DE102016214597A1

DE102016214597A1 - Verfahren zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs sowie Unterstützungssystem

Info

Publication number: DE102016214597A1
Application number: DE102016214597.5A
Authority: DE
Inventors: Philipp Hüger; Stefan Brosig; Ramona SCHWEMIN
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2036-08-06
Also published as: US20180039278A1; US10228700B2; DE102016214597B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs (10) an ein Zugobjekt (20), das insbesondere ein Anhänger ist, umfassend: – Erfassen einer Objektposition (100) eines Kupplungselementes (21) des Zugobjekts (20), welches zum Ankuppeln eines Gegenkupplungselementes (11) des Fahrzeugs (10) geeignet ist, – Bestimmen eines Fahrweges (101) des Fahrzeugs (10) zum Erreichen einer Zielposition (III), wobei das Fahrzeug (10) in der Zielposition (III) derart positioniert ist, dass das Kupplungselement (21) und das Gegenkupplungselement (11) kuppelbar sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Unterstützungssystem (50) zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs an ein Zugobjekt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Unterstützungssystem zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs.
Um ein Zugobjekt, wie beispielsweise einen Anhänger an ein Fahrzeug zu koppeln, ist es bekannt, das Fahrzeug mit einer Anhängerkupplung des Fahrzeugs in die Nähe eines Kupplungselementes des Zugobjekts zu bringen und daraufhin die Kupplung des Anhängers, meist durch einen Kurbelmechanismus, anzuheben. Danach kann der Anhänger beispielsweise von einer oder mehreren Personen bewegt werden, so dass die Kupplung des Anhängers über der Anhängerkupplung des Fahrzeugs positioniert wird, so dass bei einer Rückverstellung der Kupplungshöhe des Anhängers dieser mit der Anhängerkupplung des Fahrzeugs gekoppelt wird. Dies birgt jedoch den Nachteil, dass ein hohes Maß an manueller Tätigkeit erforderlich ist, wobei besonders schwere Zugobjekte, wie beispielsweise ein bereits beladener Anhänger oder eine Vorrichtung für eine Landmaschine, wie beispielsweise ein Pflug, gar nicht oder nur unter sehr großen Mühen überhaupt bewegbar sind. So können für einen beladenen Anhänger beispielsweise mehrere Personen erforderlich sein, um den Ankuppelvorgang durchzuführen. Eine einzelne Person muss insbesondere mehrfach aus dem Fahrzeug ein- und aussteigen, um den Ankuppelvorgang durchzuführen.
Aus der DE 103 02 545 A1 ist ein Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Kraftfahrzeugen bekannt, um Positionsdaten einer Anhängerkupplung zu erfassen, um den Fahrer beim Andockvorgang zu unterstützen. Zur Gewinnung der Positionsdaten kommt jedoch eine aufwendige Sensorik zum Einsatz, wie beispielsweise eine Stereokamera oder eine Kamera, die mit weiteren Sensoren zur Erfassung der Anhängerkupplung Daten liefert, aus denen gemeinsam die erforderlichen Informationen gewonnen werden. Derartige Kameras und Sensoren erfordern jedoch einen vergleichsweise großen Bauraum und verursachen hohe Kosten. Auch die Zusammenführung und Verarbeitung der verschiedenen Signale aus verschiedenen Systemen kann aufwendig sein, wenn beispielsweise eine Abstimmung der Sensordaten mit den Bilddetails notwendig wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die voranstehenden aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teileweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Unterstützung für einen Ankuppelvorgang eines Fahrzeugs an ein Zugobjekt in einfacher und kostengünstiger Art und Weise bereitzustellen, wobei die Unterstützung vorzugsweise bei einer hohen Zuverlässigkeit zumindest teilweise automatisiert sein soll.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Unterstützungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei geltend Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Unterstützungssystem und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird, bzw. werden kann.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs an ein Zugobjekt:

– Erfassen einer Objektposition eines Kupplungselementes des Zugobjekts, welches zum Ankuppeln eines Gegenkupplungselementes des Fahrzeugs geeignet ist,
– Bestimmen eines Fahrwegs des Fahrzeugs um Erreichen einer Zielposition, wobei das Fahrzeug in der Zielposition derart positioniert ist, dass das Kupplungselement und das Gegenkupplungselement kuppelbar ist.

Insbesondere kann das Zugobjekt ein Anhänger sein. Ferner umfasst zumindest das Erfassen der Objektposition des Kupplungselementes, dass durch eine Kamera ein erstes Abbild des Kupplungselementes und nach einem Zeitschritt zumindest ein zweites Abbild des Kupplungselementes erzeugt wird und durch eine Relation zwischen dem ersten Abbild mit dem zweiten Abbild zumindest eine Rauminformation des Kupplungselementes bestimmt wird.
