DE102011113191B4

DE102011113191B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Knickwinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger

Info

Publication number: DE102011113191B4
Application number: DE102011113191.8A
Authority: DE
Inventors: Marco Jähnisch; Christoph Bullmann; Andreas Haja
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-09-10
Filing date: 2011-09-10
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2031-09-11
Also published as: DE102011113191A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug (1) und einem dazugehörigen Anhänger (2), umfassend die SchritteErfassen eines Bildes des Anhängers (2) mittels einer Bilderfassungsvorrichtung (4), Auswerten des erfassten Bildes durch eine Bilddatenanalyse (8), undBestimmen des Knickwinkels auf Grundlage der Bilddatenanalyse (8),wobei die Bilddatenanalyse (8) ein Durchführen einer Bildkantenanalyse (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet,dass bei der Bildkantenanalyse (9) das erfasste Bild in Sektoren unterteilt und eine Orientierung von Bildkanten in den Sektoren bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem dazugehörigen Anhänger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
Die gattungsbildende DE 10 2004 050 149 A1 offenbart die Bestimmung eines Deichselwinkels eines Anhängers eines Gelenkzuges. Dabei werden aus einem Videostrom eines bildgebenden Sensors charakteristische Kanten und Linien der Deichsel und der Vorderseite des Anhängers ermittelt, aus deren geometrischen Verhältnissen und/oder relativer Lage zueinander der Deichselwinkel des Anhängers bestimmt wird.
Die DE 10 2010 006 521 A1 beschreibt die Bestimmung eines Knickwinkels eines Fahrzeuggespanns. Dabei werden in zeitlich aufeinanderfolgenden Bildern, welche durch einen bildgebenden Sensor vom Fahrzeuggespann erfasst werden, Flussvektoren berechnet und mittels der Flussvektoren der Knickwinkel bestimmt.
Die DE 10 2010 008 324 A1 offenbart, dass eine Kamera von einem Kraftfahrzeug aus auf einen Anhänger des Kraftfahrzeugs gerichtet ist und dass von der Kamera aufgenommene Bilder des Anhängers ausgewertet werden, um eine Lagebeziehung zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Anhänger zu ermitteln.
Die DE 10 2004 029 129 A1 beschreibt ein System zur Ankupplung eines Anhängers an ein Kraftfahrzeug, das mit einem Bildsensor, welcher in einem Ankupplungsbereich angeordnet ist, versehen ist. Der Ankupplungsvorgang wird durch Verbinden einer Anhängerkupplung des Kraftfahrzeugs und einer Deichsel des Anhängers mittels Bewegen eines der Anhängerkupplung zugeordneten Verschlusselements durch den Bildsensor detektiert.
Im Bereich von Personenkraftwagen wie auch im Bereich von Lastkraftwagen ist es hilfreich, einen Knickwinkel zwischen einem Zugfahrzeug und einem dazugehörigen Anhänger zu bestimmen. Zur Bestimmung des Knickwinkels ist aus dem Stand der Technik bekannt, den Knickwinkel durch Knickwinkelsensoren, die in einer Anhängerkupplung des Zugfahrzeugs integriert sind, zu bestimmen. Dabei kann das System nur verwendet werden, wenn der Anhänger über Komponenten verfügt, die in Kombination mit dem Knickwinkelsensor den Knickwinkel bestimmen können.
Zur Bestimmung des Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger ist zu dem aus der Druckschrift DE 10 2008 045 436 A1 bekannt, den Knickwinkel durch das Erfassen eines Bildes des Anhängers mit Hilfe einer Bilderfassungsvorrichtung und ein automatisiertes Vergleichen des mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung erfassten Bildes mit mehreren vorgegebenen Referenzbildern zu bestimmen. Der Knickwinkel kann nur in Abhängigkeit des Vorhandenseins von Referenzbildern bestimmt werden. Dies setzt voraus, dass jedem Referenzbild ein Referenzbild-Knickwinkel zugeordnet ist und diese in einem Auswertesystem gespeichert sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bereitzustellen, wobei mit geringem Aufwand, kostengünstig und gegenüber externen Einflüssen robust eine genaue Knickwinkelbestimmung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 sowie durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem dazugehörigen Anhänger bereitgestellt. Das Verfahren und die Vorrichtung umfassen ein Erfassen eines Bildes des Anhängers mittels einer Bilderfassungsvorrichtung, wobei es sich bei der Bilderfassungsvorrichtung um eine Rückkamera des Zugfahrzeugs handeln kann. Das Verfahren und die Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten des erfassten Bildes durch eine Bilddatenanalyse der Bilddaten des erfassten Bildes erfolgt und dadurch der Knickwinkel, beispielsweise der Anfangsknickwinkel im Stand des Fahrzeugs und des Anhängers, bestimmt wird.
