EP4200643A1 - Fahrzeug und verfahren zur vermeidung einer kollision eines fahrzeugs mit einem hindernis - Google Patents

Fahrzeug und verfahren zur vermeidung einer kollision eines fahrzeugs mit einem hindernis

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Publication number
EP4200643A1
EP4200643A1 EP21811244.9A EP21811244A EP4200643A1 EP 4200643 A1 EP4200643 A1 EP 4200643A1 EP 21811244 A EP21811244 A EP 21811244A EP 4200643 A1 EP4200643 A1 EP 4200643A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
sensor elements
optical sensor
degrees
obstacle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21811244.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Winfried Bindges
Roland Senninger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kinotex Sensor GmbH
BASF SE
Original Assignee
Kinotex Sensor GmbH
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kinotex Sensor GmbH, BASF SE filed Critical Kinotex Sensor GmbH
Publication of EP4200643A1 publication Critical patent/EP4200643A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the invention relates to a vehicle with a sensor system and a method that is set up for this purpose, in particular a driverless vehicle that is operated or operated without human interaction. to warn automatically controlled, in particular lane-unbound vehicle of a collision of the moving vehicle with an obstacle, to avoid the obstacle, to stop the vehicle when detecting an obstacle and/or to transmit a warning to a control center.
  • DE 10 2018 110 852 A1 discloses a device for securing a mechanically or automatically controlled mobile device, in particular a handling device such as a robot or an AGV (“automated guided vehicle”).
  • a safety sensor system is used to detect objects in a workspace , a distance or an environment of the device
  • the safety sensor system includes a tactile sensor system and a proximity sensor system, the sensors used being based on optical measurement principles.
  • DE 10 2014 206 473 A1 discloses an automatic assistance method for a driver of a lane-bound vehicle.
  • a camera is provided on the left and right of the vehicle on the front side of the vehicle, which captures a clear space in front of the vehicle and, in conjunction with an evaluation device, serves to warn of an impending collision.
  • From DE 10 2004 041 821 Al is a non-contact security system using ultrasonic or Known microwave sensors for securing a machine-controlled handling device.
  • the proximity sensors used can be ultrasonic or microwave sensors.
  • ultrasonic or microwave sensors can be combined with another sensor that works on the basis of a different physical principle.
  • the invention relates to a vehicle according to claim 1 and a method according to claim 15 .
  • the vehicle with the sensor system according to the invention and the method according to the invention offer the advantage over the prior art that even comparatively narrow obstacles such as pipelines, obstacles with different cross sections and degrees of reflection, hanging power cables, tube bundles, corner lights, cable harnesses, thin posts, etc. that protrude into the path of the vehicle and can be recognized well and reliably even under adverse conditions such as backlighting or blinding sun, smoke or fog, or when measurements are taken at an angle.
  • the sensitivity of the detection and the minimum distance for the warning thresholds of the warning system can also be set in a simple manner using the evaluation and control electronics provided.
  • the driving speed of the vehicle can now either be automatically slowed down, or the vehicle is stopped immediately and/or a control room is informed.
  • sensors in the corners of the vehicle can monitor not only the area in front of the vehicle, but also an area to the side of the vehicle. This can also be achieved with additional sensors.
  • the signals or measured values of one sensor can be validated or verified with the aid of the signals or measured values of the other sensor. be checked for plausibility. This increases the reliability of the detection and avoids false alarms.
  • the two sensors arranged in close proximity to one another are offset from one another, in particular perpendicular to the direction of travel and parallel to the ground, and operate in different wavelength ranges or the maximum sensitivity of the two sensors is at a different wavelength.
  • Another advantageous configuration is the combination of sensors that work according to the principle of transit time measurement with sensors that work according to the phase comparison method.
  • a combination of sensors with 2 ⁇ 2 pixel resolution and a narrow field of view according to the invention (“Field of View” or “FOV”) with sensors with 8 ⁇ 4 pixel resolution and a narrow field of view also according to the invention advantageously ensures a reliable measurement distance and reliable detection , especially related to objects with a small cross-section and low remission.
