DE102012220956A1

DE102012220956A1 - Erfassungssystem für ein automatisiertes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012220956A1
Application number: DE102012220956A
Authority: DE
Inventors: Michael R. Olson; Jack Zeng
Original assignee: Sauer Danfoss Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2032-11-17
Also published as: US20130124010A1; US9826288B2; DE102012220956B4

Abstract

Erfassungssystem zur Bereitstellung einer Fahrzeugautomatisierung. Das System zeigt eine Hauptsteuerung, die elektrisch mit einem Empfänger verbunden ist, welcher einen Transceiver aufweist, der eine Funkinformationsübertragung an eine Vielzahl von drahtlosen Sensoren bereitstellt. Der Transceiver erhält Information von der Vielzahl von drahtlosen Sensoren, um die Steuerung, die Lenkung und/oder das Höhenniveau des Fahrzeugs zu automatisieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERBUNDENE ANMELDUNG:
Die vorliegende Anmeldung ist eine teilweise Fortsetzung der US-Patentanmeldung Aktenzeichen 13/298,105 eingereicht am 16. November 2011.
STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Erfassungssystem zum Verfolgen einer Bezugsschnur oder einer Oberfläche. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung ein drahtloses mechanisches Bezugsschnur- oder Oberflächenfolgesystem für Baugeräte.
Oft ist es bei Baugeräten, wie etwa bei Straßenbaumaschinen, wichtig, in der Lage zu sein, in einer geraden Linie und einer vorbestimmten Höhe zu fahren. Zurzeit werden Bezugsschnursensoren und Oberflächensensoren in großer Entfernung vom Hauptkörper der Baumaschine in unmittelbarer Nähe von Personen und anderen sich bewegenden Baufahrzeugen positioniert. Die Kabel für die Bezugsschnur- und Oberflächensensoren und der Verbinder an den Sensoren selbst werden oft, aufgrund der unmittelbaren Nähe von Verkehr an einer betriebsamen Baustelle, beschädigt. Die Sensorkabel müssen mit dem Steuersystem des Hauptkörpers der Maschine verbunden werden, der sich in bis zu 30 Fuß Entfernung befinden kann, wodurch die Kabel für weitere Beschädigungen ausgesetzt sind.
Somit ist im Stand der Technik eine Art und Weise zur Beseitigung der physischen Kabel notwendig, wobei es weiterhin möglich sein muss, die Maschinen genau navigieren zu können. Eine solche Beseitigung der Kabel würde gleichzeitig das Risiko eines Maschinenstillstands aufgrund von Beschädigungen der Kabel minimieren. Zusätzlich würde die Beseitigung der Kabel zusätzliche Sicherheit für die Straßenbauarbeiter gewährleisten.
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Bereitstellung eines Erfassungssystems zum Verfolgen einer Bezugsschnur und/oder einer Oberfläche unter Verwendung drahtloser Technologien. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung von mit Kabeln verbundenen Risiken.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Ansprüchen deutlich.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfassungssystem zum Verfolgen einer Bezugsschnur und/oder für die Steuerung der Lenk- und Höhenkontrolle eines Fahrzeugs. Das System umfasst eine Hauptsteuerung und mindestens einen Empfänger mit einem ersten Transceiver (Sender/Empfänger), der in elektrischer Verbindung mit der Hauptsteuerung steht. Eine Vielzahl drahtloser oder drahtloser Schallsensoren, die entlang einer Bezugsschnur oder einer Oberfläche ausgerichtet sind, sind entfernt von dem Fahrzeug angebracht und stehen in Funkverbindung mit dem ersten Transceiver des Empfängers, um Daten von den Sensoren oder den Schallsensoren zum ersten Transceiver zu übermitteln.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Draufsicht eines Erfassungssystems;
2 ist eine schematische Draufsicht eines Erfassungssystems;
3 ist ein Protokollzeitdiagramm der Bewegung von Funkfrequenzen zu und von Transceivern eines Empfängers; und
4 ist ein schematisches Diagramm eines Erfassungssystems zum Verfolgen einer Bezugsschnur oder einer Oberfläche;
5 ist ein schematisches Diagramm eines Erfassungssystems zum Verfolgen einer Bezugsschnur oder einer Oberfläche.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Figuren zeigen ein Erfassungssystem 10, das ein Fahrzeug 12 umfasst, das eine Lenkeinrichtung 14 und gegebenenfalls eine Höheneinrichtung 16 mit einem dazugehörigen Ventilsystem 18 aufweist. Das Fahrzeug 12 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Baufahrzeug, etwa eine Straßenbaumaschine, ein Kompaktradlader oder dergleichen. Eine Hauptsteuerung 20, die mit dem Fahrzeug verbunden ist und die eine Maschinensteuerungssoftware 21 aufweist, ist mit dem Fahrzeug 12 verbunden, indem sie sich entweder in dem Fahrzeug, an dem Fahrzeug oder dergleichen befindet. Die Maschinensteuerungssoftware 21 der Hauptsteuerung 20 steuert elektrisch das Ventilsystem 18 und so die Lenkvorrichtung und die Höhenvorrichtung 14 und 16 für die automatisierte Steuerung des Fahrzeugs 12. Die Hauptsteuerung 20 weist zusätzlich eine Benutzeroberfläche 22 auf, die den manuellen Betrieb von Funktionen des Systems 10 erlaubt.
