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I. Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft die Kollisionsverhinderung von fahrergeführten Fahrzeugen, insbesondere fahrbaren Arbeitsmaschinen, mit einem Hindernis in der Umgebung.
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II. Technischer Hintergrund
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Aus dem PKW-Bereich ist es bekannt, Sekundenschlaf des Fahrers zu verhindern durch Überwachung der Öffnungsstellung der Augen des Fahrers:
Eine im Innenraum angebrachte Kamera tastet das Gesicht des Fahrers ab, erkennt die Augen und erkennt auch, ob die Augen offen oder geschlossen sind. Sobald die Augen länger als die für einen normalen Wimpernschlag benötigte Zeit geschlossen bleiben, wird ein lautes Warnsignal abgegeben, um den mutmaßlich eingeschlafenen Fahrer wieder aufzuwecken.
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Bei Arbeitsmaschinen gibt es ein ähnliches Problem, wobei es dabei nicht nur um möglichen Sekundenschlaf geht, sondern auch darum, in bestimmten, kollisions-kritischen Fahrsituationen zu vermeiden, dass der Fahrer dabei nicht in die richtige Richtung blickt, nämlich auf die potentielle Gefahrenstelle.
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Ein typischer Anwendungsfall sind dabei die Fahrer von Fahrzeugen auf dem Flughafenvorfeld, denn diese können im Fall einer Unaufmerksamkeit bei einem Flugzeug auch bei nur leichter Berührung und geringer Beschädigung dennoch einen hohen Schaden dadurch verursachen, dass zunächst das Flugzeug nicht mehr weiter in Betrieb bleiben darf, und zumindest durch einen Gutachter untersucht werden muss, ob die Verkehrssicherheit durch diese Beschädigung beeinträchtigt ist oder nicht. Auch die in der Folge notwendigen Reparaturen sind – auch bei sehr kleinen Beschädigungen – bei einem Flugzeug sehr teuer wegen der dabei anzuwendenden Sorgfalt und der anschließenden Überprüfungs- und Freigabeprozedur.
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Eines der kritischsten Vorfeld-Fahrzeuge sind dabei die selbstfahrenden Gepäckförderbänder, die quer seitlich neben das Flugzeug fahren, das vordere freie Ende des Förderbandes anheben und es an oder in die nur wenig breitere Ladeluke des Flugzeuges in ca. 5 bis 6 m Höhe hinein manövrieren. Dabei kann bei einer Unachtsamkeit leicht eine Berührung der Außenhaut des Flugzeuges durch Anfahren unterhalb oder seitlich neben der Ladeluke oder der geöffneten Tür der Ladeluke geschehen.
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Um dies zu vermeiden, ist die wichtigste Voraussetzung, dass der Fahrer in den kritischen letzten Sekunden des Heranfahrens genau auf die potentielle Berührungsstelle blickt, also weder in eine andere Richtung blickt noch dabei die Augen geschlossen hat wegen z.B. Sekundenschlafs.
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Diese Gefahr eines Anfahrens, noch dazu weit entfernt über dem Kopf des Fahrers, wurde bisher zu vermeiden versucht, indem man direkt an dem vorderen freien Ende des Förderbandes oder des Traggestelles hierfür Sensoren angeordnet hat, die eine zu starke Annäherung anzeigen.
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Dies ist jedoch zum einen deshalb fehlerbehaftet, weil ja beim Einfahren des vorderen freien Endes des Förderbandes in die Ladeluke auch bei korrektem Einfahren die umgebenden Flugzeugteile nur wenige Zentimeter entfernt sind. Ein darauf ansprechender Sensor kann also erst ansprechen, wenn eine Annäherung auf weniger als einige Zentimeter erfolgt ist, und dann ist die verbleibende Reaktionszeit für die Abgabe des Warnsignals und Reaktion durch den Fahrer oft zu gering, um ein Anfahren noch zu verhindern.
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Desweiteren befinden sich die besagten Sensoren dabei im Außenbereich, sind also zum einen Wind und Wetter ausgesetzt, und befinden sich an einer sehr exponierten Position, an der sie auch sehr leicht beschädigt werden können. Auch deshalb sind die Vor-Ort-Sensoren häufig nicht einsatzfähig und stellen keine sichere dauerhafte Lösung dar.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, vor allem bei Arbeitsmaschinen, insbesondere einem selbst fahrenden Gepäckförderband auf dem Flughafenvorfeld, ein Anfahren dieser Arbeitsmaschine an einem Hindernis in der Umgebung, insbesondere bei gezieltem Annähern an das Hindernis, mit geringem Aufwand und dennoch zuverlässig zu vermeiden.
