WO2008064892A1 - Verfahren zum bestimmen einer position, vorrichtung und computerprogrammprodukt - Google Patents

Verfahren zum bestimmen einer position, vorrichtung und computerprogrammprodukt Download PDF

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WO2008064892A1
WO2008064892A1 PCT/EP2007/010387 EP2007010387W WO2008064892A1 WO 2008064892 A1 WO2008064892 A1 WO 2008064892A1 EP 2007010387 W EP2007010387 W EP 2007010387W WO 2008064892 A1 WO2008064892 A1 WO 2008064892A1
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WO
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trailer
points
point
longitudinal axis
image data
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/010387
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English (en)
French (fr)
Inventor
Elisabeth Balcerak
Dieter ZÖBEL
Thorsten Weidenfeller
Original Assignee
Universität Koblenz-Landau
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Publication date
Application filed by Universität Koblenz-Landau filed Critical Universität Koblenz-Landau
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D13/00—Steering specially adapted for trailers
    • B62D13/06—Steering specially adapted for trailers for backing a normally drawn trailer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/24—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions
    • B60D1/245—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions for facilitating push back or parking of trailers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60D—VEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00—Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/58—Auxiliary devices
    • B60D1/62—Auxiliary devices involving supply lines, electric circuits, or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2520/00—Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/22—Articulation angle, e.g. between tractor and trailer
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30248—Vehicle exterior or interior

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a position of a biaxial trailer having at least one movable axle, a device for determining a position of a biaxial trailer having at least one movable axle and a computer program product.
  • G3T vehicles Today road tractors are dominated by semi-trailers with semi-trailers. In kinematics such vehicles are classified in the category of "general-2-trailer" or short G2T vehicles. Compared to G2T vehicles have trucks with biaxial trailers, in particular with at least one steering axle, kinematically referred to as G3T vehicles, some advantages. These include:
  • One aspect of the present invention relates to an apparatus for determining a position of a trailer having at least one movable axle relative to a towing vehicle, comprising the steps of:
  • the alignment of all three vehicle links is determined in real time.
  • the three vehicle links here are preferably the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle, the steering axle of the trailer and the trailer longitudinal axis of the trailer.
  • the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle is in particular an axle which is perpendicular to the wheel axles of the towing vehicle when driving straight ahead, i. for example, the front axle and the one or more rear axles of the towing vehicle.
  • the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle is arranged in particular centrally between the opposite wheels of a (each) axis. The vehicle's longitudinal axis therefore halves the front axle (s) and the rear axle (s).
  • the steering axle of the trailer is preferably an axle which is perpendicular to the at least one movably arranged or rotatably arranged wheel axle of the trailer.
  • the movably arranged wheel axle is preferably the front axle or the frontmost wheel axle of the trailer.
  • the steering axis is arranged centrally between the corresponding, opposite wheels of the movable axle of the trailer.
  • the steering axle of the trailer is thus arranged movable relative to the trailer, wherein, in the frame of reference of the earth, the steering axle of the trailer is horizontally and / or vertically movable.
  • the trailer can have more than one moving axle.
  • Each of these movable axles may have a steering axle.
  • the steering axle may for example be parallel or identical to a drawbar of the trailer.
  • the trailer longitudinal axis of the trailer is, analogous to the vehicle longitudinal axis of the tractor, perpendicular to the front axle and the rear axle of the trailer, when driving straight ahead of the trailer, ie, when the front axle of the trailer and the rear axle of the trailer are parallel. Furthermore, in this state, the trailer longitudinal axis is centered between opposite wheels, ie centered arranged between opposite front wheels and centrally between opposite rear wheels. In other words, the trailer longitudinal axis intersects the center of the front axle and the center of the rear axle of the trailer when the trailer is traveling straight ahead.
  • the trailer longitudinal axis is stationary, ie, the orientation of the trailer longitudinal axis to the front axle / or the rear axle is variable.
  • the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle and the trailer longitudinal axis of the trailer are parallel.
  • the vehicle longitudinal axis and the trailer longitudinal axis can be moved vertically against each other due to different ground clearance of towing vehicle and trailer.
  • the steering axle of the trailer is in straight ahead of the team in plan view of the team parallel to the vehicle longitudinal axis and the trailer longitudinal axis.
  • the vehicle longitudinal axis, the steering axle of the trailer and the trailer longitudinal axis in plan form a line in this case.
  • the vehicle longitudinal axis and the trailer longitudinal axis are parallel, but the steering axis of the trailer is at different heights of the axles of towing vehicle and trailer relative to the road, not parallel to the vehicle longitudinal axis and the trailer longitudinal axis. Rather, the steering axle of the trailer connects the vehicle longitudinal axis and the trailer longitudinal axis.
  • the vehicle's longitudinal axis, the steering axle and the trailer steering axle need not be the physical axes of the trailer. Rather, the aforementioned axes are geometric axes that are used to describe the kinematics. However, the aforementioned axes can also coincide at least partially with physical axes of the team.
  • the steering axle may be at least partially identical to a longitudinal axis of a drawbar of the trailer.
  • the vehicle's longitudinal axis and the trailer's longitudinal axis can also be vertical be displaceable.
  • the vehicle longitudinal axis is not limited to the plane which is formed on the basis of the wheel axles of the towing vehicle.
  • the trailer longitudinal axis is not limited to the plane formed by the wheel axles of the trailer. Rather, the vehicle longitudinal axis may be any straight line which is parallel to the plane formed from the wheel axles of the front and rear wheels of the towing vehicle and which is parallel to a plane perpendicular to the wheel axles of the towing vehicle (in straight ahead travel) and the centers of the wheel axles with respect to the distance of opposing wheels comprises. The same applies mutatis mutandis to the position of the trailer longitudinal axis of the trailer.
  • the position of the steering axle of the trailer is preferably determined by a point of the towing vehicle and a point of the trailer.
  • the point of the towing vehicle is, for example, the point of coupling or coupling of the trailer to the towing vehicle.
  • the corresponding point on the trailer is, for example, the pivot point or the pivot bearing of the front axle on the trailer.
  • the term “determining” includes in particular “calculating” a position, for example, the position of the observation element, in particular the absolute position, an angle, in particular an arrangement angle, etc. of the observation element. Additionally / alternatively, the term “determining” may also include an approximation method, a partial or complete extraction of a table, etc.
  • An “arrangement angle” in the sense of this invention is in particular an angle in three-dimensional space.
  • an array angle may also be limited to a plane in three-dimensional space, i. to be a two-dimensional size.
  • An "absolute position" of a measuring point, of an auxiliary point, etc. is preferably the position of the measuring point in a predetermined coordinate system, such as a Cartesian coordinate system, for example the image recording device at the origin or a coupling point at the origin of the coordinate system.
  • the absolute position relative to this origin is given, and the unit used is, for example, a unit in the metric system, such as meters, centimeters, and so forth.
  • the absolute position of a measuring point or an auxiliary point therefore differs from the position of the measuring point or the auxiliary point in the image data, although both positions in the coordinate system of the image recording device can be determined.
  • the image data does not have complete spatial information in three-dimensional space, since the measurement points or auxiliary points are all reproduced in the image plane.
  • the absolute position of a point is a (true) three-dimensional position specification, in which, in particular, a distance of each measuring point or auxiliary point from the coordinate origin is indicated. For example, this can be done in Cartesian coordinates and the position can be specified with respect to each of the three axes of the Cartesian coordinate system.
  • the Cartesian coordinate system can be embedded in a coordinate system of the towing vehicle and / or the trailer, wherein the vehicle longitudinal axis can be an axis of the coordinate system and, for example, the two other axes through a plane parallel to the road surface or parallel to a loading area of the towing vehicle and a plane determined perpendicular to the first plane, wherein the two planes must contain the vehicle longitudinal axis.
  • the coordinate system can also be formed with regard to the trailer.
  • the method according to the invention makes it possible to precisely determine the orientation of the three vehicle members, i. the vehicle's longitudinal axis, the towing vehicle, the trailer's steering axle and the trailer's trailer axle. This determination is preferably possible in real time.
  • Position angle ⁇ 2 of the steering axle of the trailer determined on the basis of the absolute positions of the measuring points relative to the image pickup device and
  • a position angle is preferably a variable in the three-dimensional space, which in particular contains a yaw angle, a pitch angle and a roll angle of the respective vehicle member, wherein the attitude angle of an axis in particular the orientation of the axis in three-dimensional space and a
  • Rotation angle of the axis contains (schematically, a position angle of an axis in Figure 1 is shown).
  • K 1 is the intersection of the steering axle with the trailer longitudinal axis of the trailer
  • R s D (R, - arctznl-YS)
  • m is the length of the vector SR and b, h is given dimensions of the at least one observation element.
  • the vector SR is defined by two preferably opposite measuring point.
  • the parameters b and h are dimensions of the observation element, in particular parameters of the depth and the width of the observation element.
  • the symbols ⁇ and ⁇ may have similar, in particular equal, sampling, in particular equal angles, the symbol ⁇ serving in particular to describe an angle and the symbol ⁇ preferably being an angular triple.
  • the angle ⁇ 12 may include the angles ⁇ g12 , ⁇ n i2, and ⁇ w i 2 .
  • angle ⁇ i, 2 includes, for example, only the angle ⁇ g i 2 , which is referred to as ⁇ i 2 .
  • the angle ⁇ i may include the angles ⁇ g , ⁇ n i and ⁇ w i.
  • the above conditions are exemplary conditions of a planar movement of the towing vehicle and trailer combination.
  • the team moves in a plane forward or is arranged in a plane.
  • the towing vehicle is disposed relative to the trailer in a different plane therefrom, for example, when one or more tires of the trailer are located at or above an obstacle, such as a curb, pothole, etc., and the towing vehicle is conventionally located is arranged on the roadway.
  • the roll angle of the vehicle longitudinal axis and the roll angle of the trailer longitudinal axis may differ and the yaw and pitch angle of the two axes, for example, be substantially equal.
  • the roll angle of the two axes may be the same, but the yaw and / or pitch angles differ from each other.
  • colored image data in particular RGB image data, are generated on the basis of the image recording device.
  • the colored image data is converted into black and white image data.
  • all pixels of the black-and-white image data are checked to detect the measurement points and identified on the basis of a minimum number and a maximum number of adjacent white image data at least three auxiliary points.
  • auxiliary points are identified.
  • all pixels of the black-and-white image data are checked to detect the measurement points and identified on the basis of a minimum number and a maximum number of adjacent black image data at least three auxiliary points.
  • the minimum number and maximum number of adjacent pixels depends on a nominal number N of pixels per measurement point.
  • the measuring point may in this case correspond to an image of a display device, in particular an infrared diode.
  • the nominal number N of pixels can be determined in an initial step, for example a calibration step, in particular the calibration step described below or in the calibration position, for example from an image automatically and / or manually counted and / or estimated or calculated on the basis of the given geometry and / or the diode properties or arrangement and / or the properties of the image generation device such as, for example, their resolution or their arrangement.
  • the center of gravity is preferably calculated in each case for the auxiliary points detected on the basis of the adjacent white and / or adjacent black pixels, and the following applies to the position of the respective center of gravity:
  • adjacent centers of gravity are preferably detected and the neighboring centers of gravity identified as lying on a track, when the sum of the distances of the individual centers of gravity is equal to the greatest distance between two of the centers of gravity.
  • the detected auxiliary points in particular the centers of gravity of the detected auxiliary points are processed one after the other.
  • This check is accomplished by comparing the distance, preferably from the first to the third center of gravity, with the distance from the first to the second to the third center of gravity. If both distances, ie the distance between the first and the third center of gravity and the sum of the distances between the first and the second center of gravity and the second and the third center of gravity are the same, the three centers of gravity must inevitably lie on a straight line. Otherwise, an error is output and / or the priorities are discarded, in particular, the priorities are redefined in this case. Alternatively, an error can be output and then the centers of gravity can be assigned in another way to possibly form a leg.
  • the ratios of the lengths between the individual points correspond to the given geometric relationships from the (actually given) geometry data, in particular the geometric data of the at least one observation element.
