ES2272597T3 - Dispositivo para el reconocimiento de un peligro de colision entre dos objetos moviles relativamente entre si, especialmente vehiculos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para el reconocimiento de un peligro de colisión entre al menos dos objetos móviles relativamente entre sí, en el que en cada objeto se pueden instalar una disposición de emisión para la emisión de una radiación óptica en la región infrarroja o en la región visible en todas las direcciones y una disposición de recepción para esta radiación óptica, caracterizado porque - la disposición de recepción instalada en cada objeto para cada cuadrante del sistema de coordenadas del objeto está constituida por al menos dos receptores planos, que están dispuestos bajo un ángulo determinado entre sí, - en cada objeto está previsto un control, que activa la disposición de recepción a intervalos de tiempo, y - en cada objeto está previsto un procesador de señales, que calcula, a partir de las señales de salida de la disposición de recepción, sobre la base de su curva característica de recepción, la distancia de los objetos y el ángulo de posición de los objetos y con un ángulo de posición constante en el tiempo y a medida que se reduce la distancia de los objetos, genera una seña de colisión, - la radiación óptica emitida desde la disposición de emisión de un objeto (F1) es recibida y evaluada por la disposición de recepción de otro objeto (F2).
Description
Dispositivo para el reconocimiento de un peligro
de colisión entre dos objetos móviles relativamente entre sí,
especialmente vehículos.
La invención se refiere a un dispositivo para el
reconocimiento de un peligro de colisión entre dos objetos móviles
relativamente entre sí, en el que en cada objeto están montadas una
disposición de emisión para la emisión de una radiación óptica en
la zona infrarroja o visible en todas las direcciones y una
disposición de recepción para esta radiación óptica.
Se conoce un dispositivo de este tipo a partir
del documento US-A-5.819.008.
Se conoce a partir del documento
EP-A-0 952 459 otro dispositivo para
el reconocimiento de un peligro de colisión de un objeto con otro
objeto, en el que en el objeto, por ejemplo un vehículo, está
prevista una disposición de emisión para una radiación óptica, con
la que se supervisa el entorno del objeto, y que es reflejada
cuando incide sobre un objeto en el entorno y es recibida por una
disposición de recepción montada en el objeto. A partir de esta
reflexión se deduce un peligro de colisión. En este dispositivo no
se trata de un dispositivo que trabaja de forma interactiva, en el
que varios objetos móviles se pueden comunicar entre sí.
Un dispositivo del tipo mencionado al principio
sirve para proteger objetos móviles relativamente entre sí contra
una colisión, siendo reconocido de forma precoz y automática un
peligro de colisión y siendo tomadas las contra medidas
correspondientes.
Especialmente en el sector de las instalaciones
de producción industriales circulan, en efecto, sobre el terreno de
la fábrica así como en las naves de almacenamiento o de producción
vehículos de diferente tipo, que se emplean, entre otras cosas,
para el transporte de piezas de construcción y piezas de
fabricación. En este caso, se trata de carretillas de horquilla
elevadora o vehículos similares. Durante el empleo de estos
vehículos existe siempre un cierto peligro de colisión y, en
concreto, de los vehículos entre sí así como de los vehículos
frente a cuerpos de construcción estacionarios dentro de estas
zonas. Numerosos accidentes, en parte, graves son atribuibles cada
año a colisiones de este tipo.
El cometido en el que se basa la invención
consiste en indicar un dispositivo del tipo mencionado al
principio, con el que es posible reconocer de forma automática y
precoz un peligro de colisión.
Este cometido se soluciona de acuerdo con la
invención a través de la configuración que se indica en la
reivindicación 1.
Los desarrollos y las configuraciones preferidas
del dispositivo de acuerdo con la invención son objeto de las
reivindicaciones 2 a 5.
A continuación se describen en detalle ejemplos
de realización especialmente preferidos de la invención con la
ayuda del dibujo adjunto. En este caso:
La figura 1 muestra en una representación
esquemática una situación, en la que existe el peligro de una
colisión de dos vehículos.
La figura 2 muestra los vehículos representados
en la figura 1 y sus movimientos relativos en el sistema de
coordenadas de uno de los vehículos.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques de
una disposición de sensor con un emisor óptico, con receptores
ópticos y con una parte de procesamiento de señales en el ejemplo de
realización del dispositivo de acuerdo con la invención.
