DE102009039111A1

DE102009039111A1 - Assistenzsystem zum Rückwärtsfahren von Fahrzeugverbänden mit Umgebungsvermessung

Info

Publication number: DE102009039111A1
Application number: DE200910039111
Authority: DE
Inventors: Kurt Spiegelmacher; Marius Zimmermann; Jan Daniel; Sascha Müller; Maxim Spomer; Jan-Eric Kettner; Michael Stopp; Janine Walter; Andreas Klinge; Jan-Christopher Klein; Aaron Geenen; Tina Jene; Anna Schreiber; Benjamin Bartl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zum automatisierten oder den Fahrer unterstützenden Rückwärtsfahren eines aus mindestens 2 gelenkig miteinander verbundenen Fahrzeugteilen bestehenden Fahrzeugverbands (15), welcher mit einem GPS-basierten Navigationssystem ausgestattet ist. Das im Fahrzeugnavigationsgerät (28) integrierte, fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) berechnet zyklisch vor und während der Rückwärtsfahrt anhand der bei der Umgebungsabtastung durch das in den Fahrzeugverband (15) integrierte Streifenprojektions- und Ausmesssystem (4) erfassten Daten, anhand der Winkelstellung (11) der Zugmaschine (1) und des Anhängers (2) zueinander, welche über GPS-Empfänger (5) in Zugmaschine (1) und Anhänger (2) ermittelt wird, anhand der in dem internen Speicher (6) enthaltenen Fahrzeuggeometrie und anhand der Wahl des anzufahrenden Zielpunktes (12), der über das Informationssystemdisplay (7), über den Touchscreen (29) oder den Cursor (30) angewählt wird, eine kinematische Bahnkurve (13) der gelenkten Räder (23), deren Winkelstellung über an ihnen angebrachte Winkelmessgeräte (26) bestimmt wird, unter Berücksichtigung der augenblicklichen und der endgültigen Zielstellung der Fahrzeugelemente, Zugmaschine (1) und Anhänger (2), und plötzlich auftretende Hindernisse (19). Diese wird dann, im Informationssystemdisplay (7) anzeigend, dazu verwendet, um den Fahrzeugverband (15), je nach Auswahl vollautomatisch oder durch den Fahrer unterstützende ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten oder den Fahrer unterstützenden Rückwärtsfahrt eines Fahrzeugverbandes, welcher aus mindestens 2 gelenkig miteinander verbundenen Fahrzeugteilen besteht und mit einem GPS-basierten Navigationssystems ausgestattet ist.
Es ist ein System bekannt ( DE 102008006309 A1 ), bei dem ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fahrerunterstützung beim Rangieren eines Fahrzeugs oder Fahrzeuggespanns, welches gegeneinander knickbare Fahrzeugelemente aufweist, beschrieben wird. Das Verfahren sieht vor, dass ein künftiger Fahrverlauf prognostiziert wird, welcher angibt, an welcher Position das Fahrzeug oder Fahrzeuggespann eine geradlinige Stellung erreichen wird. Hierbei wird durch eine Kamera die momentane rückwärtige Umgebung des Fahrzeugs oder Fahrzeuggespanns erfasst. Darüber hinaus erfolgt eine Erfassung des momentanen Lenkwinkels wenigstens einer lenkbaren Achse des Fahrzeugs sowie eine momentane Erfassung eines Knickwinkels wenigstens der gegeneinander knickbaren Fahrzeugelemente. Dieses System berücksichtigt bei der Fahrverlaufsprognose jedoch nicht die Geometrie der aktuell bestehenden Umgebung. Auch die Eingabe des gewünschten Zielpunktes für die Rückseite des Fahrzeugs oder Fahrzeuggespanns bleibt ungelöst.
Ferner ist eine Lösung bekannt ( DE 102005051804 A1 ), die auf einem Anzeigeelement ein Kamerabild des rückwärtigen Raums präsentiert, welchem die Fahrspur und/oder die Schleppspur des Gefährts perspektivisch überlagert ist. Bei dieser Lösung bestehen die gleichen Nachteile wie zuvor, eine sichere automatische Rückwärtsfahrt ist auch damit unmöglich, denn es fehlen in der Fahr- oder Schleppspur-Berechnung wichtige Geometriedaten aus der tatsächlichen räumlichen Situation vor Ort.
