DE19512681A1 - Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere frei navigierende Fahrzeuge, zur Kollisionsverhinderung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Sicherheitsrichtlinien schreiben vor, daß insbesondere fahrerlose Fahrzeuge, die auf einem Betriebsgelände navigieren, mit einer Si­ cherheitseinrichtung zur Kollisionsvermeidung ausgerüstet sind. Typische Beispiele sind z. B. solche Fahrzeuge, die führerlos auf ei­ nem vorgegebenen Weg innerhalb eines Betriebes Teile von einer Fertigungsstätte zur nächsten transportieren. Ein weiteres Beispiel sind z. B. Gabelstapler in Hochregallagern. Derartige Gabelstapler werden zwar in aller Regel von einem Fahrer bedient. Der Fahrer muß seine Aufmerksamkeit jedoch vorrangig auf die Regale richten und kann dabei eventuell im Regalgang befindliche Personen über­ sehen.

Gattungsgemäße Sicherheitseinrichtungen zur Kollisionsvermeidung sind bereits seit längerem bekannt. Solche Sicherheitseinrichtungen weisen eine in Fahrtrichtung schauende Entfernungsmeßeinrichtung auf, die eventuelle Hindernisse erfaßt, die Entfernung zu den Hin­ dernissen ermittelt und bei Unterschreiten eines für die jeweilige Fahrzeuggeschwindigkeit vorgeschriebenen Sicherheitsabstandes ei­ nen Fahrzeugstop veranlaßt. Damit das Fahrzeug innerhalb des für eine bestimmte Geschwindigkeit vorgeschriebenen Sicherheitsab­ standes zum Halten kommen kann, ist es sehr wichtig, daß die dem Fahrzeug vorgegebene Sollgeschwindigkeit (nach der bei her­ kömmlichen Fahrzeugen der Sicherheitsabstand bemessen wird) mit der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeuges übereinstimmt.

Die Sollgeschwindigkeit des Fahrzeuges wird von einem Fahrzeug­ rechner gesteuert. Bei der Steuerung können allerdings Fehler auf­ treten, da aus Kostengründen relativ langsame und damit unter Um­ ständen ungenaue Rechner eingesetzt werden. Außerdem können durch Materialverschleiß etc. auch antriebsbedingte Fehler auftre­ ten, die die Geschwindigkeit beeinflussen. Die geltenden Sicher­ heitsrichtlinien schreiben daher zusätzlich vor, daß ein vom Fahr­ zeugrechner unabhängiges System die Fahrzeuggeschwindigkeit er­ mittelt und mit der Sollgeschwindigkeit vergleicht. Typische der­ artige Systeme beinhalten Meßeinrichtungen, die die Anzahl der Radumdrehungen messen, daraus die tatsächliche Istgeschwindig­ keit errechnen und mit der Sollgeschwindigkeit vergleichen. Bei Abweichungen, die einen vorgegebenen Wert übersteigen, wird dann auch wiederum z. B. ein Fahrzeugstop veranlaßt. Solche Sy­ steme sind relativ aufwendig in der Installation und darüber hinaus auch nicht fehlerfrei.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge zu schaffen, die mit minimalem Aufwand zu verwirkli­ chen ist und bei der das Fehlerrisiko im Vergleich zu gattungsge­ mäßen Einrichtungen deutlich geringer ist.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Sicherheitseinrichtung, die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.

Danach ist vorgesehen, daß die Entfernungsmeßeinrichtung bei An­ näherung an ein Hindernis aus den laufend ermittelten Abstands­ werten die Annäherungsgeschwindigkeit ermittelt und in Abhängig­ keit davon den erforderlichen Sicherheitsabstand wählt.

Konkret kann dies z. B. bedeuten, daß sich ein Fahrzeug z. B. einem feststehenden Hindernis mit einer vorgegebenen Sollgeschwindig­ keit nähert. Die Entfernungsmeßeinrichtung ermittelt nun erfin­ dungsgemäß die tatsächliche Annäherungsgeschwindigkeit an das Hindernis. Bei gattungsgemäßen Fahrzeugen würde dabei grund­ sätzlich der für diese Sollgeschwindigkeit vorgeschriebene Sicher­ heitsabstand gelten. Erfindungsgemäß wird nun jedoch die tatsäch­ liche Annäherungsgeschwindigkeit an das Hindernis errechnet und für diese Geschwindigkeit ein Sicherheitsabstand definiert.