  • FOV Field of View
  • a vehicle affected by the invention can move in various directions on land or on water.
  • a steering axle can be installed. It can also be a tracked vehicle within the meaning of the invention. However, the vehicle can also look the same from all sides and the front is then considered to be the "front" surface pointing in the direction of travel at the moment of moving.
  • the vehicle is preferably an automatically guided vehicle or an AGV.
  • FIG. 1 shows a basic sketch of a vehicle in the form of an AGV from above with a first interconnection configuration.
  • FIG. 2 shows a basic sketch of a vehicle in the form of an AGV from above with a second interconnection configuration.
  • FIG. 3 shows a basic sketch of a vehicle in the form of an AGV from above with a third interconnection configuration.
  • FIG. 4 shows a basic sketch of a vehicle in the form of an AGV according to FIG. H. in section parallel to the background, each with a horizontal viewing angle area a.
  • FIG. 5 shows a basic sketch of a vehicle in the form of an AGV according to FIG. H. in section parallel to the background, each with a horizontal viewing angle area a.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a vehicle in the form of an AGV according to FIG. 1, 2, 3, 4 or 5 in a side view showing the angles lying between 25° and 60° preferably front and rear elevation angle ß, under which the sensors detect, and marked preferably front and rear vertical sensor fields of view, d. H . in section perpendicular to the background, each with a vertical viewing angle range a '.
  • FIG. 7 shows a vehicle that is approaching an aircraft, as an application example for avoiding a collision of the vehicle with the wings or the engines of the aircraft.
  • FIG. 8 shows two vehicles driving one behind the other, one or both of which are designed according to the invention, as an application example for avoiding collisions or In the case of vehicle accidents.
  • FIG. 9 shows a vehicle upon detection of a relatively small obstacle located at a height, such as a carrier.
  • FIG. 1 shows a schematic sketch of a first exemplary embodiment of a vehicle 10 in the form of an AGV from above.
  • an AGV is understood as a driverless, automatically controlled and preferably lane-independent transport vehicle with its own drive system, which can operate transport autonomously and without human interaction.
  • the vehicle 10 can also be a vehicle other than an AGV.
  • the vehicle 10 has in the area of its front side 11 (in relation to the direction of travel or the usual direction of travel) or generally in the area of one side of the vehicle 10 four optical sensor elements 20, 21, 22, 23, which are connected via bus lines 31 with a central vehicle-bound machine control 30 as evaluation and control electronics.
  • the bus lines 31 are preferably standard CAN bus lines, which can optionally also be secured.
  • the signals provided by the sensors 20, 21 and 22, 23 or the distance values determined are evaluated by the evaluation and control electronics.
  • the machine controller 30 reacts, for example, by reducing the driving speed, followed by an immediate stop of the vehicle and a message to the control room.
  • Vehicle 10 also has four additional sensor elements 24 , 25 , 26 , 27 in the area of its rear side or generally on an opposite side to the side with sensor elements 20 , 21 , 22 , 23 .
  • These can also be optical sensor elements analogous to the optical sensor elements 20, 21, 22, 23, so that the vehicle can or can drive forwards and backwards in the same way. provides collision avoidance for both directions of travel.
  • the additional sensor elements 24, 25, 26, 27 can in principle also be other sensor elements such as are already used in AGVs in the prior art in order to prevent collisions.
  • the vehicle 10 can also be equipped with a sensor system according to DE 10 2018 110 852 A1 in addition to the optical sensor elements 20, 21, 22, 23 provided according to the invention, with this sensor system then preferably also interacting with the evaluation and control electronics.
  • the second exemplary embodiment according to FIG. 2 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 only in the way the sensors are connected.