  • the actual geometric relationships of the auxiliary points can be predefined, for example, due to the construction and compared with the detected geometric relationships of the auxiliary points.
  • At least one leg is identified when four adjacent centroids lie on a common path.
  • a leg is identified when the maximum distance between two centers of gravity on one of the distances is greater than a predetermined minimum length.
  • a ramp is identified when
  • the two legs have a common point and the common point is the end point of both thighs.
  • the validity of the ramp may be further preferably checked by determining the length of the legs forming the ramp. The farther a leg is turned away from the image pickup device, the smaller it appears in the image data. Conversely, a thigh facing the image pickup device appears larger than it actually is. It follows that preferably at least one of the two legs must not fall below a certain minimum length. However, if both legs of a detected ramp are smaller than the predetermined minimum length, the ramp is discarded again. The above method is then preferably repeated, that is, a ramp is repeatedly identified until the identified ramp is accepted.
  • the at least three measuring points R, S, V are determined based on the position of the ramp, wherein one of the measuring points is assigned to a center of the ramp and the other two measuring points are assigned to outer ends of the ramp.
  • the measuring point R is preferably assigned to the auxiliary point arranged in the image data at the left end of the ramp.
  • the auxiliary point arranged in the middle of the ramp is preferably the measuring point S assigned and arranged at the right end of the ramp auxiliary points preferably the measuring point V assigned.
  • auxiliary points can be determined and based on the auxiliary points 3, 4, 5, 10, etc. measuring points are determined.
  • the plurality of auxiliary points can be specified by arranging a corresponding number of light-emitting diodes (see below).
  • two or more ramps can be identified, wherein, for example, the individual ramps can be arranged at a predetermined angle to one another or must be so arranged for construction reasons.
  • a first ramp may be perpendicular to a second ramp. This is particularly advantageous if the arrangement angles are determined in three-dimensional space.
  • the legs of the ramp are determined, in particular calculated, with the aid of the aforementioned steps, preferably on the basis of the detected center of gravity, wherein a limb has the following properties:
  • a leg consists of at least four centers of gravity or auxiliary points
  • the legs forming a ramp have exactly one center of gravity or auxiliary point;
  • the ramp consists of exactly two such legs
  • none of the two legs that form the ramp may be below a minimum length.
  • the at least one ramp is detected in an initial step and detected after detection of the ramp, a change in the position of the at least one auxiliary point, in particular at least one of the measuring points and again determines the position of the ramp based on this detection.
  • the change in the position of the at least one auxiliary point, in particular at least one of the measuring points is detected by checking (adjacent) pixels in an environment of the at least one auxiliary point, in particular at least one of the measuring points, and the position of the center of gravity of the at least one auxiliary point, in particular at least one measuring point is identified.
  • the initially detected coordinates of at least the points R, S, V are used and searched again in a certain radius around them for emphases. If all three measuring points are found again in this way, the coordinates of these points are returned as R, S, V. It can also be assumed that all auxiliary points, not only of the preferably three measuring points R, S, V and a change in the position of the auxiliary points are detected. Based on the changed position of the auxiliary points, the positions of the measuring points can then be redetermined.
  • the auxiliary points are preferably identical to the focal points.
  • the measurement points R, S, V are determined by identifying auxiliary points in the image data by detecting centroids, identifying legs therefrom, identifying one or more ramps therefrom, and finally, the measurement points R, S, V are identified.
  • each auxiliary point in a Calibration position of the image pickup device relative to the observation element determines the position of each auxiliary point in pixels of the image data, wherein the actual position of each auxiliary point is determined by an arrangement of a corresponding infrared diode on the observation element and the position of each infrared diode with respect to the image pickup device in the calibration position is predetermined ,
  • an image data record can be generated in a calibration position, for example in a position for straight-ahead driving of the combination, on the basis of the image recording device.
  • the auxiliary points are, for example, in particular manually predeterminable or predefined for construction reasons, the actual position of each auxiliary point relative to the image recording device is known in the calibration position.
  • the position of each measuring point for the aforementioned reason / reasons is known.
  • the position of the auxiliary points to each other or the position of the measuring points to each other is known.
  • the distances of the auxiliary points to each other can be measured.
  • the distance between two auxiliary points in pixels or all auxiliary points to each other in pixels can be determined on the basis of the image data.
  • a position indication in pixels can be converted into an actual position specification, for example in meters, centimeters, etc., and vice versa.
  • auxiliary points correspond to positions of infrared diodes.
  • the auxiliary points can be determined in any other possible way.
  • the auxiliary points can be determined by attaching colored or black-and-white or patterned stickers, etc.
  • such a sticker may be a conventionally known saddle point with opposite black and white
  • the position of each measuring point relative to the Help points are determined in the image data and can be determined by calibrating the image data, a position of each measuring point relative to the image pickup device.
  • the distance of measuring points from one another or from measuring points to auxiliary points in pixels can be determined and, based on the calibrated or already predetermined distances of pixels, this distance can be converted into actual distances, for example in meters, centimeters, etc.
  • Particularly preferred is based on the arrangement angle ⁇ i, 2 between the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle and the steering axis of the trailer and based on the arrangement angle ⁇ 2 , 3 between the steering axis and the trailer longitudinal axis of the trailer, a trajectory of the team consisting of towing vehicle and trailer in particular determined automatically.
  • the trajectory can be displayed during a reversing a driver, so that the driver detects the reverse, especially the position of the trailer in a reverse drive and can react accordingly.
  • an automatic reversing of the team can be made possible, with a driver, for example, only controls the speed.
  • Another aspect of the present invention relates to an apparatus for determining a position of a trailer having at least one movable axle relative to a towing vehicle
  • an image recording device which is designed to generate image data of the at least one observation element
  • a detection device which is designed to detect at least three predetermined measurement points in the image data
  • the observation element comprises a plurality of display devices.
  • such Representation means a diode, in particular an infrared diode, a laser diode or a conventional semiconductor diode which emits yellow and / or green and / or red and / or blue and / or white light, be.
  • the display devices are preferably infrared diodes, in particular 3, 7, 10, etc., infrared diodes.
  • the presentation means may also be a sticker, a color dot, a color area, a conventional incandescent lamp, an acoustic signal transmitter, an RFID transmitter, etc.
  • the image pickup device comprises a conventional digital camera and / or a conventional analog camera.
  • Another aspect of the present invention relates to a computer program product, particularly stored or signalized on a computer readable medium, which, when loaded into the memory of a computer and executed by a computer, causes the computer to perform a method according to the invention.
  • Figure 1 a schematic representation of an axis in three-dimensional space
  • Figure 2 a schematic arrangement of objects and axes
  • Figure 3 is a schematic view of a team
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an observation element
  • FIG. 5a shows a schematic view of an exemplary arrangement
  • FIG. 5b shows a schematic illustration of an exemplary arrangement
  • FIG. 6 is a schematic detail view according to FIG. 3;
  • FIG. 7 shows a schematic view of an exemplary geometry of a trailer
  • FIG. 8 shows a schematic view of an exemplary receptacle on the basis of FIG
  • FIG. 9 is a schematic view of a special receptacle
  • FIG. 10 a schematic view of partial elements
  • Figure 11a is a flow chart
  • Figure 11b is a flow chart
  • FIG. 12 is a schematic view of a geometry
  • Table 1 an overview of model values
  • Table 3 a visual representation of actual measured values
  • Table 4 a visual representation of actual measured values
  • G3T vehicle a team of towing vehicle and trailer with at least one movable axle
  • Static data The static specification can be a length L 1 , i ⁇ ⁇ !, ..., 3 ⁇ of each vehicle link.
  • Dynamic data The yaw, pitch and roll angles of each vehicle link can be used as dynamic data.
  • the yaw, pitch and roll angles are usually represented as follows: / e ⁇ l, ..., 3 ⁇ ,
  • ⁇ xg (G,) denotes the yaw angle
  • ⁇ X n (G t ) denotes the pitch angle
  • ⁇ X w (G t ) denotes the roll angle.
  • the angle O x (G 1 ) or the angle triple here is a preferred attitude angle.
  • Optical measuring systems as described below by way of example as a preferred embodiment (s) of one or more constituents or as a preferred embodiment (s) of the device according to the invention, include, for example, a device C for optical
  • Line O 1 may represent an exemplary representation of a vehicle longitudinal axis (shown in FIG. 3) of the towing vehicle (shown in Figure 3).
  • Line ⁇ 3 may be an exemplary representation of a trailer longitudinal axis (shown in FIG. 3).
  • the line O 1 may also be an exemplary representation of the trailer longitudinal axis.
  • the line ⁇ 3 may be an exemplary representation of the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle.
  • Line ⁇ 2 may be an exemplary representation of a steering axle of the trailer (shown in FIG. 3).
  • Vehicle links are preferably defined as preferred arrangement angles as follows:
  • ⁇ ,, 1 + 1 ⁇ , - ⁇ , +1 i ⁇ ⁇ !, ..., 2 ⁇
  • m excellent points, in particular auxiliary points, are sought on the observation object.
  • (O 1 , ..., O n ) points are found and identified as preferred measurement points, where n ⁇ m.
  • the measuring points are a subset of the auxiliary points.
  • the points (0 ,, ..., O n ) can be converted into angles, among which the
  • the lens plane is preferably a plane which in the position of use of the camera is parallel to a plane which is spanned by two axes of the towing vehicle.
  • the vehicle longitudinal axis, the steering axis and the trailer longitudinal axis are preferably arranged in a plane.
  • the lens plane is preferably parallel to this plane.
  • the output of recognition of the subject of observation is a tuple (C 1 , ..., C n ) of pairs of angles defining a family of n straight lines passing through both the center of the lens and each point O 1 , every ⁇ l, ..., n ⁇ go.
  • the points O 1 may represent one or more light-emitting diodes.
  • Second process step calculation of the angles Q 1 2 and ⁇ 23
  • the position of the object of observation ie the position of the totality of the points (O 1 ,..., O n ) relative to the lens plane and the center of the lens, is given by the Cartesian coordinates
  • the position of the points (O 1 ,..., O n ) in relation to the camera C can be determined from the angle pairs (C 1 ,..., C n ):
  • the two angles ⁇ 1 2 and ⁇ 23 of the two-axle trailer can be determined by means of a calculation rule / 2 (see below):
  • the two-axle trailer preferably moves only planar.
  • the pitch ( ⁇ n 2 2 , ⁇ n ⁇ ) and roll angle ( w w U , ⁇ w 23 ) are preferably neglected.
  • the pitch ( ⁇ nn , ⁇ n 23 ) and roll angle ( ⁇ w l2 , ⁇ w 23 ) can be calculated analogously to the yaw angles ⁇ g i2 , ⁇ g 2i ).
  • the yaw angles ( ⁇ g l2 , ⁇ g 23 ) will hereinafter be referred to as ⁇ 12 , ⁇ 23 .
  • FIG. 3 shows a vehicle 10 with a vehicle 12 and a trailer 14.
  • the basis of the optical surveying system according to the preferred embodiment of FIG. 3 is a camera 16, which is preferably mounted on the rear of the tractor 12.
  • An observation object 18 is arranged on the trailer 14.
  • the subject matter 18 may be mounted in front of or behind a towing device 20, in this example the towing device 20 is identical to a steering axle 20 of the trailer 14.
  • the camera 16 is preferably mounted on the longitudinal axis 22 and in the center of the towing vehicle 12.
  • the camera 16 may also be arranged on the trailer 14 and the observation object 18 on the towing vehicle 12.
  • the camera 16 is preferably equipped with a filter for infrared light, which filters out the incoming light up to the infrared component. This ensures that less stray light is incident on the camera 16 and the system still works well even in bad weather conditions.
  • the camera 16 may also be an optical element which detects electromagnetic radiation of a predetermined wavelength, e.g. UV radiation, etc.
  • the optical element may also be a sensor or detector of laser radiation, in particular a laser scanner.
  • the laser light may have any predetermined wavelength, e.g. red, blue, green light, etc.
  • the laser may be, in particular, an infrared laser, a UV laser, etc.
  • the laser is a conventional diode laser.
