Title:
Sensorsystem-Einrichtung, Flurförderzeug und Verfahren zum Betreiben der Sensorsystem-Einrichtung
Kind Code:
A1


Abstract:

Eine Sensorsystem-Einrichtung (10) ist mit wenigstens einem Ultraschallsensor (100) und einem ersten Energiespeicher (13) ausgestattet. Der wenigstens eine Ultraschallsensor (100) ist dabei für einen Betrieb mit Spannungen eingerichtet, die oberhalb der Nennspannung des ersten Energiespeichers (13) liegen, wobei zum Betrieb des wenigstens einen Ultraschallsensors (100) in einem Schaltkreis des Ultraschallsensors wenigstens ein zweiter, lokaler Energiespeicher (14) und wenigstens ein Spannungswandler (15) und wenigstens ein Adaptierungsmittel (16) für eine Ansteuerung des wenigstens einen Ultraschallsensors (100) und wenigstens ein Mittel (17, 18) für eine Pegel- und/oder Impedanzanpassung der Ausgangsdaten des wenigstens einen Ultraschallsensors (100) vorgesehen sind. embedded image




Inventors:
Smarsli, Florian (70176, Stuttgart, DE)
Zahn, Steffen Johannes (71636, Ludwigsburg, DE)
Udelhoven, Torsten (71726, Benningen, DE)
Application Number:
DE102017200862A
Publication Date:
07/19/2018
Filing Date:
01/19/2017
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:



Foreign References:
EP22087042010-07-21
Other References:
Low power Distance Sensor - Hardware issues. 19.08.2016 - 16.01.2017. URL: https://forum.mysensors.org/topic/4592/low-power-distance-sensor-hardware-issues [abgerufen am 28.06.2017]
SparkFun 5V Step-Up Breakout - NCP1402. 30.04.2012. URL: https://www.sparkfun.com/products/10968. [abgerufen am 28.06.2017]
US-100 ULTRASONIC SENSOR MODULE. 20.10.2016. URL: http://www.tinkbox.ph/sites/mytinkbox.com/files/downloads/US_100_ULTRASONIC_SENSOR_MODULE.pdf [abgerufen am 28.06.2017]
Claims:
Sensorsystem-Einrichtung (10) mit wenigstens einem Ultraschallsensor (100), wobei die Sensorsystem-Einrichtung einen ersten Energiespeicher (13) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ultraschallsensor (100) für einen Betrieb mit Spannungen oberhalb der Nennspannung des ersten Energiespeichers (13) eingerichtet ist, und dass zum Betrieb des wenigstens einen Ultraschallsensors (100) in einem Schaltkreis des Ultraschallsensors wenigstens ein zweiter, lokaler Energiespeicher (14) und wenigstens ein Spannungswandler (15) und wenigstens ein Adaptierungsmittel (16) für eine Ansteuerung des wenigstens einen Ultraschallsensors (100) und wenigstens ein Mittel (17, 18) für eine Pegel- und/oder Impedanzanpassung der Ausgangsdaten des wenigstens einen Ultraschallsensors (100) vorgesehen sind.

Sensorsystem-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ultraschallsensor (100) für eine Betriebsspannung zwischen 10 und 30 Volt DC eingerichtet ist.

Sensorsystem-Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein steuerbarer Leistungsschalter (12) zum An- und Abschalten des Schaltkreises des wenigstens einen Ultraschallsensors (100) vorgesehen ist.

Sensorsystem-Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsystem-Einrichtung wenigstens einen Beschleunigungssensor (21) zur Erkennung von Bewegungen umfasst, wobei bei fehlender Bewegung eine Inaktivierung des Schaltkreises des wenigstens einen Ultraschallsensors (100) der Sensorsystem-Einrichtung vorgesehen ist.

Sensorsystem-Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsystem-Einrichtung mit wenigstens einem lösbaren Befestigungsmittel versehen ist.

Sensorsystem-Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das lösbare Befestigungsmittel wenigstens einen Magneten umfasst.

Flurförderzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Flurförderzeug mit einer Sensorsystem-Einrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Bestimmung von Beladungszuständen des Flurförderzeugs ausgestattet ist.

