车辆处理装置中非接触式宽度监测方法和传感器阵列

技术领域

本发明涉及一种车辆处理系统，在该系统中，至少一个处理装置，特别是清洗龙门，和待处理或清洗的车辆相对移动，该系统具有用于监测车辆处理系统的最大处理区域的宽度的碰撞检测装置，该装置用于监测最大处理区域的横向边界，其具有至少一个第一光学传感器，该第一光学传感器以预定的扫描频率工作，并为每个扫描周期输出一个“被覆盖”事件或一个“未被覆盖”事件，以及一个用于评估所述第一光学传感器的输出值的控制单元。

背景技术

在车辆处理系统领域中，待处理车辆与车辆处理装置之间存在相对运动，如果车辆放置不正确，就会因与车辆处理装置的碰撞而损坏，这是一个众所周知的问题。因此，在没有指导人员操作的车辆处理系统，特别是龙门式清洗系统，通常具有用于监测最大处理空间的边界的装置。该装置旨在避免车辆处理系统与待处理车辆可能发生的碰撞。宽度监测装置是用于监测车辆处理系统的横向边界或最大通道宽度的装置。如果车辆进入车辆处理系统时位置不正确，从而最大通道宽度的边界完全或部分超出车辆的区域，则存在与车辆处理系统或其中一部分(在龙门清洗系统的情况下，例如，龙门柱)碰撞的风险。

用于车辆处理系统的碰撞检测装置是从现有技术中已知的，其使用触觉系统或机械偏转系统，例如安全边缘、拉线开关、弯曲杆或类似装置，以防止这种损坏。所有这些系统的共同之处在于，在相应的触觉开关元件与车辆之间接触的情况下，执行一个电路，迫使相对运动停止。

然而，所有这些已知的解决方案都具有以下缺点：在车辆和车辆处理装置之间存在接触－尽管减弱了－这可能对漆面造成损坏。此外，这种基于接触的系统扩大了车辆处理装置(特别是在通行的方向上)，由于车辆处理系统(通常位于大厅内)的空间有限，这是一个缺点。最后，客户往往认为这种系统不美观。

从现有技术来看，使用不同的非接触式传感器(主要以光屏障的形式)进行碰撞监测是已知的，并且申请人在过去已经考虑过不同的非接触式解决方案。所考虑的传感器，主要是基于无线电/雷达技术(连续波雷达、频率调制连续波雷达)或光学测量方法(光屏障、飞行时间等)。前者的缺点是，它们只在一定的最低速度下触发(连续波雷达，简单的多普勒雷达)，和/或它们的检测区域太宽(FMCW)。然而，光学测量方法在车辆处理系统领域的缺点是，由于受到诸如喷雾、水射流或其他介质的干扰影响，它们不能正确触发。所有这些被归类为潜在适用的传感器都具有使其在手头的测量任务中难以甚至无法可靠运行的缺点。申请人所做的试验表明，诸如喷雾等干扰因素与障碍物的信号非常相似，这样的信噪比不足以进一步过滤。

因此，从这个问题出发，本发明的目的是提供一种用于车辆处理系统的非接触式碰撞检测装置，即使在车辆处理系统的不利条件下，该装置也能够提供可靠的障碍物检测。

发明内容

根据本发明，通过具有权利要求1的特征的车辆处理系统解决这一目标。有利的进一步发展是从属权利要求的主题。

根据本发明的第一方面，提供了一种车辆处理系统，在该系统中，至少一个处理装置和待处理的车辆相对移动。该车辆处理系统具有碰撞检测装置，该装置用于监测所述车辆处理系统的最大处理区域的宽度。所述最大处理区域是指系统中可以放置车辆的区域，以避免在相对移动过程中与所述车辆处理系统的各种装置和设备发生碰撞。以龙门清洗系统为例，这可以是龙门柱的内边缘之间的间隙区域在相对运动方向上的投影。根据本发明的车辆处理系统的碰撞检测装置具有至少一个第一光学传感器(例如，激光距离传感器或光屏障)，以监测所述最大处理区域的横向边界，其中，所述传感器在处理过程中或在车辆处理系统和车辆之间的相对运动过程中以预定的扫描频率操作，并为每个扫描周期输出一个(测量的)值，例如，测量距离。所述碰撞检测装置还具有用于评估所述第一个光学传感器的输出值的控制单元，该控制单元(连续地)检测所述传感器的测量值，并且对于每个测量周期，将“传感器被覆盖”事件(如果检测到不规则或潜在障碍物)或“传感器未被覆盖”事件(如果测量值对应于无障碍物的预期值)分配给所述第一光学传感器输出的值。根据本发明，所述第一光学传感器的检测区域沿着由所述传感器监测的所述车辆处理系统的最大处理区域的横向边界定向。特别是，当在所述车辆处理系统的正视图中观察(或在相对运动的方向上观察)时，所述第一光学传感器的检测区域可以沿着所述处理装置的垂直边缘或侧面定向，限制所述处理区域。此外，所述第一光学传感器的检测区域被定向或布置成使得其沿所述处理装置的行进方向，以预定的距离位于所述处理装置的前面，或者在所示处理装置之前，以便在检测到障碍物时有足够的停止距离。根据本发明，所述控制单元以如下方式设置：如果在所述第一光学传感器处扫描或检测到预定数量的具有“被覆盖”事件的连续周期，则其检测即将发生的碰撞。