  • the front sensor elements 20, 21, 22, 23 and the rear sensor elements 24, 25, 26, 27 are first connected via bus lines 31 to sensor interface electronics 40, with the respective sensor interface electronics 40 then being connected via bus lines 31 to a central Machine controller 30 is connected.
  • FIG. 1 thus shows a central connection of the sensor elements to the machine control 30, while FIG. 2 implements a decentralized connection.
  • the third exemplary embodiment according to FIG. 3 differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 again only in the way the sensors are connected.
  • the front sensor elements 20, 21, 22, 23 and the rear sensor elements 24, 25, 26, 27 are initially connected via bus lines 31 to common sensor interface electronics 40, which are then connected via a bus line 31 to a central machine controller 30 .
  • Figure 3 thus again shows a decentralized evaluation of the sensor signals of the front sensor elements 20, 21, 22, 23 and the rear sensor elements 24, 25, 26, 27.
  • the sensor interface electronics 40 and the machine controller 30 are each linked to the vehicle.
  • machine control 30 can also be located remotely from vehicle 10 and, in particular, be connected wirelessly or are in communication with it.
  • Figure 4 shows a schematic diagram of a vehicle in the form of an AGV according to Figure 1, 2 or 3 with marked fields of view ("Field of View” or “FoV”) 50, 51, 52, 53 of the four optical sensor elements 20, 21, 22 , 23 in the front area of the vehicle 10 in horizontal section.
  • Field of View or “FoV”
  • the vehicle 10 is a driverless transport vehicle in the form of a floor-bound conveyor with its own traction drive, which is controlled and guided automatically (AGV) without human interaction.
  • AGV controlled and guided automatically
  • At least one, but preferably all of the optical sensor elements 20, 21, 22, 23 have a field of view 50, 51, 52, 53, which can also be referred to as a detection area or measuring field, which extends horizontally and/or vertically over a viewing angle range of less than 3 degrees.
  • the horizontal viewing angle range is denoted by a, see Figure 4 and Figure 5, and the vertical viewing angle range by a', see Figure 6.
  • the horizontal viewing angle range a and/or the vertical viewing angle range a' is preferably in the range from 0.1 to 1.5 degrees or from 0.5 to 1.5 degrees.
  • Both the vertical and the horizontal viewing angle range a, a′ are particularly preferably less than 3 degrees, preferably in the range from 0.1 to 1.5 degrees or from 0.5 to 1.5 degrees.
  • the fields of view or detection areas 50, 51, 52, 53 each designate the detection or measurement area of the respective optical sensor 20, 21, 22, 23, within which objects, events or changes can be perceived.
  • the optical sensor elements 20 21 22 23 are arranged in pairs on the left and right in the area of the left corner 13 and the right corner 14 of the vehicle 10 in spatial proximity to one another.
  • the optical sensor elements 20 and 21 or 22 and 23 are preferably arranged next to one another or one behind the other or offset from one another.
  • This angle which can also be referred to as elevation angle ⁇ , is preferably in a range from 25 degrees to 60 degrees.
  • Figure 6 shows a schematic diagram of a vehicle in the form of an AGV according to Figure 1, 2, 3, 4 or 5 in a side view showing the elevation angle ß between 25° and 60°, at which the sensors 20, 24 detect, and marked vertical sensor fields of view 50, 54, each with a vertical viewing angle range a '.
  • the exemplary visible sensor element 20 is preferably in the front area or at the corner 13 of the vehicle 10 or generally in the area of a first side of the vehicle 10
  • the exemplary visible sensor element 24 is in the rear area 12 or at the corner 15 of the vehicle 10 or generally in the region of an opposite side of the vehicle 10 from the first side.
  • the two sensor elements 20, 21, 22, 23 arranged in close proximity to one another have lateral or laterally offset fields of view 50, 51, 52, 53.
  • the lateral offset is in each case preferably in the range from 25 mm to 120 mm.
