DE102005042957A1 - Drawbar angle and trailer angle determining method, involves determining geometric ratios and/or relative position of characteristics edges and lines of drawbar and front side of trailer to find drawbar angle and trailer angle - Google Patents

Drawbar angle and trailer angle determining method, involves determining geometric ratios and/or relative position of characteristics edges and lines of drawbar and front side of trailer to find drawbar angle and trailer angle Download PDF

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Andreas Dr.-Ing. Schwarzhaupt
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Abstract

The method involves determining characteristics edges and lines of a drawbar and a front side of a trailer from a video stream of an image sensor e.g. laser scanner (11). The drawbar angle (theta A) and the trailer angle (theta B) are found from the determined geometric ratios and/or relative position of the characteristic edges and lines of the drawbar and the front side of the trailer in relation to each other.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens des Deichselwinkels und des Anhängerwinkels eines Anhängers eines Gliederzugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1. Ein derartiges Verfahren kann beispielsweise im Bereich der Herstellung von Gelenkzügen sowie bei der Herstellung von Fahrassistenzvorrichtungen für Gelenkzüge gewerblich angewendet werden.The The invention relates to a method for determining at least the drawbar angle and trailer angle a trailer an articulated train with the features of the preamble of claim 1. Such a method may, for example, in the field of production of articulated trains as well in the manufacture of driving assistance devices for articulated trains commercially be applied.

Bei Glieder- und Sattelzügen gestaltet sich das präzise Rückwärtsfahren (beispielsweise zum Einparken, Anfahren einer Verladerampe oder Ankoppeln eines Anhängers) für dessen Fahrer besonders schwierig. Aus diesem Grund ist eine Einrichtung wünschenswert, die den Fahrer beim Rückwärtsfahren zumindest wirkungsvoll unterstützt oder sogar das Rückwärtsfahren automatisch übernimmt.at Limbs and saddles This is precisely what happens Drive backwards (For example, for parking, approaching a loading dock or Coupling a trailer) for its Driver especially difficult. That's why it's a device desirable, the driver when reversing at least effectively supported or even reversing automatically takes over.

Diesbezüglich ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 103 22 829 A1 ein elektronisches Steuerungssystem für Fahrzeuge, insbesondere Glieder- und Sattelzüge beschrieben, das mit Hilfe eines Rückfahr-Algorithmus und einem elektronisch ansteuerbaren Antriebsstrang das automatische Rückwärtsfahren ermöglicht.In this regard, for example, in the German patent application DE 103 22 829 A1 an electronic control system for vehicles, in particular articulated and semitrailer described that allows using a reverse algorithm and an electronically controlled powertrain automatic reversing.

Der Antriebsstrang umfasst dabei ein Antriebsaggregat, ein Getriebe, eine Lenkungsanlage, eine Bremsanlage sowie eine Niveauregulierungsanlage. Das Steuerungssystem berechnet mit Hilfe eines Bahnrechners eine Bewegungsbahn, die eine Abfolge von Bewegungsvektoren bereitstellt, mit deren Hilfe das Fahrzeug von einer Startposition in eine Zielposition überführt werden kann. Die Startposition kann dabei durch Istwerte für die Lage und Position des Fahrzeugs definiert werden, die mit Hilfe einer geeignete Lage- und Positionsbestimmungseinrichtung, z.B. eine Radar-Anlage, bestimmbar sind. Für die Zielposition werden Sollwerte für die Lage und Position des Fahrzeugs verwendet, die mit Hilfe einer Zieleingabeeinrichtung vorgebbar sind. Der Bahnrechner übermittelt dabei die ermittelten Bewegungsvektoren über eine Antriebsstrang-Schnittstelle zur Steuereinrichtung, über die auch die fahrzeugfeste Bedieneinrichtung die Bewegungsvektoren an die Steuereinrichtung übermittelt. Das Steuerungssystem kann dabei eine Sensorik umfassen, mit deren Hilfe der Bahnrechner Fahrzeug-Umgebungsbedingungen wie z.B. Abstandswerte berücksichtigen kann. Bei einem Gliederzug, bei dem der Anhänger über eine Deichsel mit dem Zugfahrzeug gekoppelt ist, können ferner Knickwinkelsensoren vorgesehen sein, die den Knickwinkel zwischen Deichsel und Anhänger (Anhängerlenkwinkel) und/oder den Knickwinkel zwischen Deichsel und Zugfahrzeug (Deichselwinkel) ermitteln. Das Steuerungssystem ist insbesondere beim Rückwärtsanfahren einer Verladerampe nützlich.Of the Drive train includes a drive unit, a transmission, a steering system, a brake system and a level control system. The control system calculates with the aid of a railway computer a Trajectory providing a sequence of motion vectors with the aid of which the vehicle is transferred from a start position to a destination position can. The start position can be determined by actual values for the position and position of the vehicle to be defined by means of a suitable Position and position determining means, e.g. a radar system, are determinable. For the Target position will be setpoints for the location and position of the vehicle used by means of a destination input device can be specified. The railway computer transmitted while the detected motion vectors via a powertrain interface to the controller, via also the vehicle-mounted control device, the motion vectors transmitted to the controller. The control system may include a sensor, with their help the railway computer vehicle environmental conditions such. distance values can take into account. In a articulated train, in which the trailer via a drawbar with the towing vehicle coupled can also be provided kink angle sensors that the bending angle between drawbar and trailer (Trailer steering angle) and / or the articulation angle between the drawbar and towing vehicle (drawbar angle) determine. The control system is in particular when reversing a loading ramp useful.

