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Stand der Technik
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Für ein zumindest teilautomatisiertes Fahren ist für die Planung von Trajektorien (Bahnspur) von mobilen Plattformen relevant ein Bewegungsmodell zu kennen. Ein solches Bewegungsmodell von Fahrzeugen mit einem oder mehreren Anhängern oder Auflegern wie Lastkraftwagen oder Wohnwagengespannen ist von besonders hoher Relevanz. Ein solches Bewegungsmodell kann durch Schätzung des Winkels zwischen Zugmaschine und Trailer angenähert werden und auf Basis eines mathematischen Modells geschätzt werden. Bei dieser Schätzung des Winkels entstehen allerdings Unsicherheiten, die zu einem Fehler im Bewegungsmodell führen.
Für ein zumindest teilautomatisiertes Fahren ist aus sicherheitstechnischen Gründen eine redundante Auslegung eines Systems zur Bestimmung dieses Winkels notwendig.
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Gemäß dem Stand der Technik ist lediglich ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bekannt, die den Knickwinkel mittels eines Winkelsensors bestimmt, der an einem Drehpunkt, wie beispielsweise der Sattelplatte eines Anhängers bzw. eines Aufliegers, montiert ist. Dabei definiert sich ein solchen Knickwinkel beispielsweise aus dem Winkel einer Ausrichtung eines Zugfahrzeuges und einer momentanen Ausrichtung seines Anhängers.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Winkels zwischen einem ersten Gespannteil und einem zweiten Gespannteil, ein System zur Bestimmung eines Winkels , ein Verfahren, eine Verwendung und ein Computerprogramm gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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In dieser gesamten Beschreibung der Erfindung ist die Abfolge von Verfahrensschritten so dargestellt, dass das Verfahren leicht nachvollziehbar ist. Der Fachmann wird aber erkennen, dass viele der Verfahrensschritte auch in einer anderen Reihenfolge durchlaufen werden können und zu dem gleichen Ergebnis führen. In diesem Sinne kann die Reihenfolge der Verfahrensschritte entsprechend geändert werden und ist somit auch offenbart.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Winkels zwischen einem ersten Gespannteil und einem zweiten Gespannteil eines Fahrzeuggespanns vorgeschlagen , wobei das zweite Gespannteil mit dem ersten Gespannteil mechanisch und um zumindest eine Achse beweglich gekoppelt ist. Die Vorrichtung weist ein erstes Sensorsystem auf, dem zumindest ein erstes Meßobjekt des zweiten Gespannteils zugeordnet ist und es weist zumindest ein zweites Sensorsystem auf, dem zumindest ein zweites Meßobjekt am zweiten Gespannteil zugeordnet ist. Dabei ist das erste Sensorsystem und das zweite Sensorsystem an dem ersten Gespannteil so angeordnet und eingerichtet, dass bei einer Änderung des Winkels zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil zumindest ein Sensorsystem der zwei Sensorsysteme eine Abstandsänderung zwischen dem jeweiligen Sensorsystem und dem jeweiligen Meßobjekt am zweiten Gespannteil bestimmt. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Auswerteeinheit auf, die eingerichtet ist, mittels der detektieren Abstandsänderung des zumindest einen Sensorsystems den Winkel zwischen dem ersten Gespannteil und den zweiten Gespannteil zu bestimmen.
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Ein solches Meßobjekt kann entsprechend den spezifischen Anforderungen gestaltet sein. Beispielsweise kann ein solches Meßobjekt in Form einer Fläche, in Form eines einzelnen Objektes oder eines ausgedehnten Objektes realisiert sein. Insbesondere kann das Meßobjekt auch eine Fläche sein, die an dem zweiten Gespannteil angeordnet ist,
Der Winkel zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil ergibt sich aus dem Winkel, der sich zwischen einer ersten Geraden, die eine Längsrichtung des ersten Gespannteil charakterisiert, und einer zweiten Geraden ergibt, die eine Längsrichtung des zweiten Gespannteils charakterisiert.
Das erste und das zweite Sensorsystem sind an dem ersten Gespannteil und können so angeordnet und so ausgerichtet sein, dass sie immer zumindest einen der zwei Schwenkbereiche bzw. der Flanke des zweiten Gespannteils zumindest teilweise erfassen können. Insbesondere ist dies der kurveninnenliegende Schwenkbereich bzw. die kurveninnenliegende Flanke.