  • the counterpart to the camera 16, the observation object 18 or the Observation element 18, is preferably a pyramid-like ramp 18, which is preferably located on a front side of the trailer 14 substantially at the height of the camera 16.
  • infrared diodes 24 are arranged as preferred auxiliary points, which can be recognized at least partially on the basis of the image data of the camera 16. More or fewer infrared diodes 24 can be used. For example, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, etc. infrared diodes 24 can be used. Preferably, the infrared diodes 24 are arranged at substantially the same distance and symmetrically to one another.
  • auxiliary points are predefined, e.g. by arrangement of laser diodes and / or acoustic signal generators, in particular in the ultrasonic range, one or more colored stickers, colored surfaces, etc.
  • the yaw angles of these, preferably seven infrared diodes 24, particularly preferably only the two outer auxiliary points (R, V) and the tip (S) are required as preferred measuring points.
  • the angle at which the camera 16 sees the point S is calculated and passed on to the algorithm.
  • the measuring points R, S, V are shown in Figure 3 by the reference numeral 26.
  • a rear axle 28 of the trailer 14 is shown in Figure 3, are arranged on the other LEDs 28.
  • the light-emitting diodes 28 can be imaged, for example, by means of a camera 32.
  • the rear axle 28 may be, for example, a steerable axle and based on the LEDs 30, analogous to the light emitting diodes 24, the orientation of the rear axle 28 relative to other axes, such as a trailer longitudinal axis 34, the steering axle 20 and the vehicle longitudinal axis 22 are determined.
  • a ramp (not shown) similar or identical to ramp 18 may be arranged on the rear axle 28.
  • a preferred ramp 18 is shown by way of example as a preferred observation element 18.
  • Ramp 18 has a plurality of diodes 24 as preferred auxiliary points. Three of the diodes 24 are used as preferred measurement points to determine the aforementioned angles. Instead of the ramp 18, the diodes 24 etc. can be arranged directly on the trailer 14 and the towing vehicle 12, respectively. For example, seven infrared diodes 24 may be disposed on the trailer 14. The infrared diodes 24 thus together form an observation element 18 and in each case an auxiliary point. If, for example, only three infrared diodes 24 are arranged, the three infrared diodes 24 together represent an observation element 18 and in each case an auxiliary point and also a measuring point. However, the three diodes 24 can also each represent an observation element 18.
  • Wood panels were attached. On the back, a 80 cm x 80 cm black wooden panel was placed vertically, which is to simulate the measuring area at the front of the trailer. This is the plate
  • infrared diodes 24 there are preferably seven infrared diodes 24 on this ramp 18, which are mounted at a lateral distance of 10 cm and 7 cm apart in height. This results in that the diodes 24th
  • FIG. 6 is a detailed view of a section of FIG. 3. Identical components of Figure 3 and Figure 6 are therefore provided with identical reference numerals.
  • FIG. 6 shows geometric relations of the observation device 18, for example in relation to the towing vehicle 12, in particular the vehicle longitudinal axis 22 of the towing vehicle 12 and / or the trailer 14, in particular the steering axle 20 and / or the trailer longitudinal axis 34.
  • the ramp 18 in particular has a three-dimensional shape
  • FIG. 6 shows the projection of the ramp 18 into the aforementioned plane.
  • the ramp 18 thus has a depth h and a width 2b.
  • the depth h is preferably defined by the distance of the foremost diode 24, ie the diode 24 closest to the towing vehicle 12 and the rearmost diode 24. In the example shown, the depth h equals the distance of the points S and P.
  • the width 2b is equal to the distance of the two outermost diodes 24. In this example, the width 2b is equal to the distance of the points V and R from each other.
  • FIG. 6 also shows the coupling points 40, 42, which preferably determine the position of the steering axle 20. Furthermore, the arrangement angles ⁇ i, 2 and ⁇ 2 , 3 are shown, which are determined by the position of the vehicle longitudinal axis 22, the steering axis 20 and the trailer longitudinal axis 34.
  • the combination can be identified with its orthogonal projection onto this plane.
  • the points R, S, V, K ⁇ , K 2 are consequently points in the (predefined) plane or projections of the points into this plane.
  • the level can be:
  • the term "movement” does not mean a movement in the sense of forward and / or reverse travel, but the change of the position of the trailer in relation to the vehicle.
  • the point K x is preferably defined as the reference point 40 of the movement and receives the coordinates in the coordinate system O, y) chosen by itself
  • the point ⁇ 1 is therefore a fixed point in the example selected
  • Coordinate system The connecting straight line from K 1 to the camera 16 defines the x-axis.
  • the camera 16 also has fixed coordinates in the exemplary coordinate system. It is also possible that the camera 16 defines the origin of the coordinate system.
  • the angles are determined under which the camera 16 sees the dots, that is, under which the dots are imaged in the image data. These are called recording angles below and by C R , C S , C V denotes.
  • the recording angles are preferably angles in spherical coordinates or in polar coordinates in the coordinate system of the camera 16 or the reference point K 1 .
  • the two yaw angles ⁇ 9 12 , ⁇ 9 23 are determined.
  • the yaw angles ⁇ u , ⁇ 23 serve to determine the relative position of the
  • Towing vehicle 12 and the trailer 14 represent.
  • the acceptance angles C R , C C , C V correspond exactly to only one position of R, S, V, ie the triangle (S, V, R) can only be placed in a single way between the rays, so that the corners on the Rays are appropriate, which is proved in the following.
  • the calculation rule f x is formulated in the first step and in the second step
  • Calculation rule / 2 formulated.
  • the following description of the first step is a definition of the calculation rule Z 1 and the following description of the second step is a definition of the calculation rule f 2 .
  • First step The coordinates of R, S, V are determined from C R , C S , C V.
  • R, S, V are on rays emanating from C and through the
  • the corresponding angles in FIG. 8 are determined by the recording angles:
  • V 0 D -R 0 (15)
  • the triangle (VCS) and the triangle (SCR) have the angle C 1 and C 2 at point C, respectively.
  • both triangles have a side of equal length m and a common unknown side of length CS.
  • m a side of equal length
  • CS a common unknown side of length
  • V D (R -2 -p, S) (28)
  • V D (R s , -S 2 , S) (29)
  • the ramp is preferably made of wood, this case can not occur in the embodiment described above.
  • the top of the ramp S would obscure the point R and this is no longer perceptible to the camera (as shown by way of example in Figure 10).
  • the above embodiment is limited by the geometry of the ramp to a certain angle.
  • the ramp can at least partially consist of a partially transparent or completely transparent material. This may preferably be limited to the light of the wavelength of the diodes.
  • the ramp may be made of a material that is at least partially transparent to infrared light.
  • the desired size CS could be determined either from the formula for R 0 or from the formula for V 0 , in particular be calculated. In order for this to be possible in this case as well, the following must apply:
  • the counter is negative, i.
  • the desired size CS can be calculated with the help of R 0 .
  • the subsequent calculation of the points R, S, V is analogous to Case 1.
  • the point K 2 is calculated by the vector SR, which has the length m, around the fixed angle
  • ⁇ 23 is calculated as the angle between the vectors (K 2 K 1 ) and (K 2 P).
  • the points R, S, V and the angles C S , C R , C V can be calculated from the angles ⁇ l2 , ⁇ 23 .
  • the point P, with coordinates (x, y) is as rotation of P 02 by the angle ⁇ 9 23 um
  • R 012 D ((K ⁇ K 2 -PK 2 , b), ⁇ n , ⁇ , Q )) (72)
  • V 011 Di (K 1 K 2 - PK 2 ⁇ b) A 2 MO)) (74)
  • V D (V ⁇ i , ⁇ 23 , K 2 ) (75)
  • FIG. 11a shows a flow chart for an overview of the process steps that are taking place.
  • image data is generated by an image pickup device 16 (shown in the previous figure 6), which is also referred to as "fetch image.”
  • the measurement points necessary for further determination of the arrangement angles are detected on the basis of the image data
  • Measurement points in the image data that is to say based on the actual position of the measurement points in pixels in the image data, are calculated in step S3 the actual positions of the measurement points, ie for example the infrared diodes 24, in particular in the frame of reference of the camera
  • acquisition angles are preferably as cylindrical coordinates or spherical coordinates, in particular polar spherical coordinates.
  • step S4 the arrangement angle of the vehicle longitudinal axis relative to the steering axis and the arrangement angle of the steering axis to the trailer longitudinal axis are determined, in particular calculated, on the basis of the acceptance angles.
  • These angles can be output by means of a display, a computer interface, a radio transmission, etc., for example.
  • These angles can also be used to determine a trajectory of the team.
  • a change in the trajectory can be determined and in particular displayed.
  • the arrangement angle or change thereof can also be used to automatically control the reversing of a trailer.
  • the image data is generated on the basis of the image recording device.
  • These image data are preferably color image data, in particular RGB image data.
  • the preferred embodiment of the present invention described below is implemented as a computer program product under Linux, for example SuSe Linux 10 in the C ++ language, for example with the GCC 4.0 compiler.
  • This is preferably realized with the help of the QT library, in particular with QT 3.3.
  • the Linux standard library Video4Linux (as v4l referred to) are used.
  • This driver preferably reads the images in step S1, as shown in FIG. 11a, from a frame grabber card as an exemplary component of the image recording device, to which the camera is connected as an exemplary, further component of the image recording device.
  • the synchronization of the software with the camera is preferably also done via this driver, which finally gives a complete RGB image from the camera.
  • step S2 shows infrared diodes as exemplary auxiliary points or measuring points, it is not necessary to work with RGB images all the time. Therefore, in a first step of this step S2 (shown in FIG. 11a), in particular in step S20, a gray scale image is obtained from the RGB image
  • the black and white image is then calculated by deciding for each pixel i:
  • This value is preferably set or chosen so high that advantageously as many noise pixels disappear. On the other hand, this value must also be so low that the points of the ramp, i. the auxiliary points or the measuring points are still clearly recognizable.
  • a recursive white point search function is applied to the black and white image.
  • the picture becomes preferably gone through pixel by pixel and checked whether the current pixel
  • the contiguous white pixels are preferably counted. Since the infrared diodes to be detected reach a maximum and a minimum size, two parameters enter into the function here. With the aid of this it is then decided whether the detected area is an infrared diode, i. an auxiliary point or a measuring point is or is not:
  • Each diode is assigned a nominal number of N pixels, which nominal number of pixels may depend on the following constraints:
  • the value N is determined in advance or determined. This can be done by means of a
  • Calibration routine or method done For example, before the first use of the method according to the invention or the device according to the invention, when the diodes and the camera are in the operating position, an image in which the position of the diodes is known can be evaluated. Thus, based on this image, the nominal number N of pixels per diode can be determined. Alternatively or additionally, the nominal number N of pixels per diode can also be determined, in particular calculated, on the basis of geometrical and optical considerations. In this case, N represents a theoretical value.
  • the value of min is at least about 2, at least about 9, at least about 16, at least about 36, further preferably at least between at least about 16 and at least about 36 pixels, more preferably at least about 4 pixels.
  • the value of max is at least about 36, at least about 49, more preferably between about 30 and about 50 pixels, most preferably at most about 250 pixels.
  • the value of N is between about 25 and about 100, more preferably between about 30 and about 50 pixels, more preferably between about 36 and about 49 pixels. Further preferably, the value of N is at most about 250 pixels, more preferably less than about 150 pixels.
  • an algorithm calculates for an amount of pixels, i. searched for contiguous pixels of size "size", where (about) applies,
  • the method may further preferably comprise an initial step in which the nominal number N pixels per diode is determined.
  • the nominal number N can in this case be measured in a calibration step or calibration step and / or by means of geometric and / or optical considerations on the basis of
  • the calibration step may be identical or part of the above-described calibration step.
  • step S22 it is selected whether a so-called “large process” or a so-called “small process” is to be performed.
  • the .large method includes in particular the steps S23, S24, S25.
  • the small method includes steps S26, S27, S25.
  • a leg preferably has the following properties:
  • the ramp consists of exactly two such legs
  • one of the two legs, which should form the ramp, must not fall below a minimum length.