Verfahren zum Betreiben einer Sensorsystem-Einrichtung (10) mit wenigstens einem Ultraschallsensor (100) und einem ersten Energiespeicher (13), dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Ultraschallsensor (100) mit Spannungen oberhalb der Nennspannung des ersten Energiespeichers (13) betrieben wird, und dass zum Betrieb des wenigstens einen Ultraschallsensors in einem Schaltkreis des Ultraschallsensors eine lokale Energiespeicherung (140) und eine Spannungswandlung (150) und eine Adaptierung (160) bei der Ansteuerung des wenigstens einen Ultraschallsensors und eine Pegel- und/oder Impedanzanpassung (170, 180) für eine Auswertung der Ausgangsdaten des wenigstens einen Ultraschallsensors vorgesehen sind.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb des wenigstens einen Ultraschallsensors über einen Leistungsschalter an- und abstellbar (120) ist.

Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsystem-Einrichtung im Zusammenhang mit einem Flurförderzeug betrieben wird und dass eine Bewegungserkennung (20) des Flurförderzeugs mittels wenigstens eines Beschleunigungssensors (21) erfolgt, wobei während einer fehlenden Bewegung des Flurförderzeugs ein Abstellen (120) des Schaltkreises des wenigstens einen Ultraschallsensors der Sensorsystem-Einrichtung vorgesehen ist.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Zusammenhang mit dem Abstellen (120) des Schaltkreises des wenigstens einen Ultraschallsensors die Energie aus der lokalen Energiespeicherung (140) abgeführt wird.

Computerprogramm, das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 durchzuführen.

Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.

Elektronisches Steuergerät (11), das eingerichtet ist, die Schritte eines Verfahrens gemäß einer der Ansprüche 8 bis 11 durchzuführen.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorsystem-Einrichtung mit wenigstens einem Ultraschallsensor und ein Flurförderzeug mit einer Sensorsystem-Einrichtung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorsystem-Einrichtung sowie ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium und ein elektronisches Steuergerät, die für die Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.

Stand der Technik

Beispielsweise in industriellen Lagerhallen und für andere logistische Anwendungen werden neben vollautomatischen Lager- und Transportanlagen vor allem Flurförderzeuge (FFZ) zum Transport von Waren oder anderem eingesetzt. Hierzu zählen beispielsweise Hubwagen, Schlepper, Stapler oder Ähnliches, die von Menschen bedient werden können oder auch als fahrerlose Transportsysteme eingesetzt werden können. Zur Unterstützung des Betriebs von Flurförderzeugen sind verschiedene Assistenzsysteme bekannt, die zur Erhöhung der Sicherheit und für eine Automatisierung und Optimierung von Prozessen, bei denen diese Transportfahrzeuge verwendet werden, eingesetzt werden. Beispielsweise kommen hierbei Ultraschallsensoren zum Einsatz, mit deren Hilfe der Beladungszustand von Flurförderzeugen erfasst werden können. Weiterhin sind Beschleunigungssensoren bekannt, die für eine Bewegungserkennung eingesetzt werden.

Die europäische Patentanmeldungsschrift EP 2 208 704 A1 beschreibt eine Gabelzinke für die Lastgabel eines Flurförderzeugs, bei der in einer Bohrung des Gabelrückens nahe am Tragarm der Lastgabel ein Ultraschallsensor vorgesehen ist. Mit Hilfe des Ultraschallsensors kann die Anwesenheit einer Last auf dem Tragarm erfasst werden. Die Energieversorgung des Sensors erfolgt über ein Verbindungskabel zum eigentlichen Flurförderzeug.

In anderen Systemen werden die Sensoren über Akkumulatoren betrieben. Da im Allgemeinen über einen längeren Zeitraum (Wochen - Monate) die Daten der Sensorsysteme aufzuzeichnen sind, ist die Langfristigkeit der Energieversorgung ein wichtiger Aspekt bei Flurförderzeugen. Um einen energieautarken Betrieb über einen längeren Zeitraum ermöglichen zu können, werden in der Regel aufwendige Anwenderprofile mit zeitlich vorgegebenen, langen inaktiven Phasen (beispielsweise nachts) angewendet.

