DE102010028911A1

DE102010028911A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102010028911A1
Application number: DE201010028911
Authority: DE
Inventors: Martin Gustmann; Manfred Gerdes; Christian Schmidt; Ralf Becker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-17

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs (100), insbesondere eines Gabelstaplers, vorgeschlagen. Das Verfahren weist einen Schritt des Bestimmens einer voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn (103) des Fahrzeugs und einen Schritt des Erkennens einer Kollisionsgefahr (745) des Fahrzeugs (100) mit einem sich in einem Bereich der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn befindlichen Hindernis (740) oder eines Verlassens der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn (103) durch das Fahrzeug (100), basierend auf einer Information über eine Umgebung des Fahrzeugs (100), auf.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs, auf eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt sowie auf einen Gabelstapler.
Die DE 10 2005 052 634 A1 befasst sich mit einem Verfahren zur Fahrerunterstützung bei Durchfahrten durch eine Engstelle. Befindet sich vor einem Fahrzeug eine Engstelle, so wird eine Durchfahrtsbreite ermittelt und es werden dem Fahrer unterstützende Maßnahmen zur Durchfahrt der Engstelle ausgegeben.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und ein Gabelstapler gemäß den unabhängigen Patentansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Kern der vorliegenden Erfindung ist eine Assistenzfunktion zur Spurhaltung, die einen Fahrer eines Fahrzeugs bei einer Gefahr des Verlassens der Spur oder bei einer Kollisionsgefahr visuell, akustisch oder haptisch warnt oder aber eine teilautonome Fahrt, beispielsweise durch Hochregalreihen, Lagerhallen und über Parkplätze, ermöglicht. Hierbei soll der Fahrer durch eine automatische Erkennung der Fahrspur und der möglichen Fahrgeschwindigkeit von Lenk- und Fahraufwand entlastet werden und kann sich daher stärker der Beobachtung des Fahrumfeldes widmen, womit er auftauchende Hindernisse, wie Fußgänger oder andere Fahrzeuge, frühzeitiger erkennen kann. Im Falle eines Gabelstaplers (Fork-Lift-Truck; FLT) kann mittels des erfindungsgemäßen Ansatzes das Gesichtsfeld des Fahrers auch bei einer sichtversperrenden Beladung der Gabel erweitert werden, wodurch der Fahrer gerade bei einer hoch gehobenen Last unterstützt wird.
Erfindungsgemäß kann eine Bahnerkennung über eine Umfeldsensorik, z. B. Videosysteme, Ultraschallsensoren, Radarsensoren oder Laserscanner durchgeführt werden. Basierend auf den Daten der Umfeldsensorik oder anderen Informationen kann eine Trajektorienplanung geradeaus, bei Kurvenfahrten oder beim Rangieren durchgeführt werden. Eine optionale Visualisierung der Bahn für den Fahrer ist möglich. Ferner kann eine visuelle, akustische oder haptische Warnung des Fahrers bei der Gefahr des Verlassens der Bahn oder der Kollision mit einem Hindernis, z. B. einem Regal, erfolgen. Eine Bahnregelung kann mit Hilfe von Eingriffen in die Lenkung und in den Antriebsstrang des Fahrzeugs durchgeführt werden.
Der erfindungsgemäße Ansatz weist eine Reihe von Vorteilen auf. So bleibt der Fahrer immer in der Verantwortung, wird aber entlastet und unterstützt. Gerade ein Gabelstapler neigt bei Geradeausfahrt vorwärts zum Schlingern. Dies kann mittels einer erfindungsgemäßen Bahnregelung kompensiert werden, wodurch der Fahrer entlastet wird. Auch kann bei einer Trajektorienplanung das starke Ausschwenken eines Fahrzeugbereichs, beispielsweise des Gabelstapler-Hecks, bei Kurvenfahrten und beim Rangieren berücksichtigt werden. Dies ist vorteilhaft, da durch das Ausschwenken häufig Beschädigungen entstehen. Durch eine ad hoc Sensierung des Fahrbahnverlaufes kann das Problem nicht optimaler Aktualität von abgelegtem Kartenmaterial umgangen werden. Vorteilhafterweise ist auch eine hohe Flexibilität durch die Warnung oder Teilautonomie gegeben, wodurch der Fahrer jederzeit umplanen und eingreifen kann. Im Falle des Gabelstaplers können Lasten auf der Gabel das Sichtfeld des Fahrers einschränken. Erfindungsgemäß kann eine Visualisierung der Fahrspur erfolgen. Damit ist der Fahrer dann trotz des eingeschränkten Sichtfelds in der Lage, Vorwärtsfahrten mit deutlich reduziertem Gefährdungspotential durchzuführen. Durch eine Anbringung der Visualisierungssysteme kann die Einbringung von Lasten in Regale besonders unterstützt werden. Die Systemkosten lassen sich, z. B. durch die Anzahl der eingefügten Kameras, skalieren. Dadurch kann auch der Funktionsumfang skaliert werden. Neben reinen Kamerasystemen sind auch weitere bzw. andere Systemausbaustufen denkbar, in denen Sensordaten von Radarsensoren und Ultraschallsensoren benutzt werden. Dazu können beispielsweise Radarsensoren eingesetzt werden, die vom ACC-System (Adaptive Cruise Control) bekannt sind und es können Ultraschallsensoren eingesetzt werden, die von Parkassistenzsystemen bekannt sind. Eine alternative oder ergänzende Nutzung von scannenden Systemen auf Basis von Lasersensoren ist ebenso denkbar. Die Umfeldsensoren können auch beweglich angeordnet bzw. ständig rotierend sein. Die Bewegung der Umfeldsensoren könnte auch einer Fahrersteuerung unterworfen werden. Die Auswertung kann auf diese Bewegung in spezieller Art und Weise reagieren, z. B. eine vollständige Raumkarte ständig aktualisieren.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Kombination einer Umfeldsensorik mit einer Bewegungshypothese, beispielsweise basierend auf der Stellung der Hinterräder eines Gabelstaplers, um zwischen kritischen und unkritischen Hindernissen unterscheiden zu können. Bei unkritischen Hindernissen kann das Fahrzeug, also beispielsweise der Gabelstapler, vorbeifahren. Im Fall einer potenziellen Kollisionsgefahr kann das System den Fahrer warnen und zusätzlich oder alternativ selbsttätig eingreifen. Beim selbsttägigen Eingreifen kann das System den Gabelstapler bei der entsprechenden Stellung der Räder nicht anfahren lassen oder ihn einbremsen.
Aus der Kombination der Umfeldsensorik und einer Bewegungshypothese lassen sich zwei Funktionen ableiten. Einerseits eine Anfahrverhinderung und andererseits ein Bremseingriff bis zum Stillstand. In Abhängigkeit der Sensoriksichtweite lassen sich beide Funktionen mehr oder weniger gut realisieren, da die Sichtweite für eine Anfahrverhinderung gleichzeitig auch die minimalste Sichtweite darstellt, die für ein funktionierendes System nötig ist. Je weiter die Vorausschau ist, desto besser kann auch der Bremseingriff realisiert werden.
Der erfindungsgemäße Ansatz lässt sich generell bei Fahrzeugen, jedoch besonders vorteilhaft auch bei einem Gabelstapler einsetzen. Der Gabelstapler hat als Hilfsmittel im innerbetrieblichen Transportwesen heute eine sehr weite Verbreitung gefunden. Dadurch ist leider auch die Zahl der leichten und schweren Unfälle gestiegen. Um dem entgegenzuwirken kann der Stapler mit einem Sicherheits- und Antikippsystem ähnlich dem vom Automobil bekanntem ESP mit Rollover-Mitigation ausgestattet werden.
