DE102012220956B4

DE102012220956B4 - Erfassungssystem für ein automatisiertes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012220956B4
Application number: DE102012220956.5A
Authority: DE
Inventors: Michael R. Olson; Jack Zeng
Original assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2032-11-17
Also published as: US9826288B2; US20130124010A1; DE102012220956A1

Abstract

Erfassungssystem für automatisierte Baustellen- Fahrzeuge (12) aufweisend:- eine Hauptsteuerung (20);- zumindest einen ersten Empfänger (24) und einen zweiten Empfänger (26), die jeweils einen ersten Transceiver (30) in elektrischer Verbindung mit der Hauptsteuerung (20) und einen zweiten Transceiver (32), der Funkkanäle scannt, aufweisen; und- eine Vielzahl drahtloser Laserempfangssensoren (34), die in Funkverbindung mit dem ersten Transceiver (30) des ersten Empfängers (24) oder des zweiten Empfängers (26) stehen, um Informationen an den ersten Transceiver (30) des ersten Empfängers (24) oder des zweiten Empfängers (26) zu übermitteln, wobei die Vielzahl drahtloser Laserempfangssensoren (34) an festen Positionen entfernt von dem Fahrzeug (12) auf einer Oberfläche (35a) eines ortsfesten Objekts (35b) angeordnet sind und die Signale von einem Flat-Beam-Laser-Transmitter empfangen, wobei jeder der Vielzahl der Laserempfangssensoren (34) einen Transceiver (36) aufweist, der ein drahtloses Signal sendet, das von dem ersten Empfänger (24) oder zweiten Empfänger (26) empfangen wird, um Positions- und Entfernungsinformation an die Hauptsteuerung (20) zu senden.