Offenbarung der ErfindungVorteile der Erfindung

Die Erfindung stellt eine Sensorsystem-Einrichtung insbesondere für Flurförderzeuge bereit, wobei die Sensorsystem-Einrichtung wenigstens einen Ultraschallsensor zur Bestimmung von Beladungszuständen des Flurförderzeugs umfasst. Die Sensorsystem-Einrichtung kann beispielsweise in Form einer (mobilen) Box ausgestaltet sein, die im Bereich der Gabel oder ähnlichem eines Flurförderzeugs angebracht wird. Das Sensorsystem ist als Energiespeicherbetriebenes System eingerichtet und umfasst einen ersten Energiespeicher. Unter einem Energiespeicher in diesem ersten Sinne sind insbesondere Batterien oder Akkumulatoren zu verstehen. Erfindungsgemäß wird in der Einrichtung ein Ultraschallsensor eingesetzt, der mit einer Betriebsspannung betrieben wird, die oberhalb der Nennspannung des ersten Energiespeichers liegt. Als Nennspannung des Energiespeichers ist hierbei ein Wert zu verstehen, der einen Wert der elektrischen Spannung des Energiespeichers im Normalbetrieb spezifiziert. Bei Batterien oder Akkumulatoren berücksichtigt dieser Wert auch die Anzahl der möglicherweise in Reihe geschalteten einzelnen Zellen. Die Nennspannung pro Zelle von Batterien oder Akkumulatoren kann beispielsweise bei Nickel-Cadmium-Zellen bei 1,2 V oder bei Lithium-Zellen im Bereich zwischen 2,9 und 3,7 V liegen. Für den Betrieb des wenigstens einen Ultraschallsensors mit der erhöhten Spannung ist in einem Schaltkreis des Ultraschallsensors wenigstens ein zweiter, lokaler Energiespeicher zur Bereitstellung der für den Betrieb des Ultraschallsensors benötigten verhältnismäßig hohen Spitzenlast sowie wenigstens ein Spannungswandler für die Anpassung der Versorgungsspannung und Adaptierungsmittel für die Datenleitung vorgesehen. Zusätzlich sind Mittel für Anpassungen der Systemimpedanzen und/oder -pegel beispielsweise durch Widerstandsnetzwerke und Operationsverstärker vorgesehen. Durch diese Elemente in dem Schaltkreis des wenigstens einen Ultraschallsensors ermöglicht es die Erfindung, sehr robuste Ultraschallsensoren mit höherem Spannungsbedarf, die beispielsweise aus dem Automotive-Bereich bekannt sind, in die Sensorsystem-Einrichtung zu integrieren. Auf diese Weise kann ein sehr leistungsstarkes und robustes Sensorsystem für das Flurförderzeug bereitgestellt werden, das beispielsweise eine wesentlich größere Reichweite als herkömmlicherweise in solchen Systemen verwendete Ultraschallsensoren realisieren kann und dabei sehr robust gegenüber Erschütterung, raue Witterungsbedingungen etc. ist. Die hierfür erforderlichen elektronischen Bauteile können in den Schaltkreis des Ultraschallsensors mit minimalem Bauteilaufwand integriert werden, wobei dieser Schaltkreis zweckmäßigerweise nur wenig Platz einnimmt und dabei nur wenig Energie benötigt. Die erforderliche Energie kann durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen über den Energiespeicherbetrieb mit z. B. Batterien oder Akkumulatoren in Kombination mit dem zweiten, lokalen Energiespeicher bereitgestellt werden. Beispielsweise ist hierfür eine Eingangsspannung in der Sensorsystem-Einrichtung von 3,7 Volt ausreichend. Durch die zweite, lokale Energiespeicherung und die Spannungswandlung wird die für den Betrieb des wenigstens einem Ultraschallsensors benötigte erhöhte Betriebsspannung bereitgestellt. Durch den sehr energieeffizienten Betrieb des Ultraschallsensors ist es möglich, dass das System beispielsweise über einen Zeitraum von mindestens 30 Tagen energieautark arbeitet und entsprechende Daten über einen langen Zeitraum sammeln kann. Der lokale Energiespeicher in dem Schaltkreis des Ultraschallsensors kann beispielsweise auf einer induktiven oder einer kapazitiven Speicherung der Energie mit Hilfe von Spulen oder Kondensatoren basieren. Als Spannungswandler kann ein üblicher Step-up-Wandler eingesetzt werden, der die Umwandlung der von dem ersten Energiespeicher der Sensorsystem-Einrichtung bereitgestellten Spannung auf die für den Betrieb des Ultraschallsensors erforderliche Spannung bewerkstelligt.

Durch die Adaptierungsmittel für eine Ansteuerung des wenigstens einen Ultraschallsensors kann die Sensorsteuerung an beispielsweise Ultraschallsensoren aus dem Automotive-Bereich angepasst werden. Hierfür können übliche Schaltelemente wie beispielsweise Transistoren (NPN oder PNP), Relais oder MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) eingesetzt werden.

