DE102018120966A1

DE102018120966A1 - Verfahren zum Erkennen eines Teils eines Anhängers sowie Anhängererfassungssystem für ein Zugfahrzeug

Info

Publication number: DE102018120966A1
Application number: DE102018120966.5A
Authority: DE
Inventors: Naveen Kuruba; Alan Murphy
Original assignee: Connaught Electronics Ltd
Current assignee: Connaught Electronics Ltd
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen zumindest eines Teils eines Anhängers (12), der an ein Zugfahrzeug (10) angekuppelt ist. Zunächst werden ein erstes und ein zweites Bild zu unterschiedlichen Zeitpunkten mittels einer Erfassungseinheit (16) des Zugfahrzeugs (10) gewonnen. Dabei zeigt jedes dieser beiden Bilder zumindest den Teil des Anhängers (12). Beide Bilder werden in mehrere Blöcke eingeteilt. Mindestens ein Block (B) des ersten Bildes wird zu mindestens einem korrespondierenden Block (B) des zweiten Bildes zugeordnet. Ein Bewegungsvektor wird basierend auf dem mindestens einen Block (B) und dem korrespondierenden Block (B) ermittelt. Der Block (B) wird dem Anhänger (12) zugeordnet, falls ein Betrag des Bewegungsvektors des Blocks (B) einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen zumindest eines Teils eines Anhängers, der an ein Zugfahrzeug angekuppelt ist. Zudem betrifft diese Erfindung ebenfalls ein Anhängererfassungssystem für ein Zugfahrzeug mit einer Erfassungseinheit, welche an das Zugfahrzeug anbringbar ist und ausgebildet ist, Bilder zu erfassen, auf denen ein Teil eines Anhängers zumindest teilweise abgebildet ist.
Ein Anliegen dieser Erfindung ist es, einen Anhängerkörper anhand mehrerer Bilder zu lokalisieren beziehungsweise zu verfolgen. Ein Verfolgen des Anhängers oder eines Teils davon kann nützlich sein, um darauf basierend weitere hilfreiche Informationen abzuleiten. Zu diesen hilfreichen Informationen gehören beispielsweise eine Ausrichtung des Anhängers, ein Parkassistenz für den Anhänger, eine Schwingdetektionseinrichtung, ein Berechnen einer Trajektorie des Anhängers sowie deren entsprechenden Darstellungen auf einem Bildschirm.
Die Druckschrift WO 2015/001065 A1 beschreibt ein System zum Identifizieren eines Parameters eines Anhängers. Dazu werden zumindest ein Sensor und ein Prozessor eingesetzt. Der Sensor ist dabei ausgelegt, sich Daten anzueignen. Mit Hilfe des Prozessors kann aus den Daten ein geometrischer Parameter des Anhängers ermittelt werden.
Die Druckschrift US 2018/0068447 A1 beschreibt ein Erfassungssystem für einen Anhänger, welches dazu ausgebildet ist, den Anhänger zu detektieren, der von einem Zugfahrzeug gezogen wird. Dieses System beinhaltet eine Kamera sowie eine Kontrolleinheit. Mit Hilfe der Kamera kann ein Bild von einem Bereich hinter dem Zugfahrzeug gewonnen werden. Die Kontrolleinheit kann mit der Kamera kommunizieren. Mit Hilfe der Kontrolleinheit wird eine Kante in dem Bild ermittelt. Mit Hilfe dieser Kante kann der Anhänger erkannt werden sowie eine Bewegung des Anhängers.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren beziehungsweise ein System bereitzustellen, womit zuverlässiger und effizienter ein Anhänger erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Patentansprüchen dieser Anmeldung gelöst. Sinnvolle und nützliche Ausgestaltungsformen sowie Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach derzeitigem internem Kenntnisstand der Anmelderin existieren verschiedene Lösungen, einen Anhänger zu erfassen beziehungsweise zu lokalisieren. Ein so genannter JLR-Trailer-Assist verwendet drei schwarze Kreise auf einem weißen Hintergrund als Zielmarkierungen. Diese Lösung versucht, die drei schwarzen Kreise zu detektieren, womit der Anhänger erfasst wird. Ein Ford-Pro-Trailer-Backup-Assist verwendet als Zielmarkierung ein schachbrettartiges Muster, welches im Bereich einer Anhängerkupplung platziert ist. Dieses schachbrettartige Muster wird mittels einer entsprechenden Bilderfassung detektiert.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Erkennen zumindest eines Teils eines Anhängers, der an ein Zugfahrzeug angekuppelt ist, vorgesehen. Dabei werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:

In einem ersten Schritt a) werden ein erstes Bild und ein zweites Bild zu unterschiedlichen Zeitpunkten mittels einer Erfassungseinheit des Zugfahrzeugs gewonnen. Dabei zeigen beide Bilder zumindest den Teil des Anhängers. Das Zugfahrzeug ist vorzugsweise in Bewegung bei der Ausführung des Verfahrens. Ist das Zugfahrzeug in Bewegung, so ergeben sich zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Bilder. Dies bedeutet, dass sich im Falle eines sich in Bewegung befindenden Zugfahrzeugs die beiden Bilder unterscheiden. Die Erfassungseinheit kann als Kamera, Radarsensor, Ultraschallsensor und/oder Lidar-Sensor ausgeführt sein. Vorzugsweise kommt eine Kamera zum Einsatz. Dabei sind unter dem Begriff „Bild“ auch Daten zu verstehen, welche andere Sensoren generieren. So soll der Begriff „Bild“ beziehungsweise „Bilder“ ebenfalls jene Daten umfassen, welche durch einen Radarsensor, Lidar-Sensor und/oder Ultraschallsensor generiert werden.

Die beiden Bilder werden in einem Schritt b) in mehrere Blöcke eingeteilt. Sowohl das erste als auch das zweite Bild werden in jeweils mehrere Blöcke unterteilt. Die Blöcke sind vorzugsweise rechteckig, jeweils nebeneinander angeordnet und ergeben dabei eine Art Gitterstruktur. Die Blöcke können sich überlappen und deren Form kann auch kreisförmig oder elliptisch oder anderweitig ausgestaltet sein. In vielen Fällen jedoch sind die Blöcke quadratisch und überlappen sich nicht. Bevorzugt decken alle Blöcke das gesamte Bild ab und jeder Punkt des Bildes kann einem Block zugeordnet werden. Eine Kantenlänge der Blöcke kann variieren. In der Regel weisen alle Blöcke dieselbe Kantenlänge auf. Die Kantenlänge kann 8, 16, 24, 32 oder mehr Pixel betragen. Vorzugsweise repräsentiert jeder Block einen Teilbereich des ersten oder zweiten Bildes. Die Summe aller Blöcke eines Bildes ergibt dabei vorzugsweise das gesamte Bild. Bevorzugt sind alle Blöcke gleichartig geformt und weisen dieselben Abmessungen auf.