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b) Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Vorgehensweise der Überwachung soll erst einsetzen, wenn sich das Fahrzeug einem Hindernis nähert, und sich bereits in einer Entfernung unterhalb einer festgelegten ersten Gefahrentfernung befindet.
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Sobald diese Voraussetzung erfüllt ist, wird die Überwachung automatisch in Gang gesetzt, indem als erstes Kriterium überwacht wird, ob beide Augen des Fahrers mit Blickrichtung in die Gefahrrichtung, also diejenige Richtung in der sich das annähernde Hindernis befindet, ausgerichtet sind.
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Ist das Gesicht des Fahrers in diese Gefahrrichtung nicht ausgerichtet, so ist dies daran erkennbar, dass nur ein oder gar kein Auge aus der Gefahrrichtung zu erkennen ist.
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Als zweites Kriterium wird überwacht, ob wenigstens ein oder besser beide Augen nie länger geschlossen sind als für einen normalen Wimpernschlag üblich.
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Sobald eines der beiden Überwachungskriterien nicht erfüllt ist, also entweder das Gesicht nicht mit beiden Augen in Gefahrrichtung blickt, oder eines der Augen länger geschlossen wird als für einen normalen Wimpernschlag üblich, wird ein Alarm abgegeben, vorzugsweise ein akustisches Warnsignal im Inneren der Fahrerkabine, um den möglicherweise abgelenkten oder eingeschlafenen Fahrer sofort aufzuwecken.
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Hat sich dabei das Fahrzeug bereits auf mehr als eine zweite, geringere, Gefahrentfernung an das Hindernis angenähert, so wird zusätzlich die Geschwindigkeit des Fahrzeuges automatisch reduziert, und/oder bei Unterschreiten einer weiteren, insbesondere dritten, noch geringeren Gefahrentfernung das Fahrzeug automatisch gestoppt.
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Diese gesamte Überwachung wird vorzugsweise in Vorwärts-Fahrtrichtung durchgeführt, da dies die häufigste Bewegungsrichtung ist und vor allem bei dem gefährlichen gewollten Annähern des Fahrzeuges an ein Hindernis, z.B. zum Zwecke des Be- und Entladens, dieses Annähern immer in Vorwärts-Fahrtrichtung geschieht.
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Bei Fahrzeugen, mit denen häufig auch rangiert werden muss, kann es jedoch auch eine zweite oder mehrere andere Gefahrrichtungen geben, wofür der Fahrer sich entweder in Gefahrrichtung wenigstens mit dem Kopf umdrehen sollte oder sogar seinen Fahrersitz in die Gefahrrichtung drehen kann, und dann wird vorzugsweise die gesamte beschriebene Überwachung auch in mehreren unterschiedlichen Gefahrrichtungen durchgeführt.
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Bei der Überwachung, ob das Gesicht in Gefahrrichtung blickt, also beide Augen des Fahrers aus der Gefahrrichtung erkannt werden können, kann ein festgelegter Richtungs-Abweichungsbereich von der Gefahrrichtung akzeptiert werden.
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Dies kann auf einfache Art und Weise dadurch erreicht werden, dass die Überprüfung, ob beide Augen des Gesichts des Fahrers erkennbar sind, aus zwei auf unterschiedlichen Seiten der Gefahrrichtung liegenden Prüfrichtungen aus durchgeführt wird.
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Falls dabei nur aus der einen Prüfrichtung die beiden Augen des Fahrers erkannt werden, wird die Überwachung des geschlossenen Zeitraumes der Augen ebenfalls nur aus dieser Prüfrichtung durchgeführt.
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Vorzugsweise werden die Prüfrichtungen nicht nur von unterschiedlichen Seiten bezüglich der Gefahrenrichtung – betrachtet in der Aufsicht – durchgeführt, sondern auch aus unterschiedlichen Höhenrichtungen, vorzugsweise wiederum – in der Seitenansicht betrachtet – beidseits der Gefahrrichtung.