  • the optical sensor elements 20, 21, 22, 23 are each selected or adjusted so that the highest detection sensitivity of the two optical sensor elements 20 and 21 arranged in spatial proximity to one another is in each case at a different wavelength, preferably in the near, non-visible infrared. The same applies to the optical sensor elements 22 and 23 .
  • the highest sensitivity of the first optical sensor element 20 and that of the third optical sensor element 22 is, for example, 905 nm and that of the second optical sensor element 21 and that of the fourth optical sensor element 24, for example
  • the highest sensitivity of the optical sensor elements 20, 21, 22, 23 is in a wavelength range of 600 to 1100 nm.
  • the optical sensor elements 20 , 21 , 22 , 23 are each selected and set in such a way that both sensor elements 20 and 21 or 22 and 23 ensure a measuring distance that is as identical or similar as possible. Together with the different wavelengths of the highest detection sensitivity of the optical sensor elements 20 and 22 as well as 21 and 23, possible collision objects of different sizes and different degrees of reflection are thus also detected almost simultaneously.
  • a deviating vertical alignment of the respective field of view between the sensor elements 20 and 21 as well as 22 and 23 means that a first of the two optical sensor elements 20 , 21 or 22, 23 can detect an obstacle earlier than the second of the two optical sensor elements 20, 21 or 23, 24.
  • the measurement signal from one of the optical sensor elements for example the optical sensor element 20 or 22, which strikes first, from the minimally delayed resulting measurement signals of the optical sensor elements 21 or 24 validated or . be checked for plausibility in order to avoid a possible collision and/or false alarms.
  • a multipixel resolution of the optical sensor elements 20, 21 or 23 and 24 results in an additional plausibility check in that, due to the movement of the AGV, different pixels scan a possible collision object one after the other and thus increase the detection reliability and, in the event of failure of the second sensor element, the detection reliability is nevertheless reliably increased.
  • the same goal namely increasing the reliability of obstacle detection and mutual validation or The use of different wavelength ranges or the use of different wavelengths of the highest detection sensitivity for the optical sensor elements 20 and 22 compared to the optical sensor elements 21 and 24 and/or the lateral and vertical offset of the fields of view 51 compared to 50 or 53 versus 52.
  • the lateral offset allows the validation of signals or measured values of obstacles from the area of the corners 13, 14, 15, 16 of the vehicle, since such obstacles only enter the relevant fields of view 50, 51, 52, 53 at slightly different times .
  • Different wavelength ranges or different wavelengths of the highest detection sensitivity allow the sensor signals or measured values to be assigned to the optical sensor 20, 21, 22, 23 in question, so that it can already be distinguished whether the signal that is reflected and to be processed comes, for example, from the optical sensor element 20 or comes from the optical sensor element 21 .
  • obstacles are not recognized equally well in all wavelength ranges and in all environmental conditions (rain, solar radiation, smoke, fog, ). To counteract this problem, therefore, sensors of different wavelength ranges or different wavelengths of the highest detection sensitivity and at the same time z. B. high immunity to extraneous light.
  • the two sensor elements 20 and 21 or 22 and 23 are set up and interact with the evaluation and control electronics 30, 40 in such a way that the signals or measured values of one of the two sensor elements can be checked for plausibility or validated by signals or the measured values of the other of the two sensor elements.
  • the optical sensor elements 20, 21, 22, 23 are preferably arranged at the corners 13 and 14 in the upper area of the vehicle 10, so that the respective field of view 50, 51, 52, 53, the Sensor elements 20, 21, 22, 23 is unaffected vertically and / or horizontally.
  • Sensor elements 20 and 21, on the one hand, and 22 and 23, on the other hand, located in or near left-hand front corner 13 of vehicle 10 and in or near right-hand front corner 14 of vehicle 10 are more preferably arranged and set up in such a way that they each have a horizontal and/or vertical field of vision 50, 51, 52, 53, which extends over an area in front of the vehicle 10 and also in an area slightly to the side of the vehicle, so that the area around the front corners 13, 14 of the Vehicle 10 can be observed not only in front of vehicle 10 but also somewhat to the side of it.