In einem Schritt c) wird mindestens ein Block des ersten Bildes zu mindestens einem korrespondierenden Block des zweiten Bildes zugeordnet. Dabei können verschiedene Techniken der Bildverarbeitung zum Einsatz kommen. Zu dem mindestens einen Block wird insbesondere derjenige korrespondierende Block im zweiten Bild gesucht, welcher am besten mit dem mindestens einen Block des ersten Bildes übereinstimmt. Mit Hilfe einer Korrelationsfunktion kann ein Übereinstimmungsmaß ermittelt werden, das als Grundlage für das Zuordnen des mindestens einen Blocks zu dem korrespondierenden Block dient. Die jeweiligen Blöcke können mit Hilfe charakteristischer Merkmale zugeordnet werden. In diesem Fall weist der mindestens eine Block ein charakteristisches Merkmal auf, welches mittels eines Bildmerkmaldetektors erfasst werden kann. Dieses charakteristische Merkmal kann mit Hilfe des Bildmerkmaldetektors ebenso im zweiten Bild detektiert werden. Derjenige Block im zweiten Bild, der das charakteristische Merkmal zeigt, wäre der korrespondierende Block.
Mit Hilfe von Bewegungsdaten kann eine Trajektorie des Zugfahrzeugs oder des Anhängers ermittelt werden. Mit Hilfe dieser Trajektorie kann der mindestens eine Block dem korrespondierenden Block des zweiten Bildes zugeordnet werden. Der Begriff Trajektorie kann auch als Bahnkurve verstanden werden. Dabei können ein oder mehrere odometrische Parameter in diese Zuordnung einfließen. Anhand mehrerer odometrischer Parameter wie zum Beispiel einer Drehzahl und einer Fahrtrichtung kann ein Geschwindigkeitsvektor ermittelt werden. Basierend auf diesem Geschwindigkeitsvektor kann auf den Bewegungsvektor geschlossen werden und somit der mindestens eine Block dem korrespondierenden Block zugeordnet werden. Der Begriff „zuordnen“ kann dabei ebenso „gegenüberstellen“ bedeuten.
In einem Schritt d) wird ein Bewegungsvektor basierend auf dem mindestens einen Block und dem korrespondierenden Block ermittelt. Jeder Block kann anhand eines Mittelpunkts dargestellt werden. Insbesondere können Koordinaten des Mittelpunkts zum Ermitteln des Bewegungsvektors verwendet werden. Der Bewegungsvektor kann mit Hilfe einer Subtraktion der jeweiligen Mittelpunkte der Blöcke berechnet werden. Ein Bewegungsvektor ist vorzugsweise zweidimensional ausgebildet und besagt vor allem, wie der Block des ersten Bildes in den korrespondierenden Block des zweiten Bildes überführt werden kann. Mit Hilfe des Bewegungsvektors können Bildkoordinaten des ersten Bildes in Bildkoordinaten des zweiten Bildes transformiert werden. Dabei werden vorzugsweise Bildkoordinaten der Mittelpunkte der Blöcke verwendet.
In einem Schritt e) wird der Block zu dem Anhänger zugeordnet, falls ein Betrag des Bewegungsvektors des Blocks einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Damit kann ein Teil des Anhängers erkannt werden. Idealerweise weisen Blöcke, welche den Anhänger zeigen, keine Bewegungsvektoren oder höchstens Bewegungsvektoren mit kleiner Länge auf. Somit dient der Betrag des Bewegungsvektors als Indiz, ob der betreffende Block zum Anhänger gehört oder nicht. Bei einem sich in Bewegung befindenden Zugfahrzeug beziehungsweise Anhänger bewegt sich normalerweise ebenfalls die Erfassungseinheit, da diese an dem Zugfahrzeug angebracht ist. Dies bedeutet, dass die Erfassungseinheit in Relation zu dem Zugfahrzeug beziehungsweise dem Anhänger keine Bewegung aufweist. Jedoch besteht eine Bewegung in der Regel zwischen der Erfassungseinheit und einem Untergrund des Zugfahrzeugs. Mit Hilfe dieses Kriteriums kann zuverlässig erkannt werden, ob ein Block zu einem Anhänger gehört oder nicht. Bevorzugt wird der Block zu dem Anhänger zugeordnet, genau dann wenn oder nur dann wenn der Betrag des Bewegungsvektors des Blocks den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Dieses Verfahren setzt nicht voraus, dass die Abmessungen des Anhängers bekannt sind. Somit kann dieses Verfahren auch bei unbekannten Anhängern zum Einsatz kommen. Ebenfalls ist es nicht zwingend notwendig, eine Vorlage mit aufbereiteten Daten zu erstellen. Somit kann der Speicherbedarf reduziert werden.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass für den Schritt c) ein charakteristisches Merkmal des mindestens einen Blocks des ersten Bildes ermittelt wird und mithilfe des charakteristischen Merkmals der mindestens eine Block dem korrespondierenden Block des zweiten Bildes zugeordnet wird. Vorzugsweise werden charakteristische Merkmale des Anhängers ermittelt. Dies können beispielsweise Ecken eines Kastenaufbaus des Anhängers sein. Derjenige Block, welcher diese Ecke beinhaltet, weist somit ein charakteristisches Merkmal auf. Charakteristische Merkmale können mit Hilfe von Bildmerkmaldetektoren erkannt werden. Im ersten Bild wird beispielsweise ein Block mit der Ecke des Kastenaufbaus als charakteristisches Merkmal an einer ersten Stelle detektiert. Diese erste Stelle wird dabei vorzugsweise in Bildkoordinaten ausgedrückt. Im zweiten Bild befindet sich der korrespondierende Block nicht länger an derselben Stelle wie beim ersten Bild. In Bezug auf Bildkoordinaten hat sich im zweiten Bild dieses charakteristische Merkmal verschoben. Dies wäre nur dann der Fall, wenn beide Bilder identisch wären. Da jedoch in den meisten Fällen das Zugfahrzeug beim Verwenden dieses Verfahrens in Bewegung ist, spielt diese Situation de facto keine Rolle. Die Position des Blocks mit dem charakteristischen Merkmal (die Ecke) hat sich im zweiten Bild mittlerweile verändert. Aufgrund des charakteristischen Merkmals kann jedoch dieser korrespondierende Block zuverlässig erkannt werden. Somit kann der Block mit der Ecke sowohl im ersten Bild als auch im zweiten Bild detektiert werden. Damit gelingt es zuverlässig, jeweils zwei korrespondierende Blöcke zu finden.