WO2020001883A1 - System und verfahren zum bestimmen einer ausrichtung eines zielobjekts in relation zu einem fahrzeug - Google Patents

System und verfahren zum bestimmen einer ausrichtung eines zielobjekts in relation zu einem fahrzeug Download PDF

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WO2020001883A1
WO2020001883A1 PCT/EP2019/063571 EP2019063571W WO2020001883A1 WO 2020001883 A1 WO2020001883 A1 WO 2020001883A1 EP 2019063571 W EP2019063571 W EP 2019063571W WO 2020001883 A1 WO2020001883 A1 WO 2020001883A1
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WO
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vehicle
target object
guide elements
sensors
interaction
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/063571
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Schall
Patrick KNIESS
Alexander Banerjee
Velimir BEBEK
Sebastian BIEHL
Maximilian FREIDL
Alexander Häfele
Thomas Boss
Peter Engel
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Zf Friedrichshafen Ag filed Critical Zf Friedrichshafen Ag
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • B62D15/0285—Parking performed automatically

Definitions

  • the present invention relates to a system and a method for determining an orientation of a target object in relation to a vehicle, and to a vehicle with such a system.
  • the invention relates to a system and a method for supporting a recording process of a target object, in particular a swap body, by a vehicle.
  • a system for determining an orientation of a target object in relation to a vehicle.
  • the system can be provided for determining the orientation of a target object in relation to a vehicle during a recording process of the target object by the vehicle.
  • the system has a number of sensors, each of which can be attached to a predetermined position on the vehicle in such a way that a predetermined interaction between guiding elements of the vehicle and guiding elements of the target object can be detected selectively for each of the predetermined positions by emitting an output signal.
  • a signal processing device is provided in the system with which each of the sensors can be connected to supply their output signals. The signal processing device is set up to generate an alignment signal based on the output signals supplied by the sensors, which includes information on the alignment of the target object in relation to the vehicle.
  • the sensors can comprise at least a first pair of sensors and a second pair of sensors and can be mounted on the vehicle in such a way that the sensors of the first pair of sensors are spaced apart from one another in the transverse direction with respect to a longitudinal direction of the vehicle, and the sensors of the second pair of sensors are spaced apart in the transverse direction and the first pair of sensors is spaced apart from one another by the second pair of sensors in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the number of sensors is not limited to the number given above. Rather, further sensors or sensor pairs can be provided.
  • the system can include a single-track sensor which can be mounted on the vehicle in order to detect a relative position between the vehicle and the target object in the longitudinal direction of the vehicle and can be connected to the signal processing device.
  • the signal processing device can be set up to take into account the relative position detected by the single-track sensor when generating the output signal.
  • the predetermined interaction described above may include contact between one or more of the guide elements of the vehicle and one or more of the guide elements of the target object during the acquisition process.
  • the sensors can each be designed as structure-borne noise sensors and can be mounted in the area of the guide elements of the vehicle. Furthermore, the area of the guide elements on which the sensors designed as structure-borne noise sensors can be mounted can be selected such that structure-borne noise generated by the interaction can be detected by the corresponding sensor and the interaction can be assigned to that of the guide elements of the vehicle. in the area of which the sensor is mounted.
  • the predetermined interaction may be an approximation of one or more of the guiding elements of the vehicle and one or more of the guiding elements. te of the target object during the recording process.
  • the sensors can each be designed as a proximity sensor and can be mounted in the area of the guide elements of the vehicle or on the guide elements of the vehicle. Furthermore, the proximity sensor can detect a dynamic approach between the guide elements of the vehicle and the guide elements of the target object. It is also possible to determine the distance between the guide elements of the vehicle and the guide elements of the target object.
  • the predetermined interaction may include a force between one or more of the guide elements of the vehicle and one or more of the guide elements of the target object during the recording process.
  • the sensors can each be designed as a force measuring sensor and can be mounted on the guide elements of the vehicle. In this way, a force effect from one or more of the guide elements of the target object on one or more of the guide elements of the vehicle can be detected during the recording process.
  • Each of the sensors can be configured to quantitatively measure the extent of the predetermined interaction and to output an output signal which indicates the extent of the predetermined interaction. All of the above-mentioned variants of the sensors can be used for this as long as there is the possibility of generating a quantitative signal due to the interaction.
  • Each of the sensors can be configured to emit a qualitative output signal upon detection of an extent of the predetermined interaction that exceeds a predetermined threshold value, which indicates that the predetermined one
  • Threshold is exceeded. This further simplifies the system since the sensors each emit the occurrence of an event in connection with the predetermined interaction. For this purpose, a means can be provided for each sensor in order to generate a corresponding signal when the predetermined threshold value is exceeded. It is also possible to make the threshold value adjustable.
  • the invention further relates to a vehicle for receiving a target object.
  • the vehicle can have a frame on which guide elements are provided, which are used to engage between guide elements provided on the target object. elements are designed.
  • the vehicle may further include a system with one or more features of the system described above.
  • the vehicle can have a control device for autonomous operation.
  • the control device can enable an autonomous mode of operation at least while the target object is being recorded.
  • the control device for autonomous operation can be supplied with the output signal of the signal processing device.
  • the control device for autonomous operation and the signal processing device can be designed as separate units. Means can be provided that enable communication between the control device and the signal processing device. However, it is also possible to integrate the control device for autonomous operation and the signal processing device with one another. It is also possible to integrate the signal processing device and the control device for autonomous operation into a higher-level control system which is set up for controlling the vehicle.
  • the vehicle can be designed to accommodate a swap body as a target object.
  • guide elements are provided on the swap body, into which the guide elements of the vehicle can engage during the recording process.
  • a method for determining an orientation of a target object in relation to a vehicle during a recording process of the target object by the vehicle may be performed on a vehicle that has one or more of the features of the vehicle described above. If the target object is designed as a swap body, the recording process includes an engagement of the vehicle under the swap body. In addition, the method is not limited to the recording process, but the method can also be applied to a depositing process of the target object. The vehicle is removed from the target object during the drop-off process. In particular, when a swap body is used as the target object, the vehicle is moved out of the swap body.
  • the method can have the following steps: Detection of interactions between guide elements of the vehicle and guide elements of the target object during the recording process by means of a number of sensors,
  • the method can further comprise the step of detecting a relative position between the vehicle and the target object in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the detected relative position between the vehicle and the target object in the longitudinal direction of the vehicle can also be taken into account. This consideration can be made by means of an output signal which is emitted by the single-track sensor, which can be mounted on the vehicle.
  • the method may include the step of detecting a relative position between the vehicle and the target object in the longitudinal direction of the vehicle to determine whether
  • the vehicle is partially under the target object so that two of the guide elements of the vehicle are positioned under the target object
  • the vehicle is completely under the target object, so that four of the guide elements of the vehicle are positioned under the target object.
  • the method can further comprise the following step
  • - Detect whether the vehicle is partially under the target object, and - If an interaction with one of the guide elements of the target object is detected on one of the two guide elements of the vehicle, which is positioned under the target object, a lateral offset of the vehicle with respect to the target object is determined in the direction of that guide element of the vehicle on which an interaction with one of the guide elements of the target object is detected.
  • a lateral offset of the vehicle can thus be detected using the sensor pair positioned under the target object.
  • the method can further comprise the following step:
  • FIG. 1 shows a vehicle and a swap body to which an embodiment of the invention is applicable
  • FIG. 2 shows a schematic top view of an arrangement of sensors on a vehicle to which an embodiment of the invention is applicable;
  • Fig. 3 shows a lower portion of a swap body to which an embodiment of the invention is applicable;
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the arrangement of sensors on a vehicle according to one embodiment
  • FIG. 7 schematically shows various situations that are possible during the detection of interactions when the vehicle is fully engaged.
  • the vehicle 1 shows a vehicle 1 which is suitable for receiving a target object, the target object being designed as a swap body in this embodiment.