La figura 4 muestra una curva característica de
la radiación del emisor óptico en el dispositivo representado en la
figura 3.
La figura 5 muestra la curva característica de
recepción de cuatro campos de fotodiodos ortogonales en el
dispositivo representado en la figura 3.
La figura 6 muestra la disposición de diodos
emisores para la consecución de una distribución constante de la
intensidad de la radiación en el dispositivo representado en la
figura 3.
La figura 7a muestra la disposición ortogonal de
los fotodiodos de un receptor óptico en el dispositivo representado
en la figura 3.
La figura 7b muestra un ejemplo de realización
de un campo de fotodiodos que está constituido por una pluralidad
de fotodiodos.
\newpage
La figura 8a muestra una curva de tiempo de la
señal de emisión para la modulación de un diodo luminoso o diodo
láser para el dispositivo representado en la figura 3.
La figura 8b muestra los impulsos de partida de
un amplificador de transimpedancia en el dispositivo representado
en la figura 3 y
La figura 9 muestra el diagrama eléctrico de un
receptor óptico que está constituido por campos de fotodiodos y
amplificadores de transimpedancia en el dispositivo representado en
la figura 3.
A continuación se representa y analiza en primer
lugar con la ayuda de las figuras 1 y 2 la situación, en la que
existe un peligro de colisión, por ejemplo, entre dos vehículos F1 y
F2, que se pueden mover uno hacia el otro con velocidades absolutas
v1 y v2.
A tal fin, de acuerdo con la figura 2, se supone
que el vehículo F1 representado en la figura 1 está en reposo, de
manera que el vehículo F2 se mueve en el sistema de coordenadas del
vehículo F1 en reposo con una velocidad relativa de aproximación v
= v1 - v2 hacia el vehículo F1. Otra hipótesis consiste en que ambos
vehículos están, por decirlo así, en forma de puntos, es decir que
se suponen con dimensiones muy pequeñas. Los tamaños reales de los
vehículos se tienen en cuenta en la práctica entonces sobre
tolerancias correspondientes.
La velocidad relativa v entre ambos vehículos F1
y F2 es un vector, que se puede representar como variable compleja
de la siguiente manera:
(1)v = V \ exp
\
(j\Phi)
Cuando el vehículo F2 tiene con respecto al
vehículo F1, es decir, en su sistema de coordenadas, las
coordenadas de posición x0 e y0, entonces resulta la distancia s
entre los dos vehículos F1 y F2 como:
(2)s = (x0^{2}
+
y0^{2})^{1/2}
De acuerdo con la figura 2 se deduce que existe
un peligro de colisión cuando el ángulo \Phi del vector de
velocidad v corresponde al ángulo predeterminado a través de x0 e
y0:
(3)\alpha =
arctan \ y0 /
x0
es decir, cuando es \alpha =
\Phi y la distancia s, teniendo en cuenta \Phi, es menor. Esto
significa que con una distancia s1 con respecto a un instante t1 y
un ángulo \alpha1 con respecto a un instante t2 > t1, las
condiciones para un peligro de colisión
son:
(4)s2 (t2)
< s1 (t1)
\hskip0.5cmy
\hskip0.5cm\alpha 2 (t2) = \alpha 1 (t1)
con \Deltat = t2 - t1; \Deltas
= s2 - s1 y \Delta\alpha = \alpha2 - \alpha1, se puede
escribir la ecuación (4)
como:
(5)V = \Delta
s / \Delta t < 0
\hskip0.5cmy
\hskip0.5cm\Delta\alpha / \Delta t = 0
\Delta\alpha/\Deltat es en
este caso la velocidad angular del vehículo F2 con relación al
vehículo
F1.
Por lo tanto, para supervisar y reconocer
continuamente el peligro de colisión, a partir de las ecuaciones
(4) y (5) se deduce que la distancia s y el ángulo de posición
\alpha entre los dos vehículos F1 y F2 deben medirse y
determinarse de forma continua. Además, hay que tener en cuenta que
a partir del reconocimiento de un peligro de colisión deben sacarse
consecuencias, por ejemplo deben iniciarse procesos de frenado, lo
más tarde cuando, existiendo al mismo tiempo un peligro de colisión,
se ha conseguido una distancia mínima smin entre los dos vehículos,
que corresponde, por ejemplo, a la distancia de frenado:
(6)S_{min} =
V^{2} /
2b
donde b significa el retardo de
frenado del vehículo
F2.