Es besteht daher das Ziel, die Nachteile der bestehenden Lösungen zu überwinden und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es möglich ist, die beschriebene Aufgabe zu erfüllen. Dieses Ziel wird mit der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 erreicht. Weitergehende Ausprägungen der Erfindung sind in den Nebenansprüchen beschrieben. Das beschriebene Verfahren ist für Fahrzeuglenker von Fahrzeugverbänden oder Fahrzeuggespannen aller Art, wie zum Beispiel Lastzüge, Sattelschlepper oder PKW mit Camping-Anhänger, von Interesse, da somit auch bei schwierigen Rückwärtsfahr-Manövern rasch der richtige Lenkablauf gefunden und insbesondere Kollisionen mit Gegenständen oder Geländeobjekten vermieden werden kann.
Wesen der Erfindung zum automatisierten oder den Fahrer unterstützenden Rückwärtsfahren eines aus mindestens 2 gelenkig miteinander verbundenen Fahrzeugteilen bestehenden, mit einem GPS-basierten Navigationssystem ausgestatteten Fahrzeugverbandes (15) ist, dass das im Fahrzeugnavigationsgerät (28) integrierte, fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) anhand der über die Abtastung der Umgebung durch das in den Fahrzeugverband (15) integrierte Streifenprojektion- und Ausmesssystem (4), der Winkelstellung (11) der Zugmaschine (1) und des Anhängers (2) zueinander, welche über GPS-Empfänger (5) in Zugmaschine (1) und Anhänger (2) ermittelt wird, den in dem internen Speicher (6) enthaltenen Fahrzeuggeometrie und der Wahl des anzufahrenden Zielpunktes (12), der über das Informationssystemdisplay (7), über den Touchscreen (29) oder den Cursor (30) angewählt wird, eine kinematische Bahnkurve (13) der Räderstellung, welche über Winkelmessgeräte (26), die an den gelenkten Rädern (23) angebracht sind, ermittelt wird, während der Rückwärtsfahrt, in Relation zu der augenblicklichen und der endgültigen Zielstellung der Fahrzeugelemente, Zugmaschine (1) und Anhänger (2), und plötzlich auftretende Hindernisse (19) mit einberechnend, zyklisch berechnet und diese dann, im Informationssystemdisplay (7) anzeigend, dazu verwendet, um den Fahrzeugverband (15), je nach Auswahl, vollautomatisch oder durch den Fahrer unterstützende Lenkinformationen in die gewünschte Endposition zu manövrieren. Mit der vorliegenden Erfindung wird die tatsächlich vorhandene räumliche Situation vor Ort einschließlich Hindernissen vor Beginn und während des Rückwärtsfahrvorgangs messtechnisch erfasst und in die zyklisch wiederholte Fahrkurvenberechnung einbezogen. Die Rückwärtsfahrt kann entweder vollautomatisch oder nur durch den Fahrer unterstützende Lenkinformationen ausgeführt werden. Somit wird der Fahrzeugverbund (15) in die gewünschte Endposition manövriert.