  • 1 also shows an example swap body 2 that can be picked up by the vehicle 1.
  • the swap body 2 is designed to accommodate cargo.
  • a case 22 is provided on the swap body 2 for receiving the load.
  • the vehicle 1 has a driver's cab 12 at the front section and a frame 19 at the rear section. In the illustration, the vehicle 1 is shown with a front axle and two rear axles, but different arrangements with more or fewer axles are conceivable.
  • the swap body 2 is placed on support elements 21 in the longitudinal direction behind the vehicle 1.
  • the vehicle 1 is prepared for receiving the swap body 2.
  • Recording the Swap body 2 is carried out by moving vehicle 1 under swap body 2.
  • guide elements 13, 14 are attached to a rear section of the frame 19 of the vehicle 1 and are spaced apart from one another in the transverse direction of the vehicle 1.
  • guide elements 15, 16 are shown, which are also spaced apart in the transverse direction of the vehicle 1.
  • the guide elements 13, 14, which are mounted on the rear region of the frame 19, form a first pair of guide elements.
  • the guide elements 15, 16, which are attached to the front region of the frame 19, form a second pair of guide elements.
  • the first pair of guide elements 13, 14 are spaced longitudinally from the second pair of guide elements 15, 16.
  • four guide elements 13, 14, 15, 16 are thus provided on the frame 19, which are each mounted at four corners of an imaginary rectangle.
  • the vehicle 1 shown in FIG. 2 also has a number of sensors 3, 4, 5, 6.
  • Each of the sensors 3, 4, 5, 6 is one of the guide elements 13 shown in FIG. 2,
  • sensor 3 is assigned to guide element 13
  • sensor 4 is assigned to guide element 14
  • sensor 5 is assigned to guide element 15
  • sensor 6 is assigned to guide element 16.
  • the guide elements 13, 14, 15, 16 are designed as single-track rollers, which are mounted on the frame 19 of the vehicle 1 so as to be rotatable about an axis, which is oriented essentially vertically or upwards.
  • the engagement rollers in the present exemplary embodiment are also designed with a conical shape, so that the diameter of each of the engagement rollers is larger in the lower region than in the upper region.
  • each of the sensors 3, 4, 5, 6 is mounted in the area of each of the engagement rollers 13, 14, 15, 16.
  • each of the sensors 3, 4, 5, 6 is as Structure-borne noise sensor executed.
  • each of the sensors 3, 4, 5, 6 can be designed as a piezo element-based sensor which is fixedly mounted on the frame 19 of the vehicle 1 in the region of each of the engagement rollers 13, 14, 15, 16. The attachment of sensors 3, 4, 5, 6 is carried out in such a way that structure-borne noise generated in the area of the single-track rollers is detected by the corresponding sensor and an output signal of the sensor can be assigned to the respective single-track roller.
  • a single-track channel is provided on an underside 23 of the swap body 2, which is delimited by laterally spaced guide elements 17, 18.
  • the guide elements 17, 18 are designed as guide rails which extend in the longitudinal direction of the swap body 2 and are fixedly mounted on the underside 23 of the swap body.
  • four support elements 21 are provided on the swap body 2, which are suitable for supporting the swap body 2.
  • the support elements 21 are locked relative to the swap body 2 in the situation shown in FIG. 3 and can be unlocked and pivoted upwards if necessary, in particular after the swap body 2 has been received by the vehicle 1.
  • the support elements 21 are designed to be adjustable in the transverse direction to the swap body 2 in order to improve the safety against tipping of the swap body 2.
  • the vehicle 1 is moved in the longitudinal direction in front of the swap body 2. Make sure that the vehicle 1 and swap body 2 are aligned as precisely as possible in the longitudinal direction. To accommodate the swap body 2, the vehicle 1 must then be driven under the swap body 2.
  • the first pair of guide elements 13, 14 is first inserted into the single-track tunnel, which is formed from the guide elements 17, 18 of the swap body 2. With optimal alignment between vehicle 1 and swap body 2, the guide elements 13, 14 on the rear section of the frame 19, the inner surfaces of the guide elements 17, 18 of the swap body 2 are not.
  • the second pair of guide elements 15, 16 enter the single-track tunnel of the swap body 2. With an optimal course, none of the guide elements 13, 14, 15, 16 of the vehicle 1 touches the guide elements 17, 18 of the swap body second
  • the present invention is based on the approach of detecting interactions between the guide elements of the vehicle 1 and the guide elements of the swap body 2 and determining the relative orientation between the vehicle 1 and the swap body 2 from the detected interactions.
  • a signal evaluation device 30 is provided in the vehicle 1, which is connected to the sensors 3, 4, 5, 6 mounted on the vehicle 1 and receives output signals from these.
  • the signal evaluation device 30 is provided with means to generate an alignment signal from the detected interactions, which can be used to infer the alignment of the vehicle 1 relative to the swap body 2.
  • an in-line sensor 11 is provided on the front area of the frame 19 of the vehicle 1, which detects the extent to which the vehicle 1 is in under the swap body 2 can.
  • the single-track sensor 11 can be used to measure how far the vehicle 1 has entered under the swap body 2 by means of a distance measurement.
  • FIG. 5 A distinction is essentially made between three cases, which are shown in FIG. 5. 5, the vehicle 1 is still outside the swap body 2. In the illustration marked B in FIG. 5, the vehicle 1 is partially moved under the swap body 2. In particular, the guide elements 13, 14, which are mounted on the rear area of the vehicle 1, are already inside the single-track tunnel of the swap body 2, in particular between the guide elements 17, 18 of the swap body 2. In the illustration denoted by C in FIG. 5, this is Vehicle 1 is fully retracted under swap body 2 and all guide elements of vehicle 1 are engaged in the single-track tunnel of swap body 2.
  • FIG. 6 shows the vehicle 1 outside the swap body 2 in the illustration of A in FIG. 5, the situation in which the guide elements 13, 14 mounted on the rear section of the vehicle 1 move into the single-track tunnel of the swap body 2 is first achieved.
  • the following situations can arise with regard to the interaction between the guide elements of vehicle 1 and the guide elements of swap body 2:
  • B1 The vehicle 1 has partially entered the swap body 2 and none of the sensors 3, 4, 5, 6 detects an interaction. In this situation, it is determined that there is no lateral offset between vehicle 1 and swap body 2.
  • B2 The vehicle has partially moved under the swap body 2 and the rear right sensor 3 detects an interaction, while the other sensors 4, 5, 6 do not detect any interaction. In this situation, a lateral offset of the vehicle 1 relative to the swap body 2 to the right is determined.
  • C3 When the vehicle is completely retracted, the two left sensors 4, 6 detect an interaction, while the two right sensors 3, 5 do not detect any interaction. From this it can be deduced that the vehicle 1 is positioned with a lateral offset to the left side relative to the swap body 2.
  • C4 When the vehicle 1 is completely retracted, the rear right sensor 3 and the front left sensor 6 detect an interaction, while the rear left sensor 4 and the front right sensor 5 detect no interaction. From this it can be deduced that the vehicle 1 is positioned rotated counterclockwise relative to the swap body 2.
  • the signal processing device 30 forms an alignment signal that contains information regarding the alignment of the vehicle 1 with the swap body 2.
  • the geometric information about the vehicle 1 includes dimensions between the guide elements 13, 14, 15, 16 in the lateral and longitudinal directions of the vehicle 1. Furthermore, the geometric information includes information on wheelbases, track gauges, etc., which can be advantageous for determining precise results.
  • a diagram with exemplary dimensions of the vehicle 1 is shown in FIG. 4. 4 shows some of the dimensions of the vehicle 1.
  • the center line of the vehicle 1 is designated by M.
  • the distance between the outwardly facing regions of the guide elements 13, 15 on the right side with respect to the center line M are denoted by R and the distance between the outwardly facing regions of the guide elements 14, 16 on the left side with respect to the center line M is denoted by L.
  • the wheelbase R can also be seen from the figure.