  • the leg recognition preferably proceeds as follows.
  • the found priorities are processed one after the other. For each point the nearest point is searched. In turn, these points are searched for nearest points. It is then checked whether the points lie on a straight line.
  • this ramp is checked by measuring the length of the legs. In particular, it is checked in step S24 whether the detected leg is actually a leg. To do this, check the length of the thigh. The further a leg is turned away from the camera as a preferred image pickup device, the smaller appears on the camera image than preferred image data. Conversely, the thigh turned towards the camera appears larger than it actually is. It follows that at least one of the two legs must not fall below a certain minimum length.
  • both legs of a detected ramp are less than the minimum length, the detected ramp is discarded and searched for another, i. the method described above at least partially performed again.
  • the aforementioned method can be carried out repeatedly or partially completely until one or more ramps are detected or determined.
  • Step S25 the coordinates of the right (V), left (R) and middle (S) infrared diodes viewed from the camera are preferably returned in Cartesian coordinates, cylindrical coordinates or spherical coordinates (step S25). Subsequently, the steps S3 and S4 can be performed. Steps S20 to S25 are preferably substeps of step S2.
  • the preferred embodiment of the method according to the invention described below i. the "small process” makes use of the fact that in reality the movement of the trailer from picture to picture, due to the high frequency of the camera, is only very small, so the small method is carried out in step S22, if before the large method has already been carried out and / or measuring points, in particular the three measuring points R, S, V.
  • step S27 the coordinates of the points R, S and V recognized by the large method are used and re-centered within a certain radius around them If all the measuring points, ie according to this embodiment, the three points R, S, V are found again in this way (step S27), then the coordinates of these (new) points are determined as the coordinates for R, S, V is returned (step S25). If it is determined in step S27 that one or more of the points are not found, the large method is preferably performed, i.e. a the shift was too big to be able to say clearly that these are the old points. Consequently, after step S27, i. the failed detection of all points, step S23 is executed.
  • the pixels For the conversion of the found R, S, V points into the relative angles from the point of view of the camera, the pixels must preferably first be converted at intervals to the perpendicular of the camera. This is done according to a preferred embodiment with the aid of a table which, for example, previously, in an initial step, in which the preferred device is adapted to the team, is created.
  • the pixel values are then interpolated and converted, for example, into centimeters. This is shown by way of example in FIG. After the pixel value has been converted to the corresponding distance to the solder, the angle of the point can be calculated using the tan function of the recording:

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Position eines zweiachsigen Anhängers (14) mit zumindest einer beweglichen Radachse, relativ zu einem Zugfahrzeug (12) mit den Schritten: Erzeugen von Bilddaten mit zumindest einem zugeordneten Meßpunkt (R, S, V), Detektion zumindest dreier vorgegebener Meßpunkte (R, S, V) in den Bilddaten, Bestimmen der Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung (16,32), in Bezugskoordinaten eines vorgegebenen Koordinatensystems, Bestimmen einer absoluten Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32), daraus Bestimmen eines Anordnungswinkels Θ1,2 zwischen einer Fahrzeuglängsachse (22) des Zugfahrzeugs (12) und einer Lenkachse (20) des Anhängers (14) und eines Anordnungswinkels Θ2,3 zwischen der Lenkachse (20) und einer Anhängerlängsachse (34) des Anhängers (14).

Description

Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines zweiachsigen Anhängers mit zumindest einer beweglichen Radachse, eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines zweiachsigen Anhängers mit zumindest einer beweglichen Radachse und ein Computerprogrammprodukt.
Im Straßentransport dominieren heute Sattelschlepper mit Sattelaufliegem. In der Kinematik werden solche Fahrzeuge in die Kategorie der "general-2-trailer" oder kurz G2T-Fahrzeuge eingestuft. Gegenüber G2T-Fahrzeugen haben Lastkraftwagen mit zweiachsigen Anhängern, insbesondere mit zumindest einer Lenkachse, kinematisch als G3T-Fahrzeuge bezeichnet, einige Vorteile. Dazu zählen:
- Vergleichsweise niedriger Preis,
vergleichsweise niedriger Verschleiß, insbesondere hinsichtlich des Abriebs der Reifen,
- gutes Verhältnis zwischen Nutzlast und Eigenlast.
Erfahrungsgemäß lassen sich G3T-Fahrzeuge insbesondere bei Rückwärtsfahrt jedoch nur schwer steuern, so daß rückwärtige Fahrmanöver von einem Fahrer ein hohes Maß an Fahrkönnen abverlangen. Herkömmlicherweise sind ungeübte Fahrer schnell überfordert, wenn gezielte Fahrmanöver bei Rückwärtsfahrt notwendig sind. Aufgabe der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vereinfachte Manövrierfähigkeit von G3T-Fahrzeugen zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird gelöst anhand des Verfahrens gemäß Anspruch 1 , der Vorrichtung gemäß Anspruch 24 und des Computerprogramms gemäß Anspruch 28. Bevorzugte Ausfϋhrungsvarianten bzw. Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Vorrichtuno gemäß eines Aspekts der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Anhängers mit zumindest einer beweglichen Radachse relativ zu einem Zugfahrzeug mit den Schritten:
Erzeugen von Bilddaten zumindest eines Beobachtungselements mit zumindest einem zugeordneten Meßpunkt anhand einer Bildaufnahmeeinrichtung,
Detektion zumindest dreier vorgegebener Meßpunkte in den Bilddaten,
Bestimmen der Position eines jeden Meßpunktes relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung, in Bezugskoordinaten eines vorgegebenen Koordinatensystems, insbesondere in Kugelkoordinaten oder
Zylinderkoordinaten,
Bestimmen einer absoluten Position eines jeden Meßpunktes gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung anhand der Bezugskoordinaten,
Bestimmen
-- eines Anordnungswinkels Θ1i2 zwischen einer Fahrzeuglängsachse des
Zugfahrzeugs und einer Lenkachse des Anhängers und - eines Anordnungswinkels Θ2,3 zwischen der Lenkachse und einer Anhängerlängsachse des Anhängers anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung.
Vorteilhafterweise wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausrichtung aller drei Fahrzeugglieder in Echtzeit ermittelt. Die drei Fahrzeugglieder sind hierbei vorzugsweise die Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs, die Lenkachse des Anhängers und die Anhängerlängsachse des Anhängers. Die Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs ist insbesondere eine Achse, welche senkrecht zu den Radachsen des Zugfahrzeugs bei Geradeausfahrt, d.h. beispielsweise der Vorderachse und der einen oder mehreren Hinterachsen des Zugfahrzeugs ist. Ferner ist die Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs insbesondere mittig zwischen den gegenüberliegenden Rädern einer (jeden) Achse angeordnet. Die Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs halbiert daher die Vorderachse(n) und die Hinterachse(n).
Die Lenkachse des Anhängers ist vorzugsweise eine Achse, welche senkrecht zu der zumindest einen beweglich angeordneten bzw. drehbar angeordneten Radachse des Anhängers ist. Die beweglich angeordnete Radachse ist vorzugsweise die Vorderachse bzw. die vorderste Radachse des Anhängers. Ferner ist die Lenkachse mittig zwischen den entsprechenden, gegenüberliegenden Rädern der beweglichen Radachse des Anhängers angeordnet. Die Lenkachse des Anhängers ist somit gegenüber dem Anhänger beweglich angeordnet, wobei, im Bezugssystem der Erde, die Lenkachse des Anhängers horizontal und/oder vertikal bewegbar ist. Der Anhänger kann über mehr als nur eine bewegliche Achse verfügen. Jede dieser beweglichen Achsen kann eine Lenkachse aufweisen. Die Lenkachse kann beispielsweise parallel oder identisch zu einer Deichsel des Anhängers sein.
Die Anhängerlängsachse des Anhängers ist, analog zur Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs, senkrecht zu der Vorderachse und der Hinterachse des Anhängers, bei Geradeausfahrt des Anhängers, d.h., wenn die Vorderachse des Anhängers und die Hinterachse des Anhängers parallel sind. Ferner ist in diesem Zustand die Anhängerlängsachse mittig zwischen gegenüberliegenden Rädern, d.h. mittig zwischen gegenüberliegenden Vorderrädern und mittig zwischen gegenüberliegenden Hinterrädern angeordnet. In anderen Worten schneidet die Anhängerlängsachse den Mittelpunkt der Vorderachse und den Mittelpunkt der Hinterachse des Anhängers, bei Geradeausfahrt des Anhängers. Wird beispielsweise die Orientierung der Vorderachse des Anhängers und/oder die Orientierung der Hinterachse des Anhängers geändert, um insbesondere eine Kurvenfahrt des Anhängers zu ermöglichen, ist die Anhängerlängsachse jedoch ortsfest, d.h. die Ausrichtung der Anhängerlängsachse zu der Vorderachse/oder der Hinterachse ist veränderbar.
Bei Geradeausfahrt des Gespanns bestehend aus Zugfahrzeug und Anhänger sind insbesondere die Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs und die Anhängerlängsachse des Anhängers parallel. Die Fahrzeuglängsachse und die Anhängerlängsachse können jedoch, aufgrund unterschiedlicher Bodenfreiheit von Zugfahrzeug und Anhänger, vertikal gegeneinander verschoben sein. Die Lenkachse des Anhängers ist bei Geradeausfahrt des Gespanns in Draufsicht des Gespanns parallel zu der Fahrzeuglängsachse und der Anhängerlängsachse. Insbesondere bilden die Fahrzeuglängsachse, die Lenkachse des Anhängers und die Anhängerlängsachse in Draufsicht in diesem Fall eine Linie. In einer Seitenansicht sind die Fahrzeuglängsachse und die Anhängerlängsachse parallel, die Lenkachse des Anhängers ist jedoch bei unterschiedlicher Höhe der Radachsen von Zugfahrzeug und Anhänger relativ zur Fahrbahn, nicht parallel zu der Fahrzeuglängsachse und der Anhängerlängsachse. Vielmehr verbindet die Lenkachse des Anhängers die Fahrzeuglängsachse und die Anhängerlängsachse.
Die Fahrzeuglängsachse, die Lenkachse und die Anhängerlenkachse müssen keine körperlichen Achsen des Gespanns sein. Vielmehr sind die vorgenannten Achsen geometrische Achsen, die zur Beschreibung der Kinematik herangezogen werden. Die vorgenannten Achsen können aber auch mit körperlichen Achsen des Gespanns zumindest teilweise zusammen fallen. Beispielsweise kann die Lenkachse zumindest teilweise identisch mit einer Längsachse einer Deichsel des Anhängers sein.
Die Fahrzeuglängsachse und die Anhängerlängsachse können auch vertikal verschiebbar sein. In anderen Worten ist die Fahrzeuglängsachse nicht auf die Ebene, welche anhand der Radachsen des Zugfahrzeugs gebildet wird, beschränkt. Ebenso ist die Anhängerlängsachse nicht auf die Ebene, welche durch die Radachsen des Anhängers gebildet wird, beschränkt. Vielmehr kann die Fahrzeuglängsachse jede Gerade sein, welche parallel zu der Ebene ist, die anhand der Radachsen der Vorder- und Hinterräder des Zugfahrzeugs gebildet ist und, die parallel zu einer Ebene ist, die senkrecht zu den Radachsen des Zugfahrzeugs (in Geradeausfahrt) ist und die Mittelpunkte der Radachsen hinsichtlich des Abstands gegenüberliegender Räder umfaßt. Gleiches gilt sinngemäß für die Position der Anhängerlängsachse des Anhängers.
Die Position der Lenkachse des Anhängers ist vorzugsweise durch einen Punkt des Zugfahrzeugs und einen Punkt des Anhängers bestimmt. Der Punkt des Zugfahrzeugs ist beispielsweise der Punkt der Kopplung bzw. Kupplung des Anhängers an das Zugfahrzeug. Der entsprechende Punkt an dem Anhänger ist beispielsweise der Drehpunkt bzw. die Drehlagerung der Vorderachse an dem Anhänger.