Description

STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Erfassungssystem für ein automatisiertes Fahrzeug zum Verfolgen einer Bezugsschnur oder einer Oberfläche. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung ein drahtloses mechanisches Bezugsschnur- oder Oberflächenfolgesystem für Baugeräte.
Oft ist es bei Baugeräten, wie etwa bei Straßenbaumaschinen, wichtig, in der Lage zu sein, in einer geraden Linie und einer vorbestimmten Höhe zu fahren. Zurzeit werden Bezugsschnursensoren und Oberflächensensoren in großer Entfernung vom Hauptkörper der Baumaschine in unmittelbarer Nähe von Personen und anderen sich bewegenden Baufahrzeugen positioniert. Die Kabel für die Bezugsschnur- und Oberflächensensoren und der Verbinder an den Sensoren selbst werden oft, aufgrund der unmittelbaren Nähe von Verkehr an einer betriebsamen Baustelle, beschädigt. Die Sensorkabel müssen mit dem Steuersystem des Hauptkörpers der Maschine verbunden werden, der sich in bis zu 30 Fuß (9 m) Entfernung befinden kann, wodurch die Kabel für weitere Beschädigungen ausgesetzt sind.
Somit ist im Stand der Technik eine Art und Weise zur Beseitigung der physischen Kabel notwendig, wobei es weiterhin möglich sein muss, die Maschinen genau navigieren zu können. Eine solche Beseitigung der Kabel würde gleichzeitig das Risiko eines Maschinenstillstands aufgrund von Beschädigungen der Kabel minimieren. Zusätzlich würde die Beseitigung der Kabel zusätzliche Sicherheit für die Straßenbauarbeiter gewährleisten.
In EP 2 208 019 B1 ist ein Erfassungssystem für automatisierte Fahrzeuge, insbesondere für fahrbare Baumaschinen beschrieben. Das Erfassungssystem weist eine Hauptsteuerung auf, die mit einem ersten Empfänger, der einen Transceiver aufweist, in Verbindung steht. Eine Vielzahl drahtloser Sensoren steht in Funkverbindung mit dem Transceiver des Empfängers und übermitteln Informationen an diesen. Hierdurch ist es möglich, ein automatisiertes Baufahrzeug längs einer durch die Position der Sensoren definierten Bezugslinie zu steuern.
Die DE 10 2006 035 187 A1 beschreibt ein System zur Verarbeitung von Baumaterial, bei welchem dem Baumaterial kontaktlos auslesbare Transpondereinheiten beigemengt werden. Die Transponderdaten, wie Temperatur, Druck oder sonstige physikalische Größen, sind über eine Leseeinrichtung erfassbar und werden in einem zugeordneten Speicher abgelegt. Über ein Informationsverarbeitungssystem können die von der Laseeinrichtung ermittelten Daten angezeigt werden.
In IEEE Standards for Local and Metropolitan Area Networks- Part 15.4: Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs)- IEEE Std. 802.15.4-2011, 05.09.2011, sind Richtlinien für die drahtlose Übertragung von Daten in Sensornetzwerken beschrieben.
Die DE 10 2012 219 094 A1 , betreffend eine nachveröffentlichte Patentanmeldung mit älterem Zeitrang, beschreibt ein Erfassungssystem für automatisierte Baustellen-Fahrzeuge, aufweisend eine Hauptsteuerung, einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger, die jeweils einen ersten Transceiver in elektrischer Verbindung mit der Hauptsteuerung und einen zweiten Transceiver, der Funkkanäle scannt, aufweisen und eine Vielzahl drahtloser Sensoren, die in Funkverbindung mit dem ersten Transceiver des ersten Empfängers oder des zweiten Empfängers stehen, um Informationen an den ersten Transceiver des ersten Empfängers oder des zweiten Empfängers zu übermitteln, wobei die Vielzahl drahtloser Sensoren an festen Positionen entfernt von dem Fahrzeug entlang einer Bezugsschnur angeordnet sind und die Signale von einem Transmitter empfangen, wobei jeder der Vielzahl der Sensoren einen Transceiver aufweist, der ein drahtloses Signal sendet, das von dem ersten Empfänger oder zweiten Empfänger empfangen wird, um Positions- und Entfernungsinformation an die Hauptsteuerung zu senden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Erfassungssystems für ein automatisiertes Fahrzeug zum Verfolgen einer Bezugsschnur und/oder einer Oberfläche unter Verwendung drahtloser Technologien, wobei bei Vorhandensein mehrerer Sensoren eine sichere Datenübertragung zwischen Sensoren und der Hauptsteuerung erfolgen soll.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Ansprüchen deutlich.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfassungssystem zum Verfolgen einer Bezugsschnur und/oder für die Steuerung der Lenk- und Höhenkontrolle eines Fahrzeugs. Das System umfasst eine Hauptsteuerung und mindestens einen Empfänger mit einem ersten Transceiver (Sender/Empfänger), der in elektrischer Verbindung mit der Hauptsteuerung steht. Eine Vielzahl drahtloser oder drahtloser Schallsensoren, die entlang einer Bezugsschnur oder einer Oberfläche ausgerichtet sind, sind entfernt von dem Fahrzeug angebracht und stehen in Funkverbindung mit dem ersten Transceiver des Empfängers, um Daten von den Sensoren oder den Schallsensoren zum ersten Transceiver zu übermitteln.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht eines Erfassungssystems;
2 ist eine schematische Draufsicht eines Erfassungssystems;
3 ist ein Protokollzeitdiagramm der Bewegung von Funkfrequenzen zu und von Transceivern eines Empfängers; und
4 ist ein schematisches Diagramm eines Erfassungssystems zum Verfolgen einer Bezugsschnur oder einer Oberfläche;
5 ist ein schematisches Diagramm eines Erfassungssystems zum Verfolgen einer Bezugsschnur oder einer Oberfläche.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Figuren zeigen ein Erfassungssystem 10, das ein Fahrzeug 12 umfasst, das eine Lenkeinrichtung 14 und gegebenenfalls eine Höheneinrichtung 16 mit einem dazugehörigen Ventilsystem 18 aufweist. Das Fahrzeug 12 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Baufahrzeug, etwa eine Straßenbaumaschine, ein Kompaktradlader oder dergleichen. Eine Hauptsteuerung 20, die mit dem Fahrzeug verbunden ist und die eine Maschinensteuerungssoftware 21 aufweist, ist mit dem Fahrzeug 12 verbunden, indem sie sich entweder in dem Fahrzeug, an dem Fahrzeug oder dergleichen befindet. Die Maschinensteuerungssoftware 21 der Hauptsteuerung 20 steuert elektrisch das Ventilsystem 18 und so die Lenkvorrichtung und die Höhenvorrichtung 14 und 16 für die automatisierte Steuerung des Fahrzeugs 12. Die Hauptsteuerung 20 weist zusätzlich eine Benutzeroberfläche 22 auf, die den manuellen Betrieb von Funktionen des Systems 10 erlaubt.