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass der mindestens eine Block des ersten Bildes mithilfe eines odometrischen Parameters des Zugfahrzeugs dem korrespondierenden Block zugeordnet wird. Ein odometrischer Parameter kann beispielsweise eine Drehzahl, eine Ausrichtung des Zugfahrzeugs oder des Anhängers, eine Geschwindigkeit, ein Raddurchmesser oder dergleichen sein. Unter Umständen kann mit Hilfe eines oder mehrerer odometrischer Parameter eine Bahnkurve oder Trajektorie des Zugfahrzeugs ermittelt werden. So kann zum Beispiel für einen Teil des Anhängers ein Verschiebungsvektor ermittelt werden, welcher angibt, wie sich der Anhänger oder ein Teil davon innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne verschiebt. Dieser Verschiebungsvektor könnte in einen entsprechenden Bewegungsvektor des Bildes umgerechnet werden. Mit einem so erhaltenen Bewegungsvektor des Bildes kann der mindestens einen Block dem korrespondierenden Block zugeordnet werden. Mittels eines entsprechenden Verschiebens des mindestens einen Blocks anhand des ermittelten Bewegungsvektors des Bildes wird der Block in den korrespondierenden Block übergeführt. So kann mit Hilfe des odometrischen Parameters oder mehrerer Parameter ein Bewegungsmodell des Zugfahrzeugs oder des Anhängers der Realität erstellt werden, welches eine reale Bewegung des Anhängers in Bewegungsvektoren des Bildes umrechnen kann. Damit kann die Zuordnung der jeweiligen Blöcke effizienter ausgestaltet werden.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass das erste und zweite Bild in eine ebene Draufsicht auf einen Teil des Zugfahrzeugs und den Teil des Anhängers transformiert werden und/oder zum Ermitteln des Bewegungsvektors Verzerrungen der Bilder entfernt werden. Vorzugsweise wird eine ebene Draufsicht auf einen Untergrund in der Umgebung des Anhängers erzeugt. Dies kann mit Hilfe der Bilder der Erfassungseinheit erfolgen. In der Regel weist die Erfassungseinheit intrinsische und externe Parameter auf, welche meistens bekannt sind. Mit Hilfe dieser bekannten Parameter der Erfassungseinheit können die beiden Bilder in die ebene Draufsicht umgewandelt werden. Dabei können zum Beispiel eine Fischaugenverzerrung, eine Kistenverzerrung und/oder eine Tonnenverzerrung entfernt werden. Mit Hilfe der Umwandlung der beiden Bilder in eine ebene Draufsicht kann ein Gierwinkel des Anhängers zu seinem Zugfahrzeug besonders leicht ermittelt werden. Diese Bestimmung des Winkels gelingt dabei in der Regel umso besser, je weniger Verzerrungen die Bilder aufweisen. Deshalb werden insbesondere bei der Erstellung der ebenen Draufsicht zugleich Verzerrungen der Bilder entfernt. Somit kann vermieden werden, dass unrealistische Bewegungsvektoren ermittelt werden. Zudem können so bestimmte Bereiche von besonderem Interesse leichter ausgewählt werden. Diese Bereiche von besonderem Interesse sind insbesondere jene Bereiche, in denen sich der Teil des Anhängers befindet. Es ist anzumerken, dass dieses Verfahren nicht auf zwei Bilder beschränkt ist. Ebenso können fortlaufend weitere Bilder erfasst werden. Dabei ersetzen insbesondere die neuen Bilder das jeweils ältere Bild. So kann sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt ein Satz von zwei aktuellen Bildern vorliegt.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass zu dem mindestens einen Block und dazu benachbarten Blöcken Bewegungsvektoren ermittelt werden und den Bewegungsvektoren mittels einer Korrelation in Bezug auf den Bewegungsvektor des mindestens einen Blocks ein Abweichungswert zugewiesen wird und nur diejenigen Bewegungsvektoren verwendet werden, deren Betrag den Abweichungswert unterschreiten. Dies dient zum Erkennen des zumindest einen Teils des Anhängers. Bewegungsvektoren, deren Betrag den Abweichungswert überschreiten, können als so genannte Ausreißer bezeichnet werden. Solche Ausreißer können das Verfahren verfälschen. Weicht zum Beispiel ein Bewegungsvektor im Vergleich zu seinen benachbarten Bewegungsvektoren auffällig stark ab, so kann dies mittels des Abweichungswerts festgestellt werden. Bei einer zu großen Abweichung beziehungsweise bei einem Überschreiten des Abweichungswerts wird der betreffende Bewegungsvektor als Ausreißer markiert. Diese Variante dieser Erfindung sieht insbesondere vor, dass Ausreißer verworfen werden. Dies bedeutet, dass Bewegungsvektoren, welche als Ausreißer erkannt wurden, für das Verfahren nicht länger berücksichtigt werden. Diese Variante der Erfindung wird vorzugsweise vor dem Verfahrensschritt e) durchgeführt. Somit können Ausreißer, also unrealistische Bewegungsvektoren den Verfahrensschritt e) nicht länger verfälschen.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass zum Bestimmen einer Winkelstellung des Anhängers zu dem Zugfahrzeug das erste Bild mit dem zweiten Bild korreliert wird. Beim Korrelieren der beiden Bilder können insbesondere die Bewegungsvektoren zum Einsatz kommen. So kann das erste Bild mit Hilfe des Bewegungsvektors beziehungsweise mit Hilfe von mehreren Bewegungsvektoren in das zweite Bild übergeführt werden. Vereinfach gesagt kann so das erste Bild derart verschoben werden, dass daraus das zweite Bild entsteht. Das Verschieben des ersten Bildes wird dabei insbesondere durch die Bewegungsvektoren festgelegt und bestimmt. Je nach Ausgestaltung der Korrelation beziehungsweise der Bewegungsvektoren kann dazu ein Winkel ermittelt werden. Dieser Winkel wird insbesondere zum Beschreiben der Winkelstellung des Anhängers zu dem Zugfahrzeug verwendet.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass mindestens eine Referenzlinie im ersten Bild vorgegeben wird und beim Korrelieren diese Referenzlinie in eine korrespondierende Linie des zweiten Bildes überführt wird, um einen Gierwinkel, einen Nickwinkel oder einen Rollwinkel zur Beschreibung der Winkelstellung zu bestimmen. Vorzugsweise wird eine markante Referenzlinie des ersten Bilds ausgewählt. Eine solche markante Referenzlinie kann beispielsweise eine Kante des Anhängers sein. Diese Kante des Anhängers oder ein anderes charakteristisches Merkmal des Anhängers kann jeweils im ersten Bild und im zweiten Bild detektiert werden. Insbesondere bei einer Kurvenfahrt können sich diese beiden Linien zueinander verschieben. Durch Überführen der Referenzlinie in die korrespondierende Referenzlinie mittels des Korrelierens kann so ein Winkel zwischen diesen beiden Referenzlinien ermittelt werden. Im Falle einer ebenen Draufsicht ist dies insbesondere der Gierwinkel. Im Falle der ebenen Draufsicht wird häufig eine Linie als Referenzlinie gewählt, welche durch ein Kupplungselement des Anhängers und parallel zu einer Längsachse des Anhängers verläuft. Je nachdem, welche Referenzlinie gewählt wird, kann ein anderer Winkel zum Beschreiben der Winkelstellung des Anhängers ermittelt werden. Die Bilder können beispielsweise in eine Seitenansicht transformiert werden, um zum Beispiel anhand anderer Referenzlinien den Rollwinkel oder Nickwinkel zu ermitteln.