Die Erfindung mit bevorzugten Weiterbildungen wird nachstehend unter Einbeziehung folgender Abbildungen beschrieben:
1: Einparkvorgang
2: Systemelemente in der Fahrerkabine
3: Anpeilen des Zielpunktes
4: Verschiedene Fahrzeugtypen
Bezugszeichenliste

1: Zugmaschine
2: Anhänger
3: Steuerungssystem
4: Ausmesssystem
5: GPS-Empfänger
6: Interner Speicher
7: Informationsdisplay
8: Multifunktionsfernbedienung
9: Anpeilpunkt
10: Videokamera
11: Ist-Winkelstellung zwischen Zugmaschine und Anhänger
12: Zielpunkt
13: Bahnkurve
14: Elektrokupplung
15: Fahrzeuggespann
16: Koordinatenpunkte
17: Erfassende Person
18: Abstandsmessgerät
19: Hindernisse
20: Begrenzungen
21: Code
22: RFID-Chip
23: gelenkte Räder
24: Ist-Winkelstellung der gelenkten Räder
25: Soll-Winkelstellung der gelenkten Räder
26: Winkelmessgerät
27: Daten-Bus
28: Fahrzeugnavigationsgerät
29: Touchscreen
30: Cursor

Ein erfindungsgemäßes System funktioniert im Kern so, dass ein im Fahrzeugnavigationsgerät (28) integriertes, fahrzeuginternes Steuerungssystem (3) anhand der über die Abtastung der Umgebung durch das in den Fahrzeugverband (15) integrierte Streifenprojektion- und Ausmesssystem (4), der Winkelstellung (11) der Zugmaschine (1) und des Anhängers (2) zueinander, welche über GPS-Empfänger (5) in Zugmaschine (1) und Anhänger (2) ermittelt wird, den in dem internen Speicher (6) enthaltenen Fahrzeuggeometrie und der Wahl des anzufahrenden Zielpunktes (12), der über das Informationssystemdisplay (7), über den Touchscreen (29) oder den Cursor (30) angewählt wird, eine kinematische Bahnkurve (13) der Räderstellung, welche über Winkelmessgeräte (26), die an den gelenkten Rädern (23) angebracht sind, ermittelt wird, während der Rückwärtsfahrt, in Relation zu der augenblicklichen und der endgültigen Zielstellung der Fahrzeugelemente, Zugmaschine (1) und Anhänger (2), und plötzlich auftretende Hindernisse (19) mit einberechnend, zyklisch berechnet und diese dann, im Informationssystemdisplay (7) anzeigend, dazu verwendet, um den Fahrzeugverband (15), je nach Auswahl, vollautomatisch oder durch den Fahrer unterstützende Lenkinformationen in die gewünschte Endposition zu manövrieren.
In einer weiterführenden Ausprägung der Erfindung wird ein Verfahren angewendet, bei dem bei einem Anhängerwechsel mittels einer Elektrokupplung (14) alle relevanten Daten zur Erkennung des Anhängers an das fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) gesendet werden. Diese Daten können auch durch eine Multifunktionsfernbedienung (8) des Fahrers oder einer dritten Person einen Code (21) oder Signale eines zum Anhänger (2) gehörenden RFID-Chips (22) erfasst werden und per Funk an das fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) gesendet werden.
Die Zielpunktbestimmung kann vorschlagsgemäß so erfolgen, dass die nötigen Koordinatenpunkte (16) relativ zum Fahrzeugverband (15) über die Multifunktionsfernbedienung (8) des Fahrers oder einer dritten Person erfasst werden. Die erfassende Person (17) muss mindestens zweimal durch Abstandsmessung mittels eines an der Multifunktionsfernbedienung (8) vorhandenen Laser-, Radar oder Ultraschall-Abstandsmessgerätes (18) seine eigene Position ermittelt werden. Dies geschieht über 2 oder mehr am Fahrzeugverband (15) befindlichen Anpeilpunkten (9). Der Fahrer kann mittels der Multifunktionsfernbedienung (8) Koordinatenpunkte mit einem in der Multifunktionsfernbedienung (8) integrierten Laser-, Radar oder Ultraschall-Abstandsmessgerätes (18) erfassen, und durch Bestätigung der Koordinatenpunkte wird die momentane Position der Multifunktionsfernbedienung (8) bezüglich des Fahrzeuges und des über den gemessenen Abstandes der Multifunktionsfernbedienung bezüglich des zu setzenden Koordinatenpunktes ermittelt. Diese Daten werden über Funk an das fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) übertragen. Diese Daten können auf dem Informationssystemdisplay (7) abgerufen werden.