Ein erster und ein zweiter Empfänger 24 und 26 sind elektrisch verbunden und stehen mit der Mastersteuerung 22 über eine Software 28 oder einen CAN-Bus in Verbindung, um CAN-Nachrichtenübermittlung zwischen den Empfängern 24, 26 und der Mastersteuerung 20 bereitzustellen. Bevorzugt empfangen und lesen die ersten und zweiten Empfänger 24 und 26 eine Vielzahl drahtloser Kommunikationssignale von den Sensoren 34, um die Information der Hauptsteuerung 20 zur Verfügung zu stellen. Die Software 28 in einer Ausführungsform weist eine Anwendungsprogrammierungs-Schnittstelle auf, die mit der Software des Receivers gekoppelt ist, um ein elektronisches Signal an die Maschinensteuerungssoftware zu senden, welches Informationen enthält. Jeder Empfänger 24, 26 weist einen ersten und einen zweiten Transceiver 30 und 32 auf, die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel drahtlose Funkstrecken des Typs 802.15.4 für bidirektionale Kommunikation sind. Dadurch, dass zwei Transceiver vorgesehen sind, ist die Sensorsystem-Bandbreite erweitert, wodurch zusätzliches aktives Scannen von Funkkanalaktivität ermöglicht wird.
Eine Mehrzahl drahtloser Schallsensoren 34 sind entlang einer Bezugslinie 36 oder einer Oberfläche angeordnet und/oder eine Vielzahl von drahtlosen Laserempfangssensoren 34 ist an festen Positionen entfernt von dem Fahrzeug auf einer Oberfläche 35a eines ortsfesten Objekts 35b angeordnet, um sicherzustellen, dass die Sensoren 34 ausgerichtet sind. Jeder der mehreren drahtlosen Sensoren 34 weist einen Strichcodescanner oder einen Transceiver 38 auf, der bevorzugt eine drahtlose Funkverbindung des Typs 802.15.4 darstellt. Auf diese Weise befindet sich der Transceiver 38 in Funkverbindung mit einem Transceiver 30 oder 32 der Empfänger 24 oder 26.
Zusätzlich kann jeder der Mehrzahl der drahtlosen Schallsensoren 34 einen RFID Reader 40 aufweisen, der in der Lage ist, ein RFID-Etikett 42 zu lesen, das sich an einer Halteklammer 24 eines Sensors 34 befindet, um den Sensor eindeutig für die Mastersteuerung 20 zu identifizieren.
In einer Ausführungsform erhält der drahtlose Laserempfängersensor 34 Signale von einem Flach-Strahl-Laser-Transmitter (Flat beam laser transmitter) und weist einen Transceiver 36 auf, der ein drahtloses Signal sendet, das von den Empfängern 24 oder 26 empfangen wird, um Positions- und Entfernungsinformation an die Hauptsteuerung 20 zu senden. Basierend auf dieser Information steuert die Hauptsteuerung 20 dann automatisch die Position des Fahrzeugs. Mit ”automatisch” meint die Anmeldung ohne menschliches Eingreifen, wobei folglich die Steuerung der Position des Fahrzeuges durch die Hauptsteuerung ohne menschliches Zutun ausgeführt wird.
Im Betrieb sendet der erste Transceiver 30 der ersten und zweiten Empfänger 24, 26 zum Zeitpunkt Null bzw. T0, wie in 2 gezeigt, ein zeitgetriggertes Protokoll-Leitsignal aus. Jeder der Mehrzahl von drahtlosen Sensoren 34 antwortet mit seinen Positions- und Statusdaten in seinem jeweiligen Zeitfenster. Gleichzeitig sammelt der zweite Transceiver 32 der Empfänger 24, 26 Daten drahtloser Sensoren, scannt alle Funkkanäle und bestimmt den verfügbaren Kanal mit der kleinsten Menge Verkehr. Zu diesem Zeitpunkt kommunizieren die Empfänger 24, 26 mit der Vielzahl von drahtlosen, z. B. Schall-, Sensoren 34, um die Sensoren 34 proaktiv anzuweisen auf den Funkkanal mit dem geringsten Verkehr zu wechseln. Die Empfänger 24, 26 sortieren auch die Sensordaten in eine CAN-Nachricht 28, die dann über einen Maschinensteuerungs-CAN-Bus an die Hauptsteuerung 20 gesendet wird. Auf Basis der übermittelten Daten betätigt dann die Hauptsteuerung 20 selektiv das Ventilsystem 18 des Fahrzeugs 12, um z. B. automatisch die Lenkungsvorrichtung und Höhenvorrichtung 14, 16 zu steuern, um so die Lenkung und das Höhenniveau des Fahrzeugs 12 zu steuern. Gleichzeitig fragt die Mastersteuerung 20 den Empfängerstatus und den Status aller Sensoren ab und kann über die Benutzerschnittstelle 22 manuell die Funkkanäle einstellen.
Somit wird ein Erfassungssystem 10 bereitgestellt, das zur Steuerung des Höhenniveaus und der Lenkung eines Fahrzeugs 12, wie etwa einer Straßenbaumaschine zum Asphaltieren, verwendet werden kann. Die Transceiver 36 oder die Strichcosescanner, die an die Vielzahl von Sensoren 34 angeschlossen sind, erfassen die Positionen der Maschine oder des Fahrzeugs 12 relativ zur Bezugslinie 36 und/oder zu der festgelegten Position des Sensors 34, um einen Steuerungseingang zur Höhenniveau- oder Lenkungskontrollschleife des Fahrzeugs 12 bereitzustellen.
Somit werden drahtlose mechanische Sensoren, insbesondere Bezugsschnur-Strichcode-Sensoren bereitgestellt. Die Vielzahl von drahtlosen Sensoren 34 können von den Empfängern 24, 26 mit einer sehr hohen Datenrate durch das zeitgetriggerte angepasste Drahtlosprotokoll ausgelesen werden. Zusätzlich wird die Möglichkeit bereitgestellt, aktiv in einem Direktsequenz-Spreizsprektrum (DSSS) auf Kanäle mit geringem Verkehr umzuschalten sowie die Verwendung eines RFID-Lesers 40 bereitzustellen, um das RFID-Etikett 42 zu lesen, um eine automatisierte Maschinensensor-Ortsbestimmung bereitzustellen. Somit wurden zumindest alle angegebenen Aufgaben gelöst.
Für Fachleute ist erkennbar, dass andere abweichende Modifikationen an der Vorrichtung vorgenommen werden können ohne vom Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Alle derartigen Modifikationen oder Änderungen fallen in den Schutzumfang der Ansprüche und sollen von diesen umfasst sein.