Dabei können das Erfassen der Objektposition sowie das Bestimmen des Fahrweges jeweils einen einzelnen Schritt darstellen, wobei auch eine Verschachtelung und/oder parallele Ausführung denkbar sind. Bei dem Fahrzeug kann es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen PKW oder ein LKW, handeln. Das Zugobjekt kann ferner ein Anhänger sein. Alternativ kann das Zugobjekt aber auch insbesondere eine Vorrichtung für die Landwirtschaft, wie beispielsweise ein Pflug sein. Unter dem Kupplungselement kann vorzugsweise eine Kupplung verstanden werden, die vorzugsweise pfannenartig ausgebildet ist, um mit dem Gegenkupplungselement, welches vorzugsweise zumindest abschnittsweise kugelartig ausgebildet und am Fahrzeug befestigt ist, verbindbar zu sein. So kann unter einem Ankuppeln verstanden werden, dass das Kupplungselement mit dem Gegenkupplungselement vorzugsweise form- und/oder kraftschlüssig verbunden wird, so dass das Zugobjekt vom Fahrzeug ziehbar ist. Die Objektposition im Sinne der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise die reale Position des Objektes, d. h. des Kupplungselementes, relativ zu einem Bezugsobjekt, wie beispielsweise dem Gegenkupplungselement, der Kamera oder eines Untergrundes sein. Während dem Zeitschritt kann sich insbesondere eine Relativposition der Kamera zum Kupplungselement ändern, so dass sich das erste und das zweite Abbild zumindest teilweise, insbesondere im Aufnahmewinkel, unterscheiden. Während des Zeitschrittes kann sich vorzugsweise die Kamera und/oder das Fahrzeug bewegen. So kann das Fahrzeug z.B. bereits einen Teil des Fahrweges abfahren oder die Kamera kann unabhängig vom Fahrzeug bewegt werden, um zwei Abbilder aus zwei unterschiedlichen Perspektiven zu schaffen. Ein Abbild kann im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Momentaufnahme oder eine Sequenz einer Videoaufnahme sein, insbesondere wobei das Abbild Daten der realen Aufnahme der Kamera zumindest teilweise oder vollständig umfasst. Somit kann der Zeitschritt ein diskreter Zeitschritt sein, so dass in regelmäßigen Abständen Abbilder erzeugt werden oder ein dynamischer Zeitschritt sein, wobei beispielsweise die Erzeugung des zweiten Abbildes von einer Positionsänderung der Kamera und/oder des Fahrzeugs abhängt. Die Rauminformation kann ferner vorzugsweise eine dreidimensionale Koordinate des Kupplungselementes aufweisen oder sein. Diese kann sich vorzugsweise auf ein weiteres Objekt beziehen, welches ebenfalls in den Abbildern durch die Kamera erfasst wird. Es kann sich jedoch auch um eine Koordinate handeln, welche sich auf ein insbesondere virtuelles Koordinatensystem des Fahrzeugs und/oder der Kamera bezieht. Weiterhin kann die Rauminformation weitere Daten umfassen, wie beispielsweise weitere Koordinaten oder weitere Objekte in einem Erfassungsbereich. Die Relation der beiden Abbilder kann ferner einen mathematischen Zusammenhang zwischen dem ersten und dem zweiten Abbild aufweisen, wobei beispielsweise eine Bildkoordinate des Kupplungselementes im ersten Abbild mit einer Bildkoordinate des Kupplungselementes im zweiten Abbild verglichen wird. Dabei können ferner weitere Parameter, wie z.B. die Höhe der Kamera am Fahrzeug und/oder die Beladungssituation des Fahrzeugs in die Relation einfließen. Somit kann die Rauminformation beispielsweise in die Bestimmung des Fahrweges einfließen und damit die Genauigkeit des Fahrweges steigern oder dem Benutzer zur mittelbaren oder unmittelbaren Unterstützung als Information zur Verfügung gestellt werden.
Somit lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere mit einer beliebigen Kamera, vorzugsweise einer Rückfahrkamera, umsetzen. Das Verfahren kann weiterhin beispielsweise bei vorhandener Kamera und einem vorhandenen Steuergerät nachrüstbar sein, wobei durch die benötigten Komponenten nur wenig Bauraum erforderlich ist. Da das erste Abbild und das zweite Abbild ferner von der gleichen Kamera aufgenommen werden, kann ferner eine Kumulation von Messunsicherheiten gering gehalten werden, so dass das Verfahren eine hohe Zuverlässigkeit insbesondere bei hohem möglichen Automatisierungsgrad bietet.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Kamera eine monokulare Kamera ist. Unter einer monokularen Kamera kann vorzugsweise eine Kamera verstanden werden, die beispielsweise nur eine Linse oder zumindest nur eine Linseneinheit aufweist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nicht notwendig, eine zweite Linseneinheit vorzusehen, welche das Kupplungselement gleichzeitig mit einer ersten Linseneinheit aus zwei unterschiedlichen Perspektiven aufzeichnet. Somit ergibt sich nur ein geringer Bauraumbedarf für die monokulare Kamera, die weiterhin auch kostengünstig sein kann. Ferner ist auch die Nachrüstbarkeit des Verfahrens durch die monokulare Kamera begünstigt, da die Anforderungen an ein bereits bestehendes System gering sind.