  • the alignment signal generated by the signal processing device 30 is made visible to the driver of the vehicle 1 using a display device (not shown).
  • the driver can receive information under a swap body 2 when the vehicle 1 is engaged, whether and how the route of the vehicle 1 must be corrected during the engagement process.
  • the alignment signal is made available to a control device which enables autonomous operation at least for the pick-up process of swap bodies 2.
  • the autonomous operation can be significantly optimized since, in addition to position information, for example based on GPS data, relevant interactions between elements of the vehicle 1 and the swap body 2 also flow into the control for the autonomous operation.
  • 1-track rollers are mentioned as guide elements of the vehicle.
  • the guide elements can also be designed as single-track plates or the like, as long as the interaction between the guide elements of the vehicle and the guide elements of the swap body 2 can be detected by sensors.
  • the sensors are designed as structure-borne noise sensors.
  • other sensors such as proximity sensors or force measuring sensors.
  • the distance between the Single-track rollers and the guide rails of the swap body depending on a level difference between single-track rollers and guide rails.
  • a corresponding signal from a sensor provided for this purpose can be available. Therefore, in a modified embodiment, the signal processing device 30 is additionally supplied with a signal that detects the level of single-track rollers with respect to the road surface. This signal is taken into account for the generation of the alignment signal.
  • guide plates are used as guide elements 13, 14, 15, 16 instead of the single-track rollers, which are mounted stationary on the vehicle 1 at predetermined positions.
  • the interaction consists in a contact between the guide plates and the guide elements 17, 18 of the swap body 2.
  • the guide plates are inclined to the vertical direction to the central axis of the vehicle, so that the distance between the outer surfaces of the vehicle varies in the vertical direction Guide plates results.

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Abstract

Ein System zum Bestimmen einer Ausrichtung eines Zielobjekts (2) in Relation zu einem Fahrzeug (1) zumindest während eines Aufnahmevorgangs des Zielobjekts durch das Fahrzeug (1 ) weist eine Anzahl von Sensoren (3, 4, 5, 6) auf, von denen jeder an einer vorbestimmten Position am Fahrzeug (1 ) derart anbringbar ist, dass eine vorbestimmte Wechselwirkung zwischen Führungselementen (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) und Führungselementen (17, 18) des Zielobjekts (2) selektiv für jede der vorbestimmten Positionen unter Abgabe eines Ausgangssignals erfassbar ist. Ferner ist eine Signalverarbeitungseinrichtung (30) vorgesehen, die eingerichtet ist, um auf der Basis der von den Sensoren (3, 4, 5, 6) zugeführten Ausgangssignale ein Ausrichtungssignal zu erzeugen, das Informationen zur Ausrichtung des Zielobjekts (2) in Relation zum Fahrzeug (1) umfasst.

Description

System und Verfahren zum Bestimmen einer Ausrichtung
eines Zielobiekts in Relation zu einem Fahrzeug
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Bestimmen einer Ausrichtung eines Zielobjekts in Relation zu einem Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einem solchen System. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein System und ein Verfahren zur Unterstützung eines Aufnahmevorgangs eines Zielobjekts, insbesondere einer Wechselbrücke, durch ein Fahrzeug.
Stand der Technik
Im Zusammenhang mit Fahrzeugen, die zur Aufnahme von auch als Wechselbrücken bezeichneten austauschbaren Ladungsträgern vorgesehen sind, sind aus dem Stand der Technik bereits Systeme zum Unterstützen des Einspurvorgangs des Fahrzeugs unter die Wechselbrücke bekannt. Beispielsweise offenbart das Dokument DE 10 2006 057 610 A1 ein System, bei dem der Einspurvorgang eines Fahrzeugs unter eine Wechselbrücke durch bildgestützte Sensoren unterstützt wird. Mit diesem System können Entfernungsinformationen zwischen Fahrzeug und Wechselbrücke bestimmt werden und kann dadurch in den Einspurvorgang geeignet eingegriffen werden.
Darstellung der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist ein System zum Bestimmen einer Ausrichtung eines Zielobjekts in Relation zu einem Fahrzeug vorgesehen. Das System kann zum Bestimmen der Ausrichtung eines Zielobjekts in Relation zu einem Fahrzeug während eines Aufnahmevorgangs des Zielobjekts durch das Fahrzeug vorgesehen sein. Das System weist eine Anzahl von Sensoren auf, von denen jeder auf einer vorbestimmten Position am Fahrzeug derart anbringbar ist, dass eine vorbestimmte Wechselwirkung zwischen Führungselementen des Fahrzeugs und Führungselementen des Zielobjekts selektiv für jede der vorbestimmten Positionen unter Abgabe eines Ausgangssignals erfassbar ist. Ferner ist bei dem System eine Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen, mit der jeder der Sensoren zum Zuführen ihrer Ausgangssignale verbindbar ist. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist eingerichtet, um auf der Basis der von den Sensoren zugeführten Ausgangssignale ein Ausrichtungssignal zu erzeugen, das Informationen zur Ausrichtung des Zielobjekts in Relation zum Fahrzeug umfasst.
Die Sensoren können zumindest ein erstes Sensorpaar und ei zweites Sensorpaar umfassen und derart am Fahrzeug montierbar sei, dass bezüglich einer Längsrichtung des Fahrzeugs die Sensoren des ersten Sensorpaars in Querrichtung voneinander beab- standet sind, die Sensoren des zweiten Sensorpaars in Querrichtung voneinander be- abstandet sind und das erste Sensorpaar von dem zweiten Sensorpaar in Längsrichtung des Fahrzeugs voneinander beabstandet ist. Es ist anzumerken, dass die Anzahl der Sensoren nicht auf die vorstehend angegebene Anzahl beschränkt ist. Vielmehr können weitere Sensoren oder Sensorpaare vorgesehen sein.
Das System kann einen Einspursensor auffassen, der zum Erfassen einer Relativposition zwischen Fahrzeug und Zielobjekt in Längsrichtung des Fahrzeugs am Fahrzeug montierbar ist und mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbindbar ist. Dabei kann die Signalverarbeitungseinrichtung eingerichtet sein, um die von dem Einspursensor erfasste Relativposition bei der Erzeugung des Ausgangssignals zu berücksichtigen.
Die vorstehend beschriebene vorbestimmte Wechselwirkung kann einen Kontakt zwischen einem oder mehreren der Führungselemente des Fahrzeugs und einem oder mehreren der Führungselemente des Zielobjekts während des Aufnahmevorgangs umfassen. Dabei können die Sensoren jeweils als Körperschallsensoren ausgebildet sein und im Bereich der Führungselemente des Fahrzeugs montierbar sein. Ferner kann der Bereich der Führungselemente, an denen die als Körperschallsensoren ausgebildeten Sensoren montierbar sind, so ausgewählt werden, dass ein Körperschall, der durch die Wechselwirkung erzeugt wird, durch den entsprechenden Sensor erfassbar ist und die Wechselwirkung demjenigen der Führungselemente des Fahrzeugs zugeordnet werden kann, in dessen Bereich der Sensor montiert ist.
Die vorbestimmte Wechselwirkung kann eine Annäherung von einem oder mehreren der Führungselemente des Fahrzeugs und einem oder mehreren der Führungseiemen- te des Zielobjekts während des Aufnahmevorgangs umfassen. Dabei können die Sensoren jeweils als Näherungssensor ausgebildet sein und im Bereich der Führungselemente des Fahrzeugs oder an den Führungselementen des Fahrzeugs montierbar sein. Ferner kann der Näherungssensor eine dynamische Annäherung zwischen den Führungselementen des Fahrzeugs und den Führungselementen des Zielobjekts erfassen. Es ist ferner möglich, eine Erfassung des Abstands zwischen den Führungselementen des Fahrzeugs und den Führungselementen des Zielobjekts vorzunehmen.