Des Weiteren kann der Stapler auch mit verschiedenen Assistenzsystemen versehen werden, die dem Fahrer den Umgang und die Kontrolle des Gefahrenbereichs um den Stapler erleichtern, ihn aber letztlich in der Verantwortung lassen. Eine Möglichkeit ist beispielsweise eine Überwachung des Rückraums eines klassischen Gegengewichtsgabelstaplers, da insbesondere dieser Bereich vom Fahrer schlecht eingesehen und bei zyklischen Fahrten häufig unzureichend beobachtet wird. Erfindungsgemäß können solche Systeme noch mit einer gewissen Intelligenz versehen werden. So kann z. B. ein Anfahren des Staplers verhindert werden oder der Stapler kann automatisch eingebremst werden, um eine Kollision zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Gabelstaplers, das die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn des Fahrzeugs; und Erkennen einer Kollisionsgefahr des Fahrzeugs mit einem sich in einem Bereich der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn befindlichen Hindernis oder eines Verlassens der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn durch das Fahrzeug, basierend auf einer Information über eine Umgebung des Fahrzeugs.
Bei der Bewegung des Fahrzeugs kann es sich um eine Vorwärtsfahrt oder um eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs handeln. Das Fahrzeug kann typischerweise außerhalb markierter Fahrbahnen oder Straßen bewegt werden, beispielsweise in Lagerhallen oder auf Verladeplätzen. Demnach kann es sich bei der Bewegungsbahn um einen Bewegungsverlauf oder eine Bewegungstrajektorie des Fahrzeugs handeln, die nicht entlang einer markierten Fahrspur verläuft. Die Bewegungsbahn kann eine oder mehrere Kurvenverläufe aufweisen und eine Prognose für eine zukünftige Bewegung des Fahrzeugs darstellen. Die Bewegungsbahn kann dabei eine Länge von einem oder einigen Metern aufweisen. So kann die Bewegungsbahn einem Fahrabschnitt eines Rangiervorganges entsprechen, bei dem mehrere Fahrabschnitte mit jeweils entgegengesetzter Fahrtrichtung aneinandergereiht werden. Auch kann die Bewegungsbahn eine längere Strecke zu einem Zielpunkt des Fahrzeugs definieren. Der Zielpunkt kann durch eine Bedienperson des Fahrzeugs vorgegeben sein oder sich aus einer aktuellen Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ergeben. Die Bewegungsbahn kann basierend auf einer vorangegangenen Bewegung des Fahrzeugs, basierend auf aktuellen die Fahrtrichtung beeinflussenden Fahrzeugparametern oder basierend auf Voreinstellungen eines Fahrers des Fahrzeugs bestimmt werden. Die Fahrzeugparameter können beispielsweise eine Information über einen Lenkeinschlag, die Wahl eines Vorwärtsganges oder eines Rückwärtsganges sowie weitere Parameter umfassen, die einen Hinweis auf eine zukünftige Bewegungsrichtung des Fahrzeugs geben. Die Information über die Umgebung des Fahrzeugs kann eine Information repräsentieren, die von einer Umfeldsensorik erfasst wird. Die Umfeldsensorik kann am Fahrzeug oder in der Fahrzeugumgebung angeordnet sein. Die Umfeldsensorik kann beispielsweise jeweils eine oder mehrere Bilderfassungseinrichtungen, Kameras, Radareinrichtungen, Lidareinrichtungen, Ultraschalleinrichtungen oder ähnliches umfassen. Die Umfeldsensorik kann mehrere Einrichtungen umfassen, die an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs angeordnet sind und unterschiedliche oder sich teilweise überlappende Erfassungsbereiche aufweisen. Mittels der Umfeldsensorik können Konturen der Umgebung erfasst und ausgewertet werden. Es können Bereiche der Umgebung erkannt werden, die für das Fahrzeug frei befahrbar sind und es können Bereiche erkannt werden, die für das Fahrzeug nicht befahrbar sind, weil sich beispielsweise ein Hindernis darin befindet. Mittels einer geeigneten Bildauswertung können sowohl befahrbare Bereiche wie auch Hindernisse erkannt werden. Die Information über die Umgebung des Fahrzeugs kann fortlaufend bereitgestellt werden. Dabei kann die Information sowohl vor als auch nach dem Bestimmen der voraussichtlichen Bewegungsbahn ermittelt und bereitgestellt werden. Die Kollisionsgefahr kann dann gegeben sein, wenn ein Hindernis erkannt wird, das sich direkt auf der Bewegungsbahn des Fahrzeugs befindet. Die Kollisionsgefahr kann auch dann gegeben sein, wenn ein Hindernis erkannt wird, dass sich direkt neben der Bewegungsbahn des Fahrzeugs befindet und ein Zusammenstoß des Fahrzeugs mit dem Hindernis möglich ist, wenn das Fahrzeug geringfügig von der voraussichtlichen Bewegungsbahn abweicht. Dazu kann ein Unsicherheitsbereich um die voraussichtliche Bewegungsbahn definiert sein. Die Kollisionsgefahr kann erkannt werden, bevor sich das Fahrzeug in Bewegung setzt oder während sich das Fahrzeug bewegt. Das Verlassen der Bewegungsbahn kann erkannt werden, wenn das Fahrzeug von der Bewegungsbahn abweicht und dabei eine vorgegebene erlaubte Abweichung überschreitet. Um das Verlassen zu erkennen, kann eine Position des Fahrzeugs während der Fahrt des Fahrzeugs fortlaufend bestimmt werden, und mit der im Voraus bestimmten voraussichtlichen Bewegungsbahn verglichen werden. Befindet sich eine aktuelle Position des Fahrzeugs außerhalb der voraussichtlichen Bewegungsbahn oder außerhalb eines Unsicherheitsbereiches um die voraussichtliche Bewegungsbahn herum, so kann dies als ein Verlassen der Bewegungsbahn gewertet werden.
Eine Geschwindigkeit der Bewegung des Fahrzeugs kann so niedrig sein, dass die voraussichtliche gekrümmte Bewegungsbahn kreisförmig ist. Niedrige Geschwindigkeit kann dabei bedeuten, dass der Querschlupf der Räder des Fahrzeugs vernachlässigbar klein ist. Bei einer entsprechend niedrigen Geschwindigkeit ist die Ackermann-Bedingung als Abrollbedingung der Räder erfüllt und eine die Bewegungsbahn kennzeichnende Solltrajektorie ergibt sich in besonders einfacher Weise als Kreis. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Ansatz bei Geschwindigkeiten umgesetzt werden, die kleiner als 5 m/s sind. Die Geschwindigkeit kann konstant sein oder sich aufgrund einer Beschleunigung oder eines Abbremsens des Fahrzeugs verändern. Beispielsweise kann die Bewegung des Fahrzeugs aus dem Stand heraus erfolgen, so dass die Geschwindigkeit zu Beginn 0 m/s beträgt und anschließen ansteigt. Es kann sich bei der Bewegung demnach auch um ein Manöver mit Start von der Geschwindigkeit 0 m/s aus handeln.
Die Bewegungsbahn kann beispielsweise basierend auf einer Radstellung zumindest eines Rades des Fahrzeugs bestimmt werden. Bei dem Rad kann es sich um ein Vorderrad, ein Hinterrad oder auch um ein Lenkrad des Fahrzeugs handeln. Aus einem Lenkwinkel des Rades kann auf eine zukünftige Bewegung des Fahrzeugs geschlossen werden. Aus einer aktuellen Radstellung kann eine Information über eine unmittelbar bevorstehende Bewegungsbahn des Fahrzeugs bestimmt werden. Dazu können zusätzlich Informationen ausgewertet werden, die beispielsweise die Fahrtrichtung des Fahrzeugs anzeigen, also beispielsweise ob sich das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts bewegt. Somit kann insbesondere eine das unmittelbare Umfeld des Fahrzeugs betreffende Bewegungsbahn vorausbestimmt werden. In diesem Fall kann die Bewegungsbahn bei einem stillstehenden Fahrzeug bestimmt werden, also bevor sich das Fahrzeug in Bewegung setzt. Die Bewegungsbahn kann aus der Radstellung und dem Radstand des Fahrzeugs, also dem Abstand zwischen Vorderrad und Hinterrad, bestimmt werden.