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass für den mindestens einen Block in dem ersten Bild das charakteristische Merkmal in einer Trainingsphase ermittelt wird und in der Trainingsphase das Zugfahrzeug mit dem Anhänger einen Nullgradwinkel einnimmt, um den mindestens einen Block mit dem charakteristischen Merkmal im zweiten Bild zu verfolgen. Diese Variante sieht insbesondere vor, dass in einer Trainingsphase ein erstes Bild beziehungsweise ein Datensatz als Vorlage erzeugt wird. Dabei stellt in diesem Fall das erste Bild einen Referenzdatensatz dar. Dieser Referenzdatensatz bezieht sich auf eine definierte Fahrsituation von Zugfahrzeug und Anhänger. In der Trainingsphase fahren sowohl Anhänger als auch Zugfahrzeug geradeaus und nehmen dabei einen Winkel von 0 Grad zueinander ein. Durch Ermitteln des charakteristischen Merkmals kann in der Trainingsphase bereits der betreffende Block mit dem charakteristischen Merkmal ermittelt werden. Somit ist in einer späteren Betriebsphase bereits bekannt, welcher Block des ersten Bildes das charakteristische Merkmal beinhaltet. In der späteren Betriebsphase muss das charakteristische Merkmal lediglich im zweiten Bild detektiert werden. Die Betriebsphase zeichnet sich häufig dadurch aus, dass der Fahrzustand von der Trainingsphase abweicht. Die betrifft vor allem die Winkelstellung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger. In der Trainingsphase können zudem Referenzlinien ermittelt werden. Vorzugsweise werden solche Referenzlinien ermittelt, welche sich anhand von charakteristischen Merkmalen des Anhängers leicht ableiten lassen. Dies kann zum Beispiel ein Kupplungskopf oder eine Kante des Anhängers sein. Je nach Anhänger können auch markante Auffälligkeiten wie zum Beispiel besondere Farben oder Formen als Punkte für Referenzlinien dienen. Da in der Trainingsphase in dieser Variante der Anhänger mit dem Zugfahrzeug einen Winkel von 0 Grad einnimmt, kann ein Referenzdatensatz besonders leicht erzeugt werden. Dies kann das Detektieren des Anhängers in der Betriebsphase deutlich erleichtern.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass in Abhängigkeit von dem Gierwinkel als die Winkelstellung, einem Rotationsradius des Zugfahrzeugs und einem Abstand eines Kupplungselements des Zugfahrzeugs zum Koppeln des Anhängers mit dem Zugfahrzeug zu einer Hinterachse des Zugfahrzeugs eine Teillänge des Anhängers ermittelt wird, wobei die Teillänge des Anhängers einen Abstand von dem Kupplungselement zu einer Hinterachse des Anhängers beschreibt. Mit der Teillänge des Anhängers ist somit nicht die gesamte Länge des Anhängers gemeint. Die Teillänge erstreckt sich von der Hinterachse des Anhängers bis zum Kupplungselement des Anhängers. Da das Zugfahrzeug und der Anhänger miteinander gekoppelt sind, entspricht die Position des Kupplungselements des Zugfahrzeugs der Position des Kupplungselements des Anhängers. Diese Variante ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Teillänge des Anhängers unbekannt ist. Die Teillänge kann insbesondere anhand folgender Gleichung ermittelt werden: $COS (ϕ) = \frac{- L \cdot h + R \cdot \sqrt{R^{2} + h^{2} - L^{2}}}{R^{2} + h^{2}}$
Dabei ist zu beachten, dass die Gleichung 1 entsprechend nach dem Parameter L aufgelöst werden sollte. Unter Umständen muss bei Gleichung 1 L numerisch berechnet werden. Anstelle des cos(ϕ) kann eine alternative Formulierung wie zum Beispiel $sin (ϕ + \frac{π}{2})$
oder eine Annäherung mithilfe einer Reihenentwicklung, beispielsweise einer Taylor-Reihe verwendet werden. Bei der Reihenentwicklung wird die Reihe meist ab einem festgelegten Term abgebrochen.
Dabei bezeichnet h den Abstand des Kupplungselements des Zugfahrzeugs zu der Hinterachse des Zugfahrzeugs und der Parameter R bezeichnet den Rotationsradius des Zugfahrzeugs. Der Parameter ϕ drückt in Gleichung 1 den Gierwinkel aus. Der Rotationsradius R kann insbesondere mit Hilfe eines Schräglaufwinkels und eines Radstands ermittelt werden. Der Radstand sowie der Schräglaufwinkel können jeweils von einem Bordnetzsystem des Zugfahrzeugs gewonnen werden. So können diese Parameter beispielsweise über ein CAN-Netzwerk abgerufen werden. Ebenso können in diesem CAN-Netzwerk CAD-Daten des Zugfahrzeugs beziehungsweise Anhängers vorliegen. Somit können die nötigen Größen beziehungsweise Parameter ermittelt werden, um gemäß Gleichung 1 die Teillänge des Anhängers zu ermitteln.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass in Abhängigkeit von der Teillänge des Anhängers, dem Abstand des Kupplungselements des Zugfahrzeugs zu der Hinterachse des Zugfahrzeugs und einem minimalen Rotationsradius des Zugfahrzeugs ein erster kritischer Winkel ermittelt wird. Dieser erste kritische Winkel wird auch als dynamisch kritischer Winkel bezeichnet und beschreibt insbesondere einen Winkel, ab dem ein Rückwärts-Manövrieren des Anhängers erschwert wird. Wird dieser erste kritische Winkel erreicht beziehungsweise überschritten, so kann der Anhänger bei einem Rückwärtsmanöver des Zugfahrzeugs nicht länger ausgerichtet werden. Der minimale Rotationsradius kann dabei insbesondere mit Hilfe eines maximalen Schräglaufwinkels des Zugfahrzeugs ermittelt werden. Jedes Zugfahrzeug weist einen maximalen Schräglaufwinkel auf. Je größer der Schräglaufwinkel ist, desto kleiner fällt der Rotationsradius aus. Wird bei dem Zugfahrzeug der maximal mögliche Schräglaufwinkel eingesetzt, so kann unter Umständen ein Gegenlenken in eine Richtung nicht mehr möglich sein. Der erste kritische Winkel wird dabei insbesondere durch den maximal möglichen Schräglaufwinkel bestimmt, welcher zu dem minimalen Rotationsradius führt. Der erste kritische Winkel kann insbesondere mit Hilfe von Gleichung 2 ermittelt werden, welche der Gleichung 1 ähnlich ist: $COS (ϕ_{C A 1}) = \frac{- L \cdot h + R_{m i n}^{2} \cdot \sqrt{R_{m i n}^{2} + h^{2} - L^{2}}}{R_{m i n}^{2} + h^{2}}$
Die Gleichung 2 sieht der Gleichung 1 ähnlich. Jedoch wird in der Gleichung 2 nicht der Rotationsradius, sondern der minimale Rotationsradius Rmin verwendet. Dies führt dazu, dass nicht irgendein Gierwinkel ϕ, sondern ein ganz bestimmter Gierwinkel ϕ_CA1 ermittelt wird. Der Winkel ϕ_CA1 stellt dabei den ersten kritischen Winkel dar. Wenn der Gierwinkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger den ersten kritischen Winkel ϕ_CA1 überschreitet, droht der Anhänger einzuknicken. Ist der erste kritische Winkel bekannt und wird der Gierwinkel ϕ fortlaufend erfasst beziehungsweise berechnet, so kann ein Fahrer des Zugfahrzeugs rechtzeitig gewarnt werden, bevor der Anhänger sich nicht mehr manövrieren lässt.