  • the optical sensor elements 20, 21, 22, 23 preferably have a measuring distance such that obstacles at a horizontal distance of 5 m to 10 m, in particular 3 m to 8 m and at a height of 4 m to 7 m, are safely in front of the vehicle 10 can be recognized.
  • the optical sensor elements 20, 21, 22, 23 each have a detection area or scanning cone area defined by the relevant horizontal and vertical viewing angle area a, a′ and the respective measuring distance, which is preferably rectangular in a section in the lateral direction to the vehicle 10 and perpendicular to the ground (e.g. with an 8 ⁇ 4 pixel matrix), square (e.g. with a 2 ⁇ 2 pixel matrix), circular or elliptical.
  • the visual or measuring fields 50, 51, 52, 53 preferably each extend at an angle of between 25° and 60° relative to the longitudinal axis, directed upwards or to the plane of the vehicle 10 to a surface on which the Vehicle 10 moves over a height that corresponds at least to the height of vehicle 10, see Figure 6.
  • all optical sensor elements 20, 21, 22, 23 each have a field of view or measuring field 50, 51, 52, 53, which extends to a height of at least 6 m or at least 7 m.
  • laser-optical distance, distance and speed sensors are used for the optical sensor elements 20 and 23, preferably a measuring laser with infrared wavelengths of around 905 nm, target laser red 635 nm and a laser pulse transit time method, the measuring range of which is 6 % to 8% is particularly preferably between 8 and 150 m.
  • sensors are preferably used which ensure a measuring distance of up to 10 m with a wavelength of approximately 940 nm.
  • ToF sensors can also be advantageously used in connection with a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) transmitter module with a wavelength of 850 nm.
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser
  • the receiving module preferably consists of an 8 ⁇ 4 pixel matrix. The permanent self-monitoring by means of a test pixel is particularly advantageous with this sensor.
  • Optical sensor elements 20, 21, 23, 24 with a multi-pixel resolution have the advantage that an additional plausibility check is possible as a result of the movement of the AGV, different pixels successively detect a possible collision object and thus ensure detection reliability even if a sensor element fails.
  • the measuring frequency of the optical sensor elements 20, 21, 22, 23 should be at least 100 Hz.
  • a coded signal is preferably used, which is pulsed at a predetermined frequency in order to be recognized by the receiver as a useful signal. The use of a coded signal also serves to suppress the influence of extraneous light.
  • FIG. 7 shows a vehicle 10 approaching an aircraft 100 as an example of an application of the invention.
  • the goal here is to avoid a collision with the wings 120 and/or the engines 110 of the aircraft 100 .
  • a contour detection can also be realized by means of the provided sensor elements 20, 21, 22, 23 and their configuration, so that detected or it can be distinguished whether the vehicle 10 is approaching the wing 120 or the engine 110 .
  • FIG. 8 shows two vehicles 10, 130 driving one behind the other, at least vehicle 10 being designed according to the invention.
  • Both vehicles 10, 130 are preferably designed according to the invention so that both recognize when they are approaching one another and thus avoid a collision or a rear-end collision. This application is important because s AGVs typically have very short braking distances and can stop abruptly, making it easy for a following vehicle to backtrack. This is prevented here.
  • FIG. 9 shows a vehicle 10 detecting a relatively small obstacle in the form of a carrier 140 at a height as a typical application of the invention.
  • Vehicle 10 looks similar to a "lightsaber”.

Landscapes

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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

Fahrzeug und Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines Fahrzeugs mit einem Hindernis
Die Erfindung betri f ft 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 aus zuweichen, 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 Al 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 Obj ekten 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 Al ist ein automatisches Assistenzverfahren für einen Fahrer eines fahrspurgebundenen Fahrzeugs bekannt . Dazu ist auf der Vorderseite des Fahrzeugs links und rechts j eweils 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 Al 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 Ultraschalloder 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 Al bekannt . Das System arbeitet auf Basis einer kapazitiven Sensorik .
