DE102021208819A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem an das Zugfahrzeug beweglich gekoppelten Anhänger beschrieben, wobei zumindest eine äußere Seitenwand des Anhängers eine Vielzahl optischer Muster aufweist, das die folgenden Schritte enthält:
Bereitstellen einer optischen Abbildung der zumindest einen äußeren Seitenwand des Anhängers aus einer Perspektive vom Zugfahrzeug mittels eines Kamerasystems, das mechanisch mit dem Zugfahrzeug gekoppelt ist;
Identifizieren zumindest eines der Vielzahl der optischen Muster der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung;
Bestimmen einer Position des zumindest einen optischen Musters der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung; und
Identifikation der Position des zumindest einen optischen Musters, der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung, in einer Look-up Tabelle,
wobei die Look-up Tabelle eine Zuordnung der Position des zumindest einen optischen Musters zu einem Knickwinkel angibt; und
Ablesen des, der Position des zumindest einen optischen Musters, zugeordneten Knickwinkels in der Look-up Tabelle, um den Knickwinkel zu bestimmen.

Description

  • Stand der Technik
  • Insbesondere um einen Lkw autonom zu steuern, ist es wichtig, die Position eines an den Lkw mechanisch gekoppelten Anhängers zu kennen, insbesondere wenn der Lkw nicht in einer geraden Linie fährt. Für eine Abschätzung eines Knickwinkels zwischen einer Zugmaschine und einem Anhänger eines LKWs sind Lösungen bekannt, die unterschiedliche Nachteile aufweisen. Zum einen werden dabei fortschrittliche Bildverarbeitungsalgorithmen und damit hohe Rechenleistung benötigt oder es werden dedizierte Sensoren eingesetzt, die den Knickwinkel, basierend auf unterschiedlichen Meßprinzipien, bestimmen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Sicherheitsanforderungen zum zumindest teilweise automatisierten Fahren, und insbesondere für autonomes Fahren, erfordern in der Regel eine Anzahl unterschiedlicher Sensorsysteme, die Informationen über die Umgebung und das betreffende Fahrzeug liefern können.
  • Da hierbei vorzugsweise Videosysteme eingesetzt werden, kann es vorteilhaft sein, unter Verwendung dieser Systeme Informationen über den Anhänger zu generieren.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem an das Zugfahrzeug beweglich gekoppelten Anhänger und ein System zur Bestimmung eines Knickwinkels gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • 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.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem an das Zugfahrzeug beweglich gekoppelten Anhänger vorgeschlagen, wobei zumindest eine äußere Seitenwand des Anhängers eine Vielzahl optischer Muster aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist. In einem Schritt wird eine optische Abbildung der zumindest einen äußeren Seitenwand des Anhängers aus einer Perspektive vom Zugfahrzeug mittels eines Kamerasystems bereitgestellt, wobei das Kamerasystem mechanisch mit dem Zugfahrzeug gekoppelt ist. In einem weiteren Schritt wird zumindest eines der Vielzahl der optischen Muster der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung identifiziert. In einem weiteren Schritt wird eine Position des zumindest einen optischen Musters der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung bestimmt. In einem weiteren Schritt wird die Position des zumindest einen optischen Musters, der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung, in einer Look-up Tabelle identifiziert, wobei die Look-up Tabelle eine Zuordnung der Position des zumindest einen optischen Musters zu einem Knickwinkel angibt. In einem weiteren Schritt wird der Knickwinkel in der Look-up Tabelle abgelesen, der der Position des zumindest einen optischen Musters zugeordnet ist, um den Knickwinkel zu bestimmen.
  • Rückwärtsgerichtete Kamerasysteme, insbesondere bei Sattelzügen, erfassen typischerweise Bilder von Anhängern, die insbesondere beim Rangieren und bei engen Durchfahrten benutzt werden können. Typischerweise bilden diese Kameras, insbesondere bei einer Kurvenfahrt eine äußere Seitenwand des Anhängers ab, sodass ein Muster auf der äußeren Seitenwand des Anhängers von dem jeweiligen Kamerasystem abgebildet werden kann.
  • Das Verfahren verwendet ein solches optisch sichtbares Muster auf zumindest einer äußeren Seitenwand des Anhängers, um den Knickwinkels zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger zu bestimmen. Dieses Verfahren ermöglicht eine einfache, rechenzeitfreundliche und sehr robuste Bestimmung des Knickwinkels, wobei auch an die Kalibrierung des jeweiligen Kamerasystems keine besonders hohen Anforderungen gestellt werden muss. Dabei kann die Position eines solchen optisch sichtbaren Musters mittels einer bereitgestellten Lookup-Tabelle verglichen werden, um den Knickwinkels zu bestimmen.
