DE102020129233A1

DE102020129233A1 - Fahrzeug und Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis

Info

Publication number: DE102020129233A1
Application number: DE102020129233.3A
Authority: DE
Inventors: Winfried Bindges; Roland Senninger
Original assignee: KINOTEX SENSOR GmbH; BASF SE
Current assignee: KINOTEX SENSOR GmbH; BASF SE
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2022-05-05
Also published as: EP4200643A1; US20230400588A1; WO2022096067A1

Abstract

Es wird ein Fahrzeug (10) vorgeschlagen, das im Bereich einer ersten Seite, insbesondere seiner Vorderseite (11), ein oder mehrere optische Sensorelemente (20, 21, 22, 23) aufweist, die im Zusammenwirken mit einer fahrzeuggebundenen oder ganz oder in Teilen von dem Fahrzeug (10) entfernt angeordneten Auswerte- und Steuerelektronik (30, 40) dazu eingerichtet sind, vor einer Kollision des fahrenden Fahrzeuges (10) mit einem Hindernis zu warnen, dem Hindernis auszuweichen oder das Fahrzeug (10) beim Erkennen eines Hindernisses anzuhalten. Dazu hat mindestens eines, mehrere oder alle der optischen Sensorelemente (20, 21, 22, 23) ein Sichtfeld (50, 51, 52, 53) mit einem horizontalen und/oder vertikalen Sichtwinkelbereich (α, α') von weniger als 3 Grad. Weiter wird ein Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines Fahrzeugs (10) mit einem Hindernis vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Sensorik sowie ein Verfahren, das dazu eingerichtet ist, insbesondere ein fahrerloses, ohne menschliche Interaktion betriebenes bzw. automatisch gesteuertes, insbesondere fahrspurungebundenes Fahrzeug vor einer Kollision des fahrenden Fahrzeuges mit einem Hindernis zu warnen, dem Hindernis auszuweichen, das Fahrzeug beim Erkennen eines Hindernisses anzuhalten und/oder eine Warnung an eine Leitstelle zu übermitteln.
Stand der Technik
Aus DE 10 2018 110 852 A1 ist eine Vorrichtung zur Sicherung eines maschinell oder automatisch gesteuerten beweglichen Gerätes, insbesondere eines Handhabungsgerätes wie eines Roboters oder eines AGV („automated guided vehicle“) bekannt. Dabei ist eine Sicherheitssensorik zur Detektion von Objekten in einem Arbeitsraum, einem Abstand oder einer Umgebung des Gerätes vorgesehen. Die Sicherheitssensorik umfasst eine taktile Sensorik und eine Annäherungssensorik, wobei die eingesetzten Sensoren auf optischen Messprinzipien basieren.
Aus DE 10 2014 206 473 A1 ist ein automatisches Assistenzverfahren für einen Fahrer eines fahrspurgebundenen Fahrzeugs bekannt. Dazu ist auf der Vorderseite des Fahrzeugs links und rechts jeweils eine Kamera am Fahrzeug vorgesehen, die einen Lichtraum vor dem Fahrzeug erfassen und im Zusammenwirken mit einer Auswerteeinrichtung dazu dienen, vor einer bevorstehenden Kollision zu warnen.
Aus DE 10 2004 041 821 A1 ist ein berührungsloses Sicherheitssystem unter Verwendung von Ultraschall- oder Mikrowellensensoren zur Sicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgerätes bekannt. Die eingesetzten Näherungssensoren können dabei Ultraschall- oder Mikrowellensensoren sein. Weiter ist beschrieben, dass eine Kombination der Ultraschall- oder Mikrowellensensoren mit einem weiteren Sensor erfolgen kann, der auf Basis eines unterschiedlichen physikalischen Prinzips arbeitet.
Ein weiteres berührungsloses Sicherheitssystem zur Sicherung eines maschinell gesteuerten Handhabungsgerätes ist aus DE 10 2013 021 387 A1 bekannt. Das System arbeitet auf Basis einer kapazitiven Sensorik.
Zusammenfassung und Vorteile der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Das Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Sensorik und das erfindungsgemäße Verfahren bieten gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass auch vergleichsweise schmale Hindernisse wie Rohrleitungen, Hindernisse mit unterschiedlichen Querschnitten und Reflexionsgraden, herabhängende Stromkabel, Rohrbündel, Eckleuchten, Kabelstränge, dünne Pfosten usw., die in den Fahrweg des Fahrzeugs hineinragen, und auch unter widrigen Umständen wie bei Gegenlicht oder blendender Sonne, bei Rauch oder Nebel oder bei Messungen schräg nach oben gut und zuverlässig erkannt werden können.
Die Empfindlichkeit der Detektion sowie der Mindestabstand für die Warnschwellen des Warnsystems können zudem in einfacher Weise über die vorgesehene Auswerte- und Steuerelektronik eingestellt werden.