Aufgrund der geometrischen Gegebenheiten erfassen das erste Sensorsystem und/oder das zweite Sensorsystem eine negative Abstandsänderungen wenn der Knickwinkel vergrößert wird. Dabei ist zu beachten das abhängig von der Kurvenfahrt eines solchen Fahrzeuggespanns ein rechter oder ein linker Knickwinkel auftritt.
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Mit dieser Vorrichtung steht eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung des Knickwinkels zur Verfügung, die zum einen den am Drehpunkt des Anhängers bzw. Aufliegers installierten Winkelsensor ersetzen kann oder für sicherheitsrelevante Anwendungen als redundantes Winkelsignal zur Verfügung stehen kann. Für zumindest teilautomatisches Fahren ist bei Fahrzeuggespannen die Information über den Knickwinkel zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil für eine Auswahl geeigneter Trajektorien notwendig.
Ein solcher Knickwinkel ist insbesondere bei Abbiegevorgängen, Rangiervorgängen, Manövriervorgängen, Spurwechseln, Aus- oder Einschervorgängen sowie bei möglichen Schlinger- oder Kippgefahren relevant, um die Eigenbewegung des gesamten Fahrzeugs inkl. Anhänger(n) vorherzusagen.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das erste Sensorsystem und das zweite Sensorsystem jeweils ein bildgebendes System aufweisen, um mittels zumindest einem Bild des jeweils zugeordneten Meßobjektes die jeweilige Abstandsänderung zu bestimmen.
Beispiele für ein solches bildgebendes System sind Kamera- und Videosysteme sowie Lidar- und Radar-Systeme. Für die Auswertung solcher Bilder können Verzerrung des Bildes, die beispielsweise durch ein spezielles Linsensystem, wie eine Fisheye Linse, hervorgerufen werden, für die Auswertung der Bilder herausgerechnet werden.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinheit eingerichtet ist, mittels des zumindest einen Bildes des Meßobjektes und einer charakteristischen Länge des Meßobjektes die Abstandsänderung zu bestimmen.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die charakteristische Länge des Meßobjektes eine intrinsische Länge des zweiten Gespannteils selbst ist.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die charakteristische Länge des Meßobjektes durch einen Abstand von zwei Markern definiert wird, die von dem jeweiligen bildgebenden System detektierbar sind.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das bildgebende System ein Lidar-System und/oder ein Radar-System und/oder ein Video-System und/oder eine Kamera-System ist.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass eine der beschriebenen Vorrichtungen eine Identifikationseinheit aufweist, die eingerichtet ist, ein Identifikationsverfahren zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil durchzuführen, um die charakteristische Länge des Meßobjektes des zweiten Gespannteils zu bestimmen.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass eine der beschriebenen Vorrichtungen eine Identifikationseinheit aufweist, die eingerichtet ist, ein Identifikationsverfahren zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil durchzuführen, um einen Typ des zweiten Gespannteils zu bestimmen; und
eine Zuordnungstabelle aufweist, die einer Vielzahl von Typen von zweiten Gespannteilen jeweils eine charakteristische Länge des jeweiligen Meßobjektes zuordnet; und
die Auswerteeinheit eingerichtet ist, mittels des Typs des zweiten Gespannteils und der Zuordnungstabelle die charakteristische Länge des Meßobjektes zu bestimmen. Die Information über den Typ des zweiten Gespannteils kann von dem zweiten Gespannteil an das erste Gespannteil drahtlos übertragen werden. Wobei der Typ des zweiten Gespannteil als Barcode beispielsweise optisch übertragen werden kann oder mittels eines RFID-Tack, der die entsprechenden Daten des zweiten Gespannteil gespeichert hat, elektromagnetisch oder alternativ drahtgebunden über einen Fahrzeugbus oder ETH übertragen werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Zuordnungstabelle in Form einer Datenbank eingerichtet sein, auf die das erste Gespannteil drahtlos zugreifen kann. Insbesondere kann eine charakteristische Länge auch eine intrinsische Länge des zweiten Gespannteils sein.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das jeweilige Meßobjekt eine entsprechende Meß-Fläche des zweiten Gespannteils ist, und das erste und das zweite Sensorsystem eingerichtet sind, ein Signal in Richtung der jeweiligen Meß-Fläche auszusenden und aus einer Laufzeit des Signals die jeweilige Abstandsänderung zu bestimmen.