Ein für die Berechnung des Soll-Anhängerlenkwinkels geeigneten Verfahrens ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 103 22 828 A1 offenbart.A suitable method for calculating the target trailer steering angle is, for example, in the German patent application DE 103 22 828 A1 disclosed.

Bei Gliederzügen, bei denen der Anhänger über eine Deichsel mit dem Zugfahrzeug gekoppelt ist, ist das Rückwärtsfahren besonders schwierig. Hierbei sind beispielsweise besonders zuverlässige Daten über die vorliegenden und anzustrebenden Winkel zwischen den beteiligten Objekten (Zugfahrzeug, Anhänger, Deichsel usw.) erforderlich, um deren Lage und Position zu kennen und/oder deren Bewegungsbahn beim Rückwärtsfahren verlässlich vorherzuberechnen. Diesbezüglich geht aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 102004050149.1 ein Verfahren zur Bestimmung von Deichsel- und Anhängerwinkel (in DE 102004050149.1 „Trailerwinkel" genannt) beim Rückwärtsfahren eines derartigen Gliederzugs hervor. Bei dem Verfahren werden mindestens zeitweilig, insbesondere beim Rückwärtsfahren des Zugfahrzeugs, aus einem kontinuierlichen Videostrom eines vorzugsweise vom Zugfahrzeug auf den Anhänger gerichteten bildgebenden Sensors (z.B. Videokamera, IR- oder LIDAR-Sensor) charakteristische Kanten und Linien mindestens der Deichsel und der Vorderseite des Anhängers ermittelt. Aus den geometrischen Verhältnissen und/oder relativen Lage der ermittelten charakteristischen Kanten und Linien zueinander werden dann mindestens der Deichselwinkel und der Anhängerwinkel des Anhängers vorzugsweise kontinuierlich bestimmt. Dabei wird vorzugsweise zuerst der Deichselwinkel bestimmt, indem anhand der ermittelten charakteristischen Kanten und Linien der Deichsel ein Modell der Deichsel iterativ ausgerichtet wird. Ist der Deichselwinkel durch Iteration bestimmt, erfolgt eine Bestimmung des Anhängerwinkels durch Lösung bestimmter Gleichungen. Dazu wird u.a. ein Modell der Vorderseite des Anhängers auf die charakteristischen Kanten und Linien des Anhängers iterativ ausgerichtet. Bei Bedarf kann anschließend anhand des Anhängerwinkels und des Deichselwinkels durch Subtraktion zusätzlich der Drehwinkel zwischen Anhänger und Deichsel (Anhängerlenkwinkel) bestimmt werden.at Articulated trains, where the trailer has a Drawbar is coupled to the towing vehicle, the reverse is particularly difficult. Here are, for example, particularly reliable data on the present and aspired angle between the involved Objects (towing vehicle, trailer, Drawbar, etc.) to know their location and position and / or reliably predict their trajectory when reversing. In this regard, goes from the unpublished German patent application DE 102004050149.1 a method for determination of drawbar and trailer angle (called in DE 102004050149.1 "trailer angle") when reversing of such a train. In the process, at least temporarily, especially when reversing the towing vehicle, from a continuous video stream of a preferably from the towing vehicle to the trailer directional imaging sensor (e.g., video camera, IR or LIDAR sensor) and lines of at least the drawbar and the front of the trailer determined. From the geometric relationships and / or relative position of the determined characteristic edges and lines to each other then at least the drawbar angle and the trailer angle of the trailer preferably determined continuously. It is preferably first determines the drawbar angle by using the determined characteristic Edges and lines of the drawbar a model of the drawbar iteratively is aligned. If the drawbar angle is determined by iteration, a determination of the trailer angle by solution certain equations. This is u.a. a model of the front of the trailer on the characteristic edges and lines of the trailer iteratively aligned. If necessary, it can then be based on the trailer angle and the drawbar angle by subtraction additionally the angle of rotation between pendant and drawbar (trailer steering angle) be determined.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Verfahren anzugeben, mit dem Deichsel- und Anhängerwinkel bei einem Gliederzug auf einfache Weise und mit möglichst hoher Zuverlässigkeit bestimmt werden kann.task the present invention is to provide an alternative method with the drawbar and trailer angle in an articulated train in a simple way and with as possible high reliability can be determined.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by solved the subject of the independent claim. Preferred embodiments are subject matters of the dependent claims.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Bestimmung mindestens des Deichselwinkels (θA) und des Anhängerwinkels (θB) eines Anhängers eines Gliederzugs, wobei aus einem Videostrom eines Laserscanners charakteristische Kanten und Linien mindestens der Deichsel und der Vorderseite des Anhängers ermittelt werden, aus deren geometrischen Verhältnissen und/oder relativer Lage zueinander mindestens der Deichselwinkel (θA) und der Anhängerwinkel (θB) des Anhängers bestimmt werden. Das Verfahren weist erfindungsgemäß die folgenden Schritte auf:

