DE2852623A1

DE2852623A1 - Anordnung zum warnen vor fahrzeugkollisionen

Info

Publication number: DE2852623A1
Application number: DE19782852623
Authority: DE
Inventors: Malcolm John Bishop; Derek Waine Whitehead
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1977-12-08
Filing date: 1978-12-05
Publication date: 1979-06-13
Also published as: NL7811835A; JPS5494383A

Description

Anordnung zum Warnen vor Fahrzeugkollisionen
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Warnen vor Fahrzeugkollisionen, insbesondere zum Warnen des Fahrers eines solchen Fahrzeuges, daß sich sein Fahrzeug auf einem Kollisionskurs mit einem Hindernis befindet.
Es sind Warnanlagen gegen Kollision von Fahrzeugen bekannt, wie z.B. Radargeräte, die Mikrowellenimpulse aussenden und die Reflexionen aufnehmen, wobei aus der Laufzeit der Abstand des betreffenden Gegenstandes bestimmt wird. Solche Anlagen bieten eine gute Lösung bei allen Sichtbarkeits-Bedingungen, insbesondere wenn der Fahrer keine große Sichtweite hat, sie sind jedoch sehr kompliziert und teuer.
Ein einfacheres System ist in der U.K. Patentanmeldung 844 860 beschrieben, in der die Aussendung eines modulierten Strahles aus infrarotem Licht und seine Aufnahme mittels eines Abstimmkreises beschrieben wird, wodurch das Vorhandensein eines reflektierenden Objektes (oder Senders) in der Bahn des Strahles angezeigt wird. Dieses System verwendet einen speziellen photoempfindlichen Kondensator als Teil eines Resonanzabstimmkreises, der durch den Empfang der Infrarotstrahlung verstimmt wird , und eine Veränderung des durch den Schaltkreis gezogenen Stromes löst einen Alarm aus.
Dieses System arbeitet mit Infrarot-Strahle egen deren größerer Eindringtiefe gegenüber sichtbarem Licht, es sind jedoch eng fokussierte Strahlen und optische Filter erforderlich, um alles, außer der Infrarotstrahlung, geeigneter Intensität zu eliminieren. Ferner muß der Resonanzkreis korrekt abgestimmt sein und aus Komponenten hesthen, die im Lauf ihrer Benutzungszeit keinen Veränderungen ihrer Charakteristiken unterliegen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art mit einfachem und stabilem Aufbau zu schaffen.
Bei einer Anordnung mit einer Quelle für einen Lichtstrahl, einer Moduliereinrichtung zum Modulieren der Stärke des Strahles, einer Detektoreinrichtung zum Auffangen des von einem Gegenstand im Weg des modulierten Strahles reflektierten Lichtes, wird dies erfindungsgemäß erreicht durch Schaltungen, die auf die Detektoreinrichtung ansprechen, um ein Detektorsignal zu erzeugen, das eine Amplitude hat, die auf die Stärke des Lichtes bezogen ist, das in einem Band von Frequenzen einschließlich der Modulationsfrequenz aufgefangen wird, ferner durch Demodulierschaltungen, die auf ein Bezugssignal mit der Modulationsfrequenz ansprechen, um das Detektorsignal zu demodulieren und ein Ausgangssignal beim Empfang von Licht nur in der Modulationsfrequenz abzugeben, sowie durch eine Warnanzeigeeinrichtung, die durch das Ausgangssignal betätigbar ist.
Das Licht kann im sichtbaren oder infraroten Teil des Spektrums liegen.
Bei sichtbarem Licht kann die Quelle eine Glühlampe sein, die einen kontinuierlichen Lichtstrahl erzeugen kann, der mechanisch mit Hilfe eines undurchsichtigen Objektes moduliert wird, das wiederholt durch die Bahn des Lichtstrahles bewegt wird,und das Bezugssignal wird von einem Photodetektor geliefert, der so angeordnet ist, daß er Licht direkt von dem modulierten Strahl empfängt. Alternativ kann die Lichtquelle elektrisch moduliert werden, wobei sie entweder sichtbares oder infrarotes Licht erzeugt, und ein el;ktrischer Oszillator kann die Lichtquelle modulierten und das Bezugssignal an die Demodulierschaltung geben.
Bei infrarotem Licht kann die Quelle eine Gallium-Arsenid-Diode sein. Die Lichtquelle kann so angeordnet sein, daß sie einen flachen, fächerförmigen Strahl erzeugt und die Detektorschaltung kann im Abstand von der Lichtquelle in der Ebene des Strahles angeordnet sein, so daß sein Bildfeld oder Blickfla einen Teil des Strahles schneidet, um einen Bereich zu definieren, von welchem reflektiertes Licht des Strahles erfaßt werden kann.
In Fällen, in denen ein Erfassung einen breit gespreizten Strahl erfordert und die Stärke des von der Struktur eines Hindernisses reflektierten Lichtes voraussichtlich zu niedrig zur Verarbeitung ist, können potentielle Hindernisse angeordnet werden-, die einen oder mehrere Reflektoren tragen, um den-Strahl auf den Detektor zu reflektieren, unabhängig von der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges. Da der Winkel zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis variieren kann, ist der Reflektor vorzugsweise vom Reflex-Typ oder retroreflektierenden Typ, bei welchem Licht zum Detektor zurückgeworfen wird, der benachbart zur Lichtquelle angeordnet ist. Das Blickfeld des Detektors entspricht jedoch effektiv dem vom Strahl beleuchteten Bereich,und es ist keine Grenze bezüglich des Abstandes vom Hindernis definiert. Um einen solchen maximalen Bereich zu definieren, über den eine Erfassung des rückgeworfenen Lichtes erforderlich ist, werden Bereichseinrichtungen verwendet, in welchen Gebrauch von einer unvollständigen Retroreflexion gemacht wird, die entweder ein Merkmal des Reflektors ist, oder absichtlich eingeführt wird.