  • Das Bestimmen der Position des zumindest einen optischen Musters der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung, sowie die Identifikation der Position des optischen Musters in der optischen Abbildung kann dem jeweiligen optischen Muster angepasst werden, um eine Rechengeschwindigkeit und/oder eine Genauigkeit zu erhöhen.
  • Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das optische Muster auf der äußeren Seitenwand des Anhängers ein grafisches Muster und/oder ein Farbmuster ist.
  • Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das optische Muster parallele senkrechte Streifen in einem definierten Abstand voneinander aufweist.
  • Vorteilhafterweise können die parallelen senkrechten Streifen aufgrund ihrer Farbe voneinander unterschieden werden, sodass, abhängig von einer Größe des Knickwinkels und abhängig von dem verwendeten Kamerasystem, gegebenenfalls eine unterschiedliche Anzahl von senkrechten Streifen mit dem Kamerasystem abgebildet werden.
  • Zum Auffinden einer bestimmten Linie, die ein optisches Muster darstellt, kann in dem Bereich, den die äußere Seitenwand des Anhängers in der Abbildung einnehmen kann, die Position der Linie in der Abbildung anhand ihrer Farbe erkannt werden und die Position der bestimmten Linie in der Abbildung identifiziert werden.
  • Extrem große Knickwinkel können verifiziert werden, indem das Verfahren so durchgeführt wird, dass nicht nur die dem Zugfahrzeug am nächsten liegende Linie bestimmt und ihre Position identifiziert wird, sondern auch weitere und/alle folgenden Linien unterschiedlicher Farbe. Weiterhin kann ein Abstand zwischen den Linien, bzw. optischen Mustern, bestimmt werden, um aus dem Abstand der Linien ein optisches Muster abzuleiten, dessen Größe verwendet wird, um den Knickwinkels mittels einer entsprechend angepassten Look-up-Tabelle zu bestimmen.
  • Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Position des optischen Musters in der optischen Abbildung mittels eines Histogramms bestimmt wird.
  • Mittels des Histogramms, das eine Häufigkeit von unterschiedlichen Farben charakterisiert, können auf einfache Weise Positionen komplizierter farblicher Muster bestimmt werden und die Position des entsprechenden optischen
  • Musters identifiziert werden. Das gilt auch dann, wenn insbesondere die äußere Seitenwand des Anhängers komplett mit einer Vielzahl von farbigen optischen Mustern versehen ist.
  • Dann kann ein Histogramm für ein spezifisches optisches Muster aus der optischen Abbildung erstellt werden, das die Anzahl der Pixel für jede Farbe auf dem jeweiligen Muster zählt, um das spezifische optische Muster zu charakterisieren. Mit der identifizierten Position dieses spezifischen optischen Musters in der optischen Abbildung der äußeren Seitenwand des Anhängers, kann leicht mittels einer entsprechend angepassten Look-up-Tabelle der entsprechend zugeordnete Knickwinkel bestimmt werden.
  • Mit anderen Worten kann die Anzahl der Pixel, die im Bild für eine bestimmte Farbe zu sehen sind, zur Berechnung des Knickwinkels verwendet werden.
  • Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Knickwinkel mit einer Mehrzahl von optischen Mustern bestimmt wird, indem die jeweils bestimmten Knickwinkel, aus der jeweiligen Position des jeweiligen optischen Musters der Mehrzahl der optischen Muster, gemittelt werden.
  • Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die jeweilige Position durch eine horizontale Position und eine vertikale Position des optischen Musters in der optischen Abbildung bestimmt wird.
  • Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die bereitgestellte optische Abbildung des optischen Musters mittels eines Weitwinkelkamera-Systems und/oder eine Fisheye-Kamera-Systems und/oder eines Kamera-Systems mit einem Teleobjektiv generiert wird, wobei insbesondere, durch jeweils verwendete optische Systeme der Kamerasysteme bedingte, geometrische Verzerrungen der bereitgestellten optischen Abbildung, vor der Bestimmung der Position kompensiert werden.
  • Das Kompensieren der geometrischen Verzerrung kann mittels einer Transformation der verzerrten Abbildung in eine abbildungstreue Form der Abbildung erfolgen.
  • Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass für die Identifikation der Position des optischen Musters ein Teilausschnitt der optischen Abbildung verwendet wird, in dem der Anhänger abhängig vom Knickwinkel abgebildet wird.