Im Rahmen der Erfindung kann vorteilhafterweise zumindest das erste Abbild und/oder das zweite Abbild einem Benutzer angezeigt werden und insbesondere eine Bildposition des Kupplungselementes zumindest im ersten und/oder zweiten Abbild durch den Benutzer markierbar sein. Dazu kann der Benutzer vorzugsweise nach dem Erzeugen des ersten und/oder zweiten Abbildes zum Markieren der Bildposition aufgefordert werden, wobei die Aufforderung vorzugsweise nach jeweils dem zweiten und ggf. weiteren Abbildern wiederholbar sein kann. Die Bildposition kann dabei vorzugsweise die insbesondere zweidimensionalen Koordinaten des Kupplungselementes in einem der Abbilder aufweisen. So kann sich die Bildposition von der Objektposition vorzugsweise dadurch unterscheiden, dass der Bildposition im Vergleich zur Objektposition eine Rauminformation fehlt. Dadurch dass der Benutzer das Verfahren durch seine Eingabe somit unterstützen kann, ergibt sich eine zuverlässige Erfassung und damit eine erhöhte Genauigkeit. Auch die interaktive Beteiligung des Benutzers kann eine erhöhte Akzeptanz des Verfahrens beim Benutzer schaffen. Dadurch dass der Benutzer in das Verfahren ferner eingreifen kann, kann außerdem die Sicherheit des Verfahrens weiter gesteigert sein, sofern eine Fehlerkennung auftritt. Sollten in einem Abbild mehrere Kupplungselemente in Frage kommen, kann der Benutzer durch die Markierung außerdem für die Ansteuerung des richtigen Kupplungselementes sorgen.
Vorzugsweise kann die Rauminformation bei einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Höhe des Kupplungselementes aufweisen, insbesondere wobei ein Benutzer des Fahrzeugs eine Rückmeldung erhält, wenn die Höhe des Kupplungselementes von einem Referenzhöhenbereich abweicht. Der Referenzhöhenbereich kann vorzugsweise einen Toleranzbereich aufspannen, in welchem die Höhe des Kupplungselementes unkritisch gesehen wird oder eine einzelne Höhe sein, die beispielsweise der Höhe des Gegenkupplungselementes am Fahrzeug entspricht. Dadurch ist eine Kollisionsgefahr zwischen dem Fahrzeug und dem Zugobjekt automatisiert reduzierbar. Durch die Rückmeldung kann der Benutzer ferner beim Eingreifen in den Vorgang begleitet werden, so dass seine Entscheidung, ob er eingreift oder nicht, automatisch unterstützt wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Rauminformation vornehmlich auch einen Abstand des Fahrzeugs zum Kupplungselement aufweisen, insbesondere wobei der Abstand zum Bestimmen des Fahrweges des Fahrzeugs genutzt wird. Demnach kann für den Abstand eine Variable in einer insbesondere mathematischen Funktion zur Bestimmung des Fahrweges vorgesehen sein. Dabei kann unter dem Abstand beispielsweise die Luftlinie zwischen dem Kupplungselement und dem Gegenkupplungselement oder die Projektion der Luftlinie auf einen Untergrund verstanden werden. Dadurch wird eine genaue Bestimmung des Fahrwegs ermöglicht. Ferner kann beispielsweise ein Bremsvorgang stufenartig geregelt sein, so dass sich ein weiches Einbremsen ergibt, wenn sich das Fahrzeug dem Zugobjekt nähert. Dadurch ist eine Komfortverbesserung für den Fahrer des Fahrzeugs erzielbar.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass eine Bestimmung zumindest einer Eigenposition des Fahrzeugs unter Ausnutzung der Relation zwischen dem ersten und dem zweiten Abbild und/oder unter Ausnutzung eines gemessenen Radimpulses von zumindest einem Rad des Fahrzeugs durchgeführt wird. Dabei kann unter der Eigenposition vorzugsweise eine Koordinate in Bezug auf einen Punkt in der Umgebung und/oder eine Ebene des Untergrunds verstanden werden. Somit kann die Eigenposition vorzugsweise in die Bestimmung des Fahrweges und/oder die Erfassung der Objektposition des Kupplungselementes insbesondere mathematisch einfließen. Unter einem Radimpuls kann beispielsweise ein Signal verstanden werden, welches nach einer bestimmten Winkelumdrehung eines Rades ausgelöst wird und/oder ein Signal, das Informationen über die Geschwindigkeit der Umdrehung des Rades bereitstellt. Dadurch wird die Genauigkeit der Bestimmung des Fahrweges und/oder der Erfassung des Kupplungselements verbessert.