In einer Ausführungsform ist der ausgesendete Strahl oder das Blickfeld des Detektors gut begrenzt, um einen allgemeinen Bereich zu bilden, der durch eine Kollisionsmarkierung begrenzt ist. Dies umfaßt eine hypothetische Verlängerung des Fahrzeuges oder Hindernisses, das eine Begrenzung bildet, an deren einer Seite jeder Teil des Fahrzeuges mit dem Hindernis kollidiert, während an der anderen Seite keine Kollision auftritt. Der Reflektor kann einen Eckreflektor umfassen, der so angeordnet ist, daß er in einer Ebene parallel zur Kollisionsgrenze reflektiert und einen reflektierten Strahl um einen kleinen Winkel in einer orthogonalen Ebene ablenkt, so daß der reflektierte Strahl an der Lichtquelle im wesentlichen direkt auf den Abstand des Reflektors von der Lichtquelle bezogen ist, wobei sich der Detektor von der Kollisionsgrenze um einen Abstand weg erstreckt, der dieser Versetzung des reflektierten Strahles bei maximalem Reflektorbereich entspricht, jenseits welchem empfangenes reflektiertes Licht nicht zu einer Warnung führt.
Alternativ kann der Reflektor eine nahezu retroreflektierende Oberfläche haben, bei der das Licht hauptsächlich zurück zu der Lichtquelle reflektiert wird, unabhängig davon, in welchem Winkel zur Oberfläche das Licht auftrifft, die jedoch den reflektierten Strahl etwas spreizt, so daß ein Detektor, der benachbart zur Lichtquelle angeordnet ist, einen wesentlichen Teil des reflektierten Lichtes empfängt. Die Schaltung umfaßt dann eine Quelle niedriger Stärke für einen Bezugsstrahl, der in derselben Frequenz wie der Hauptstrahl moduliert ist und den Detektor direkt beleuchtet, ferner Steuereinrichtungen zur Steuerung der Stärke des Bezugsstrahles, Schaltungen, um alternativ eine Emission des Hauptstrahles oder des Bezugsstrahles herbeizuführen, sowie einen Signalverarbeitungskreis, der auf das demodulierte Detektorsignal und auf das Signal der vorstehend genannten Schaltung anspricht, um Signale aufgrund der Reflexion des Hauptstrahles und Signale aufgrund des Hauptstrahles zu vergleichen und ein Ausgangssignal an die Warneinrichtung abzugeben, wenn das Signal des reflektierten Hauptstrahles das Signal des Bezugsstrahles übersteigt.
Die Steuerschaltung wird benutzt, um den Pegel des Bezugsstrahles einzustellen, um einen Signalpegel zu schaffen, der demjenigen entspricht, der von einem Hindernisreflektor bei maximalem gewünschtem Erfassungsbereich erhalten wird, so daß die Anordnung nur auf stärkere und daher nähere Reflektoren anspricht.
Die Anordnung kann auf einem Fahrzeug angeordnet sein und die Reflektoren können, wenn sie verwendet werden, an potentiellen Hindernissen in den Arbeitswegen der Fahrzeuge angebracht sein. Alternativ, wenn die Anzahl der Fahrzeuge die Anzahl potentieller Hindernisse übersteigt, kann die Schaltungsanordnung an den Hindernissen und die Reflektoren an den Fahrzeugen angebracht sein.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 schematisch in Seitenansicht einen Wagen zeigt zum Tranprt von aufgestapwelten Lasten, sowie einen Kran, wobei der Wagen mit einer Warnanlage nach der Erfindung ausgerüstet ist.
Fig. 2 zeigt in Draufsicht den Wagen nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt in Draufsicht die optische Anordnung einer ersten Ausführungsform einer von einem Fahrzeug getragenen Warnanlage nach der Erfindung.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung der Warnanlage nach Fig. 3.
Fig. 5 zeigt in Draufsicht einen überkopf angeordneten Kran, an dem die Warnanlage angebracht ist, wobei der Erfassungsbereich dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt perspektivisch einen Reflektor, der bei der Anlage nach Fig. 5 verwendet wird.
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht der Situation nach Fig. 5, wobei der Empfangsbereich oder Erfassungsbereich dargestellt ist.
Fig. 8 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung einer weiteren Ausführungsform einer Kollisionswarnanlage nach der Erfindung.
Fig. 1 und 2 zeigen einen Wagen 10, bestehend aus einem mit Rädern versehenen, sechsfüßigen Hubwagen, der über einen Behälter 11 fahren und diesen mit Hilfe von Paaren hydraulischer Zylinder 12 anheben kann, die an ihren obersten Enden durch Hubbögen 12' verbunden sind, wobei die Lasten oder Behälter zu oder von einem Speicherraum transportiert werden. Im allgemeinen sind die Behälter oder Lasten in Reihen, 13, 14 und 15 angeordnet und zwei Standardbehälter hoch übereinander gestapelt. Der Fahrer des Wagens sitzt in einer Kabine 16 und steuert das Anheben und Absenken der Lasten und er manöveriert den Wagen.