  • a) Ermittlung der Entfernungen zu Messpunkten (mi) an der dem Zugfahrzeug zugewandten Vorderseite des Anhängers mit Hilfe des Laserscanners, wobei die Messpunkte (mi) in der Ebene eines zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems liegen, dessen Ursprung (O) der Laserscanner ist, vorzugsweise der Brennpunkt des Laserscanners und insbesondere der objektseitige Brennpunkt des Laserscanners, und dessen x-Achse parallel zur Längsachse des Zugfahrzeugs verläuft;
  • b) Bestimmung einer Ausgleichsgeraden (G) durch alle zur dem Zugfahrzeug zugewandten Vorderseite des Anhängers gehörenden Messpunkte (mi);
  • c) Bestimmung einer die Mitte der Ausgleichgeraden (G) schneidenden Senkrechten (S), wobei die Senkrechte (S) parallel zur Längsachse des Anhängers verläuft;
  • d) Bestimmung des Drehpunkts (P1) der Deichsel mit Hilfe der Länge der Deichsel (D) und der Lage der Senkrechten (S);
  • e) Bestimmung des Schnittpunkts (P2) der Senkrechten (S) mit der x-Achse;
  • f) Bestimmung der Winkel (θA, θB, θC) in dem aus Ursprung (O), Drehpunkt (P1) und Schnittpunkt (P2) gebildeten Dreieck, wobei es sich • bei dem Winkel zwischen Längsachse der Deichsel und Längsachse des Zugfahrzeugs um den Deichselwinkel (θA) handelt; • bei dem Winkel zwischen den Längsachsen von Anhänger und Zugfahrzeug um den Anhängerwinkel (θB) handelt; • und bei dem Winkel zwischen Längsachse des Anhängers und Längsachse der Deichsel um den Anhängerlenkwinkel (θC) handelt.
The subject of the present invention is accordingly a method for determining at least the drawbar angle (θ A ) and the trailer angle (θ B ) of a trailer of an articulated train, wherein characteristic edges and lines of at least the drawbar and the front of the trailer are determined from a video stream of a laser scanner, from the geometric relationships and / or relative position to each other at least the drawbar angle (θ A ) and the trailer angle (θ B ) of the trailer are determined. The method according to the invention comprises the following steps:
  • a) determination of the distances to measuring points (m i ) on the towing vehicle facing the front of the trailer using the laser scanner, the measuring points (m i ) lie in the plane of a two-dimensional Cartesian coordinate system whose origin (O) is the laser scanner, preferably the focal point of the laser scanner and in particular the object-side focal point of the laser scanner, and whose x-axis is parallel to the longitudinal axis of the towing vehicle;
  • b) determination of a compensation straight line (G) by all measuring points (m i ) belonging to the towing vehicle's front side of the trailer;
  • c) determining a perpendicular (S) intersecting the middle of the balancing line (G), the vertical (S) being parallel to the longitudinal axis of the trailer;
  • d) determination of the pivot point (P 1 ) of the drawbar with the help of the length of the drawbar (D) and the position of the vertical (S);
  • e) determining the point of intersection (P 2 ) of the vertical (S) with the x-axis;
  • f) determining the angles (θ A , θ B , θ C ) in the triangle formed by the origin (O), fulcrum (P 1 ) and intersection (P 2 ), where: • at the angle between the longitudinal axis of the drawbar and the longitudinal axis of the towing vehicle is about the drawbar angle (θ A ); • the angle between the longitudinal axles of the trailer and towing vehicle is about the trailer angle (θ B ); • and at the angle between the longitudinal axis of the trailer and the longitudinal axis of the drawbar around the trailer steering angle (θ C ) acts.

Dabei können bestimmte, für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche Daten, wie z.B. die Deichsellänge (D), bereits aus vorhergegangenen Messungen bekannt und beispielsweise in einer Datenspeichereinrichtung (Datenbank, Computer oder dergleichen) abrufbar hinterlegt sein, oder sie werden bei Bedarf bestimmt, z.B. mit Hilfe des Laserscanners. Bei dem Laserscanner kann es sich um einen LIDAR-Sensor handeln.there can certain, for the inventive method required data, e.g. the drawbar length (D), already from previous measurements known and for example in a data storage device (database, Computer or the like) be retrievable deposited, or they will if necessary, e.g. with the help of the laser scanner. With the laser scanner it can be a LIDAR sensor.

Um aus den mit Hilfe des Laserscanners ermittelten Daten, insbesondere Entfernungs- und Abstandsdaten, die gewünschten Informationen zu gewinnen und v.a. die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, setzt man zweckmäßigerweise eine dafür geeignete Berechnungseinrichtung ein, vorzugsweise einen Computer mit einem oder mehreren für die Durchführung der erforderlichen Rechenoperationen geeigneten Programmen. Dafür geeignete Berechnungseinrichtungen, Computer und Programme sind dem Fachmann prinzipiell bekannt und werden daher der Kürze halber nicht näher erläutert.Around from the data determined with the aid of the laser scanner, in particular Distance and distance data to gain the desired information and v.a. to carry out the steps of the method according to the invention sets it is expediently one for that suitable calculation device, preferably a computer with one or more for the execution the necessary arithmetic operations suitable programs. Suitable for this Calculation facilities, computers and programs are those skilled in the art in principle known and will therefore not be explained for the sake of brevity.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, für Lenkhinweise bei der Rückwärtsfahrt von Fahrzeugen, insbesondere von Gliederzügen, erforderliche Daten wie den Deichselwinkel (θA) und den Anhängerwinkel (θB) auf einfache Weise und mit hoher Zuverlässigkeit zu bestimmen.The method according to the invention makes it possible to determine steering data for reversing vehicles, in particular articulated trains, such as the drawbar angle (θ A ) and the trailer angle (θ B ) in a simple manner and with high reliability.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, the Description, from the drawing and from the associated description of the figures based on the drawing.