Die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs kann nun automatisch entweder verlangsamt werden, oder das Fahrzeug wird sofort gestoppt und/oder eine Leitwarte wird informiert.
Weiter ist es möglich, mit Sensoren im Bereich der Ecken des Fahrzeugs nicht nur den Bereich vor dem Fahrzeug, sondern auch einen Bereich seitlich des Fahrzeuges zu überwachen. Dies kann auch mit zusätzlichen Sensoren erreicht werden.
Durch das Vorsehen von mindestens zwei, in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensoren können die Signale oder Messwerte eines Sensors mit Hilfe der Signale oder Messwerte des anderen Sensors validiert bzw. plausibilisiert werden. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Detektion und vermeidet Fehlalarme.
Besonders vorteilhaft in dieser Hinsicht ist, wenn die beiden in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensoren insbesondere senkrecht zur Fahrrichtung und parallel zum Untergrund versetzt zueinander angeordnet sind und dabei in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen arbeiten oder die maximale Empfindlichkeit der beiden Sensoren bei einer unterschiedlichen Wellenlänge liegt.
Weiterhin vorteilhaft ist es, in räumlicher Nähe zueinander angeordnete Sensoren, die nach dem Prinzip der Laufzeitmessung arbeiten, miteinander zu kombinieren.
Eine andere vorteilhafte Konfiguration ist die Kombination von Sensoren, die nach dem Prinzip der Laufzeitmessung arbeiten, mit Sensoren, die nach dem Phasenvergleichsverfahren arbeiten.
Bei Verwendung von Sensoren, die nach dem Prinzip der Laufzeitmessung arbeiten, ist es von Vorteil, wenn diese eine Auflösung von mindestens 2 x 2 Pixel gewährleisten. Eine Kombination von Sensoren mit 2 x 2 Pixel Auflösung und einem erfindungsgemäß engen Sichtfeld („Field of View“ bzw. „FOV“) mit Sensoren mit 8 x 4 Pixel Auflösung und einem ebenfalls erfindungsgemäß engen Sichtfeld gewährleistet vorteilhaft eine sichere Messdistanz und eine sichere Erkennung, insbesondere bezogen auf Objekte mit geringem Querschnitt und geringer Remission.
Als ganz besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Konstellation mit jeweils einem Paar Sensoren im Bereich einer linken und der rechten Ecke des Fahrzeugs, vorzugsweise auf der Vorderseite des Fahrzeuges, herausgestellt.
Zur begrifflichen Relativierung der hier verwendeten Begriffe Vorderseite, Rückseite, links und rechts, sei gesagt, dass ein von der Erfindung betroffenes Fahrzeug sich auf Land oder auf Wasser in diversen Fahrtrichtungen bewegen kann. Es kann insbesondere eine Lenkungsachse verbaut sein. Es kann sich ferner im Sinne der Erfindung um ein Kettenfahrzeug handeln. Aber das Fahrzeug kann auch von allen Seiten gleich aussehen und als Vorderseite gilt dann die im Moment des Fortbewegens in Fahrtrichtung weisende „Front“-Fläche.
Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein automatisch gesteuertes Fahrzeug bzw. ein AGV.
Figurenliste
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV von oben mit einer ersten Verschaltungskonfiguration.
Die 2 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV von oben mit einer zweiten Verschaltungskonfiguration.
Die 3 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV von oben mit einer dritten Verschaltungskonfiguration.
Die 4 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß 1, 2 oder 3 von oben mit nebeneinander angeordneten Sensoren und jeweils mit eingezeichneten vorderen horizontalen Sensorsichtfeldern, d. h. im Schnitt parallel zum Untergrund, mit jeweils einem horizontalem Sichtwinkelbereich α.
Die 5 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß 1, 2 oder 3 von oben mit versetzt angeordneten Sensoren und jeweils mit eingezeichneten vorderen horizontalen Sensorsichtfeldern, d. h. im Schnitt parallel zum Untergrund, mit jeweils einem horizontalem Sichtwinkelbereich α.
Die 6 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß 1, 2, 3, 4 oder 5 in seitlicher Ansicht mit der Darstellung der zwischen 25° bis 60° liegenden vorzugsweise vorderen und hinteren Höhenwinkel β, unter denen die Sensoren detektieren, und eingezeichneten vorzugsweise vorderen und hinteren vertikalen Sensorsichtfeldern, d. h. im Schnitt senkrecht zum Untergrund, mit jeweils einem vertikalem Sichtwinkelbereich α'.
Die 7 zeigt ein Fahrzeug, das sich an ein Flugzeug annähert, als ein Anwendungsbeispiel zur Vermeidung einer Kollision des Fahrzeuges mit den Tragflächen oder den Triebwerken des Flugzeuges.