Eine weitere Variante dieser Erfindung sieht vor, dass mithilfe einer geometrischen Analyse des ersten und zweiten Bildes ein zweiter kritischer Winkel ermittelt wird, der beschreibt, bei welchem Winkel sich ein Anhängerkörper des Anhängers und eine Karosserie des Zugfahrzeugs berühren. Das Zugfahrzeug sowie der Anhänger sind über jeweilige Kupplungselemente miteinander verbunden. Dieses Berühren ist normal und beabsichtigt. Jedoch ist es in der Regel unerwünscht, dass sich Zugfahrzeug und Anhänger an weiteren Stellen berühren. Insbesondere ist es nicht erwünscht, wenn der Anhänger seitlich soweit ausschert, dass ein Kastenaufbau des Anhängers mit der Karosserie des Zugfahrzeugs kollidiert. Dieser zweite kritische Winkel, welcher als Kollisionswinkel bezeichnet werden kann, kann beispielsweise mittels eines Korrelierens des ersten und zweiten Bildes bestimmt werden. Dazu ist es vorteilhaft, Bilder zu verwenden, die eine ebene Draufsicht auf das Zugfahrzeug zeigen. Somit kann mit Hilfe des ersten und zweiten Bilds der erste sowie der zweite kritische Winkel ermittelt werden. Vorzugsweise erfolgt eine Warnung, bevor einer dieser Winkel eintritt. Dieser Winkel kann als effektiver Kontrollwinkel bezeichnet werden. Je nachdem welche Situation zuerst eintritt, kann dieser effektive Kontrollwinkel der erste kritische Winkel oder der zweite kritische Winkel sein. Ein Bordnetzsystem des Zugfahrzeugs kann diesen effektiven Kontrollwinkel ermitteln und bei einem gegebenen Fahrmanöver rechtzeitig erkennen, ob und welcher dieser beiden kritischen Winkel zuerst eintritt.
Die Erfindung stellt ebenso ein Anhängererfassungssystem für ein Zugfahrzeug mit einer Erfassungseinheit bereit, welche an das Zugfahrzeug anbringbar ist und ausgebildet ist, Bilder zu erfassen, auf dem ein Teil eines Anhängers zumindest teilweise abgebildet ist. Das Anhängererfassungssystem verfügt zudem über eine Auswerteeinheit, welche ausgestaltet ist, ein Verfahren nach einer der vorigen Varianten durchzuführen. Die genannten Beispiele und Vorteile der vorangegangenen Varianten gelten sinngemäß für das Anhängererfassungssystem.
Eine weitere Ausführungsform dieser Erfindung sieht ein Zugfahrzeug mit einem Anhängererfassungssystem vor, wobei das Zugfahrzeug eine Kamera aufweist und das charakteristische Merkmal als Ecke, Kante, Linie und/oder Farbmarkierung ausgebildet ist. In diesem Fall ist die Erfassungseinheit als Kamera ausgebildet.
Die Erfindung stellt ebenso ein Fahrerassistenzsystem mit einem Anhängererfassungssystem bereit. Für das Zugfahrzeug sowie das Fahrerassistenzsystem gelten sinngemäß die genannten Vorteile und Beispiele, welche bei den vorherigen Varianten genannt wurden.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, um das Verfahren nach einer der vorherigen Varianten durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor eines Anhängererfassungssystems verarbeitet wird. Weist das Zugfahrzeug bereits entsprechende Kameras auf, so kann eine Modifikation des Prozessors des Anhängererfassungssystems bereits ausreichen, um das Verfahren durchzuführen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Die Erfindung wird nun anhand beispielhafter Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Anhängersystem mit einem Zugfahrzeug und einem Anhänger;
2 ein zweites Bild, welches einen Teil des Anhängers zeigt sowie Referenzlinien des ersten und zweiten Bildes;
3 eine schematische Darstellung des Zugfahrzeugs und des Anhängers zur Darstellung des zweiten kritischen Winkels;
4 ein beispielhaftes schematisches Ablaufdiagramm; und
5 ein schematisches Ablaufdiagramm betreffend eine Trainingsphase.

1 zeigt beispielhaft eine virtuelle Draufsicht auf ein Zugfahrzeug 10 sowie einen Anhänger 12. Das Zugfahrzeug 10 kann ein Kraftfahrzeug, ein Motorrad oder ein Fahrzeug sein, welches den Anhänger 12 ziehen kann. Der Anhänger 12 weist eine Hinterachse 14 auf. Zwischen dem Zugfahrzeug 10 und dem Anhänger 12 bildet sich ein Gierwinkel ϕ aus. In 1 ist schematisch der Abstand des Kupplungselements TB des Zugfahrzeugs 10 zu einer Hinterachse 15 des Zugfahrzeugs 10 eingetragen. Ebenso ist in 1 ein Radstand d gezeigt. Das vordere rechte Rad zeigt beispielsweise einen Schräglaufwinkel θ. Im Heckbereich des Zugfahrzeugs 10 sind beispielhaft zwei Erfassungseinheiten 16 eingezeichnet. 1 zeigt ferner einen Punkt R, der ein Zentrum der Rotation des Zugfahrzeugs 10 und zugleich des Anhängers 12 zeigt. Wenn das Rotationszentrum des Zugfahrzeugs 10 mit einem Rotationszentrum des Anhängers 12 zusammen fällt, liegt insbesondere ein erster kritischer Winkel ϕ_CA1 vor. Dies bedeutet, dass der erste kritische Winkel ϕ_CA1 nicht nur mit Hilfe der Gleichung 2, sondern darüber hinaus ebenfalls mittels einer geometrischen Analyse bestimmt werden kann. In der beispielhaft gezeigten ebenen Draufsicht von 1 können das Zugfahrzeug 10 sowie der Anhänger 12 derart virtuell verschoben werden, bis das Rotationszentrum des Zugfahrzeugs 10 mit dem Rotationszentrum des Anhängers 12 zusammen fällt. Somit kann die jeweilige Position des Zugfahrzeugs 10 und des Anhängers 12 für den ersten kritischen Winkel ϕ_CA1 bestimmt werden. Mit Hilfe eines entsprechenden Korrelierens dieses Bildes mit einem ersten Bild oder einem Referenzbild wird das Bestimmten des ersten kritischen Winkels ϕ_CA1 ermöglicht.
2 zeigt beispielhaft ein zweites Bild, welches den Teil des Anhängers 12 zeigt. In dem zweiten Bild sind eine Referenzlinie 20 und eine weitere Referenzlinie 21 eingezeichnet. Diese beiden Referenzlinien 20 und 21 beziehen sich dabei auf ein erstes Bild, welches hier nicht gezeigt ist. In diesem Fall beziehen sich diese beiden Referenzlinien auf ein Bild einer Trainingsphase, in der das Zugfahrzeug 10 und der Anhänger 12 eine 0 GradStellung zueinander eingenommen haben. Die Referenzlinie 20 wird insbesondere zum Ermitteln des Gierwinkels ϕ verwendet. In dem zweiten Bild, welches 2 zeigt, haben sich dieser Referenzlinien entsprechend verschoben. 20' zeigt eine Referenzlinie zur Linie 20. Die Linie 21' stellt die Referenzlinie zur Linie 21 dar. Das zweite Bild wird in mehrere Blöcke B_i unterteilt. Die entsprechenden korrespondierenden Blöcke sind mit B_i' bezeichnet. Der Index i repräsentiert hier einen bestimmten Block des ersten Bildes. Der Index i ist meistens unterschiedlich zu dem Index i'. Vorzugsweise wird ein interessanter Bereich ROI festgelegt, der zuerst untersucht wird. Dies ist bevorzugt jener Bereich, welcher ein charakteristisches Merkmal CF des Anhängers 12 zeigt.