Aus den Figuren erkennt man, daß der Ort des Fahrers in wenigstens drei Punkten ungünstig und nachteilig ist. Erstens wenn die Last nicht hoch genug angehoben ist, wenn sie über eine andere transportiert werden soll, so können die beiden Lasten kollidieren. Zweitens erstrecken sich die Hubbögen 12 oben über den Wagen hinaus, abhängig von der Höhe, auf die die Last angehoben wird und sie können daher mit Hindernissen oberhalb des Wagens kollidieren, beispielsweise einem Kran 17.
Drittens kann die Sicht des Fahrers bzw. der Blick auf Hindernisse in den Gängen 18 zwischen den Reihen der Container durch diese verdeckt werden.
Es ist daher erwünscht, eine Anlage zu haben, die den Fahrer vor Hindernissen vor den Behältern, den hydraulischen Hubanlagen und den Rädern warnt. Wegen der im allgemeinen langsamen Fahrgeschwindigkeit des Wagens soll jedoch eine solche Anlage nur vor einer potentiellen Kollision innerhalb des Halteweges des Fahrzeuges warnen.
Eine erste Ausführungsform einer Warneinrichtung, die an den Hubbögen 12' angeordnet ist, wird nachfolgend beschrieben, wobei Fig. 3 eine Draufsicht auf ein solches Gerät 20 zeigt.
Die Warnanlage umfaßt eine Lichtquelle oder einen Sender 21, bestehend aus einer starken Lampe 22, deren Licht durch einen zylindrischen Reflektor 23 zu einem flachen, fächerförmigen Strahl 24 gerichtet wird, der durch die Begrenzungen 25, 26 begrenzt ist. Vor dem Reflektor 23 ist ein Strahlmoduliergerät in Form einer geschlitzten Scheibe 27 angeordnet, die mit konstanter Drehzahl von einem Motor 28 gedreht wird.
Die Motordrehzahl und die Anzahl der öffnungen in der Scheibe sind so gewählt, daß die Lichtquelle effektiv zwischen 30 und 40 Lichtimpulse je Sekunde aussendet.
Der Sender bzw. die Lichtquelle ist an einem Ende des Hubbogens so angeordnet, daß die Ausbreitungsrichtung des Strahles einen Winkel zur Bewegungsrichtung des Wagens bildet. Ein Photodetektor 30 ist am anderen Ende des Hubbogens angeordnet, derart, daß er Licht von einem Bildfeld oder Blickfeld empfängt, das den ausgesendeten Strahl schneidet und durch die Grenzen 31, 32 begrenzt ist.
Ein weiterer Photodetektor 29 liegt in der Bahn des modulierten Strahles, um ein Bezugssignal zu erzeugen, wie später noch beschrieben wird.
Der Detektor 30 empfängt somit Licht von allen Quellen innerhalb seines Empfindlichkeitsbereiches, einschließlich Umgebungslicht von der Sonne oder künstlichen Lichtquellen im Arbeitsbereich und er empfängt moduliertes Licht, das von irgendeinem Gegenstand innerhalb des Bereiches zurückgeworfen wird, der durch die Grenzen 25, 26, 31 und 32 begrenzt ist.
Die Photodetektoren 30 und 29 geben Signale an eine Schaltungsanordnung 33, die in Fig. 4 im Detail gezeigt ist.
Der Photodetektor 30 umfaßt einen Photo-Darlington-Transistor PD1 hoher Verstärkung und liefert an seinem Emitteranschluß 34 ein Signal, das über einen Verstärker 35 an einen Operationsverstärker 36 gelegt wird. Der Operationsverstärker hat eine Ausgangsklemme 37 und entsprechend Rückkopplungs- und Eingangswiderstände 38 und 39. Die Ausgangsklemme 37 ist an ein Filternetzwerk 40 angeschlossen, das seinerseits einen Steuer-Verstärker 41 speist, dessen Ausgang mit einem hörbaren Warngerät, beispielsweise einem Horn 42 in der Fahrerkabine verbunden ist.
Der Detektor 29 des modulierten Strahles ist ebenfalls ein Photo-Darlington-Transistor PD2, dessen Emitter 43 mit einem bistabilen Kreis 44 verbunden ist. Der bistabile Kreis liefert einen Ausgang, um einen Transistor 45 zu schalten, der das Bezugssignal an einen Verstärker 36 legt.
Der Transistor PD1 wird durch einen Strom von einer Stromquelle 46 vorgespannt, wobei der Pegel der Vorspannung bestimmt ist durch ein negatives Rückkopplungssignal zu einem Transistor 47 von einem Parallel-T-Sperrbereichsfilter 48, das auf die Modulationsfrequenz zentriert und an die Emitterklemme 24 von PD1 angeschlossen ist.
In Betrieb empfängt PD1 große Mengen von Licht im sichtbaren Spektrum von Umgebungs-Lichtquellen, d.h. vom Tageslicht, künstlichen Lichtquellen, wie elektrischen Lampen, oder starken Reflexionen von diesen, ebenso moduliertes Licht, das von einem Hindernis reflektiert worden ist. Ein solches Umgebungslicht würde normalerweise den Detektor überdecken.
In der Schaltung erzeugt solches Umgebungslicht bei Frequenzen unter (Tageslicht) und über (künstliche Lichtquellen) den Modulationsfrequenzen Ausgangssignale, die durch das Filter 48 laufen. Diese Signale werden invertiert und an die Basis von PD1 als negative Rückkopplung gelegt,und wegen der hohen Verstärkung des Schaltkreises, wird die Empfindlichkeit von PD1 gegenüber diesen Signalen reduziert. Die Empfindlichkeit des Transistors PD1 gegenüber Signalen innerhalb des Sperrbereiches wird nicht beeinflußt und er bleibt weiter leitend, soweit diese Signale betroffen sind.