Die 8 zeigt zwei Fahrzeuge, die hintereinanderfahren, wobei eines oder beide erfindungsgemäß ausgebildet sind, als ein Anwendungsbeispiel zur Vermeidung von Kollisionen bzw. Auffahrunfällen der Fahrzeuge.
Die 9 zeigt ein Fahrzeug bei der Detektion eines in der Höhe befindlichen, relativ kleinen Hindernisses wie eines Trägers.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fahrzeuges 10 in Form eines AGV von oben. Unter einem AGV wird dabei entsprechend dem üblichen Sprachgebrauch ein fahrerloses, automatisch gesteuertes und vorzugsweise fahrspurungebundenes Transportfahrzeug mit eigenem Fahrantrieb verstanden, das autonom und ohne menschliche Interaktion Transporte betreiben kann. Das Fahrzeug 10 kann grundsätzlich aber auch ein anderes Fahrzeug als ein AGV sein.
Das Fahrzeug 10 weist im erläuterten Beispiel im Bereich seiner Vorderseite 11 (bezogen auf die Fahrtrichtung oder die übliche Fahrtrichtung) oder allgemein im Bereich einer Seite des Fahrzeuges 10 vier optische Sensorelemente 20, 21, 22, 23 auf, die über Busleitungen 31 mit einer zentralen fahrzeuggebundenen Maschinensteuerung 30 als Auswerte- und Steuerelektronik in Verbindung stehen. Die Busleitungen 31 sind vorzugsweise übliche CAN-Busleitungen, die optional auch gesichert sein können. Über die Auswerte- und Steuerelektronik werden die von den Sensoren 20, 21 und 22, 23 bereitgestellten Signale oder ermittelten Abstandswerte ausgewertet. Bei einem Empfang von vorspezifizierten Signalen wie einem Unterschreiten von definierten Abstandswerten reagiert die Maschinensteuerung 30 beispielsweise mit einer Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit, gefolgt von einem sofortigen Stopp des Fahrzeugs sowie einer Meldung an die Leitwarte.
Weiter weist das Fahrzeug 10 im Bereich seiner Rückseite oder allgemein einer gegenüberliegenden Seite zu der Seite mit den Sensorelementen 20, 21, 22, 23 vier weitere Sensorelemente 24, 25, 26, 27 auf. Diese können ebenfalls optische Sensorelemente analog zu den optischen Sensorelementen 20, 21, 22, 23 sein, sodass das Fahrzeug in gleicher Weise vorwärts wie rückwärtsfahren kann bzw. für beide Fahrtrichtungen eine Kollisionsverhinderung bereitstellt. Die weiteren Sensorelemente 24, 25, 26, 27 können grundsätzlich aber auch andere Sensorelemente sein, wie sie bei AGVs im Stand der Technik schon eingesetzt werden, um Kollisionen zu verhindern.
Im Übrigen sei darauf hingewiesen, dass neben den gezeigten und näher erläuterten optischen Sensorelementen 20, 21, 22, 23 im vorderen Bereich des Fahrzeugs und/oder seitlich des Fahrzeugs und/oder im hinteren Bereich des Fahrzeugs weitere Kollisionswarnvorrichtungen bzw. ein oder mehrere zugehörige weitere Sensorelemente vorgesehen sein können, die in den 1 bis 6 jeweils der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Insbesondere kann das Fahrzeug 10 auch mit einer Sensorik gemäß DE 10 2018 110 852 A1 ergänzend zu den erfindungsgemäß vorgesehenen optischen Sensorelementen 20, 21, 22, 23 ausgerüstet sein, wobei diese Sensorik dann vorzugsweise ebenfalls mit der Auswerte- und Steuerelektronik zusammenwirkt.
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 nur durch die Verschaltung der Sensorik. In 2 sind die vorderen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 und die hinteren Sensorelemente 24, 25, 26, 27 über Busleitungen 31 zunächst jeweils mit einer Sensorinterfaceelektronik 40 verbunden, wobei die jeweilige Sensorinterfaceelektronik 40 dann über Busleitungen 31 mit einer zentralen Maschinensteuerung 30 verbunden ist. 1 zeigt somit eine zentrale Anbindung der Sensorelemente an die Maschinensteuerung 30, während 2 eine dezentrale Anbindung realisiert.
Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 erneut nur durch die Verschaltung der Sensorik. In 3 sind die vorderen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 und die hinteren Sensorelemente 24, 25, 26, 27 über Busleitungen 31 zunächst mit einer gemeinsamen Sensorinterfaceelektronik 40 verbunden, die dann über eine Busleitung 31 mit einer zentralen Maschinensteuerung 30 verbunden ist. 3 zeigt somit erneut eine dezentrale Auswertung der Sensorsignale der vorderen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 und der hinteren Sensorelemente 24, 25, 26, 27.
