten parametriert werden
– Parameterierung: der Ultraschallsender kann über den USB-Stecker mit einem PC verbunden werden und mit einem individuellen Sende-Code parametriert werden.

Die Parameterierung des Ultraschallsenders über die erwähnte Kalenderdatei mit Ein- und Ausschaltzeitpunkten sowie der aktuellen Uhrzeit kann folgendermaßen ausgeführt werden (vgl. 7):
Ein deaktiver Ultraschallsender 702 wird mit einer Stromquelle verbunden (Schritt 704) und anschließend über einen USB-Stecker an einem PC angeschlossen (Schritt 706). Um die Kalenderfunktion auf den Ultraschallsender übertragen zu können, wird in Schritt 708 durch Auslösung des Reed-Kontakts 2 der Ultraschallsender aktiviert. Anschließend wird in Schritt 710 die Kalenderdatei mit Ein-/Auszeiten auf den Ultraschallsender übertragen. Nach Abschluss der Übertragung ist der Ultraschallsender aktiv 712.
Auf analoge Art und Weise kann der Ultraschallsender mit dem individuellen Sende-Code parametriert werden.
Ein aktiver Ultraschallsender 712 erzeugt periodisch ein moduliertes Ultraschallsignal, indem nach einem Aussenden eines Signals in Schritt 714 eine Pause 716 eingelegt wird. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Pause etwa 800 ms beträgt.
Auch der Ultraschallsender verfügt über eine Stromsparfunktion, die über die Kalenderfunktion realisiert wird. Durch die Kalenderfunktion werden Ein-/Auszeiten festgelegt. Der Ultraschallsender prüft in einer bevorzugten Ausführungsform in Schritt 718, vor dem Aussenden eines neuen modulierten Ultraschallsignals, ob eine Ausschaltzeit erreicht ist. Falls die Ausschaltzeit erreicht wurde, wird der Ultraschallsender in einen Ruhezustand 720 versetzt. Andernfalls bleibt der Ultraschallsender aktiv 712.
Nachdem der Ultraschallsender in einen Ruhezustand 720 versetzt wurde, wird in Schritt 722 automatisch in vorgebbaren Zeitabständen geprüft, ob wieder eine Einschaltzeit erreicht wurde. Falls die Einschaltzeit erreicht wurde, wird der Ultraschallsender wieder aktiv gesetzt 712. Andernfalls bleibt der Ultraschallsender im Ruhezustand 720.
Einsatzmöglichkeiten der ultraschallbasierten Zonenortung
Die ultraschallbasierte Zonenortung eignet sich für das Erkennen, Aufzeichnen und Analysieren von Fahrzeugbewegungen in Umgebungen, die eine Montage der Ultraschallsender erlauben. Neben Innenanwendungen in Hallen sind somit auch Außenanwendungen (Anbringung an Lichtmasten etc). denkbar.
Durch die Integration einer Richtungserkennung in das Empfangsmodul lassen sich mit dem gleichen System auch Sicherheitslösungen realisieren. Wesentlich ist hier zu nennen das richtungsgebundene Abbremsen beim Einfahren in Kreuzungsbereiche bzw. die Freigabe der Geschwindigkeit nach Verlassen eines Gefahrenbereichs.
Die ultraschallbasierte Zonenortung ist zudem als technische Basis für Fahrzeugleitsysteme einsetzbar.
Anwendungskonzept
Die Durchführung einer Analyse mit dem erfindungsgemäßen System erfordert:

– das Anbringen der Fahrzeugsensoren an der Gabel der Flurförderzeuge,
– das Anbringen der Ultraschallempfänger im Dachbereich der Flurförderzeuge,
– das Anbringen der Ultraschallsender in den zu analysierenden Gebäuden.