Solche Signale,einschließlich denjenigen infolge einer Reflexion und infolge der eigenen modulierten Lichtquelle der Schaltung und evtl. auch solcher infolge von Licht von benacltarten Geräten, die in einem gleichen Frequenzband moduliert sind, erscheinen als Wechselstrom-Signale am Verstärker 35 und sie werden in Wechselstromform an den Eingangswiederstand des Verstärkers 36 gelegt.
Die Werte der Widerstände 38 und 39 sind gleich, und wenn der Verstärker 36 auf EIN geschaltet wird, wirkt er als Inverter mit Einheitsverstärkung, wenn er auf AUS geschaltet wird, ist die Spannung an seiner Ausgangsklemme gleich derjeniren am Ausgang des Verstärkers 35.
Das am Ausgang des Verstärkers 35 mit der Ifodulationsfrequenz erscheinende Signal ist somit ein alternierendes Signal, dessen positiv gehende Abschnitte dem Empfang von reflektiertem Licht und dessen negativ gehende Abschnitte dem unterbrochenen Teil des Strahles entsprechen. Der Verknüpfungskreis ist so ausgebildet, daß der Verstärker 36 auf EI, geschaltet wird, wenn der Strahl unterbrochen wird, und die negativ gehenden Abschnitte werden vom Verstärker 36 invertiert. Der Verstärker 36 wirkt somit als phasenempfindlicher Detektor,und der ringang zum Filter 40 enthält eine Gleichstromkomponente, infolge des mit der Modulationsfrequenz empfangenen Lichtes, jedoch nur Wechselstromsignale aufgrund anderer Frequenzen, für die der Schaltkreis nicht synchronisiert ist. Das Filter 40 entfernt die >'echselstromkomponenten,und das gewünschte Gleichstromsignal wird an ein Relais 41 gelegt, das ein Steuersignal an ein Horn 42 in der Fahrerkabine gibt, um es dem Fahrer zu ermöglichen zu bremsen oder andere Maßnahmen zur Vermeidung einer Kollision zu treffen.
Es können auch andere geeignete Warngeräte verwendet werden, anstelle oder zusätzlich zu einer Glocke, und es kann eine Schaltung vorgesehen werden, um die Fahrzeugbremsen automatisch zu betätigen.
Die bei der oben beschriebenen Ausführungsform gewählte Modulationsfrequenz liegt zwischen Gleichspannung von Tageslicht und den fundamentalen und harmonischen Frequenzen von künstlichen, eleRrischen Lichtquellen, so daß ein Sperrbereichsfilter vom Parallel-T-Typ erforderlich ist. Die odulationsfrequenz kann höher gewählt werden als die künstlichen Lichtquellen, so daß dann nur ein einfaches Tiefpaßfilter erforderlich ist. Bei einer solchen Ausführung ist die genaue Kontrolle oder Steuerung der Modulationsfrequenz weniger wichtig.
Auch bei dem einfachen Mittel einer Anlegung einer frequenzselektiven negativen Rückkopplung an den Darlington-Transistor zur Beseitigung der Effekte von Umgebungslicht auf elektrischem Wege, kann eine billige und leicht verfügbare Lichtquelle im sichtbaren Spektrum verwendet werden. Eine solche Lichtquelle kann auch anders als mechanisch moduliert wrden, beispielsweise kann eine Gasentladungslampe verwendet und elektrisch moduliert werden. Ein Detektor mit Photo-Darlington-Transistor der beschriebenen Art ist hoch empfindlich,und in einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, eine Photodiode oder- einen- normalen Phototransistor mit geringerer Empfindlichkeit zu benutzen.
Wenn eine große Anzahl solcher Systeme zu verwenden ist und die Möglichkhit besteht, daß starke Lichtquellen verschiedener Fahrzeuge das Sichtvermögen der Fahrer stören, kann es erwünscht sein, Infrarot-Lichtquellen zu verwenden.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird ein einziger Photodetektor 30 (Fig. 3) verwendet, der so angeordnet ist, daß er durch Schnitt seines Blickfeldes mit dem ausgesendeten Strahl einen Entfernungsbereich vor dem Fahrzeug definiert, innerhalb welchem ein Hindernis entdeckt werden kann. Der Bereich, in welchem ein Hindernis entdeckt wird, soll im Falle einer potentiellen Kollision zwischen dem Kran 17 und den Hubbögen 12' kleiner-sein als die volle Breite des Fahrzeuges, jedoch wenigstens so breit, wie die Liftbögen. Die Lage des Bereichs kann verändert und die Breite größer oder kleiner gemacht werden, durchVerändern der Ausrichtung des Detektors bezüglich der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs.
Wenn es erwünscht ist, einen größeren Bereich zu überdecken, kann dies erreicht werden, durch Verwendung einer Mehrzahl von Quellen, die phasenmoduliert sind oder unter Verlust von Empfindlichkeit, durch Verbreiterunq des Bildfeldes des Detektors, oder durch Steigerung der Spreizung des ausgesendeten Strahles.
Eine methode b.staht darin, weitere Detektoren 30' und 30" vorzusehen, von denen jider so ancreordnet ist, daß er Licht von einem anderen Bereich empfängt, der vom ausgesendeten Strahl überdeckt wird.