In den erläuterten Ausführungsbeispielen sind die Sensorinterfaceelektroniken 40 und die Maschinensteuerung 30 jeweils fahrzeuggebunden. Alternativ kann die Maschinensteuerung 30 aber auch von dem Fahrzeug 10 entfernt angeordnet sein und mit diesem insbesondere drahtlos verbunden sein bzw. in Kommunikation stehen.
Die 4 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß 1, 2 oder 3 mit eingezeichneten Sichtfeldern („Field of View“ bzw. „FoV“) 50, 51, 52, 53 der vier optischen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 im vorderen Bereich des Fahrzeugs 10 im horizontalen Schnitt. In der Prinzipskizze ist der Übersichtlichkeit halber somit jeweils nur das horizontale Sichtfeld dargestellt, nicht aber das vertikale. Das Fahrzeug 10 ist in den erläuterten Beispielen ein fahrerloses Transportfahrzeug in Form eines flurgebundenen Fördermittels mit eigenem Fahrantrieb, das automatisch (AGV) ohne menschliche Interaktion gesteuert und geführt wird.
Mindestens eines, vorzugsweise aber alle der optischen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 haben ein Sichtfeld 50, 51, 52, 53, welches auch als Erfassungsbereich oder Messfeld bezeichnet werden kann, der/das sich horizontal und/oder vertikal über einen Sichtwinkelbereich von weniger als 3 Grad erstreckt. Der horizontale Sichtwinkelbereich ist dabei mit α bezeichnet, siehe 4 und 5, und der vertikale Sichtwinkelbereich mit α', siehe 6.
Vorzugsweise liegt der horizontale Sichtwinkelbereich α und/oder der vertikale Sichtwinkelbereich α' im Bereich von 0,1 bis 1,5 Grad oder von 0,5 bis 1,5 Grad.
Besonders bevorzugt liegt sowohl der vertikale als auch der horizontale Sichtwinkelbereich α, α' bei weniger als 3 Grad, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1,5 Grad oder von 0,5 bis 1,5 Grad.
Die Sichtfelder oder Erfassungsbereiche 50, 51, 52, 53 bezeichnen jeweils den Erfassungs- bzw. Messbereich des jeweiligen optischen Sensors 20, 21, 22, 23, innerhalb dessen Objekte, Ereignisse oder Veränderungen wahrgenommen werden können.
Die optischen Sensorelemente 20 21 22 23 sind jeweils paarweise links und rechts im Bereich der linken Ecke 13 und der rechten Ecke 14 des Fahrzeugs 10 in räumlicher Nähe zueinander angeordnet. Bevorzugt sind die optischen Sensorelemente 20 und 21 bzw. 22 und 23 jeweils nebeneinander oder hintereinander oder versetzt zueinander angeordnet. Zur Plausibilisierung der jeweiligen Sensorsignale oder Messwerte ist es vorteilhaft, die Sensoren 20 und 21 sowie 22 und 23 jeweils mit einem vertikal differierenden Winkel vorzusehen. Dieser Winkel, der auch als Höhenwinkel β bezeichnet werden kann, liegt vorzugsweise jeweils in einem Bereich von 25 Grad bis 60 Grad.
Die 6 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß 1, 2, 3, 4 oder 5 in seitlicher Ansicht mit der Darstellung der zwischen 25° bis 60° liegenden Höhenwinkel β, unter denen die hier exemplarisch dargestellten Sensoren 20, 24 detektieren, und eingezeichneten vertikalen Sensorsichtfeldern 50, 54 mit jeweils einem vertikalem Sichtwinkelbereich α'. In 6 ist auch erkennbar, dass sich das exemplarisch sichtbare Sensorelement 20 vorzugsweise im vorderen Bereich oder bei der Ecke 13 des Fahrzeuges 10 oder allgemein im Bereich einer ersten Seite des Fahrzeuges 10 befindet, und dass sich das exemplarisch sichtbare Sensorelement 24 im hinteren Bereich 12 oder bei der Ecke 15 des Fahrzeuges 10 oder allgemein im Bereich einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des Fahrzeuges 10 befindet.
Wie in 4 gezeigt, haben die beiden sich in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensorelemente 20, 21, 22, 23 gegeneinander seitlich bzw. in lateraler Richtung versetzte Sichtfelder 50, 51, 52, 53. Der laterale Versatz liegt jeweils vorzugsweise im Bereich von 25 mm bis 120 mm.
Die optischen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 sind jeweils so ausgewählt bzw. eingestellt, dass die höchste Erkennungssensitivität der beiden sich in räumlicher Nähe zueinander angeordneten optischen Sensorelemente 20 und 21 jeweils bei einer unterschiedlichen Wellenlänge liegt, vorzugsweise im nahen nicht sichtbaren Infrarot. Gleiches gilt für die optischen Sensorelemente 22 und 23. So liegt die höchste Empfindlichkeit des ersten optischen Sensorelements 20 und die des dritten optischen Sensorelements 22 beispielsweise bei 905 nm und die des zweiten optischen Sensorelements 21 und die des vierten optischen Sensorelements 24 beispielsweise bei 850 nm.