Bei einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt man bei einer Geradeausfahrt charakteristischen Kanten und Linien des Anhängers sowie Entfernungen zu den Messpunkten (mi) an der Vorderseite des Anhängers und bestimmt daraus die Breite (W) des Anhängers.In a further development of the method according to the invention is determined when driving straight characteristic edges and lines of the trailer and distances to the measuring points (m i ) on the front of the trailer and determines from this the width (W) of the trailer.

Mit Hilfe der Breite (W) können die zur dem Zugfahrzeug zugewandten Vorderseite des Anhängers gehörenden Messpunkte (mi) mit größerer Zuverlässigkeit erkannt werden. Ferner kann mit Hilfe der genauen Kenntnis über die Breite (W) die Mitte der Vorderseite des Anhängers für die Bestimmung der Senkrechten (S) zur Ausgleichsgeraden (G) mit größerer Zuverlässigkeit bestimmt werden.With the aid of the width (W), the measuring points (m i ) belonging to the front side of the trailer facing the towing vehicle can be detected with greater reliability. Further, with the aid of the accurate knowledge of the width (W), the center of the front side of the trailer for the determination of the perpendicular (S) to the compensation straight line (G) can be determined with greater reliability.

Bei einer weiteren Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt man bei einer Geradeausfahrt charakteristischen Kanten und Linien des Anhängers sowie Entfernungen zu den Messpunkten (mi) an der Vorderseite des Anhängers und bestimmt daraus den Abstand (A) zwischen Zugfahrzeug und Anhänger.In a further development of the method according to the invention is determined when driving straight characteristic edges and lines of the trailer and distances to the measuring points (m i ) on the front of the trailer and determines the distance (A) between towing vehicle and trailer.

Die Kenntnis des Abstands (A) trägt ebenfalls zur besseren Erkennung der dem Zugfahrzeug zugewandten Vorderseite des Anhängers gehörenden Messpunkte (mi) bei.The knowledge of the distance (A) also contributes to a better recognition of the to the towing vehicle facing the front of the trailer belonging measuring points (m i ).

Bei noch einer weiteren Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt man bei einer Geradeausfahrt charakteristischen Kanten und Linien der Deichsel sowie Entfernungen zu den Messpunkten (mi) an der Vorderseite des Anhängers und bestimmt daraus die Deichsellänge (D).In yet a further development of the method according to the invention is determined when traveling straight ahead characteristic edges and lines of the drawbar and distances to the measuring points (m i ) on the front of the trailer and determines from this the drawbar length (D).

Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert, wobei nur die für das Verständnis der Erfindung erforderliche Merkmale bezeichnet sind.One specific embodiment the invention is shown in simplified form in the single figure and is explained in more detail in the following description of the figures, with only those for the understanding of the invention required features are designated.

Die einzige Figur zeigt in einer stark vereinfachten Prinzipdarstellung einen Gliederzug (1) mit einem Zugfahrzeug (2) und einem Anhänger (3). Der Anhänger (3) ist über eine Deichsel (4) an das Zugfahrzeug (2) gekoppelt. Das Zugfahrzeug (2) weist eine Längsachse (6) auf. Ebenso weist der Anhänger (3) eine Längsachse (7) auf. Ferner weist das Zugfahrzeug (2) einen Laserscanner (8) auf, der an der rückwärtigen Wand des Zugfahrzeugs (2) in deren horizontalen Mitte angeordnet ist. Der objektseitige (d.h. dem Anhänger zugewandte) Brennpunkt des Laserscanners (8) bildet den Koordinatenursprung (O) eines zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems, bei dem die x-Achse parallel zur Längsachse (6) des Zugfahrzeugs ausgerichtet ist. In der Projektion der in der Figur gezeigten Draufsicht, fallen x-Achse und Längsachse (6) zusammen. Die Längsachse (6) des Zugfahrzeugs (2) und die Längsachse (5) der Deichsel (4) schneiden sich im Koordinatenursprung (O), die Längsachse (7) des Anhängers und die Längsachse (5) der Deichsel (4) schneiden sich im Schnittpunkt (P1) und die beiden Längsachsen (6, 7) schneiden sich im Schnittpunkt (P2). Die Schnittpunkte (O, P1, P2) der drei Längsachsen (5, 6, 7) bilden ein Dreieck mit den drei Winkeln (θA, θB, θC) Deichselwinkel (θA) zwischen der Längsachse (5) der Deichsel (4) und der Längsachse (6) des Zugfahrzeugs (2); Anhängerwinkel (θB) zwischen der Längsachse (7) des Anhängers (3) und der Längsachse (6) des Zugfahrzeugs (2); und Anhängerlenkwinkel (θC) zwischen der Längsachse (7) des Anhängers (3) und der Längsachse (5) der Deichsel (4).The sole figure shows in a greatly simplified schematic representation of an articulated train ( 1 ) with a towing vehicle ( 2 ) and a trailer ( 3 ). The trailer ( 3 ) is via a drawbar ( 4 ) to the towing vehicle ( 2 ) coupled. The towing vehicle ( 2 ) has a longitudinal axis ( 6 ) on. Likewise, the trailer ( 3 ) a longitudinal axis ( 7 ) on. Furthermore, the towing vehicle ( 2 ) a laser scanner ( 8th ) located on the rear wall of the towing vehicle ( 2 ) is arranged in its horizontal center. The object-side (ie the trailer-facing) focal point of the laser scanner ( 8th ) forms the coordinate origin (O) of a two-dimensional Cartesian coordinate system, in which the x-axis is parallel to the longitudinal axis ( 6 ) of the towing vehicle is aligned. In the projection of the plan view shown in the figure, x-axis and longitudinal axis (FIG. 6 ) together. The longitudinal axis ( 6 ) of the towing vehicle ( 2 ) and the longitudinal axis ( 5 ) of the drawbar ( 4 ) intersect at the origin (O), the longitudinal axis ( 7 ) of the trailer and the longitudinal axis ( 5 ) of the drawbar ( 4 ) intersect at the point of intersection (P 1 ) and the two longitudinal axes ( 6 . 7 ) intersect at the point of intersection (P 2 ). The points of intersection (O, P 1 , P 2 ) of the three longitudinal axes ( 5 . 6 . 7 ) form a triangle with the three angles (θ A , θ B , θ C ) drawbar angle (θ A ) between the longitudinal axis ( 5 ) of the drawbar ( 4 ) and the longitudinal axis ( 6 ) of the towing vehicle ( 2 ); Trailer angle (θ B ) between the longitudinal axis ( 7 ) of the trailer ( 3 ) and the longitudinal axis ( 6 ) of the towing vehicle ( 2 ); and trailer steering angle (θ C ) between the longitudinal axis ( 7 ) of the trailer ( 3 ) and the longitudinal axis ( 5 ) of the drawbar ( 4 ).