Das Fahrzeug kann ein erstes lenkbares Rad und ein zweites lenkbares Rad aufweisen, wobei das erste lenkbare Rad bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs einen ersten Lenkwinkel und das zweite lenkbare Rad bei der Kurvenfahrt einen sich von dem ersten Lenkwinkel unterscheidenden zweiten Lenkwinkel aufweist. Die Bewegungsbahn kann basierend auf dem ersten Lenkwinkel, dem zweiten Lenkwinkel und einem Radstand des Fahrzeugs bestimmt werden. Der erste Lenkwinkel und der zweite Lenkwinkel können sich bei einer entsprechenden Kurvenfahrt beispielsweise um mehr als 10° unterscheiden. Gemäß einer Ausführungsform stellen die lenkbaren Räder die Hinterräder des Fahrzeugs dar. Aufgrund der unterschiedlichen Lenkwinkel beschreibt das kurvenäußere der Räder eine Kurve mit einem größeren Radius als das kurveninnere Rad. Ist die Bewegungsbahn kreisförmig, so ist der resultierende Kreis alleine aufgrund des Radstandes als fester Parameter und des Lenkwinkels parametrierbar. Dabei beschreiben das linke und das rechte Rad unterschiedliche Kreise und haben daher einen anderen Lenkwinkel. Der Kreismittelpunkt und die Kreisradien können durch eine geometrische Konstruktion bestimmt werden. So ergibt sich der Kreismittelpunkt, der durch die Koordinaten x_m, y_m bestimmt sein kann, durch einen Schnittpunkt der Senkrechten durch die Radnaben von Vorder- und Hinterrad. Daraus ergeben sich ein Innenradius r_innen und Außenradius r_außen. Der Außenradius ist größer als der Innenradius. Der Radius der Bewegungsbahn kann beispielsweise als Mittelwert aus dem Außenradius und dem Innenradius gebildet werden.
Ferner kann die Bewegungsbahn basierend auf einer Mehrzahl zeitlich aufeinanderfolgender Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs bestimmt werden. Dabei kann es sich insbesondere um zeitlich zurückliegende Informationen handeln, aus denen eine Vorhersage über die voraussichtliche weitere Bewegungsbahn des Fahrzeugs getroffen werden kann. Beispielsweise kann eine voraussichtliche Bewegungsbahn bis zu einem weiteren möglichen Verzweigungspunkt voraus bestimmt werden. In diesem Fall kann die Bewegungsbahn bei einem sich bewegenden Fahrzeug bestimmt werden.
Auch kann die Bewegungsbahn basierend auf einer Eingabe einer Bedienperson des Fahrzeugs auf einem Sensorbildschirm bestimmt werden. Dabei kann der Sensorbildschirm ausgebildet sein, um basierend auf der Information über die Umgebung des Fahrzeugs die Umgebung für die Bedienperson darzustellen. Beispielsweise kann die Bedienperson auf eine Position auf dem Sensorbildschirm deuten, die dann als Ziel oder als ein zu passierender Punkt der Bewegungsbahn gewertet wird. Auch kann auf dem Sensorbildschirm die voraussichtliche Bewegungsbahn angezeigt werden und der Bedienperson kann die Möglichkeit gegeben werden, die angezeigte Bewegungsbahn beispielsweise durch berühren und ziehen zu korrigieren oder neu zu zeichnen. Der Sensorbildschirm kann sowohl an dem Fahrzeug, beispielsweise in einer Fahrerkabine oder außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sein. Ist der Sensorbildschirm außerhalb des Fahrzeugs angeordnet, so kann eine drahtlose Verbindung mit dem Fahrzeug bestehen und das Fahrzeug kann von einer Bedienperson bedient werden, die nicht mit dem Fahrzeug mitfährt.
Demnach kann in einem Schritt des Bereitstellens die Information über die Umgebung des Fahrzeugs an einen sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Bildschirm, zur Darstellung der Umgebung für eine Bedienperson des Fahrzeugs, bereitgestellt werden. Dadurch kann die Bedienperson einen besseren Überblick über die Umgebung des Fahrzeugs erhalten.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Bestimmens einer Lage des Hindernisses basierend auf der Information über die Umgebung des Fahrzeugs und einen Schritt des Vergleichens der Lage des Hindernisses mit der Bewegungsbahn umfassen, um die Kollisionsgefahr des Fahrzeugs mit dem Hindernis zu erkennen. Dabei kann sowohl eine Position als auch eine räumliche Ausdehnung des Hindernisses bestimmt werden. Dazu kann eine geeignete Bildauswertung oder Datenauswertung eingesetzt werden. Im Schritt des Vergleichens können Positionsdaten des Hindernisses mit Positionsdaten der Bewegungsbahn verglichen werden. Dazu können die jeweiligen Daten beispielsweise in eine Karte eingetragen werden.
Dabei kann das Verfahren einen Schritt des Bestimmens eines Mittelpunktes einer Krümmung der Bewegungsbahn, eines Krümmungsradius der Bewegungsbahn und einer Position mindestens eines Punktes des Hindernisses umfassen.
In dem Schritt des Vergleichens kann der Krümmungsradius mit einem Abstand zwischen dem Mittelpunkt und der Position des mindestens einen Punktes des Hindernisses verglichen werden, um die Kollisionsgefahr zu erkennen. Der Punkt kann auf einer äußeren Oberfläche des Hindernisses angeordnet sein. Es können Positionen einer Mehrzahl von Punkten des Hindernisses bestimmt werden und die Kollisionsgefahr kann für jeden der Punkte analysiert werden, indem der Abstand jedes der Punkte zu dem Mittelpunkt mit dem Krümmungsradius verglichen wird. Liegt der Abstand eines Punktes zu dem Mittelpunkt in einem vorbestimmten Wertebereich um den Wert des Krümmungsradius der Bewegungsbahn, so besteht eine Kollisionsgefahr. Der Wertebereich kann fest vorgeben oder variabel, beispielsweise geschwindigkeitsabhängig, sein. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Kollisionsgefahr dann angenommen werden, wenn der Abstand eines Punktes zu dem Mittelpunkt kleiner oder gleich dem Krümmungsradius der Bewegungsbahn ist. Dabei kann ein Unsicherheitsfaktor berücksichtigt werden, so dass auch dann eine Kollisionsgefahr angenommen werden kann, wenn der Abstand eines Punktes zu dem Mittelpunkt um einen bestimmten Betrag größer als der Krümmungsradius der Bewegungsbahn ist. Der Unsicherheitsfaktor kann Messungenauigkeiten, Ungenauigkeiten in einem das Verfahren umsetzenden Algorithmus sowie Fahrzeugabmessungen und Fahrzeuggeometrien berücksichtigen. Je nach Ausführungsform können unterschiedliche Bewegungsbahnen oder Bewegungstrajektorien des Fahrzeugs berücksichtigt werden. So kann die Bewegungsbahn beispielsweise eine Bewegung des lenkbaren kurvenäußeren Rades, des lenkbaren kurveninneren Rades, eines Mittelpunktes zwischen den beiden lenkbaren Rädern oder einer äußeren Kante des Fahrzeugs definieren. Beispielsweise kann eine Überwachung, ob Hindernisse auf der Bewegungsbahn oder Trajektorie liegen in besonders einfacher Art und Weise durchgeführt werden, indem diskrete Punkte i auf der Einhüllenden eines erkannten Objektes oder Hindernisses gewählt werden. Daraus ergeben sich Positionen oder Koordinaten der gewählten Punkte (x_i, y_i). Nun kann für alle i die Bedingung ∥(x_i, y_i) – (x_m, y_m)∥ > r_außen – Sicherheitsdelta überprüft werden. Dabei definiert (x_i, y_i) die Position eines Punktes i, (x_m, y_m) die Position des Mittelpunktes der Bewegungsbahn und r_außen den Radius der Bewegungsbahn. Das Sicherheitsdelta kann einen Wert aufweisen, der in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und Diskretisierungsweite gewählt werden kann. Gibt es einen Punkt i, für den die Bedingung nicht erfüllt ist, so droht eine Kollision.