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Vorzugsweise zusätzlich kann in einer Querrichtung zur Gefahrrichtung das Kopfprofil des Kopfes des Fahrers hinsichtlich seiner Lage überwacht werden, um festzustellen, ob der Kopf sich prinzipiell an der vorgesehenen Position in der Fahrerkabine befindet, und falls dies nicht der Fall ist, führt dies ebenfalls zur Abgabe eines Alarms und in der Folge zur Verzögerung oder Anhalten des Fahrzeuges in Abhängigkeit des Erreichens der entsprechenden Gefahrentfernungen.
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Ein Fahrzeug sollte daher zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens folgende Ausstattungsmerkmale besitzen:
- – mindestens einen Näherungssensor am Fahrzeug
- – zum einen mindestens eine Kamera zum Aufnehmen des Kopfes, insbesondere des Gesichtes, des Fahrers,
- – wenigstens eine Auswerteelektronik, die mit der Kamera gekoppelt ist, und die in der Lage ist, aus dem Kamerabild zu ermitteln, ob keines, ein oder beide Augen im Kamerabild enthalten sind und über wie lange Zeiträume dieses Auge geschlossen ist,
- – einen Alarmgeber, insbesondere einen akustischen Alarmgeber, der mit der Auswerteelektronik wirkverbunden ist.
- – ein Verbindungsglied von der Auswerteelektronik zur Antriebssteuerung des Fahrzeugs, um dieses zu Verlangsamen oder Anzuhalten.
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c) Ausführungsbeispiele
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Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
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1a: die Annäherungssituation eines fahrbaren Gepäckförderbandes an ein Flugzeug,
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1b: das fahrbare Gepäckförderband in der Aufsicht,
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2a: die Fahrerkabine des fahrbaren Gepäckförderbandes in der Seitenansicht,
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2b: die Fahrerkabine des fahrbaren Gepäckförderbandes in der Aufsicht mit einer ersten Kopfstellung des Fahrers und
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3: die Fahrerkabine des fahrbaren Gepäckförderbandes in der Aufsicht mit einer zweiten Kopfstellung des Fahrers.
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1a zeigt – betrachtet in Längsrichtung eines stehenden Flugzeuges – die seitliche Annäherung eines fahrbaren Gepäckförderbandes 33, welches seitlich an das Flugzeug herangefahren wird und mit dem vorderen Ende seines Förderbandes 34 durch Anheben und/oder Teleskopieren des Förderbandes je nach Flugzeugtyp nahe an die Ladeluke heran oder in die Ladeluke hinein manövriert werden muss.
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Dabei müssen unerwünschte Kollisionen des fahrbaren Gepäckförderbandes 33 mit einem Hindernis 9, insbesondere in Form eines Flugzeuges, zuverlässig vermieden werden, wie im Folgenden beschrieben.
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In 1b ist das Fahrzeug 32 in Form des fahrbaren Gepäckförderbandes 33 in der Aufsicht dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass sich das Förderband 34 in Längsrichtung, der Vorwärtsfahrtrichtung 10 des Fahrzeuges 32, auf der einen Seite erstreckt und über dessen Vorderkante hinaus ausgefahren werden kann, während sich die Fahrerkabine 31 daneben in der anderen Hälfte des Fahrzeuges befindet. Der Fahrer 30 kann also bei hochgestelltem und ausgefahrenem vorderen Ende des Förderbandes 34 schräg nach oben und zur Seite auf die rechte Seite des vorderen Endes des Förderbandes 34 blicken, während für ihn die linke Seite des vorderen Endes ohnehin nicht einsehbar ist.
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Um das Maß der Annäherung des Fahrzeuges 32 an umgebende Hindernisse zu detektieren, sind Näherungssensoren 12a bis d an den vier Außenecken des Fahrgestells des fahrbaren Gepäckförderbandes 33 angeordnet, und vorzugsweise zusätzlich an den beiden Ecken des vorderen Endes des Förderbandes 34 zusätzlich ebenfalls jeweils ein Näherungssensor 12e, f.