Die vorbestimmte Wechselwirkung kann eine Krafteinwirkung zwischen einem oder mehreren der Führungselemente des Fahrzeugs und einem oder mehreren der Führungselemente des Zielobjekts während des Aufnahmevorgangs umfassen. Dabei können die Sensoren jeweils als Kraftmesssensor ausgebildet und an den Führungselementen des Fahrzeugs montierbar sein. Hierdurch kann eine Krafteinwirkung von einem oder mehreren der Führungselemente des Zielobjekts auf eines oder mehrere der Führungselemente des Fahrzeugs während des Aufnahmevorgangs erfasst werden.
Jeder der Sensoren kann zum quantitativen Erfassen des Ausmaßes der vorbestimmten Wechselwirkung und zum Abgeben eines Ausgangssignals eingerichtet sein, das das Ausmaß der vorbestimmten Wechselwirkung anzeigt. Hierfür sind alle vorstehend genannten Varianten der Sensoren verwendbar, solange die Möglichkeit besteht, ein quantitatives Signal aufgrund der Wechselwirkung zu erzeugen.
Jeder der Sensoren kann eingerichtet sein, um bei der Erfassung eines Ausmaßes der vorbestimmten Wechselwirkung, das einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, ein qualitatives Ausgangssignal abzugeben, das anzeigt, dass der vorbestimmte
Schwellwert überschritten ist. Dadurch wird das System weitergehend vereinfacht, da die Sensoren jeweils das Auftreten eines Ereignisses im Zusammenhang mit der vorbestimmten Wechselwirkung abgeben. Hierzu kann für jeden Sensor ein Mittel vorgesehen sein, um bei Überschreiten des vorbestimmten Schwellwerts ein entsprechendes Signal zu erzeugen. Ferner ist es möglich, den Schwellwert einstellbar auszuführen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrzeug zur Aufnahme eines Zielobjekts. Dabei kann das Fahrzeug einen Rahmen aufweisen, an dem Führungselemente vorgesehen sind, die zum Einspuren zwischen an dem Zielobjekt vorgesehenen Führungs- elementen ausgestaltet sind. Das Fahrzeug kann ferner ein System mit einem oder mehreren Merkmalen des vorstehend beschriebenen Systems aufweisen.
Das Fahrzeug kann eine Steuereinrichtung für einen autonomen Betrieb aufweisen. Die Steuereinrichtung kann zumindest während der Aufnahme des Zielobjekts eine autonome Betriebsweise ermöglichen. Dabei kann der Steuereinrichtung für den autonomen Betrieb das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung zugeführt werden.
Die Steuereinrichtung für den autonomen Betrieb und die Signalverarbeitungseinrichtung können als separate Einheiten ausgeführt werden. Dabei können Mittel vorgesehen werden, die eine Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung und der Signalverarbeitungseinrichtung ermöglichen. Es ist jedoch auch möglich, die Steuereinrichtung für den autonomen Betrieb und die Signalverarbeitungseinrichtung miteinander zu integrieren. Außerdem ist es möglich, die Signalverarbeitungseinrichtung und die Steuereinrichtung für den autonomen Betrieb in ein übergeordnetes Steuerungssystem zu integrieren, das für die Steuerung des Fahrzeugs eingerichtet ist.
Das Fahrzeug kann für die Aufnahme einer Wechselbrücke als Zielobjekt ausgestaltet sein. Dabei sind an der Wechselbrücke Führungselemente vorgesehen, in die die Führungselemente des Fahrzeugs beim Aufnahmevorgang einspuren können.
Es ist ferner ein Verfahren zum Bestimmen einer Ausrichtung eines Zielobjekts in Relation zu einem Fahrzeug während eines Aufnahmevorgangs des Zielobjekts durch das Fahrzeug vorgesehen. Das Verfahren kann mit einem Fahrzeug durchgeführt werden, das eines oder mehrere der Merkmale des Fahrzeugs aufweist, das vorstehend beschrieben ist. Wenn das Zielobjekt als Wechselbrücke ausgestaltet ist, umfasst der Aufnahmevorgang ein Einspuren des Fahrzeugs unter die Wechselbrücke. Außerdem ist das Verfahren nicht auf den Aufnahmevorgang beschränkt, sondern ist das Verfahren auch auf einen Absetzvorgang des Zielobjekts anwendbar. Bei dem Absetzvorgang wird das Fahrzeug von dem Zielobjekt entfernt. Insbesondere wird bei Verwendung einer Wechselbrücke als Zielobjekt das Fahrzeug aus der Wechselbrücke herausgefahren.
Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: - Erfassen von Wechselwirkungen zwischen Führungselementen des Fahrzeugs und Führungselementen des Zielobjekts während des Aufnahmevorgangs durch eine Anzahl von Sensoren,
- Auswerten der erfassten Wechselwirkungen in einer Signalverarbeitungseinrichtung unter Berücksichtigung der Position, an der die jeweilige Wechselwirkung erfasst wird,
- Ausgeben eines Ausrichtungssignals, das Informationen zur Ausrichtung Zielobjekts in Relation zum Fahrzeug umfasst, auf der Grundlage der Auswertung der erfassten Wechselwirkung.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Erfassens einer Relativposition zwischen dem Fahrzeug und dem Zielobjekt in Längsrichtung des Fahrzeugs aufweisen. Dabei kann im Schritt des Auswertens der erfassten Wechselwirkung zusätzlich die erfasste Relativposition zwischen Fahrzeug und Zielobjekt in Längsrichtung des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Diese Berücksichtigung kann durch ein Ausgangssignal vorgenommen werden, das von dem Einspursensor abgegeben wird, das am Fahrzeug montierbar ist.
Das Verfahren kann den Schritt des Erfassens einer Relativposition zwischen dem Fahrzeug und dem Zielobjekt in Längsrichtung des Fahrzeugs aufweisen, um zu bestimmen, ob
- sich das Fahrzeug außerhalb des Zielobjekts befindet,
- sich das Fahrzeug teilweise unter dem Zielobjekt befindet, so dass zwei der Führungselemente des Fahrzeugs unter dem Zielobjekt positioniert sind, und
- sich das Fahrzeug vollständig unter dem Zielobjekt befindet, so dass vier der Führungselemente des Fahrzeugs unter dem Zielobjekt positioniert sind.
Mit diesem Schritt kann die Grundlage für die Erfassung der Ausrichtung des Fahrzeugs zum Zielobjekt geschaffen werden, so dass Rückschlüsse auf die Relativposition auf der Grundlage der Ausgangssignale der Sensoren ermöglicht werden.
Das Verfahren kann ferner den folgenden Schritt aufweisen
- Erfassen, ob sich das Fahrzeug teilweise unter dem Zielobjekt befindet, und - wenn an einem der zwei Führungselemente des Fahrzeugs, die unter dem Zielobjekt positioniert sind, eine Wechselwirkung mit einem der Führungselemente des Zielobjekts erfasst wird, ein lateraler Versatz des Fahrzeugs bezüglich des Zielobjekts in Richtung desjenigen Führungselements des Fahrzeugs bestimmt wird, an dem eine Wechselwirkung mit einem der Führungselemente des Zielobjekts erfasst wird.
Damit lässt sich in dem Zustand, in dem sich das Fahrzeug teilweise unter dem Zielobjekt befindet, ein Lateralversatz des Fahrzeugs mithilfe des unter dem Zielobjekt positionierten Sensorpaars erfasst.
