CN113874914A - 用于求取牵引机与牵引机的挂车之间的运行角度 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于求取牵引机(10)与所述牵引机(10)的挂车(20)之间的运行角度(α)的方法，所述方法具有以下步骤：a)借助布置在所述牵引机(10)上的至少一个向后指向的摄像机(11、12)在时间上先后求取摄像机图像；b)识别所述摄像机图像中的所述挂车(20)的结构；和c)通过评估所述摄像机图像中的所感测的结构来求取所述运行角度(α)。

Description

用于求取牵引机与牵引机的挂车之间的运行角度

技术领域

本发明涉及一种用于求取牵引机与牵引机的挂车或半挂车之间的运行角度的方法。本发明还涉及一种用于求取牵引机与牵引机的挂车之间的运行角度的装置。本发明还涉及一种具有用于执行该方法的程序代码单元的计算机程序产品。

背景技术

为了描述包含一个或多个挂车或半挂车的载重车的轨迹，需要具有一个或多个挂车或半挂车的载重列车的运动模型。这通常通过估计牵引机与挂车之间的角度来近似并且基于数学模型来估计。然而，由于这种估计会产生可能导致运动模型中的错误的不可靠性。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于求取牵引机与牵引机的挂车之间的角度的改进方法。

根据第一方面，该任务借助一种用于求取牵引机和牵引机的挂车之间的运行角度的方法来解决，所述方法具有如下步骤：

借助布置在牵引机上的至少一个向后指向的摄像机在时间上先后求取摄像机图像；

识别摄像机图像中的挂车的结构；并且

通过评估摄像机图像中的所感测的结构来求取运行角度。

由于运行角度对车辆例如载重车的自身运动模型影响很大，因此正确地求取运行角度具有重要意义。在错误求取运行角度的情况下，运行角度的不可靠性由于误差平方而可能更进一步地提高。结果，通过所提出的对运行角度的求取辅助对车辆当前自身运动模型的改进创建。

根据第二方面，该任务借助一种用于求取牵引机与牵引机的挂车之间的运行角度的设备来解决，所述设备具有：

感测装置，所述感测装置用于借助布置在牵引机上的至少一个向后指向的摄像机感测至少两个在时间上先后求取的摄像机图像；和

与感测装置在功能上连接的求取装置，所述求取装置用于通过评估摄像机图像中的所感测的结构来求取运行角度。

根据第三方面，该任务通过具有程序代码单元的计算机程序产品来解决，所述程序代码单元在所提出的系统上执行或存储在计算机可读的存储介质上。以这种方式，该方法可以有利地构造为软件并且由此以简单且有效的方式被修改和适配。

该方法的有利扩展方案是从属权利要求的内容。

该方法的一个有利扩展方案设置，在步骤b)中，由摄像机图像形成光流的流矢量，其中，在时间上先后的摄像机图像中求取相似的结构。在此，求取摄像机图像中的一致的元素，由这些一致的元素求取运行角度。

该方法的另一有利扩展方案设置，针对光流感测挂车后边缘的成像。这有利地可以借助所谓的“边缘算法”以简单的方式实现。替代地，通过光流也可以求取摄像机图像中的其他一致的结构，例如挂车的面。

该方法的另一有利扩展方案设置，在步骤b)中求取摄像机图像的图像元素的差异

用于识别摄像机图像中的挂车结构。在该变型中，使用呈立体摄像机形式的摄像机，对于所述摄像机而言两个透镜的基础间距是已知的。由此，取决于系统地得到借助不同透镜所拍摄的两个摄像机图像的轻微位移，其中，通过三角测量来测量与以图像方式所感测的对象的间距。以此方式，可以通过求取改变的间距来推断出运行角度。

该方法的另一有利扩展方案设置，在步骤b)中执行对摄像机图像的图像数据分割，用于识别摄像机图像中的挂车结构，其中，通过对图像像素进行计数来求取挂车的大小和/或长度。以此方式，有利地提供了一种用于识别摄相机图像中的结构的替代方法。