Die erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung bietet eine ganze Rei­ he von Vorteilen. Der wesentliche Vorteil ist, daß die zur Fest­ legung des Sicherheitsabstandes erforderliche Information direkt aus der konkreten Annäherungssituation an das Hindernis gewonnen wird. Damit ist sichergestellt, daß unabhängig von eventuellen Rechner- bzw. Antriebsfehlern Abweichungen der tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit zu der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit unmittelbar durch entsprechende Anpassung des Sicherheitsabstan­ des kompensiert werden können. Bei der erfindungsgemäßen Si­ cherheitseinrichtung können die in gattungsgemäßen Einrichtungen zwingend vorgesehenen Raddrehzahlmesser (zur Überprüfung der Istgeschwindigkeit) weggelassen werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung benötigt keine zusätzlichen technischen Komponenten. Es ist lediglich erforderlich, die bei den meisten Fahrzeugen ohne­ dies vorhandene Entfernungsmeßeinrichtung entsprechend zu pro­ grammieren.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß mit der erfin­ dungsgemäßen Sicherheitseinrichtung nunmehr auch die Anpassung des Sicherheitsabstandes an sich bewegende Hindernisse möglich ist. Denkbar ist z. B., daß dem Fahrzeug ein Hindernis entgegen­ kommt. Bei gattungsgemäßen Fahrzeugen würde der Sicherheitsab­ stand lediglich auf die Fahrzeuggeschwindigkeit bezogen. Die tatsächliche Annäherungsgeschwindigkeit an das Hindernis ist je­ doch größer als die Fahrzeuggeschwindigkeit, so daß ein daran an­ gepaßter größerer Sicherheitsabstand erforderlich ist, der mit der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung automatisch eingestellt wird.

Ähnliches gilt, natürlich mit umgekehrten Vorzeichen, wenn sich das Fahrzeug auf ein weiteres in gleicher Richtung fahrendes Fahr­ zeug nähert. Die vorangegangene Aufzählung zeigt nur einige Vor­ teile der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung. Sie ist nicht ab­ schließend. Weitere Vorteile können sich im konkreten Anwen­ dungsfall ergeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen die Unteran­ sprüche.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung betrifft die Entfernungsmeßein­ richtung. Theoretisch kann die erfindungsgemäße Sicherheitsein­ richtung mit allen gängigen Entfernungsmeßeinrichtungen arbeiten, die im Fahrtweg befindliche Hindernisse erfassen und ihren Ab­ stand zum Fahrzeug ermitteln können. Denkbar sind z. B. Ent­ fernungsmeßeinrichtungen, die mit Ultraschall arbeiten. Vorteilhaf­ terweise ist nun in einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 vorge­ sehen, daß die Entfernungsmeßeinrichtung einen 2D-Lasersensor aufweist, dessen Meßebene insbesondere waagerecht angeordnet ist. Ein solcher 2D-Lasersensor sendet mit vorgegebener Frequenz über einen ebenfalls vorgegebenen Blickwinkel Laserpulse aus, die von dem Hindernis zurück in einen z. B. im Sensorbereich angeordneten Empfänger geworfen werden. Über die Pulslaufzeit läßt sich die Entfernung des jeweiligen Meßpunktes zu dem Sensor und damit zu dem Fahrzeug berechnen. Berücksichtigt man weiterhin den Winkel des gesendeten Laserpulses, so kann man die Polarkoordinaten des jeweiligen Meßpunktes berechnen. Mit einem derartigen 2D-Sensor kann man in besonders einfacher Weise die Hindernisoberfläche in einer Linie als Profil abtasten. Zur Ermittlung der Annäherungsge­ schwindigkeit können dann die jeweils abgetasteten Hindernisprofile zugrundegelegt werden. Man erhält so besonders sichere Ergebnisse.

Vorzugsweise wird die Meßebene des Lasersensors waagerecht aus­ gerichtet, wodurch sichergestellt ist, daß alle in den Fahrtweg des Fahrzeuges eintretenden Hindernisse in gleicher Höhe erfaßt und ausgewertet werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, in der Entfernungsmeßein­ richtung einen räumlich abtastenden 3D-Lasersensor vorzusehen, wie in Anspruch 3 vorgeschlagen. Einem derartigen 3D-Sensor kann man einen beliebigen Raumsektor zur Auswertung vorgeben und man kann dann z. B. ein Hindernis insgesamt erfassen und dif­ ferenziert auswerten. Außerdem ist es möglich, zusammen mit dem Hindernis als Referenzmarke die Umgebung z. B. den Boden, dem sich das Fahrzeug bewegt, zu erfassen. Man erhält so eine noch größere Sicherheit.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung betrifft eine Prüfung, ob die vom Fahrzeugrechner vorgegebene Sollgeschwindigkeit mit der tat­ sächlichen Istgeschwindigkeit des Fahrzeuges übereinstimmt. In diesem Fall kann man in bestimmten, weiter unten erläuterten Be­ triebssituationen vorsehen, daß mittels der Entfernungsmeß­ einrichtung eine eventuelle Abweichung zwischen Soll- und Istge­ schwindigkeit ermittelt und ein Fehlersignal erzeugt wird. Das Fehlersignal kann entweder direkt in den Fahrzeugrechner eingrei­ fen und diesen korrigieren bzw. einen Nothalt des Fahrzeuges ver­ anlassen. Es ist aber auch möglich, daß das Fehlersignal nur zu ei­ ner Fehlermeldung für das Wartungspersonal führt.