Die Länge (D) der Deichsel (4) entspricht dem Abstand zwischen dem Koordinatenursprung (O) und dem Drehpunkt (P1) der Deichsel (4); die Breite (W) des Anhängers (3) entspricht dem Abstand zwischen der linken und der rechten Ecke seiner dem Zugfahrzeug (2) zugewandten Vorderseite; und der Abstand (A) zwischen Zugfahrzeug (2) und Anhänger (3) entspricht dem Abstand zwischen der dem Anhänger (3) zugewandten Rückseite des Zugfahrzeugs (2) und der dem Zugfahrzeug (2) zugewandten Vorderseite des Anhängers (3) bei Geradeausfahrt, d.h. wenn die Längsachse (6) des Zugfahrzeugs (2) und die Längsachse (7) des Anhängers (3) parallel sind.The length (D) of the drawbar ( 4 ) corresponds to the distance between the coordinate origin (O) and the pivot point (P 1 ) of the drawbar ( 4 ); the width (W) of the trailer ( 3 ) corresponds to the distance between the left and right corners of its towing vehicle ( 2 ) facing front side; and the distance (A) between towing vehicle ( 2 ) and trailers ( 3 ) corresponds to the distance between the trailer ( 3 ) facing the rear of the towing vehicle ( 2 ) and the towing vehicle ( 2 ) facing front of the trailer ( 3 ) when driving straight ahead, ie when the longitudinal axis ( 6 ) of the towing vehicle ( 2 ) and the longitudinal axis ( 7 ) of the trailer ( 3 ) are parallel.

Prinzipiell können die Breite (W) des Anhängers (3), die Deichsellänge (D) und/oder der Abstand (A) zwischen Zugfahrzeug (2) und Anhänger (3) aus vorhergegangenen Messungen bekannt und abrufbar in einer Datenspeichereinrichtung hinterlegt sein. Im vorliegenden Beispiel werden jedoch Breite (W), Deichsellänge (D) und Abstand (A) mit Hilfe des Laserscanners (8) bei Geradeausfahrt regelmäßig vermessen und in einer Datenspeichereinrichtung hinterlegt, um die Zuverlässigkeit dieser Daten zu verbessern.In principle, the width (W) of the trailer ( 3 ), the drawbar length (D) and / or the distance (A) between towing vehicle ( 2 ) and trailers ( 3 ) be known from previous measurements and retrievable stored in a data storage device. In the present example, however, width (W), drawbar length (D) and distance (A) are determined by means of the laser scanner (FIG. 8th ) regularly measured while driving straight ahead and stored in a data storage device in order to improve the reliability of this data.