Indem der Knickwinkel durch Analyse der Bilddaten bestimmt wird, sind keine speziellen Einrichtungen an dem Anhänger erforderlich, so dass das Verfahren und die Vorrichtung mit einem beliebigen Anhänger angewendet werden können. Viele Fahrzeuge verfügen über eine Bilderfassungsvorrichtung, beispielsweise eine Rückkamera, die den Fahrer des Fahrzeugs beim Einparken oder Rangieren unterstützt. So kann das Verfahren und die Vorrichtung kostengünstig - beispielsweise in einem Steuergerät des Fahrzeugs - realisiert werden.
Bei dem Knickwinkel kann es sich um den Anfangsknickwinkel im Stand handeln, welcher ohne Vergleichen mit Referenzbildern, die Referenzbild-Knickwinkeln zugeordnet sind, durch eine Bilddatenanalyse bestimmt wird.
Mit den erfassten Bildern wird eine Bilddatenanalyse durchgeführt. Die Bilddatenanalyse umfasst eine sogenannte Bildkantenanalyse. Dabei werden Kantenfilter, beispielsweise ein Sobel-Operator, auf das erfasste Bild angewendet, wobei das erfasste Bild in unterschiedliche Sektoren unterteilt wird. Die Unterteilung kann in gleichmäßigen Rastern oder in ungleichmäßige Felder, welche an einen Fahrzeugkupplungspunkt angepasst sind, erfolgen. In den Sektoren wird eine Orientierung der Bildkanten bestimmt, indem auf Basis des Kantenbildes eine Richtung in jedem Sektor, vorzugsweise zusammen mit einer Stärke der Kante in dem jeweiligen Sektor, berechnet wird. Sektoren, welche zusammen eine Orientierung in Richtung des Fahrzeugkupplungspunktes zeigen, werden zusammengefasst. Dabei können nur solche Sektoren betrachtet werden, deren Orientierung in Richtung Fahrzeugkupplungspunkt zeigen, oder Sektoren, deren Orientierung orthogonal zum Fahrzeugkupplungspunkt zeigen, oder Sektoren, deren Orientierung horizontal zum Fahrzeugkupplungspunkt zeigen. Weitere Auswahlkriterien sind möglich, um den Berechnungsaufwand entsprechend zu reduzieren.
Aus den ausgewählten Sektoren kann eine Position/Lage des Anhängers bestimmt werden. Für jeden Sektor wird ein Winkel gegenüber dem Kupplungspunkt bestimmt. Für die daraus resultierenden Winkel kann ein Histogramm erstellt werden, um dadurch eine Häufigkeitsverteilung der Winkel zu bestimmen und daraufhin den Knickwinkel zu bestimmen. Der Knickwinkel kann auch durch einen Mittelwert aller resultierenden Winkel oder durch einen Median aller resultierenden Winkel bestimmt werden.
Eine weitere Ausführungsform beschreibt das Unterteilen des Bildes in Sektoren, zu denen wiederum Cluster bestimmt werden. Somit können Schwerpunkte in der Clusteranordnung erfasst und die Cluster gemäß der Lage und Orientierung bewertet werden, so dass beispielsweise längliche Objekte, die zu einer Achse zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger gehören, bestimmt werden können.
Die Robustheit und Zuverlässigkeit des Verfahrens und der Vorrichtung können gesteigert werden, indem Daten des Fahrzeugs, beispielsweise ein Lenkwinkel, und/oder eine Odometrie, d.h. eine Positionsbestimmung eines mobilen Systems anhand von Daten eines Vortriebssystems, mit einbezogen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

1 zeigt ein Zugfahrzeug mit einem Anhänger und eine Vorrichtung zur Knickwinkelbestimmung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung des Knickwinkels zwischen einem Fahrzeug und einem dazugehörigen Anhänger gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

1 zeigt ein Zugfahrzeug 1, welches über einen Kupplungspunkt 3 mit einem Anhänger 2 gekoppelt und mit einer Bilderfassungsvorrichtung 4, beispielsweise einer Rückkamera, versehen ist. In vielen Fahrzeugen 1 ist bereits eine Rückkamera installiert, so dass das Verfahren kostengünstig realisiert werden kann.