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Vorzugsweise registriert jeder der Näherungssensoren, zum Beispiel 12e, das Eindringen eines Hindernisses in drei unterschiedlich große Gefahrentfernungen 8a–c, wie aus Übersichtlichkeitsgründen nur am Näherungssensor 12e eingezeichnet. Das Eindringen in die unterschiedlichen Gefahrentfernungen bedingt unterschiedliche automatische Reaktionen der später beschriebenen Auswerteelektronik 14, nämlich zum Beispiel Abgabe eines akustischen Warnsignals bei Eindringen eines Hindernisses in die größte Gefahrentfernung 8a, automatisches Verlangsamen des Fahrzeuges bei Eindringen in die zweite Gefahrentfernung 8b und Stoppen des Fahrzeuges bei Eindringen des Hindernisses in die dritte Gefahrentfernung 8c.
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Dementsprechend muss die dritte Gefahrentfernung 8c, bei der ein automatisches Stoppen des Fahrzeuges erfolgt, niedriger gewählt werden als die bei regulärem Annähern an das Hindernis erfolgende Entfernung. Der kleinstmögliche Abstand zu diesem Näherungssensor, oder diese geringste Gefahrentfernung 8c, wird bei Näherungssensoren, zum Beispiel 12b, f, bei denen eine solche reguläre geringste Annäherung an ein Hindernis sehr klein sein kann, nicht vorgesehen. Die 2a und b zeigen die Fahrerkabine 31 mit darin sitzendem Fahrer 30 in der Seitenansicht sowie in der Aufsicht, mit diversen darin installierten Kameras 13a–e, um die Haltung des Kopfes des Fahrers und damit indirekt dessen Blickrichtung 1 zu überwachen:
Wie 2a zeigt, sind im linken und rechten oberen Eckbereich der Fahrerkabine jeweils zwei Kameras 13a, b mit unterschiedlich steilen Prüfrichtungen 7a, b in Richtung des Gesichtes 3 des Fahrers 30 ausgerichtet, und etwa auf Brusthöhe des Fahrers in der linken und rechten Vorderkante der Fahrerkabine jeweils eine Kamera 13c mit einer Prüfrichtung 7c, die von unten nach oben ansteigt und ebenfalls auf das Gesicht 3 des Fahrers gerichtet ist.
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In 2c ist in der Aufsicht zu erkennen, dass sich Kameras 13a nicht nur in den Innen-Kanten der Fahrerkabine 31 befinden, sondern gegebenenfalls auch von dort etwa zurückversetzt, wodurch sich geringfügig andere Prüfrichtungen 7d statt 7a ergeben, wenn alle Kameras dennoch auf das Gesicht des Fahrers gerichtet sind.
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2b zeigt ferner, dass seitlich neben dem Kopf an den Seitenwänden der Fahrerkabine etwa in Kopfhöhe ebenfalls je eine Kamera 13e angeordnet ist, die von der Seite auf den Kopf des Fahrers mit einer Prüfrichtung 7e gerichtet ist und das Kopfprofil 4 des Kopfes abtastet.
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Alle Kameras sind in der Lage, die Augen 2a, b des Fahrers zu detektieren, und darüber hinaus zu detektieren, ob das jeweilige detektierte Auge momentan geöffnet oder geschlossen ist. Da die Kameras, sobald sie in Aktion gesetzt sind, – was erfolgt, wenn ein Hindernis in die erste Gefahrentfernung 8a eingedrungen ist – permanent Aufnahmen anfertigen, und mit einer Auswerteelektronik 14 verbunden sind, kann die Auswerteelektronik 14 ermitteln, in welche Blickrichtung 1 das Gesicht 3 des Fahrers 30 gerichtet ist, aufgrund der Auswertung und des Vergleichs, welche der Kameras beide Augen sieht, welche nur ein Auge und welche gegebenenfalls gar kein Auge sieht. Von den Kameras, die entsprechende Augen sehen, kann gleichzeitig ausgewertet werden, ob dieses sichtbare Auge über mehr als einen festgelegten Zeitwert, wie er für einen Wimpernschlag benötigt wird, geschlossen ist oder nicht.
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In 2b ist dabei als ein möglicher erschwerender Umstand dargestellt, dass der Fahrer eine Kopfbedeckung tragen kann, beispielsweise eine Kappe 16 mit einem Schild 17, die je nach Größe und Position verhindern kann, dass Kameras mit einer schräg von oben nach unten gerichteten Prüfrichtung ein Auge erkennen können. Für diesen Fall sind die schräg von unten nach oben gerichteten Kameras vorgesehen, und zusätzlich die von der Seite aus das Kopfprofil 4 abtastenden Kameras.
