-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Verbindung einer Sattelplatte eines Zugfahrzeuges mit einem Königszapfen eines Anhängers eines, insbesondere autonom fahrenden, Fahrzeuggespanns, bei welchem eine an der Zugmaschine angeordnete Kamera zur Beobachtung einer Bewegung des Anhängers verwendet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
-
Bei bekannten Lastzügen, welche aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bestehen, weist der Anhänger einen Königszapfen auf, welcher in eine Sattelplatte des Zugfahrzeuges eingesetzt und mit dieser arretiert wird. Diese Verbindung kann durch nicht autorisierte Personen unbemerkt händisch gelöst werden.
-
Aus der
DE 10 2019 007 122 A1 ist eine Überwachung eines Nutzfahrzeuggespanns bekannt, bei welchem das Nutzfahrzeuggespann ein Zugfahrzeug mit einer Sattelplatte und einen Auflieger umfasst, wobei der Auflieger einen mit der Sattelplatte verriegelbaren Königszapfen aufweist. Um das Verlieren des Aufliegers von der Zugmaschine zu verhindern, misst ein Kamerasystem kontinuierlich den longitudinalen Versatz zwischen Zugmaschine und Auflieger.
-
Die
DE 10 2019 008 918 A1 offenbart eine Sattelkupplung mit einer Kupplungsplatte zur Aufnahme eines Königszapfens und eine Kamera. Die am Zugfahrzeug befestigte Kamera soll die Annäherung des Zugfahrzeuges an einen Anhänger während eines Ankoppelvorganges für den Fahrer überwachen. Die Kamera ist an einem der Einfahrhörner der Kupplungsplatte positioniert, wobei ihr Sichtkegel auf den Anhänger gerichtet ist.
-
Ein System und ein Verfahren zur Bestimmung eines Kupplungswinkels zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger bei einer Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges sind aus der
DE 10 2015 203 969 bekannt. Dabei wird ein Offset zwischen einem gemessenen und einem aktuellen Kupplungswinkel bestimmt. Mit Hilfe einer in Fahrtrichtung zum Anhänger ausgerichteten Kamera wird ein Bild von einem auf dem Anhänger platzierten Ziel aufgenommen. Durch Bildverarbeitung werden anhängerbezogene Informationen ermittelt, wie beispielsweise der Kupplungswinkel zwischen Fahrzeug und Anhänger.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung einer Verbindung einer Sattelplatte eines Zugfahrzeuges mit einem Königszapfen eines Anhängers eines, insbesondere autonom fahrenden, Fahrzeuggespanns, mit welchem automatisch beim Losfahren des Fahrzeuggespanns geprüft werden kann, ob die Halterung auf der Sattelplatte geschlossen ist.
-
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
-
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Bei dem eingangs erläuterten Verfahren zur Überwachung einer Verbindung einer Sattelplatte eines Zugfahrzeuges mit einem Königszapfens eines Anhängers eines, insbesondere autonom fahrenden Fahrzeuggespanns, bei welchem eine an der Zugmaschine angeordnete Kamera zur Beobachtung einer Bewegung des Anhängers verwendet wird, wird eine Bildsequenz der nach oben in Richtung einer Unterseite des Anhängers ausgerichteten Kamera beim Anfahren des Zugfahrzeuges hinsichtlich einer Bewegung des Anhängers bezüglich der Zugmaschine mit einem optischen Fluss analysiert und, wenn anhand der Analyse des optischen Flusses festgestellt wird, dass sich der Anhänger von dem Zugfahrzeug wegbewegt, eine geöffnete Verbindung geschlossen wird. Unter dem optischen Fluss einer Bildsequenz ist das Vektorfeld der in die Bildebene projizierten Geschwindigkeit von an der Unterseite des Anhängers sichtbaren Punkten zu verstehen, wodurch eine Bewegungsinformation erhalten wird. Mit dieser Bewegungsinformation kann sehr genau automatisch festgestellt werden, ob der Anhänger sich von Zugfahrzeug löst. Eine manuelle Prüfung der Verbindung zwischen Sattelplatte und Königszapfen entfällt. Auch eine Knickwinkelrate wird mit hoher Genauigkeit erfasst. Ein ungeplantes Abkoppeln des Anhängers wird somit verhindert.
