雪地车辆的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的雪地车辆，该雪地车辆具有用于在周围环境中定向的至少一个照明元件。

这样的雪地车辆例如可以用作用于维护滑雪坡和越野滑雪道的积雪整理机(snowgroomer)以及用于在积雪覆盖的地面上运输货物和人员的运输车辆。

为了在夜间在积雪覆盖的周围环境中定向，这种车辆具有至少一个前照灯，该前照灯照亮周围环境并使驾驶员能够检测障碍物。

例如，用于维护滑雪坡的积雪整理机可能在驾驶员的舱室上具有附加的前照灯，以在夜间照亮要维护的滑雪坡周围的区域。

de102011089836a1示出了一种用于对积雪表面进行处理和造型的积雪整理机，该积雪整理机在前盖的凹部中设置有至少两个前照灯。

这种照明的缺点是周围的地面与天空变得模糊，难以或不可能检测到障碍物，尤其是在恶劣的天气条件下。即使在白天，驾驶员在恶劣的天气条件下也难以在周围环境中为自己定向。

其例子就是所谓的“雪盲效应(whiteouteffect)”：其是指当地面被积雪覆盖时(由于云、雾或降雪)而出现产生散射阳光的扩散光度的现象。对阳光的强烈散射反射和极高的最小亮度造成对比度明显降低，并且整个视野似乎是一致明亮的。这导致地平线消失，由此使地面和天空无缝融合。甚至轮廓或阴影也不再可见，观察者会感到处于完全空旷的无限灰白色空间中。

雪盲是滑雪区域中相当大的风险因素：在容易发生跌倒风险的地区中，障碍物或深渊不再能够被识别。无法检测到地面的距离和陡度。

即使车辆的照明系统可在近距离起作用，常规照明也只能产生二维光，这意味着障碍物只能在很晚才被发现，或者根本无法被发现。

de10154635a1公开了一种带有传感器装置的耕作机，通过该传感器装置可以在移动方向上扫描待耕作的土壤区域，并产生调节耕作工具(例如，可以是推铲)的高度的信号。为此目的，传感器配置包括激光发射器和接收器，其发射光束并在运行时间和振幅方面分析接收器中从地面反射的光束以控制耕作工具。

这种装置的缺点是传感器配置复杂并且极易受到天气条件的影响。另外，即使耕作工具开始运转，驾驶员仍然不知道自己是否正在驶向障碍物，这就是为什么不能及时执行规避操作的原因。

因此，本发明的任务是改善这种雪地车辆的照明，使得可以容易地检测到该车辆附近的障碍物和地形状况。

借助于独立权利要求的特征解决了本发明的任务，而本发明的有利的配置和附加的改进方式可以从从属权利要求中得出。

必要特征包括用于在雪地车辆的周围环境中定向的照明元件，该照明元件是具有至少一个激光束的激光器，该激光器将具有一定结构的图案投射到周围地面上，所述图案以视觉上可识别的方式在要检测的障碍物或地形条件下扭曲。

因此，通过使用以可迅速聚焦的至少一个激光束将限定的图案投射到地面上的激光器，车辆的驾驶员能够在视觉上识别出与物体有关的周围环境。

这种与物体有关的识别可以记录周围环境的地形表面特征。从光束图案的图像的偏离位移或曲率可以推断出障碍物的存在。

这样的激光束可以有利地投射较长的距离，由此这样的长距离可以例如在雪地车辆前方6至25米之间。

发射激光束的初级激光器配备有对激光束进行光学转换的特殊的光学器件，使得光学器件从其在雪地车辆上的安装位置朝向地面形成特定结构，由此优选使用专门制作的用于透镜的切口。光的波结构使最精细的微结构能够偏转光。

激光束通过这种透镜进行光学转换，以使透镜从其在雪地车辆上的安装位置朝向地面时产生具有限定结构的图案。

替代地，例如可以借助于旋转的镜像元件或可移动的光学元件将激光束引导到地面上。

在雪地车辆上使用的激光器可以通过例如伸缩臂来伸缩。伸缩臂可以例如通过电或通过电动致动器来控制。

根据本发明的激光器将精确的光图案投射到地面上，该光图案可以由车辆的驾驶员在视觉上解读。由于由激光器产生并投射到地面上的光网格，因此可以使三维物体可见。然而，本发明不限于此。