Die Auswahl der Positionen für die Ultraschallsender in den zu analysierenden Gebäuden orientiert sich ausgehend von den möglichen Fahrwegen an Kreuzungspunkten bzw. Abzweigungen zu Lagergassen oder Produktionsbereichen. Bei der Auswahl der Positionen wird vorzugsweise ein Minimalabstand von 5 Metern der Sender zueinander eingehalten, um Interferenzen zwischen den gesandten
Signalen zu vermeiden. Hinsichtlich der Maximalabstände gibt es keine Vorgaben, da die Signale der Sender nicht zeitgleich ausgewertet werden. Die 8 und 9 verdeutlichen diesen Vorgang. Schwarz dargestellt sind die Fahrwege. An den Positionspunkten A, B, C, ..., H werden die Ultraschallsender angeordnet. Die Ultraschallsender senden jeweils ein verschieden moduliertes Ultraschallsignal, welches der eindeutigen Kennzeichnung der Positionspunkte A, B, C, ..., H dient. Aus den Positionspunkten lassen sich Zonen ableiten, die den Raum zwischen zwei Positionen beschreiben (Anmerkung: analog zu Knoten und Kanten der Graphentheorie). Mögliche Zonen in dem beispielhaften industriellen Layout sind AB, AH, BC, ..., HG.
Anwendung zur Ortung
Ein Fahrzeug, das physisch im Punkt A steht, empfängt die Signale des Senders im Punkt A. Die Codierung der Sendersignale stellt sicher, dass dieses Signal eineindeutig ist und somit den Punkt A eindeutig kennzeichnet (Bijektion).
Aus der zusätzlichen Kenntnis der Drehung des Fahrzeugs relativ zur Nordrichtung ist zudem seine Fahrtrichtung ableitbar. Lautet im Beispiel der Gradzahlen auf einer 360°-Skala entsprechende Richtungswert „90“, so ist das Fahrzeug in Richtung auf Punkt B ausgerichtet.
Dieser Richtungswert definiert die Gabelrichtung, nicht jedoch notwendig die Fahrtrichtung. In 11 ist ein Gabelstapler 1100 symbolisiert, wobei sich der Gabelstapler 1100 zwischen den Positionspunkten A und B befindet und mit der Gabel in Richtung Osten (symbolisiert durch die Zahlenangabe „90“) ausgerichtet ist.
Der auf dem Fahrzeug 1200 befestigte Ultraschallempfänger 1202 verfügt über einen 3-Achsen-Beschleunigungssensor. Die Befestigung des Ultraschallempfängers erfolgt derart, dass das Koordinatensystem 1204 des Beschleunigungssensor so ausgerichtet ist, dass die X-Achse (vgl. 12) in Gabelrichtung weist.
Aus den Beschleunigungswerten der x-Achse lässt sich die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ableiten. Beschleunigungswerte mit positiven Vorzeichen indizieren Bewegung in Vorwärtsrichtung; Rückwärtsfahrt wird durch negative Werte angezeigt.
Anwendung der Systemkomponenten
Durch unterschiedliche Kombination der drei Komponenten Ultraschall-Datenlogger, Ultraschall-Empfänger-Modul und Ultraschall-Sende-Modul lassen sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten realisieren (vgl. auch Tabelle 1):

– Durch Kombination aller drei Komponenten lässt sich eine Auslastungs- und Wegeanalyse von Flurförderzeugen durchführen.
– Mit einem Ultraschall-Datenlogger allein lässt sich Auslastungsanalyse von Flurförderzeugen durchführen.
– Eine Wegeanalyse von Flurförderzeugen lässt sich durchführen, indem Ultraschall-Empfänger-Module und Ultraschall-Sende-Modul kombiniert werden.
– Mit einer Kombination von Ultraschall-Empfänger-Module und Ultraschall-Sende-Modul kann darüber hinaus auch eine zonenbasierte Ortung für übergeordnete Logistik-Systeme und/oder eine zonenbasierte Ortung für fahrzeuggebundene Systeme realisiert werden.
– Ferner lässt sich eine Analyse statischer logistischer Vorrichtungen und Einrichtungen durchführen, indem allein ein Ultraschall-Datenlogger eingesetzt wird.