根据本发明的用于上述车辆处理系统中的碰撞监测的光学传感器的布置利用了光学传感器的优点，将比较尖锐(狭窄)的检测区域沿着最大处理区域的边界定位，从而能够有效地监测该边界。同时，根据本发明，对测量信号的评估允许通过在预定数量的具有“被覆盖”事件(阈值)的连续扫描周期上调整第一光学传感器的灵敏度来补偿光学传感器对干扰因素的敏感性。

根据本发明的优选的示例性实施例，所述处理装置可以是相对于待清洗车辆移动或可移动的清洗龙门架。在这种情况下，所述第一光学传感器可以沿着所述龙门柱之一的内边缘或侧面(加上一定的安全值，如果适用的话)定向，以监测所述最大处理区域的边界，并避免车辆与所述龙门柱发生碰撞。

根据本发明的另一优选的实施例，所述控制单元可以这样的方式评估至少一个第一光学传感器的输出值，使得报告即将发生的碰撞所需的具有“被覆盖”事件的连续周期的次数越增加，所述处理装置与待处理车辆之间的相对运动越慢。换句话说，检测障碍物所需的在第一光学传感器处具有“传感器被覆盖”事件的连续测量周期的阈值可以在处理过程中改变，优选地，以这样的方式，即当相对运动减慢时阈值增加。

这种控制的优点在于，当缓慢行驶时，对干扰的敏感性得到改善。在车辆处理的特别关键阶段，例如，在泡沫施用期间或在其中产生喷雾的阶段，可以以相应低的速度驱动系统，以避免错误触发碰撞监测。

根据本发明的另一个优选方面，可以独立地提出要求保护，所述碰撞检测装置除了所述第一光学传感器之外，还可以包括第二光学传感器，该第二光学传感器的检测区域相对于所述第一光学传感器以预定的距离和/或角度定向。在这样的传感器阵列中，所述控制单元可以被调整为这样的方式，即如果在预定时间段内，特别是同时，在所述第一光学传感器和所述第二光学传感处扫描或检测到预定数量的具有“被覆盖”事件的连续周期，则所述控制单元在由所述第一光学传感器和所述第二光学传感器监测的横向边界处检测即将发生的碰撞。

本发明的一个优选方面是，所述碰撞检测装置也可以在处理过程中使用，例如，在车辆和系统之间的相对运动期间，并且同时对车辆进行喷涂。通过对根据本发明的第一和/或第二光学传感器的选择和布置，以及根据本发明的传感器的测量结果的评估，可以提供不易受干扰的碰撞监测，并且即使在所述车辆处理系统运行期间的不利条件下也能完全运行。在现有技术中，车辆的位置和方向检测完全是在实际处理之前进行的，而本发明则可以在处理过程中实现实时的碰撞监测，因此也可以检测到只有在车辆停放之后才发生的危险(例如，移动范围内的人或物体)。

作为改善碰撞检测装置的易受干扰性的附加措施，可以在所述最大处理区域的边界区域使用预先确定的传感器阵列，与所述传感器的冗余一起进行监视。

根据本发明的另一个优选的实施例，所述第二光学传感器的检测区域可以与所述第一光学传感器的检测区域沿着所述最大处理区域的同一横向边界定向，也可以被定向在龙门架前方的预定距离，但在行进方向上的所述第一光学传感器的检测区域后方的预定距离。换句话说，两个冗余传感器可以沿所述车辆处理系统的最大处理区域的同一横向边界定向，但在相对运动方向上具有不同的提前量。这样做的优点是，两个传感器可以沿着横向边界精确地定向，但是由于提前量不同，而不会在检测区域中重叠。在本发明的这样的实施例中，在所述第二光学传感器处(位于/对准更靠近处理装置的位置)用于报告即将发生的碰撞所需的具有“被覆盖”事件的连续周期的数量可以，优选地，小于在所述第一光学传感器处用于报告即将发生的碰撞所需的连续周期数量。换句话说，对于如上所述的传感器阵列，如果两个传感器之间的不同提前量反映在“被覆盖”事件所需的连续测量周期数的阈值中，则是有利的，因此，检测障碍物比使用所述第一传感器更快，对应于所述第二传感器处的较低提前量。