除了光网格或十字形的网格之外，激光器还可以产生其他结构，例如点结构、圆形结构、多条线或圆圈。

这些结构可用于检测周围环境的障碍物或地形条件的深度和/或形状。

在本发明的改进方式中，所使用的激光器是自调平的，即，激光线总是100％笔直的，这意味着当雪地车辆处于倾斜位置时，透镜会补偿倾斜位置。

在本发明的另一个实施方式中，激光控制系统包括透镜，该透镜允许以极其精确的方式定向激光器(北、西、南、东)。陀螺仪传感器可准确识别方向变化。当此信息与距离的测量结合时，其可以用来确定当前位置。例如，如果雪地车辆在没有可用gps的山谷中行驶，则陀螺仪打开并提供缺少的信息。

这样的传感器可以检测到雪地车辆的倾斜或斜度，并通过激光控制采取适当的对策。这样，地面上的光图案始终勾勒出所需的结构。

在车辆驶向地貌中不平坦的物体或诸如树桩之类的物体时，由激光器在地面上投射的十字网格以三个维度进行定义。这导致彼此之间的距离变化或弯曲的激光网格线的空间变形。这最终可以推断出放置在雪地车辆前方的物体类型以及物体尺寸。

表面几何形状可以用根据本发明的激光器来区分和识别。

根据现有技术，利用诸如由卤素前照灯发射的扩散的入射光不可能实现这种物体识别。

红色激光是优选的，因为这抑制了环境光并且激光线更加可见。

然而，本发明不限于此。本发明还要求保护激光器的不同颜色方案的使用，例如绿色或蓝色。这种颜色可以例如通过上游滤色器产生。

投射到地面上的结构与雪地车辆一起在移动方向上移动；但是，它比车辆慢，从而形成了车辆在图案上移动的效果。其中除了提供更好的定向之外，在图案上移动的优点还在于，所显示的图案不会闪烁，因此避免了驾驶员因这样的闪烁而分心。

地面上的激光投射取决于行驶速度v、转向角和所选档位g，并且由惯性传感器控制，该惯性传感器检测雪地车辆在地形上的斜度。

这允许对转向角做出反应，使得激光器始终在移动方向上发光。

例如，如果驾驶员换到倒档，则雪地车辆后方的至少一个激光器被接通，后方周围环境的表面被照亮。

与此独立地，雪地车辆的驾驶员也可以手动确定雪地车辆的周围环境中的哪个区域应被覆盖。

在本发明的另外的改进方式中，在驾驶员的舱室的侧面放置有至少一个侧面激光器。该侧面激光器也可用于将网格状图案投射到地面上。尽管如此，本发明不限于此。也可以将圆形结构从激光器投射到地面上。根据圆圈的大小，驾驶员可以推断出到物体的距离。例如，如果驾驶员沿着森林的边缘转向，则投射到树木上的圆圈比激光束被发射到空旷区域时小。

本发明的主题不仅由各个权利要求的主题得出，而且也由各个权利要求的组合得出。

本文件中公开的任何信息和特征(包括

技术实现要素：
中公开的信息和特征、尤其是在附图中概述的空间布置)在它们与现有技术相比单独地或组合地是新的这个意义上被认为本质上具有创造性。

下面通过示出了多个实施方式的附图更详细地解释本发明。附图及其说明显示了本发明的其他必要特征和优点。

在个别项目被指定为“发明必要”或“重要”的情况下，这并不意味着这些项目必须一定是独立权利要求的主题。这仅仅由独立权利要求的当前有效的版本确定。

附图表示：

图1：雪地车辆的前视图

图2：雪地车辆的侧视图

图3：激光器的立体图

图4：第一变型的旋转激光器的侧视图

图5：第一变型的旋转激光器的俯视图

图6：第二变型的旋转激光器概览

图7：第二变型的旋转激光器的侧视图

图8：雪地车辆的俯视图

图9：带有探照灯的雪地车辆的俯视图

图10：探照灯的主视图和侧视图

图11：框图

图1示出了雪地车辆1，该雪地车辆可以在两个底盘4上移动，这两个底盘可以在周围区域9的地面38上彼此独立地受到控制。

雪地车辆1包括驾驶员的舱室5，该驾驶员的舱室具有用于操纵雪地车辆1的至少一个驾驶员的空间。驾驶员的舱室5具有挡风玻璃32，驾驶员可以通过挡风玻璃32监视周围环境9。