Es ist des Weiteren denkbar, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Erfassen des Kupplungselementes und/oder das Bestimmen des Fahrweges iterativ durchgeführt wird, insbesondere wobei die Zielposition und die Objektposition miteinander abgeglichen werden. Unter eine iterativen Durchführung kann vorzugsweise eine schrittweise, bzw. dynamische Anpassung verstanden werden, so dass mit jedem weiteren Iterationsschritt die Genauigkeit der Erfassung des Kupplungselementes und/oder der Bestimmung des Fahrwegs verbessert wird. Somit kann vorzugsweise jeder Zeitpunkt während des Abfahrens des Fahrwegs eingebracht werden, so dass die beteiligten Parameter an sich verändernde Umgebungsbedingungen und/oder genauere Kenntnisse durch die Kamera und/oder die Fahrzeugposition angepasst werden können.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass ein Zurücklegen des Fahrwegs durch das Fahrzeug semiautomatisch oder automatisch erfolgt. Dabei kann unter dem semiautomatischen Zurücklegen des Fahrwegs verstanden werden, dass beispielsweise eine Lenkung und/oder Bremsen von einer Steuereinheit angesteuert werden und unter einem automatischen Zurücklegen des Fahrwegs kann verstanden werden, dass beispielsweise das Lenken, die Beschleunigung und das Bremsen von der Steuereinheit übernommen werden. Durch die weitere Automatisierung ergibt sich ein erhöhter Komfort für den Benutzer sowie eine Sicherheit gegenüber menschlichen Fehlern bei der Durchführung des Ankuppelvorgangs.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Unterstützungssystem zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs beansprucht. Dabei weist das Unterstützungssystem eine Steuereinheit, eine Kamera und eine Anzeige auf. Ferner ist die Steuereinheit ausgelegt zum

– Erfassen eines Kupplungselementes des Zugobjekts, welches zum Ankuppeln des Gegenkupplungselementes des Fahrzeugs geeignet ist, wobei durch die Kamera durch ein erstes Abbild des Kupplungselementes und nach einem Zeitschritt zumindest ein zweites Abbild des Kupplungselementes erzeugt wird und durch eine Relation zwischen dem ersten Abbild und dem zweiten Abbild zumindest eine Rauminformation des Kupplungselementes bestimmt wird, und
– Bestimmen eines Fahrweges des Fahrzeugs zum Erreichen einer Zielposition, wobei das Fahrzeug in der Zielposition derart positioniert ist, dass das Kupplungselement und das Gegenkupplungselement kuppelbar sind,

wobei durch die Anzeige die Abbilder der Kamera wiedergebbar sind. Dabei kann die Steuereinheit vorzugsweise verschiedene Steuervorrichtungen bzw. Steuergeräte umfassen. Die Anzeige kann beispielsweise ein Bildschirm sein, der LED oder OLED basiert ist, so dass durch die Anzeige dessen Komfort erhöht wird. Das Erfassen des Kupplungselementes und/oder die Rauminformation kann dabei weiterhin in die Bestimmung des Fahrweges einfließen. Ferner bringt damit ein erfindungsgemäßes Unterstützungssystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind.
Im Rahmen der Erfindung kann daher bei einem erfindungsgemäßen Unterstützungssystem ferner vorgesehen sein, dass die Steuereinheit ein Kamerasteuergerät zum Erfassen des Kupplungselementes und/oder ein Hauptsteuergerät zum Bestimmen des Fahrwegs aufweist, insbesondere wobei das Kamerasteuergerät und das Hauptsteuergerät in Kommunikationsverbindung stehen. Dabei steht ferner das Kamerasteuergerät vorzugsweise in Kommunikationsverbindung mit der Kamera, um die Abbilder von der Kamera zu erhalten, bzw. auszuwerten. Das Hauptsteuergerät führt vorzugsweise Berechnungen für den Fahrweg aus. Damit kann das Kamerasteuergerät vorzugsweise im Heck des Fahrzeugs, insbesondere in der Nähe der Kamera angeordnet sein, so dass die Datenverbindung gleichzeitig für ein hohes Datenvolumen ausgestaltet sein kann und durch einen kurzen Verbindungsweg kostengünstig sein kann. Ferner kann die Datenverbindung zwischen dem Kamerasteuergerät und dem Hauptsteuergerät simpel ausgestaltet sein, so dass beispielsweise ein BUS-System verwendbar ist, da hier lediglich der Austausch eines Ergebnisses aus der Relation der Abbilder notwendig sein kann.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Unterstützungssystem das Kamerasteuergerät dazu ausgebildet sein, aus zumindest dem ersten und dem zweiten Abbild eine Höhe des Kupplungselementes zu bestimmen. Dies kann beispielsweise durch ein Computerprogramm ausführbar sein und/oder den structure-from-motion-Ansatz nutzen, um die Höhe des Kupplungselementes zu bestimmen. Dadurch wird die Kollisionsgefahr zwischen dem Kupplungselement und dem Gegenkupplungselement reduziert und der Benutzer beim Eingreifen in den Vorgang in seiner Entscheidung unterstützt.
Vorteilhafterweise kann ferner beim erfindungsgemäßen Unterstützungssystem vorgesehen sein, dass das Hauptsteuergerät mit zumindest einem Radsensor in Kommunikationsverbindung steht, so dass durch das Hauptsteuergerät eine Bestimmung einer Eigenposition des Fahrzeugs, insbesondere unter Ausnutzung eines durch den Radsensor gemessenen Radimpulses von zumindest einem Rad des Fahrzeugs durchgeführt wird. Die Kommunikationsverbindung zwischen Hauptsteuergerät und Radsensor kann beispielsweise durch eine kabelgebundenen oder drahtlose Verbindung gewährleistet sein. Der Radsensor kann ferner zur Aufnahme eines Radimpulses ausgebildet sein, so dass beispielsweise Markierungen, insbesondere an der Innenseite des Rades von dem Radsensor detektierbar sind. Weiterhin kann die Relation zwischen dem ersten und dem zweiten Abbild in die Bestimmung der Eigenposition vorteilhafterweise eingehen. Somit ergibt sich eine erhöhte Genauigkeit des Verfahren und/oder die Unterstützung einer iterativen Herangehensweise, um die Genauigkeit dynamisch weiter zu steigern.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Unterstützungssystem die Anzeige dazu ausgebildet sein, bei der Wiederangabe zumindest eines der Abbilder eine Markierung einer Bildposition des Kupplungselementes durch einen Benutzer zu erfassen. Dadurch kann die Genauigkeit der Erfassung des Kupplungselements weiter gesteigert sein. Die Anzeige kann vorzugsweise einen Touch-Screen umfassen, so dass ein Benutzer vorzugsweise direkt in der Wiedergabe des Abbildes die Objektposition markieren kann. Auch dadurch kann die Genauigkeit bei der Erfassung der Objektposition des Kupplungselementes weiter gesteigert sein und/oder eine Auswahl eines Kupplungselementes bei mehreren nebeneinander aufgereihten Zugobjekten ermöglicht sein.
