DE4433786A1 - Vorrichtung zur Hinderniserkennung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hindernis­ erkennung für fahrerlose Fahrzeuge, insbesondere fahrerlose Transportfahrzeuge, die ein primäres Hinder­ niserkennungssystem umfaßt, das einen Erfassungsbereich aufweist, dessen in Fahrtrichtung vordere Begrenzung mindestens einen Abstand zu einen Fahrzeugchassis aufweist, der einem maximalen Fahrzeugbremsweg ent­ spricht.

Derartige Fahrzeuge sind häufig in der Lage, auch am normalen Straßenverkehr bzw. Werksverkehr teilzunehmen. Deshalb sind diese Fahrzeuge dafür ausgelegt, höhere Geschwindigkeiten zu fahren, als konventionell inner­ halb von Gebäuden eingesetzte Fahrzeuge. Diese höheren Geschwindigkeiten machen es erforderlich, ein ver­ bessertes Sicherheitskonzept zur Vermeidung von Un­ fällen bereitzustellen.

Bei diesen Fahrzeugen besteht darüber hinaus die Notwendigkeit, den Bereich vor dem Fahrzeug mit großer Sicherheit auf Hindernisse zu überprüfen, wobei unter diesem Bereich der Entfernungsbereich verstanden wird, der nötig ist, um das Fahrzeug aus der jeweiligen Ge­ schwindigkeit heraus abzubremsen. Diese Anforderung erfordert ein sehr sicher arbeitendes Sensierungssystem und eine ebenso sichere Umsetzung des sensierten Hindernissignals in die erforderliche Bremsfunktion durch direkte Beaufschlagung der Bremseinheiten. Das Auftreten eines Hindernisses in dem genannten Ent­ fernungsbereich führt automatisch zu einem Abbremsen des Fahrzeuges bis zum Stillstand. Wegen der ge­ schilderten sehr hohen Sicherheitsanforderungen sind hier Sensoriksysteme notwendig, welche nur echte Hindernisse erkennen und auf Scheinhindernisse nicht reagieren. Das bedeutet, daß hier nur ganz bestimmte Sensorikverfahren verwendet werden können, wobei mechanische Abtastverfahren am sichersten arbeiten. Aber auch bestimmte Verfahren auf der Basis von Ultra­ schall erfüllen in einem begrenzten Entfernungsbereich die Anforderungen.

Auf der anderen Seite wird für fahrerlose Transport­ fahrzeuge eine möglichst frühzeitige Erkennung von auftauchenden Hindernissen gewünscht, damit die Fahr­ zeuge in der Lage sind, angemessenen auf diese Hinder­ nisse zu reagieren, beispielsweise durch Warnsignal, durch Reduzierung der Geschwindigkeit oder durch Ausweichmanöver. Die hierfür erforderlichen Sensoren arbeiten in der Regel berührungslos und erreichen nicht die hohe Erkennungssicherheit wie bei dem erstgeschil­ derten System beschrieben. Sie erlauben aber anderer­ seits die Erfassung eines Wegbereiches vor dem Fahrzeug von 10 m und mehr. Die Signale dieser Sensoren können naturgemäß nicht direkt auf die Aktoren des Fahrzeuges gegeben werden, sondern erfordern eine rechnerge­ stützte, intelligente Auswertung.

Die bekannten Maßnahmen haben den Nachteil, daß sie sich in nicht genau definierter Weise ergänzen. So decken z. B. mechanische Bumper nur einen Teil des Bremsweges ab, während optische Verfahren die restliche Hinderniserkennung mit den oben geschilderten Fehlern und Einschränkungen übernehmen müssen.

Ein sicheres Hindernis-Erkennungs-System, insbesondere ein personensicheres System, erfordert daher die voll redundante Ausbildung beider Signalketten, und zwar jede für sich redundant. Das führt dazu, daß auch nahezu die gesamte Fahrzeugelektronik redundant, d. h. doppelt ausgeführt werden muß, wenn man die ein­ schlägigen Sicherheitsbestimmungen erfüllen will.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß preisgünstig eine hohe Fahrsicherheit bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Auslösung durch das primäre Hinderniser­ kennungssystem eine direkte Einwirkung auf ein Brems­ system des Fahrzeuges vorgesehen ist und daß zusätzlich eine berührungslose sekundäre Hinderniserkennung vorge­ sehen ist, deren Erfassungsfeld größer als der zwischen dem Fahrzeugchassis und der vorderen Begrenzung des Erfassungsbereiches des primären Hinderniserkennungs­ system liegende Bereich dimensioniert ist und daß die berührungslose sekundäre Hinderniserkennung auf elektrische Steuermittel des Fahrzeugs einwirkt.