该方法的另一有利扩展方案设置，借助对所识别结构的分类和/或神经网络来识别摄像机图像中的挂车的结构。这也提供了一种用于识别相机图像中的结构的替代方法。

该方法的另一有利扩展方案设置，在通过评估摄像机图像中的所感测的结构来求取运行角度时执行平均值计算。以该方式，实现了一种置信度估计，其中，所提出的用于识别摄像机图像中的结构的方法被越多地使用，所求取的运行角度的精度则越高。以有意义的方式使用用于求取所述结构的至少两种不同的方法。

该方法的另一有利扩展方案设置，使用以下车辆参数中的至少一个车辆参数用于求取运行角度：挂车长度、挂车高度、挂车装载面的高度、牵引机的速度、牵引机的横摆速率。以该方式，可以通过考虑车辆的其他参数更精确地求取运行角度。

该方法的另一有利扩展方案设置，求取以下运行角度中的至少一个运行角度：横摆角、牵引角、侧倾角、俯仰角。借助所提出的方法，可以有利地求取牵引机与挂车之间的不同类型的运行角度，所有这些不同类型的运行角度都代表牵引机和挂车的不同运行状态或几何定向。

该方法的另一有利扩展方案设置，其中，在步骤b)中，借助一个或两个摄像机拍摄摄像机图像。有利地，可以在使用两个摄像机的情况下更精确地求取运行角度。

该方法的另一有利扩展方案设置，其中，所求取的运行角度用于创建载重车的自身运动模型。自身运动模型表示用于各种不同驾驶员辅助系统的重要输入参量，并因此受益于运行角度的精确求取。结果，由此根据所求取的运行角度辅助驾驶员辅助系统的改进的运行特性。

附图说明

在下面根据附图与本发明的优选示例性实施例的描述一起更详细地示出改进本发明的其他措施。在此，附图不一定按比例地来实施。

附图的简短描述：

在附图中示出：

图1示出了具有牵引机和挂车的载重车的原理性俯视图。

图2示出了系统图，其中示出了所提出的用于感测载重车的牵引机与挂车之间的运行角度的方法。

图3示出了用于求取载重车的牵引机与挂车之间的运行角度的设备的原理性框图。

图4示出了所提出的用于求取载重车的牵引机与挂车之间的运行角度的方法的原理性流程。

具体实施方式

传统上，在载重车的挂车或半挂车上几乎没有安装用于感测挂车自身运动的传感器装置。因为牵引机在日常的正常运行中携带许多不同的挂车或半挂车行驶，所以用上述传感器装置进行加装是费用高的并且尤其是在经济方面没有意义。即使在牵引机本身中借助现有的传感器装置(例如用于ESP的传感器装置)也不能感测到挂车或半挂车的行驶动态。

提出，在牵引机上使用至少一个、优选两个或多个向后指向的摄像机，由此牵引机连同挂车在内的后方环境以图像的方式或以在时间上先后的图像序列(“视频图像”)被感测。根据牵引机与挂车或半挂车或挂车组合之间的运行角度而定，挂车或半挂车或挂车组合的一部分位于摄像机图像中，由此使得能够根据像素数量求取俯仰角(即牵引机与挂车之间的角度)。有利地，借助以这种方式求取的俯仰角，可以明显更精确地求取车辆、例如载重车的自身运动模型。

此外，通过感测挂车后边缘的位移，也可以估计呈侧倾角形式的另一运行角度，由此可以提早识别到挂车的摇晃并且可以采取合适的应对措施(例如辅助受控的制动和/或转向操作)。对于车辆自身运动的建模而言也需要所述运行角度。

有利地，借助所提出的方法可以求取以下运行角度α中的至少一个运行角度：横摆角、牵引角、侧倾角、俯仰角。

此外，借助所提出的方法，还可以有利地通过探测图像中的对象的位移来估计挂车或半挂车的自身运动的角速率(即，所提到的不同运行角度在时间上的变化)。

结果，由此可以提供以下可能性：通过使用向后指向的摄像机来测量在转弯、调车和操纵过程中、在车道变换、并线驶出(Ausscheren)和并线驶入(Einscheren)时以及在可能发生摇晃或倾翻危险的情况下起作用的俯仰角和横摆角，以便预测整个车辆的自身运动。