Eine geeignete Betriebssituation für eine Vergleichsmessung ist immer dann gegeben, wenn sich das Fahrzeug an ein (ein ihm be­ kanntes) feststehendes Hindernis annähert. Ein typisches Beispiel für derartige Hindernisse sind z. B. die Abschlußwände in Hochre­ gallagergängen. Hier ist gewünscht, daß das Fahrzeug so nah wie möglich an die Wand heranfährt, um die ebenfalls bis an die Wand gebauten Hochregallager bedienen zu können. Dazu ist in einem de­ finierten Abstand zu der Wand ein externer Schaltpunkt vorgese­ hen, an dem das Fahrzeug automatisch seine Geschwindigkeit auf einen definierten Wert reduziert und gleichzeitig den Sicherheitsab­ stand verringert. Das Fahrzeug kann dann mit der reduzierten Ge­ schwindigkeit so nah an die Wand heranfahren, bis auch der verrin­ gerte Sicherheitsabstand unterschritten wird und dann ein Fahrzeug­ stop veranlaßt wird. In dieser Situation entspricht die Annäherungs­ geschwindigkeit an das Hindernis der tatsächlichen Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Eine entsprechende Ansteuerung des Fahrzeug­ rechners bzw. der Entfernungsmeßeinrichtung zur Vergleichsmes­ sung kann ohne weiteres in dem weiter oben genannten Schaltpunkt erfolgen.

Es versteht sich, daß unabhängig davon selbstverständlich auch bei dieser Ausgestaltung die erfindungsgemäße Anpassung des Sicher­ heitsabstandes an die tatsächliche Geschwindigkeit vorgenommen wird.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand einer Abbildung noch nä­ her erläutert werden.

In der Abbildung erkennt man ein Fahrzeug 10, das sich in Pfeil­ richtung einer Wand 11 nähert. Das Fahrzeug 10 weist eine Entfer­ nungsmeßeinrichtung 12 auf, die im gezeigten Fall einen wie weiter oben beschriebenen 2D-Lasersensor 13 aufweist. Der Lasersensor 13 sendet über einen vorgegebenen Blickwinkel Laserpulse 14 aus, die von dem Hindernis 11 in einen Sensor 15 reflektiert werden. Aus der Pulslaufzeit läßt sich die Entfernung des jeweiligen Meß­ punktes auf dem Hindernis 11 und der Entfernungsmeßeinrichtung 12 ermitteln. Wie oben bereits ausgeführt, arbeitet der Lasersensor 13 mit vorgegebener Frequenz. Das heißt, er tastet in sich wieder­ holenden Meßdurchläufen immer wieder die Oberfläche des Hin­ dernisses 11 in einer Linie ab. Idealerweise wird der Abstand des Fahrzeuges 10 zu dem Hindernis 11 in jedem Meßdurchlauf auf Ba­ sis aller auf dem Hindernis 11 gemessenen Meßpunkte, also dem Oberflächenprofil, ermittelt. Man erhält so für jeden Meßdurchlauf besonders zuverlässige Abstandsangaben, aus denen sich dann mit entsprechender Sicherheit die Annäherungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges 10 an das Hindernis 11 berechnen läßt.

In Abhängigkeit von der gemessenen Annäherungsgeschwindigkeit definiert die Entfernungsmeßeinrichtung den erforderlichen Si­ cherheitsabstand zu dem Hindernis 11. In der Figur sind dazu zwei Varianten A und B angegeben. Der Sicherheitsabstand A ist erfor­ derlich, wenn das Fahrzeug 10 beispielsweise seine maximale Be­ triebsgeschwindigkeit fährt. Der demgegenüber reduzierte Sicher­ heitsabstand B wird eingestellt, wenn das Fahrzeug seine Ge­ schwindigkeit und damit auch seinen Bremsweg reduziert.

Claims (4)

1. Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuge und andere bewegliche Fördereinrichtungen, insbesondere frei navigierende Fahr­ zeuge, mit einer insbesondere in Fahrtrichtung ausgerichteten Entfernungsmesseinrichtung, die laufend die Entfernung zwi­ schen im Fahrtweg befindlichen Hindernissen und dem Fahr­ zeug ermittelt und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Sicherheitsabstandes einen Fahrzeugstop veranlaßt oder die Fahr- oder Bewegungsgeschwindigkeit reduziert oder anpaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsmeßeinrich­ tung (12) bei Annäherung an ein Hindernis (11) aus den zu verschiedenen Zeitpunkten gemessenen Abstandswerten die Annäherungsgeschwindigkeit an das Hindernis (11) errechnet und in Abhängigkeit von der Annäherungsgeschwindigkeit den erforderlichen Sicherheitsabstand (A, B) definiert.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entfernungsmeßeinrichtung (12) einen 2D- Lasersensor (13) aufweist, dessen Meßebene insbesondere waagerecht ausgerichtet ist.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entfernungsmeßeinrichtung einen 3D- Lasersensor aufweist.

4. Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Annäherungsgeschwin­ digkeit an ein feststehendes Hindernis mißt, mit der Sollgeschwindigkeit vergleicht und bei Abweichungen ein Fehlersignal erzeugt.