Der Begriff "Bestimmen" beinhaltet im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein "Berechnen" einer Position beispielsweise der Position des Beobachtungselements, insbesondere der absoluten Position, eines Winkels, insbesondere eines Anordnungswinkels, usw. des Beobachtungselements. Zusätzlich/alternativ kann der Begriff "Bestimmen" auch ein Näherungsverfahren, ein teilweises oder vollständiges Entnehmen einer Tabelle, usw. beinhalten.
Ein "Anordnungswinkel" im Sinne dieser Erfindung ist insbesondere ein Winkel im dreidimensionalen Raum. Ein Anordnungswinkel kann jedoch auch auf eine Ebene im dreidimensionalen Raum, beschränkt sein, d.h. eine zweidimensionale Größe sein.
Eine „absolute Position" eines Meßpunktes, eines Hilfspunktes, usw. ist vorzugsweise die Position des Meßpunktes in einem vorgegebenen Koordinatensystem, wie z.B. einem kartesischen Koordinatensystem. Hierbei kann beispielsweise die Bildaufnahmeeinrichtung am Ursprung bzw. ein Kopplungspunkt am Ursprung des Koordinatensystemsangeordnet sein bzw. diesen definieren. Die absolute Position relativ zu diesem Ursprung wird angegeben und als Einheit wird beispielsweise eine Einheit im metrischen System, wie z.B. Meter, Zentimeter, usw. verwendet.
Die absolute Position eines Meßpunktes bzw. eines Hilfspunktes unterscheidet sich daher von der Position des Meßpunktes bzw. des Hilfspunktes in den Bilddaten, obwohl beide Positionen in dem Koordinatensystem der Bildaufnahmeeinrichtung bestimmt werden können. Insbesondere haben die Bilddaten keine vollständige Rauminformation im dreidimensionalen Raum, da die Meßpunkte bzw. Hilfspunkte alle in der Bildebene wiedergegeben werden. Die absolute Position eines Punktes hingegen ist eine (echte) dreidimensionale Positionsangabe, in der insbesondere ein Abstand eines jeden Meßpunktes bzw. Hilfspunktes von dem Koordinatenursprung angegeben wird. Beispielsweise kann dies in kartesischen Koordinaten erfolgen und die Position bezüglich jeder der drei Achsen des kartesischen Koordinatensystems angegeben werden. Hierbei kann das kartesische Koordinatensystem in ein Koordinatensystem des Zugfahrzeugs und/oder des Anhängers eingebettet sein, wobei die Fahrzeuglängsachse eine Achse des Koordinatensystems sein kann und beispielsweise die beiden weiteren Achsen durch eine Ebene parallel zu Fahrbahnebene bzw. parallel zu einer Ladefläche des Zugfahrzeugs und eine Ebene senkrecht zu der ersten Ebene bestimmt werden, wobei die beiden Ebenen die Fahrzeuglängsachse enthalten müssen. Analog kann das Koordinatensystem auch hinsichtlich des Anhängers gebildet sein.
Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren ein präzises Bestimmen der Ausrichtung der drei Fahrzeugglieder, d.h. der Fahrzeuglängsachse, des Zugfahrzeugs, der Lenkachse des Anhängers und der Anhängerlängsachse des Anhängers. Diese Bestimmung ist vorzugsweise in Echtzeit möglich.
Bevorzugte Ausführunqsvarianten des Verfahrens Vorzugsweise wird
der Anordnungswinkel Θ-ii2 zwischen der Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs und der Lenkachse des Anhängers als Funktion eines Lagewinkels Θi der Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs und eines
Lagewinkels Θ2 der Lenkachse des Anhängers anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung bestimmt und
- der Anordnungswinkel Θ2,3 zwischen der Lenkachse des Anhängers und der Anhängerlängsachse des Anhängers als Funktion des Lagewinkels Θ2 der Lenkachse des Anhängers und eines Lagewinkels Θ3 der Anhängerlängsachse des Anhängers anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung bestimmt,
wobei gilt:
Figure imgf000009_0001
und
Ein Lagewinkel ist vorzugsweise eine Größe im dreidimensionalen Raum, welche insbesondere einen Gierwinkel, einen Nickwinkel und einen Wankwinkel des jeweiligen Fahrzeuggliedes enthält, wobei der Lagewinkel einer Achse insbesondere die Ausrichtung der Achse im dreidimensionalen Raum sowie einen
Rotationswinkel der Achse, genannt "Wankwinkel" der Achse enthält (schematisch ist ein Lagewinkel einer Achse in Figur 1 dargestellt).
Vorzugsweise werden genau drei vorgegebene Meßpunkte R, S, V in den Bilddaten detektiert, wobei für die Anordnungswinkel Θ1j2 und Θ2,3 gilt:
Figure imgf000010_0001
und
(O-*jc,Hy/.-yg.)-(*/.-*g1HO-yg,)
Ä '2,3 = arctan
wobei
(xκ2, yκ2) die Koordinaten eines Punktes K2 und (xP, yp) die Koordinaten eines Punktes P in einem Koordinatensystem, insbesondere in einem kartesischen Koordinatensystem eines vorbestimmten Punktes K1 als Zentrum sind,
K1 der Schnittpunkt der Lenkachse mit der Anhängerlängsachse des Anhängers ist,
und
K2 sich durch Drehung eines Verbindungsvektors SR der Punkte S, R um einen Winkel
-/? = (-arctan(-)) h
und durch Streckung mit einem Faktor h+PK2
Rs= D(R,- arctznl- Y S)
K2=S + (SRS) ^^ m
ergibt und für P gilt: h
P = S + (SR3) -
wobei m die Länge des Vektors SR ist und b, h vorgegebene Abmessungen des zumindest einen Beobachtungselements ist.
Beispielhaft sind die Größen m, b und h in der nachfolgenden Figurenbeschreibung, insbesondere in Hinsicht auf Figur 6 näher beschrieben. Der Vektor SR ist hierbei durch zwei vorzugsweise gegenüberliegende Meßpunkt definiert. Die Parameter b und h sind Abmessungen des Beobachtungselements, insbesondere Parameter der Tiefe und der Breite des Beobachtungselements. Hierbei können die Zeichen θ und Θ ähnliche, insbesondere gleiche Beutung haben, insbesondere gleiche Winkel bezeichnen, wobei das Zeichen θ insbesondere zur Beschreibung eines Winkels dient und das Zeichen Θ vorzugsweise ein Winkeltripel ist. Beispielsweise kann der Winkel Θ12 die Winkel θg12, θni2 und θwi2 enthalten. Werden, wie in obiger bevorzugter Ausführungsform vorzugsweise nur Bewegungen im zweidimensionalen Raum betrachtet, umfaßt Winkel Θi,2 beispielsweise lediglich den Winkel θgi2, der als θi2 bezeichnet wird. Analog kann der Winkel Θi die Winkel θgi, θni und θwi enthalten.
Die obigen Bedingungen sind beispielhafte Bedingungen einer planaren Bewegung des Gespanns bestehend aus Zugfahrzeug und Anhänger. In anderen Worten bewegt sich das Gespann in einer Ebene vorwärts bzw. ist in einer Ebene angeordnet. Es ist auch möglich, daß das Zugfahrzeug relativ zu dem Anhänger in einer davon verschiedenen Ebene angeordnet ist, beispielsweise, wenn ein oder mehrere Reifen des Anhängers an oder über einem Hindernis, beispielsweise einem Randstein, einem Schlagloch, etc. angeordnet sind und das Zugfahrzeug herkömmlicherweise auf der Fahrbahn angeordnet ist. In diesem Fall können sich beispielsweise der Wankwinkel der Fahrzeuglängsachse und der Wankwinkel der Anhängerlängsachse unterscheiden und die Gier und Nickwinkel der beiden Achsen beispielsweise im wesentlichen gleich sein. Ebenso können bei einer Bergauf- bzw. Bergabfahrt des Gespanns um eine Kurve die Wankwinkel der beiden Achsen gleich sein, sich jedoch die Gier- und/oder Nickwinkel voneinander unterscheiden. Vorzugsweise werden anhand der Bildaufnahmeeinrichtung farbige Bilddaten, insbesondere RGB Bilddaten erzeugt.
Besonders bevorzugt werden die farbigen Bilddaten in Schwarz-Weiß Bilddaten umgewandelt.
Weiterhin vorzugsweise werden zum Detektieren der Meßpunkte alle Pixel der Schwarz-Weiß-Bilddaten überprüft und anhand einer Mindestzahl und einer Höchstzahl benachbarter weißer Bilddaten zumindest drei Hilfspunkte identifiziert.
Besonders bevorzugt werden sieben Hilfspunkte identifiziert.
Weiterhin vorzugsweise werden zum Detektieren der Meßpunkte alle Pixel der Schwarz-Weiß-Bilddaten überprüft und anhand einer Mindestzahl und einer Höchstzahl benachbarter schwarzer Bilddaten zumindest drei Hilfspunkte identifiziert.
Vorzugsweise hängt die Mindestzahl und die Höchstzahl benachbarter Pixel von einer nominellen Anzahl N von Pixeln pro Meßpunkt ab. Der Meßpunkt kann hierbei einer Abbildung einer Darstellungseinrichtung, insbesondere einer Infrarotdiode entsprechen.
Weiterhin vorzugsweise gilt für die Mindestzahl min und die Maximalzahl max.
max ≡ (JV -3)/2
und
min = (-V - 2)/3.
Die nominelle Anzahl N von Pixeln kann in einem initialen Schritt, beispielsweise einem Eichschritt, insbesondere dem nachfolgend beschriebenen Kalibrierschritt bzw. in der Kalibrierstellung bestimmt, beispielsweise aus einem Bild automatisch und/oder manuell ausgezählt werden und/oder anhand der vorgegebenen Geometrie und/oder der Diodeneigenschaften bzw. -anordnung und/oder der Eigenschaften der Bildgenerierungseinrichtung wie zum Beispiel deren Auflösung bzw. deren Anordnung, geschätzt bzw. berechnet werden.
Vorzugsweise wird für die anhand der benachbarten weißen und/oder benachbarten schwarzen Pixel detektieren Hilfspunkte jeweils der Schwerpunkt berechnet und für die Position des jeweiligen Schwerpunktes gilt:
AnzahlPunkte Σ * Px = &
AnzahlPunkte
AnzahlPunkte yt
P = - 1=1
AnzahlPunkte
Weiterhin vorzugsweise werden bei einer Vielzahl von Schwerpunkten benachbarte Schwerpunkte detektiert und die benachbarten Schwerpunkte als auf einer Strecke liegend identifiziert, wenn die Summe der Abstände der einzelnen Schwerpunkte untereinander gleich ist zu dem größten Abstand zweier der Schwerpunkte.
In anderen Worten werden die detektierten Hilfspunkte, insbesondere die Schwerpunkte der detektierten Hilfspunkte nacheinander abgearbeitet. Zu jedem
Schwerpunkt wird der nächstliegende Schwerpunkt bestimmt. Zu diesem bzw. diesen Schwerpunkt(en) wird bzw. werden dann auch wiederum nächstliegende
Schwerpunkte gesucht. Anschließend wird überprüft, ob die Punkte auf einer
Geraden bzw. einer Strecke liegen.
Diese Überprüfung wird vollzogen, indem der Abstand vorzugsweise von dem ersten bis zu dem dritten Schwerpunkt mit der Strecke von dem ersten, über den zweiten bis zu dem dritten Schwerpunkt verglichen wird. Sind beide Strecken, d.h. der Abstand zwischen dem ersten und dem dritten Schwerpunkt und die Summe der Abstände zwischen dem ersten und dem zweiten Schwerpunkt und dem zweiten und dem dritten Schwerpunkt gleich groß, müssen die drei Schwerpunkte zwangsläufig auf einer Geraden liegen. Andernfalls wird ein Fehler ausgegeben und/oder die Schwerpunkte werden verworfen, insbesondere werden die Schwerpunkte in diesem Fall neu bestimmt. Alternativ kann auch ein Fehler ausgegeben werden und anschließend können die Schwerpunkte auf andere Art zugeordnet werden um gegebenenfalls einen Schenkel zu bilden.