图1示出了具有牵引机10和与牵引机10连接的挂车20的车辆100的原理性俯视图。车辆100例如可以构造为载重车或构造为具有挂车的另一车辆(例如具有露营挂车的载客车等)。可以看出，在牵引机10的两个侧面上分别安装有向后指向的摄像机11、12。摄像机11、12例如可以布置在后视镜(未示出)的环境中或者也可以布置在牵引机10的前部或后部中，由此，摄像机11、12在车辆100运行时始终能够观察到挂车20的摆动范围。如果挂车20由于车辆100的弯道行驶而在一个摄像机11、12中不可见，则为此相应地使用对应的另一摄像机11、12。尤其，摄像机11、12在此基于下面更详细地给出的可能方案来探测挂车20的后边缘21、22作为单个图像中的2D坐标。

借助对挂车技术数据(例如装载空间的长度、高度、装载空间离地高度等)的参数化，在车辆坐标系中计算后边缘21、22的位置。装载空间的长度和高度也可以借助用于表面估计的现有方法被自行确定。

为了改善后边缘21、22的位置估计的稳健性并且为了避免在相似结构(例如灯柱、交通指示牌等)上的错误识别，可选地可以使用滤波器(例如扩展卡尔曼滤波器等)。所述滤波器根据车辆动态和先前进行的测量来预测挂车20如何运动并且使用其来测量运行角度α。

来自左边和右边的摄像机11、12的经过滤的测量在中央控制器13中或在摄像机11、12之一中被组合。俯仰角和横摆角被用于确定挂车20的轨迹。基于此，可以对整个车辆100的整个轨迹、例如还对追迹曲线(Schleppkurve)进行建模。这可以用于在现有系统的框架、例如车道保持辅助系统的框架内或在自动驾驶领域中对车辆100进行横向控制。

挂车的后边缘21、22的上述图像方式的探测可以以不同的方式实现，下面将更详细地解释这些方式。

(i)第一种可能性：光流

在此，借助常用的方法由摄像机11、12的、在时间上先后的摄像机图像(图像序列或视频图像)求取来自摄像机图像的光流或者说流矢量。因为在行驶期间挂车20相对于周围环境几乎不运动，所以光流的流场将挂车20与周围环境分离，由此可以以图像的方式识别挂车的后边缘21、22。

(ii)第二种可能性：差异估计

通过使用构造为立体摄像机的摄像机11、12，可以针对每个像素借助差异估计来求取深度信息。由此，可以借助三角测量将挂车20的面或挂车20的其他结构与背景分离。

(iii)第三种可能性：图像数据分割

在使用借助摄像机11、12求取的图像本身的情况下，可以在使用分类或神经网络的情况下通过探测后边缘21、22来确定后边缘21、22或挂车20的面。这是可能的，因为挂车面可以作为同质的面与其余的周围环境分离。因为挂车面位于可预测的空间中，所以可以以节约资源的方式求取它。

所提到的所有三个变型使用用于边缘识别的不同基本假设，因此它们可以单独使用或者也可以组合使用，以便由此提高以图像方式对后边缘21、22识别的稳健性。在挂车组合(在图中未示出)的情况下，也可以探测多个后边缘。

有利地，可以借助扩展卡尔曼滤波器来识别摄像机图像序列中的结构，尤其是边缘。

在黄昏或夜晚时，代替探测后边缘21、22，也可以识别挂车20的挂车灯或拖车灯(未示出)，以便以图像的方式探测挂车20的轮廓和后边缘21、22。

图2示出了所提出的用于求取车辆100的挂车20与牵引机10之间的运行角度α的方法的原理性系统图。

在步骤200中，借助后向指向地布置在牵引机10上的至少一个摄像机11、12来求取视频图像或摄像机图像或摄像机图像序列。在步骤210中，以一种或多种上述方式执行边缘识别。在步骤220中，执行求取牵引机10与挂车20之间的运行角度α的数学算法。可选地，为了求取运行角度α还可以在步骤230中使用挂车高度、挂车长度、挂车20的装载面的高度等作为附加参数。可选地，在步骤240中还可以使用车辆100的自身运动，例如速度、横摆速率等，用于计算运行角度α。