Durch die Mittel für eine Pegel- und/oder Impedanzanpassung bei der Auswertung der Ausgangsdaten des wenigstens einen Ultraschallsensors kann das Auslesen der Daten des Ultraschallsensors an das niedrigere Spannungsniveau der Sensorsystem-Einrichtung angepasst werden. Als elektronische Bauelemente können hierfür beispielsweise WiderstandsNetzwerke und/oder Operationsverstärker vorgesehen sein.

Es kann vorzugsweise ein Ultraschallsensor eingesetzt werden, der für eine Betriebsspannung zwischen 10 und 30 Volt DC eingerichtet ist. Bei herkömmlichen Ultraschallsystemen-Einrichtungen, bei denen das Sensorsystem über einen Akku- oder Batteriebetrieb läuft, ist durch den niedrigen Spannungsbereich (z. B. bis zu 3,7 Volt) die Auswahl der einzusetzenden Ultraschallsensoren sehr beschränkt. Es können dabei nur Ultraschallsensoren eingesetzt werden, für die eine entsprechend niedrige Betriebsspannung ausreichend ist. Bei der Erfindung hingegen können wesentlich robustere und leistungsstärkere Sensoren eingesetzt werden, die mit einer höheren Betriebsspannung arbeiten.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Sensorsystem-Einrichtung ist für den Schaltkreis des wenigstens einen Ultraschallsensors wenigstens ein steuerbarer Leistungsschalter vorgesehen, mit dem der Schaltkreis des Ultraschallsensors an- und abgeschaltet werden kann. Hierdurch wird eine besonders effektive Maßnahme bereitgestellt, mit der eine energetische Abkapselung des Ultraschallsensors möglich ist, sodass der Energiebedarf des Systems im Hinblick auf den Ultraschallsensor auf ein Minimum reduziert werden kann.

Die Sensorsystem-Einrichtung kann mit besonderem Vorteil weiterhin wenigstens einen Beschleunigungssensor umfassen, der für eine Bewegungserkennung von beispielsweise Flurförderzeugen, die mit der Sensorsystem-Einrichtung ausgestattet sind, eingesetzt wird. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird diese Bewegungserkennung genutzt, um während eines so erkennbaren Stillstandes des Flurförderzeugs, also bei einer fehlenden Bewegung, eine Inaktivierung des Schaltkreises des wenigstens einen Ultraschallsensors vorzunehmen, welche insbesondere über den beschriebenen steuerbaren Leistungsschalter erfolgen kann. Anders ausgedrückt wird der Schaltkreis des Ultraschallsensors nur aktiviert, wenn das Flurförderzeug bewegt und genutzt wird. Durch diese Maßnahme kann in besonders effektiver Weise Energie eingespart werden. Während eines Stillstands des Flurförderzeugs kann der gesamte Ultraschall-Schaltkreis inaktiv gehalten werden, da während des Stillstands der Beladungszustand des Flurförderzeugs keine Relevanz besitzt. In diesem Zusammenhang kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Schaltkreis des Ultraschallsensors über den Leistungsschalter aktiviert wird, wenn sich das Flurförderzeug in Bewegung setzt (oder in Bewegung gesetzt wird) oder wenn beispielsweise die Fahrtvibrationen eine vorgegebene Schwelle, beispielsweise 20 milli g (mg), also 0,1962 m/s^2, überschreiten. Durch ein Abschalten des Ultraschallsensors in inaktiven Phasen des Flurförderzeugs, die anhand der Bewegungserkennung erkannt werden, kann, wenn gewünscht, vermieden werden, dass in langen Inaktiv-Phasen des Ultraschallsensors Daten aufgezeichnet werden. Dies ist vorteilhaft, da Daten während einer Inaktiv-Phase für die entsprechenden Assistenzsysteme in vielen Anwendungsfällen keine Aussagekraft haben, sodass durch diese Maßnahme zum einen Energie und zum anderen auch Speicherplatz auf entsprechenden Speichermedien eingespart werden kann. Die Erfindung stellt damit ein robustes und leistungsstarkes Sensorsystem für ein Flurförderzeug bereit, das über einen Zeitraum von beispielsweise mindestens 30 Tagen energieautark Daten aufzeichnen kann, ohne dass hierfür vorab festgelegte Anwenderprofile mit langen vorgegebenen Inaktiv-Phasen erforderlich wären. In anderen Ausgestaltungen kann es vorgesehen sein, dass der Beschleunigungssensor selbst nicht in die Sensorsystem-Einrichtung integriert ist, sondern dass Sensordaten oder entsprechende Informationen, die an anderer Stelle erfasst wurden, über eine entsprechende Schnittstelle in die Sensorsystem-Einrichtung übertragen und dort entsprechend berücksichtigt und/oder verarbeitet werden.