根据本发明的另一个优选的示例性实施例，从所述车辆处理系统的相对运动方向看，所述第二光学传感器的检测区域可以大致位于所述第一光学传感器的检测区域的高度处。并且，从所述第一光学传感器的检测区域看，它可以朝向所述处理区域的中心向内偏移预定的距离。在这样的布置中，所述第一光学传感器和所述第二光学传感器不在相对运动的方向上对齐，而是与之横向布置(在车辆处理系统的宽度方向上)。这样做的优点是，不必补偿两个传感器之间的不同提前量。

根据本发明的又一个优选方面，如果在所述第一光学传感器和所述第二光学传感器处同时具有报告即将发生的碰撞所需的连续周期数，则所述控制单元可以检测即将发生的碰撞。

根据本发明的另一优选的实施例，所述第一和第二光学传感器可以这样布置，使得所述第一和/或第二光学传感器布置在所述处理装置上的悬臂上，特别是在龙门清洗系统中的横梁高度上，并且它们的检测区域从那里看是垂直向下延伸的。因此，所述传感器可以从悬臂垂直向下测量，并在所述处理区域的整个高度上测量。

根据本发明的另一个优选的示例性实施例，所述第一光学传感器和所述第二光学传感器可以在远离所述龙门架的行进方向上倾斜，以在所述龙门架的行进方向上实现预定的前进。因此，可以通过将传感器定位在一定的角度或者将传感器放置在一个或多个悬臂上来实现传感器的检测区域的提前定位。通过这种方式，可以将所述碰撞检测毫无障碍地直接放置在所述处理装置的前部或所述系统的上部。

根据本发明的另一优选的实施例，所述第一光学传感器和/或所述第二光学传感器可以是激光距离传感器。与例如光障相比，它们的优点是，不仅输出障碍物的存在，而且还输出与障碍物的绝对距离。这使得可以阻挡某些区域，例如，永久安装的障碍物，例如，车轮导轨，因此可以进一步降低误差敏感性。

根据本发明的又一个优选的方面，每个扫描周期中，所述控制单元可以根据所述处理装置的当前位置或参考值，分别将测量距离与预定的距离进行比较，如果所述测量距离和所述预定的距离之间的差值超过预定的阈值，则可以输出“传感器被覆盖”事件；如果所述测量距离和所述预定的距离之间的差值在所述预定的阈值之内，则可以输出“未被覆盖”事件。当使用距离测量传感器时，可以通过这种方式补偿较小的测量误差。

本发明的另一个方面，可以独立地提出权利要求，涉及一种用于评估碰撞监测的光学传感器的方法，该光学传感器以预定的扫描频率监测车辆处理系统的最大处理区域的横向边界，至少包括以下步骤：

－连续评估所述传感器在每个扫描周期内的各个输出值；

－如果所述评估值表明存在障碍物，则递增计数器；

－如果所述评估值表明不存在障碍物，则重置所述计数器；以及

－当所述计数器达到一定的阈值时(即，在预定数量的连续扫描周期中检测到表明存在障碍物的数值时)，输出障碍物警告，并在必要时启动防撞措施。

附图说明

附图的简要说明：

图1是具有用于碰撞监测的传感器阵列的车辆处理系统的透视图；

图2是根据第一示例性实施例的具有用于碰撞监测的传感器阵列的车辆处理系统的前视图；

图3是根据第一示例性实施例的具有用于碰撞监测的传感器阵列的车辆处理系统的侧视图；

图4是根据第二示例性实施例的具有用于碰撞监测的传感器阵列的车辆处理系统的前视图；

图5是根据第二示例性实施例的具有用于碰撞监测的传感器阵列的车辆处理系统的侧视图；

图6是根据第三示例性实施例的具有用于碰撞监测的传感器阵列的车辆处理系统的前视图；

图7是根据第三示例性实施例的具有用于碰撞监测的传感器阵列的车辆处理系统的侧视图；以及

图8是用于第一光学传感器的碰撞检测控制的示意性流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个优选实施例的车辆处理系统(龙门清洗系统)2的透视图，其处理装置(清洗龙门)4可相对于待处理(清洗)车辆在相对运动方向vr上移动。这种车辆处理系统2通常具有碰撞检测装置6(见图2)，用于监视最大处理空间B的边界。该碰撞检测装置6被设计成避免车辆处理系统2与车辆可能发生的碰撞。在这里所示的龙门清洗系统类型的车辆处理系统2中，最大处理空间B，在该空间中预计不会与停放在其中的车辆发生碰撞，是由龙门架的内边缘或侧翼在相对运动vr方向上的投影生成的。