运行角度α作为步骤220的结果被输送到车辆100的横向控制装置，该横向控制装置用于车辆100的横向控制。在此，运行角度α优选地用于求取车辆100的自身运动模型。

图3示出了用于求取牵引机10与牵引机10的挂车20之间的角度α的设备400的强烈简化的框图。可以看到感测装置310，其用于借助至少一个向后指向的摄像机11、12来感测牵引机10的后方环境。与感测装置310在功能上连接的是求取装置320，该求取装置以一种和/或多种上述方式求取运行角度α。

求取装置320优选构造为在牵引机10的控制器13上运行的计算机程序产品。可选地，该控制器也可以去中心化地并且与车辆100分开地基于云来构造，其中，借助去中心化的控制器来求取运行角度α并且借助高性能的无缆线的无线电连接(未显示)来将运行角度α传输到车辆100上。

图4示出了用于求取牵引机10与牵引机10的挂车20之间的运行角度α的方法的原理性流程。

在步骤500中，借助布置在牵引机10上的至少一个向后指向的摄像机11、12在时间上先后执行对摄像机图像的求取。

在步骤510中，在摄像机图像中识别挂车20的结构。

在步骤520中，通过评估摄像机图像中的所感测的结构来求取运行角度α。

本领域技术人员在实施本发明时还将实现之前未说明的实施方式。

Claims (13)

1.一种用于求取牵引机(10)与所述牵引机(10)的挂车(20)之间的运行角度(α)的方法，所述方法具有以下步骤：

a)借助布置在所述牵引机(10)上的至少一个向后指向的摄像机(11、12)在时间上先后求取摄像机图像；

b)识别所述摄像机图像中的所述挂车(20)的结构；和

c)通过评估所述摄像机图像中的所感测的结构来求取所述运行角度(α)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤b)中，由所述摄像机图像形成光流的流矢量，其中，在时间上先后的摄像机图像中求取相似的结构。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，针对所述光流感测所述挂车(20)的后边缘(21、22)的成像。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在步骤b)中，求取所述摄像机图像的图像元素的差异，用于识别所述摄像机图像中的所述挂车(20)的结构。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在步骤b)中，执行对所述摄像机图像的图像数据分割，用于识别所述摄像机图像中的所述挂车(20)结构，其中，通过对图像像素进行计数来求取所述挂车(20)的大小和/或长度。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，借助对所识别的结构的分类和/或神经网络来识别所述摄像机图像中的所述挂车(20)的结构。

7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在通过评估所述摄像机图像中的所感测的结构来求取所述运行角度(α)时执行平均值计算。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，使用车辆(100)的以下参数中的至少一个参数用于求取所述运行角度(α)：挂车长度、挂车高度、挂车装载面的高度、牵引机的速度、牵引机的横摆速率。

9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，求取以下运行角度(α)中的至少一个运行角度：横摆角、牵引角、侧倾角、俯仰角。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，在步骤b)中，借助一个或两个摄像机(11、12)拍摄所述摄像机图像。

11.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，所求取的运行角度(α)用于创建所述车辆(100)的自身运动模型。

12.一种用于求取牵引机(10)与所述牵引机(10)的挂车(20)之间的运行角度(α)的设备(400)，所述设备具有：

感测装置(310)，所述感测装置用于借助布置在牵引机上的至少一个向后指向的摄像机感测在时间上先后求取的至少两个摄像机图像；和

与感测装置(310)在功能上连接的求取装置(320)，所述求取装置用于通过评估摄像机图像中的所感测的结构来求取运行角度(α)。

13.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有程序代码单元，所述程序代码单元用于当所述计算机程序产品在用于求取牵引机(10)与车辆(100)的挂车(20)之间的运行角度(α)的设备(400)上执行或者存储在计算机可读的存储介质上时执行根据权利要求1至11之一所述的方法。

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