Im Beispiel von 2 zeigen die Blöcke B22' und B23' charakteristische Merkmale CF des Anhängers 12. Im ersten Bild sind die dazugehörigen Blöcke zu B22' oder B23' an anderen Stellen gewesen. Zum Beispiel könnten dies die Blöcke B14 und B19 gewesen sein. In diesem Fall wird das charakteristische Merkmal CF im ersten Bild von Block B14 im Block B22' im zweiten Bild detektiert. Daher wird der Block B14 aus dem ersten Bild (nicht in 2 gezeigt) dem Block B22' zugeordnet. Diese Blockzuordnung ist lediglich beispielhalft und willkürlich gewählt. Die Verschiebung der Blöcke B_i zu den korrespondierenden Blöcken B_i' resultiert vor allem aus einer Bewegung des Anhängers 12 oder des Zugfahrzeugs 10. In diesem Fall sind die charakteristische Merkmale CF in den Blöcken B22' und B23' als Ecken ausgebildet. Die Referenzlinie 20' sowie die Linie 20 verlaufen vorzugsweise durch das Kupplungselement TB. Das Kupplungselement TB wird vorzugsweise als Bezugspunkt gewählt, sodass dieser Punkt sich beim Korrelieren der beiden Bilder nicht ändert. Durch das Korrelieren des ersten Bildes mit dem zweiten Bild wird die Referenzlinie 20 zu der Referenzlinie 20' verschoben. Diese Verschiebung kann nachvollzogen werden und so kann der Gierwinkel ϕ bestimmt werden. Anhand der charakteristischen Merkmale CF in den Blöcken B22' und B23' kann der Anhänger 12 oder zumindest ein Teil davon detektiert und verfolgt werden. Anhand von Kreisen ist in 2 angedeutet, wo die charakteristischen Merkmale CF im ersten Bild zuvor gewesen sind. Die charakteristischen Merkmale CF können bereits im Vorfeld in der Trainingsphase ermittelt werden. Wird der Anhänger 12 erneut eingesetzt, so kann auf bereits bestehende Referenzlinien beziehungsweise charakterisierende Merkmale CF zurückgegriffen werden. Die Linie 21 beziehungsweise die korrespondierende Referenzlinie 21' können zum Ermitteln weiterer Fahrzeugwinkel eingesetzt werden. Je nachdem wie diese weiteren Referenzlinien gewählt werden, können ein Rollwinkel ε oder ein Nickwinkel Ψ bestimmt werden.
Mit Hilfe der Blöcke B22', B23' sowie der charakteristischen Merkmale CF kann der Anhänger 12 in nachfolgenden Bildern verfolgt werden und erkannt werden. Der interessante Bereich ROI kann dabei dynamisch in Abhängigkeit von einer Gierrate bestimmt werden. Die charakteristischen Merkmale CF sowie Referenzlinien können in einer Vorlage gespeichert werden, die in der Trainingsphase erzeugt werden kann. Zum Erkennen der charakteristischen Merkmale oder Punkte können bekannte Bildverarbeitungsalgorithmen wie zum Beispiel Merkmalsdetektion oder Linienextraktion verwendet werden. Durch ein Ausrichten der Referenzlinie zu der jeweiligen korrespondierenden Referenzlinie kann eine Winkelstellung des Anhängers 12 bestimmt werden. Je nach Auswahl der Referenzlinie kann ein entsprechender Fahrzeugwinkel ermittelt werden. Die Position des Kupplungselements TB ist dabei vorzugsweise anhand von CAD-Fahrzeugdaten bekannt. Vorzugsweise ergeben sich die Referenzlinien 20 beziehungsweise 21 anhand charakteristischer Punkte. Je nach Verfügbarkeit von charakteristischen Merkmalen CF oder charakteristischen Punkten können mehrere Referenzlinien gewonnen werden. Durch ein Überführen beziehungsweise Ausrichten der Referenzlinien zu ihren jeweiligen korrespondierenden Referenzlinien kann die Winkelstellung des Anhängers 12 bestimmt werden. Der Fehler beziehungsweise eine Qualität der Trainingsphase beziehungsweise des Referenzbildes kann mit Hilfe einer Kostenfunktion ermittelt werden. Dazu werden vorzugsweise bei einer Geradeausfahrt von Zugfahrzeug 10 und Anhänger 12 zwei oder mehrere Bilder aufgenommen. Mit Hilfe der Gleichung 3 kann ein Fehlerwert ermittelt werden. $Error = Dist (A, B) - Dist (A', B') + Dist (O, C) - Dist (O, C') + Dist (A, A') + Dist (B, B')$
Die Punkte A, B, O und C stellen dabei Punkte des ersten Bildes, die Punkte A', B' und C' stellen dabei Punkte des zweiten Bildes dar. Der Punkt O ist in dem ersten und zweiten Bild derselbe und verändert sich nicht. Dies liegt insbesondere daran, dass der Punkt O als Bezugspunkt für beide Bilder verwendet wird. Häufig wird eine Kupplungskugel als Bezugspunkt gewählt. Eine Rotation des Anhängers 12 um die Kupplungskugel verändert die Position des Punkts O nicht. Gleichung 3 wird insbesondere für eine Qualitätssicherung während der Trainingsphase eingesetzt. Da das erste Bild sowie das zweite Bild sich auf einer Geradeausfahrt des Anhängers und des Zugfahrzeugs 10 beziehen, sollten die jeweiligen Abstände im Idealfall 0 sein. Im realen Betrieb ist es jedoch ausreichend, wenn der Fehlerwert einen bestimmten vorgegebenen Schwellenwert nicht übersteigt. Mit Hilfe dieses Fehlerwerts kann bereits in der Trainingsphase ein Fehler in der Bildverarbeitung detektiert werden.
3 zeigt beispielhaft eine ebene Draufsicht auf das Zugfahrzeug 10 und den Anhänger 12, welche sich beinahe an einem Kollisionspunkt CP berühren. Das Zugfahrzeug 10 und der Anhänger 12 sind über das Kupplungselement TB miteinander verbunden. Der Anhänger 12 weist im Beispiel von 3 im Heckbereich vier Hinterräder auf. Die Hinterachse 14 des Anhängers 12 stellt eine effektive Hinterachse dar. 3 zeigt ferner ein Rotationszentrum Rv des Zugfahrzeugs 10 sowie ein Rotationszentrum Rt des Anhängers 12. Da diese beiden Punkte nicht zusammenfallen, würde dies anzeigen, dass der erste kritische Winkel ϕ_CA1 nicht auftritt. Jedoch kommt es in der Situation von 3 am Kollisionspunkt CP zu einer Berührung des Zugfahrzeugs 10 mit dem Anhänger 12. Der dazu gehörige Gierwinkel wird als zweiter kritischer Winkel ϕ_CA2 oder als Kollisionswinkel ϕ_CP bezeichnet. In dem Beispiel von 3 tritt zuerst der zweite kritische Winkel ϕ_CA2 auf. Dies bedeutet, dass der zweite kritische Winkel ϕ_CA2 vor dem ersten kritischen Winkel ϕ_CA1 auftreten kann. Mit Hilfe der Auswerteeinheit, welche das Verfahren ausführen kann, können beide kritischen Winkel ermittelt werden. Je nachdem welcher dieser beiden kritischen Winkel zuerst eintritt, kann ein so genannter Kontrollverlustwinkel ϕ_HPCA bestimmt werden. Dieser Kontrollverlustwinkel ϕ_HPCA kann entweder der erste oder der zweite kritische Winkel sein.