Ein erster und ein zweiter Empfänger 24 und 26 sind elektrisch verbunden und stehen mit der Hauptsteuerung 20 über eine Software 28 oder einen CAN-Bus in Verbindung, um CAN-Nachrichtenübermittlung zwischen den Empfängern 24, 26 und der Hauptsteuerung 20 bereitzustellen. Bevorzugt empfangen und lesen die ersten und zweiten Empfänger 24 und 26 eine Vielzahl drahtloser Kommunikationssignale von den Sensoren 34, um die Information der Hauptsteuerung 20 zur Verfügung zu stellen. Die Software 28 in einer Ausführungsform weist eine Anwendungsprogrammierungs-Schnittstelle auf, die mit der Software des Receivers gekoppelt ist, um ein elektronisches Signal an die Maschinensteuerungssoftware zu senden, welches Informationen enthält. Jeder Empfänger 24, 26 weist einen ersten und einen zweiten Transceiver 30 und 32 auf, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel drahtlose Funkstrecken des Typs 802.15.4 für bidirektionale Kommunikation sind. Dadurch, dass zwei Transceiver vorgesehen sind, ist die Sensorsystem-Bandbreite erweitert, wodurch zusätzliches aktives Scannen von Funkkanalaktivität ermöglicht wird.
Eine Mehrzahl drahtloser Schallsensoren 34 sind entlang einer Bezugslinie 50 oder einer Oberfläche angeordnet und/oder eine Vielzahl von drahtlosen Laserempfangssensoren 34 ist an festen Positionen entfernt von dem Fahrzeug auf einer Oberfläche 35a eines ortsfesten Objekts 35b angeordnet, um sicherzustellen, dass die Sensoren 34 ausgerichtet sind. Jeder der mehreren drahtlosen Sensoren 34 weist einen Strichcodescanner oder einen Transceiver 38 auf, der bevorzugt eine drahtlose Funkverbindung des Typs 802.15.4 darstellt. Auf diese Weise befindet sich der Transceiver 38 in Funkverbindung mit einem Transceiver 30 oder 32 der Empfänger 24 oder 26.
Zusätzlich kann jeder der Mehrzahl der drahtlosen Schallsensoren 34 einen RFID Leser 40 aufweisen, der in der Lage ist, ein RFID-Etikett 42 zu lesen, das sich an einer Halteklammer 44 eines Sensors 34 befindet, um den Sensor eindeutig für die Hauptsteuerung 20 zu identifizieren.
In einer Ausführungsform erhält der drahtlose Laserempfängersensor 34 Signale von einem Flach-Strahl-Laser-Transmitter (Flat beam laser transmitter) und weist einen Transceiver 36 auf, der ein drahtloses Signal sendet, das von den Empfängern 24 oder 26 empfangen wird, um Positions- und Entfernungsinformation an die Hauptsteuerung 20 zu senden. Basierend auf dieser Information steuert die Hauptsteuerung 20 dann automatisch die Position des Fahrzeugs. Mit „automatisch“ meint die Anmeldung ohne menschliches Eingreifen, wobei folglich die Steuerung der Position des Fahrzeuges durch die Hauptsteuerung ohne menschliches Zutun ausgeführt wird.
Im Betrieb sendet der erste Transceiver 30 der ersten und zweiten Empfänger 24, 26 zum Zeitpunkt Null bzw. T0, wie in 3 gezeigt, ein zeitgetriggertes Protokoll-Leitsignal aus. Jeder der Mehrzahl von drahtlosen Sensoren 34 antwortet mit seinen Positions- und Statusdaten in seinem jeweiligen Zeitfenster. Gleichzeitig sammelt der zweite Transceiver 32 der Empfänger 24, 26 Daten drahtloser Sensoren, scannt alle Funkkanäle und bestimmt den verfügbaren Kanal mit der kleinsten Menge Verkehr. Zu diesem Zeitpunkt kommunizieren die Empfänger 24, 26 mit der Vielzahl von drahtlosen, z.B. Schall-, Sensoren 34, um die Sensoren 34 proaktiv anzuweisen auf den Funkkanal mit dem geringsten Verkehr zu wechseln. Die Empfänger 24, 26 sortieren auch die Sensordaten in eine CAN-Nachricht, die dann über einen Maschinensteuerungs-CAN-Bus an die Hauptsteuerung 20 gesendet wird. Auf Basis der übermittelten Daten betätigt dann die Hauptsteuerung 20 selektiv das Ventilsystem 18 des Fahrzeugs 12, um z.B. automatisch die Lenkungsvorrichtung und Höhenvorrichtung 14, 16 zu steuern, um so die Lenkung und das Höhenniveau des Fahrzeugs 12 zu steuern. Gleichzeitig fragt die Hauptsteuerung 20 den Empfängerstatus und den Status aller Sensoren ab und kann über die Benutzerschnittstelle 22 manuell die Funkkanäle einstellen.
Somit wird ein Erfassungssystem 10 bereitgestellt, das zur Steuerung des Höhenniveaus und der Lenkung eines Fahrzeugs 12, wie etwa einer Straßenbaumaschine zum Asphaltieren, verwendet werden kann. Die Transceiver 36 oder die Strichcodescanner, die an die Vielzahl von Sensoren 34 angeschlossen sind, erfassen die Positionen der Maschine oder des Fahrzeugs 12 relativ zur Bezugslinie 50 und/oder zu der festgelegten Position des Sensors 34, um einen Steuerungseingang zur Höhenniveau- oder Lenkungskontrollschleife des Fahrzeugs 12 bereitzustellen.
Somit werden drahtlose mechanische Sensoren, insbesondere Bezugsschnur-Strichcode-Sensoren bereitgestellt. Die Vielzahl von drahtlosen Sensoren 34 können von den Empfängern 24, 26 mit einer sehr hohen Datenrate durch das zeitgetriggerte angepasste Drahtlosprotokoll ausgelesen werden. Zusätzlich wird die Möglichkeit bereitgestellt, aktiv in einem Direktsequenz-Spreizsprektrum (DSSS) auf Kanäle mit geringem Verkehr umzuschalten sowie die Verwendung eines RFID-Lesers 40 bereitzustellen, um das RFID-Etikett 42 zu lesen, um eine automatisierte Maschinensensor-Ortsbestimmung bereitzustellen. Somit wurden zumindest alle angegebenen Aufgaben gelöst.
Für Fachleute ist erkennbar, dass andere abweichende Modifikationen an der Vorrichtung vorgenommen werden können ohne vom Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle derartigen Modifikationen oder Änderungen fallen in den Schutzumfang der Ansprüche und sollen von diesen umfasst sein.