-
Vorteilhafterweise wird beim Anfahren eine Notbremsung durch das Zugfahrzeug ausgeführt, wenn die Analyse des optischen Flusses eine longitudinale Bewegung des Anhängers ergibt. Dadurch wird verhindert, dass sich der Anhänger beim Losfahren von dem Zugfahrzeug trennt. Beschädigungen an der Ladung bzw. am Anhänger selbst werden genauso verhindert wie ein Abreißen von Leitungen zum Zugfahrzeug.
-
In einer Ausgestaltung wird mittels des optischen Flusses eine rotatorische Bewegung zwischen Zugfahrzeug und Anhänger erfasst, welche zur Auswertung eines Knickwinkels zwischen Zugfahrzeug und Anhänger genutzt wird, in dessen Abhängigkeit fahrdynamische Regelungsmaßnahmen eingestellt werden. Der Knickwinkel bezeichnet einen Winkel zwischen den Längsachsen des Zugfahrzeuges und des Anhängers, der bei Geradeausfahrt des Fahrzeuggespanns annähernd Null ist. Insbesondere bei Kurvenfahrten werden anhand des Knickwinkels automatisch Maßnahmen zur Einstellung der Geschwindigkeit des Fahrzeuggespanns abgeleitet, was insbesondere für die Verwendung in Fahrerassistenzsystemen von Bedeutung ist. Durch die Auswertung des optischen Flusses kann eine Knickwinkelrate ultragenau gemessen werden.
-
In einer Variante wird während einer Geradeausfahrt eine Nullstellung der rotatorischen Bewegung bestimmt. Damit steht für die gesamte Fahrt des Fahrzeuggespanns ein Bezugspunkt für die Knickwinkelmessung zur Verfügung.
-
In einer Ausführungsform wird die Nullstellung der rotatorischen Bewegung durch einen Vergleich mit einem Referenzbild ermittelt. Das Referenzbild kann dabei ein Zufallsmuster sein, welches an der Unterseite des Anhängers im Messbereich der Kamera befestigt wird. Dadurch werden die Messungen zum optischen Fluss, welcher eine Veränderung des Knickwinkels misst, verbessert.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung einer Verbindung einer Sattelplatte eines Zugfahrzeuges mit einem Königszapfen eines Anhängers eines, insbesondere autonom fahrenden, Fahrzeuggespanns, umfassend eine an der Zugmaschine angeordnete Kamera zur Beobachtung einer Bewegung des Anhängers. Bei einer Vorrichtung, mit welchem fahrerunabhängig beim Losfahren des Fahrzeuggespanns geprüft werden kann, ob die Halterung auf der Sattelplatte geschlossen ist, ist die Kamera neben der Sattelplatte des Zugfahrzeuges an diesem positioniert und zur Beobachtung einer Unterseite des Anhängers ausgerichtet und mit einer Steuereinheit zur Analyse der Bewegung des Anhängers mittels der von der Kamera aufgenommenen Bildsequenz mit einem optischen Fluss verbunden.
-
Es ist von Vorteil, wenn die Steuereinheit mit einer Recheneinheit des Zugfahrzeuges kommuniziert, welche ausgebildet ist, aus den mit Hilfe des optischen Flusses ermittelten Bewegungen zwischen Zugfahrzeug und Anhänger fahrdynamische Maßnahmen des Fahrzeuggespanns einzustellen. Wird ein Lösen des Anhängers von dem Zugfahrzeug detektiert, löst die Recheneinheit des Zugfahrzeuges eine Notbremsung beim Anfahren des Fahrzeuggespanns aus.