Die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten werden nachfolgend näher erläutert.
Auslastungs- und Wegeanalyse von Flurförderzeugen
Folgend wird das Zusammenwirken der Komponenten Ultraschall-Datenlogger, Ultraschall-Empfänger-Modul und Ultraschall-Sende-Modul für die Auslastungs- und Wegeanalyse von Flurförderzeugen beschrieben.
Die Fragestellung der Erfassung der logistischen Nutzung kombiniert zwei Merkmale:
die Bewegung des Fahrzeugs und den Beladungszustand der Gabel. Erst die Kombination der Merkmale erbringt klare Aussagen, da somit zum einen Stillstände mit Last (z.B. Fahrzeug wird während Pause mit Last geparkt) aber auch Fahrzustände (voll und leer) qualifiziert werden können.
Betrachtet wird ein Lagerbereich, der durch die Punkte A und B begrenzt wird (vgl. 13). Zwischen den Punkten A und B befindet sich die Lagerzone AB. Am Punkt A sei ein Ultraschall-Sende-Modul mit der Codierung „123“ eingesetzt, am Punkt B ein Ultraschall-Sende-Modul mit der Codierung „234“.
Betrachtet wird weiterhin ein Flurförderzeug, dass sich im Punkt A befindet und mit seiner Gabel in Richtung auf B ausgerichtet ist. Auf dem Flurförderzeug sind an der Gabel ein Ultraschall-Datenlogger (Fahrzeugsensor) sowie ein Ultraschall-Empfänger-Modul befestigt. Die internen Uhren der Mikrocontroller von Ultraschall-Datenlogger (Fahrzeugsensor) und Ultraschall-Empfänger-Modul sind auf die gleiche Zeit gestellt.
Das Fahrzeug startet in leerem Zustand (Gabel frei) im Punkt A, fährt in die Zone AB ein, führt einen Umlagervorgang aus, nimmt ein Ladegut auf und verlässt folgend die Lagerzone Zone AB über den B in beladenem Zustand (Gabel belegt).
Die folgenden Daten zu diesem Vorgang sind auf den Modulen gespeichert und folgend auswertbar (vgl. Tabelle 2):

– Daten Ultraschall-Empfänger: Einfahren in Bereich Sender-Code „123“ um Zeit = 19:00:00 in Drehrichtung 90 und Vorwärtsfahrt (erkennbar über positiven Wert x-Beschleunigung)
– Daten Fahrzeugsensor mit gleichem Zeitstempel: gemessene Entfernung an Gabel = 2000 mm, Gabel nicht belegt
– Daten Fahrzeugsensor Zeitstempel „19:00:35“ zeigt gemessene Entfernung an Gabel = 5 mm, Gabel belegt
– Daten Fahrzeugsensor Zeitstempel „19:00:55“ zeigt gemessene Entfernung an Gabel = 2000 mm, Gabel nicht belegt
– Daten Fahrzeugsensor Zeitstempel „19:01:24“ zeigt gemessene Entfernung an Gabel = 5 mm, Gabel belegt
– Daten Ultraschall-Empfänger Zeitstempel „19:01:55“: Einfahren in Bereich Sender-Code „234“ um Zeit = 19:01:55 in Drehrichtung 90 und Vorwärtsfahrt (erkennbar über positiven Wert x-Beschleunigung)

Die Daten zeigen, dass das Fahrzeug in der Lagerzone AB zwei Lastaufnahmen und eine Lastabgabe durchgeführt hat. Die erste Lastaufnahme und folgende Abgabe mit einer Zeitdifferenz von 20 Sekunden zwischen Aufnahme und Abgabe entspricht im Beispiel einem sogenannten „Freistellen“, also das Bewegen eines Lagerguts, um das eigentliche Zielgut aufnehmen zu können.
Das Beispiel zeigt das logische Zusammenwirken der Daten aus den Modulen Ultraschall-Datenlogger (Fahrzeugsensor) sowie dem Ultraschall-Empfänger-Modul. Die Daten können über die gemeinsamen Zeitstempel kombiniert werden und geben Aufschluss über Ort, Richtung, Fahrtrichtung sowie Lastaufnahme und Lastabgabe.
Durch Analyse der Zeitdifferenzen sind unter anderem ableitbar:

– Zeitdauer der Fahrzeugbewegung mit Last und ohne Last
– Umlagervorgänge (gekennzeichnet durch kurze Zeitabfolgen zwischen Lastaufnahme und Lastabgabe)
– Fahrzeuggeschwindigkeiten (bei bekanntem Abstand zwischen zwei Ultraschall-Sende-Modulen)

Aus der Analyse der Daten des Ultraschall-Empfänger-Moduls sind zudem auswertbar:

– Häufigkeit der Präsenz eines Fahrzeug an einem durch mit einem Ultraschall-Sender markierten Punkt
– Häufigkeit der Präsenz eines Fahrzeugs in Zonen zwischen zwei mit Ultraschall-Sendern markierten Punkten
– Richtung des Fahrzeugs an markierten Punkten sowie bei Ein-/Ausfahrt aus Zonen