4 zeigt beispielhaft ein mögliches Ablaufdiagramm des Verfahrens. In einem Schritt S1 wird eine ebene Draufsicht auf das Zugfahrzeug 10 und den Anhänger 12 erstellt. Dabei wird bevorzugt auf Kalibrierparameter der Erfassungseinheit 16 zurückgegriffen. Die Erfassungseinheit 16 ist sehr oft als Kamera ausgeführt. Daten betreffend die Erfassungseinheit 16 können intrinsische Parameter sowie externe Parameter sein. Zudem können weitere Kalibrierungsdaten 16' der Kamera oder der Erfassungseinheit 16 bei der Erstellung der ebenen Draufsicht berücksichtigt werden. Im Beispiel von 4 wird in einem Schritt S2 zunächst eine Trainingsphase durchlaufen. Diese Trainingsphase ist in 5 schematisch detaillierter dargestellt.
Nach dem Schritt S1 werden in einem Schritt S2.1 Bewegungsvektoren ermittelt. Dazu können Informationen des Zugfahrzeugs 10 herangezogen werden. Die Bewegungsvektoren beschreiben insbesondere eine Bewegung des Zugfahrzeugs 10 beziehungsweise eine Bewegung des Zugfahrzeugs 10 in Relation zu einem Untergrund des Zugfahrzeugs 10. Zum Ermitteln der Bewegungsvektoren können Fahrzeugdaten aus einem CAN-Netzwerk beziehungsweise Flex Ray-Netzwerk berücksichtigt werden. So kann mit Hilfe einer bekannten Fahrtrichtung und Fahrgeschwindigkeit der interessante Bereich ROI im zweiten Bild erneut und präzise festgelegt werden. In einem Schritt S2.2. wird ein Anhängerkörper aus dem ersten beziehungsweise zweiten Bild ermittelt. Dazu werden die Bewegungsvektoren näher analysiert. Insbesondere wird zu jedem Bewegungsvektor ein Betrag ermittelt. Ist der Betrag eines Bewegungsvektors B_i größer als ein vorgegebener Schwellenwert, so wird der betreffende Bewegungsvektor B_i dem Untergrund zugerechnet. Überschreitet jedoch der Betrag des Bewegungsvektors B_i den vorgegebenen Schwellenwert nicht, so wird dieser Bewegungsvektor B_i dem Anhänger zugerechnet.
Im nächsten Schritt S2.3 können ein oder mehrere charakteristische Punkte beziehungsweise charakteristische Merkmale CF bestimmt werden. Vorzugsweise werden Ecken eines Kastenaufbaus des Anhängers 12 als charakteristische Merkmale CF verwendet. Als charakteristische Merkmale CF können jedoch auch Farbmarkierungen, markante Linien oder Kanten zum Einsatz kommen. Diese charakteristischen Merkmale CF werden in einem Schritt S2.4 in einer Vorlage abgespeichert. Diese Vorlage kann als Referenzbild oder Referenzdatensatz ausgestaltet sein. In einem Schritt S2.5 kann mit Hilfe eines weiteren neuen Bildes eine räumliche Orientierung beziehungsweise Pose des Anhängers 12 ermittelt werden. Dabei können mit Hilfe von virtuellen Fixpunkten Referenzlinien festgelegt werden, mittels derer das Referenzbild in das neue Bild überführt werden kann. Dabei kann in dem Schritt S2.5 eine neue Ausrichtung und insbesondere ein neuer Gierwinkel ϕ ermittelt werden. Der Schritt S2.5 kann ebenso als Qualitätskontrolle des Verfahrens eingesetzt werden. So kann bei einer Geradeausfahrt ohne Winkeländerung überprüft werden, ob die Auswerteeinheit des Anhängers 12 eine Winkeländerung detektiert.
In einem Schritt S3 erfolgt insbesondere ein Verfolgen des Anhängers 12. Der Anhänger 12 kann dabei mittels aufeinanderfolgender Bilder verfolgt werden. Dies geschieht vorzugsweise anhand der betreffenden charakteristischen Merkmale CF. Ist eine Teillänge L des Anhängers 12 unbekannt, so kann diese Teillänge L in dem Schritt S4 bestimmt werden. Die Teillänge L bezieht sich dabei auf den Parameter L der Gleichungen 1 bis 2. Zum Ermitteln der Teillänge L wird insbesondere auf die Gleichung 1 zurückgegriffen. Dazu wird wie in 2 erläutert wurde, der Gierwinkel ϕ zunächst ermittelt. Mit Hilfe des Gierwinkels ϕ sowie den anderen bekannten Parametern von Gleichung 1 kann die Teillänge L bestimmt werden.
Der Rotationsradius R des Zugfahrzeugs 10 kann mit Hilfe von CAD-Daten des Zugfahrzeugs sowie weiteren Parametern aus einem CAN-Netzwerk ermittelt werden. Ist die Teillänge L ermittelt beziehungsweise bekannt, so kann im Schritt S5 der erste kritische Winkel ϕ_CA1 sowie der zweite kritische Winkel ϕ_CA2 ermittelt werden. Der zweite kritische Winkel ϕ_CA2 ist der maximal mögliche Gierwinkel ϕ, den der Anhänger 12 erreichen kann, bevor es zu einer Kollision mit dem Zugfahrzeug 10 kommt. Jenseits des zweiten kritischen Winkels ϕ_CA2 (Kollisionswinkel ϕ_CP) kann eine Kollision zwischen Zugfahrzeug 10 und Anhänger 12 nicht vermieden werden. Die Erfassungseinheit 16 ist vorzugsweise als eine Heckkamera des Zugfahrzeugs 10 ausgebildet. Mit Hilfe von bekannten Abmessungen des Zugfahrzeugs 10 sowie Modellparametern der Kamera können die Parameter und Abmessungen des Zugfahrzeugs 10 sowie des Anhängers 12 in ein Kamerakoordinatensystem transformiert werden. Dies bedeutet, dass mittels einer Analyse des ersten und zweiten Bildes die daraus gewonnenen Daten und Informationen in die Realität umgerechnet werden können. So kann ein auf der Bildebene berechneter Winkel in einen realen Winkel transformiert werden. So kann ein Fahrer des Zugfahrzeugs 10 rechtzeitig vor einer Kollision beziehungsweise einer schwierigen Manövriersituation gewarnt werden. Diese Warnung kann in Form eines Warntons, einer Alarmleuchte oder eines haptischen Feedbacks erfolgen.