Claims

Erfassungssystem für ein automatisiertes Fahrzeug (12) aufweisend: – eine Hauptsteuerung (20); – zumindest einen Empfänger (24), der einen ersten Transceiver (30) in elektrischer Verbindung mit der Hauptsteuerung (20) aufweist; und – eine Vielzahl drahtloser Sensoren (34), die in Funkverbindung mit dem ersten Transceiver (30) des Empfängers (24) stehen, um Informationen an den ersten Transceiver (30) zu übermitteln.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem der erste Transceiver (30) eine drahtlose Funkstrecke darstellt.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Empfänger (24) einen zweiten Transceiver (32) aufweist, der Funkkanäle scannt.
Erfassungssystem nach Anspruch 3, bei dem jeder der Vielzahl von Sensoren (34) einen Transceiver aufweist, der Information über einen Funkkanal an einen ersten Transceiver des Empfängers übermittelt.
Erfassungssystem nach Anspruch 4, bei dem basierend auf den gescannten Funkkanälen der Empfänger mit einer Vielzahl von Sensoren 34 kommuniziert, um den Funkkanal der Vielzahl von Sensoren (34) zu ändern.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem zumindestens einer der Vielzahl von drahtlosen Sensoren (34) einen RFID-Leser aufweist.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Empfänger (24) ein zeitgetriggertes Leitsignal an die Vielzahl von Sensoren (34) übermittelt.
Erfassungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Vielzahl von drahtlosen Sensoren (34) die Information in Antwort auf den Erhalt des zeitgetriggerten Leitsignals kommuniziert.
Erfassungssystem nach Anspruch 8, bei dem der Empfänger (24) die Information, die an den ersten Transceiver (30) übermittelt wurde an die Hauptsteuerung (20) überträgt.
Erfassungssystem nach Anspruch 9, bei der die Hauptsteuerung (20) das Fahrzeug in Antwort auf die Information, welche an die Mastersteuerung 20 übertragen wurde, steuert.
Erfassungssystem nach Anspruch 10, bei dem das Fahrzeug (12) eine Straßenasphaltiermaschine ist.
Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei dem die drahtlosen Sensoren (34) Lasersensoren sind.
Erfassungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Lasersensoren (34) auf der Oberfläche (35B) eines Objekts angeordnet sind.
Erfassungssystem nach Anspruch 12, bei dem die Lasersensoren (34) einen Flat-Beam-Transmitter aufweisen, der ein von dem ersten Transceiver (30) erhaltenes Signal übermittelt.
Erfassungssystem nach Anspruch 14, bei dem die Hauptsteuerung (20) das automatisierte Fahrzeug (12) automatisch basierend auf dem von dem ersten Transceiver (30) erhaltenen Signal positioniert.