In Kombination mit den Daten aus dem Ultraschall-Datenlogger (Fahrzeugsensor) sind auswertbar:

– Anteilswerte “Fahrzeug leer / Fahrzeug beladen” an einem durch mit einem Ultraschall-Sender markierten Punkt

Anteilswerte “Fahrzeug leer / Fahrzeug beladen” in Zonen zwischen zwei mit Ultraschall-Sendern markierten Punkten
Diese Informationen können folgend mittels Sankey-Darstellungen visualisiert werden.
Bei Einbindung mehrerer Fahrzeug in die Analyse sind zudem auswertbar:

– Häufigkeit der Präsenz mehrerer Fahrzeuge an durch einem Ultraschall-Sender markierten Punkt (zeitgleich oder zeitnah)
– Häufigkeit der Präsenz eines Fahrzeugs in Zonen zwischen zwei mit Ultraschall-Sendern markierten Punkten (zeitgleich oder zeitnah)

Diese Auswertung ermöglichen Rückschlüsse auf logistische Ineffizienzen, z.B. gegenseitige Blockaden von Fahrzeugen beim gleichzeitigen Operieren in der gleichen Zone. Zusätzlich sind mit der beschriebenen Technik auch Sicherheits- und Risikoanalysen durchführbar, indem ausgewertet wird, ob sich an bestimmten Punkten häufig Fahrzeuge aus verschiedenen Richtungen begegnen (Kollisionsgefahr an Kreuzungen in Lagerbereichen).
Auslastungsanalyse von Flurförderzeugen
Die Auslastungsanalyse von Flurförderzeugen verwendet nur den Ultraschall-Datenlogger (Fahrzeugsensor). Hierbei werden ein oder mehrere Flurförderzeuge mit Ultraschall-Datenloggern ausgestattet, die Ultraschall-Datenlogger werden auf die gleiche Zeit gestellt. Die Auswertung der gespeicherten Daten ermöglicht analog zu der oben beschriebenen Auslastungs- und Wegeanalyse von Flurförderzeugen die Auswertung der Fahrzustände eines oder mehrerer Flurförderzeuge. Informationen zu den Orten des Fahrzeugs bzw. der Fahrzeuge liegen in diesem Fall nicht vor. Als Beispiel für dabei aufgezeichnete Daten kann daher Tabelle 2 dienen.
Durch Analyse der Daten des Ultraschall-Datenloggers eines Fahrzeugs sind ableitbar:

– Zeitdauer der Bewegung des Fahrzeugs (aus x, y und z-Beschleunigungswerten)
– Zeitdauer der Fahrzeugbewegung mit Last und ohne Last
– Anzahl der Lastaufnahmen und Lastabgaben
– Zeiten zwischen Lastaufnahmen und Lastabgabe

Durch Kombination der Daten mehrerer Fahrzeuge sind ableitbar:

– Anzahl der genutzten Fahrzeuge pro Zeiteinheit
– Anzahl der Fahrzeug mit Last / ohne Last pro Zeiteinheit

Diese Werte könne für die Beurteilung der tatsächlich notwendigen Anzahl an Flurförderzeugen (Dimensionierung) oder die wirtschaftliche Gestaltung von Schichtmodellen genutzt werden.
Wegeanalyse von Flurförderzeugen
Die Wegeanalyse von Flurförderzeugen verwendet das Ultraschall-Empfänger-Modul sowie das Ultraschall-Sende-Modul. Aufbau und Anwendung entsprechen hierbei dem Vorgehen wie oben im Zusammenhang mir der Auslastungs- und Wegeanalyse von Flurförderzeugen skizziert. Informationen zum Beladungszustand des Fahrzeugs oder der Fahrzeuge liegen in diesem Fall nicht vor.
Aus der Analyse der Daten des Ultraschall-Empfänger-Moduls sind auswertbar:

– Häufigkeit der Präsenz eines Fahrzeug an durch einem Ultraschall-Sender markierten Punkt
– Häufigkeit der Präsenz eines Fahrzeugs in Zonen zwischen zwei mit Ultraschall-Sendern markierten Punkten
– Richtung des Fahrzeugs an markierten Punkten sowie bei Ein-/Ausfahrt aus Zonen