Die Detektorsignale können parallel verknüpft werden, um einen größeren Erfassungsbereich zu schaffen, oder sie können an individuelle Schaltkreise 37 gelegt werden, um verschiedene Signale für Hindernisse zu erzeugen, die in unterschiedlichen Abständen vom Fahrzeug festgestellt wurden.
Ein System zur Markierung des unteren Teiles eines Behälters 11 (Fig. 2) würde identisch sein mit demjenigen für die Liftbögen 12' und würde zum Feststellen eines Hindernisses in der Bahn der Füße so angebracht sein, daß der ausgesendete Strahl nur in der vertikalen Ebene sich ausbreitet, SoLche weiteren Systeme können in derselben oder anderen Frequenzen moduliert sein, da die Strahlen einander nicht stören sollten.
Wo eine permanente Gefahr, wie z.B. ein oben angeordneter Kran 17, vorhanden ist oder ein festes Objekt, wie z.B.
ein Trägerbalken oder dergleichen, kann die Kollisionswarnanlage an einem solchen Objekt angebracht werden, um bei Annäherung eines Fahrzeuges zu warnen. Dies gilt insbesondere in Werkstätten, in denen potentielle Objekte, wie z.B. die Krane 17, in geringerer Anzahl als die Fahrzeuge vorhanden sind.
Bei der Handhabung und beim Transport von Containern in der Praxis besteht die größte Gefahr einer Kollision zwischen den angehobenen Bögen 12' und einem oben angeordneten Gegenstand, wie z.B. dem Krangerüst 17. Abgesehen davon, daß der Wagen abgestellt bzw. stillgesetzt werden kann, bis eine neue Last aufgenommen wird, kann auch der Kran abgestellt werden, wodurch jedoch seine Leistung beeinträchtigt wird.
Es werden nachfolgend andere Ausführungsformen einer Warnanlage beschrieben, die entweder an einem Fahrzeug oder an einem stationären Objekt angeordnet sind, z.B. an einem solchen Kran 17.
Der Wagen 10 kann sich dem Kran 17 in einem Kollisionskurs innerhalb eines weiten Winkelbereiches nähern.
Es ist nun erforderlich, einen Erfassungsbereich 49 durch eine Lichtquelle 50 zu beleuchten, die einen Strahl 51 mit einer horizontalen Ausbreitung von 900 erzeugt, mit einem mhr scharfen unteren horizontalen Rand, der dem untersten Teil des Kranes entspricht und einer vertikalen Spreizung von zwischen 450 und 900. Der untere horizontale Abriß oder Rand repräsentiert eine Kollisionsgrenze, unter welcher kein Teil des Wagens mit dem Kran kollidiert.
Wegen der großen Spreizung oder Ausbreitung des Strahles ist das Licht, das auf einen Wagen, z.B. auf die ilubbögen oder irgendeinen anderen Teil fällt, der sich über die Kollisionsgrenze hinaus erstreckt, sehr schwach und die zum Kran zurückgeworfene Menge kann leicht im Rauschen an den weiteren Grenzen des Bereiches verloren gehen, in welchem eine Erfassung erforderlich ist. Um dies abzuschwächen, ist jeder Hubbogen oben mit einem Eckreflektor 52 versehen, wie er im Detail in Fig. 6 dargestellt ist. Der Reflektor unterscheidet sich von einem normalen Reflektor darin, daß anstelle von drei gegenseitig orthoaonalen Flächen 53, 54, 55, zwei von diesen in einem Winkel von (90+ob )° in der vertikalen Lbenc geneigt sind, so daß Licht von der Quelle 50 längs derselben Achse in einer horizontalen Ebene. zurückgeworfen wird, jedoch um einen Winkel 20e in der vertikalen Ebene versetzt ist. Eine mehrzahl von Photodetektoren 65, von denen jeder ein Blickfeld hat, das demjenigen entspricht, das durch die Lichtquelle beleuchtet ist, ist über der Lichtquelle in einer vertikalen Linie angeordnet, d.h.
in einer Richtung, die sich von der Kollisionsgrenze weg erstreckt.
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht der Lage in Fig. 5, wobei die Lichtquelle 50 (und damit die Basis des Kranes 17) als gegebene Höhe genommen wird, wobei ferner ein Reflektor 52 in einer Höhe h über dieser Höhe und in einem Abstand d von der Lichtquelle angeordnet ist, der einen einfallenden Strahl 57 als Strahl 58 reflektiert, der nach oben um den Winkel zu geneigt ist. Die Ilöhe x, in welcher der reflektierte Strahl einen Detektor trifft ist gegeben durch x = 2 α (d2 + h2)/d für kleine α und wenn d2 » h ist, dann ist aus 2 d.
Wenn es erforderlich ist, Reflexionen von Wagen bis zu einer maximalen Distanz D aufzufangen, so werden Detektoren bis herauf zu einer Höhe von x = 2iD angeordnet. Licht, das von einem Wagen weiter entfernt reflektiert wird, wird oberhalb des obersten Detektors reflektiert. Der naheste Abstand einer Annäherung wird bestimmt durch den Empfangswinkel des Wagen-Reflektors, durch die Grenzen des Beleuchtungsstrahles und im Grenzfall dadurch, daß der reflektierte Strahl wieder über den obersten Detektoren liegt.
Der Raumbereich, über den eine Erfassung der reflektierten Strahlen erfolgt, ist derjenige, der durch die gestrichelten Linien 59 in den Fig. 5 und 7 begrenzt ist, und er ist in der vertikalen Ebene ein Trapez mit der Länge D und der Höhe If, wobei H die maximale Hubhöhe der hydraulischen Zylinder 12 ist. Um eine Strahlerfassung für jede Ausrichtung des Wagens zu gewährleisten, ist es erwünscht, einen Reflektor an jeder Ecke, d.h. auf jeder Hubeinrichtung zu montieren.