Durch das Auswerten eines Bildes der Bilderfassungsvorrichtung 4 müssen an dem dazugehörigen Anhänger 2 keine speziellen Vorrichtungen vorhanden sein, so dass jeder beliebige Anhänger 2 verwendet werden kann.
Des Weiteren ist das Fahrzeug 1 mit einer Bilddatenanalysevorrichtung 5, welche mit der Bilderfassungsvorrichtung 4 elektronisch verbunden ist, und einem Anhänger-Rangier-Assistenzsystem 6, welches mit der Bilddatenanalysevorrichtung 5 elektronische verbunden ist, ausgestattet. Der von der Bilddatenanalysevorrichtung 5 bestimmte Knickwinkel wird dem Anhänger-Rangierassistenten 6 zur Verfügung gestellt, um somit Rangiervorgänge des Zugfahrzeugs 1 unterstützen zu können.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Knickwinkelbestimmung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es bei der in 1 gezeigten Vorrichtung und insbesondere bei der Bilddatenanalysevorrichtung 5 vorgesehen sein kann. Als Knickwinkel wird dabei im Folgenden insbesondere der Winkel in der horizontalen Ebene zwischen der Anhängerdeichsel bzw. der Längsachse des Anhängers und der Längsachse des Fahrzeugs 1 bezeichnet.
In Schritt 8 wird der Bilderfassungsvorrichtung 4 ein Bild des Anhängers 2 aufgenommen. Die Bilddatenanalysevorrichtung 5 wertet die daraus resultierenden Bilddaten mittels einer Bilddatenanalyse 8 aus, um den Knickwinkel bestimmen zu können.
Die Bilddatenanalyse 8 umfasst eine Bildkantenanalyse 9. Dabei wird auf das Gesamtbild wird ein Kantenfilter, beispielsweise ein Sobel-Operator, angewendet.
Aus dem Kantenbild können durch eine modelbasierte Segmentierung, beispielsweise durch eine Hough-Transformation, Geraden ermittelt werden und gezielt nach waagrechten Strukturen, beispielsweise Anhängeraufbauten, oder senkrechten Strukturen, beispielsweise die Anhängerdeichsel, gesucht werden. Die waagrechten und senkrechten Strukturen können daraufhin auf Orthogonalität untersucht werden, um somit Rückschlüsse auf die Position der Anhängerdeichsel zu treffen.
Das erfasste Bild wird im Schritt 10 in mehrere Sektoren unterteilt. Für die einzelnen Sektoren wird jeweils eine Orientierung der Bildkanten bestimmt mit dem Ziel, Sektoren zusammen zu fassen, deren Orientierungen annähernd in die Richtung des Kupplungspunktes 3 zeigen. Aus den so ermittelten Sektoren kann dann auf die Lage der Anhängerdeichsel geschlossen werden.
Auch die Stärken der Bildkanten können im Zuge der Bildkantenanalyse ermittelt werden, wobei zur Bestimmung des Knickwinkels die Sektoren abhängig von den Stärken der Bildkanten unterschiedlich gewichtet werden können.
Um eine Kontrastabhängigkeit der erzielten Ergebnisse reduzieren zu können, kann lokal eine Texturenergie, durch beispielsweise Anwendung einer Waveletfunktion, bestimmt werden und zu einer lokalen Normierung herangezogen werden. Des Weiteren können auch Verfahren, welche eine Bewertung des Kontrastes über eine Varianz des Bildsignals schätzen, eingesetzt werden.
Das erfasste Bild kann im Schritt 10 in gleichmäßige und ungleichmäßige Sektoren, unterteilt werden. Bei der Wahl ungleichmäßiger Sektoren kann die Größe der Sektoren abhängig von der Entfernung der Sektoren zum Kupplungspunkt 3 des Anhängers 2 gewählt werden, wobei insbesondere eine elliptische Unterteilung der Sektoren möglich ist. Bei der Unterteilung können nur solche Sektoren berücksichtigt werden, die bestimmte Kriterien erfüllen, beispielsweise Sektoren, deren Orientierungen zu dem Kupplungspunkt 3 des Anhängers 2 zeigen, oder Sektoren, deren Orientierungen orthogonal zu dem Kupplungspunkt 3 des Anhängers 2 zeigen, oder Sektoren, deren Orientierungen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene mit dem Kupplungspunkt 3 des Anhängers 2 liegen.