Bei Einbindung mehrerer Fahrzeug in die Analyse sind auswertbar:

Zonenbasierte Ortung für übergeordnete Logistik-Systeme
Die zonenbasierte Ortung für übergeordnete Logistik-Systeme verwendet das Ultraschall-Empfänger-Modul sowie das Ultraschall-Sende-Modul.
Die vom Ultraschall-Empfänger-Modul empfangenen Positionssignale werden bei dieser Anwendungsvariante nicht auf die im Modul integrierte SD-Karte (Speichermedium) geschrieben, sondern über die integrierte USB-Schnittstelle an einen Fahrzeugcomputer (z.B. Staplerterminal) übertragen. Von diesem Fahrzeugcomputer werden diese Positionssignale zusammen mit einem Zeitstempel und ergänzenden Richtungs- und Bewegungsdaten über drahtlose Übertragungsverfahren, z.B. WLAN, an eine zentrale Anwendung, zum Beispiel ein Staplerleitsystem, übertragen. Von diesem übergeordneten System können die aktuellen Standorte der Fahrzeuge für die Einsatzoptimierung genutzt werden.
Zonenbasierte Ortung für fahrzeuggebundene Systeme
Die Anwendung „zonenbasierte Ortung“ verwendet den Ultraschall-Empfänger sowie das Ultraschall-Sende-Modul. Dieses Anwendungsszenario beschreibt „fahrzeuggebundene Systeme“, das heißt eine Verarbeitung der vom Ultraschall-Empfänger-Modul empfangenen Positionscodierungen eines Ultraschall-Senders erfolgt innerhalb des Fahrzeugs und ohne Kommunikation mit Systemen außerhalb des Fahrzeugs.
Diese Anwendung löst ein in der Praxis häufig vorkommendes technisches Problem:
auf einem Flurförderzeug soll in Abhängigkeit von seinem Ort und seiner Richtung eine Aktion ausgelöst werden. Eine Aktion kann zum Beispiel sein: das Auslösen einer Warnlampe oder das Auslösen einer Sicherheitsschaltung zum automatischen Abbremsen oder zum Einhalten einer Maximalgeschwindigkeit.
Im folgenden Anwendungsbeispiel soll ein Fahrzeug beim Einfahren über den Punkt „A“ in Richtung auf Punkt „B“ in seiner Geschwindigkeit begrenzt werden und beim Ausfahren von „B“ kommend über Punkt „A“ die Geschwindigkeit wieder freigegeben werden. Eine entsprechende Situation ist in 14 veranschaulicht.
Hierzu wird die im Ultraschall-Empfänger realisierte Richtungserkennung verwendet, um die unterschiedlichen Fahrtrichtungen zu unterscheiden und unterschiedliche Aktivitäten auszulösen.
Im Punkt „A“ sei ein Ultraschall-Sende-Modul mit der Codierung „123“ positioniert, ein Fahrzeug mit Ultraschall-Empfangs-Modul fährt über den Punkt „A“. Das Ultraschall-Empfangs-Modul auf dem Fahrzeug empfängt das Signal des Ultraschall-Sende-Moduls und ermittelt zeitgleich über das Kompass-Modul die Fahrtrichtung. In der Programmierung des Mikrocontrollers des Ultraschall-Empfangs-Moduls sei als Regel definiert:
WENN „Sender-Codierung gleich 123“ UND „Richtungswert größer oder gleich 315“ UND „Richtungswert kleiner oder gleich 45“ DANN „RELAIS = Schliessen“
Das in das Ultraschall-Empfangs-Modul integrierte Relais schließt seinen Schaltausgang und löst damit eine fahrzeugspezifische Aktivität, z.B. das Setzen eines Geschwindigkeitsbegrenzers, aus.
Beim Verlassen des Bereichs über den Punkt „A“ in Vorwärtsrichtung greift die zweite programmierte Regel:
WENN „Sender-Codierung gleich 123“ UND „Richtungswert größer oder gleich 135“ UND „Richtungswert kleiner oder gleich 225“ DANN „RELAIS = Öffnen“
Das in das Ultraschall-Empfangs-Modul integrierte Relais öffnet seinen Schaltausgang und beendet die fahrzeugspezifische Aktivität.
Analyse statischer logistischer Vorrichtungen und Einrichtungen
Im Rahmen der Analyse logistischer Prozesse sind oftmals nicht nur bewegliche Objekte, wie z.B. Flurförderzeuge, sondern auch statische Objekte, z.B. Förderbänder 1502, Übergabestationen 1504 oder Laderampen 1602 in die Analyse einzubeziehen. Typische Fragestellungen umfassen zum Beispiel die Dauer, bis eine Übergabestation 1504 von einem Förderband 1502 durch einen Gabelstapler 1506 entsorgt wird oder wie lange ein Lastkraftwagen 1604 an eine Laderampe 1602 angedockt ist. Hierfür werden Ultraschall-Datenlogger ortsfest an Montagepunkten 1508, 1606 des Förderbands 1502 bzw. der Laderampe 1602 angeordnet. Die durch den ortsfesten Ultraschall-Datenlogger aufgezeichneten Daten können wiederum in eine Analyse des Anwendungsszenarios „Auslastungs- und Wegeanalyse von Flurförderzeugen“ (siehe oben) eingehen.
Zur Überwachung dieser statischen Vorrichtungen und Einrichtungen eignet sich der Ultraschall-Datenlogger. Für den ortsfesten Einsatz wird der Ultraschall-Datenlogger ohne den automatischen Ruhezustand betrieben.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführungsform nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Nr.	Szenario	Ultraschall- Datenlogger	Ultraschall- Empfänger- Modul	Utraschall- Sende-Modul
1	Auslastung- und Wegeanalyse von Flurförderzeugen	X	X	X
2	Auslastung- von Flurförderzeugen	X
3	Wegeanalyse von Flurförderzeugen		X	X
4	Zonenbasierte Ortung für übergeordnete Logistik- Systeme		X	X
5	Zonenbasierte Ortung für fahrzeuggebundene Systeme		X	X
6	Analyse statischer logistischer Vorrichtungen und Einrichtungen	X