Anteriormente se ha representado la situación
desde el punto de vista del vehículo F1, que se ha considerado en
reposo. La misma visión resulta, naturalmente, también desde la
perspectiva del vehículo F2 parado, cuando éste se considera con su
sistema de coordenadas en reposo y se contempla el movimiento del
vehículo F1 en el sistema de coordenadas del vehículo F2. Por lo
tanto, todas las manifestaciones respectivas se aplican de una
manera idéntica para ambos vehículos.
Para un procedimiento y un dispositivo para el
reconocimiento de un peligro de colisión, que funcionan de acuerdo
con el principio anterior, se aplica, por lo tanto, que se miden de
una manera continua la distancia y el ángulo de posición de los
vehículos entre sí y que, además, deben determinarse la velocidad
relativa y la velocidad angular.
Un ejemplo de realización preferido, con el que
es posible realizar esto con alta fiabilidad y que se puede
realizar con costes reducidos, es un sistema óptico, que trabaja en
la zona infrarroja y que está constituido en cada caso de la manera
representada en la figura 3, por instalaciones de emisión y de
recepción en forma de diodos luminosos o bien fotodiodos en cada
vehículo. La situación representada en la figura 3 muestra el caso
en el que, por ejemplo, un emisor óptico OS en el vehículo F1 emite
una radiación, por ejemplo, una radiación óptica en la región
infrarroja, que es recibida por receptores en el vehículo F2. Pero
también es posible una configuración, que trabaja con una radiación
óptica en la región visible.
Como se representa en la figura 3, la radiación
del sensor óptico OS en el vehículo F1 es recibida por los
receptores OE1 a OE4 en el vehículo F2 y es convertida en una señal
u1 a u4 correspondiente de la tensión de salida. Estas señales de
salida u1 a u4 se encuentran en un multiplexor MUX, a continuación
del cual está conectado un convertidor analógico a digital, cuya
señal de salida se encuentra en un microcontrolador \muC, que
lleva a cabo la evaluación de las señales y genera señales de
control correspondientes.
Puesto que los ángulos de posición entre los
vehículos F1 y F2 pueden estar entre 0º y 360º, el sensor óptico OS
debe tener una distribución del campo remoto lo más independiente
del ángulo posible, es decir, una intensidad de radiación I
constante, como se representa en la figura 4. Es decir, que los
vehículos F1 y F2 irradian a través de sus emisores ópticos OS en
todas las direcciones la misma potencia luminosa.
Para calcular en el vehículo que recibe la
radiación la distancia entre los vehículos y los ángulos de
posición del vehículo emisor, está prevista la disposición
representada en la figura 5, que está constituida por cuatro
receptores ópticos OE1 a OE4, dispuestos ortogonalmente entre sí,
con una curva característica de recepción 1 a 4 respectiva de forma
circular, que forman un sistema, con el que se pueden obtener
informaciones sobre la distancia s y el ángulo de posición \alpha
en combinación con la curva característica de radiación del emisor
óptico OS.
De una manera preferida, a cada cuadrante del
sistema de coordenadas está asociada una pareja de receptores
ópticos, por ejemplo la pareja de receptores OE1 y OE2. La tensión
de salida de los receptores ópticos es proporcional a la curva
característica de recepción correspondiente, La radiación que
procede desde el vehículo emisor bajo el ángulo de posición
\alpha conduce, por lo tanto, a tensiones de salida u1 y u2 de los
receptores OE1 y OE2, que corresponden a los puntos P1 y P2 en la
figura 5 y a partir de los cuales se pueden formar, en virtud de
las relaciones siguientes
(7)u1 = C \
cos \ \alpha/s^{2}
\hskip0.5cmy
\hskip0.5cmu2 = C \ sen\alpha/s2
las informaciones necesarias sobre
la distancia de los vehículos y los ángulos de posición, puesto que
C es una
constante.