Die Deichsellänge (D) kann beispielsweise wie folgt bestimmt werden: Bei einer Geradeausfahrt, steht das Zugfahrzeug (2) ausreichend genau in einer Linie mit dem Anhänger (3) und dessen Deichsel (4) (d.h. die Längsachsen (5, 6, 7) sind annähernd parallel ausgerichtet). Mit Kenntnis der Breite (W) des Anhängers (3) und des Abstandes (d) des Drehpunkts (P1) der Deichsel (4) von der Vorderseite des Anhängers (3) ist anhand der Gleichung (1)

Figure 00090001
die Deichsellänge (D) bestimmbar. Die Größen W, d und f sind beispielsweise einer Datenbank entnehmbar, manuell eingebbar oder mit dem Laserscanner (8) ausmessbar. Dabei ist f die Brennweite des Laserscanners und Ly und Ry die im Bild unter Rückgriff auf die Breite (W) des Anhängers (3) bestimmbaren Abstände der linken und der rechten Ecke der Vorderseite des Anhängers (3) orthogonal zur x-Achse. Ist die Breite (W) des Anhängers (3) nicht bekannt, kann z.B. von einem Standardwert von 2,5 m ausgegangen. Marktübliche Anhänger (3) weichen von dieser Breite nur um etwa ± 0,1 m ab, woraus sich insbesondere bei der späteren Berechnung des Deichselwinkels (θA) und des Anhängerwinkels (θB) ein zu vernachlässigend geringer Fehler ergibt.The drawbar length (D) can be determined, for example, as follows: when driving straight ahead, the towing vehicle ( 2 ) sufficiently exactly in line with the trailer ( 3 ) and its drawbar ( 4 ) (ie the longitudinal axes ( 5 . 6 . 7 ) are aligned approximately parallel). With knowledge of the width (W) of the trailer ( 3 ) and the distance (d) of the pivot point (P 1 ) of the drawbar ( 4 ) from the front of the trailer ( 3 ) is determined by the equation (1)
Figure 00090001
the drawbar length (D) determinable. The variables W, d and f are, for example, a database removed, manually entered or with the laser scanner ( 8th ) can be measured. Where f is the focal length of the laser scanner and L y and R y is the one in the image, using the width (W) of the trailer ( 3 ) determinable distances of the left and the right corner of the front of the trailer ( 3 ) orthogonal to the x-axis. Is the width (W) of the trailer ( 3 ) is not known, it can be assumed, for example, a default value of 2.5 m. Customary trailers ( 3 ) deviate from this width only by about ± 0.1 m, resulting in a negligible error especially in the later calculation of the drawbar angle (θ A ) and the trailer angle (θ B ).

Der Laserscanner (8) ist so an der Rückseite des Zugfahrzeugs (2) montiert, dass er in seiner Sichtebene den Anhänger (3) zumindest in seiner vollen Breite (W) vermessen kann. Dabei kann der Laserscanner (8) prinzipiell auch nicht in der horizontalen Mitte der Rückseite des Zugfahrzeugs (2) angeordnet sein. In diesem Fall ist jedoch die Verrückung des Laserscanners (8) aus der horizontalen Mitte in einfacher Weise feststellbar, sodass der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems beispielsweise durch eine einfache Transformation rechnerisch in die horizontale Mitte der Rückseite des Zugfahrzeugs (2) gerückt werden kann.The laser scanner ( 8th ) is at the back of the towing vehicle ( 2 ) mounted in his sight plane the trailer ( 3 ) can measure at least in its full width (W). The laser scanner ( 8th ) in principle not in the horizontal center of the back of the towing vehicle ( 2 ) can be arranged. In this case, however, the displacement of the laser scanner ( 8th ) can be ascertained from the horizontal center in a simple manner, so that the origin of the Cartesian coordinate system can be calculated, for example by a simple transformation, into the horizontal center of the rear side of the towing vehicle (FIG. 2 ) can be moved.

Die Kupplung, über die der Anhänger (3) über seine Deichsel (4) an das Zugfahrzeug (2) angekoppelt ist, ist ebenfalls in der horizontalen Mitte der Rückseite des Zugfahrzeugs (2) angeordnet und fällt in der Projektion der in der Figur dargestellten Draufsicht mit dem Ursprung (O) des kartesischen Koordinatensystems zusammen.The coupling over which the trailer ( 3 ) over his drawbar ( 4 ) to the towing vehicle ( 2 ) is also in the horizontal center of the rear of the towing vehicle ( 2 ) and falls in the projection of the top shown in the figure with the origin (O) of the Cartesian coordinate system.

Beim Rangieren, insbesondere beim Rückwärtsfahren, tastet der Laserscanner (8) das rückwärtige Umfeld des Zugfahrzeugs (2) in einer Ebene ab. Dazu sendet er alle 0,25° einen Laserstrahl aus. Über die Laufzeit des reflektierten Lichts kann dann die Entfernung des reflektierenden Messpunktes (mi) berechnet werden.When maneuvering, especially when reversing, the laser scanner ( 8th ) the rearward environment of the towing vehicle ( 2 ) in one plane. To do this, it sends out a laser beam every 0.25 °. Over the duration of the reflected light then the distance of the reflective measuring point (m i ) can be calculated.

Auf diese Art werden i Entfernungsmessdaten zu i Messpunkten (mi) gewonnen (i = natürliche Zahl), mit deren Hilfe sich die Vorderseite des Anhängers (3) erkennen lässt. Die Vorderseite befindet sich dort, wo die Entfernungsmessdaten abrupt kleiner werden, sich dann nur wenig ändern (zu- oder abnehmen) und dann abrupt wieder größer werden. Die Ecken der Vorderseite des Anhängers (3) befinden sich dort, wo die abrupten Entfernungsänderungen festgestellt werden. Mit Hilfe der zuvor bestimmten Breite (W) des Anhängers (3) lassen sich mit hoher Zuverlässigkeit alle zur Vorderseite des Anhängers (3) gehörigen Messpunkte (mi) bestimmen.In this way i distance measuring data are obtained at i measuring points (m i ) (i = natural number), with the help of which the front side of the trailer ( 3 ). The front is located where the distance measurement data abruptly smaller, then change only slightly (increase or decrease) and then abruptly get bigger again. The corners of the front of the trailer ( 3 ) are where the abrupt changes in distance are detected. Using the previously determined width (W) of the trailer ( 3 ) can all with high reliability to the front of the trailer ( 3 ) determine corresponding measuring points (m i ).