Grundsätzlich ist vorteilhaft, wenn die höchste Empfindlichkeit der optischen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 jeweils in einem Wellenlängenbereich von 600 bis 1100 nm liegt.
Die optischen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 sind weiter jeweils so ausgewählt und eingestellt, dass beide in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensorelemente 20 und 21 bzw. 22 und 23 eine möglichst identische oder ähnliche Messdistanz sicherstellen. Zusammen mit den unterschiedlichen Wellenlängen der höchsten Erkennungssensitivität der optischen Sensorelemente 20 und 22 sowie 21 und 23 werden somit auch mögliche Kollisionsobjekte unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Reflexionsgrads nahezu zeitgleich detektiert.
Durch eine zwischen den Sensorelementen 20 und 21 sowie 22 und 23 abweichende vertikale Ausrichtung des jeweiligen Sichtfeldes wird erreicht, dass ein erstes der beiden optischen Sensorelemente 20, 21 bzw. 22, 23 ein Hindernis früher erfassen kann, als das zweite der beiden optischen Sensorelemente 20, 21 bzw. 23, 24. So kann das Messsignal von einem der optischen Sensorelemente, beispielsweise des optischen Sensorelementes 20 bzw. 22, das zunächst anschlägt, von den minimal verzögert resultierenden Messsignalen der optischen Sensorelemente 21 bzw. 24 validiert bzw. plausibilisiert werden, um so eine mögliche Kollision und/oder Fehlalarme sicher zu vermeiden.
Von besonderem Vorteil ist eine Multipixel-Auflösung der optischen Sensorelemente 20, 21 bzw. 23 und 24. Hierdurch erfolgt eine zusätzliche Plausibilisierung dadurch, dass aufgrund der Bewegung des AGV nacheinander unterschiedliche Pixel ein mögliches Kollisionsobjekt abtasten und somit die Detektionssicherheit erhöhen und bei Ausfall des zweiten Sensorelements die Detektionssicherheit trotzdem sicherstellen.
Dem gleichen Ziel, nämlich der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Hinderniserkennung und der gegenseitigen Validierung bzw. Plausibilisierung von Sensorsignalen oder Messwerten dient auch die Verwendung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche oder die Verwendung unterschiedlichen Wellenlängen der höchsten Erkennungssensitivität für die optischen Sensorelemente 20 und 22 gegenüber den optischen Sensorelementen 21 und 24 und/oder der laterale und vertikale Versatz der Sichtfelder 51 gegenüber 50 bzw. 53 gegenüber 52.
Der laterale Versatz erlaubt vor allem die Validierung von Signalen oder Messwerten von Hindernissen aus dem Bereich der Ecken 13, 14, 15, 16 des Fahrzeugs, da solche Hindernisse erst zu etwas unterschiedlichen Zeiten in die betreffenden Sichtfelder 50, 51, 52, 53 eintreten.
Unterschiedliche Wellenlängenbereiche oder unterschiedliche Wellenlängen der höchsten Erkennungssensitivität erlauben eine Zuordnung der Sensorsignale oder Messwerte zu dem betreffenden optischen Sensor 20, 21, 22, 23, sodass schon darüber unterschieden werden kann, ob das reflektierte und zu verarbeitende Signal beispielsweise von dem optischen Sensorelement 20 oder von dem optischen Sensorelement 21 kommt. Noch wichtiger ist die Erkenntnis, dass Hindernisse nicht bei allen Wellenlängenbereichen und bei allen Umgebungsbedingungen (Regen, Sonneneinstrahlung, Rauch, Nebel, ...) gleich gut erkannt werden. Um diesem Problem entgegenzuwirken, werden daher Sensoren unterschiedlicher Wellenlängenbereiche oder unterschiedlicher Wellenlängen der höchsten Erkennungssensitivität und gleichzeitig z. B. hoher Fremdlichtimmunität eingesetzt.
Insgesamt ist vorzugsweise vorgesehen, dass die beiden sich in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensorelemente 20 und 21 bzw. 22 und 23 derart eingerichtet sind und derart mit der Auswerte- und Steuerelektronik 30, 40 zusammenwirken, dass die Signale oder Messwerte eines der beiden Sensorelemente durch Signale oder die Messwerte des anderen der beiden Sensorelemente plausibilisiert oder validiert werden können.
Die optischen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 sind vorzugsweise an den Ecken 13 und 14 im oberen Bereich des Fahrzeugs 10 angeordnet, sodass das jeweilige Sichtfeld 50, 51, 52, 53, der Sensorelemente 20, 21, 22, 23 vertikal und/oder horizontal unbeeinträchtigt ist.