Die Meß-Fläche kann also auch eine intrinsische Fläche des zweiten Gespannteils sein.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Sensorsystem des ersten Sensorsystems und des zweiten Sensorsystems ein Lasersystem oder ein Ultraschallsystem oder ein Radarsystem ist.
Dabei kann das zumindest eine erste Sensorsystem und das zumindest eine zweite Sensorsystem sowohl vom gleichen Typ als auch von unterschiedlichem Typ sein.
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Es wird ein System zur Bestimmung eines Winkels zwischen einem ersten Gespannteil und einem zweiten Gespannteil eines Fahrzeuggespanns vorgeschlagen, das eine erste Vorrichtung, entsprechend den oben beschriebenen Vorrichtungen aufweist. Außerdem weist das System zumindest eine zweite Vorrichtung entsprechend den oben beschriebenen Vorrichtungen auf, wobei sich das jeweilige Sensorsystem der ersten und der zweiten Vorrichtung voneinander unterscheiden. Weiterhin weist das System eine Fusionseinheit auf, die eingerichtet ist, den zu einem ersten Zeitpunkt von der ersten Vorrichtung bestimmten ersten Winkel und den zu einem zweiten Zeitpunkt von der zweiten Vorrichtung bestimmten zweiten Winkel zu fusionieren, indem der erste Winkel und der zweite Winkel gewichtet gemittelt werden, und wobei der erste Zeitpunkt dem zweiten Zeitpunkt entspricht.
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Dieses System kann also zumindest ein Sensorsystem aufweisen, dass den Winkel direkt messen kann. D.h. dieses Sensorsystem ist in der Lage Längen für die Bestimmung eines Winkels ohne Bildauswertung zu bestimmen.
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Die Gewichte für das gewichtete Mittel können optimiert werden, indem in Testfahrten mit Referenzsystemen zur Winkelbestimmung die optimalen Wichtungen bzw. Gewichte für die jeweiligen Vorrichtungen ermittelt werden.
Dabei bestimmen die erste und die zweite Vorrichtung unabhängig voneinander den Knickwinkel. Bei einer Fusion dieser beiden Werte kann auch insbesondere eine Gewichtung der beiden Knickwinkel abhängig von äußeren Gegebenheiten der Sensorsysteme bei der Fusion gewählt werden. Bei dieser Gewichtung kann auch eine Kenntnis über eine unterschiedliche Genauigkeit der verwendeten Sensorsysteme einfließen.
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Zur Erhöhung der Systemsicherheit können die beiden getrennt messenden Sensorsysteme durch unabhängige Stromkreise versorgt werden. Es kann eine Verfügbarkeitswarnung eingerichtet werden, wenn der Unterschied zwischen den unabhängig bestimmten Knickwinkeln einen gewissen Grenzwert überschreitet.
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Bei der Fusion von Daten von Sensorsystemen können auch Werte von Sensorsystem berücksichtigt werden, welche direkt den Winkel messen. Diese Sensorsysteme sind typischerweise an der Verbindungsstelle zwischen Fahrzeug und Anhänger/Auflieger angebracht und ermitteln durch Veränderung der Relativposition den Knickwinkel.
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Durch die Fusion von zumindest zwei Vorrichtungen zur Bestimmung des Knickwinkels, kann insbesondere bei Verwendung unterschiedlicher Sensorsysteme in den unterschiedlichen Vorrichtungen, die Signalgüte und Zuverlässigkeit erhöht werden.
Darüber hinaus kann durch die Verwendung von zwei unabhängigen Vorrichtungen zur Bestimmung des Knickwinkels eine verbesserte Ausfallsicherheit gewährleistet werden, wodurch ein höheres ASIL Level ermöglicht wird und ein so aufgebautes System für sicherheitskritische Anwendungen verwendet werden kann. Die Vorrichtungen können dafür von unterschiedlichen Stromkreisen versorgt werden, um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu verringern. Somit kann ein so bestimmter Knickwinkel zur lateralen Steuerung eines Fahrzeuggespanns im Rahmen von bestehenden Steuerungs-Systemen wie Spurhalteassistenten oder im Bereich des automatisierten Fahrens verwendet werden.