  • Vorteilhafterweise kann dadurch Rechenzeit eingespart werden, da der Anhänger typischerweise nicht das gesamte Bildfeld des Kamerasystems ausfüllt.
  • Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass während einer Fahrt der Zugmaschine mit gekoppeltem Anhänger auf einer Route ein routenabhängiger Knickwinkel getrackt wird, um einzelne Fehlbestimmungen des Knickwinkels zu bestimmen. Durch die zeitliche Verfolgung mittels des Trackens können einzelne Fehlmessungen leicht identifiziert werden, da die Dynamik des Gespanns aus Zugfahrzeug und Anhänger nur eine begrenzte Änderungsgeschwindigkeit des Knickwinkels zulässt.
  • Es wird ein System zur Bestimmung eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem an das Zugfahrzeug beweglich gekoppelten Anhänger vorgeschlagen, wobei zumindest eine äußere Seitenwand des Anhängers eine Vielzahl optischer Muster aufweist. Dabei enthält das System zur Bestimmung des Knickwinkels ein optisches Kamerasystem, das mechanisch mit dem Zugfahrzeug gekoppelt ist und eingerichtet ist, eine optische Abbildung zumindest einer Seitenwand des gekoppelten Anhängers, abhängig vom Knickwinkel, zu generieren. Weiterhin enthält das System zur Bestimmung des Knickwinkels eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, die mit dem optischen Kamerasystem signalmäßig gekoppelt ist. Dabei enthält die Vorrichtung zur Datenverarbeitung eine Recheneinheit und/oder einem System-On-Chip, und die Vorrichtung zur Datenverarbeitung und/oder das System-On-Chip sind eingerichtet, eines der oben beschriebenen Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem an das Zugfahrzeug beweglich gekoppelten Anhänger auszuführen, um den Knickwinkel zu bestimmen.
  • Mit einem solchen System zur Bestimmung eines Knickwinkels kann das Verfahren leicht in unterschiedliche Fahrzeuge und/oder Systeme integriert werden.
  • Die beschriebenen Verfahren können insbesondere für ein Betreiben von zumindest teilautomatisierten mobilen Plattformen insbesondere mit Anhänger 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.
  • Ausführungsbeispiele
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezug auf die 1 bis 3 dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine Skizze eines Fahrzeuggespanns mit einem Zugfahrzeug und einem Anhänger zur Definition eines Knickwinkels;
    • 2 eine Skizze einer Seitenansicht eines Fahrzeuggespanns mit einem einfachen Streifenmuster unterschiedlicher Farbe; und
    • 3 eine Skizze einer Seitenansicht eines Fahrzeuggespanns mit einem komplexen Farbmuster unterschiedlicher Farbe.
  • Die 1 skizziert schematisch ein Fahrzeuggespann 100 aus einer Draufsicht mit einem Zugfahrzeug 110 und einem Anhänger 120, insbesondere einem Auflieger 120, zur Definition eines positiven Knickwinkels 126 und eines negativen Knickwinkels 128, der jeweils zwischen einer Längsachse 123 des Fahrzeuggespanns 101 Auflieger-oder Anhängerlängsachse 122, 124 aufgespannt ist. Dabei kann das Zugfahrzeug 110 eine linke Rückfahrkamera 112 bzw. eine rechte Rückfahrkamera 114 aufweisen, die zumindest teilweise auf den Anhänger 120 gerichtet ist, und eingerichtet ist, jeweils eine äußere Seitenwand des Anhängers 120 abzubilden.
  • Die 2 skizziert schematisch ein Fahrzeuggespann 100 in einer Seitenansicht mit einem Zugfahrzeug 110 und einem Anhänger 120 entsprechend der 1. Auf der äußeren Seitenwand des Anhängers 120 sind eine Vielzahl von optischen Mustern 200 in Form von parallelen senkrechten Streifen unterschiedlicher Farbe aufgetragen, die einen definierten, insbesondere äquidistanten, Abstand voneinander haben, um mit einem System zur Bestimmung eines Knickwinkels, das ein optisches Kamerasystem enthält, welches mit dem Zugfahrzeug 110 mechanisch gekoppelt ist, aber in dieser 2 nicht erkennbar ist, und rückwärtig auf eine äußere Seitenwand des Anhängers 120 gerichtet ist, den Knickwinkel zu bestimmen. Weiterhin enthält das System zur Bestimmung des Knickwinkels eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, das eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren zur Bestimmung des Knickwinkels auszuführen, und ist mit dem optischen Kamerasystem signalmäßig gekoppelt, um einen Knickwinkel zu bestimmen.