Die im Bereich oder in der Nähe der linken vorderen Ecke 13 des Fahrzeuges 10 und die im Bereich oder in der Nähe der rechten vorderen Ecke 14 des Fahrzeuges 10 befindlichen Sensorelemente 20 und 21 einerseits und 22 und 23 andererseits sind weiter vorzugsweise derart angeordnet und eingerichtet, dass sie jeweils ein horizontales und/oder vertikales Sichtfeld 50, 51, 52, 53 haben, das sich über einen Bereich vor dem Fahrzeug 10 und auch in einen Bereich leicht seitlich neben dem Fahrzeug erstreckt, sodass das Umfeld der vorderen Ecken 13, 14 des Fahrzeugs 10 nicht nur vor dem Fahrzeug 10 sondern auch etwas seitlich davon beobachtbar ist.
Die optische Sensorelemente 20, 21, 22, 23 haben vorzugsweise eine Messdistanz derart, dass Hindernisse in einem horizontalen Abstand von 5 m bis 10 m, insbesondere 3 m bis 8 m und in einer Höhe von 4 m bis 7 m, sicher vor dem Fahrzeug 10 erkannt werden können.
Die optischen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 haben jeweils einen durch den betreffenden horizontalen und vertikalen Sichtwinkelbereich α, α' und die jeweilige Messdistanz definierten Detektionsbereich bzw. Abtastkegelbereich, der bei einem Schnitt in lateraler Richtung zum Fahrzeug 10 und senkrecht zum Untergrund vorzugsweise rechteckig (z. B. bei einer 8 x 4 Pixelmatrix), quadratisch (z. B. bei er eine 2 x 2 Pixelmatrix), kreisförmig oder ellipsenförmig ausgebildet ist.
Die Sicht- oder Messfelder 50, 51, 52, 53 erstrecken sich vorzugsweise jeweils in einem Winkel zwischen 25° bis 60° bezogen auf die Längsachse nach oben gerichtet bzw. zu der Ebene des Fahrzeugs 10 zu einem Untergrund, auf dem das Fahrzeug 10 sich bewegt, über eine Höhe, die mindestens der Höhe des Fahrzeugs 10 entspricht, siehe 6.
Vorzugsweise haben alle optischen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 jeweils ein Sicht- oder Messfeld 50, 51, 52, 53, das sich in eine Höhe von mindestens 6 m oder mindestens 7 m erstreckt.
Für die optischen Sensorelemente 20 und 23 werden beispielsweise laseroptische Abstands-, Distanz- und Geschwindigkeitssensoren eingesetzt, bevorzugt ein Messlaser mit Infrarot-Wellenlängen von etwa 905 nm, Ziellaser rot 635 nm und einem Laserpuls-Laufzeitverfahren, dessen Messbereich bei einer Remission des Messobjekts von 6% bis 8% besonders bevorzugt zwischen 8 bis 150 m liegt.
Für die optischen Sensorelemente 21 und 22 werden bevorzugt Sensoren eingesetzt, die mit einer Wellenlänge von etwa 940 nm eine Messdistanz bis 10 m gewährleisten.
Für die optischen Sensorelemente 20 und 23 sowie 21 und 22 können vorteilhaft auch ToF-Sensoren in Verbindung mit einem Vertical-Cavity-Surface-Emitting Laser (VCSEL) Sendermodul mit einer Wellenlänge von 850 nm Einsatz finden. Das Empfangsmodul besteht vorzugsweise aus einer 8 x 4 Pixelmatrix. Besonders vorteilhaft ist bei diesem Sensor die permanente Eigenüberwachung mittels eines Prüfpixels umgesetzt.
Optische Sensorelemente 20, 21, 23, 24 mit einer Multipixel-Auflösung haben den Vorteil, dass dadurch eine zusätzliche Plausibilisierung möglich ist, da aufgrund der Bewegung des AGV nacheinander unterschiedliche Pixel ein mögliches Kollisionsobjekt erkennen und somit auch bei Ausfall eines Sensorelements die Detektionssicherheit sicherstellen.
Für eine eindeutige Erkennung sollte die Messfrequenz der optischen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 mindestens 100 Hz betragen. Bei beispielsweise 100 % Einschaltdauer wird vorzugsweise ein kodiertes Signal verwendet, das auf einer vorbestimmten Frequenz gepulst wird, um vom Empfänger als Nutzsignal erkannt zu werden. Die Verwendung eines kodierten Signals dient auch der Unterdrückung von Fremdlichteinflüssen.
Die 7 zeigt ein Fahrzeug 10, das sich an ein Flugzeug 100 annähert, als ein Anwendungsbeispiel der Erfindung. Ziel ist hier die Vermeidung einer Kollision mit den Tragflächen 120 und/oder den Triebwerken 110 des Flugzeuges 100. Bei dieser Anwendung ist vorteilhaft, dass mittels der vorgesehenen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 und deren Konfiguration auch eine Konturerkennung realisierbar ist, sodass erkannt bzw. unterschieden werden kann, ob sich das Fahrzeug 10 der Tragfläche 120 oder dem Triebwerk 110 annähert.