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Es ist dann ausreichend, wenn die von unten nach oben blickenden Kameras 13c eine korrekte Blickrichtung 1 ermitteln können und auch eine korrekte Öffnung der Augen, auch wenn die von oben nach unten gerichteten Kameras dies nicht bestätigen können.
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Die von der Seite das Kopfprofil 4 abtastenden Kameras 13e können insbesondere dafür verwendet werden, zu überprüfen, die vertikale Neigung der Blickrichtung 1 des Fahrers festzustellen, also den vertikalen Richtungs-Abweichungsbereich 6 gegenüber der potentielle Gefahrrichtung 5.
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Wenn der Auswerteelektronik 14 dabei auch die Gefahrrichtung 5 vorgegeben ist, in der sich ein kritisches Hindernis 9 annähern könnte, so kann die Auswerteelektronik 14 auch – wie in 3 eingezeichnet – die Abweichung der Blickrichtung 1 der Kopfhaltung gegenüber der potentiellen Gefahrrichtung 5 als Richtungs-Abweichungsbereich 6 ermitteln, für die in der Auswerteelektronik ebenfalls ein zulässiger Maximalwert hinterlegt sein kann.
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Wird der zulässige Maximalwert des Richtungs-Abweichungsbereiches 6 überschritten, so reagiert die Auswerteelektronik darauf in gleicher Weise wie auf ein zu lange geschlossenes Auge, denn bei einem zu starken Richtungsabweichungsbereich 6 ist die Wahrscheinlichkeit sehr groß, dass der Fahrer das sich annähernde potentielle Hindernis nicht ansieht.
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Dabei kann die potentielle Gefahrrichtung 5, aus der sich das Hindernis annähert, fest vorgegeben sein oder sich in Abhängigkeit vom Zustand des fahrbaren Gepäckförderbandes 33 ändern, beispielsweise kann davon ausgegangen werden, dass die potentielle Gefahrrichtung 5 die Verbindungslinie zwischen dem vorderen Ende des Förderbandes 34 und dem Kopf des Fahrers 30, also der Mitte der Fahrerkabine 31, sei, so dass sich die potentielle Gefahrrichtung 5 mit Anheben und Ausfahren des vorderen Endes des Förderbandes 34 ändert.
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Die Auswerteelektronik 14 muss dann von der Verstellvorrichtung für das Förderband 34 entsprechende Informationen erhalten und zu diesem Zweck mit dieser Verstellvorrichtung gekoppelt sein.
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Wenn die Auswerteelektronik 14 nicht nur einen zum Beispiel akustischen Alarmgeber 15 ansteuern können soll, sondern den Fahrprozess des fahrbaren Gepäckförderbandes 34 beeinflussen können soll, ist auch ein Verbindungsglied 18 zwischen der Auswerteelektronik 14 und der Antriebseinrichtung für das fahrbare Gepäckförderband 34 nötig, um das Fahrzeug automatisch zu verlangsamen oder zu stoppen, wenn zum Beispiel die zweite und dritte Gefahrentfernung 8b, c bei einem der Näherungssensoren unterschritten wird.
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Falls bei einem entsprechenden Fahrzeug nicht nur eine typische Gefahrrichtung 5 existiert, sondern beispielsweise bei Rückwärtsfahrt eine entgegen gerichtete Gefahrrichtung auftreten kann, können die entsprechenden Kameras auch in Richtung der weiteren Gefahrrichtung zusätzlich angeordnet sein, um in allen möglichen auftretenden Gefahrrichtungen die gleiche Überwachung der Kopfhaltung und Augenöffnung des Fahrers durchführen zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Blickrichtung
- 2a, b
- Auge
- 3
- Gesicht
- 4
- Kopfprofil
- 5
- Gefahrrichtung
- 6
- Richtungs-Abweichungsbereich
- 7a, b, c
- Prüfrichtung
- 8a–c
- Gefahrentfernung
- 9
- Hindernis
- 10
- Vorwärtsfahrtrichtung
- 11
- Querrichtung
- 12a
- Näherungssensor
- 13a
- Kamera
- 14
- Auswerteelektronik
- 15
- Alarmgeber
- 16
- Kappe
- 17
- Schild
- 18
- Verbindungsglied
- 30
- Fahrer
- 31
- Fahrerkabine
- 32
- Fahrzeug
- 33
- fahrbares Gepäckförderband
- 34
- Förderband