Die Anzeige kann ferner vorzugsweise Teil eines mobilen Endgerätes sein. Dabei kann das mobile Endgerät beispielsweise ein Smartphone oder ein Tablet sein. Dies ermöglicht es dem Benutzer, sich während des Ankuppelvorgangs außerhalb des Fahrzeugs aufzuhalten. Somit ist ein Komfort des Benutzers des Unterstützungssystems weiter steigerbar, insbesondere wenn dieser ohnehin manuell das Kupplungselement bedienen muss, wenn sich das Fahrzeug in der Zielposition befindet, beispielsweise um das Kupplungselement mit dem Gegenkupplungselement zu verrasten. Damit kann ein Ein- und Ausstieg nicht notwendig sein.
Ferner kann die Steuereinheit vorteilhafterweise zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sein, insbesondere so dass sich weitere der genannten Vorteile ergeben.
Weitere, die Erfindung verbessernden Maßnahmen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehenden Merkmalen und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnung und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
1a bis 1c: Ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Unterstützungssystems in einem ersten Ausführungsbeispiel;
2a bis 2c: Abbilder während eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3: ein erfindungsgemäßes Unterstützungssystem in einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
1a zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem erfindungsgemäßen Unterstützungssystem 50 zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs des Fahrzeugs 10 an ein Zugobjekt 20 in einer ersten Eigenposition I. Dabei weist das Fahrzeug 10 eine Kamera 12 auf, welche ein Kupplungselement 21 des Zugobjekts 20 erfassen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Zugobjekt 20 um einen Anhänger, wobei hier alternativ andere Zugobjekte denkbar sind. In der ersten Eigenposition I des Fahrzeugs 10 erfasst die Kamera 12 somit ein erstes Abbild 111 des Kupplungselementes 21 in einem ersten Erfassungsbereich 111.1. Dabei blickt die Kamera 12 aus einem ersten Winkel auf das Kupplungselement 21. Aus den Bilddaten des ersten Abbildes 111 kann eine Steuereinheit 14, die ein Kamerasteuergerät 15, welches mit der Kamera 12 in Kommunikationsverbindung steht, und/oder ein Hauptsteuergerät 16, welches mit dem Kamerasteuergerät 15 und/oder der Kamera 12 in Kommunikationsverbindung steht, aufweist, einen Fahrweg 101 bestimmen, durch welchen das Fahrzeug 10 eine Zielposition III zum Ankuppeln des Kupplungselementes 21 mit einem Gegenkupplungselement 12 des Fahrzeugs 10 erreicht. Beginnt das Fahrzeug 10 nun den Fahrweg 101 abzufahren, erreicht es, wie in 1b dargestellt, eine zweite Eigenposition II. In der zweiten Eigenposition II blickt die Kamera 12 in einem zweiten Winkel auf das Zugobjekt 20 bzw. das Kupplungselement 21. Dabei wird ein zweites Abbild 112 des Kupplungselementes 21 erfasst, wobei dabei ein zweiter Erfassungsbereich 112.1 abgebildet wird. Vorzugsweise können das erste und zweite Abbild 111, 112 auf einer Anzeige 41 angezeigt werden, wobei die Anzeige 41 vorzugsweise in einer Mittelkonsole des Fahrzeugs 10 angeordnet ist. Aus dem ersten Abbild 111 und dem zweiten Abbild 112 bestimmt vorzugsweise das Kamerasteuergerät 15 eine Relation zwischen den beiden Abbildern 111, 112, so dass durch die Relation zumindest eine Rauminformation 102, 103 des Kupplungselementes 21 bestimmt wird. Die Rauminformation 102, 103 kann beispielsweise durch die Verwendung eines structure-from-motion-Ansatzes errechnet werden, wobei diese Berechnung vorzugsweise durch das Kamerasteuergerät 15 vorgenommen wird. Somit kann die Kamera 12 vorzugsweise eine monokulare Kamera bzw. eine Monokamera sein, da die Abbilder 111, 112 zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfassbar sind. Dabei kann die Rauminformation 102, 103 vorzugsweise eine Höhe des Kupplungselementes 21 aufweisen. Insbesondere wird einem Benutzer 30 des Fahrzeugs 10 ferner eine Rückmeldung gegeben, wenn die Höhe 103 des Kupplungselementes 21 von einem Referenzhöhenbereich abweicht. So kann der Benutzer 30 beispielsweise Rückmeldung erhalten, wenn die Höhe 103 des Kupplungselementes 21 im Verhältnis zu einem Untergrund 104 niedriger ist als eine Höhe eines Gegenkupplungselementes 11 des