Durch die zur Vorderseite des Anhängers (3) gehörigen Messpunkte (mi) wird eine Ausgleichsgerade (G) gelegt, deren Lage im kartesischen Koordinatensystem somit bekannt ist. Schließen die Längsachsen (6, 7) von Zugfahrzeug (2) und Anhänger (3) einen Winkel θC ≠ 180° ein, so liegt die Ausgleichsgerade (G) schräg in der Ebene hinter dem Laserscanner (8).Through to the front of the trailer ( 3 ) (m i ) is a compensation line (G) laid, whose position in the Cartesian coordinate system is thus known. Close the longitudinal axes ( 6 . 7 ) of towing vehicle ( 2 ) and trailers ( 3 ) an angle θ C ≠ 180 °, the equalization line (G) is inclined in the plane behind the laser scanner ( 8th ).

Mit der bekannten Breite (W) des Anhängers (3) kann nun eine Senkrechte (S) zur Ausgleichsgeraden (G) ermittelt werden, die durch die horizontale Mitte der Vorderseite des Anhängers (3) geht und die somit parallel zur Längsachse (7) des Anhängers (3) ausgerichtet ist. In der Projektion der Draufsicht der Figur fallen Längsachse (7) und Senkrechte (S) zusammen. Auf dieser Senkrechten (S) liegt der Drehpunkt (P1) der Deichsel (4) des Anhängers (3).With the known width (W) of the trailer ( 3 ) can now be a vertical (S) to the compensation straight line (G) are determined by the horizontal center of the front of the trailer ( 3 ) and thus parallel to the longitudinal axis ( 7 ) of the trailer ( 3 ) is aligned. In the projection of the top view of the figure fall longitudinal axis ( 7 ) and vertical (S) together. On this vertical (S) is the pivot point (P 1 ) of the drawbar ( 4 ) of the trailer ( 3 ).

Da die Deichsel (4) im Koordinatenursprung (O) beginnt und ihre Länge (D) bis zum Drehpunkt (P1) bekannt ist und der Drehpunkt (P1) ferner auf der Senkrechten (S) liegt, kann die Lage des Drehpunkts (P1) im kartesischen Koordinatensystem bestimmt werden: P1 ist der Schnittpunkt eines Kreises mit dem Radius (D) um den Ursprung (O) mit der Senkrechten (S).Because the drawbar ( 4 ) in the coordinate origin (O) and its length (D) to the pivot point (P 1 ) is known and the fulcrum (P 1 ) further on the vertical (S), the position of the pivot point (P 1 ) in the Cartesian coordinate system P 1 is the intersection of a circle of radius (D) about the origin (O) with the perpendicular (S).

Ferner ist die Lage der Senkrechten (S) bekannt, sodass deren Schnittpunkt (P2) mit der x-Achse bestimmt werden kann.Furthermore, the position of the vertical (S) is known, so that their intersection point (P 2 ) can be determined with the x-axis.

Die Punkte Ursprung (O), Drehpunkt (P1) und Schnittpunkt (P2) bilden ein Dreieck, dessen drei Winkel (θA, θB, θC) auf einfache Weise z.B. durch Ausmessen oder ein geeignetes Computerprogramm bestimmt werden können. Die Kenntnis von zumindest zwei dieser drei Winkel (θA, θB, θC) liefert auf einfache Weise und mit hoher Zuverlässigkeit nützliche Lenkhinweise z.B. für das Rangieren, insbesondere Rückwärtsfahren mit dem Gliederzug (1).The points origin (O), fulcrum (P 1 ) and intersection (P 2 ) form a triangle whose three angles (θ A , θ B , θ C ) can be determined in a simple manner, for example by measuring or a suitable computer program. The knowledge of at least two of these three angles (θ A , θ B , θ C ) provides in a simple manner and with high reliability useful steering instructions, eg for maneuvering, in particular reversing with the articulated train (FIG. 1 ).

Das Verfahren wird vorzugsweise nach einer Aktivierung vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt.The Method is preferably after activation preferably carried out continuously.

Claims (4)