Die Sensorsystem-Einrichtung, die beispielsweise in Form eines kleinen Kastens oder einer Box ausgestaltet ist, ist vorzugsweise mit wenigstens einem lösbaren Befestigungsmittel versehen. Auf diese Weise kann die Einrichtung in einfacher Weise beispielsweise an der Gabel oder einem Tragarm eines Flurförderzeugs bei Bedarf angebracht und gegebenenfalls später wieder entfernt werden. Durch die lösbare Befestigung ist auch eine einfache Justierung der Sensorsystem-Einrichtung möglich. Besonders geeignet als Befestigungsmittel sind Magneten.

Durch die Kombination der verschiedenen beschriebenen Bauteile in dem Schaltkreis des Ultraschallsensors und insbesondere auch unter Einbeziehung von Bewegungsinformationen, die mit entsprechenden Algorithmen bei dem Betrieb der Sensorsystem-Einrichtung berücksichtigt werden können, kann der Energieverbrauch des Sensorsystems auf ein Minimum reduziert werden. Das System erlaubt dabei einen laufenden Analysebetrieb über beispielsweise mindestens 30 Tage, ohne dass signifikante Inaktiv-Phasen erforderlich wären. Mittels des steuerbaren Leistungsschalters bzw. eines gesteuerten Stromschalters kann der Ultraschallsensor als Verbraucher gewissermaßen abgekapselt werden, wenn er nicht benötigt wird. Durch die Berücksichtigung der Bewegungserkennung kann eine dynamische Beladungszustandsbestimmung in Abhängigkeit von dem Bewegungszustand beispielsweise des Flurförderzeugs realisiert werden. Der beschriebene Schaltkreis für den Ultraschallsensor erlaubt dabei eine bauteilarme Adaptierung von leistungsstarken Ultraschallsensoren, die beispielsweise aus dem Automotive-Bereich bekannt sind, an ein mobiles Sensorsystem, das beispielsweise auf der Basis von Akkumulatoren oder Batterien betrieben wird.

Die Ultraschallsysteme, die herkömmlicherweise für derartige mobile Anwendungen verwendet werden, arbeiten mit kleinen Spannungen. Das Konzept der vorliegenden Erfindung nutzt im Prinzip auch kleine Spannungen, die über Batterien oder Akkumulatoren bereit gestellt werden. Aber anders als bei herkömmlichen Systemen werden die beschriebenen Maßnahmen in der Sensorsystem-Einrichtung vorgenommen, sodass die Vorteile von wesentlich leistungsstärkeren und robusteren Ultraschallsensoren auch für mobile Anwendungen vor allem im Logistikbetrieb genutzt werden können. Beispielsweise können Ultraschallsensoren eingesetzt werden, die eine Reichweite von bis zu 6 m haben. Diese Ultraschallsensoren können mit besonderem Vorteil bei großen Gabelstaplern mit sehr langen Tragarmen verwendet werden, um auch beispielsweise bei einer Aufgabelung nur an der Spitze des Tragarms die Last erfassen zu können. Insbesondere in Kombination mit der oben beschriebenen Bewegungserkennung stellt die Erfindung ein energieautarkes, sehr energieeffizientes und dabei leistungsstarkes und robustes Sensorsystem für mobile Anwendungen bereit.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Flurförderzeug, das mit der beschriebenen Sensorsystem-Einrichtung ausgestattet ist, sodass mit Hilfe der Sensorsystem-Einrichtung der Beladungszustand des Flurförderzeugs erfasst und gegebenenfalls weiter analysiert und aufgezeichnet werden kann. Bezüglich weiterer Merkmale dieses Aspektes der Erfindung wird auf die obige Beschreibung verwiesen.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Sensorsystem-Einrichtung. Das Sensorsystem umfasst wenigstens einen Ultraschallsensor, der insbesondere zur Bestimmung von Beladungszuständen eines mit der Sensorsystem-Einrichtung ausgestatteten Flurförderzeugs eingesetzt werden kann. Das Sensorsystem wird mit einem ersten Energiespeicher, insbesondere mit Akkumulatoren oder Batterien, betrieben, die beispielsweise eine Nennspannung von bis zu 3,7 Volt bereitstellen. Der wenigstens eine Ultraschallsensor wird mit einer demgegenüber höheren Spannung betrieben, beispielsweise mit einem Versorgungslevel im Bereich zwischen 10 und 30 Volt DC, beispielsweise 12 Volt. Das Signallevel des Ultraschallsensors liegt z. B. bei 5 Volt. Zum Betrieb des wenigstens einen Ultraschallsensors ist in einem Schaltkreis des Ultraschallsensors eine zweite, lokale Energiespeicherung für die Bereitstellung der erforderlichen Spitzenlast sowie eine Spannungswandlung vorgesehen. Bei dem Verfahren wird für die Ansteuerung des Ultraschallsensors eine Steueradaptierung vorgenommen, sodass der Controller des Systems, der im Allgemeinen für einen Betrieb mit der niedrigeren Spannung des akkumulator- oder batteriebetriebenen Systems eingerichtet ist, den Ultraschallsensor ohne großen Leistungseinsatz ansteuern kann. Für eine Auswertung der Ausgangsdaten des wenigstens einen Ultraschallsensors wird eine Pegel- und/oder Impedanzanpassung vorgenommen. Für diese Maßnahmen sind in den Schaltkreis des Ultraschallsensors entsprechende elektronische Bauteile integriert. Diese Schaltung kann mit minimalem Bauteilaufwand realisiert werden, der zum einen wenig Platz einnimmt und zum anderen nur wenig Energie benötigt.