Fahrzeugs 10 in Verhältnis zu einem Untergrund 104. In diesem Fall bestünde ggf. eine Kollisionsgefahr zwischen dem Kupplungselement 21 und dem Gegenkupplungselement 11, so dass das Verfahren z. B. anhalten kann oder dem Benutzer 30 einen Eingriff ermöglichen kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Rauminformation 102, 103 einen Abstand 102 des Fahrzeugs 10 zum Kupplungselement 21 aufweist. Der Abstand 103 kann vorteilhafterweise durch das Hauptsteuergerät 16 weiterhin für das Bestimmen des Fahrweges 101 verwendet werden. Das Bestimmen des Fahrweges 101 kann somit vorteilhafterweise iterativ erfolgen, so dass auch in der zweiten Eigenposition II des Fahrzeugs 10 eine Bestimmung des Fahrweges 101 insbesondere erneut vorgenommen werden kann, so dass die Genauigkeit weiter verbessert wird, insbesondere da in der zweiten Eigenposition II weitere Daten zur Verfügung stehen. Vorzugsweise kann auch das Erfassen der Objektposition 100 des Kupplungselementes 21 somit iterativ erfolgen, so dass in weiteren Eigenpositionen beim weiteren Abfahren des Fahrweges 101 durch das Fahrzeug 10 auch die Erfassung der Objektposition 100 an Genauigkeit gewinnt. Ferner weist das Unterstützungssystem 50 Radsensoren 17 auf, welche einen Radimpuls aufnehmen können, so dass der zurückgelegte Drehwinkel zumindest eines Rades 13 des Fahrzeugs 10 bestimmbar ist. So können die Radsensoren 17 beispielsweise die Drehung des Rades 13 dadurch aufnehmen, dass beispielsweise nach einer Drehung des Rades 13 um 2° ein Radimpuls gemessen wird. Das bedeutet, dass im Rahmen des Radimpulses jeweils ein Signal erzeugt wird, welches vorzugsweise im Hauptsteuergerät 16 des Fahrzeugs 10, welches mit den Radsensoren 17 in Kommunikationsverbindung steht, aufgenommen wird. Somit kann das Fahrzeug 10 beispielsweise einen bereits zurückgelegten Teil des Fahrweges 101 bestimmen und in die insbesondere iterative Bestimmung des Fahrweges 101 zur Zielposition III verwenden. Vorzugsweise kann das Hauptsteuergerät 16 dadurch ferner die Eigenposition I, II des Fahrzeugs 10 selbst bestimmen. Die Eigenposition I, II kann dabei beispielsweise auf das Zugobjekt 20 und/oder einen Untergrund 104 des Fahrzeugs 10 oder eine weitere Koordinate oder Umgebungskoordinate bezogen sein.
Auf die zweite Eigenposition II können beliebig viele Eigenpositionen folgen bis der Ankuppelvorgang beendet ist, so dass das Erfassen der Objektposition 100 und das Bestimmen des Fahrweges 101 weitere Iterationsschritte aufweisen können. Schließlich kann vorzugsweise ein weiches Einbremsen des Fahrzeuges 10 erfolgen, bis das Fahrzeug 10 eine Zielposition III, wie in 1c dargestellt, erreicht hat. Dabei sind das Kupplungselement 21 und das Gegenkupplungselement 11 in der Zielposition III kuppelbar, wobei hier beispielsweise das Kupplungselement 21 und das Gegenkupplungselement 11 derart ausgestaltet sind, dass das Kupplungselement 21 pfannenartig über das Gegenkupplungselement 11 passt, welches vorzugsweise kugelartig ausgestaltet werden kann. Das Zurücklegen des Fahrweges 101 von der ersten Eigenposition 101 über zumindest die zweite Eigenposition II zur Zielposition III kann dabei vorzugsweise semiautomatisch oder automatisch erfolgen, wobei beim semiautomatischen Zurücklegen des Fahrweges 101 zumindest teilweise eine Bedienung des Fahrzeuges 10 durch den Benutzer erforderlich ist.
Die 2a bis 2c zeigen den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs 10 an ein Zugobjekt 20 anhand unterschiedlicher Abbilder 111, 112. So zeigt 2a ein erstes Abbild 111 eines Kupplungselementes 21 des Zugobjekts 20, insbesondere wobei das Zugobjekt 20 ein Anhänger ist. Hier sind jedoch auch weitere Zugobjekte denkbar. Dabei befindet sich das Fahrzeug 10 insbesondere in einer ersten Eigenposition I. Vorzugsweise wird das erste Abbild 111 einem Benutzer 30 auf einer Anzeige 41 angezeigt. Die Anzeige 41 kann vorzugsweise als Touch-Screen ausgestaltet sein, so dass der Benutzer 30 das Kupplungselement 21 bzw. eine Bildposition 100.1 des Kupplungselementes 21 im Abbild 111 markieren kann. Daraufhin kann beispielsweise wie in 2b gezeigt das Kupplungselement 21 im ersten Abbild 111 markiert werden, so dass der Benutzer 30 seine Eingabe verifizieren kann.