Die Detektoren sind so angeordnet, daß ihr vertikaler Abstand kleiner ist als die vertikale Dimension des reflektierten Lichtpunktes. Die Detektorschaltung ist im wesentlichen diejenige, die in der ersten Ausführungsform anhand von Fig. 4 beschrieben wurde. Die Detektoren 56 (Fig. 7) entsprechen dem Detektor 30 von Fig. 4 und sie können parallel geschaltet sein. Wegen der Steigerung der Reflexion aufgrund der Verwendung eines Eckrcflektors, kann die Strahlungsquelle eine Gallium-Arsenid-Diode sein, die die Verwendung von infrarotem Licht ermöglicht, das die Sicht des Fahrers nicht stört rund die Verwendung höherer Modulationsfrequenzen erlaubt, wodurch die Zurückweisung von Signalen von anderen künstlichen Lichtquellen verbessert wird. Eine weitere Folge der Verwendung einer Festkörper-Lichtquelle ist die, daß die Modulation elektrisch durch einen Oszillator durchgeführt werden kann, der fähig ist, das Bezugssignal an den Demodulator zu geben, wodurch die Notwendigkeit des Photodetektors 29 von Fig. 4 vermieden wird. Die Photodetektoren können ferner einfache Photodioden sein, anstelle von Photo-Darlington-Transistoren, wobei die Reduzierung der Empfindlichkeit durch eine bessere Rauschabwehr kompensiert wird.
Obwohl die Lichtquelle und die Detektoren auf den Hubbögen 12' in einer Weise,ähnlich der der ersten Ausführungsform montiert werden können, die eine horizontale obere Strahlgrenze bewirken, um die Kollisionsgrenze zu definieren, können die Reflektorn an den potentiell gefährlichen Objekten, wie z.B. den Rran 17 angflbracht werden.
Einz dritte Ausführungsform der Erfindung, die darauf basiert, daß ein Strahl vom Kran 17 ausgesendet und die Reflexion von einem Reflektor aufgenommen wird, der auf dem tragen montiert ist, ist schematisch in Fig. 8 gezeigt. Diese Ausführung verwndet, um minen maximalen Detektorbereich zu definieren, das Prinzip, daß die Stärke des empfangenen Lichtes, wonn es annähernd zu 1002 durch den Reflektor rereflektiert wird, sich umgekehrt zur vierten Potenz des Abstandes zwischen Detektor/Quelle und Reflektor verändert.
Der Reflektor, der am Wagen angebracht ist, umfaßt einen Streifen oder eine Platte aus reflektierendem Material, wie z.B. "Scotchlite", das von der Firma 3M Company Limited horgestellt wird, wobei von diesem Streifen oder dieser Platte ein auf sie auftreffender Lichtstrahl reflektiert wird, im wesentlichen längs der Bahn des einfallenden Strahles und in kleinen Umgebungswinkeln, unabhängig vom Einfallswinkel zwischen dem Strahl und dem Reflektor. Ein neben dem Sender angeordneter Detektor empfängt somit einen großen Prozentsatz des einfallenden Lichtes.
In Fig. 8 wird die Lichtquelle oder die hochleistungsfähige, lichtemittierende Gallium-Arsenid-Diode 60 von einem Verstärker 61 mit Signalen von einem Modulieroszillator 62 gespeist und von einem Oszillator 63 gesteuert, um Impulse oder Lichtstöße auszusenden, die in der Modulatorfrequenz des Oszillators moduliert werden und die Form eines fächerförmigen Strahles haben, wie anhand von Fig. 5 beschrieben wurde.
Eine Detektordiode 64 gibt Signale, die repräsentativ für die Stärke des empfangenen Lichtes sind, an einen Verstärker mit hoher Verstärkung und schmalem Band, der auf die Modulationsfrequenz zentriert ist. Ein phasenabhängiger Detektor 66, der auf das modulierende Oszillatorsignal anspricht, welches das Bezugssignal bildet, liefert ein demoduliertes Signal bei 67 aufgrund des Empfangs von ausgesendetem Licht, das durch einen Reflektor 68 in der Bahn des Strahles reflektiert worden ist.
Eine lichtemittierende Diode 70 geringer Stärke wird ebenfalls von einem Verstärker 71 speist, der ein Signal vom Demodulieroszillator 62 erhält und durch den Oszillator 63 in Gegenphase zum Verstärker 61 gesteuert. Die Diode 70 sendet somit Impulse aus moduliert Licht, wenn die Diode 60 auf AUS geschaltet ist und umgekehrt. Die Diode 70 ist so angeordnet, daß der Detektor 64 direkt beleuchtet wird, entweder durch Montage der Diode im Bildfeld bzw. Blickfeld des Detektors oder durch Senden des Lichtes längs einer Lichtführung, so daß es auf den Detektor fällt.
Das Signal 67 wechselt somit seinen Pegel zwischen einem festen Pegel aufgrund der Diode 70 und eingestellt durch Steuereinrichtungen (nicht gezeigt) am Diodenausgang und einem variablen Pegel infolge des Lichtes, das durch Reflexion vom Wagen empfangen worden ist.