在图1所示的优选实施例中，这种碰撞检测装置6以车辆处理系统2的非接触式宽度监视的形式实现的。该装置尤其监视最大处理空间B的横向边界。它确保停放的车辆不会与处理装置4的龙门柱的内缘或侧翼相撞，也不会与超出这些柱子向处理空间中心突出的处理装置，如刷子等相撞。

如果碰撞检测装置6检测到停放的车辆的一部分突出到最大处理空间B的横向边界之外，并因此如果处理装置4或车辆继续向前移动，则即将发生碰撞，则通过停止处理装置4，使处理装置4与车辆之间的相对运动停止。

申请人的预评估已经表明，激光距离传感器不仅可以指示障碍物的存在，还可以确定与障碍物的绝对距离，理论上特别适合于实现非接触式宽度监测。激光距离传感器提供了屏蔽特定区域的可能性，在这些区域中，障碍物将被忽略。这使得可以忽略地面、车轮导轨或类似的固定不规则。在实际应用中，激光测距传感器到目前为止还没有被用于车辆处理系统的碰撞监测，主要是由于其对喷雾的敏感性。事实证明，喷雾产生的噪声信号与参考障碍物的有用信号在质量和时间上非常相似，因此，到目前为止，似乎不可能进行可靠的评估。

图1所示的碰撞检测装置6所基于的传感器将两个激光距离传感器－第一激光距离传感器8和第二激光距离传感器12－以一定的排列方式相互组合在一起，这样就产生了冗余，降低了对干扰的敏感性。第一激光距离传感器8和第二激光距离传感器12的检测区域(从上方观察)与待监测的最大处理区域B的横向边界一致。在图1中，传感器8、12被安装在处理装置4(或其横梁)上的悬臂14上，并与被监测的龙门架内边缘成一直线。由悬臂14产生的第一激光距离传感器8和第二激光距离传感器12的提前量是根据处理装置4所需的停止距离加上安全储备来设计的。两个激光距离传感器8、12的检测区域E1，E2优选地与处理装置4的内边缘平行(垂直于相对运动的方向)。第一激光距离传感器8的提前量S1高于第二激光距离传感器12的提前量S2。在优选的示例性实施例图1中，两个激光距离传感器8、12因此在悬臂的纵向方向上连续布置，并垂直向下测量。

在图1的实施例中以及在另外的实施例中，自然是对最大处理区域的两个横向边界进行监测。在第二悬臂14'上设置有第二传感器阵列8'，12'。为了避免不必要的重复，下面将仅对监测单个横向边界的传感器进行描述。

图1的车辆处理系统2的碰撞检测装置6具有控制单元10(图1中未示出)，用于评估两个激光距离传感器8、12的传感器输出值。

为了评估传感器输出值，在图1的传感器阵列中采用以下方法：

－对两个传感器8、12的信号进行连续评估(扫描速率是传感器开关频率的两倍)。

－如果第一激光距离传感器8在切换周期中检测到障碍物(如果传感器测量的距离比预期的短)，则在此周期中输出“传感器被覆盖”事件。

－控制单元10将第一激光距离传感器8的连续的“传感器被覆盖”事件的次数相加，并将其存储在临时存储器/计数器中。

－如果在切换周期中第一激光距离传感器8没有发生“传感器被覆盖”事件，则该传感器的临时存储器/计数器将重置为零。

－如果“传感器被覆盖”事件的连续周期超过了预定的阈值，则控制单元10在第一激光距离传感器8处检测到即将发生的碰撞(阈值或“传感器被覆盖”事件所需的连续周期数是用于调整传感器灵敏度的参数)。

－同样的方法用于第二激光距离传感器。然而，障碍物检测所需的“传感器被覆盖”周期数是被与传感器的检测区域彼此之间的绝对距离对应的周期数所减少。

在图1所示的实施例的碰撞检测装置6中，使用了进一步细化的评估方法，其中，从传感器8、12获得的信号作为当前龙门速度的函数，额外进行评估。龙门速度既可以直接存在，也可以根据绝对测量的路径长度来确定。激光距离传感器8、12的信号与龙门速度有如下联系：处理装置(龙门4)移动得越慢，控制单元10识别接近的障碍物所需的“传感器被覆盖”事件的连续周期就越多(阈值与龙门速度成反比)。