La ecuación (7) se deduce a partir de la ley de
la distancia cuadrática y la curva característica de recepción de
forma circular de los receptores, que se representa en la figura 5.
Ésta corresponde de una manera similar a la curva característica de
un radiador de Lambert, en el caso de que los elementos de recepción
ópticos superficiales sean utilizados, por ejemplo, como fotodiodos
planos o campos de fotodiodos.
A partir de la ecuación (7) se deduce como
información relevante en el primer cuadrante para s y \alpha:
(8)s = C^{1/2}
/ (u1^{2} + u2^{2}/ ^{1}/_{4}
\hskip0.5cmy
\hskip0.5cm\alpha = arctan (u2 / u1)
De una manera similar a ello, se forman estas
variables para los otros cuadrantes. Las cuatro tensiones de
partida u1 a u4 pasan a través del multiplexor MUX y a través del
convertidor analógico a digital en la figura 3 hacia el
microcontrolador \muC, que calcula las variables indicadas en la
ecuación 8 y que anuncia un peligro de colisión de acuerdo con los
criterios de las ecuaciones 4, 5 y 6 o bien genera una señal de
frenado o de parada correspondiente.
La estructura básica descrita anteriormente del
dispositivo de acuerdo con la invención se describe más en
particular a continuación.
Como se representa en la figura 6, el emisor
óptico está constituido por una serie de diodos luminosos
infrarrojos LED o diodos láser LD dispuestos en forma de círculo,
que tienen una curva característica de radiación determinada. En el
caso de diodos luminosos sencillos y, por lo tanto, de coste
favorable, ésta corresponde a la curva característica de forma
circular de un radiador Lambert, como se representa en la figura 6.
En el caso de que todos los diodos sean regulados a una potencia
luminosa de la misma magnitud y constante, resulta entonces a
través de la superposición de todas las curvas características
individuales en el campo remoto una distribución constante de la
intensidad de la radiación I = const. En este caso, se modulan todos
los diodos luminosos con la señal en forma de impulso representada,
por ejemplo, en la figura 8a, con lo que de una manera ventajosa se
pueden conseguir potencias punta muy altas debido a una relación
reducida de impulso/pausa o relación de exploración. Otra ventaja de
esta modulación consiste en que se asocia solamente una división de
tiempo muy corta a los vehículos individuales, con lo que se pueden
detectar también otros vehículos amenazados de colisión en el
tiempo fuera de los impulsos de emisión. Una relación de exploración
típica es, por ejemplo, 0,5%. De esta manera, se pueden conseguir
en los diodos de emisión potencias puntas muy altas, con lo que se
obtienen relaciones altas entre señal y ruido con relación a las
amplitudes de impulsos recibidas. Esto es ventajoso frente a las
señales de interferencia que actúan, como por ejemplo el ruido
provocado por luz extraña en los receptores ópticos.
La configuración del sistema de recepción de la
figura 5 con las características necesarias se representa, en
particular, en la figura 7. La figura 7a muestra cuatro fotodiodos o
campos de fotodiodos planos dispuestos en cada caso de una manera
preferida en ángulo recto entre sí. Cada receptor parcial óptico
tiene la curva característica Lambert de forma circular necesaria
de la figura 5. Un campo que está constituido por varios diodos
individuales tiene en este caso la ventaja de una realización de
coste muy favorable del receptor óptico.
Un punto de vista importante es en este caso la
variable de la superficie de recepción utilizada del receptor
óptico o convertidor. En principio, se consigue una relación entre
señal y ruido tanto mayor y, por lo tanto, una distancia con
respecto a los vehículos que se puede puentear tanto mayor cuanto
mayor es esta superficie de recepción. Sin embargo existen límites
en el sentido de que a medida que aumenta la superficie de los
fotodiodos, se incrementa también su capacidad de capa límite. Para
realizar una superficie lo más grande posible, deben acoplarse, por
lo tanto, los fotodiodos con un amplificador de transimpedancia de
muy baja impedancia, que tiene la estructura representada en la
figura 9, de manera que se compensa la influencia de la alta
capacidad. De esta manera se pueden activar entonces campos de
diodos de superficie relativamente grande, que conducen de nuevo a
relaciones altas entre señal y ruido y, por lo tanto, garantizan un
funcionamiento seguro en la práctica. En la figura 9 se representa
a modo de ejemplo un campo de fotodiodos, que está constituido por
cinco fotodiodos.