Die 8 zeigt zwei Fahrzeuge 10, 130, die hintereinanderfahren, wobei zumindest das Fahrzeug 10 erfindungsgemäß ausgebildet ist. Vorzugsweise sind beide Fahrzeuge 10, 130 erfindungsgemäß ausgebildet, sodass beide erkennen, wenn sie sich aneinander annähern und so eine Kollision oder ein Auffahren vermeiden. Diese Anwendung ist insofern wichtig, als AGVs typischerweise sehr kurze Bremswege haben und abrupt stoppen können, wodurch ein nachfolgendes Fahrzeug leicht auffährt. Dies wird hier verhindert.
Die 9 zeigt ein Fahrzeug 10 bei der Detektion eines in der Höhe befindlichen, relativ kleinen Hindernisses in Form eines Trägers 140 als typischer Anwendungsfall der Erfindung.
Der Detektionsbereich bzw. Abtastkegelbereich des Fahrzeuges 10 sieht dabei ähnlich wie ein „Lichtschwert“ aus.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug, AGV, Roboterfahrzeug
11: Vorderseite
12: hinterer Bereich
13: vordere linke Ecke
14: vordere rechte Ecke
15: hintere linke Ecke
16: hintere rechte Ecke
20: erstes optisches Sensorelement
21: zweites optisches Sensorelement
22: drittes optisches Sensorelement
23: viertes optisches Sensorelement
24: fünftes Sensorelement
25: sechstes Sensorelement
26: siebtes Sensorelement
27: achtes Sensorelement
30: Maschinensteuerung/Steuerelektronik
31: Busleitungen
40: Sensorinterface/Auswerteelektronik
50: erstes Sichtfeld
51: zweites Sichtfeld
52: drittes Sichtfeld
53: viertes Sichtfeld
54: fünftes Sichtfeld
100: Flugzeug
110: Triebwerk
120: Tragfläche
130: weiteres Fahrzeug
140: Hindernis/Träger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018110852 A1 [0002, 0024]
DE 102014206473 A1 [0003]
DE 102004041821 A1 [0004]
DE 102013021387 A1 [0005]

Claims

Fahrzeug, das im Bereich einer ersten Seite des Fahrzeuges (10), insbesondere seiner Vorderseite (11), ein oder mehrere optische Sensorelemente (20, 21, 22, 23) aufweist, die im Zusammenwirken mit einer fahrzeuggebundenen oder ganz oder in Teilen von dem Fahrzeug (10) entfernt angeordneten Auswerte- und Steuerelektronik (30, 40) dazu eingerichtet sind, vor einer Kollision des fahrenden Fahrzeuges (10) mit einem Hindernis zu warnen, dem Hindernis auszuweichen oder das Fahrzeug (10) beim Erkennen eines Hindernisses anzuhalten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines, mehrere oder alle der optischen Sensorelemente (20, 21, 22, 23) ein Sichtfeld (50, 51, 52, 53) mit einem horizontalen und/oder vertikalen Sichtwinkelbereich (α, α') von weniger als 3 Grad haben.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug (10) ein fahrerloses Fahrzeug mit eigenem Fahrantrieb ist, das automatisch und ohne menschliche Interaktion gesteuert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine optische Sensorelement (20, 21, 22, 23) oder die mehreren oder alle der optischen Sensorelemente (20, 21, 22, 23) ein Sichtfeld (50, 51, 52, 53) mit einem horizontalen und/oder vertikalen Sichtwinkelbereich (α, α') im Bereich von 0,1 bis 1,5 Grad, insbesondere 0,5 Grad bis 1,5 Grad, haben.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (10) im Bereich der ersten Seite oder der Vorderseite (11) mindestens zwei der optischen Sensorelemente (20, 21, 22, 23) mit einem Sichtfeld (50, 51, 52, 53) mit einem horizontalen und/oder vertikalen Sichtwinkelbereich (α, α') von weniger als 3 Grad, insbesondere 0,1 Grad bis 1,5 Grad oder 0,5 Grad bis 1,5 Grad, hat, die in räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind, insbesondere nebeneinander, übereinander oder hintereinander.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (10) im Bereich der ersten Seite oder der Vorderseite (11) mindestens vier der optischen Sensorelemente (20, 21, 22, 23) mit einem Sichtfeld (50, 51, 52, 53) mit einem horizontalen und/oder vertikalen Sichtwinkelbereich (α, α') von weniger als 3 Grad, insbesondere 0,1 Grad bis 1,5 Grad oder 0,5 Grad bis 1,5 Grad, hat, von denen jeweils zwei in räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind, insbesondere nebeneinander, übereinander oder hintereinander, und wobei ein erstes Paar (20, 21) der optischen Sensorelement sich im Bereich oder in der Nähe der linken, insbesondere vorderen Ecke (13) des Fahrzeuges (10) befindet und wobei ein zweites Paar (22, 23) der Sensorelemente sich im Bereich oder in der Nähe der rechten, insbesondere vorderen Ecke (14) des Fahrzeuges (10) befindet.