In besonders bevorzugter Weise ist der Betrieb des wenigstens einen Ultraschallsensors bzw. der Schaltkreis für den Ultraschallsensor über einen Leistungsschalter an- und abstellbar. Diese Aktivierung oder Inaktivierung des Schaltkreises für den Ultraschallsensor wird mit besonderem Vorteil in Abhängigkeit von einer Bewegungserkennung des mit der Sensorsystem-Einrichtung ausgestatteten Flurförderzeugs vorgenommen. Die Bewegungserkennung kann vorzugsweise mittels wenigstens eines Beschleunigungssensors realisiert werden. Vorzugsweise ist dieser Beschleunigungssensor ebenfalls in die Sensorsystem-Einrichtung integriert. Während eines Stillstands des Flurförderzeugs, also bei fehlender Bewegung, wird dabei vorzugsweise der Ultraschallsensor bzw. der Schaltkreis des Ultraschallsensors abgeschaltet oder inaktiviert. Hierdurch kann der Energiebedarf des Schaltkreises für den Ultraschallsensor auf die Zeiträume beschränkt werden, in denen die mit dem Ultraschallsensor erfassbaren Beladungszustandsänderungen tatsächlich relevant sind. Bezüglich weiterer Merkmale und Ausgestaltungen dieses Verfahrens wird auch auf die obige Beschreibung des Schaltkreises für den Ultraschallsensor verwiesen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass im Zusammenhang mit dem Abstellen des wenigstens einen Ultraschallsensors bzw. einer Inaktivierung des Schaltkreises für den Ultraschallsensor die Energie aus dem zweiten, lokalen Energiespeicher des Schaltkreises des Ultraschallsensors abgeführt wird. Diese Energie kann für andere Anwendungen oder Verbraucher genutzt werden.

Die Sensorsystem-Einrichtung und das entsprechende Betriebsverfahren können beispielsweise für eine Effizienzmessung bei Flurförderzeugen in Lagern zum Einsatz kommen. Hierbei können Beladungs- und Bewegungszustände über 30 Tage oder mehr in einem energieautarken Betrieb erfasst werden, wobei ein leistungsstarker Ultraschallsensor in dem Energiespeicher-betriebenen System zum Einsatz kommt, der mit einer erhöhten Versorgungsspannung arbeitet. Darüber hinaus kann das beschriebene Konzept beispielsweise auch in der dynamischen Abrechnung von Logistikdienstleistungen pro Fahrt und/oder Beladung zum Einsatz kommen, wobei auch hier die Vorteile des leistungsstarken Ultraschallsensors in der Beladungserkennung sowie die Energieeffizienz des Systems zum Tragen kommen.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das zur Durchführung der Schritte des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Schließlich umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, das zur Durchführung der Schritte des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Bei diesem elektronischen Steuergerät kann es sich insbesondere um einen Controller, insbesondere einen Mikrocontroller, handeln, der für die Steuerung des Sensorsystems in einem Flurförderzeug vorgesehen ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.