Insbesondere daraufhin erfolgt ein Bestimmen eines Fahrweges 101 des Fahrzeugs 10 zum Erreichen einer Zielposition III, in welcher das Kupplungselement 21 und ein Gegenkupplungselement 11 des Fahrzeugs 10 kuppelbar sind. Nach dem Zurücklegen eines Teils des Fahrweges 101 befindet sich das Fahrzeug 10, wie in 2c dargestellt, ferner in einer zweiten Eigenposition II, in welcher durch eine Kamera 12 des Fahrzeugs 10 bzw. eines Unterstützungssystems 50 ein zweites Abbild 112 des Kupplungselementes 21 erzeugt wird. Somit kann durch eine Relation zwischen dem ersten Abbild 111 und dem zweiten Abbild 112 vorzugsweise durch ein Kamerasteuergerät 15 eines Unterstützungssystems 50, eine Relation erzeugt werden, so dass zumindest eine Rauminformation 102, 103 des Kupplungselementes 21 bestimmt wird. Die Rauminformation 102, 103, kann z. B. eine Höhe 103 des Kupplungselementes 21 zum Untergrund 104 aufweisen und/oder einen Abstand 102 des Kupplungselementes 21 zu einem Gegenkupplungselement 11 des Fahrzeugs 10. Dadurch ist es möglich, eine Objektposition 100 mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen. Ferner kann die Rauminformation 102, 103 dazu verwendet werden, die Genauigkeit des Fahrweges 101 zu verbessern. Vorzugsweise kann auch im zweiten Abbild 112, welches ebenfalls auf der Anzeige 41 vorzugsweise angezeigt wird eine Markierung 113 erfolgen, um dem Benutzer 30 die systemseitig erkannte Objektposition 100 bzw. Bildposition 100.1 des Kupplungselementes 21 im zweiten Abbild 112 anzuzeigen. Ferner kann der Benutzer 30 auch im zweiten Abbild 112 dazu aufgefordert werden, das Kupplungselement 21 im zweiten Abbild 112 zu markieren, so dass die erfasste Objektposition 100 verifiziert und/oder korrigiert wird und damit die Genauigkeit weiter steigerbar ist. Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug 10 um ein Fahrzeug mit einem Unterstützungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel handeln.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Unterstützungssystem 50 in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dabei ist ferner ein Fahrzeug 10, welches sich in einer ersten Eigenposition I befindet, mit einer Kamera 12 ausgerüstet, um ein Kupplungselement 21 in einem Erfassungsbereich 111.1 zu erfassen, mit welchem das Fahrzeug 10 durch ein Gegenkupplungselement 11 kuppelbar ist. Dabei kann eine Steuereinheit 14 aufweisend ein Kamerasteuergerät 15 und/oder ein Hauptsteuergerät 16 des Fahrzeugs 10 mit einem mobilen Endgerät 40 in Kommunikationsverbindung, vorzugsweise in Drahtloskommunikationsverbindung, stehen. Dabei kann das mobile Endgerät 40 ferner vorzugsweise eine Anzeige 41 zum Anzeigen eines ersten und eines zweiten Abbildes 111, 112 des Kupplungselementes 21 während des Ankuppelvorgangs 10 aufweisen. Somit kann sich der Benutzer 30 vorzugsweise außerhalb des Fahrzeuges 10 aufhalten, so dass sich der Ankuppelvorgang komfortabel gestaltet. Eine Drahtlosverbindung kann vorzugsweise als WiFi oder Bluetooth-Verbindung ausgestaltet sein, wobei eine kabelgebundene Kommunikationsverbindung beispielsweise einen USB-Anschluss umfassen kann. Vorzugsweise ist ferner eine Bildposition 100.1 des Kupplungselementes 21 im ersten Abbild 111 und im zweiten Abbild 112 über die Anzeige 41 des mobilen Endgerätes 40 durch den Benutzer 30 markierbar, so dass die Daten der Markierung an das Hauptsteuergerät 16 und/oder das Kamerasteuergerät 15 weitergegeben werden können und in ein Erfassung der Objektposition 100 und/oder eine Bestimmung eines Fahrweges 101 des Fahrzeugs 10 einfließen können. Vorzugsweise kann die weitere Abfolge des Verfahrens zum Ankuppeln des Fahrzeugs 10 an das Zugobjekt 20, wie in den 2a bis 2c dargestellt stattfinden, insbesondere so dass durch das Fahrzeug 10 über eine zweite Eigenposition II eine Zielposition III, wie in den 1b und 1c dargestellt, erreichbar ist, insbesondere so dass das Unterstützungssystem 50 und/oder das Fahrzeug 10 analog alle Merkmale des ersten Ausführungsbeispiels aufweisen kann.