Das Verfahren kann einen Schritt des Ermittelns einer aktuellen Position des Fahrzeugs umfassen. Der Schritt des Ermittelns kann zeitlich nach dem Schritt des Bestimmens der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn durchgeführt werden. Dabei kann die aktuelle Position basierend auf einer aktuellen Information über die Umgebung des Fahrzeugs ermittelt werden. In einem Schritt des Vergleichens kann bestimmt werden, ob sich die aktuelle Position des Fahrzeugs auf der Bewegungsbahn befindet. Auf diese Weise kann das Verlassen der Bewegungsbahn durch das Fahrzeug erkannt werden. Befindet sich die aktuelle Position des Fahrzeugs nicht auf der im Voraus bestimmten Bewegungsbahn des Fahrzeugs, so kann angenommen werden, dass das Fahrzeug die Bewegungsbahn verlassen hat. Beispielsweise kann die Bewegungsbahn bestimmt werden solange sich das Fahrzeug noch im Stillstand befindet. Die aktuelle Position kann dann bestimmt werden, wenn sich das Fahrzeug bewegt.
Auch kann das Verfahren einen Schritt des Klassifizierens der Kollisionsgefahr oder des Verlassens der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn umfassen, um ein aus der Kollisionsgefahr oder dem Verlassen der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn resultierendes Gefährdungspotential zu bestimmen. In einem Schritt des Bereitstellens kann, abhängig von dem Gefährdungspotential, eines Warnsignals zum Warnen einer Bedienperson des Fahrzeugs ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Steuersignal zum Eingreifen in eine Fahrzeugsteuerung des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann automatisch oder durch ein Eingreifen der Bedienperson eine Korrektur der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn bewirkt werden oder es kann die Bewegungsbahn korrigiert werden, um das Fahrzeug bei einer erkannten Abweichung auf die zukünftige gekrümmte Bewegungsbahn zurückzuführen. Durch das Eingreifen in die Fahrzeugsteuerung kann auch ein Anfahren des Fahrzeugs verhindert werden, beispielsweise wenn die voraussichtliche Bewegungsbahn nach dem Anfahren des Fahrzeugs eine Kollisionsgefahr birgt.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Gabelstaplers, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung zum Bestimmen einer zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn des Fahrzeugs; und einer Einrichtung zum Erkennen einer Kollisionsgefahr des Fahrzeugs mit einem sich im Bereich der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn befindlichen Hindernis oder eines Verlassens der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn durch das Fahrzeug, basierend auf einer Information über eine Umgebung des Fahrzeugs.
Die Vorrichtung kann ausgebildet sein, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Die Vorrichtung kann ein Steuergerät oder Informationssystem darstellen. Generell kann unter einer Vorrichtung vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen Gabelstapler, mit folgenden Merkmalen: einer Umfeldsensorik, die ausgebildet ist, um eine Umgebung des Gabelstaplers zu erfassen und eine Information über die Umgebung des Gabelstaplers bereitzustellen; und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung einer Bewegung. Somit kann der erfindungsgemäße Ansatz vorteilhafterweise bei Gabelstaplern eingesetzt werden.
Heutige Gabelstapler sind sehr kompakt und stabil gebaut, d. h. schmal und kurz, sind sehr wendig und leistungsstark. Bei der Durchfahrt z. B. durch Hochregale entsteht hierdurch ein großes Gefährdungspotential für die Regale, deren Ständer bei Berührung mit einem Gabelstapler leicht einknicken. Gabelstapler wiegen schon leer häufig 3 bis 5 Tonnen, fahren bis zu 25 km/h und haben keine Knautschzonen. Dieses Gefährdungspotential entfaltet sich beim Rangieren auf engem Raum, beim Kurvenfahren ebenso wie bei reiner Geradeausfahrt, wenn der Fahrer durch plötzlich auftauchende Hindernisse überfordert wird. Außerdem können Lasten auf der Gabel bei Vorwärtsfahrt die Sicht des Fahrers nach vorne stark behindern, hierdurch wird der Fahrer zu extrem langsamer Fahrt vorwärts oder Rückwärtsfahrt gezwungen, was die Effizienz von Transportvorgängen verschlechtert und die Fahrerbelastung erhöht.
Erfindungsgemäß können Kamerasysteme sowie Ultraschall- und Radarsensoren eingesetzt werden, die den Rangierraum von Gabelstaplern überwachen und dem Fahrer damit zusätzliche visuelle, akustische oder haptische Informationen über Kollisionsgefahren geben können. Ebenso können erfindungsgemäß Gabelstapler-Führungssysteme genutzt werden, die sich mit Hilfe von Kamera oder/und Laserscannersystemen, z. B. an der Deckenstruktur orientieren, und damit eine automatische bzw. teilautonome Fahrt in bekanntem Umfeld ermöglichen.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem, einem Computer entsprechenden Gerät ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung;
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 bis 5 Darstellungen eines Gabelstaplers;
6a bis 6e Darstellungen von Bewegungsbahnen eines Fahrzeugs;
7 eine Darstellung einer Umgebung eines Fahrzeugs;
8 eine Darstellung eines Bewegungsraums eines Fahrzeugs; und
9 eine Darstellung einer Sensorsichtweite eines Fahrzeugs.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Vorrichtung zur Überwachung einer Bewegung des Fahrzeugs 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung zur Überwachung weist eine Einrichtung 102 zum Bestimmen einer zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn 103 des Fahrzeugs 100 und eine Einrichtung 104 auf. Die Einrichtung 104 kann ausgebildet sein, um eine Kollisionsgefahr des Fahrzeugs 100 mit einem sich im Bereich der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn 103 befindlichen Hindernis zu erkennen. Zusätzlich oder alternativ kann die Einrichtung 104 ausgebildet sein, um ein Verlassen der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn 103 durch das Fahrzeug 100 zu erkennen. Bei dem Fahrzeug 100 kann es sich um einen Gabelstapler oder um ein beliebig anderes Kraftfahrzeug handeln.
Das Fahrzeug 100 weist Räder 106, 108 auf. Die Räder 106 sind mit einer Lenkung des Fahrzeugs verbunden, und können eingeschlagen werden. Das Fahrzeug 100 weist ferner eine Umfeldsensorik 110 auf, die ausgebildet ist, um ein Umfeld oder eine Umgebung des Fahrzeugs 100 zu überwachen und eine Information über die Umgebung des Fahrzeugs 100 bereitzustellen. Die Information über die Umgebung des Fahrzeugs kann eingesetzt werden, um eine Position des Fahrzeugs 100 zu ermitteln. Zudem können mittels der Information über die Umgebung des Fahrzeugs 100 Objekte in der Umgebung erkannt werden. Bei den Objekten kann es sich um Hindernisse handeln, die eine Fahrt des Fahrzeugs 100 behindern können. Die Umfeldsensorik 110 kann eine Mehrzahl von Sensoren aufweisen, die an unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs 100 angeordnet sein können.