Weiterhin wird vorzugsweise überprüft, ob die Verhältnisse der Längen zwischen den einzelnen Punkten den vorgegebenen geometrischen Verhältnissen aus den (tatsächlich vorgegebenen) Geometriedaten, insbesondere den Geometriedaten des zumindest einen Beobachtungselements entsprechen. In anderen Worten können die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse der Hilfspunkte beispielsweise baubedingt vorgegeben werden und mit den detektierten geometrischen Verhältnissen der Hilfspunkte verglichen werden.
Weiterhin vorzugsweise wird zumindest ein Schenkel identifiziert, wenn vier benachbarte Schwerpunkte auf einer gemeinsamen Strecke liegen.
Es können auch mehr benachbarte Schwerpunkte auf dem Schenkel liegen bzw. diesen bilden.
In anderen Worten, wenn, wie oben ausgeführt, drei Schwerpunkte bzw. Hilfspunkte gefunden werden, wird versucht, auf dieselbe Art und Weise noch einen vierten Schwerpunkt bzw. Hilfspunkt zu finden. Ist dies der Fall, wird angenommen, daß diese vier Punkte einen Schenkel bilden.
Besonders bevorzugt wird ein Schenkel identifiziert, wenn der maximale Abstand zweier Schwerpunkte auf einer der Strecken größer als eine vorgegebene Mindestlänge ist.
Weiterhin vorzugsweise wird eine Rampe identifiziert, wenn
zwei Schenkel identifiziert werden,
die beiden Schenkel einen gemeinsamen Punkt aufweisen und der gemeinsame Punkt Endpunkt der beiden Schenkel ist.
In anderen Worten wird versucht, aus den erhaltenen Schenkeln eine Rampe in den Bilddaten zusammenzusetzen bzw. die tatsächliche Abmessung der Rampe zu bestimmen. Da die Schenkel vorzugsweise so ermittelt werden, daß zuerst die eng aneinanderliegenden Schwerpunkte bzw. Hilfspunkte gefunden werden und anschließend erst die Schwerpunkte bzw. Hilfspunkte, die etwas weiter voneinander entfernt liegen, ergibt sich, daß der zuletzt detektierte Schwerpunkt bzw. Hilfspunkt eines Schenkels der Mittelpunkt der Rampe ist.
Werden somit zwei Schenkel identifiziert, die einen gemeinsamen, letzten Schwerpunkt bzw. Hilfspunkt aufweisen, ergibt sich aus diesen beiden Schenkeln eine Rampe.
Die Gültigkeit der Rampe kann weiterhin vorzugsweise überprüft werden, indem die Länge der die Rampe bildenden Schenkel bestimmt wird. Je weiter ein Schenkel von der Bildaufnahmeeinrichtung weg gedreht ist, desto kleiner erscheint er in den Bilddaten. Umgekehrt erscheint ein zu der Bildaufnahmeeinrichtung hingewandter Schenkel größer, als er tatsächlich ist. Daraus folgt, daß vorzugsweise zumindest einer der beiden Schenkel eine gewisse Mindestlänge nicht unterschreiten darf. Falls jedoch beide Schenkel einer erkannten Rampe kleiner sind, als die vorbestimmte Mindestlänge, wird die Rampe wieder verworfen. Das obige Verfahren wird anschließend vorzugsweise wiederholt durchgeführt, das heißt, es wird wiederholt eine Rampe identifiziert, bis die identifizierte Rampe akzeptiert wird.
Weiterhin vorzugsweise werden die zumindest drei Meßpunkte R, S, V anhand der Position der Rampe bestimmt, wobei einer des Meßpunkte einem Mittelpunkt der Rampe zugeordnet wird und die beiden weiteren Meßpunkte äußeren Enden der Rampe zugeordnet werden.
In anderen Worten wird vorzugsweise dem in den Bilddaten am linken Ende der Rampe angeordneten Hilfspunkt der Meßpunkt R zugeordnet. Der dem in der Mitte der Rampe angeordneten Hilfspunkt wird vorzugsweise der Meßpunkt S zugeordnet und den an dem rechten Ende der Rampe angeordneten Hilfspunkte vorzugsweise der Meßpunkt V zugeordnet.
Die obigen Ausführungen können sinngemäß für mehr als drei Meßpunkte durchgeführt werden. Beispielsweise können eine Vielzahl, insbesondere 8, 9, 10, 15, 20, etc. Hilfspunkte bestimmt werden und anhand der Hilfspunkte 3, 4, 5, 10, etc. Meßpunkte bestimmt werden. Beispielsweise kann die Vielzahl von Hilfspunkten durch Anordnung einer entsprechenden Anzahl von Leuchtdioden (siehe unten) vorgegeben werden.
Ferner können zwei oder mehr Rampen identifiziert werden, wobei beispielsweise die einzelnen Rampen unter einem vorgegebenen Winkel zueinander angeordnet sein können bzw. baubedingt derart angeordnet sein müssen. Beispielsweise kann eine erste Rampe zu einer zweiten Rampe senkrecht stehen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, falls die Anordnungswinkel im dreidimensionalen Raum bestimmt werden.
In anderen Worten werden anhand der vorgenannten Schritte, vorzugsweise anhand der detektierten Schwerpunkte, die Schenkel der Rampe bestimmt, insbesondere errechnet, wobei ein Schenkel folgende Eigenschaften aufweist:
ein Schenkel besteht aus zumindest vier Schwerpunkten bzw. Hilfspunkten;
alle vier Schwerpunkte bzw. Hilfspunkte liegen auf einer Linie;
die Schenkel, die eine Rampe bilden, haben genau einen Schwerpunkt bzw. Hilfspunkt gemeinsam;
die Rampe besteht aus genau zwei solcher Schenkel;
keiner der beiden Schenkel, die die Rampe bilden, darf eine Mindestlänge unterschreiten.
Bevorzugt wird die zumindest eine Rampe in einem initialen Schritt detektiert und nach Detektion der Rampe eine Veränderung der Position des zumindest einen Hilfspunktes, insbesondere zumindest eines der Meßpunkte detektiert und anhand dieser Detektion die Position der Rampe erneut bestimmt.
Besonders bevorzugt wird die Veränderung der Position des zumindest einen Hilfspunkts, insbesondere zumindest eines der Meßpunkte dadurch detektiert, daß in einer Umgebung des zumindest einen Hilfspunkts, insbesondere zumindest eines der Meßpunkte (benachbarte) Pixel überprüft werden und die Position des Schwerpunkts des zumindest einen Hilfspunkts, insbesondere zumindest eines Meßpunktes identifiziert wird.
In anderen Worten werden die initial erkannten Koordinaten zumindest der Punkte R, S, V herangezogen und in einem gewissen Umkreis um sie herum erneut nach Schwerpunkten gesucht. Sollten alle drei Meßpunkte auf diese Art erneut gefunden werden, so werden die Koordinaten dieser Punkte als R, S, V zurückgegeben. Hierbei kann auch von allen Hilfspunkten, nicht nur von den vorzugsweise drei Meßpunkten R, S, V ausgegangen werden und eine Veränderung der Position der Hilfspunkte detektiert werden. Anhand der geänderten Position der Hilfspunkte können anschließend die Positionen der Meßpunkte neu bestimmt werden. Die Hilfspunkte sind vorzugsweise identisch mit den Schwerpunkten.
Besonders bevorzugt wird, wenn nicht alle Meßpunkte R, S, V identifiziert werden, das vorgenannte Verfahren erneut durchgeführt.
In anderen Worten, sollten ein oder mehrere Meßpunkte nicht gefunden werden, werden erneut die Meßpunkte R, S, V dadurch bestimmt, daß in den Bilddaten Hilfspunkte durch Detektion von Schwerpunkte identifiziert werden, daraus Schenkel identifiziert werden, daraus ein oder mehrere Rampen identifiziert werden und daraus schließlich die Meßpunkte R, S, V identifiziert werden.
Besonders bevorzugt wird einer der Schritte oder werden mehrere der Schritte, insbesondere alle diese Schritte wiederholt durchgeführt.
Weiterhin vorzugsweise wird in einem initialen Schritt für jeden Hilfspunkt in einer Kalibrierstellung der Bildaufnahmeeinrichtung relativ zu dem Beobachtungselement die Position eines jeden Hilfspunktes in Pixeln der Bilddaten bestimmt, wobei die tatsächliche Position eines jeden Hilfspunktes durch eine Anordnung einer entsprechenden Infrarotdiode an dem Beobachtungselement vorgegeben wird und die Position einer jeden Infrarotdiode gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung in der Kalibrierstellung vorgegeben ist.
In anderen Worten kann in einer Kalibrierstellung, beispielsweise in einer Stellung für Geradeausfahrt des Gespanns, anhand der Bildaufnahmeeinrichtung ein Bilddatensatz generiert werden. Da die Hilfspunkte beispielsweise insbesondere manuell vorgebbar sind bzw. baubedingt vorgegeben sind, ist in der Kalibrierstellung die tatsächliche Position eines jeden Hilfspunktes relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung bekannt. Ebenso ist die Position eines jeden Meßpunktes aus dem/den vorgenannten Grund/Gründen bekannt. Insbesondere ist auch die Position der Hilfspunkte zueinander bzw. die Position der Meßpunkte zueinander bekannt. Beispielsweise können die Abstände der Hilfspunkte zueinander gemessen werden. Ferner kann anhand der Bilddaten der Abstand zweier Hilfspunkte in Pixeln bzw. aller Hilfspunkte zueinander in Pixeln bestimmt werden. Es ist daher möglich eine Relation der Positionen der Hilfspunkte in den Bilddaten zu der tatsächlichen Position der Hilfspunkte herzustellen. In anderen Worten kann eine Positionsangabe in Pixel in eine tatsächliche Positionsangabe, beispielsweise in Meter, Zentimeter, etc. umgerechnet werden und umgekehrt.
Insbesondere ist es möglich, daß die Hilfspunkte Positionen von Infrarotdioden entsprechen. Die Hilfspunkte bzw. deren Position, insbesondere deren absolute
Position in Kalibrierstellung, werden daher insbesondere durch Positionierung von
Infrarotdioden vorgegeben. Alternativ bzw. zusätzlich können die Hilfspunkte auf jede andere mögliche Art bestimmt werden. Beispielsweise können die Hilfspunkte durch Anbringen von farbigen bzw. schwarz-weißen bzw. gemusterten Aufklebern etc. bestimmt werden. Insbesondere kann ein solcher Aufkleber ein herkömmlich bekannter Sattelpunkt mit gegenüberliegenden schwarzen und weißen
Viertelkreisen sein.
Besonders bevorzugt kann die Position eines jeden Meßpunktes relativ zu den Hilfspunkten in den Bilddaten bestimmt werden und kann durch kalibrieren der Bilddaten eine Position eines jeden Meßpunktes gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung bestimmt werden.
In anderen Worten kann in den Bilddaten beispielsweise der Abstand von Meßpunkten zueinander oder von Meßpunkten zu Hilfspunkten in Pixel bestimmt werden und anhand der kalibrierten bzw. bereits vorbestimmten Abstände von Pixeln dieser Abstand in tatsächliche Abstände, beispielsweise in Meter, Zentimeter, etc. umgewandelt werden.
Weiterhin vorzugsweise ist die Winkelauslenkung eines jeden Meßpunktes relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung gegeben durch
win = arctan( ^≡1 ) .
L1 -PK2 + CK1 Diese trigonometrische Beziehung ist beispielhaft in Figur 12 beschrieben.
Besonders bevorzugt wird anhand des Anordnungswinkels Θi,2 zwischen der Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs und der Lenkachse des Anhängers und anhand des Anordnungswinkels Θ2,3 zwischen der Lenkachse und der Anhängerlängsachse des Anhängers eine Trajektorie des Gespanns bestehend aus Zugfahrzeug und Anhänger insbesondere automatisch bestimmt.
Vorteilhafterweise kann bei einer Rückwärtsfahrt einem Fahrer die Trajektorie dargestellt werden, so daß der Fahrer die Rückwärtsfahrt, insbesondere die Position des Anhängers bei einer Rückwärtsfahrt erkennt und entsprechend reagieren kann.