La figura 8b muestra, por último, los impulsos
de salida de la estructura descrita anteriormente, cuyos valores
punta son procesados entonces en la unidad de procesamiento de
señales digitales conectada según la figura 3 de acuerdo con los
algoritmos de las ecuaciones 4, 5, 6 y 8. El intervalo de tiempo
\Deltat está predeterminado en este caso, por ejemplo, a través
del periodo del impulso de las señales de emisión.
Las disposiciones descritas anteriormente están
dispuestas de una manera idéntica en todos los objetos o vehículos
en cuestión, de manera que en cada vehículo se puede supervisar el
espacio exterior para determinar si existe peligro de colisión.
Solamente en el caso de cuerpos estructurales estacionarios, no es
necesaria la disposición de recepción con unidad de evaluación
conectada a continuación, aquí es suficiente prever un sensor
óptico correspondiente.
En lo que precede, se han descrito ejemplos de
realización del procedimiento de acuerdo con la invención y del
dispositivo de acuerdo con la invención, que están destinados para
el reconocimiento de un peligro de colisión entre dos vehículos que
se mueven en el mismo plano, es decir, de forma bidimensional. Las
configuraciones correspondientes son posibles sin más también para
el caso tridimensional, es decir, para el reconocimiento de un
peligro de colisión entre vehículos, que se mueven en el espacio
tridimensional. A tal fin, solamente es necesario, por ejemplo,
prever, en lugar de características de radiación de forma circular
de los cuerpos radiadores, características de radiación
correspondientes de forma esférica y en lugar de cuatro receptores
ópticos, como se representa en la figura 7a, prever en el lado
superior y en el lado inferior otros dos receptores ópticos, que es
decir, en total seis receptores ópticos con curva característica de
recepción esférica. Las ecuaciones a resolver para la determinación
del ángulo de posición y de la distancia tienen entonces tres
incógnitas, que se pueden calcular de una manera similar a la
ecuación (7) a partir de tensiones de partida de tres receptores,
que reciben la radiación del vehículo emisor en el espacio
tridimensional.
Claims (5)
1. Dispositivo para el reconocimiento de un
peligro de colisión entre al menos dos objetos móviles relativamente
entre sí, en el que en cada objeto se pueden instalar una
disposición de emisión para la emisión de una radiación óptica en
la región infrarroja o en la región visible en todas las direcciones
y una disposición de recepción para esta radiación óptica,
caracterizado porque
- -
- la disposición de recepción instalada en cada objeto para cada cuadrante del sistema de coordenadas del objeto está constituida por al menos dos receptores planos, que están dispuestos bajo un ángulo determinado entre sí,
- -
- en cada objeto está previsto un control, que activa la disposición de recepción a intervalos de tiempo, y
- -
- en cada objeto está previsto un procesador de señales, que calcula, a partir de las señales de salida de la disposición de recepción, sobre la base de su curva característica de recepción, la distancia de los objetos y el ángulo de posición de los objetos y con un ángulo de posición constante en el tiempo y a medida que se reduce la distancia de los objetos, genera una seña de colisión,
- -
- la radiación óptica emitida desde la disposición de emisión de un objeto (F1) es recibida y evaluada por la disposición de recepción de otro objeto (F2).
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque la disposición de emisión y los
receptores de la disposición de recepción tienen en cada caso
curvas características de forma circular o bien de forma
esférica.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque las disposiciones de emisión
están constituidas por diodos luminosos y las disposiciones de
recepción están constituidas por fotodiodos.
4. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por un intervalo de
exploración de la activación corto para la disposición de
emisión.
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizado porque el intervalo de exploración de la
activación en 0,5% aproximadamente.
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| EP1249711A3 (de) | 2003-12-03 |
| EP1249711B1 (de) | 2006-08-30 |
| ATE338281T1 (de) | 2006-09-15 |
| DE10117694A1 (de) | 2003-02-13 |
| EP1249711A2 (de) | 2002-10-16 |
| DE50207967D1 (de) | 2006-10-12 |
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