Das primäres Hindernis-Erkennungs-System sichert hierdurch nur den minimal notwendigen Bremsweg ab und arbeitet unter Umgehung der Fahrzeugelektronik direkt mit den entsprechenden Aktoren wie Bremsen und Lenkung zusammen. Als primäres Hindernis-Erkennungs-System kann ein mechanisches System verwendet werden, jedoch ist es auch denkbar, berührungslose Systeme mit genügend hoher Sicherheit für den primärbereich einzusetzen, z. B. auch kostengünstige Systeme, die ihre Sicherheit durch Redundanz erreichen.

Weiter ist vorgesehen, daß dem primären System über­ lagert das sekundäre berührungslose Hindernis- Erkennungs-System mit großer Reichweite verwendet wird, welches nicht mehr sicherheitsrelevant zu sein braucht und infolgedessen mit einfachen Signalverarbeitungs­ ketten auskommt.

Bei Fahrzeugen für den Außeneinsatz mit beispielsweise maximalen Geschwindigkeiten von 15 km/h ergibt sich für das primäre Hindernis-Erkennungs-System ein Erkennungs­ bereich von 5 m vor dem Fahrzeug und für das sekundäre Hindernis-Erkennungs-System ein Bereich von bis zu 30 m.

Bei dem sekundären Hindernis-Erkennungs-System ist besonders vorteilhaft, wenn man dieses außerdem zur Spurführung des Fahrzeuges mit verwendet, d. h. daß dieses System neben den im Fahrzeug liegenden Hinder­ nissen auch bekannte Orientierungspunkte erkennt und hinsichtlich einer Kurskorrektur auswertet. Es können diese Orientierungspunkte sowohl natürliche wie auch künstliche Landmarken sein. Es bietet sich bei dem sekundären Hindernis-Erkennungs-System an, eine Signal­ auswertung in der Weise zu betreiben, daß die bekannten Hindernisse (Landmarken) über einen ersten Signalweg zur Verfügung gestellt und an das Navigationssystem weitergeleitet werden, und daß die unbekannten Hinder­ nisse über einen zweiten Signalweg in einem Hindernis- Auswerte-Rechner verarbeitet werden.

Eine mechanische robuste Ausführung des primären Hinderniserkennungssystems wird dadurch bereitgestellt, daß das primäre Hinderniserkennungssystem als ein relativ zum Fahrzeugchassis positionierbares Sicher­ heitsschild ausgebildet ist, dessen Abstand zum Fahr­ zeugchassis im wesentlichen dem maximalen Bremsweg des Fahrzeuges entspricht und dessen Abstand zum Fahrzeug­ chassis bei der Durchführung eines Bremsvorganges zur Vermeidung einer Weiterbewegung des Sicherheitsschildes in Transportrichtung reduzierbar ist.

Eine erweitere Nutzung für die berührungslose Hinder­ niserkennung besteht darin, daß die von der berührungs­ losen sekundären Hinderniserkennung bereitgestellten Meßdaten im Bereich einer Spurführung verarbeitet werden.

Zur weiteren Verbesserung der Fahreigenschaften wird vorgeschlagen, daß eine Auswertungseinrichtung für die Spurführung mindestens einen Kanal für eine Erfassung der Meßdaten der berührungslosen sekundären Hindernis­ erkennung und mindestens einen Kanal für eine Erfassung von örtlichen Positionsmarkierungen aufweist.

Eine zuverlässige Erkennung von Hindernissen wird dadurch unterstützt, daß für die Erfassung und Auswer­ tung der berührungslosen sekundären Hinderniserkennung sowohl ein horizontaler als auch ein vertikaler Aus­ wertungswinkel vorgesehen ist.

Zur weiteren Steigerung der Leistungsfähigkeit wird vorgeschlagen, daß eine separate Auswertung für Naviga­ tionsdaten einerseits und Hinderniserkennungsdaten andererseits vorgesehen ist.

Zur Vermeidung von Reaktionen auf unkritische Hinder­ nisse wird vorgeschlagen, daß ein Separator zur Unter­ scheidung von Meßdaten der berührungslosen sekundären Hinderniserkennung vorgesehen ist, der erkannte Objekte einerseits einem zu durchlaufenden Fahrweg und anderer­ seits einem Randbereich zuordnet.