Das Verfahren kann ferner den folgenden Schritt aufweisen:
- Erfassen, ob sich das Fahrzeug vollständig unter dem Zielobjekt befindet, und
- wenn an zwei der Führungselemente des Fahrzeugs, die unter dem Zielobjekt positioniert sind und die auf derselben Seite des Fahrzeugs angeordnet sind, eine Wechselwirkung an einem der Führungselemente des Zielobjekts erfasst wird, ein lateraler Versatz des Fahrzeugs bezüglich des Zielobjekts bestimmt wird, und wobei
- wenn an zwei der Führungselemente des Fahrzeugs, die unter dem Zielobjekt positioniert sind und die an diagonal gegenüberliegenden Positionen des Fahrzeugs angeordnet sind, eine Wechselwirkung an den Führungselementen des Zielobjekts erfasst wird, eine Verdrehung des Fahrzeugs bezüglich Zielobjekts bestimmt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug und eine Wechselbrücke, auf die eine Ausführungsform der Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Anordnung von Sensoren an einem Fahrzeug, auf das eine Ausführungsform der Erfindung anwendbar ist; Fig. 3 zeigt einen unteren Bereich einer Wechselbrücke, auf die eine Ausführungsform der Erfindung anwendbar ist;
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung die Anordnung von Sensoren an einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 5 zeigt verschiedene Relativpositionen des Fahrzeugs zur Wechselbrücke zum Erläutern des Erfindungskonzepts;
Fig. 6 zeigt schematisch verschiedene Situationen, die während der Erfassung von Wechselwirkungen bei teilweise eingespurtem Fahrzeug möglich sind;
Figur 7 zeigt schematisch verschiedene Situationen, die während der Erfassung von Wechselwirkungen bei vollständig eingespurtem Fahrzeug möglich sind.
Beschreibung der Ausführunqsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1 , das zur Aufnahme eines Zielobjekts geeignet ist, wobei das Zielobjekt in dieser Ausführungsform als Wechselbrücke ausgestaltet ist. Ferner zeigt Fig. 1 eine beispielhafte Wechselbrücke 2, die von dem Fahrzeug 1 aufgenommen werden kann. Die Wechselbrücke 2 ist zur Aufnahme von Ladung ausgestaltet. Hierzu ist auf der Wechselbrücke 2 ein Koffer 22 zur Aufnahme der Ladung vorgesehen. Das Fahrzeug 1 weist ein Führerhaus 12 am vorderen Abschnitt und einen Rahmen 19 am hinteren Abschnitt auf. In der Darstellung ist das Fahrzeug 1 mit einer Vorderachse und zwei Hinterachsen dargestellt, jedoch sind verschiedene Anordnungen mit mehr oder weniger Achsen denkbar.
In Längsrichtung hinter dem Fahrzeug 1 ist in der Darstellung von Fig. 1 die Wechselbrücke 2 auf Stützelementen 21 abgestellt. In der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration wird das Fahrzeug 1 zum Aufnehmen der Wechselbrücke 2 vorbereitet. Das Aufnehmen der Wechselbrücke 2 wird durch Einfahren des Fahrzeugs 1 unter die Wechselbrücke 2 durchgeführt.
In Fig. 2 ist in einer schematischen Draufsicht die Anordnung von Führungselementen
13, 14, 15, 16 an dem Rahmen 19 des Fahrzeugs 1 dargestellt. Insbesondere sind an einem hinteren Abschnitt des Rahmens 19 des Fahrzeugs 1 Führungselemente 13, 14 angebracht, die in Querrichtung des Fahrzeugs 1 voneinander beabstandet sind. Am vorderen Bereich des Rahmens 19 des Fahrzeugs 1 sind Führungselemente 15, 16 gezeigt, die ebenfalls in Querrichtung des Fahrzeugs 1 beabstandet sind. Die Führungselemente 13, 14, die am hinteren Bereich des Rahmens 19 montiert sind, bilden ein erstes Paar Führungselemente. Die Führungselemente 15, 16, die am vorderen Bereich des Rahmens 19 angebracht sind, bilden ein zweites Führungselementpaar. Das erste Paar Führungselemente 13, 14 ist in Längsrichtung von dem zweiten Paar Führungselemente 15, 16 beabstandet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind somit vier Führungselemente 13, 14, 15, 16 an dem Rahmen 19 vorgesehen, die jeweils an vier Ecken eines gedachten Rechtecks montiert sind.
Das in Fig. 2 gezeigte Fahrzeug 1 weist ferner eine Anzahl von Sensoren 3, 4, 5, 6 auf. Jeder der Sensoren 3, 4, 5, 6 ist einem der in Fig. 2 gezeigten Führungselemente 13,
14, 15, 16 zugeordnet. Insbesondere ist der Sensor 3 dem Führungselement 13 zugeordnet, ist der Sensor 4 dem Führungselement 14 zugeordnet, ist der Sensor 5 dem Führungselement 15 zugeordnet und ist der Sensor 6 dem Führungselement 16 zugeordnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Führungselemente 13, 14, 15, 16 als Einspurrollen ausgeführt, die um eine Achse drehbar an dem Rahmen 19 des Fahrzeugs 1 montiert sind, die im Wesentlichen vertikal beziehungsweise nach oben ausgerichtet ist. Die Einspurrollen im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind ferner mit einer konischen Form ausgeführt, so dass der Durchmesser von jeder der Einspurrollen am unteren Bereich größer ist als am oberen Bereich.
Im Bereich von jeder der Einspurrollen 13, 14, 15, 16 ist jeweils einer der Sensoren 3, 4, 5, 6 montiert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jeder der Sensoren 3, 4, 5, 6 als Körperschallsensor ausgeführt. Insbesondere kann jeder der Sensoren 3, 4, 5, 6 als piezoelementbasierter Sensor ausgeführt sein, der fest an dem Rahmen 19 des Fahrzeugs 1 im Bereich von jeder der Einspurrollen 13, 14, 15, 16 montiert wird. Die Anbringung der Sensoren 3, 4, 5, 6 ist dabei so ausgeführt, dass ein im Bereich der Einspurrollen erzeugter Körperschall durch den entsprechenden Sensor erfasst wird und ein erzeigtes Ausgangssignal des Sensors der jeweiligen Einspurrolle zugeordnet werden kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird die Funktion der als Einspurrollen ausgeführten Führungselemente 13, 14, 15, 16 des Fahrzeugs 1 beschrieben. In der in Fig. 3 gezeigten Ansicht ist an einer Unterseite 23 der Wechselbrücke 2 ein Einspurkanal vorgesehen, der durch lateral beabstandete Führungselemente 17, 18 begrenzt wird. Die Führungselemente 17, 18 sind dabei als Führungsschienen ausgebildet, die sich in Längsrichtung der Wechselbrücke 2 erstrecken und an der Unterseite 23 der Wechselbrücke fest montiert sind.
Wie Fig. 3 entnehmbar ist, sind an der Wechselbrücke 2 vier Stützelemente 21 vorgesehen, die zum Stützen der Wechselbrücke 2 geeignet sind. Die Stützelemente 21 sind in der Fig. 3 gezeigten Situation relativ zu der Wechselbrücke 2 verriegelt und können bei Bedarf, insbesondere nach Aufnahme der Wechselbrücke 2 durch das Fahrzeug 1 entriegelt und nach oben geschwenkt werden. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Stützelemente 21 in Querrichtung zur Wechselbrücke 2 einstellbar ausgestaltet sind, um die Kippsicherheit der Wechselbrücke 2 zu verbessern.
Unter Rückbezug auf die Darstellung in Fig. 1 wird der prinzipielle Ablauf des Einspu- rens des Fahrzeugs 1 unter die Wechselbrücke 2 beschrieben. Als Ausgangspunkt wird das Fahrzeug 1 in Längsrichtung ausgerichtet vor die Wechselbrücke 2 bewegt. Dabei ist auf eine möglichst genaue Ausrichtung zwischen Fahrzeug 1 und Wechselbrücke 2 in Längsrichtung zu achten. Zum Aufnehmen der Wechselbrücke 2 ist das Fahrzeug 1 sodann unter die Wechselbrücke 2 zu fahren. Bei diesem Vorgang wird zunächst das erste Paar Führungselemente 13, 14 in den Einspurtunnel eingefahren, der aus den Führungselementen 17, 18 der Wechselbrücke 2 gebildet wird. Bei optimaler Ausrichtung zwischen Fahrzeug 1 und Wechselbrücke 2 berühren die Führungselemente 13, 14 am hinteren Abschnitt des Rahmens 19 die Innenflächen der Führungselemente 17, 18 der Wechselbrücke 2 nicht. Bei fortgesetztem Einfahren des Fahrzeugs 1 unter die Wechselbrücke 2 gelangt das zweite Paar Führungselemente 15, 16 in den Einspurtunnel der Wechselbrücke 2. Bei einem optimalen Verlauf berührt keines der Führungselemente 13, 14, 15, 16 des Fahrzeugs 1 die Führungselemente 17, 18 der Wechselbrücke 2.