Der phasenempfindliche Detektor 66 liefert Signale an miteinander verknüpfte Operationsverstärker 72 und 73. Der Verstärker 72 ist über den Oszillator 63 so geschaltet, daß er leitet wenn die Diode 70 Licht emitiert,und der Verstärker 73 ist mit der Diode 60 verknüpft. Der Verstärker 72 speist einen Tiefpaßfilter 74, der einen Reihenwiderstand 75 und einen Shunt-Kondensator 76 aufweist. Die am Kondensator 76 erscheinende Spannung wird über einen Pufferverstärker 77 an einen invertierenden Eingang 78 eines Komparators 79 gelegt.
Der Verstärker 73 speist über einen entsprechenden Tiefpaßfilter 80, einen Pufferverstärker 81 einen nicht-invertierenden Eingang 82 des Komparators 79. Der Ausgang des Komparators ist an ein Relais 83 geschaltet, durch das eine Glocke oder dergleichen betätigt wird.
Im Betrieb wechselt der Kondensator 76 auf eine Spannung, die das mittlere Signal darstellt, das direkt von der Diode 70 empfangen worden ist, und der Kondensator des Filters 80 wechselt auf eine Spannung, die das mittlere Signal darstellt, das von der Diode 60 über den Reflektor empfangen worden ist. Der Lichtausstoß der Diode 70 wird so eingestellt, daß bei dem maximal erwünschten Erfassungsbereich oder Zielbereich beide Filter dieselbe Ausgangsspannung haben und der Komparator keinen Ausgang abgibt. Wenn sich das Ziel weiter von dem Maximalbereich weg entfernt, übersteigt der Komparatoreingang bei 78 denjenigen bei 82,und es wird kein Warn-Ausgang abgegeben. Wenn andererseits das Ziel innerhalb des Detektorbereichs kommt, wird das zurückgeworfene Signal verstärkt,und der Komparatoreingang bei 82 übersteigt denjenigen bei 78, so daß der Komparator einen Ausgang abgibt, um ein Warngerät einzuschalten.
Es wird bemerkt, daß der Verstärker 65 mit hoher Verstärkung arbeitet,und da sowohl das reflektierte, wie auch das Bezugssignal durch ihn durchlaufen, wird die Wirkung von Veränderungen im absoluten Wert der Verstärkung während des Betriebes eliminiert. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, kann eine Mehrzahl von Reflektoren auf jeder Ecke montiert werden, oder es kann eine alternative Lichtquelle benutzt werden.
Obwohl in den beschriebenen Ausführungsformen die Lichtquellen an einem stationären Objekt und der Reflektor an einem sich bewegenden Wagen montiert waren, kann dies umgekehrt werden, wobei die Elochleistungs-Lichtquelle so angeordnet werden kann, daß sie einen 900. gespreizten flachen Strahl liefert, der dem höchsten Teil der hydraulischen Elebeeinrichtungen 12 entspricht.
Ferner kann die Anlage so montiert werden, daß die Kollisionsgrenze in einer vertikalen Ebene liegt, beispielsweise dann, wenn es erwünscht ist, eine Kollision mit einem Hindernis zu verhindern, das sich im Weg von einem der Füße des Wagens befindet.
Die Verwendung einer solchen Fahrzeug-Kollisions-Warnanlage ist nicht auf die beschriebenen Wagen beschränkt, sondern kann bei jedem beliebigen Fahrzeug verwendet werden. Leerseite

Claims

Ansprüche ;) Anordnung zum Warnen vor Fahrzcug-Rollis ionen, nut einer - Quelle für einen Lichtstrahl, einer Moduliereinrichtung zum Modulieren der Stärke des Strahles, einer Detektoreinrichtung zum Auffangen von Licht, das von einem Objekt in der Bahn des modulierten Strahles reflektiert worden ist, g e. k e n n z e i c h n e t durch eine Schaltung, die auf die Detektoreinrichtung anspricht, um ein Detektorsignal abzugeben, das eine Amplitude hat, die auf die Stärke des Lichtstrahles bezogen ist, der in einem Band von Frequenzen einschließlich der Modulationsfrequenz aufgefangen worden ist, ferner durch eine Demoduliereinrichtung, die auf ein Bezugssignal mit der Modulationsfrequenz des ausgesendeten Strahles anspricht, um das Detektorsignal zu demodulieren und ein Ausgangssignal aufgrund des Empfangs von Licht nur mit der Modulationsfrequenz abzugeben , und durch eine Warneinrichtung, die durch das Ausgangssignal betätigbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n st , daß die Detektoreinrichtung wenigstens einen Phototransistor umfaßt, der durch eine Stromquelle gespeist ist, daß die Schaltung ein Filter-Netzwerk aufweist, um Signale in einem Band einschließlich der Modulationsfrequenz zu sperren und um eine negative Rückkopplung zwischen dem Phototransistor und der Stromquelle zu schaffen, um ein Ansprechen des Phototransistors auf Signale außerhalb dieses Frequenzbandes zu verhindern.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch a e k e n n -z e i c h n e t , daß das Filternetzwerk ein Parallel-T-Sperrbreichsfilter enthält, das auf die Modulationsfrequenz zentriert ist.
4. Anordnung nach einem dr Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dodulireinrichtung einen Operationsverstärker enthält, der durch das Bezugssignal leitent geschaltet wird, das in und in Phase mit der Modulationsfrequenz erzeugt wird.