Weiterhin vorteilhafterweise kann eine automatische Rückwärtsfahrt des Gespanns ermöglicht werden, wobei ein Fahrer beispielsweise lediglich die Geschwindigkeit regelt.
Vorrichtung gemäß eines Aspekts der Erfindung Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Anhängers mit zumindest einer beweglichen Radachse relativ zu einem Zugfahrzeug mit
zumindest einem Beobachtungselement, dem zumindest ein Meßpunkt zugeordnet ist,
einer Bildaufnahmeeinrichtung, welche ausgelegt ist Bilddaten des zumindest einen Beobachtungselements zu erzeugen,
einer Detektionseinrichtung, welche ausgelegt ist zumindest drei vorgegebene Meßpunkte in den Bilddaten zu detektieren,
- einer Bestimmungseinrichtung, welche ausgelegt ist,
-- die Position eines jeden Meßpunktes relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung, in Bezugskoordinaten, insbesondere in Kugelbzw. Zylinderkoordinaten, zu bestimmen, -- eine absolute Position eines jeden Meßpunktes gegenüber der
Bildaufnahmeeinrichtung anhand der Bezugskoordinaten zu bestimmen, -- einen Anordnungswinkel Θ-ι,2 zwischen einer Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs und einer Lenkachse des Anhängers anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung zu bestimmen und
~ einen Anordnungswinkel Θ2,3 zwischen der Lenkachse und einer Anhängerlängsachse des Anhängers anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung zu bestimmen.
Bevorzugte Ausführunqsformen der Vorrichtung
Vorzugsweise umfaßt das Beobachtungselement eine Vielzahl von Darstellungseinrichtungen. Beispielsweise kann eine derartige ■Darstellungseinrichtung eine Diode, insbesondere eine Infrarotdiode, eine Laserdiode oder eine herkömmliche Halbleiterdiode, welche gelbes und/oder grünes und/oder rotes und/oder blaues und/oder weißes Licht aussendet, sein.
Die Darstellungseinrichtungen sind vorzugsweise Infrarotdioden, insbesondere 3, 7, 10, usw. Infrarotdioden.
Zusätzlich oder alternativ kann das Darstellungsmittel auch ein Aufkleber, ein Farbpunkt, eine Farbfläche, eine herkömmliche Glühlampe, eine akustischer Signalgeber, ein RFID-Sender, usw. sein.
Weiterhin vorzugsweise umfaßt die Bildaufnahmeeinrichtung eine herkömmliche Digitalkamera und/oder eine herkömmliche Analogkamera.
Computerproqrammprodukt gemäß eines Aspekts der Erfindung
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht, welches, wenn geladen in den Speicher eines Computers und ausgeführt von einem Computer, bewirkt, daß der Computer ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.
Die vorangehende Beschreibung der Aspekte der Erfindung ist nicht auf die jeweiligen Aspekte beschränkt. Vielmehr gelten die Ausführungen zu den jeweiligen Aspekten sinngemäß für die weiteren Aspekte der Erfindung. Insbesondere gelten die Ausführungen in Hinsicht auf das Verfahren bzw. bevorzugte Ausführungsvarianten des Verfahrens sinngemäß für die Vorrichtung und das Computerprogrammprodukt bzw. bevorzugte Ausführungsformen hiervon.
Figurenbeschreibunq
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsvarianten bzw. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand begleitender Figuren beispielhaft beschrieben. Einzelne Elemente der beschriebenen Ausführungsvarianten bzw. Ausführungsformen sind nicht auf diese Ausführungsvarianten bzw. Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können Elemente der Ausführungsvarianten bzw. Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden und neue Ausführungsvarianten bzw. Ausführungsformen dadurch erstellt werden. Es zeigt
Figur 1 : eine schematische Darstellung einer Achse im dreidimensionalen Raum; Figur 2: eine schematische Anordnung von Objekten und Achsen;
Figur 3: eine schematische Ansicht eines Gespanns;
Figur 4: eine schematische Abbildung eines Beobachtungselements,
Figur 5a: eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung;
Figur 5b: eine schematische Abbildung einer beispielhaften Anordnung; Figur 6: eine schematische Detailansicht gemäß Figur 3;
Figur 7: eine schematische Ansicht einer beispielhaften Geometrie eines Gespanns;
Figur 8: eine schematische Ansicht einer beispielhaften Aufnahme anhand der
Bildaufnahmeeinrichtung; Figur 9: eine schematische Ansicht einer speziellen Aufnahme;
Figur 10: eine schematische Ansicht von Teilelementen;
Figur 11 a: ein Flußdiagramm;
Figur 11 b: ein Flußdiagramm;
Figur 12: eine schematische Ansicht einer Geometrie; Tabelle 1 : eine Übersicht von Modellwerten;
Tabelle 2: eine Übersicht von tatsächlichen Meßwerten;
Tabelle 3: eine visuelle Darstellung von tatsächlichen Meßwerten;
Tabelle 4: eine visuelle Darstellung von tatsächlichen Meßwerten;
Nachfolgend wird mit Bezugnahme zu den Figuren eine bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens beschrieben. Hierbei wird eine mathematische Beschreibung von Objekten im dreidimensionalen Raum verwendet. Grundlage der Beschreibung von Objekten im Raum ist deren Lage. Zur Beschreibung der Lage wird ein Bezugspunkt des Objektes im Raum und die Ausrichtung des Objektes im Raum angenommen. Der Bezugspunkt eines Objektes O im Koordinatensystem X ist allgemein beschrieben durch:
Figure imgf000023_0001
Die Ausrichtung eines Objektes O im Koordinatensystem X ist beschrieben durch dessen Gier-, Nick- und Wankwinkel:
Figure imgf000023_0002
die beispielhaft in Figur 1 dargestellt sind. Die Lage eines Objektes O im Koordinatensystem X ist dann:
LX (O) = (KX (O),ΘX (O))
Weiterhin läßt sich die Ausrichtung dreier Glieder G1 , G2 und G3 eines Gespanns aus Zugfahrzeug und Anhänger mit zumindest einer beweglichen Radachse (nachfolgend als G3T-Fahrzeug bezeichnet) im dreidimensionalen Raum eindeutig über statische und dynamische Angaben beschreiben
Statische Angaben: Als statische Angabe kann eine Länge L1 , i≡ {!,..., 3} , eines jeden Fahrzeuggliedes dienen.
Dynamische Angaben: Als dynamische Angaben können Gier-, Nick- und Wankwinkel eines jeden Fahrzeuggliedes dienen. Die Gier-, Nick- und Wankwinkel werden üblicherweise folgendermaßen dargestellt: /e {l,...,3} ,
Figure imgf000024_0001
wobei θx g(G,) den Gierwinkel bezeichnet, θX n(Gt) den Nickwinkel bezeichnet und θX w(Gt) den Wankwinkel bezeichnet. Der Winkel Ox (G1) bzw. das Winkeltripel ist hierbei ein bevorzugter Lagewinkel.
Wenn klar ist, um welches (indizierte) Objekt es sich handelt und welcher Bezugspunkt zugrunde liegt, kann der Lagewinkel ^x (G1) vereinfacht geschrieben werden:
Figure imgf000024_0002
Folgende Beziehung der Winkel zu den kartesischen Koordinaten eines Gliedes G1 , fe {l,...,3} , existiert: xι = lι sin(θn ι)cos(θg ι) y, = ι. sHθnι,)sm(θgιl)
Figure imgf000024_0003
Optische Meßsysteme, wie sie nachfolgend beispielhaft als bevorzugte Ausführungsform(en) von einem oder mehreren Bestandteil(en) bzw. als bevorzugte Ausführungsform(en) der Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben werden, umfassen beispielsweise ein Gerät C zur optischen
Erfassung eines Beobachtungsgegenstandes O . Die Randbedingungen für die
Funktionsfähigkeit des Messsystems liegen insbesondere darin, daß O im Sichtbereich von C ist, und daß C starr an Q1 gekoppelt ist und O starr an Θ3 gekoppelt ist (oder O starr an G1 und C starr an Θ3 ), wie dies beispielhaft anhand der Schemazeichnung von Figur 2 gezeigt ist. Die Linie O1 kann eine beispielhafte Repräsentation einer Fahrzeuglängsachse (gezeigt in Figur 3) des Zugfahrzeugs (gezeigt in Figur 3) sein. Die Linie Θ3 kann eine beispielhafte Repräsentation einer Anhängerlängsachse sein (gezeigt in Figur 3). Die Linie O1 kann auch eine beispielhafte Repräsentation der Anhängerlängsachse sein. In diesem Fall kann die Linie Θ3 eine beispielhafte Repräsentation der Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs sein. Die Linie Θ2 kann eine beispielhafte Repräsentation einer Lenkachse des Anhängers sein (gezeigt in Figur 3).
Die starre Kopplung von C an G1 und von O an G3 wird durch die relativen Lagen LC (C) und LGj(O) ausgedrückt.
Durch die feste Kopplung der Fahrzeugglieder sind die Winkel Θ, i+1 zwischen den
Fahrzeuggliedern als bevorzugte Anordnungswinkel vorzugsweise folgendermaßen definiert:
Θ,,1+1 = Θ, - Θ,+1 i ≡ {!,... , 2}
Die Bestimmung der Winkel zwischen den Fahrzeuggliedern, d.h. der Anordnungswinkel kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante in zwei nacheinander auszuführenden Verfahrensschritten erfolgen:
Erster Verfahrensschritt: Erkennung des Beobachtungsgegenstandes
Um den Beobachtungsgegenstand O als bevorzugte Ausführungsform des zumindest einen Beobachtungselements, der ganz oder teilweise im Sichtfeld der Kamera C , als bevorzugter Bildaufnahmeeinrichtung, angeordnet ist, zu erkennen, werden m ausgezeichnete Punkte, insbesondere Hilfspunkte am Beobachtungsgegenstand gesucht. Vorteilhafterweise ist es ausreichend, wenn (O1, ...,On) Punkte, als bevorzugte Meßpunkte gefunden und identifiziert werden, wobei n ≤ m gilt. Insbesondere sind die Meßpunkte eine Teilmenge der Hilfspunkte. Die Punkte (0,,...,On) können in Winkel umgerechnet werden, unter denen die
Kamera diese Punkte sieht. Bezogen auf eine gedachte Ebene, im weiteren Linsenebene genannt, die längs durch die Linse der Kamera geht, werden diesen Punkten zwei Winkel analog zu polaren Kugelkoordinaten zugeordnet. Die Ausführungen dieser Anmeldung gelten sinngemäß für die Bestimmung der Winkel im dreidimensionalen Raum, d.h. insbesondere als Kugelkoordinaten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Linsenebene vorzugsweise eine Ebene, die in Gebrauchsstellung der Kamera parallel zu einer Ebene ist, die durch zwei Achsen des Zugfahrzeugs aufgespannt ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung (wie unten weiter beschrieben) sind die Fahrzeuglängsachse, die Lenkachse und die Anhängerlängsachse vorzugsweise in einer Ebene angeordnet. Die Linsenebene ist vorzugsweise parallel zu dieser Ebene.
Für ein Winkeltupel bzw. Winkelpaar C1 (in der Linsenebene der Kamera bzw. einer Projektion in die Linsenebene), unter dem ein Punkt O1 relativ zu der Kamera angeordnet ist gilt:
CJ =[ A J'e {!,..,«}
Damit ist die Ausgabe der Erkennung des Beobachtungsgegenstandes ein Tupel (C1,...,Cn) von Paaren von Winkeln, die eine Schar von n Geraden definieren, welche sowohl durch den Mittelpunkt der Linse als auch jeweils durch einen Punkt O1 , je {l,...,n} gehen. Die Punkt O1 können ein oder mehrere Leuchtdioden repräsentieren.