Die Einrichtung 102 zum Bestimmen der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn 103 kann ausgebildet sein, um die Bewegungsbahn 103 basierend auf einer aktuellen Stellung der Räder 106 zu ermitteln. Gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Räder 106 nach rechts eingeschlagen. In 1 ist eine Hinterradlenkung gezeigt, die bei Gegengewichtsstaplern zur besseren Manövrierbarkeit eingesetzt wird. Demnach wird sich das Fahrzeug bei einer nachfolgenden Bewegung in Vorwärtsrichtung voraussichtlich nach links bewegen. Die voraussichtliche Bewegungsbahn 103, die sich aus der Stellung der Räder 106 ergibt, wird somit eine Krümmung nach links aufweisen. Dabei ist die Krümmung abhängig von einem durch die Räder 106 vorgegebenen Lenkwinkel. Die Einrichtung 102 kann mit einer Lenkung des Fahrzeugs 100 oder mit einer Einrichtung zum Erfassen der Stellung der Räder 106 gekoppelt sein, um eine Information über den Lenkwinkel zu erhalten.
Ferner kann die Einrichtung 102 zum Bestimmen der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn 103 ausgebildet sein, um die Bewegungsbahn 103 basierend auf Informationen zu bestimmen, die von der Umfeldsensorik 110 bereitgestellt werden oder worden sind. Geht aus diesen Informationen beispielsweise hervor, dass das Fahrzeug 100 gerade oder zeitlich vorhergehend einer Bewegungsbahn folgt, die darauf schließen lässt, das ein Hindernis im folgenden Fahrtverlauf linksseitig umfahren wird, so kann daraus geschlossen werden, das die voraussichtliche weitere Bewegungsbahn 103 des Fahrzeugs eine Linkskrümmung aufweist. Zudem kann aus einer Entfernung zu dem Hindernis und eine Abmessung des Hindernisses geschlossen werden, wie stark die voraussichtliche Bewegungsbahn 103 gekrümmt sein wird oder gekrümmt sein muss, damit das Hinderniss sicher umfahren werden kann.
Auch kann die Einrichtung 102 zum Bestimmen der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn 103 ausgebildet sein, um die Bewegungsbahn 103 basierend auf einer Eingabe eines Fahrers des Fahrzeugs 100 zu bestimmen. Beispielsweise kann der Fahrer einen Zielort des Fahrzeugs 100 eingeben und die Einrichtung 102 kann ausgebildet sein, um basierend auf einer aktuellen Position des Fahrzeugs 100 und der Information über die Umgebung des Fahrzeugs 100 oder basierend auf einem Kartenmaterial der Bewegungsbahn 103 des Fahrzeugs von der aktuellen Position zum Zielort zu bestimmen. Die Eingabe des Fahrers kann über einen Sensorbildschirm 114 erfolgen. Auf dem Sensorbildschirm 114 kann die Umgebung des Fahrzeugs 100 angezeigt werden. Dazu können die Informationen genutzt werden, die von der Umfeldsensorik 106 bereitgestellt werden. Der Fahrer kann die voraussichtliche Bewegungsbahn 103 vorgeben, indem er durch eine Berührung einer bestimmten Stelle auf dem Sensorbildschirm 114 einen Zielort des Fahrzeugs 100 markiert. Ferner kann der Fahrer die voraussichtliche Bewegungsbahn 103 vorgeben, indem er den Sensorbildschirm 114 berührt und, beispielsweise mit seinem Finger, einen Verlauf der Bewegungsbahn 103 auf dem Sensorbildschirm 114 vorzeichnet. Eine über den Sensorbildschirm 114 eingegebene Bewegungsbahn 113 kann anschließend von der Einrichtung 102 in eine reale Bewegungsbahn 103 des Fahrzeugs 100 umgesetzt werden. Auch kann die der Einrichtung 102 bestimmte Bewegungsbahn 103 an die Anzeigeeinrichtung 114 zur Anzeige bereitgestellt werden. Der Fahrer kann zusätzlich die Möglichkeit haben, diese Bewegungsbahn 103 zu korrigieren.
Die Einrichtung 104 zum Erkennen einer Kollisionsgefahr oder eines Verlassens der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn 103 kann ausgebildet sein, um eine Information über die Bewegungsbahn 103 von der Einrichtung 102 zu empfangen. Ferner kann die Einrichtung 104 ausgebildet sein, um fortlaufend oder zu vorbestimmten Zeitpunkten Informationen von der Umfeldsensorik 110 zu empfangen. Die Einrichtung 104 kann ausgebildet sein, um basierend auf den Informationen der Umfeldsensorik 110 wiederum fortlaufend oder zu vorbestimmten Zeitpunkten eine aktuelle Position des Fahrzeugs 100 zu ermitteln. Insbesondere kann die aktuelle Position ermittelt werden, wenn sich das Fahrzeug 100 in Bewegung befindet. Die aktuelle Position und die Bewegungsbahn 103 können basierend auf einem geeigneten Koordinatensystem aufgenommen werden.
Basierend auf der aktuellen Position kann die Einrichtung 104 ausgebildet sein, um ein Verlassen der im Voraus bestimmten Bewegungsbahn 103 zu erkennen. Dazu kann die Einrichtung 104 ausgebildet sein, um die aktuelle Position mit der voraussichtlichen Bewegungsbahn 103 zu vergleichen. Befindet sich die aktuelle Position außerhalb der voraussichtlichen Bewegungsbahn 103, so kann die Einrichtung 104 ausgebildet sein, um ein Verlassen der Bewegungsbahn 103 anzuzeigen. Dazu kann die Einrichtung 104 beispielsweise eine Meldung auf einem Bildschirm, beispielsweise dem Sensorbildschirm 114, ausgeben. Ferner kann die Einrichtung 104 eine Warneinrichtung, beispielsweise eine Hupe 116, ansteuern, so dass der Fahrer des Fahrzeugs 100 auf das Verlassen der Bewegungsbahn 103 aufmerksam gemacht werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Einrichtung 104 ausgebildet sein, um einen Eingriff in eine Fahrzeugsteuerung 118 vorzunehmen. Beispielsweise kann die Einrichtung 104 einen automatischen Lenkeingriff vornehmen, um das Fahrzeug 100 auf die voraussichtliche Bewegungsbahn 103 zurückzuführen.
Auch kann die Einrichtung 104 ausgebildet sein, um Hindernisse in der Umgebung des Fahrzeugs 100 zu erkennen und zu ermitteln, ob sich ein erkanntes Hindernis auf der voraussichtlichen Bewegungsbahn 103 des Fahrzeugs 100 befindet. Ist dies der Fall, so kann die Einrichtung 104 wiederum ausgebildet sein, um dem Fahrer eine bevorstehende Kollisionsgefahr anzuzeigen. Dazu kann die Einrichtung 104 beispielsweise eine Meldung auf einem Bildschirm, beispielsweise dem Sensorbildschirm 114, ausgeben. Ferner kann die Einrichtung 104 eine Warneinrichtung, beispielsweise die Hupe 116, ansteuern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Einrichtung 104 wiederum ausgebildet sein, um einen Eingriff in die Fahrzeugsteuerung 118 vorzunehmen. Beispielsweise kann die Einrichtung 104 ausgebildet sein, um einen automatischen Lenkeingriff vornehmen, um das Fahrzeug 100 von der voraussichtlichen Bewegungsbahn 103 wegzuführen und somit eine Kollision zu verhindern. Auch kann die Einrichtung 104 ausgebildet sein, um eine Bremse des Fahrzeugs 100 zu aktivieren. Auf diese Weise kann entweder bereits eine Anfahrt des Fahrzeugs 100 verhindert werden, oder das Fahrzeug 100 kann aus einer Bewegung abgebremst werden, um die Kollision zu verhindern.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren kann beispielsweise bei dem in 1 gezeigten Fahrzeug eingesetzt werden. In einem Schritt 202 erfolgt ein Bestimmen einer voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn des Fahrzeugs. Anschließend erfolgt in einem Schritt 204 ein Erkennen einer Kollisionsgefahr des Fahrzeugs mit einem sich in einem Bereich der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn befindlichen Hindernisses. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Schritt 204 ein Verlassen der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn durch das Fahrzeug erkannt werden. Dabei kann jeweils eine Information über eine Umgebung des Fahrzeugs genutzt werden, die beispielsweise von einer Umfeldsensorik des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Die Schritte 202, 204 können einzeln oder in Kombination wiederholt ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Schritt 202 bei jedem Stoppvorgang des Fahrzeugs oder bei jeder Änderung des Lenkwinkels durchgeführt werden.