Voranstehende Erläuterungen der Ausführungsform beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
11: Gegenkupplungselement
12: Kamera
13: Rad
14: Steuereinheit
15: Kamerasteuergerät
16: Hauptsteuergerät
17: Radsensor
20: Zugobjekt
21: Kupplungselement
30: Benutzer
40: mobiles Endgerät
41: Anzeige
50: Unterstützungssystem
100: Objektposition
100.1: Bildposition
101: Fahrweg
102: Abstand
103: Höhe des Kupplungselementes
104: Untergrund
111: erstes Abbild
111.1: erster Erfassungbereich
112: zweites Abbild
112.1: zweiter Erfassungbereich
113: Markierung
I: erste Eigenposition
II: zweite Eigenposition
III: Zielposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10302545 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs (10) an ein Zugobjekt (20), das insbesondere ein Anhänger ist, umfassend: – Erfassen einer Objektposition (100) eines Kupplungselementes (21) des Zugobjekts (20), welches zum Ankuppeln eines Gegenkupplungselementes (11) des Fahrzeugs (10) geeignet ist, – Bestimmen eines Fahrweges (101) des Fahrzeugs (10) zum Erreichen einer Zielposition (III), wobei das Fahrzeug (10) in der Zielposition (III) derart positioniert ist, dass das Kupplungselement (21) und das Gegenkupplungselement (11) kuppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Erfassen der Objektposition (100) des Kupplungselementes (21) umfasst, dass durch eine Kamera (12) ein erstes Abbild (111) des Kupplungselementes (21) und nach einem Zeitschritt zumindest ein zweites Abbild (112) des Kupplungselementes (21) erzeugt wird und durch eine Relation zwischen dem ersten Abbild (111) mit dem zweiten Abbild (112) zumindest eine Rauminformation (102, 103) des Kupplungselementes (21) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kamera (12) um eine monokulare Kamera handelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Abbild (111) und/oder das zweite Abbild (112) einem Benutzer (30) angezeigt wird und insbesondere eine Bildposition (100.1) des Kupplungselementes (21) zumindest im ersten und/oder zweiten Abbild (111, 112) durch den Benutzer (30) markierbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauminformation (102, 103) eine Höhe (103) des Kupplungselementes (21) aufweist, insbesondere wobei ein Benutzer (30) des Fahrzeuges (10) eine Rückmeldung erhält, wenn die Höhe des Kupplungselementes (21) von einem Referenzhöhenbereich abweicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauminformation (102, 103) einen Abstand (102) des Fahrzeuges (10) zum Kupplungselement (21) aufweist, insbesondere wobei der Abstand (102) zum Bestimmen des Fahrweges (101) des Fahrzeugs (10) genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung zumindest einer Eigenposition (I, II) des Fahrzeugs (10) unter Ausnutzung der Relation zwischen dem ersten und dem zweiten Abbild (111, 112) und/oder unter Ausnutzung eines gemessenen Radimpulses von zumindest einem Rad (13) des Fahrzeuges (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Kupplungselementes (21) und/oder das Bestimmen des Fahrwegs (101) iterativ durchgeführt wird, insbesondere wobei die Zielposition (III) und die Objektposition (100) miteinander abgeglichen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zurücklegen des Fahrwegs (101) durch das Fahrzeug (10) semi-automatisch oder automatisch erfolgt.
Unterstützungssystem (50) zur Unterstützung eines Ankuppelvorgangs eines Fahrzeugs (10), aufweisend eine Steuereinheit (14), eine Kamera (12) und eine Anzeige (41), wobei die Steuereinheit (14) ausgelegt ist zum – Erfassen eines Kupplungselementes (21) des Zugobjekts (20), welches zum Ankuppeln eines Gegenkupplungselementes (11) des Fahrzeugs (10) geeignet ist, wobei durch die Kamera (12) ein erstes Abbild (111) des Kupplungselementes (21) und nach einem Zeitschritt zumindest ein zweites Abbild (112) des Kupplungselementes (21) erzeugt wird und durch eine Relation zwischen dem ersten Abbild (111) mit dem zweiten Abbild (112) zumindest eine Rauminformation (102, 103) des Kupplungselementes (21) bestimmt wird, und – Bestimmen eines Fahrweges (101) des Fahrzeugs (10) zum Erreichen einer Zielposition (III), wobei das Fahrzeug (10) in der Zielposition (III) derart positioniert ist, dass das Kupplungselement (21) und das Gegenkupplungselement (11) kuppelbar sind, wobei durch die Anzeige (41) die Abbilder (111, 112) der Kamera (12) wiedergebbar sind.
Unterstützungssystem (50) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) ein Kamerasteuergerät (15) zum Erfassen des Kupplungselementes (21) und/oder ein Hauptsteuergerät (16) zum Bestimmen des Fahrwegs (101) aufweist, insbesondere wobei das Kamerasteuergerät (15) und das Hauptsteuergerät (16) in Kommunikationsverbindung stehen.
Unterstützungssystem (50) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasteuergerät (15) dazu ausgebildet ist, aus zumindest dem ersten und dem zweiten Abbild (111, 112) eine Höhe (103) des Kupplungselements (21) zu bestimmen.
Unterstützungssystem (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptsteuergerät (16) mit zumindest einem Radsensor (17) in Kommunikationsverbindung steht, so dass durch das Hauptsteuergerät (16) eine Bestimmung einer Eigenposition (I, II) des Fahrzeugs (10), insbesondere unter Ausnutzung eines durch den Radsensor (17) gemessenen Radimpulses von zumindest einem Rad (13) des Fahrzeuges (10), durchgeführt wird.
Unterstützungssystem (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige (41) dazu ausgebildet ist, bei der Wiedergabe zumindest eines der Abbilder (111, 112) eine Markierung einer Bildposition (100.1) des Kupplungselementes (21) durch einen Benutzers (30) zu erfassen.
Unterstützungssystem (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige (41) Teil eines mobilen Endgerätes (40) ist.
Unterstützungssystem (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (14) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.