在该实施方式示例中，在驾驶员的舱室5的上方放置有两个激光器7和两个侧面激光器33，两个激光器7在雪地车辆1的移动方向上发射激光束8，两个侧面激光器33朝向雪地车辆的侧面发射激光束并发射到地面38上。因此，激光束8被投射到地面38的限定区域上。

当雪地车辆1接近移动方向上的物体(在此显示为树桩10)时，激光束8照亮该物体，并且由于激光束在其到达物体的距离短，因此先前照在地面38上的激光束8不再与之前一样长。现在形成光束8a、8b。根据激光器33距树桩10的距离，激光束8a、8b的长度不同并且比继续无障碍地照射到地面38上的激光束8短。各个激光束8、8a、8b之间的这种差异使雪地车辆的驾驶员可以在视觉上对此加以区分，因此驾驶员可以检测移动方向上的物体，并在必要时进行规避操作。

当雪地车辆1到达沟槽11时，来自激光器7的激光束8照亮该障碍物。由于穿过对象照射的激光束的距离延长，先前照在地面38上的激光束8的长度也被延长，现在形成光束8a'、8b'。根据激光器7距沟槽11的区域的距离，激光束8a'、8b'具有不同的长度并且比继续无阻碍地照射到沟槽11上的激光束8长。各个激光束8、8a'、8b'之间的这种差异使雪地车辆的驾驶员可以在视觉上对此加以区分，使得驾驶员可以检测到运动方向上的物体，并在必要时执行规避操作或对此处的地面38进行维护。

这使驾驶员能够根据投射的激光束的空间变形来检测地面上的障碍物或地形变化。

图2示出了图1中的雪地车辆1的侧视图，从激光器7发射的激光束8作为光锥被投射到地面38上。雪地车辆1在前端部具有用于去除积雪的推铲3，这可以整平地面38的不平表面。除了在移动方向上照亮的激光器7之外，在驾驶员的舱室5的侧面还附接有至少一个侧面激光器33，该侧面激光器33照亮雪地车辆附近的周围环境。

图3示出了所使用的激光器7(或33)，其从初级主体30发射初级激光束35。初级激光束35穿过透镜31，其中透镜31使激光成形，使得激光束产生十字形结构16。该十字形结构16由彼此成角度17、18的两个相交的扇形激光束组成。此处示出的示例中，两个角度17、18均为90度，使得发射了成直角的两个轴线。

图4示出了本发明的另一个实施方式，这次使用了鼓体25，该鼓体在箭头方向21上围绕旋转轴线24旋转。初级激光器30以特定的距离安装在鼓体25上，该激光器通过不同的透镜26、27发射激光束。此处在图4所示的示例中，透镜26发射水平线图案，而透镜27发射垂直线图案。如果激光束穿过这些透镜，则这些透镜水平或垂直投射激光束，这取决于透镜26、27。

由于这是旋转的鼓体，因此面板29附接至鼓体25的外周，以保护雪地车辆的驾驶员并允许在要暴露于光束的区域中定向。面板29还具有防雪和防结冰的保护作用。

图5示出了鼓体25的俯视图。面板29没有以360度包围鼓体25，而是具有开口36，开口36可以通过激光束8发射到周围环境9上。

在本发明的另外的改进方式中，根据图4和图5，可以通过滑动接触来控制各个初级激光器30：这样，旋转的激光器仅在它们处于特定位置时才可以发射光束8，并且在没有接触的情况下不工作。

图6示出了本发明的另外的改进方式，其中初级激光器30将初级激光束35引导到鼓20上。鼓20由面板29围绕，面板29保护敏感的鼓体免受雪和冰的影响并且具有前部开口36，激光束8可通过该前部开口而被发射到周围环境9中。鼓20在箭头24的方向上围绕轴线24旋转，并且具有围绕其外周的玻璃元件22，在该玻璃元件中嵌入了多个镜像元件。这些镜像元件以特定角度反射初级光束35并将其作为激光束8发射。