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden sich in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensorelemente (20, 21, 22, 23) lateral und/oder vertikal gegeneinander versetzte Sichtfelder (50, 51, 52, 53) haben.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die maximale Empfangsempfindlichkeit der beiden sich in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensorelemente (20, 21, 22, 23) bei einer unterschiedlichen Wellenlänge liegt, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 600 nm bis 1100 nm.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden sich in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensorelemente (20, 21, 22, 23) Sichtfelder (50, 51, 52, 53) haben, die sich in Bezug auf die Ebene, auf der das Fahrzeug (10) sich befindet, unter verschiedenen Höhenwinkeln (ß) erstrecken, sodass ein erstes der beiden Sensorelemente ein Hindernis früher erfassen kann, als das zweite der beiden Sensorelemente.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden sich in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensorelemente (20, 21, 22, 23) derart eingerichtet sind und derart mit der Auswerte- und Steuerelektronik (30, 40) zusammenwirken, dass das Signal eines der beiden Sensorelemente durch das Signal des anderen der beiden Sensorelemente plausibilisiert oder validiert werden kann.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden sich in räumlicher Nähe zueinander angeordneten Sensorelemente (20, 21, 22, 23) in einer Höhe von 0,5 m bis 1,5 m über Fahrbahnhöhe an dem Fahrzeug (10) angeordnet sind.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die im Bereich oder in der Nähe der linken, insbesondere vorderen Ecke (13) des Fahrzeuges (10) und die im Bereich oder in der Nähe der rechten, insbesondere vorderen Ecke (14) des Fahrzeuges (10) befindlichen Sensorelemente (20, 21, 22, 23) derart angeordnet und eingerichtet sind, dass sie jeweils ein Sichtfeld haben, das sich über einen Bereich vor dem Fahrzeug und optional auch in einen Bereich seitlich neben dem Fahrzeug erstreckt, sodass das Umfeld der vorderen Ecken (13, 14) des Fahrzeugs (10) beobachtbar ist.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine optische Sensorelement (20, 21, 22, 23) eine Detektionsdistanz derart hat, dass Hindernisse in einem Abstand von 3 m bis 10 m, insbesondere 3 m bis 7 m, vor dem Fahrzeug (10) zuverlässig erkannt werden können.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine optische Sensorelement (20, 21, 22, 23), die mehreren oder alle der optischen Sensorelemente (20, 21, 22, 23) ein Empfangsmodul in Form einer Pixelmatrix aufweisen, insbesondere in Form einer 8 x 4 Pixelmatrix oder einer 2 x 2 Pixelmatrix.
Fahrzeug nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei neben dem mindestens einen optischen Sensorelement (20, 21, 22, 23) ein oder mehrere weitere Sensorelemente (24, 25, 26, 27) vorgesehen sind, die im Zusammenwirken mit der Auswerte- und Steuerelektronik (30, 40) dazu eingerichtet sind, vor einer Kollision des fahrenden Fahrzeuges (10) mit einem Hindernis zu warnen, dem Hindernis auszuweichen oder das Fahrzeug (10) anzuhalten, wobei das oder die weiteren Sensorelemente (24, 25, 26, 27) auf der ersten Seite oder der Vorderseite des Fahrzeugs (10) und/oder seitlich und/oder auf der Rückseite des Fahrzeugs (10) angeordnet sind.
Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines Fahrzeugs (10) mit einem Hindernis, wobei im Bereich der Vorderseite (11) des Fahrzeugs (10) ein oder mehrere optische Sensorelemente (20, 21, 22, 23) angeordnet werden, die ein Sichtfeld (50, 51, 52, 53) mit einem horizontalen und/oder vertikalen Sichtwinkelbereich (α, α') von weniger als 3 Grad haben, und wobei vorgesehen ist, dass das eine optische Sensorelement oder die mehreren optischen Sensorelemente (20, 21, 22, 23) im Zusammenwirken mit einer fahrzeuggebundenen oder ganz oder in Teilen von dem Fahrzeug (10) entfernt angeordneten Auswerte- und Steuerelektronik (30, 40) vor einer Kollision des fahrenden Fahrzeuges (10) mit einem Hindernis warnen, dem Hindernis ausweichen oder das Fahrzeug (10) beim Erkennen eines Hindernisses anhalten.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Fahrzeug (10) ein Fahrzeug gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 ist.