In den Zeichnungen zeigen

  • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer vereinfachten Form eines Schaltkreises für den Ultraschallsensor in einer Sensorsystem-Einrichtung gemäß der Erfindung; und
  • 2 ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben der Sensorsystem-Einrichtung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die 1 illustriert die Elemente eines beispielhaften Schaltkreises (Schaltung) für einen Ultraschallsensor 100 in einer Sensorsystem-Einrichtung 10, der gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept beispielsweise in einem Flurförderzeug für die Bestimmung von Beladungszuständen des Flurförderzeugs eingesetzt werden kann. Die Sensorsystem-Einrichtung 10 kann beispielsweise am Gabelrücken des Flurförderzeugs angebracht werden, sodass der Beladungszustand der Gabelzinke über eine Ultraschallmessung erfasst werden kann. Der Schaltkreis wird über einen Controller, insbesondere einen Mikrocontroller 11 angesteuert. Im Schaltkreis ist ein Leistungsschalter 12 vorgesehen, der durch an sich bekannte Bauteile realisiert werden kann, beispielsweise durch einen Transistor (NPN oder PNP), ein Relais oder durch einen MOSFET (N- oder P-Kanal). Über den Leistungsschalter 12 kann der Mikrocontroller 11 den gesamten Schaltkreis des Ultraschallsensors 100 aktivieren und inaktivieren. Bei dem Ultraschallsensor kann es sich beispielsweise um einen durch einen Wechselrichter angeregten Ultraschallsensor oder um einen selbstschwingenden Ultraschallsensor handeln, insbesondere einen digitalen Ultraschallsensor. Der aktivierte Schaltkreis wird über einen ersten Energiespeicher 13, insbesondere über Batterien oder Akkumulatoren, mit einer Eingangsspannung versorgt, beispielsweise 3,7 Volt. Ein wesentliches Element des Schaltkreises ist ein zweiter, lokaler Energiespeicher 14, mit dem die für den Betrieb des Ultraschallsensors 100 erforderlichen erhöhten Spannungen (Spitzenlast) bereitgestellt werden, wobei der Ultraschallsensor 100 insbesondere für eine Betriebsspannung zwischen 10 bis 30 Volt DC eingerichtet sein kann. Beispielsweise kann ein Versorgungslevel von 12 Volt und eine Signallevel von 5 Volt bei dem Ultraschallsensor 100 vorgesehen sein. Die Energiespeicherung in dem zweiten Energiespeicher 14 kann beispielsweise durch eine induktive oder kapazitive Energiespeicherung realisiert werden, wobei als entsprechende Bauteile eine oder mehrere Spulen oder eine oder mehrere Kondensatoren, die beispielsweise eine Ladekapazität von 100 µFarad bis 300 µFarad aufweisen, verwendet werden. Im nachfolgenden Spannungswandler 15 wird die gespeicherte Energie in die für den Betrieb des Ultraschallsensors 100 erforderliche erhöhte Spannung umgewandelt. Hierfür kann beispielsweise ein Step-up-Wandler (2,5 V - 12 V) verwendet werden.

Weiterhin sind in der Sensorsystem-Einrichtung 10 Bauteile für eine Sensor-Steueradaptierung 16 vorgesehen. Hierfür können beispielsweise Transistoren (NPN oder PNP), Relais oder MOSFET-Bauteile (N- oder P-Kanal) verwendet werden. Mit Hilfe dieser Sensor-Steueradaptierung 16 steuert der Mikrocontroller 11 den Ultraschallsensor 100 an bzw. über diese Steueradaptierung 16 wird das Schusssignal für den Ultraschallsensor geben. Die Messsignale des Ultraschallsensors 100 werden über eine Pegelanpassung 17 und eine Impedanzanpassung 18 ausgewertet, sodass hieraus der Beladungszustand 19 des mit der Sensorsystem-Einrichtung 10 ausgestatteten Flurförderzeugs von dem Mikrocontroller 11 ermittelt bzw. errechnet werden kann. Sowohl für die Pegelanpassung 17 als auch die Impedanzanpassung 18 können beispielsweise Operationsverstärker und/oder Widerstandsnetzwerke (2 kOhm, 3 kOhm) verwendet werden. Anschließend kann der Schaltkreis durch den Leistungsschalter 12 wieder deaktiviert werden. Dabei kann die nicht verbrauchte Energie aus dem zweiten, lokalen Energiespeicher 14 wieder als Reverse Current abgeführt und gegebenenfalls anderweitig genutzt werden.