图2和图3以正视图和侧视图表示与图1中的实施例相对应的实施例。选择图2中的最大处理面积，是为了与龙门柱内表面之间的实际间隙d保持一定的安全距离。

图4和5显示了根据本发明的传感器阵列在车辆处理系统2中用于碰撞检测装置6的第二实施例。与图1至图3的实施例一样，传感器被悬挂在悬臂14上，并以预定的提前量s到处理装置4。在本实施例中，当从相对运动的方向看时，第一光学传感器8和第二光学传感器12到处理装置4的距离s相同。相反，两个传感器8、12在车辆处理系统的宽度方向上以一定的偏移量布置，使得第一光学传感器8沿着最大处理区域B的边界进行测量，而第二光学传感器12的检测区域E2朝着处理区域的中心，向内偏移。

以下方法用于评估该传感器阵列的传感器输出：

－连续评估两个传感器8、12的信号(扫描速率是传感器开关频率的两倍)。

－如果从外部，第一光学传感器8，接收到“传感器被覆盖”事件，则将它们计入临时存储器/计数器中。

－如果从内部，第二光学传感器12，接收到“传感器被覆盖”事件，则将它们计入临时存储器/计数器中。

－如果在一个周期内传感器上没有“传感器被覆盖”事件，则将其计数器重置。

－如果传感器的计数器超过可调节的，特别是与速度相关的阈值，则会生成“覆盖”报告。

－如果同时出现两个“覆盖”报告(在两个传感器8、12处)，则报告一个障碍物。

图6和7的实施例与图1至3的实施例相对应，其中，第一和第二光学传感器8、12的检测区域E1，E2沿着最大处理区域B的横向边界定向，并且相对于治疗装置4的相对运动方向具有不同定义的提前量。因此，对测量结果的评估类似于图1至图3的实施例。然而，在图6和图7的示例性实施例中，该提前量不是由悬臂14产生的。相反，两个传感器都定位在龙门横梁的高度，它们的检测区域E1、E2与处理装置4的前表面成一定角度α以产生提前量。这样做的优点是不再需要悬臂14，而且传感器8、12更不显眼地装入龙门架中。缺点是在这样的布置中，两个传感器的前进量取决于障碍物的高度。如果障碍物很高，在极端情况下，处理装置的停止距离可能太短。这可以通过使传感器8、12处的“被覆盖”报告的阈值另外取决于测量的高度来抵消，即检测到的距离越短，在各自的传感器8、12处具有“覆盖”事件的连续测量周期的阈值可以越低。

不言而喻，在图4和图5的实施例中，也可以用倾斜/对准的传感器8、12代替悬臂14上的传感器8、12的布置。还考虑了产生相对于处理装置4的提前量的混合布置。

图8示出了用于洗涤龙门架4的碰撞检测装置6的另一个可能的控制实例。为了清楚起见，只示出了第一光学传感器8的程序。在车辆处理开始时，通过测量到车辆处理系统2的地面的距离并将测量的距离与存储的参考值(S1)进行比较来校准第一光学传感器8。之后，开始车辆处理(S2)，清洗龙门架4开始对车辆进行处理(S3)。根据所选择的处理程序，在处理期间，清洗龙门4在处理期间相对于待处理车辆(S4)以一定的速度曲线移动。当龙门架4移动时，第一光学传感器8以预定的开关频率连续测量到地面的距离h。对于开关频率的每个周期，第一光学传感器8输出距离值。对于龙门架4的不同位置，可以使用不同的参考值h

根据优选的配置示例，将上述第一光学传感器8的测量结果(S4至S6)的评价平行地应用于(冗余的)第二光学传感器12。在这种情况下，评价步骤S7可以以有利的方式进行调整，如果第一光学传感器8的计数器读数和第二光学传感器12的计数器读数在相同测量周期中超过阈值，则检测到碰撞。

不言而喻，在龙门清洗系统的具体示例中描述的前述发明也适用于车辆处理系统，其中，车辆相对于固定的处理装置被引导，例如通过载体。在这种情况下，即使处理装置没有发生实际运动，也通过处理疗装置的内边缘/内轮廓在相对运动方向上的投影来定义间隙/无碰撞空间。

不同于上述示例性实施例，可以使用附加的或替代的朝向后的传感器来检测即将发生的碰撞。

附图标记清单

2 车辆处理系统；

4 处理装置/清洗龙门架；

6 碰撞检测装置；

8 第一光学传感器/激光距离传感器；

10 控制单元；

12 第二光学传感器/激光距离传感器；

14 悬臂