Für die Umgebungsvermessung wird vorgeschlagen, dass die nähere Umgebung innerhalb der zu fahrenden Strecke, welche durch die kinetische Bahnkurve (13) gegeben wird, räumlich mit einem im Streifenlicht-Topometrie-Verfahren arbeitenden Streifenprojektions- und Ausmesssystem (4) vermessen wird, das sich am Heck des Fahrzeugverbandes (15) befindet. Die kinetische Bahnkurve wird während des Manövriervorgangs mit ausreichend hoher Wiederholfrequenz erfasst. Diese Geometriedaten werden fortwährend über den internen Daten-Bus (27) an das fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) gesendet.
In einer beispielhaften Ausprägung des Verfahrens wird die momentane Ist-Winkelstellung (11) zwischen Zugmaschine (1) und Anhänger (2) steuerungsintern durch die von den GPS-Empfängern (5) ermittelten Lagewinkeln von Zugfahrzeug (1) und Anhänger (2) bestimmt. Ferner wird die durch die an den Drehpunkten der gelenkten Räder (23) befindlichen Winkelmessgeräte (26) ermittelte Ist-Winkelstellung der gelenkten Räder (24) zu Vorgangsbeginn und während des Rückfahrvorgangs wiederholt ermittelt und im Informationssystemdisplay (7) angezeigt.
Die zyklische kinematische Berechnung der Bahnkurve (13) des Fahrzeugverbands (15), welche für das Fahrerassistenzsystem des Fahrzeugverbands (15) notwendig ist, erfolgt vorzugsweise durch die Daten der Winkelstellung (11) der Fahrzeugelemente, bestehend aus Zugmaschine (1) und Anhänger (2), aktuellen Geometriedaten der Umgebung, Abmessungen des Anhängers (2) sowie des ausgewählten Zielpunkts (12). Das System erkennt ebenfalls plötzlich auftretende Hindernisse (19) gemäß der aktuellen Situation und Position des Fahrzeuges und kann diese somit bahnkurvenkorrigierend berücksichtigen.
In einer vorgeschlagenen Ausgestaltung des Verfahrens wird durch das fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) die berechnete kinematische Bahnkurve (13) des Fahrzeugverbandes (15) im Informationssystemdisplay (7) graphisch allein oder aber in kongruenter Überlagerung mit einem durch eine im Heck des Anhängers (2) montierten Videokamera (10) aufgenommenen Realbildes angezeigt. Das Informationssystemdisplay (7) beinhaltet neben der berechneten kinematischen Bahnkurve (13) vorzugsweise auch die etwaige Veränderung sowie die laufend erfassten Hindernisse (19) und Begrenzungen (20) der Bahnkurve, ferner die Ist-Winkelstellung der gelenkten Räder (24) sowie die Soll-Winkelstellung der gelenkten Räder (25), bezugnehmend auf die berechnete kinematische Bahnkurve (13).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008006309 A1 [0002]
DE 102005051804 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum automatisierten oder den Fahrer unterstützenden Rückwärtsfahren eines aus mindestens 2 gelenkig miteinander verbundenen Fahrzeugteilen bestehenden Fahrzeugverbandes (15), welches mit einem GPS-basierten Navigationssystem ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das im Fahrzeugnavigationsgerät (28) integrierte, fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) anhand der über die Abtastung der Umgebung durch das in den Fahrzeugverband (15) integrierte Streifenprojektions- und Ausmesssystem (4), der Winkelstellung (11) der Zugmaschine (1) und des Anhängers (2) zueinander, welche über GPS-Empfänger (5) in Zugmaschine (1) und Anhänger (2) ermittelt wird, den in dem internen Speicher (6) enthaltenen Fahrzeuggeometrie und der Wahl des anzufahrenden Zielpunktes (12), der über das Informationssystemdisplay (7), über den Touchscreen (29) oder den Cursor (30) angewählt wird, eine kinematische Bahnkurve (13) der Räderstellung, welche über Winkelmessgeräte (26), die an den gelenkten Rädern (23) angebracht sind, ermittelt wird, während der Rückwärtsfahrt, in Relation zu der augenblicklichen und der endgültigen Zielstellung der Fahrzeugelemente, Zugmaschine (1) und Anhänger (2), und plötzlich auftretende Hindernisse (19) mit einberechnend, zyklisch berechnet und diese