In besonders bevorzugter Weise ist in der Sensorsystem-Einrichtung 10 eine Bewegungszustandsbestimmung 20 auf der Basis von Messdaten wenigstens eines Beschleunigungssensors 21 vorgesehen. Die Bewegungszustandsbestimmung 20 kann von dem Mikrocontroller 11 derart verarbeitet werden, dass der Leistungsschalter 12 nur bei einer feststellbaren Bewegung des Flurförderzeugs aktiviert wird. Da bei einem Stillstand des Flurförderzeugs eine Beladungszustandsänderung in der Regel nicht relevant ist, erfolgt die Ansteuerung des Ultraschallsensors 100 und der damit einhergehende Energieverbrauch in dieser Ausgestaltung also nur, wenn hierfür tatsächlich ein Bedarf besteht. Mit dem Ausdruck „Stillstand“ ist hierbei eine Phase gemeint, in der das Flurförderzeug selbst sich nicht fortbewegt, in der aber auch beispielsweise die Gabel des Flurförderzeugs nicht aktiv ist. Diese Aktivität der Gabel würde beispielsweise durch die dabei erfassbaren Vibrationen oder Bewegungen an der Gabel als Bewegung erfasst werden. Mit „Stillstand“ ist also eine vollständig inaktive Phase des Flurförderzeugs (echter Stillstand) gemeint. Je nach den Anforderungen an das System kann jedoch auch eine Datenaufzeichnung während eines Stillstands des Flurförderzeugs von Interesse sein, sodass in anderen Ausgestaltungen eine Aktivität des Ultraschallsensors 100 und/oder eine Datenaufzeichnung auch während einer Phase des Stillstands vorgesehen sein kann.

Durch den Schaltkreis mit dem Leistungsschalter 12 ist eine komplette Abkapselung des Ultraschallsensorsystems von der akkumulator- oder batteriebetriebenen Energieversorgung des Sensorsystems möglich, wobei der Ruhestrom des Schaltkreises des Ultraschallsensors auf nahezu 0 gesenkt werden kann.

Der Controller 11 (z. B. Mikrocontroller) des Systems kann selbst mit der verhältnismäßig niedrigen Spannung betrieben wird, z. B. 3,6 V, die über den Energiespeicher-Betrieb (Batterie oder Akkumulator) bereitgestellt wird. Der Spannungswandler 15 und die Mittel 16 zur Steueradaptierung erlauben es dem Controller 11, ohne großen Leistungseinsatz den Ultraschallsensor 200 anzusteuern. Durch die Pegel- und/oder Impedanzanpassungsmittel 17, 18 sind die Ultraschallsensor-Schnittstellen für den Controller 11 zugänglich und schützen zudem das System vor einer Überlast.

2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Illustrierung des Verfahrens zum Betrieb der Sensorsystem-Einrichtung. Die Energieversorgung 130 mittels eines ersten Energiespeichers (z. B. Batterien oder Akkumulatoren) der Sensorsystem-Einrichtung kann über eine Schaltung an- und abgestellt werden (Schritt 120). Durch eine Energiespeicherung 140 in dem zweiten, lokalen Energiespeicher wird die Energie für die hohen Sendelasten des Ultraschallsensors bereitgestellt, wobei der zweite, lokale Energiespeicher über die Energie der Akkumulatoren oder Batterien (erster Energiespeicher) der Sensorsystem-Einrichtung aufgefüllt wird. Die für den Betrieb des Ultraschallsensors bei mobilen Anwendungen unübliche hohe Spannung wird durch die Spannungswandlung 150 entsprechend angepasst. Über die Steueradaptierung 160 kann die Kommandoschnittstelle des Ultraschallsensors bedient werden. Für die Verwertung der Ausgangsdaten des Ultraschallsensors wird eine Pegel- und/oder Impedanzanpassung 170, 180 vorgenommen, sodass innerhalb der Sensorsystem-Einrichtung die Beladungszustandsbestimmung 190 beispielsweise des Flurförderzeugs erfolgen kann.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • EP 2208704 A1 [0003]