Insbesondere können die Sektoren auch einer Clusteranalyse unterzogen werden, um Cluster der Sektoren zu bestimmen und die Cluster nach Lage und Orientierung zu bewerten.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird in einem weiteren Schritt 11 für jeden Sektor ein Winkel gegenüber dem Kupplungspunkt 3 des Anhängers 2 bestimmt. Eine Auswertung der bestimmten Winkel kann beispielsweise durch ein Histogramm über alle Winkel der Sektoren zur Auswertung einer Häufigkeitsverteilung erfolgen, oder ein Mittelwert aus allen Winkeln der Sektoren und/oder ein Median aller Winkel der Sektoren kann bestimmt werden.
Aus den somit insgesamt zur Verfügung stehenden Informationen wird im Schritt 12 schließlich der Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem dazugehörigen Anhänger 2 bestimmt.
Das zuvor beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere zur Bestimmung des Anfangsknickwinkels im Stand des Zugfahrzeugs, ohne dass die Erfindung jedoch hierauf beschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug (1) und einem dazugehörigen Anhänger (2), umfassend die Schritte Erfassen eines Bildes des Anhängers (2) mittels einer Bilderfassungsvorrichtung (4), Auswerten des erfassten Bildes durch eine Bilddatenanalyse (8), und Bestimmen des Knickwinkels auf Grundlage der Bilddatenanalyse (8), wobei die Bilddatenanalyse (8) ein Durchführen einer Bildkantenanalyse (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildkantenanalyse (9) das erfasste Bild in Sektoren unterteilt und eine Orientierung von Bildkanten in den Sektoren bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Knickwinkel ein Anfangsknickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug (1) und dem Anhänger (2) ist, wobei zur Bestimmung des Anfangsknickwinkels das Verfahren im unbewegten Zustand des Zugfahrzeugs (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungsvorrichtung eine Rückkamera (4) des Zugfahrzeugs (1) umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Bild in ungleichmäßige Sektoren unterteilt wird, wobei eine Größe jedes Sektors abhängig von einer Entfernung des jeweiligen Sektors zu einem Kupplungspunkt des Anhängers (2) gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Sektoren berücksichtigt werden, deren Orientierungen zu einem Kupplungspunkt des Anhängers (2) zeigen, deren Orientierungen orthogonal zu einem Kupplungspunkt des Anhängers (2) zeigen, oder deren Orientierungen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene mit einem Kupplungspunkt des Anhängers (2) liegen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektoren einer Clusteranalyse unterzogen werden, um Cluster der Sektoren zu bestimmen und die Cluster nach Lage und Orientierung zu bewerten.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Sektor ein Winkel gegenüber einem Kupplungspunkt des Anhängers (2) bestimmt wird, und dann zur Bestimmung des Knickwinkels ein Histogramm über alle Winkel der Sektoren zur Auswertung einer Häufigkeitsverteilung, und/oder ein Mittelwert aus allen Winkeln der Sektoren und/oder ein Median aller Winkel der Sektoren bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Sektoren Stärken der Bildkanten ermittelt werden, wobei zur Bestimmung des Knickwinkels die Sektoren abhängig von den Stärken der Bildkanten unterschiedlich gewichtet werden.
Vorrichtung zur Bestimmung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug (1) und einem dazugehörigen Anhänger (2), umfassend eine Bilderfassungsvorrichtung (4) zum Erfassen eins Bildes des Anhängers (2), wobei eine Bilddatenanalysevorrichtung (8), die mit der Bilderfassungsvorrichtung (4) gekoppelt ist, zum Auswerten des erfassten Bildes durch eine Bildanalyse und zum Bestimmen des Knickwinkels auf Grundlage der Bildkantenanalyse (9), dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildkantenanalyse (9) das erfasste Bild in Sektoren unterteilt und eine Orientierung von Bildkanten in den Sektoren bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8 ausgestaltet ist.
Fahrzeug mit einer Vorrichtung zur Knickwinkel-Bestimmung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung des Knickwinkels mit einem Anhänger-Rangierassistenzsystem (6) gekoppelt ist.