-
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Kamera und die Steuereinheit in einem Gehäuse zur Bildung eines Moduls integriert. Die Anordnung in einem Modul ermöglicht eine einfache Nachrüstung der Fahrzeuggespanne.
-
In einer weiteren Variante ist neben der Kamera eine Beleuchtungseinheit an dem Zugfahrzeug zur Ausleuchtung eines Erfassungsbereiches der Kamera auf der Unterseite des Anhängers positioniert, wobei die Beleuchtungseinheit vorzugsweise innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Durch die zusätzliche Ausleuchtung des Messbereiches der Kamera wird die Bilderkennung durch die Kamera und somit die Messung des optischen Flusses in der Bildsequenz verbessert.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Gehäuse oberhalb der Kamera und der Beleuchtungseinheit ein optisch durchlässiges Fenster ausgebildet, welches mit einer verschiebbaren Schutzeinrichtung abdeckbar ist und auf der Oberseite des Gehäuses eine Reinigungseinrichtung, vorzugsweise eine Wischeinrichtung, für das optisch durchlässige Fenster angeordnet ist. Dadurch wird gewährleistet, dass das optisch durchlässige Fenster vor Verschmutzungen während der Fahrt des Fahrzeuggespanns geschützt wird bzw. eine verschmutzte Schicht jederzeit gereinigt werden kann. Somit wird immer ein genauer und zuverlässiger Messvorgang sichergestellt.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuggespanns mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 3 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 4 Ausführungsbeispiele für den optischen Fluss,
- 5 Ausführungsbeispiel des optischen Flusses bei zwei- oder dreidimensionalen Messbereich der Kamera,
- 6 ein Ausführungsbeispiel des Messbereiches der Kamera mit einem Zufallsmuster,
- 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 8 Ausführungsbeispiele zur Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung an dem Zugfahrzeug.
-
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuggespanns mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das autonom fahrende Fahrzeuggespann 1 ist im vorliegenden Fall ein Sattelzug mit einer Zugmaschine 3 und einem Auflieger 5. Zur Kopplung von Zugmaschine 3 und Auflieger 5 ist auf einer Plattform 7 der Zugmaschine 3 eine Sattelplatte 9 positioniert, in welche ein Königszapfen 11 des Aufliegers 5 eingreift und dort arretiert wird. Auf der Plattform 7 der Zugmaschine 3 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 13 positioniert. Diese modulartige Vorrichtung 13 umfasst ein Gehäuse 15, in welchem eine Kamera 17 und eine Beleuchtungseinheit 19 angeordnet sind. Die Kamera 17 ist so positioniert, dass ihr Erfassungsbereich 21 die Unterseite 23 des Aufliegers 5 von unten erfasst. Der so an der Unterseite 23 ausgebildete Messbereich 25 (3) wird vom Lichtkegel 27 der Beleuchtungseinheit 19 ausgeleuchtet. Die Beleuchtung kann flächig angebracht werden, um einen Schattenwurf von erhabenen Strukturen, wie an der Unterseite 23 ausgebildete Querstreben 35 (5), zu vermeiden. Vorteilhafterweise kann die Beleuchtungseinheit 19 ringförmig um die Kamera 17 angeordnet werden.
-
Wie in 2 gezeigt, umfasst die Vorrichtung 13 in dem Gehäuse 15 eine Recheneinheit 29 zur Auswertung eines optischen Flusses in den von der Kamera 17 aufgenommenen Bildsequenzen. Die Recheneinheit 29 kommuniziert Daten über Kabel und/oder drahtlos mit einer Steuereinheit 31 der Zugmaschine 3, welche im Ergebnis des ausgewerteten optischen Flusses Steuermaßnahmen des Fahrzeuggespanns auslöst. Die Stromversorgung der Vorrichtung 1 erfolgt dabei über eine Leitung aus der Zugmaschine 3.