Die Ankopplung des Sicherheitsschildes an die Bremsan­ lage des Fahrzeuges kann derart erfolgen, daß eine unmittelbare nicht elektrische Kopplung zwischen dem Sicherheitsschild und einer Bremse des Fahrzeuges vorgesehen ist.

Insbesondere ist daran gedacht, daß die Kopplung sowohl mechanische als auch hydraulische Bauelemente umfaßt.

Eine Nutzung der berührungslosen sekundären Hindernis­ erfassung zur Optimierung von Fahrwegen kann dadurch erfolgen, daß das elektrische Auswertungssystem für die berührungslose sekundären Hinderniserkennung sowohl mit dem Bremssystem als auch mit dem Lenksystem des Fahr­ zeugs gekoppelt ist.

Zur Unterstützung einer kostenoptimalen Konstruktion wird vorgeschlagen, daß die die Meßdaten des primären Sicherheitssystems auswertenden Bauelemente des Fahr­ zeuges eine höhere Ausfallsicherheit als die die Signale der berührungslosen sekundären Hinderniser­ kennung auswertenden Bauelemente aufweisen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Draufsicht auf ein fahrerloses Transportfahrzeug mit Hindernis-Erkennungs- System und

Fig. 2 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Hindernis-Erkennungs-Systems.

In Fig. 1 wird ein Fahrzeug 1 mit einer gelenkten Vorderachse 2 und einer angetriebenen Hinterachse 3 dargestellt. Die Lenkung wird beispielsweise durch einen Hydraulikzylinder 4 betätigt, ebenso werden Bremsen 5 der Hinterachse 3 durch einen Zylinder 6 betätigt. Als primäres Hindernis-Erkennungs-System (7) ist ein Bumper dargestellt, welcher an seinem äußeren Umfang Schaltleisten 8 trägt, die bei Berührung einen Kontakt schließen. Der Bumper selbst ist mittels Knickarmen 9 an einer Fahrzeugfront befestigt. Er kann mit Hilfe von Antriebsmotoren 10 an einen Fahrspurver­ lauf des Fahrzeuges 1 z. B. in Kurven angepaßt werden. Ein von dem Bumper abgesicherter Bereich 11 entspricht einem Bremsweg für eine Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeuges 1.

Das Blockdiagramm in Fig. 2 zeigt angedeutet den Bumper 7 mit der Schaltleiste 8, welche mit einem Sicherheitsmodul 15 verbunden ist. Das Sicherheitsmodul 15 gibt - sofern die Schaltleiste 8 berührt wird - ein Bremssignal auf den Bremszylinder 6. Vom Lenkzylinder 4 wird andererseits ein Positionssignal an das Sicher­ heitsmodul 15 gegeben und von diesem in Stellungs- Signale für die beiden Bumpermotoren 10 umgewandelt. Auf diese Weise wirkt das so beschriebene primäre Hindernis-Erkennungs-System (7) in sich autark, hat einen einfachen Aufbau und läßt sich mit der not­ wendigen Ausfallsicherheit, gegebenenfalls unter Verwendung redundanter Bauelemente, einfach und preis­ wert herstellen. Das primäre Hindernis-Erkennungs- System sichert nur den Bremsweg des Fahrzeuges 1 entsprechend der Fahrzeugbreite und der Entfernung 11 gemäß Fig. 1 ab.

Das sekundäre Hindernis-Erkennungs-System 19 verwendet einen Sensor 12, der das Feld vor dem Fahrzeug 1 entsprechend einem Winkel 13 in der Waagerechten und einem Winkel 16 in der Senkrechten abtastet, sowie eine nachfolgende Signalverarbeitung. Diese beinhaltet die Aufbereitung der Sensordaten in einem Modul 17, wobei diese aufgeteilt werden in Daten für ein Navigations­ system 18 und Daten für das sekundäre Hindernis-Er­ kennungs-System 19. Letztere Daten werden aufgeteilt in Hindernisdaten innerhalb eines Fahrkorridors 14 und Daten außerhalb dieses Fahrkorridors 14. Nur die Daten innerhalb des Fahrkorridors 14 führen zu einer Reaktion des Fahrzeuges 1 (Warnsignal, Bremsen oder Ausweichen). Der Fahrkorridor 14 wird vom Navigationssystem 18 an den jeweiligen Fahrkursverlauf (Geraden, Kurven) angepaßt.