3 zeigt ein Fahrzeug in Form eines Gabelstaplers 100 mit einer Umfeldsensorik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist der Gabelstapler von der Seite, mit der Gabel oben. Die Umfeldsensorik weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Kameras 114 auf. Eine symbolisierte Kameraanbringung, der drei Kameras 114 ist dargestellt. Anstelle von Kameras 114 können auch andere geeignete Sensoren oder Einrichtungen zur Umfelderfassung eingesetzt werden.
4 zeigt den in 3 gezeigten Gabelstapler 100 mit der Umfeldsensorik in Form der drei Kameras 114 mit der Gabel unten.
5 zeigt einen Gabelstapler 100 mit einer Umfeldsensorik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist der Gabelstapler von vorne, mit der Gabel unten. Die Umfeldsensorik weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel vier Kameras 114 auf. Eine symbolisierte Kameraanbringung von drei nach vorne ausgerichteten Kameras 114 ist dargestellt. Eine vierte, nicht sichtbare Kamera, ist nach hinten ausgerichtet. Anstelle von Kameras 114 können wiederum auch andere geeignete Sensoren oder Einrichtungen zur Umfelderfassung eingesetzt werden.
Bei den in den 3 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen erlaubt z. B. eine Kamera 114 mit großem Blickwinkel nach hinten die Einsicht des gesamten Rangierraumes des Gabelstaplers 100. Nach vorne ist z. B. eine Kamera 114 im Hubmastschlitten oben angebracht, die die Sicht über die Gabellast nach vorne ermöglicht und dabei den nahen bis mittleren Sichtbereich nach vorne abdeckt. Bei angehobener Last zum Einstabeln in Hochregale kann diese Kamera 114 es dem Gabelstaplerführer ermöglichen, den oberen Bereich der Last einzusehen, um sicher auch in engere Regale einstapeln zu können. Im unteren Bereich des Hubmastschlittens sind z. B. zwei Kameras 114 angebracht, die so montiert sind, dass sie z. B. die Sicht zwischen die Gabelzinken ermöglichen, auch wenn Teile der Palette hier möglicherweise eine der Kameras 114 abdecken. Diese Kameras 114 decken hiermit einen weiten Bereich nach vorne von nah bis größere Entfernungen ab, da diese in normaler Fahrt bei leicht angehobener. Last parallel zu Fahrbahn schauen können. Bei angehobener Last z. B. zum Einstapeln in Hochregale können diese Kameras 114 sehr wirksam das präzise Gabeleinführen in das Regal unterstützen, hier sind auch Teilautomatisierungen der Hubmastbedienung denkbar.
Während der Fahrt, also einer Geradeausfahrt oder Kurvenfahrt, sowie während des Stillstands des Fahrzeugs kann z. B. mit den Kamerasystemen 114 und entsprechender Bildverarbeitung die Umgebung online kartiert werden, Fahrbahnverläufe, nahe und ferne Hindernisse können sicher erkannt werden und der Rangierraum nach hinten sicher überwacht werden. Damit kann die momentane Bewegungstrajektorie, die der Fahrer vorgibt, extrapoliert werden auf die zukünftige Fahrbahn und die Fahrt kann mit entsprechenden Korrekturen durch Lenk- und Antriebsstrangeingriffe weitergeführt werden. Überschreiten diese Eingriffe vorgegebene Limits, die z. B. auch vom Fahrer vorgegeben sein können, wird der Fahrer durch optische und gegebenenfalls akustische Signale gewarnt, bei Überschreitung weiterer vorgegebener Grenzen kann gegebenenfalls eine besondere Maßnahme eingeleitet werden. Denkbar sind hier Notbremsungen, Systemabschaltungen oder drastische Warnungen an den Fahrer, dass gegebenenfalls eine Gefahrensituation droht.
Für die Visualisierung kann beispielsweise ein konventioneller berührungssensitiver Bildschirm genutzt werden, der beispielsweise fest im Führerhaus des Gabelstaplers 100 verbaut ist. Auch können mit drahtlosen Kommunikationseinrichtungen handelsübliche und tragbare Kleincomputer, z. B. PDA's, für diesen Zweck genutzt werden. Auf diese Weise wird eine autonome beziehungsweise teilautonome Fahrweise und eine Bedienung des Gabelstaplers 100 von außerhalb des Fahrerhauses ermöglicht.
Die Visualisierung zeigt dabei beispielsweise eine Darstellung der Videobilder der Kameras 114, eine eingeblendete Bewegungstrajektorie des Gabelstaplers 100 oder bei Stapelvorgängen die Gabel. Dabei können die dargestellten Szenen je nach Bewegungsrichtung und Bildinhalte umgeschaltet werden. Sollte eine Kamera 114 plausibel unkritische Szenerien aufzeichnen, so kann das Bild einer anderen Kamera 114 bevorzugt auf dem Bildschirm dargestellt werden. Dabei kann der Fahrer jederzeit eine manuelle und bindende Auswahl treffen. Außerdem können ständig, beispielswiese mittels Zeigersymbolen, die Eingriffe in Lenk- und Antriebssystem visualisiert werden und der Fahrer kann beispielsweise am Monitor Betriebsmodi vorgegeben, Trajektorien per Fingerzeig korrigieren oder feste Bewegungsziele bezüglich Ort, Richtung oder Geschwindigkeit vorgeben.
Erfindungsgemäß ist eine Spurhaltung, beispielsweise in Regalreihen für Gabelstapler mit einer Umfeldsensorik, durchführbar. Neben oder anstelle von Kameras können bildgebenden Sensoren beziehungsweise Ultraschallsensoren oder Radarsensoren eingesetzt werden. Die Umfeldsensorik kann für autonome oder teilautonome Fahrten genutzt werden. In Zwischenschritten können Trajektorien einer Bewegung des Fahrzeugs ermittelt und begrenzte Eingriffe in die Fahrzeugsteuerung vorgenommen werden.
Mithilfe einer Umfeldsensorik, beispielsweise Radar, Lidar, Ultraschall, Laser-Scanner oder ähnlichem kann der Rückraum, beispielsweise eines Gegengewichtsgabelstaplers überwacht werden. Die verwendete Sensorik ist dabei prinzipiell austauschbar, soll jedoch eine Kontur der Umgebung liefern. D. h. die Information ”Hindernis vorhanden” oder ”kein Hindernis” ist nicht ausreichend, sondern vielmehr sind die Abmessungen und die Position eines Hindernisses von entscheidender Bedeutung. Dies lässt sich z. B. durch ein Array von nicht konturgebenden Sensoren erreichen. Je höher die Anzahl und intelligenter die Anordnung der Sensoren ist, desto genauer können die Abmessungen und die Position eines Hindernisses erkannt werden.