  • Die 3 skizziert schematisch ein Fahrzeuggespann 100 in einer Seitenansicht entsprechend der 2, wobei die äußere Seitenwand des Anhängers 120 eine Vielzahl von optischen Mustern 200 in Form eines komplexeren Farbmusters aufweist, um wie oben beschrieben mit einem System, das schon zur 2 beschrieben wurde, einen Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug 110 und einem an das Zugfahrzeug beweglich gekoppelten Anhänger 120, insbesondere mittels eines Histogramms, zu bestimmen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels (126, 128) zwischen einem Zugfahrzeug (110) und einem an das Zugfahrzeug beweglich gekoppelten Anhänger (120), wobei zumindest eine äußere Seitenwand des Anhängers eine Vielzahl optischer Muster (200) aufweist, mit: Bereitstellen einer optischen Abbildung der zumindest einen äußeren Seitenwand des Anhängers (120) aus einer Perspektive vom Zugfahrzeug (110) mittels eines Kamerasystems (112, 114), das mechanisch mit dem Zugfahrzeug (110) gekoppelt ist; Identifizieren zumindest eines der Vielzahl der optischen Muster (200) der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung; Bestimmen einer Position des zumindest einen optischen Musters (200) der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung; und Identifikation der Position des zumindest einen optischen Musters (200), der äußeren Seitenwand des Anhängers in der optischen Abbildung, in einer Look-up Tabelle, wobei die Look-up Tabelle eine Zuordnung der Position des zumindest einen optischen Musters (200) zu einem Knickwinkel angibt; und Ablesen des, der Position des zumindest einen optischen Musters (200), zugeordneten Knickwinkels (126, 128) in der Look-up Tabelle, um den Knickwinkel (126, 128) zu bestimmen.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das optische Muster (200) ein grafisches Muster und/oder ein Farbmuster ist.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Muster (200) parallele senkrechte Streifen in einem definierten Abstand voneinander aufweist.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Position des optischen Musters (200) in der optischen Abbildung mittels eines Histogramms bestimmt wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Knickwinkel (126, 128) mit einer Mehrzahl von optischen Mustern (200) bestimmt wird, indem die jeweils bestimmten Knickwinkel (126, 128) aus der jeweiligen Position des jeweiligen optischen Musters (200) der Mehrzahl der optischen Muster (200) gemittelt werden.
  6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige Position durch eine horizontale Position und eine vertikale Position des optischen Musters (200) in der optischen Abbildung bestimmt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bereitgestellte optische Abbildung des optischen Musters (200) mittels eines Weitwinkelkamera-Systems und/oder eine Fisheye-Kamera-Systems und/oder eines Kamera-Systems mit einem Teleobjektiv generiert wird, wobei, insbesondere durch jeweils verwendete optische Systeme der Kamerasysteme bedingte, geometrische Verzerrungen der bereitgestellten optischen Abbildung, vor der Bestimmung der Position kompensiert werden.
  8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Identifikation der Position des optischen Musters (200) ein Teilausschnitt der optischen Abbildung verwendet wird, in dem der Anhänger (120) abhängig von Knickwinkel (126, 128) abgebildet wird.
  9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während einer Fahrt der Zugmaschine (110) mit mechanisch gekoppeltem Anhänger (120) auf einer Route ein routenabhängiger Knickwinkel (126, 128) getrackt wird, um einzelne Fehlbestimmungen des Knickwinkels (126, 128) zu bestimmen.
  10. System zur Bestimmung eines Knickwinkels (126, 128) zwischen einem Zugfahrzeug (110) und einem an das Zugfahrzeug beweglich gekoppelten Anhänger (120), wobei zumindest eine äußere Seitenwand des Anhängers (120) eine Vielzahl optischer Muster (200) aufweist, mit: einem optischen Kamerasystem (112, 114), das mechanisch mit dem Zugfahrzeug (110) gekoppelt ist und eingerichtet ist, eine optische Abbildung zumindest einer Seitenwand des mechanisch gekoppelten Anhängers (120), abhängig vom Knickwinkel (126, 128), zu generieren; eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, die mit dem optischen Kamerasystem (112, 114) signalmäßig gekoppelt ist; und eine Recheneinheit und/oder einem System-On-Chip aufweist, wobei die Vorrichtung zur Datenverarbeitung und/oder das System-On-Chip eingerichtet ist, eines der Verfahren der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, um den Knickwinkel (126, 128) zu bestimmen.
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