Verfahren zur Bestimmung mindestens des Deichselwinkels (θA) und des Anhängerwinkels (θB) eines Anhängers (3) eines Gliederzugs (1), wobei aus einem Videostrom eines Laserscanners (8) charakteristische Kanten und Linien mindestens der Deichsel (4) und der Vorderseite des Anhängers (3) ermittelt werden, aus deren geometrischen Verhältnissen und/oder relativer Lage zueinander mindestens der Deichselwinkel (θA) und der Anhängerwinkel (θB) des Anhängers (3) bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass man a) mit Hilfe des Laserscanners (8) die Entfernungen zu Messpunkten (mi) an der Vorderseite des Anhängers (3) ermittelt, wobei die Messpunkte (mi) in der Ebene eines zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems liegen, dessen Ursprung (O) der Laserscanner (8) ist und dessen x-Achse parallel zur Längsachse (6) des Zugfahrzeugs (2) verläuft; b) eine Ausgleichsgerade (G) durch alle Messpunkte (mi) bestimmt; c) eine die Mitte der Ausgleichgeraden (G) schneidende Senkrechte (S) bestimmt, wobei die Senkrechte (S) parallel zur Längsachse (7) des Anhängers (3) verläuft; d) mit Hilfe der Länge der Deichsel (D) und der Lage der Senkrechten (S) den Drehpunkt (P1) der Deichsel (4) bestimmt; e) den Schnittpunkt (P2) der Senkrechten (S) mit der x-Achse bestimmt; f) die Winkel (θA, θB, θC) in dem aus Ursprung (O), Drehpunkt (P1) und Schnittpunkt (P2) gebildeten Dreieck bestimmt, wobei es sich bei dem Winkel zwischen der Längsachse (5) der Deichsel (4) und der Längsachse (6) des Zugfahrzeugs (2) um den Deichselwinkel (θA) handelt; bei dem Winkel zwischen den Längsachsen (7, 6) von Anhänger (3) und Zugfahrzeug (2) um den Anhängerwinkel (θB) handelt; und bei dem Winkel zwischen der Längsachse (7) des Anhängers (3) und der Längsachse (5) der Deichsel (4) um den Anhängerlenkwinkel (θC) handelt.Method for determining at least the drawbar angle (θ A ) and the trailer angle (θ B ) of a trailer ( 3 ) of an articulated train ( 1 ), whereby from a video stream of a laser scanner ( 8th ) characteristic edges and lines of at least the drawbar ( 4 ) and the front of the trailer ( 3 ) are determined, from the geometric relationships and / or relative position to each other at least the drawbar angle (θ A ) and the trailer angle (θ B ) of the trailer ( 3 ), characterized in that a) using the laser scanner ( 8th ) the distances to measuring points (m i ) at the front of the trailer ( 3 ), wherein the measuring points (m i ) lie in the plane of a two-dimensional Cartesian coordinate system whose origin (O) is the laser scanner ( 8th ) and whose x-axis is parallel to the longitudinal axis ( 6 ) of the towing vehicle ( 2 ) runs; b) a compensation line (G) determined by all measuring points (m i ); c) a vertical line (S) intersecting the middle of the balancing line (G), the vertical line (S) being parallel to the longitudinal axis (S); 7 ) of the trailer ( 3 ) runs; d) with the help of the length of the drawbar (D) and the position of the vertical (S) the pivot point (P 1 ) of the drawbar ( 4 ) certainly; e) determines the point of intersection (P 2 ) of the vertical (S) with the x-axis; f) determines the angles (θ A , θ B , θ C ) in the triangle formed by origin (O), fulcrum (P 1 ) and intersection (P 2 ), the angle between the longitudinal axis ( 5 ) of the drawbar ( 4 ) and the longitudinal axis ( 6 ) of the towing vehicle ( 2 ) is about the drawbar angle (θ A ); at the angle between the longitudinal axes ( 7 . 6 ) of trailers ( 3 ) and towing vehicle ( 2 ) is about the trailer angle (θ B ); and at the angle between the longitudinal axis ( 7 ) of the trailer ( 3 ) and the longitudinal axis ( 5 ) of the drawbar ( 4 ) about the trailer steering angle (θ C ) is. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man anhand der mit Hilfe des Laserscanners (8) bei einer Geradeausfahrt ermittelten charakteristischen Kanten und Linien des Anhängers (3) und bei einer Geradeausfahrt gemessenen Entfernungen zu den Messpunkten (mi) an der Vorderseite des Anhängers (3) die Breite (W) des Anhängers (3) bestimmt.A method according to claim 1, characterized in that by means of the laser scanner ( 8th ) when driving straight ahead characteristic edges and lines of the trailer ( 3 ) and when traveling straight ahead measured distances to the measuring points (m i ) at the front of the trailer ( 3 ) the width (W) of the trailer ( 3 ) certainly. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man anhand der mit Hilfe des Laserscanners (8) bei einer Geradeausfahrt ermittelten charakteristischen Kanten und Linien des Anhängers (3) und bei einer Geradeausfahrt gemessenen Entfernungen zu den Messpunkten (mi) an der Vorderseite des Anhängers (3) den Abstand (A) zwischen Zugfahrzeug (2) und Anhänger (3) bestimmt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that by means of the laser scanner ( 8th ) determined during a straight-ahead driving characteristic edges and lines of the trailer ( 3 ) and when traveling straight ahead measured distances to the measuring points (m i ) at the front of the trailer ( 3 ) the distance (A) between towing vehicle ( 2 ) and trailers ( 3 ) certainly. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man anhand der mit Hilfe des Laserscanners (8) bei einer Geradeausfahrt ermittelten charakteristischen Kanten und Linien der Deichsel (4) und bei einer Geradeausfahrt gemessenen Entfernungen zu den Messpunkten (mi) an der Vorderseite des Anhängers (3) die Deichsellänge (D) bestimmt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that by means of the laser scanner ( 8th ) determined during a straight-ahead driving characteristic edges and lines of the drawbar ( 4 ) and when traveling straight ahead measured distances to the measuring points (m i ) at the front of the trailer ( 3 ) determines the drawbar length (D).
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