Die 6a bis 6e zeigen Bewegungsbahnen eines Fahrzeugs, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere sind für das Ausführungsbeispiel eines Gabelstaplers die typischen Manöver „Lastaufnahme” und „Lastablage” dargestellt, um den Nutzen des erfindungsgemäßen Systems zu veranschaulichen.
6a zeigt ein Manöver „Lastaufnahme anvisieren”. Gezeigt ist ein Gabelstapler 100, der sich auf eine Last 630 zubewegt. Ein Pfeil zeigt dabei eine Bewegungsbahn 103 des Gabelstaplers 100 in Richtung der Last 630 an. Dabei wird die Last 630 anvisiert.
6b zeigt ein Manöver „Lastaufnahme”. Gezeigt ist ein Gabelstapler 100, der die Last 630 aufnimmt. Der Gabelstapler 100 befindet sich direkt an der Last 630, so dass der Gabelstapler 100 die Last 630 mit der Gabel aufnehmen kann.
6c zeigt ein mögliches erstes Manöver „Anfahren zum Transport”. Gezeigt ist der Gabelstapler 100, der sich von der Position der Aufnahme der Last 630 entfernt. Zwei Pfeile zeigen voraussichtliche Bewegungsbahnen 103 des Gabelstaplers 100 an.
6d zeigt ein mögliches zweites Manöver „Anfahren zum Transport”. Gezeigt ist der Gabelstapler 100, der sich von der Position der Aufnahme der Last 630 entfernt. Zwei Pfeile zeigen voraussichtliche Bewegungsbahnen 103 des Gabelstaplers 100 an.
6e zeigt ein mögliches drittes Manöver „Anfahren zum Transport”. Gezeigt ist der Gabelstapler 100, der sich von der Position der Aufnahme der Last 630 entfernt. Zwei Pfeile zeigen voraussichtliche Bewegungsbahnen 103 des Gabelstaplers 100 an.
Die in den 6a bis 6e dargestellten Pfeile kennzeichnen einen Bewegungsraum anhand des typischen Manövers „Lastaufnahme”. Bei der Lastaufnahme konzentriert sich der Fahrer zu Beginn auf die Last 630, um eine korrekte Aufnahme und ein Anstoßen zu verhindern. Erst im Anschluss an eine sichere Lastaufnahme und dem Herausmanövrieren aus der Ablageposition wird der Fahrer auch den rückwärtigen Raum beobachten. Dazu muss sich der Stapler 100 mindestens um die volle Gabelstaplerlänge zurück bewegen, bevor er die Räder einschlagen und lenken darf, um ein Anstoßen der Gabelzinken beim Drehen zu vermeiden. Der Fahrer ist nun bestrebt, möglichst schnell und für gewöhnlich auf minimalem Raum seine Bewegungsrichtung zu ändern, um wieder in Vorwärtsrichtung zu fahren. Dazu muss er mindestens eine Drehung um 90° machen, kann sich aber auch um bis zu 180° drehen, wie es in den 6c bis 6e verdeutlicht ist.
Die Anforderungen bei der Lastablage und der benötigte Bewegungsraum sind im Wesentlichen identisch mit der Lastaufnahme. Nach dem Abladen der Last 630 versucht der Fahrer möglichst schnell seine Richtung zu ändern. Da der Fahrer nun aber keine Last 630 mehr geladen hat, die eventuell Schaden nehmen könnte und auf die er Rücksicht nehmen muss, ist er nun häufig geneigt, deutlich schärfer anzufahren. Die Möglichkeit, den rückwärtigen Raum intensiver zu überwachen, wird nun durch das viel zügigere Beschleunigen zunichte gemacht. Insbesondere dann, wenn es sich um einen sehr häufig wiederholenden Betriebszyklus handelt, wie er beispielsweise beim Beladen eines LKWs vorkommt.
Erfindungsgemäß kann der Fahrer bei solchen typischen Manövern entlastet werden. Zwar kann dem Fahrer nicht die Verantwortung für die Sicherheit und die Überwachung seines Umfelds abgenommen werden, der Fahrer kann aber dahingehend unterstützt werden, dass quasi eine zusätzliche Überwachung erfolgt. Beispielsweise kann dazu mithilfe der Stellung der Räder eine Fahrhypothese aufgestellt werden, in welche Richtung der Stapler 100 fahren wird, sodass eine zukünftige Fahrtrajektorie 103 prädiziert und der dafür benötigte Bewegungsraum unter Berücksichtigung der Staplerabmessungen berechnet werden kann. Anhand dieses Bewegungsraumes kann nun entschieden werden, ob eine Kollision bevorsteht oder an einem Hindernis vorbeigefahren wird. Eine solche Situation ist in 7 skizzenhaft verdeutlicht.
7 zeigt einen Gabelstapler 100 und eine voraussichtliche Bewegungsbahn 103 des Gabelstaplers 100. Die Räder 106 des Gabelstaplers 100 sind eingeschlagen und ein durch die Stellung der Räder 106 vorgegebener Kurvenradius sowie eine Winkelstellung der Räder aus einer Mittelstellung heraus sind angedeutet. Auch ist eine Bewegungsbahn 703 eingezeichnet, der eine Kante des Gabelstaplers 100 folgt, wenn die Winkelstellung der Räder 106 beibehalten wird.
Der Gabelstapler 100 weist eine Umfeldsensorik auf, deren Erfassungsbereiche 710 gezeigt sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Umfeldsensorik so ausgerichtet, dass ein rückwärtiger Bereich des Gabelstaplers 100 überwacht werden kann. In dem rückwärtigen Bereich ist ein Hindernis 740 angeordnet. Die Umfeldsensorik stellt hinsichtlich des Rückraumüberwachungsraums des Gabelstaplers 100 eine Ortsauflösung bereit.
Die Bewegungsbahn 703 schneidet das Hindernis 740 an einem Kollisionspunkt 745, so dass die Gefahr einer Kollision besteht, wenn sich der Gabelstapler entlang der Bewegungsbahn 703 bewegt.
Im Gegensatz zu Automobilen bewegt sich ein Gabelstapler 100 mit deutlich geringeren Geschwindigkeiten und erreicht eine Maximalgeschwindigkeit von etwa 20 km/h. Daher sind die vom Automobil her bekannten gefährlichen hochdynamischen Fahrmanöver mit schnellen Lastwechseln für einen Gabelstapler 100 irrelevant, sodass sich im Gegenzug anhand der Radlenkwinkel sehr gut auf die Fahrtrajektorie 103 des Gabelstaplers 100 schließen lässt. Insbesondere beim Anfahren aus dem Stand bilden die Radlenkwinkel eine sehr gute Prädiktionsbasis.
8 zeigt einen Gabelstapler 100 und mögliche Lenkwinkel der Räder 106 sowie daraus jeweils resultierende voraussichtliche Bewegungsbahnen 803, 804 des Gabelstaplers 100. Die Bewegungsbahn 803 weist einen minimalen Kurvenradius r_min auf und ergibt sich, wenn die Räder 106 maximal eingeschlagen sind. Der minimale Kurvenradius r_min ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch den Abstand zwischen den Hinterrädern 106 und den Vorderrädern bestimmt. Ferner ist eine Länge l_G gezeigt, die eine Länge eines Bereichs des Gabelstaplers 100 hinter den Hinterrädern 106 und vor den Vorderrädern angibt.