Insgesamt zeigt diese Erfindung, wie mit Hilfe der Erfassungseinheit 16 des Zugfahrzeugs 10 der Anhänger 12 sicher und zuverlässig detektiert und verfolgt werden kann. Mit Hilfe der Blöcke B_i sowie der charakteristischen Merkmale CF kann der Anhänger 12 erkannt und in nachfolgenden Bildern verfolgt werden. Mittels einer entsprechenden Korrelation eines Bildes mit einem nachfolgenden Bild kann eine Winkelstellung des Anhängers 12 ermittelt werden. Ebenso kann eine Veränderung dieser Winkelstellung detektiert werden. So kann beispielsweise um den Block B_i mit dem charakteristischen Merkmale CF ein Bereich weiterer Blöcke für das Erkennen und Verfolgen des Anhängers berücksichtigt werden. Mit Hilfe der Bewegungsvektoren können die Blöcke B_i dem Anhänger 12 oder einem Untergrund zugeordnet werden. Die verbleibenden Blöcke des Anhängers 12 werden bevorzugt nach charakteristischen Merkmalen CF untersucht, um den Anhänger 12 in nachfolgenden Bildern erfassen und verfolgen zu können. Dies geschieht bevorzugt durch ein Erkennen des entsprechenden charakteristischen Merkmals im korrespondierenden Block B_i' . Somit ist es möglich, den Anhänger 12 auch ohne künstliche Zielmarkierungen erfassen und verfolgen zu können. Die bei der Verwendung von Zielmarkierungen auftretenden Nachteile wie zum Beispiel ein Ausbleichen der Zielmarkierung und so weiter treten dabei nicht auf. Dieses Verfahren kann in Echtzeit durchgeführt werden und benötigt nicht zwingend einen Flash-Speicher. Darüber hinaus können nicht nur der Gierwinkel ϕ, sondern ebenso der Rollwinkel ε sowie der Nickwinkel Ψ ermittelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/001065 A1 [0003]
US 2018/0068447 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Erkennen zumindest eines Teils eines Anhängers (12), der an ein Zugfahrzeug (10) angekuppelt ist, durch Ausführen folgender Verfahrensschritte: a) Gewinnen eines ersten Bildes und eines zweiten Bildes zu unterschiedlichen Zeitpunkten mittels einer Erfassungseinheit (16) des Zugfahrzeugs (10), wobei beide Bilder zumindest den Teil des Anhängers (12) zeigen, b) Einteilen beider Bilder in mehrere Blöcke, c) Zuordnen von mindestens einem Block (B_i) des ersten Bildes zu mindestens einem korrespondierenden Block (B_i') des zweiten Bildes, d) Ermitteln eines Bewegungsvektors basierend auf dem mindestens einen Block (B_i) und dem korrespondierenden Block (B_i') und, e) Zuordnen des Blocks (B_i) zu dem Anhänger (12), falls ein Betrag des Bewegungsvektors des Blocks (B_i) einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, zum Erkennen des Teils des Anhängers (12).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei für Schritt c) ein charakteristisches Merkmal (CF) des mindestens einen Blocks (B_i) des ersten Bildes ermittelt wird und mithilfe des charakteristischen Merkmals (CF) der mindestens eine Block (B_i) dem korrespondierenden Block (B_i') des zweiten Bildes zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der mindestens eine Block (B_i) des ersten Bildes mithilfe eines odometrischen Parameters des Zugfahrzeugs (10) dem korrespondierenden Block (B_i') zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste und zweite Bild in eine ebene Draufsicht auf einen Teil des Zugfahrzeugs (10) und den Teil des Anhängers (12) transformiert werden und/oder Verzerrungen der Bilder entfernt werden zum Ermitteln des Bewegungsvektors.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei zu dem mindestens einen Block (B_i) und dazu benachbarten Blöcken Bewegungsvektoren ermittelt werden und den Bewegungsvektoren mittels einer Korrelation in Bezug auf den Bewegungsvektor des mindestens einen Blocks (B_i) ein Abweichungswert zugewiesen wird und nur diejenigen Bewegungsvektoren verwendet werden, deren Betrag den Abweichungswert unterschreiten, für das Erkennen des zumindest einen Teils des Anhängers (12).
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei zum Bestimmen einer Winkelstellung des Anhängers (12) zu dem Zugfahrzeug (10) das erste Bild mit dem zweiten Bild korreliert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei mindestens eine Referenzlinie (20, 21) im ersten Bild vorgegeben wird und beim Korrelieren diese Referenzlinie (20, 21) in eine korrespondierende Linie (20', 21') des zweiten Bildes überführt wird, um einen Gierwinkel (ϕ), einen Nickwinkel (Ψ) oder einen Rollwinkel (ε) zur Beschreibung der Winkelstellung zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei für den mindestens einen Block (B_i) in dem ersten Bild das charakteristische Merkmal (CF) in einer Trainingsphase ermittelt wird und in der Trainingsphase das Zugfahrzeug (10) mit dem Anhänger (12) einen Nullgradwinkel einnimmt, um den mindestens einen Block (B_i) mit dem charakteristischen Merkmal (CF) im zweiten Bild zu verfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei in Abhängigkeit von dem Gierwinkel (ϕ) als die Winkelstellung, einem Rotationsradius (Rv) des Zugfahrzeugs (10) und einem Abstand (h) eines Kupplungselements (TB) des Zugfahrzeugs zum Koppeln des Anhängers mit dem Zugfahrzeug zu einer Hinterachse (15) des Zugfahrzeugs (10) eine Teillänge (L) des Anhängers (12) ermittelt wird, wobei die Teillänge (L) des Anhängers (12) einen Abstand von dem Kupplungselement (TB) zu einer Hinterachse (14) des Anhängers (12) beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei in Abhängigkeit von der Teillänge (L) des Anhängers (12), dem Abstand (h) des Kupplungselements (TB) des Zugfahrzeugs (10) zu der Hinterachse (15) des Zugfahrzeugs (10) und einem minimalen Rotationsradius (R_min) des Zugfahrzeugs ein erster kritischer Winkel (ϕ_CA1) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei mithilfe einer geometrischen Analyse des ersten und zweiten Bildes ein zweiter kritischer Winkel (ϕ_CA2) ermittelt wird, der beschreibt, bei welchem Winkel sich ein Anhängerkörper des Anhängers (12) und eine Karosserie des Zugfahrzeugs (10) berühren.
Anhängererfassungssystem für ein Zugfahrzeug (10) mit - einer Erfassungseinheit (16), welche an das Zugfahrzeug (10) anbringbar ist und ausgebildet ist, Bilder zu erfassen, auf dem ein Teil eines Anhängers (12) zumindest teilweise abgebildet ist und - einer Auswerteeinheit, welche ausgestaltet ist, ein Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche durchzuführen.
Zugfahrzeug (10) mit einem Anhängererfassungssystem nach Anspruch 12, wobei das Zugfahrzeug (10) eine Kamera aufweist und das charakteristische Merkmal (CF) als Ecke, Kante, Linie und/oder Farbmarkierung ausgebildet ist.
Fahrerassistenzsystem mit einem Anhängererfassungssystem nach Anspruch 12.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Prozessor eines Anhängererfassungssystems verarbeitet wird.