In einem normalen Betrieb sind jedoch Abweichungen hinsichtlich der Ausrichtung zwischen Fahrzeug 1 und Wechselbrücke 2 nicht auszuschließen und vielmehr der Regelfall. Daher besteht die Möglichkeit, dass beim Einspurvorgang der Führungselemente 13, 14, 15, 16 des Fahrzeugs 1 in den Einspurtunnel der Wechselbrücke 2 eines oder mehrerer der Führungselemente des Fahrzeugs 1 die Führungselemente 17, 18 der Wechselbrücke 2 berühren. Bei einer solchen Berührung wird in der vorliegenden Ausführungsform durch den Kontakt des entsprechenden Führungselements des Fahrzeugs 1 und einem der Führungselemente der Wechselbrücke 2 Körperschall im Bereich des Rahmens 19 erzeugt, an dem das entsprechende Führungselement des Fahrzeugs 1 montiert ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Ansatz zugrunde, Wechselwirkungen zwischen den Führungselementen des Fahrzeugs 1 und den Führungselementen der Wechselbrücke 2 zu erfassen und aus den erfassten Wechselwirkungen die relative Ausrichtung zwischen dem Fahrzeug 1 und der Wechselbrücke 2 zu bestimmen. Hierzu ist in dem Fahrzeug 1 eine Signalauswerteeinrichtung 30 vorgesehen, die mit den am Fahrzeug 1 montierten Sensoren 3, 4, 5, 6 verbunden ist und Ausgangssignale von diesen aufnimmt. Die Signalauswertungseinrichtung 30 ist dabei mit Mitteln versehen, um aus den erfassten Wechselwirkungen ein Ausrichtungssignal zu erzeugen, das auf die Ausrichtung des Fahrzeugs 1 relativ zur Wechselbrücke 2 rückschließen lässt.
Für diese Auswertung ist es von Vorteil, die Relativposition zwischen Fahrzeug 1 und Wechselbrücke 2 in Längsrichtung zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck ist ein Einspursensor 11 am vorderen Bereich des Rahmens 19 des Fahrzeugs 1 vorgesehen, der das Ausmaß des Einspurens des Fahrzeugs 1 unter die Wechselbrücke 2 erfassen kann. Insbesondere kann mit dem Einspursensor 1 1 über eine Abstandsmessung erfasst werden, wie weit das Fahrzeug 1 unter die Wechselbrücke 2 eingefahren ist.
Dabei sind im Wesentlichen drei Fälle zu unterscheiden, die in Fig. 5 dargestellt sind. In der mit A gekennzeichneten Abbildung in Fig. 5 befindet sich das Fahrzeug 1 noch außerhalb der Wechselbrücke 2. In der mit B gekennzeichneten Abbildung in Fig. 5 ist das Fahrzeug 1 teilweise unter die Wechselbrücke 2 eingefahren. Insbesondere befinden sich die Führungselemente 13, 14, die am hinteren Bereich des Fahrzeugs 1 montiert sind, bereits innerhalb des Einspurtunnels der Wechselbrücke 2, insbesondere zwischen den Führungselementen 17, 18 der Wechselbrücke 2. In der mit C bezeichneten Abbildung in Fig. 5 ist das Fahrzeug 1 vollständig unter die Wechselbrücke 2 eingefahren und sind sämtliche Führungselemente des Fahrzeugs 1 in den Einspurtunnel der Wechselbrücke 2 eingespurt.
Unter Berücksichtigung der vorstehend diskutierten Fälle in Fig. 5 wird im Folgenden das Grundkonzept der Erfassung der Relativposition des Fahrzeugs 1 zur Wechselbrücke 2 auf der Grundlage der Darstellungen in den Figuren 6 und 7 erläutert.
In Fig. 6 ist in der mit A bezeichneten Abbildung von Fig. 6 das Fahrzeug 1 außerhalb der Wechselbrücke 2 dargestellt. Bein Einspurvorgang wird zunächst die in Fig. 5 mit B bezeichnete Situation erzielt, in der die am hinteren Abschnitt des Fahrzeugs 1 montierten Führungselemente 13, 14 in den Einspurtunnel der Wechselbrücke 2 einfahren. Dabei können sich die folgenden Situationen hinsichtlich der Wechselwirkung zwischen den Führungselementen des Fahrzeugs 1 und den Führungselementen der Wechselbrücke 2 ergeben:
A: Das Fahrzeug 1 befindet sich außerhalb der Wechselbrücke 2 und keiner der Sensoren 3, 4, 5, 6 erfasst eine Wechselwirkung.
B1 : Das Fahrzeug 1 ist teilweise unter die Wechselbrücke 2 eingefahren und keiner der Sensoren 3, 4, 5, 6 erfasst eine Wechselwirkung. In dieser Situation wird bestimmt, dass kein Lateralversatz zwischen Fahrzeug 1 und Wechselbrücke 2 vorliegt. B2: Das Fahrzeug ist teilweise unter die Wechselbrücke 2 eingefahren und der hintere rechte Sensor 3 erfasst eine Wechselwirkung, während die übrigen Sensoren 4, 5, 6 keine Wechselwirkung erfassen. In dieser Situation wird ein Lateralversatz des Fahrzeugs 1 relativ zur Wechselbrücke 2 nach rechts bestimmt.
B3: Das Fahrzeug 1 ist teilweise unter die Wechselbrücke 2 eingefahren und der hintere linke Sensor 4 erfasst eine Wechselwirkung. In dieser Situation wird bestimmt, dass ein Lateralversatz des Fahrzeugs 1 relativ zur Wechselbrücke 2 nach links vorliegt.
Somit können bei teilweise eingefahrenem Fahrzeug 1 Informationen über die Ausrichtung des Fahrzeugs 1 relativ zur Wechselbrücke 2 bereitgestellt werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in den Fällen B1 , B2 und B3 nur die zwei Sensoren 3, 4 für die Erfassung zur Verfügung stehen.
Bei fortgesetztem Einfahren des Fahrzeugs 1 unter die Wechselbrücke 2 befinden sich schließlich alle Sensoren 3, 4, 5, 6 innerhalb des Einspurtunnels, der aus den Führungselementen 17, 18 der Wechselbrücke 2 gebildet wird. In diesem Zustand können sich folgende Situationen ergeben:
C1 : Keiner der Sensoren 3, 4, 5, 6 erfasst bei vollständig eingefahrenem Fahrzeug 1 eine Wechselwirkung. Hieraus lässt sich ableiten, dass das Fahrzeug 1 ohne Lateralversatz und ohne Verdrehung unter die Wechselbrücke 2 positioniert wurde.
C2: Bei vollständig eingefahrenem Fahrzeug erfassen die beiden rechten Sensoren 3, 5 eine Wechselwirkung, während die beiden linken Sensoren 4, 6 keine Wechselwirkung erfassen. Hieraus lässt sich ableiten, dass das Fahrzeug 1 mit einem Lateralversatz zur rechten Seite relativ zur Wechselbrücke 2 positioniert ist.