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Es wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Winkels zwischen einem ersten Gespannteil und einem zweiten Gespannteil eines Fahrzeuggespanns mit einer der vorher beschriebenen Vorrichtungen vorgeschlagen, wobei das zweite Gespannteil mit dem ersten Gespannteil mechanisch um zumindest eine Achse beweglich gekoppelt ist. In einem Schritt wird ein Typ des zweiten Gespannteils bestimmt, der zumindest ein erstes Meßobjekt aufweist.
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In einem weiteren Schritt wird eine charakteristische Länge des zumindest einen Meßobjektes mittels des Typs des zweiten Gespannteils bestimmt. In einem weiteren Schritt wird ein digitales Bild des zumindest einen Meßobjektes generiert. In einem weiteren Schritt wird das zumindest eine Meßobjekt in dem digitalen Bild identifiziert. In einem weiteren Schritt wird eine Länge des zumindest ein Meßobjektes in dem digitalen Bild stimmt. In einem weiteren Schritt wird eine Abstandsänderung des Sensors-Systems zu dem zumindest einen Meßobjekt basierend auf der bestimmten Länge des Meßobjektes in dem digitalen Bild und der charakteristischen Länge des Meßobjektes bestimmt. In einem weiteren Schritt wird der Winkels zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil basierend auf der Abstandsänderung des Sensor-Systems zum Meßobjekt bestimmt.
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Es wird eine Verwendung einer der oben beschriebenen Vorrichtungen zum zumindest teilautomatisierten Fahren eines Fahrzeuggespanns vorgeschlagen, das einen ersten Gespannteil und einen zweiten Gespannteil aufweist, die mechanisch um zumindest eine Achse beweglich gekoppelt sind.
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Es wird ein Computerprogramm angegeben, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Ein solches Computerprogramm ermöglicht den Einsatz des beschriebenen Verfahrens in unterschiedlichen Systemen.
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Es wird eine Vorrichtung angegeben, die eingerichtet ist, das oben beschriebenen Verfahren durchzuführen. Mit einer solchen Vorrichtung kann das Verfahren leicht in unterschiedliche Systeme integriert werden.
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Es wird ein maschinenlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das oben beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
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Die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können insbesondere für ein Betreiben von zumindest teilautomatisierten mobilen Plattformen verwendet werden. Unter einer mobilen Plattform kann ein zumindest teilweise automatisiertes System verstanden werden, welches mobil ist, und/oder ein Fahrerassistenzsystem eines Fahrzeugs. Ein Beispiel kann ein zumindest teilweise automatisiertes Fahrzeug bzw. ein Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem sein. Das heißt, in diesem Zusammenhang beinhaltet ein zumindest teilweise automatisiertes System eine mobile Plattform in Bezug auf eine zumindest teilweise automatisierte Funktionalität, aber eine mobile Plattform beinhaltet auch Fahrzeuge und andere mobile Maschinen einschließlich Fahrerassistenzsysteme. Weitere Beispiele für mobile Plattformen können Fahrerassistenzsysteme mit mehreren Sensoren, mobile Multisensor-Roboter wie z.B. Roboterstaubsauger oder Rasenmäher, ein Multisensor-Überwachungssystem, eine Fertigungsmaschine, ein persönlicher Assistent, ein Schiff, ein Flugzeug, ein Shuttle, ein Robotaxi, Nutzfahrzeuge oder ein Zugangskontrollsystem sein. Jedes dieser Systeme kann ein vollständig oder teilweise automatisiertes System sein.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die 1 und 2 dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Schema des Datenflusses zur lateralen Steuerung eines Fahrzeuggespanns mit der Fusion von zwei Vorrichtungen zur Bestimmung eines Winkels; und
- 2 eine Schema des Datenflusses zur lateralen Steuerung eines Fahrzeuggespanns mit einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Winkels unter Berücksichtigung der Eigenbewegung des Fahrzeuggespanns.