Claims

Erfassungssystem für automatisierte Baustellen- Fahrzeuge (12) aufweisend: - eine Hauptsteuerung (20); - zumindest einen ersten Empfänger (24) und einen zweiten Empfänger (26), die jeweils einen ersten Transceiver (30) in elektrischer Verbindung mit der Hauptsteuerung (20) und einen zweiten Transceiver (32), der Funkkanäle scannt, aufweisen; und - eine Vielzahl drahtloser Laserempfangssensoren (34), die in Funkverbindung mit dem ersten Transceiver (30) des ersten Empfängers (24) oder des zweiten Empfängers (26) stehen, um Informationen an den ersten Transceiver (30) des ersten Empfängers (24) oder des zweiten Empfängers (26) zu übermitteln, wobei die Vielzahl drahtloser Laserempfangssensoren (34) an festen Positionen entfernt von dem Fahrzeug (12) auf einer Oberfläche (35a) eines ortsfesten Objekts (35b) angeordnet sind und die Signale von einem Flat-Beam-Laser-Transmitter empfangen, wobei jeder der Vielzahl der Laserempfangssensoren (34) einen Transceiver (36) aufweist, der ein drahtloses Signal sendet, das von dem ersten Empfänger (24) oder zweiten Empfänger (26) empfangen wird, um Positions- und Entfernungsinformation an die Hauptsteuerung (20) zu senden.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Transceiver (36) der Vielzahl von Laserempfangssensoren (34) Information über einen Funkkanal an die ersten Transceiver (30) der Empfänger (24, 26) übermitteln.
Erfassungssystem nach Anspruch 2, bei dem, basierend auf den gescannten Funkkanälen, die Empfänger (24, 26) mit der Vielzahl von Laserempfangssensoren (34) kommunizieren, um den Funkkanal der Vielzahl von Laserempfangssensoren (34) zu ändern.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem zumindest einer der Vielzahl von drahtlosen Laserempfangssensoren (34) einen RFID-Leser aufweist.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Empfänger (24, 26) ein zeitgetriggertes Leitsignal an die Vielzahl von Laserempfangssensoren (34) übermitteln.
Erfassungssystem nach Anspruch 5, bei dem die Vielzahl von drahtlosen Sensoren (34) die Informationen in Antwort auf den Erhalt des zeitgetriggerten Leitsignals kommunizieren.
Erfassungssystem nach Anspruch1, bei dem die Hauptsteuerung (20) das Fahrzeug in Antwort auf die Positions- und Enfernungsinformation, welche an die Hauptsteuerung (20) übertragen wurde, steuert.
Erfassungssystem nach Anspruch 7, bei dem das Baustellen-Fahrzeug (12) eine Straßenasphaltiermaschine ist.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Laserempfangssensoren (34) auf der Oberfläche (35B) eines Objekts angeordnet sind.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Hauptsteuerung (20) das automatisierte Baustellen-Fahrzeug (12) automatisch basierend auf dem von dem ersten Transceiver (30) erhaltenen Signal positioniert.