Die schärfste mögliche Drehung ergibt sich durch ein Einschlagen der gelenkten Räder 106 um maximal 90°. Daraus folgt der minimale Wendekreisradius r_min, der dem Radstand l_v + l_h entspricht. Als zusätzliche Sicherheit ist noch der Abstand d von der Hinterachse bis zur äußersten Hinterkante des Staplers 100 zu berücksichtigen. Daraus ergibt sich ein minimal benötigter Bewegungsraum für die Drehung von r_min + d zur Seite und von l_G + d nach hinten, woraus sich ein minimalster Sichtbereich der Überwachungssensorik ableiten lässt, wie es anhand der 8 und 9 gezeigt ist.
9 zeigt einen Gabelstapler 100 und mit den anhand von 8 beschriebenen Abmessungen r_min, r_min + d, l_G + d. Anhand der Abmessungen kann eine Quantifizierung der Sensorensichtweite durchgeführt werden. Gezeigt sind Erfassungsbereiche 710 der Sensoren einer Umfeldsensorik des Gabelstaplers 100. Die Erfassungsbereiche 710 decken einen rückwärtigen Bereich des Gabelstaplers 100 und einen sich querab zu den Hinterrädern erstreckenden seitlichen Bereich ab. Ein Bereich 950 der sich neben einem Mittelteil des Gabelstaplers 100 erstreckt ist dagegen schwer einsehbar.
Für einen Eingriff des erfindungsgemäßen Systems während der Fahrt bei einer Erkennung einer potenziellen Kollision mit einem Hindernis sind unterschiedliche Ausprägungen möglich.
Gemäß einer ersten Ausprägung kann aufgrund der Bewegungshypothese während der Fahrt eine potenzielle Kollision mit einem Hindernis erkannt werden. Übersteigt die benötigte Verzögerung einen Schwellwert a_Brems, wobei für die Verzögerung –a_Brems < 0 gilt, so wird eine automatische Bremsung mit mindestens der Verzögerung a_Brems eingeleitet, um eine Kollision zu verhindern.
Gemäß einer zweiten Ausprägung kann, wenn im Umfeld des Staplers ein gefährliches Hindernis erkannt wird, zur Kollisionsvermeidung jedoch nur eine Verzögerung von a_Warnung < a_Brems nötig ist, eine Warnung ausgegeben werden, die sich bis zum Erreichen der erforderlichen Verzögerung von a_Brems kontinuierlich steigern lässt oder konstant beibehalten werden kann, je nach Ausprägungswunsch. Bei Überschreiten von a_Brems kann darüber hinaus eine automatische Bremsung eingeleitet werden.
Gemäß einer dritten Ausprägung lässt sich zusätzlich zur zweiten Ausprägung bei Erkennen eines gefährlichen Hindernisses im Umfeld des Staplers die Geschwindigkeit auf einen Maximalwert begrenzen, bevor bei weiterer Annäherung die automatische Bremsung erfolgt.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren ist eine Erhöhung der Sicherheit von Fahrzeugen und insbesondere von Gabelstaplern mit Hilfe einer Umfeldsensorik durchführbar. Auch wenn die Ausführungsbeispiele überwiegend auf einen Gabelstapler bezogen sind, so lässt sich der erfindungsgemäße Ansatz auch auf andere Fahrzeuge übertragen. Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind dabei nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005052634 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs (100), insbesondere eines Gabelstaplers, das die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen (202) einer voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn (103) des Fahrzeugs; und Erkennen (204) einer Kollisionsgefahr (745) des Fahrzeugs mit einem sich in einem Bereich der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn befindlichen Hindernis (740) oder eines Verlassens der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn durch das Fahrzeug, basierend auf einer Information über eine Umgebung des Fahrzeugs.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem eine Geschwindigkeit der Bewegung des Fahrzeugs (100) so niedrig ist, dass die voraussichtliche gekrümmte Bewegungsbahn (103) kreisförmig ist.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Bewegungsbahn (103) basierend auf einer Radstellung zumindest eines Rades (106) des Fahrzeugs bestimmt wird.
Verfahren einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das Fahrzeug (100) ein erstes lenkbares Rad (106) und ein zweites lenkbares Rad aufweist, wobei das erste lenkbares Rad bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs einen ersten Lenkwinkel und das zweite lenkbares Rad bei der Kurvenfahrt einen sich von dem ersten Lenkwinkel unterscheidenden zweiten Lenkwinkel aufweist und bei dem die Bewegungsbahn (103) basierend auf dem ersten Lenkwinkel, dem zweiten Lenkwinkel und einem Radstand des Fahrzeugs bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Bewegungsbahn (103) basierend auf einer Mehrzahl zeitlich aufeinanderfolgender Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs (100) bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Bewegungsbahn (103) basierend auf einer Eingabe einer Bedienperson des Fahrzeugs auf einem Sensorbildschirm (114) bestimmt wird, wobei der Sensorbildschirm ausgebildet ist, um basierend auf der Information über die Umgebung des Fahrzeugs die Umgebung für die Bedienperson darzustellen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Bereitstellens der Information über die Umgebung des Fahrzeugs (100) an einen sich innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Bildschirm (114) zur Darstellung der Umgebung für eine Bedienperson des Fahrzeugs.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Bestimmens einer Lage des Hindernisses basierend auf der Information über die Umgebung des Fahrzeugs (100) und mit einem Schritt des Vergleichens der Lage des Hindernisses (740) mit der Bewegungsbahn (103), um die Kollisionsgefahr des Fahrzeugs mit dem Hindernis zu erkennen.
Verfahren gemäß Anspruch 8, mit einem Schritt des Bestimmens eines Mittelpunktes einer Krümmung der Bewegungsbahn (103), eines Krümmungsradius der Bewegungsbahn und einer Position mindestens eines Punktes (745) des Hindernisses (740) und bei dem im Schritt des Vergleichens der Krümmungsradius mit einem Abstand zwischen dem Mittelpunkt und der Position des mindestens einen Punktes des Hindernisses verglichen wird, um die Kollisionsgefahr zu erkennen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Ermittelns einer aktuellen Position des Fahrzeugs (100), zeitlich nach dem Schritt (202) des Bestimmens der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn, basierend auf einer aktuellen Information über die Umgebung des Fahrzeugs, und mit einem Schritt des Vergleichens, ob sich die aktuelle Position des Fahrzeugs auf der Bewegungsbahn befindet, um das Verlassen der Bewegungsbahn durch das Fahrzeug zu erkennen.
Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Klassifizierens der Kollisionsgefahr oder des Verlassens der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn (104), um ein aus der Kollisionsgefahr oder dem Verlassen der voraussichtlichen gekrümmten Bewegungsbahn resultierendes Gefährdungspotential zu bestimmen, und mit einem Schritt des Bereitstellens, abhängig von dem Gefährdungspotential, eines Warnsignals zum Warnen einer Bedienperson des Fahrzeugs und/oder eines Steuersignals zum Eingreifen in eine Fahrzeugsteuerung (118) des Fahrzeugs (100).
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wenn das Programm auf einem Informationssystem ausgeführt wird.
Vorrichtung zur Überwachung einer Bewegung eines Fahrzeugs (100), insbesondere eines Gabelstaplers, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (102) zum Bestimmen einer zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn (104) des Fahrzeugs; und einer Einrichtung (104) zum Erkennen einer Kollisionsgefahr des Fahrzeugs mit einem sich im Bereich der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn befindlichen Hindernis (740) oder eines Verlassens der zukünftigen gekrümmten Bewegungsbahn durch das Fahrzeug, basierend auf einer Information über eine Umgebung des Fahrzeugs.
Gabelstapler (100), mit folgenden Merkmalen: einer Umfeldsensorik (110), die ausgebildet ist, um eine Umgebung des Gabelstaplers zu erfassen und eine Information über die Umgebung des Gabelstaplers bereitzustellen; und einer Vorrichtung zur Überwachung einer Bewegung, gemäß Anspruch 13.