C3: Bei vollständig eingefahrenem Fahrzeug erfassen die beiden linken Sensoren 4, 6 eine Wechselwirkung, während die beiden rechten Sensoren 3, 5 keine Wechselwirkung erfassen. Hieraus lässt sich ableiten, dass das Fahrzeug 1 mit einem Lateralversatz zur linken Seite relativ zur Wechselbrücke 2 positioniert ist. C4: Bei vollständig eingefahrenem Fahrzeug 1 erfassen der hintere rechte Sensor 3 und der vordere linke Sensor 6 eine Wechselwirkung, während der hintere linke Sensor 4 und der vordere rechte Sensor 5 keine Wechselwirkung erfassen. Hieraus lässt sich ableiten, dass das Fahrzeug 1 relativ zur Wechselbrücke 2 entgegen der Uhrzeigerrichtung verdreht positioniert ist.
C5: Bei vollständig eingefahrenem Fahrzeug 1 erfassen der hintere linke Sensor 4 und der vordere rechte Sensor 5 eine Wechselwirkung, während der hintere rechte Sensor 3 und der vordere linke Sensor 6 keine Wechselwirkung erfassen. Hieraus lässt sich ableiten, dass das Fahrzeug 1 relativ zur Wechselbrücke 2 in Uhrzeigerrichtung verdreht positioniert ist.
Zusätzlich ist es auch möglich, dass bei vollständig eingefahrenem Fahrzeug 1 nur einer der Sensoren 3, 4, 5, 6 eine Wechselwirkung erfasst. Daraus lässt sich ableiten, dass an der entsprechenden Position, an der die Wechselwirkung erfasst wird, ein Lateralversatz zwischen Fahrzeug 1 und Wechselbrücke 2 vorliegt.
Mithilfe der von den Sensoren 3, 4, 5, 6 und dem Einspursensor 1 1 abgegebenen Signalen, die in die Signalauswerteeinrichtung 30 eingeführt werden, kann somit mithilfe von geometrischen Annahmen zum Fahrzeug 1 und zur Wechselbrücke 2 auf die relative Ausrichtung des Fahrzeugs 1 zur Wechselbrücke 2 beim Einspurvorgang rückgeschlossen werden. Die Signalverarbeitungseinrichtung 30 bildet in diesem Zusammenhang ein Ausrichtungssignal, das Informationen bezüglich der Ausrichtung des Fahrzeugs 1 zur Wechselbrücke 2 enthält.
Die geometrischen Informationen zum Fahrzeug 1 umfassen dabei Abmessungen zwischen den Führungselementen 13, 14, 15, 16 in Lateral- und Längsrichtung des Fahrzeugs 1 . Ferner umfassen die geometrische Informationen Angaben zu Radständen, Spurweiten etc. die für die Bestimmung von genauen Ergebnissen von Vorteil sein können. Ein Diagramm mit beispielhaften Abmessungen des Fahrzeugs 1 ist in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 sind einige der Abmessungen des Fahrzeugs 1 dargestellt. Dabei ist die Mittellinie des Fahrzeugs 1 mit M bezeichnet. Der Abstand der nach außen weisenden Bereiche der Führungselemente 13, 15 auf der rechten Seite bezüglich der Mittellinie M sind mit R bezeichnet und der Abstand der nach außen weisenden Bereiche der Führungselemente 14, 16 auf der linken Seite bezüglich der Mittellinie M sind mit L bezeichnet. Ferner ist der Figur der Radstand R entnehmbar.
Das von der Signalverarbeitungseinrichtung 30 erzeugte Ausrichtungssignal wird in der vorliegenden Ausführungsform mithilfe einer nicht gezeigten Anzeigeeinrichtung für den Fahrer des Fahrzeugs 1 sichtbar gemacht. Somit kann der Fahrer beim Einspurvorgang des Fahrzeugs 1 unter eine Wechselbrücke 2 Hinweise erhalten, ob und wie der Fahrweg des Fahrzeugs 1 beim Einspurvorgang korrigiert werden muss.
In einer alternativen Ausführungsform wird das Ausrichtungssignal für eine Steuereinrichtung verfügbar gemacht, die einen autonomen Betrieb zumindest für den Aufnahmevorgang von Wechselbrücken 2 ermöglicht. Hierdurch kann der autonome Betrieb deutlich optimiert werden, da zusätzlich zu Positionsangaben beispielsweise basierend auf GPS-Daten auch relevante Wechselwirkungen zwischen Elementen des Fahrzeugs 1 und der Wechselbrücke 2 in die Steuerung für den autonomen Betrieb einfließen.
In den vorstehend angegebenen Ausführungsformen werden als Führungselemente des Fahrzeugs 1 Einspurrollen genannt. Jedoch können die Führungselemente auch als Einspurbleche oder Ähnliches gestaltet werden, solange die Wechselwirkung zwischen den Führungselementen des Fahrzeugs und den Führungselementen der Wechselbrücke 2 durch Sensoren erfassbar ist.
Ferner wurde in den oben genannten Ausführungsformen angenommen, dass die Sensoren als Körperschallsensoren ausgestaltet sind. Es ist jedoch auch möglich, andere Sensoren einzusetzen, wie zum Beispiel Näherungssensoren oder Kraftmesssensoren. Insbesondere ist es möglich, nicht nur den Kontakt zwischen den Führungselementen als Wechselwirkung zu erfassen, sondern eine Annäherung oder eine Krafteinwirkung zwischen den Führungselementen des Fahrzeugs und den Führungselementen der Wechselbrücke zu berücksichtigen.
Für den Fall, dass zumindest abschnittweise kegelstumpfförmige Einspurrollen als Führungselemente des Fahrzeugs 1 verwendet werden, variiert der Abstand zwischen den Einspurrollen und den Führungsschienen der Wechselbrücke in Abhängigkeit von einer Niveaudifferenz zwischen Einspurrollen und Führungsschienen. Bei Verwendung eines Fahrzeugs mit Niveauregulierung, bei der das Niveau von Einspurrollen bezüglich einer Fahrbahnoberfläche einstellbar ist, kann ein entsprechendes Signal eines hierfür vorgesehenen Sensors zur Verfügung stehen. Daher wird in einer abgewandelten Ausführungsform der Signalverarbeitungseinrichtung 30 zusätzlich ein Signal, das das Niveau von Einspurrollen bezüglich der Fahrbahnoberfläche erfasst, zugeführt. Dieses Signal wird für die Erzeugung des Ausrichtungssignals berücksichtigt.
In einer weiteren abgewandelten Ausführungsform werden als Führungselemente 13, 14, 15, 16 anstelle der Einspurrollen Führungsbleche verwendet, die stationär am Fahrzeug 1 an vorbestimmten Positionen montiert sind. Bei dieser Ausführungsform besteht die Wechselwirkung in einem Kontakt zwischen den Führungsblechen und den Führungselementen 17, 18 der Wechselbrücke 2. Dabei sind in einer Ausführungsform die Führungsbleche zur vertikalen Richtung zur Mittelachse des Fahrzeugs geneigt, so dass sich ein in vertikaler Richtung variierender Abstand der Außenflächen der Führungsbleche ergibt.
Bezugszeichen
Fahrzeug
Wechselbrücke (Zielobjekt)
, 4, 5, 6 Sensor
0 Signalauswertungseinrichtung1 Einspursensor
2 Führerhaus
3, 14, 15, 16 Führungselement des Fahrzeugs7, 18 Führungselement der Wechselbrücke9 Rahmen
1 Stützelement
2 Koffer
3 Unterseite der Wechselbrücke
0 Steuereinrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . System zum Bestimmen einer Ausrichtung eines Zielobjekts (2) in Relation zu einem Fahrzeug (1 ) während eines Aufnahmevorgangs des Zielobjekts durch das Fahrzeug (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Anzahl von Sensoren (3, 4, 5, 6), von denen jeder an einer vorbestimmten Position am Fahrzeug (1 ) derart anbringbar ist, dass eine vorbestimmte Wechselwirkung zwischen Führungselementen (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) und Führungselementen (17, 18) des Zielobjekts (2) selektiv für jede der vorbestimmten Positionen unter Abgabe eines Ausgangssignals erfassbar ist, und eine Signalverarbeitungseinrichtung (30) aufweist, mit der jeder der Sensoren (3, 4, 5,
6) zum Zuführen ihrer Ausgangssignale verbindbar ist, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (30) eingerichtet ist, um auf der Basis der von den Sensoren (3, 4, 5, 6) zugeführten Ausgangssignale ein Ausrichtungssignal zu erzeugen, das Informationen zur Ausrichtung des Zielobjekts (2) in Relation zum Fahrzeug (1 ) umfasst.