TABELLE 1 Gespeicherte Daten in Ultraschall-Empfänger-Modul

Zeit	Sender Code	Richtung	Beschleunigung x	Beschleunigung y	Beschleunigung z
22.22.11 19:00:00	123	90	30	2	5
...
23.12.11 19:01:55	234	90	25	3	4

Gespeicherte Daten in Ultraschall-Datenlogger (Fahrzeugsensor)

Zeit	Entfernung	Beschleunigung x	Beschleunigung y	Beschleunigung z
22.22.11 19:00:00	2000	30	2	5
...
22.22.11 19:00:35	5	15	5	2
...
22.22.11 19:00:55	2000	12	2	3
...
22.22.11 19:01:24	5	12	2	3
...
22.22.11 19:01:55	5	25	3	4

TABELLE 2

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2006/0184013 A1 [0035]

Claims

Verfahren zur Erfassung von Zustände eines Fahrzeugs beschreibenden Daten, wobei mindestens ein an dem Fahrzeug angeordnetes erstes Modul eingesetzt wird, wobei das mindestens eine erste Modul zumindest – einen ersten Ultraschallsender, – einen ersten Ultraschallempfänger, – einen Bewegungssensor, – eine erste Datenverarbeitungseinheit, – erste Speichermittel und – eine erste Energiequelle umfasst, und wobei das mindestens eine erste Modul – einen Beladungszustand des Fahrzeugs beschreibende Daten erfasst, indem Laufzeiten eines von dem ersten Ultraschallsender gesendeten Ultraschallsignals gemessen und die Laufzeiten oder aus den Laufzeiten abgeleitete Informationen in den Speichermitteln gespeichert werden, – einen Bewegungszustand des Fahrzeugs beschreibende Daten erfasst, indem Informationen über eine Beschleunigung des Fahrzeugs und über eine Orientierung des Fahrzeugs im Raum gemessen und in den Speichermitteln gespeichert werden, und/oder wobei mindestens ein an dem Fahrzeug angeordnetes zweites Modul und mindestens ein an einem stationären Standort angeordnetes drittes Modul eingesetzt werden, wobei das mindestens eine zweite Modul zumindest – einen zweiten Ultraschallempfänger, – eine zweite Datenverarbeitungseinheit, – zweite Speichermittel und – eine zweite Energiequelle umfasst, wobei das mindestens eine dritte Modul jeweils zumindest zeitweise eine von dem dritten Modul abhängige Kennung sendet und wobei das mindestens eine zweite Modul – eine örtliche Lage des Fahrzeugs beschreibende Daten erfasst, indem die von dem dritten Modul gesendete Kennung erfasst und in den zweiten Speichermitteln gespeichert wird, und/oder wobei das mindestens eine erste und das mindestens eine dritte Modul zusammenwirken, und das mindestens eine erste Modul – die einen Beladungszustand des Fahrzeugs beschreibende Daten, – die einen Bewegungszustand des Fahrzeugs beschreibende Daten und – die eine örtliche Lage des Fahrzeugs beschreibende Daten erfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungsbereich des Fahrzeugs in Zonen aufgeteilt und die Kennung des mindestens einen dritten Moduls jeweils mindestens einer Zone zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrtrichtung des Fahrzeugs ermittelt wird durch Auswertung der Informationen über die Beschleunigung des Fahrzeugs und über die Orientierung des Fahrzeugs.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen über die Beschleunigung und über die Orientierung des Fahrzeugs und die Kennung zumindest eines Teils der dritten Module ausgewertet werden und in Abhängigkeit des Ergebnisses der Auswertung Betriebseigenschaften des Fahrzeugs gesteuert werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Zeit, in Abhängigkeit des Bewegungszustands und/oder in Abhängigkeit des Beladungszustand die Module in einen Energiesparmodus versetzt werden.