dann, im Informationssystemdisplay (7) anzeigend, dazu verwendet, um den Fahrzeugverband (15), je nach Auswahl, vollautomatisch oder durch den Fahrer unterstützende Lenkinformationen, in die gewünschte Endposition zu manövrieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bahnkurvenberechnung erforderlichen Daten des Anhängers (2) verwechselungsfrei dadurch erfolgt, dass entweder zum Aktivieren des Systems nach einem Anhängerwechsel über die Elektrokupplung (14) eine entsprechende Anhängerkennung an das fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) gesendet wird, oder aber durch Multifunktionsfernbedienung (8) des Fahrzeugführers oder einer dritten Person ein Code (21) oder Signale eines zum Anhänger (2) gehörenden RFID-Chips (22) erfasst und per Funk an das fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) gesendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Zielpunktbestimmung nötigen Koordinatenpunkte (16) relativ zum Fahrzeugverband (15) über die Multifunktionsfernbedienung (8) des Fahrzeugführers oder einer dritten Person dadurch erfasst werden, dass die erfassende Person (17) mindestens zweimal durch Abstandsmessung mittels eines an der Multifunktionsfernbedienung (8) vorhandenen Laser-, Radar- oder Ultraschall-Abstandsmessgerätes (18) zu zwei oder mehr am Fahrzeugverband (15) befindlichen Anpeilpunkten (9) seine eigene Position und anschließend durch jeweilige Abstandsmessung zum Zielpunkt (12) dessen Koordinaten ermittelt und diese dann an das fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) per Funk überträgt, wobei diese Daten dann im Informationssystemdisplay (7) in der Zugmaschine (1) angezeigt und bestätigt werden können.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nähere Umgebung innerhalb der zu fahrenden Strecke, welche durch die kinematische Bahnkurve (13) gegeben wird, räumlich mit Hilfe eines, über ein mit einem Streifenlicht-Topometrie-Verfahren arbeitendem Streifenprojektions- und Ausmesssystem (4) am Heck des Fahrzeugverbandes (15) mit einer ausreichend hohen Wiederholfrequenz vor und während des Manövriervorganges erfasst wird und diese Geometriedaten fortwährend über den internen Daten-Bus (27) an das fahrzeuginterne Steuerungssystem (3) gesendet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Ist-Winkelstellung (11) zwischen Zugmaschine (1) und Anhänger (2) steuerungsintern durch die von den GPS-Empfängern (5) ermittelten Lagewinkeln von Zugfahrzeug (1) und Anhänger (2), sowie die durch die an den Drehpunkten der gelenkten Räder (23) befindlichen Winkelmessgeräte (26) ermittelte Ist-Winkelstellung der gelenkten Räder (24) zu Vorgangsbeginn und während des Rückfahrvorgangs wiederholt ermittelt und im Informationssystemdisplay (7) angezeigt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Bahnkurve (13) des Fahrzeuggespanns (15), welche für das Fahrerassistenzsystem notwendig ist, unter Berücksichtigung der jeweils fortlaufend eingespeisten Daten, welche aus gewähltem Zielpunkt (12), momentaner Winkelstellung der Fahrzeugelemente, bestehend aus Zugmaschine (1) und Anhänger (2), und aktuellen Geometriedaten der Umgebung sowie Abmessungen des Anhängers (2) bestehen, zyklisch berechnet und gemäß der aktuellen Situation, wie etwa plötzlich auftauchende Hindernisse (19), korrigiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vom fahrzeuginternen Steuerungssystem (3) berechnete kinematische Bahnkurve (13) des Fahrzeugverbandes (15) und deren etwaige Veränderung sowie die laufend erfassten Hindernisse (19) und Begrenzungen (20) der Bahnkurve in dem Informationssystemdisplay (7) grafisch allein oder in kongruenter Überlagerung mit einem durch eine im Heck des Anhängers (2) montierten Videokamera (10) aufgenommenen Realbildes angezeigt wird, wobei die Ist-Winkelstellung der gelenkten Räder (24) und Soll-Winkelstellung der gelenkten Räder (25) bezugnehmend auf die berechnete kinematische Bahnkurve (13) angegeben wird.