2. System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3, 4, 5, 6) zumindest ein erstes Sensorpaar (3, 4) und ein zweites Sensorpaar (5, 6) umfassen und derart am Fahrzeug (1 ) montierbar sind, dass bezüglich einer Längsrichtung des Fahrzeugs (1 ) die Sensoren des ersten Sensorpaars (3, 4) in Querrichtung voneinander beabstandet sind, die Sensoren des zweiten Sensorpaars (5, 6) in Querrichtung voneinander beabstandet sind und das erste Sensorpaar (3, 4) von dem zweiten Sensorpaar (5, 6) in Längsrichtung des Fahrzeugs (1 ) voneinander beabstandet ist.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Einspursensor (1 1 ), der zum Erfassen einer Relativposition zwischen Fahrzeug (1 ) und Zielobjekt (2) in Längsrichtung des Fahrzeugs (1 ) am Fahrzeug (1 ) montierbar ist und mit der Signalverarbeitungseinrichtung (30) verbindbar ist, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (30) eingerichtet ist, um die von dem Einspursensor (1 1 ) erfasste Relativposition bei der Erzeugung des Ausgangssignals zu berücksichtigen.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Wechselwirkung einen Kontakt zwischen einem oder mehreren der Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) und einem oder mehreren der Führungselemente (17, 18) des Zielobjekts (2) während des Aufnahmevorgangs um- fasst, wobei die Sensoren (3, 4, 5, 6) jeweils als Körperschallsensoren ausgebildet und im Bereich der Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) montierbar sind.
5. System nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Wechselwirkung eine Annäherung von einem oder mehreren der Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) und einem oder mehreren der Führungselemente (17, 18) des Zielobjekts (2) während des Aufnahmevorgangs umfasst, wobei die Sensoren (3, 4, 5, 6) jeweils als Näherungssensor ausgebildet und im Bereich der Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1) oder an den Führungselementen (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) montierbar sind.
6. System nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Wechselwirkung eine Krafteinwirkung zwischen einem oder mehreren der Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) und einem oder mehreren der Führungselemente (17, 18) des Zielobjekts (2) während des Aufnahmevorgangs umfasst, wobei die Sensoren (3, 4, 5, 6) jeweils als Kraftmesssensor ausgebildet und an den Führungselementen (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) montierbar sind.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Sensoren (3, 4, 5, 6) zum quantitativen Erfassen des Ausmaßes der vorbestimmten Wechselwirkung und zum Abgeben eines Ausgangssignals eingerichtet ist, das das Ausmaß der vorbestimmten Wechselwirkung anzeigt.
8. System nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Sensoren (3, 4, 5, 6) eingerichtet ist, um bei Erfassung eines Ausmaßes der vorbestimmten Wechselwirkung, das einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, ein qualitatives Ausgangssignal abzugeben, das anzeigt, dass der vorbestimmte Schwellwert überschritten ist.
9. Fahrzeug (1 ) zur Aufnahme eines Zielobjekts (2), wobei das Fahrzeug einen Rahmen (19) aufweist, an dem Führungselemente (13, 14, 15, 16) vorgesehen sind, die zum Einspuren zwischen an dem Zielobjekt (2) vorgesehenen Führungselementen (17, 18) ausgestaltet sind, wobei das Fahrzeug (1 ) ferner ein System nach einem der Ansprüche 1 -8 aufweist.
10. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1 ) eine Steuereinrichtung für einen autonomen Betrieb aufweist, die zumindest während der Aufnahme des Zielobjekts (2) einen autonomen Betriebsweise ermöglicht, wobei der Steuereinrichtung für einen autonomen Betrieb das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung (30) zugeführt wird.
1 1 . Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9-10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zur Aufnahme einer Wechselbrücke als Zielobjekt (2) ausgestaltet ist.
12. Verfahren zum Bestimmen einer Ausrichtung eines Zielobjekts (2) in Relation zu einem Fahrzeug (1 ) während eines Aufnahmevorgangs des Zielobjekts durch das Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 9-1 1 , mit den folgenden Schritten:
- Erfassen von Wechselwirkungen zwischen Führungselementen (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) und Führungselementen (17, 18) des Zielobjekts (2) während des Aufnahmevorgangs durch eine Anzahl von Sensoren (3, 4, 5, 6),
- Auswerten der erfassten Wechselwirkungen in einer Signalverarbeitungseinrichtung (30) unter Berücksichtigung der Position, an der die jeweilige Wechselwirkung erfasst wird,
- Ausgeben eines Ausrichtungssignals, das Informationen zur Ausrichtung des Zielobjekts (2) in Relation zum Fahrzeug (1 ) umfasst, auf der Grundlage der Auswertung der erfassten Wechselwirkung.
13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt des Erfassens einer Relativposition zwischen Fahrzeug (1 ) und Zielobjekt (2) in Längsrichtung des Fahrzeugs (1 ), wobei im Schritt des Auswertens der erfassten Wechselwirkung zusätzlich die erfasste Relativposition zwischen Fahrzeug (1 ) und Zielobjekt (2) in Längsrichtung des Fahrzeugs (1 ) berücksichtigt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, gekennzeichnet durch den Schritt des Erfassens einer Relativposition zwischen Fahrzeug (1 ) und Zielobjekt (2) in Längsrichtung des Fahrzeugs (1 ), um zu bestimmen, ob
- das Fahrzeug (1 ) sich außerhalb des Zielobjekts (2) befindet,
- das Fahrzeug (1 ) sich teilweise unter dem Zielobjekt (2) befindet, so dass zwei der Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) unter dem Zielobjekt (2) eingespurt sind, und
- das Fahrzeug (1 ) sich vollständig unter dem Zielobjekt (2) befindet, so dass vier der Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ) unter dem Zielobjekt (2) eingespurt sind.
15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt:
- Erfassen, ob sich das Fahrzeug (1 ) teilweise unter dem Zielobjekt (2) befindet, und - wenn an einem der zwei Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ), die unter dem Zielobjekt (2) eingespurt sind, eine Wechselwirkung mit einem der Führungselemente (17, 18) des Zielobjekts (2) erfasst wird, ein lateraler Versatz des Fahrzeugs (1 ) bezüglich des Zielobjekts (2) in der Richtung desjenigen Führungselements (13, 14) des Fahrzeugs (1 ) bestimmt wird, an dem eine Wechselwirkung mit einem der Führungselemente (17, 18) des Zielobjekts (2) erfasst wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt:
- Erfassen, ob sich das Fahrzeug (1 ) vollständig dem Zielobjekt befindet (2) befindet, und
- wenn an zwei der Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ), die unter dem Zielobjekt (2) eingespurt sind und die auf derselben Seite des Fahrzeugs (1 ) angeordnet sind, eine Wechselwirkung an einem der Führungselemente (17, 18) des Zielobjekts (2) erfasst wird, ein lateraler Versatz des Fahrzeugs (1 ) bezüglich des Zielobjekts (2) bestimmt wird, und wobei
- wenn an zwei der Führungselemente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeugs (1 ), die unter das Zielobjekt (2) eingespurt sind und die an diagonal gegenüberliegenden Positionen des Fahrzeugs (1 ) angeordnet sind, eine Wechselwirkung an den Führungselementen (17, 18) des Zielobjekts (2) erfasst wird, eine Verdrehung des Fahrzeugs (1 ) bezüglich des Zielobjekts (2) bestimmt wird.
PCT/EP2019/063571 2018-06-26 2019-05-27 System und verfahren zum bestimmen einer ausrichtung eines zielobjekts in relation zu einem fahrzeug WO2020001883A1 (de)

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