Zusammenfassung und Vorteile der Erfindung
Die Erfindung betri f ft ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15 .
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Aus führungs formen 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 Hil fe 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 Lauf zeitmessung 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. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV von oben mit einer ersten Verschaltungskonf iguration .
Die Figur 2 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV von oben mit einer zweiten Verschaltungskonf iguration .
Die Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV von oben mit einer dritten Verschaltungskonf iguration .
Die Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß Figur 1, 2 oder 3 von oben mit nebeneinander angeordneten Sensoren und jeweils mit eingezeichneten vorderen horizontalen Sensorsicht feldern, d. h. im Schnitt parallel zum Untergrund, mit jeweils einem horizontalem Sichtwinkelbereich a.
Die Figur 5 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß Figur 1, 2 oder 3 von oben mit versetzt angeordneten Sensoren und jeweils mit eingezeichneten vorderen horizontalen Sensorsicht feldern, d. h. im Schnitt parallel zum Untergrund, mit jeweils einem horizontalem Sichtwinkelbereich a.
Die Figur 6 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß Figur 1, 2, 3, 4 oder 5 in seitlicher Ansicht mit der Darstellung der zwischen 25° bis 60° liegenden vorzugsweise vorderen und hinteren Höhenwinkel ß , unter denen die Sensoren detektieren, und eingezeichneten vorzugsweise vorderen und hinteren vertikalen Sensorsicht feldern, d . h . im Schnitt senkrecht zum Untergrund, mit j eweils einem vertikalem Sichtwinkelbereich a ' .
Die Figur 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 Figur 8 zeigt zwei Fahrzeuge , die hintereinanderf ahren, wobei eines oder beide erfindungsgemäß ausgebildet sind, als ein Anwendungsbeispiel zur Vermeidung von Kollisionen bzw . Auf f ahrunf ällen der Fahrzeuge .
Die Figur 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 Figur 1 zeigt eine Prinzipski z ze eines ersten Aus führungsbeispiels 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 Transport fahrzeug 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 vorspezi fi zierten 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 Wei se vorwärts wie rückwärts fahren 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 Figuren 1 bis 6 j eweils der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Insbesondere kann das Fahrzeug 10 auch mit einer Sensorik gemäß DE 10 2018 110 852 Al 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 Figur 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 nur durch die Verschaltung der Sensorik. In Figur 2 sind die vorderen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 und die hinteren Sensorelemente 24, 25, 26, 27 über Busleitungen 31 zunächst jeweils mit einer Sensorinterf aceelektronik 40 verbunden, wobei die jeweilige Sensorinterf aceelektronik 40 dann über Busleitungen 31 mit einer zentralen Maschinensteuerung 30 verbunden ist. Figur 1 zeigt somit eine zentrale Anbindung der Sensorelemente an die Maschinensteuerung 30, während Figur 2 eine dezentrale Anbindung realisiert.
Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 erneut nur durch die Verschaltung der Sensorik. In Figur 3 sind die vorderen Sensorelemente 20, 21, 22, 23 und die hinteren Sensorelemente 24, 25, 26, 27 über Busleitungen 31 zunächst mit einer gemeinsamen Sensorinterf aceelektronik 40 verbunden, die dann über eine Busleitung 31 mit einer zentralen Maschinensteuerung 30 verbunden ist. Figur 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 Sensorinterf aceelektroniken 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 Figur 4 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß Figur 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 Transport fahrzeug 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 a bezeichnet, siehe Figur 4 und Figur 5, und der vertikale Sichtwinkelbereich mit a', siehe Figur 6.
Vorzugsweise liegt der horizontale Sichtwinkelbereich a und/oder der vertikale Sichtwinkelbereich a' 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 a, a' 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 ß bezeichnet werden kann, liegt vorzugsweise jeweils in einem Bereich von 25 Grad bis 60 Grad.