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Die 1 skizziert einen Datenfluss 100 zur lateralen Steuerung eines Fahrzeuggespanns mit einem ersten Gespannteil und einem zweiten Gespannteil, bei dem ein Knickwinkel mit dem oben beschriebenen System zur Bestimmung eines Winkels bestimmt wird. Dabei weist dieses System eine erste 110 und eine zweite Vorrichtung 120 zur Bestimmung eines Winkels zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil eines Fahrzeuggespanns auf, wobei sich das jeweilige verwendete Sensorsystem der ersten und der zweiten Vorrichtung voneinander unterscheiden. Beispiele für solche Sensorsysteme für die Vorrichtungen 110 und 120 sind Lidar-, Radar- oder Kamerasysteme. Weiterhin weist das System eine Fusionseinheit 130 auf, die eingerichtet ist, den zu einem ersten Zeitpunkt von der ersten Vorrichtung 110 bestimmten ersten Winkel und den zu einem zweiten Zeitpunkt von der zweiten Vorrichtung 120 bestimmten zweiten Winkel zu fusionieren, indem der erste Winkel und der zweite Winkel gewichtet gemittelt werden, und wobei der erste Zeitpunkt dem zweiten Zeitpunkt entspricht.
Bei dieser Fusion 130 werden zusätzlich hier nicht skizzierte Daten der Eigenbewegung des Fahrzeuggespanns mit einbezogen, um den Knickwinkel, der in dem entsprechenden Fahrzeugsystem bestimmt wird, in Weltkoordinaten zu transformieren. Dieser Wert des Knickwinkels wird dann an die Steuerungseinheit 150 zur lateralen Steuerung des Fahrzeuggespanns weitergegeben. Zur Bestimmung der lateralen Steuerung können auch noch Daten von der dritten Vorrichtung 140 zur Bestimmung eines Winkels zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil zur Bestimmung eines Winkels herangezogen werden, bei dem das jeweilige Meßobjekt eine entsprechende Meß-Fläche des zweiten Gespannteils ist, und das entsprechende erste und zweite Sensorsystem eingerichtet sind, ein Signal in Richtung der jeweiligen Meß-Fläche auszusenden und aus einer Laufzeit des Signals die jeweilige Abstandsänderung zu bestimmen. Beispiele für Sensorsysteme für die dritte Vorrichtung 140 sind Ultraschall- oder Lasersysteme.
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Die 2 skizziert schematisch einen Datenfluss 200 zur lateralen Steuerung eines Fahrzeuggespanns mit einem ersten Gespannteil und einem zweiten Gespannteil, bei dem ein Knickwinkel mit einem der oben beschriebenen Systeme zur Bestimmung eines Winkels bestimmt wird. Dabei weist dies System eine Vorrichtung 210 zur Bestimmung eines Winkels zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil eines Fahrzeuggespanns auf. Beispiele für solche Sensorsysteme für die Vorrichtung 210 sind Lidar-, Radar- oder Kamerasysteme. Die Signalverarbeitungseinheit 220 führt den Wert des Knickwinkels von der Vorrichtung 210 mit der Eigenbewegung des Fahrzeuggespanns zusammen, die beispielsweise von einer Beschleunigungseinheit 230 generiert wird, um zusammenwirkend den Knickwinkel in Weltkoordinaten zu transformieren.
Dieser Wert des Knickwinkels wird dann an die Steuerungseinheit 250 zur lateralen Steuerung des Fahrzeuggespanns weitergegeben. Zur Bestimmung der lateralen Steuerung können auch noch Daten von einer zweiten Vorrichtung 240 zur Bestimmung eines Winkels zwischen dem ersten Gespannteil und dem zweiten Gespannteil herangezogen werden, bei dem das jeweilige Meßobjekt eine entsprechende Meß-Fläche des zweiten Gespannteils ist, und das entsprechende erste und zweite Sensorsystem eingerichtet sind, ein Signal in Richtung der jeweiligen Meß-Fläche auszusenden und aus einer Laufzeit des Signals die jeweilige Abstandsänderung zu bestimmen. Beispiele für Sensorsysteme für die zweite Vorrichtung 240 sind Ultraschall- oder Lasersysteme