-
Eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll in Zusammenhang mit 3 erläutert werden, wo der Messbereich 25 auf der Unterseite 23 des Aufliegers 5 gezeigt ist, der von der Kamera 17 projiziert wird. Die Kamera 17 übermittelt beim Anfahren des Fahrzeuggespanns 1 die von ihr aufgenommenen Bilddaten an die Recheneinheit 29 zur Auswertung des optischen Flusses. Der optische Fluss stellt dabei eine Bewegungsinformation in Form eines Vektorfeldes dar, mit welchem translatorische als auch rotatorische Bewegungen erfasst werden können. Die Bewegungsinformationen werden von der Recheneinheit 29 an die Steuereinheit 31 der Zugmaschine übergegeben, welche Zugriff auf den Fahrzeugantrieb und das Bremssystem des Fahrzeuggespanns 1 hat.
-
Ein Beispiel für einen nach hinten rutschenden Auflieger 5 ist in 4a dargestellt, wo eine Bildsequenz zum Zeitpunkt to und eine weitere Bildsequenz der Unterseite 23 des Aufliegers 5 zum Zeitpunkt t1 dargestellt sind. Zum Zeitpunkt to steht der Auflieger 5 still, während die Vektoren 33 im Messbereich 25 eine longitudinale Bewegung des Aufliegers 5 in eine Richtung weg von der Zugmaschine 3 anzeigen. Die Steuereinheit 31 schließt daraus, dass der Auflieger 5 nach hinten wegrutscht. Dies ist ein Hinweis darauf, dass der Königszapfen 11 in der Sattelkupplung 9 nicht arretiert ist. Die Steuereinheit 31 leitet eine Notbremsung des Fahrzeuggespanns 1 während des Anfahrens ein.
-
In 4b ist der von der Kamera 17 zum Zeitpunkt t0 und t1 aufgenommene Messbereich 25 dargestellt. Die Auswertung des optischen Flusses zeigt zum Zeitpunkt t1 rotierende Vektoren 33 an. Daraus schließt das Steuergerät 31, dass der Auflieger 5 eine Rotationsbewegung um den Königszapfen 11 ausführt. Je nach Auflösung der Kamera 17 lassen sich daraus Milligrad genaue Knickwinkelmessungen herausrechnen, die von der Steuereinheit 31 des Zugfahrzeuges 3 genutzt werden, um fahrdynamische Regelungsaufgaben des Fahrzeuggespanns 1 deutlich zu verbessern.
-
Da der optische Fluss nur eine Knickwinkeländerung angibt, muss beim Start des Verfahrens eine Nullstellung des Systems ermittelt werden. Diese Nullstellung lässt sich während der Fahrt des Fahrzeuggespanns 1 ermittelt. Im Durchschnitt ist der Knickwinkel bei annähernder Geradeausfahrt des Fahrzeuggespanns 1 null. Nach Zurücklegung einer gewissen Wegstrecke mit sehr geringer Gierrate durch das Fahrzeuggespann 1, d.h. kein Rangieren oder konstante Kreisfahrt, wird die Nullstellung festgelegt. Dazu kann ein Bild für den Knickwinkel null gespeichert werden und immer wieder als Referenz zum aktuellen von der Kamera 17 aufgenommenen Messbild verwendet werden. Solange keine Nullstellung bekannt ist, wird dies der Steuereinheit 31 der Zugmaschine 3 mitgeteilt. Bei einem Wechsel des Aufliegers 5 muss die Nullstellung neu ermittelt werden.
-
Wie aus Bild 5a hervorgeht, wurde das Verfahren an einem Messbereich 25 beschrieben, welcher in einem flachen Bereich des Aufliegers 5 lag. An der Unterseite 23 des Aufliegers 5 sind aber Querrippen 35 ausgebildet, über welche der Messbereich 25 ausgedehnt werden kann, so dass die von der Kamera 17 aufgenommene Bildsequenz eine 3D-Struktur wiedergibt (5b). Dabei treten unterschiedliche Verschiebungsvektorlängen auf. Deshalb sollte die Analyse nur auf einer vorgegebenen Tiefe stattfinden. Dabei gilt die Annahme, dass es einen Bereich im Sensor Frustrum gibt, der approximativ parallel zur Bildsensorebene liegt. Eine einfache Histogrammanalyse über die Länge der Verschiebungsvektoren gibt Aufschluss darüber. Solche Histogramme zur Darstellung der Häufigkeitsverteilung der Vektoren 33 mit gleicher Vektorlänge sind ebenfalls in 5a und b visualisiert.