Das Navigationssystem 18 bietet z. B. die Soll-Signale für ein Antriebs- und Lenksystem 20, welches u. a. die Lenkung 4 und den Vortrieb des Fahrzeuges 1 regelt. Darüber hinaus werden Soll-Signale für den Bremsregler 21 gebildet, welcher die Fahrzeugbremsen betätigt. Die Logik 19 wertet die Hindernissignale des Sensors 12 aus und gibt diese weiter an das Navigationssystem 18. Dieses verwertet sie und bildet daraus gegebenenfalls Befehle an die zuvor genannten Aktoren, um das Fahrzeug 1 zu verzögern, einen Umweg zu fahren oder das Hinder­ nis über eine Signalanlage zu warnen.

Dieses sekundäre Hindernis-Erkennungs-System 19 in Verbindung mit dem Navigationssystem kann erfindungsge­ mäß in einem niedrigeren Sicherheitsgrad ausgeführt werden, so daß die in ihm enthaltenen Rechnereinheiten und logischen Verbindungen einfach und kostengünstig ausgelegt werden können.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Hinderniserkennung für fahrerlose Fahrzeuge, insbesondere fahrerlose Transportfahr­ zeuge, die ein primäres Hinderniserkennungssystem umfaßt, das einen Erfassungsbereich aufweist, dessen in Fahrtrichtung vordere Begrenzung mindestens einen Abstand zu einen Fahrzeugchassis aufweist, der einem maximalen Fahrzeugbremsweg entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Auslösung durch das primäre Hinderniserkennungssystem (7) eine direkte Einwirkung auf ein Bremssystem des Fahrzeuges (1) vorgesehen ist und daß zusätzlich eine berührungslose sekundäre Hinderniserkennung (19) vorgesehen ist, deren Erfassungsfeld größer als der zwischen dem Fahrzeugchassis und der vorderen Begrenzung des Erfassungsbereiches des primären Hinderniserkennungssystem (7) liegende Bereich dimensioniert ist und daß die berührungs­ lose sekundäre Hinderniserkennung (19) auf elektrische Steuermittel des Fahrzeugs einwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das primäre Hinderniserkennungssystem (7) als ein relativ zum Fahrzeugchassis positionier­ bares Sicherheitsschild ausgebildet ist, dessen Abstand zum Fahrzeugchassis im wesentlichen dem maximalen Bremsweg des Fahrzeuges entspricht und dessen Abstand zum Fahrzeugchassis bei der Durch­ führung eines Bremsvorganges zur Vermeidung einer Weiterbewegung des Sicherheitsschildes in Trans­ portrichtung reduzierbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von der berührungslosen sekundären Hinderniserkennung (19) bereitgestellten Meßdaten im Bereich einer Spurführung verarbeitet werden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswertungsein­ richtung für die Spurführung mindestens einen Kanal für eine Erfassung der Meßdaten der berührungslosen sekundären Hinderniserkennung (19) und mindestens einen Kanal für eine Erfassung von örtlichen Positionsmarkierungen aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erfassung und Auswertung der berührungslosen sekundären Hinder­ niserkennung (19) sowohl ein horizontaler als auch ein vertikaler Auswertungswinkel vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine separate Aus­ wertung für Navigationsdaten einerseits und Hinder­ niserkennungsdaten andererseits vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Separator zur Unterscheidung von Meßdaten der berührungslosen sekundären Hinderniserkennung (19) vorgesehen ist, der erkannte Objekte einerseits einem zum durch­ laufenden Fahrweg und andererseits einem Randbe­ reich zuordnet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine unmittelbare nicht elektrische Kopplung zwischen dem Sicherheitsschild (7) und einer Bremse (5) des Fahrzeuges (1) vorge­ sehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung sowohl mechanische als auch hydraulische Bauelement umfaßt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Aus­ wertungssystem für die berührungslose sekundären Hinderniserkennung (19) sowohl mit dem Bremssystem als auch mit dem Lenksystem des Fahrzeugs (1) gekoppelt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Meßdaten des primären Sicherheitssystems (7) auswertenden Bauelemente des Fahrzeuges (1) eine höhere Ausfall­ sicherheit als die die Signale der berührungslosen sekundären Hinderniserkennung (19) auswertenden Bauelemente aufweisen.