Die Figur 6 zeigt eine Prinzipskizze eines Fahrzeuges in Form eines AGV gemäß Figur 1, 2, 3, 4 oder 5 in seitlicher Ansicht mit der Darstellung der zwischen 25° bis 60° liegenden Höhenwinkel ß, unter denen die hier exemplarisch dargestellten Sensoren 20, 24 detektieren, und eingezeichneten vertikalen Sensorsicht feldern 50, 54 mit jeweils einem vertikalem Sichtwinkelbereich a'. In Figur 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 Figur 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 j eweils vorzugsweise im Bereich von 25 mm bis 120 mm .
Die optischen Sensorelemente 20 , 21 , 22 , 23 sind j eweils so ausgewählt bzw . eingestellt , dass die höchste Erkennungssensitivität der beiden sich in räumlicher Nähe zueinander angeordneten optischen Sensorelemente 20 und 21 j eweils 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 vortei lhaft , wenn die höchste Empfindlichkeit der optischen Sensorelemente 20 , 21 , 22 , 23 j eweils in einem Wellenlängenbereich von 600 bis 1100 nm liegt .
Die optischen Sensorelemente 20 , 21 , 22 , 23 sind weiter j eweils 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 Kollisionsobj ekte unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Reflexionsgrads nahezu zeitgleich detektiert . Durch eine zwischen den Sensorelementen 20 und 21 sowie 22 und 23 abweichende vertikale Ausrichtung des j eweiligen 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 Kollisionsob ekt abtasten und somit die Detektionssicherheit erhöhen und bei Aus fall des zweiten Sensorelements die Detektionssicherheit trotzdem sicher st eilen .
Dem gleichen Ziel , nämlich der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Hinderniserkennung und der gegenseitigen Validierung bzw . Plausibilisierung von Sensors ignalen 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 betref fenden Sichtfelder 50 , 51 , 52 , 53 eintreten .
Unterschiedliche Wellenlängenbereiche oder unterschiedliche Wellenlängen der höchsten Erkennungssensitivität erlauben eine Zuordnung der Sensorsignale oder Messwerte zu dem betref fenden 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 j eweilige 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 a, a' 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 Figur 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-Surf ace-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 Mess frequenz 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 Figur 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 Figur 8 zeigt zwei Fahrzeuge 10 , 130 , die hintereinanderf ahren, 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 Auf fahren vermeiden . Diese Anwendung ist insofern wichtig, al s AGVs typischerweise sehr kurze Bremswege haben und abrupt stoppen können, wodurch ein nachfolgendes Fahrzeug leicht auf fährt . Dies wird hier verhindert .
Die Figur 9 zeigt ein Fahrzeug 10 bei der Detektion eines in der Höhe befindlichen, relativ kleinen Hindernisses in Form eines Trägers 140 al s typischer Anwendungs fall der Erfindung . Der Detektionsbereich bzw . Abtastkegelbereich des
Fahrzeuges 10 sieht dabei ähnlich wie ein „Lichtschwert" aus .
Bezugszeichenliste
10 Fahrzeug, AGV, Roboter Fahrzeug
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

Claims

Patentansprüche
1. 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 (a, a') von weniger als 3 Grad haben .
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug (10) ein fahrerloses Fahrzeug mit eigenem Fahrantrieb ist, das automatisch und ohne menschliche Interaktion gesteuert wird.
3. 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 (a, a') im Bereich von 0,1 bis 1,5 Grad, insbesondere 0,5 Grad bis 1,5 Grad, haben.
4. 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 (a, a') 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.
5. 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 (a, a') 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.
6. 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 .
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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. 22
12. 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 .
13. 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.
14. 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.
15. 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 (a, a') von weniger als 3 Grad 23 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.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Fahrzeug (10) ein Fahrzeug gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 ist.
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