-
Um die Messungen durch die Kamera 17 und die Auswertung der Bildsequenzen zu verbessern, kann ein Zufallsmuster 37 in dem Messbereich 25 angebracht werden (6).
-
In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Seitenansicht (7a) und einer Draufsicht (7b) dargestellt. Diese Vorrichtung 39 umfasst auf der der Unterseite 23 des Aufliegers 5 zugewandten Seite in das Gehäuse 15 ein als Fenster dienendes Schutzglas 41, unterhalb welchem die Kamera 17 und die Beleuchtungseinheit 19 angeordnet sind. Dieses Schutzglas 41 ist durchsichtig für sichtbares Licht und schützt den optischen Pfad der Vorrichtung 39 vor Verschmutzung. Zur Reinigung des Schutzglases 41 ist eine Wischeinrichtung 43 vorgesehen. Im Stand des Fahrzeuggespanns 1 oder bei Abkopplung des Aufliegers 5 von der Zugmaschine 3 wird die Wischeinrichtung 43 deaktiviert und eine Schutzkappe 45 über das Schutzglas 41 geschoben. Der Bedarf nach einer Auslösung der Wischeinrichtung 43 wird durch Vergleich eines Differenzbildes zu früheren Referenzbildern ermittelt, wo die durch Verschmutzung hervorgerufene Flecke leicht detektiert werden können. Die Reinigungsflüssigkeit für die Wischeinrichtung 43 wird aus der Infrastruktur der Zugmaschine 3 gewonnen.
-
Ausführungsbeispiele zur Installation der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der Zugmaschine sind in 8 gezeigt. Zum Schutz der Vorrichtung 39 vor dem ein- und ausschleifenden Königszapfen 11 ist es angebracht, die Vorrichtung 39 außerhalb einer Bewegungsbahn 47 des Königszapfens 11, seitlich versetzt zu dieser, anzuordnen. Dabei verändern sich die Vektoren 33 für die rotatorischen Verschiebungen im Messbereich 25, wie in 8b dargestellt. Alternativ dazu kann die Vorrichtung 39 auch auf der Bewegungsbahn 47 des Königszapfens 11 entgegengesetzten Seite der Sattelkupplung 9 auf der Plattform 7 der Zugmaschine 3 positioniert werden (8c).
-
Die beschriebene Lösung ist nicht auf autonom fahrende Fahrzeuggespanne begrenzt. Auch für menschliche Fahrer kann das beschrieben System unterstützend als Assistenzsystem ausgelegt werden. Bei Feststellung eines sich lösenden Aufliegers kann an den Fahrer durch die Steuereinheit 31 ein Warnsignal ausgegeben werden, welcher das Losfahren dann manuell unterdrückt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeuggespann
- 3
- Zugmaschine
- 5
- Auflieger
- 7
- Plattform
- 9
- Sattelplatte
- 11
- Königszapfen
- 13
- Vorrichtung
- 15
- Gehäuse
- 17
- Kamera
- 19
- Beleuchtungseinheit
- 21
- Erfassungsbereich
- 23
- Unterseite des Aufliegers
- 25
- Messbereich
- 27
- Lichtkegel
- 29
- Recheneinheit
- 31
- Steuereinheit
- 33
- Vektor
- 35
- Querrippe
- 37
- Zufallsmuster
- 39
- Vorrichtung
- 41
- Schutzglas
- 43
- Wischeinrichtung
- 45
- Schutzkappe
- 47
- Bewegungsbahn des Königszapfens
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102019007122 A1 [0003]
- DE 102019008918 A1 [0004]
- DE 102015203969 [0005]