5. Anordnung nach einer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Lichtquelle eine Glühlampe umfaßt, die einen kontinuierlichen Lichtstrahl erzeugt, der mechanisch mittels eines undurchsichtigen Gegenstandes moduliert wird, der wiederholt durch die Bahn des Strahles geführt wird, und daß das Bezugssignal durch einen Photodetektor erzeugt wird, der so angeordnet ist, daß er Licht direkt von dem modulierten Strahl empfängt.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Quelle eine Lichtquelle umfaßt, die elektrisch moduliert werden kann, und daß ein elektrischer Oszillator vorgesehen ist, um die Lichtquelle zu modulieren und ein Bezugssignal an die Demoduliereinrichtung zu geben.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Lichtquelle eine lichtemittierende Diode ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Diode eine Gallium-Arsenid-Diode ist.
9. Anordnung nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z £ i c h n e t , daß durch die LichtJuelle ein flacher, fächrförniger Strahl erzeugt wird, und daß die Dettktorc.inrichtun entfernt von der Lichtquelle in einer Ebn des Strahles so angeordnet ist, daß ihr Blickfeld einen Teil des Strahles schneidet, um uiun Bereich zu definieren, von welchem reflektiertes Licht des Strahles aufgefangen werden kann.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Lichtquelle und die Detektoreinrichtung aufeinander zu geneigt angeordnet sind, so daß die Detektoranordnung Licht empfängt, das von einem Gegenstand im wesentlichen im Reflexionswinkel oder Spiegelwinkel reflektiert worden ist.
11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Detektoreinrichtung eine Mehrzahl von Detektoren umfaßt, von denen jeder in einer unterschiedlichen Entfernung zur Lichtquelle und so angeordnet ist, daß sein Blickfeld einen anderen Teil des Strahles schneidet.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, g e k e n n -z e i c h n e t durch wenigstens einen Reflektor für den Strahl, der auf jedem potentiellen Hindernis angeordnet ist, in einer Position, daß Licht von dem Strahl auf die Detektoreinrichtung gerichtet wird.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n -z C i c h n e t , daß die Detektoreinrichtung benachbart zu der Lichtquelle angeordnet ist, um Licht zu empfangen, das aus einem Bereich reflektiert worden ist, der dem Bereich, der durch die Lichtquelle beleuchtet wird und dem Blickfeld der Detektoreinrichtung gemeinsam und durch eine Kollisionsgrenze begrenzt ist, daß ferner eine Bereichs- oder Entfernungseinrichtung vorgesehen ist, um einen maximalen Bereich oder eine maximale Entfernung des Reflektors von der Lichtquelle zu definieren, jenseits welcher empfangenes reflektiertes Licht keine Warnung auslöst.
14. Anordnung nach Ansnruch 13, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Reflektor einen Eckreflektor enthält, der Licht in einer Ebene parallel zur Kollisionsgrenze reflektiert (retroreflect) und einen reflektierten Strahl um einen kleinen Winkel in einer orthogonalen Ebene ablenkt, so daß die Versetzung des reflektierten Strahles an der Lichtquelle im wesentlichen direkt auf den Abstand des Reflektors von der Lichtquelle bezogen ist, und daß die Detektoreinrichtung sich weg von der Kollisionsgrenze über einen Abstand erstreckt, dor dieser Versetzung des reflektierten Strahles bei maximaler Entfernung des Reflektors entspricht, jenseits welcher empfangenes reflektiertes Licht keine Warnung auslöst.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Detektoreinrichtung eine Mehrzahl von einzelnen Photodetektoren umfaßt, die in einem Abstand angeordnet sind, der kleiner ist als die Breite des reflektierten Strahles in dieser Richtung.
16. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Reflektor eine nahezu zurückwerfende (retroflective) Oberfläche hat, und daß die Detektoreinrichtung benachbart zu der Lichtquelle montiert ist, so daß ein wesentlicher Teil des reflektierten Lichtes zum Detektor zurückgeworfen wird, unabhängig vom Auftreffwinkel zwischen dem modulierten Strahl und dem Reflektor, daß ferner die Schaltung eine Quelle niedriger Intensität für einen Bezugsstrahl enthält, der mit derselben Frequenz wie der Hauptstrahl moduliert wird und die Detektoreinrichtung direkt beleuchtet, daß eine Steuureinrichtung vorgesehen ist, um die Stärke des Bezugsstrahles zu steuern, ferner eine Schaltung zum Verknüpfen der Lichtquelle-n, um alternierend eine Emission des hauptstrahles und des Bezugsstrahles zu bewirken, daß ferner eine Signalverarbeitungsschaltung vorgesehen ist, die auf das demodulierte Detektorsignal und auf die Verknüpfungsschaltung für die Lichtquellen anspricht, um Signale aufgrund einer Reflexion des EIauptstrahles und Signale aufgrund des Bezugsstrahles zu vergleichen und ein Ausgangssignal an die Warneinrichtung abzugeben, wenn das Signal des reflektierten Hauptstrahles das Signal des Bezugsstrahles übersteigt.
17. Anordnung nach. Anspruch 16, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Signalverarbeitungsschaltung zwei miteinander verknüpfte Verstärker enthält, die demodulierte Detektorsignale empfangen, untldurch die Verknüpfungsschaltung für die Lichtquellen alternativ synchron mit den beiden Lichtquellen gesteuert werden, d-aß ferner zwei Tiefpaßfilter vorgesehen sind, von denen je eines jedem Verstärker zugeordnet ist, um Spannungen zu erzeugen, die Pegel haben, die der Stärke des reflektierten Hauptstrahles und der des Bezugsstrahles entsprechend zugeordnet sind, und daß ein Komperator vorgesehen ist, um die beiden Filterspannungen zu vergleichen und ein Ausgangssignal abzugeben, wenn die Filterspannung aufgrund der Reflexion des Hauptstrahles größer ist als die Filterspannung aufgrund des Bezugsstrahles.