Anordnung zur Erfassung von Zustände eines Fahrzeugs beschreibenden Daten, wobei die Anordnung mindestens ein an dem Fahrzeug angeordnetes erstes Modul umfasst, wobei das mindestens eine erste Modul jeweils zumindest – einen ersten Ultraschallsender, – einen ersten Ultraschallempfänger, – einen Bewegungssensor, – eine erste Datenverarbeitungseinheit, – erste Speichermittel und – eine erste Energiequelle umfasst, und/oder wobei die Anordnung mindestens ein an dem Fahrzeug angeordnetes zweites Modul und mindestens ein an einem stationären Standort angeordnetes drittes Modul umfasst, wobei das mindestens eine zweite Modul jeweils zumindest – einen zweiten Ultraschallempfänger, – eine zweite Datenverarbeitungseinheit, – zweite Speichermittel und – eine zweite Energiequelle und umfasst, und das mindestens eine dritte Modul jeweils zumindest – einen zweiten Ultraschallsender und – eine dritte Energiequelle umfasst und/oder wobei die Anordnung das mindestens eine erste und das mindestens eine dritte Modul umfasst und wobei die Anordnung derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführbar ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite Ultraschallsender jeweils derart eingerichtet ist, dass zumindest zeitweise eine von dem dritten Modul abhängige Kennung sendbar ist, die mindestens eine erste Datenverarbeitungseinheit jeweils derart eingerichtet ist, um folgende Schritte auszuführen: – Ermitteln der Laufzeit des von dem ersten Ultraschallsender gesendeten und von dem ersten Ultraschallempfänger empfangenen Signals, – Speicherung der ermittelten Laufzeiten oder der aus den Laufzeiten abgeleiteten Informationen und – Erfassen und Speichern der von dem Bewegungs- und/oder einem Orientierungssensor gemessenen Daten, und/oder dass die mindestens eine zweite Datenverarbeitungseinheit jeweils derart eingerichtet ist, dass eine Ermittlung der von dem zweiten Ultraschallsender gesendeten Kennung ausführbar ist.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Modul und das mindestens eine zweite Modul als separate, autonome Komponenten ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modul derart am Fahrzeug angeordnet ist, dass ein Ladebereich des Fahrzeugs mit Ultraschallsignalen des ersten Ultraschallsenders beaufschlagbar ist und von dem Ladebereich reflektierte Ultraschallsignale von dem ersten Ultraschallempfänger empfangbar sind, und dass das zweite Modul außen am Fahrzeug oberhalb der halben Höhe des Fahrzeugs, vorzugsweise im Dachbereich des Fahrzeugs, angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der mindestens einen ersten, zweiten und dritten Module eine Schnittstelle zum Datenaustausch mit einer externen Datenverarbeitungseinheit aufweist.