根据图7，玻璃元件22的表面被切割成使得发射的初级激光束35被嵌入在玻璃元件22中的镜像元件23反射，并且被成形为使得其以十字形结构从鼓20出射。以这种方式形成的激光束8达到地面38，格子状结构在该地面38上变得可见。网格由水平横向线28和与横向线28交叉的纵向线37组成。

图8示出了雪地车辆1的俯视图。雪地车辆1在移动方向39上在地面38上行驶。雪地车辆1通过安装在驾驶员的舱室顶部上的激光器7照亮地面38。由于激光束8的特殊形状，在地面38上投射网格图案40。网格图案40由横向线28和与横向线28交叉的纵向线37组成。

当雪地车辆1到达沟槽11时，投射在雪地车辆前面的网格图案40变形，从而导致横向线28和纵向线37的空间变形。雪地车辆的驾驶员可以在视觉上识别这种空间变形，这意味着他或她可以检测到地面38上的障碍物或地形变化。

穿过沟槽11，网格图案40的横向线28被表示为曲线28a、28b，而纵向线37继续笔直达到地面38。横向线28a、28b的不同曲率允许驾驶员推断出沟槽的深度和边缘。

图8示出了另一个实施方式示例，其中激光束8到达三维物体10，该三维物体在此被示出为树桩。物体10在激光束8的光束方向上的位置缩短了激光束8的路径，使得缩短的光束8a、8b到达物体。通过改变光束长度并通过激光束8a、8b照射物体10，驾驶员可以检测到物体和物体10的尺寸，并进行适当的操纵来避开物体。

除了激光器7之外，侧面激光器33位于驾驶员的舱室5上，这些激光器照射雪地车辆1附近的周围区域38的侧面区域。

图9示出了具有探照灯41的雪地车辆1，探照灯41将狭窄限定的网格图案40投射到地面38上。探照灯41是手动操作的，并且可以在所有方向上转向和旋转。另外，可以在箭头方向42上扩大网格图案40。

图10示出了探照灯41的侧视图和主视图，探照灯41安装在长而可调的伸缩臂49上，并延伸穿过舱室的顶部46。探照灯41可通过手柄44操作，并且可以调节旋转角度47和/或旋转方向48。可以使用开关45来打开和关闭探照灯，并设置网格图案的大小。

探照灯41配备有形成网格图案的光激光二极管43。网格图案的十字形结构16由彼此成角度17、18的两个相交的扇形激光束组成。此处示出的示例中，两个角度17、18均为90度，使得发射了成直角的两个轴线。

图11示出了用于雪地车辆1的开关的框图。信号转换器50将车辆电子设备(canbus)的信号转换成plc兼容信号。这样，诸如速度、移动方向、转向角、位置和斜度等来自雪地车辆1的信号14被转换成plc控制信号。plccpu19处理所有输入信号并执行所有必要的计算，以随后发出命令并将信号输出到各个组件。plccpu19根据所馈入的实际值计算目标值60-63，并将它们发送到各种控制器52-55。然后，控制器52-55使用马达电压56-59来控制用于移动两个激光器7a、7b或探照灯41的马达。这些部件各自具有驱动马达68-71(dc或ac齿轮马达，具体取决于要求)和分配的旋转编码器64-67。横向调节装置75用作用于使网格图案系统偏转的旋转马达，使得在移动方向上移动的网格图案在转弯期间不会在网格结构中塌陷。

旋转编码器64-67测量马达的位置、速度和方向，并可用于各种控制任务。它们传输由plccpu19处理的信号。根据所用编码器的类型(脉冲、正弦波、电压等)，可以实现不同的控制系统。

例如，如果雪地车辆加速，则控制激光器7a、7b或探照灯41的投射单元72-74使得网格图案40以相对速度朝向雪地车辆1移动。因此，车辆的驾驶员具有其在网格图案上行驶的印象。如果雪地车辆减速，则网格图案的相对速度也会降低。

产生动态网格图案的优点在于，所产生的网格图案以稳定的方式投射到要行驶的表面上，而与车辆的振动和侧倾移动无关。

为了控制激光器，例如，如图5和6所示，可以调节鼓20和25的转速。

整个系统由控制单元51控制，从该控制单元可以对所有可调参数进行选择、改变和可视化(显示)。

电源模块15用于向所有组件供电。

图例

1.雪地车辆31.透镜

2.32.挡风玻璃

3.推铲33.侧面激光器

4.底盘34.

5.驾驶员的舱室35.初级激光束

6.照明主体36.开口(29的一部分)

7.激光器7a7b37.纵向线

8.激光束8a、8b、8a'、8b'38.地面

9.周围环境39.移动方向

10.物体40.网格图案

11.沟槽41.探照灯

12.旋转编码器42.箭头方向

13.信号43.光激光二极管

14.信号44.手柄

15.电源模块45.开关

16.十字46.舱室顶部

17.角度47.旋转角度

18.角度48.旋转方向

19.plccpu49.伸缩臂

20.鼓50.信号转换器

21.箭头方向51.控制单元

22.玻璃元件(专门切割)52.控制器

23.镜像元件53.控制器

24.旋转轴线54.控制器

25.鼓55.控制器

26.透镜56.马达电压

27.透镜57.马达电压

28.横向线28a、28b58.马达电压

29.面板59.马达电压

30.初级激光器60.目标值

61.目标值69.驱动马达

62.目标值70.驱动马达

63.目标值71.驱动马达

64.旋转编码器72.投射单元

65.旋转编码器73.投射单元

66.旋转编码器74.投射单元

67.旋转编码器75.横向调节装置

68.驱动马达

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种雪地车辆(1)，其具有用于在所述车辆的周围环境(9)中定向并用于对所述周围环境(9)的障碍物(10，11)和地形条件进行光学检测的至少一个照明元件，其中，所述照明元件是具有至少一个激光束(8，8a，8b)的激光器(7，33)，所述激光器将具有一定结构(28，28a，28b，37，40)的图案投射到所述周围环境(9)的地面(38)上，所述图案以视觉上可识别的方式在待检测的所述障碍物或所述地形条件下变形，其特征在于：

1.所述车辆是雪地车辆，特别是用于维护滑雪坡和越野滑雪道的积雪整理机；

2.所述车辆的驾驶员执行所述周围环境的与物体有关的光学识别；

3.所述激光器是通过陀螺仪传感器自调平的。

2.根据权利要求1所述雪地车辆，其特征在于，通过检测方向变化的陀螺仪结合测量距离来执行当前位置的确定。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的雪地车辆，其特征在于，能够根据行驶速度、转向角、所选档位以及通过惯性传感器来控制在所述地面(38)上的激光投射，所述惯性传感器检测所述雪地车辆(1)在地形上的斜度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的雪地车辆(1)，其特征在于，透镜(26，27)对所述激光束(35)进行光学转换，使得所述透镜从其在所述雪地车辆(1)上的安装位置朝向所述地面(38)产生具有限定结构(28，28a，28b，37，40)的图案。

5.根据权利要求1至4所述的雪地车辆(1)，其特征在于，所述结构是网格图案(40)或点结构或圆形结构或线结构。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的雪地车辆(1)，其特征在于，安装在驾驶员的舱室(5)侧部或上方的侧面激光器(33)在所述雪地车辆(1)旁边的地面(38)上投射附加结构。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的雪地车辆，其特征在于，多个激光器(30)安装在所述车辆的侧面的可旋转的鼓体(25)上，该鼓体(25)通过不同的透镜(26，27)发射激光束(8)，由此这些透镜(26)中的一些发射水平线图案，而其他透镜(27)发射垂直线图案。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的雪地车辆，其特征在于，在所述车辆上的可旋转的鼓体(25)的外周上设置有一个或多个玻璃元件(22)，在所述玻璃元件中嵌入有多个镜像元件(23)，所述镜像元件反射一个或多个激光束(35)。

9.根据权利要求8所述的雪地车辆，其特征在于，所述玻璃元件(22)在表面上具有切口，所述切口允许形成反射的激光束(35)，使得其以十字形结构从鼓(20)出射。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的雪地车辆，其特征在于，所述激光器(7，33)安装在可伸缩的伸缩臂(49)上。

11.根据权利要求10所述的雪地车辆，其特征在于，所述伸缩臂(49)能够例如通过电或通过电动致动器来控制。