Zweiter Verfahrensschritt: Berechnung der Winkel Q1 2 und Θ23
Aus den n Winkelpaaren (C1,..., Cn) werden Tripel von Winkeln Q1 2 und Θ23 berechnet. Dies erfolgt in zwei Teilschritten:
Erster Teilschritt:
Lokalisierung eines Beobachtungsgegenstandes bzw. eines oder mehrerer Hilfspunkte bzw. Meßpunkte in kartesischen Koordinaten relativ zur Kamera:
Die Lage des Bobachtungsgegenstandes, d.h. die Lage der Gesamtheit der Punkte (O1,...,On) relativ zur Linsenebene und dem Mittelpunkt der Linse, ist gegeben durch die kartesischen Koordinaten
Figure imgf000027_0001
und die drei Freiheitsgrade möglicher Drehungen:
Figure imgf000027_0002
Mittels einer Berechnungsvorschrift fx (siehe unten) kann aus den Winkelpaaren (C1, ...,Cn) die Lage der Punkte (O1,...,On) in Bezug zur Kamera C ermittelt werden:
Z1(C1,..., CJ = (L0(O1),...,L0(On)) .
Zweiter Teilschritt:
Aus den Lagen (L0(O1),...,L0(On)) können mittels einer Berechnungsvorschrift /2 (siehe unten) die beiden Winkel Θ1 2 und Θ23 des Zweiachsanhängers bestimmt werden:
f2(Lc(Oι),...,Lc(On)) = (ΘU2,Θv) .
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsvariante bewegt sich der Zweiachsanhänger vorzugsweise nur planar. Es werden somit vorzugsweise nur die Gierwinkel {θg n , θg 23 ) berechnet, die Nick- ( θn l2 , θn Ω ) und Wankwinkel ( θw U , θw 23 ) werden vorzugsweise vernachlässigt. Die Nick- (θn n , θn 23) und Wankwinkel (θw l2 , θw 23) können jedoch analog zu den Gierwinkeln { θg i2 , θg 2i ) berechnet werden. Zum einfacheren Verständnis werde die Gierwinkel ( θg l2 , θg 23 ) im Folgenden als θ12 , θ23 bezeichnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist beispielhaft in der Schemazeichnung der Figur 3 dargestellt. Figur 3 zeigt ein Gespann 10 mit einem Fugfahrzeug 12 und einem Anhänger 14. Die Grundlage des optischen Vermessungssystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform von Figur 3 ist eine Kamera 16, welche vorzugsweise am Heck des Zugfahrzeuges 12 angebracht ist. Ein Beobachtungsgegenstand 18 ist an dem Anhänger 14 angeordnet. Vorteilhafterweise kann der Beobachtungsgegenstand 18 vor oder hinter einer Anhängerzugvorrichtung 20 befestigt sein, in diesem Beispiel ist die Anhängerzugvorrichtung 20 identisch zu einer Lenkachse 20 des Anhängers 14. Die Kamera 16 ist vorzugsweise auf der Längsachse 22 und in der Mitte des Zugfahrzeuges 12 angebracht. Alternativ kann die Kamera 16 auch an dem Anhänger 14 angeordnet sein und der Beobachtungsgegenstand 18 an dem Zugfahrzeug 12.
Die Kamera 16 ist vorzugsweise mit einem Filter für Infrarotlicht ausgestattet, welcher das eingehende Licht bis auf den Infrarotanteil herausfiltert. Dadurch wird ereicht, daß weniger Störlicht in die Kamera 16 einfällt und das System auch noch bei schlechten Wetterverhältnissen gut funktioniert. Die Kamera 16 kann aber auch ein optisches Element sein, das elektromagnetische Strahlung einer vorgegebenen Wellenlänge detektiert, z.B. UV-Strahlung, usw. Alternativ/zusätzlich kann das optische Element auch ein Sensor bzw. Detektor von Laserstrahlung sein, insbesondere ein Laser Scanner. Hierbei kann das Laserlicht eine beliebige vorgegebene Wellenlänge aufweisen, z.B. rotes, blaues, grünes Licht, usw. Der Laser kann insbesondere ein Infrarot-Laser, ein UV-Laser, usw. sein. Vorzugsweise ist der Laser ein herkömmlicher Diodenlaser.
Das Gegenstück zu der Kamera 16, der Beobachtungsgegenstand 18 bzw. das Beobachtungselement 18, ist vorzugsweise eine pyramidenartige Rampe 18, welche sich vorzugsweise an einer Vorderseite des Anhängers 14 im wesentlichen genau auf der Höhe der Kamera 16 befindet.
An dieser Rampe 18 sind vorzugsweise sieben Infrarotdioden 24 als bevorzugte Hilfspunkte, angeordnet, welche zumindest teilweise anhand der Bilddaten der Kamera 16 erkannt werden können. Es können mehr oder weniger Infrarotdioden 24 eingesetzt werden. Beispielsweise können 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 usw. Infrarotdioden 24 eingesetzt werden. Vorzugsweise sind die Infrarotdioden 24 im wesentlichen im gleichen Abstand und symmetrisch zueinander angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zusätzlich oder alternativ zu den Infrarotdioden 24 weitere Hilfspunkte vordefiniert, z.B. durch Anordnung von Laserdioden und/oder akustischen Signalgebern, insbesondere im Ultraschallbereich, ein oder mehrfarbigen Aufklebern, Farbflächen, etc.
Für die spätere Berechnung der Gierwinkel, werden von diesen vorzugsweise sieben Infrarotdioden 24 besonders bevorzugt nur die beiden äußeren Hilfspunkte (R, V) und die Spitze (S) als bevorzugte Meßpunkte benötigt. Dazu wird der Winkel, unter dem die Kamera 16 den Punkt S sieht, berechnet und an den Algorithmus weitergegeben. Gleiches gilt auch für die Punkte R und V. Die Meßpunkte R, S, V werden in Figur 3 mit den Bezugszeichen 26 dargestellt.
Weiterhin ist in Figur 3 eine Hinterachse 28 des Anhängers 14 dargestellt, an der weitere Leuchtdioden 28 angeordnet sind. Die Leuchtdioden 28 können beispielsweise anhand einer Kamera 32 abgebildet werden. Die Hinterachse 28 kann beispielsweise eine lenkbare Achse sein und anhand der Leuchtdioden 30 kann, analog zu den Leuchtdioden 24, die Ausrichtung der Hinterachse 28 relativ zu weiteren Achsen, wie beispielsweise einer Anhängerlängsachse 34, der Lenkachse 20 und der Fahrzeuglängsachse 22 bestimmt werden. Hierzu kann an der Hinterachse 28 eine Rampe (nicht gezeigt) ähnlich oder identisch zu Rampe 18 angeordnet sein. .In Figur 4 ist eine bevorzugte Rampe 18 als bevorzugtes Beobachtungselement 18 beispielhaft abgebildet. Rampe 18 hat eine Vielzahl von Dioden 24 als bevorzugte Hilfspunkte. Drei der Dioden 24 werden als bevorzugte Meßpunkte verwendet, um die vorgenannten Winkel zu bestimmen. Anstelle der Rampe 18 können die Dioden 24 etc. direkt an dem Anhänger 14 bzw. dem Zugfahrzeug 12 angeordnet werden. Beispielsweise können sieben Infrarotdioden 24 an dem Anhänger 14 angeordnet werden. Die Infrarotdioden 24 bilden folglich zusammen ein Beobachtungselement 18 und jeweils einen Hilfspunkt. Werden beispielsweise nur drei Infrarotdioden 24 angeordnet, repräsentieren die drei Infrarotdioden 24 zusammen ein Beobachtungselement 18 und jeweils einen Hilfspunkt und ebenfalls einen Meßpunkt. Die drei Dioden 24 können aber auch jeweils ein Beobachtungselement 18 repräsentieren.
Um die Geometrie eines Zweiachsanhängers zu simulieren, wurde beispielhaft auf einer 100 cm x 150 cm großen Grundplatte ein Modell eines solchen
Zweiachsanhängers eingerichtet, wie dies schematisch in Figur 5a dargestellt ist und beispielhaft in Figur 5b abgebildet ist. Wie in den Figuren 5a, 5b dargestellt sind zwei Drehpunkte 36, 38 angeordnet, auf denen zwei kleine drehbare
Holzplatten befestigt wurden. Auf dem hinteren Teil wurde eine 80 cm x 80 cm große schwarze Holzplatte senkrecht angebracht, welche die Meßfläche am vorderen Teil des Anhängers simulieren soll. An dieser Platte ist das
Beobachtungsobjekt 18 in Form einer eine Diodenrampe 18, befestigt. Die Kamera
16 wurde am anderen Drehpunkt genau auf der Höhe der Rampe 18 angebracht
(siehe Figur 5a).
Wie zuvor beispielhaft festgelegt, befinden sich auf dieser Rampe 18 vorzugsweise sieben Infrarotdioden 24, welche im seitlichen Abstand von 10 cm und 7 cm Abstand in der Höhe angebracht wurden. Dadurch ergibt sich, daß die Dioden 24
Λ/72 +102 = Λ/Ϊ49 = 12, 21cm (1 )
voneinander entfernt sind. Weiterhin ist die Rampe 18 60 cm breit und 21 cm hoch. Weitere Abmessungen der beispielhaften Modellrechnung sind in Tabelle 1 angegeben. Weitere wichtige bzw. notwendige Größen für die nachfolgend beschriebene Berechnung sind in Figur 6 dargestellt, welche eine Detailansicht eines Ausschnitts von Figur 3 ist. Identische Bestandteile von Figur 3 und Figur 6 sind daher mit identischen Bezugszeichen versehen. Insbesondere zeigt Figur 6 geometrische Relationen der Beobachtungseinrichtung 18 beispielsweise im Verhältnis zu dem Zugfahrzeug 12, insbesondere der Fahrzeuglängsachse 22 des Zugfahrzeugs 12 und/oder dem Anhänger 14, insbesondere der Lenkachse 20 und/oder der Anhängerlängsachse 34. Die Rampe 18 weißt insbesondere eine dreidimensionale Form auf, wobei in Figur 6 die Projektion der Rampe 18 in die vorgenannte Ebene dargestellt ist. Die Rampe 18 hat somit eine Tiefe h und eine Breite 2b. Die Tiefe h ist vorzugsweise definiert durch den Abstand der vordersten Diode 24, d.h. der Diode 24 die dem Zugfahrzeug 12 am nächsten ist und der hintersten Diode 24. In dem gezeigten Beispiel ist die Tiefe h gleich dem Abstand der Punkte S und P. Die Breite 2b ist gleich dem Abstand der beiden äußersten Dioden 24. In diesem Beispiel ist die Breite 2b gleich dem Abstand der Punkte V und R voneinander.
In Figur 6 sind ferner die Kupplungspunkte 40, 42 dargestellt, welche vorzugsweise die Position der Lenkachse 20 festlegen. Weiterhin sind die Anordnungswinkel Θi,2 und Θ2,3 dargestellt, welche durch die Lage der Fahrzeuglängsachse 22, der Lenkachse 20 und der Anhängerlängsachse 34 bestimmt sind.
Da vorzugsweise nur die Bewegung in einer planaren Ebene betrachtet wird, kann das Gespann mit seiner orthogonalen Projektion auf diese Ebene identifiziert werden. Die Punkte R,S,V,Kι,K2 sind folglich Punkte in der (vorgegebenen) Ebene bzw. Projektionen der Punkte in diese Ebene. Die Ebene kann sein:
eine Ebene, die von den Radachsen des Zugfahrzeugs aufgespannt wird,
eine Ebene, die von den Radachsen des Anhängers aufgespannt wird,
eine Ebene parallel zu einer Horizontalebene im Bezugssystem der Erde, eine Ebene parallel zu der Fahrbahnoberfläche,
eine Kombination der vorgenannten Ebenen, usw.
In der nachfolgenden Beschreibung ist mit dem Begriff „Bewegung" nicht eine Bewegung im Sinne von Vorwärts- und/oder Rückwärtsfahrt gemeint, sondern die Änderung der Position des Anhängers in Relation zum Fahrzeug.
Hierbei wird vorzugsweise der Punkt Kx als Bezugspunkt 40 der Bewegung festgelegt und erhält im selbst gewählten Koordinatensystem O, y) die Koordinaten
(0,0) . Der Punkt ^1 ist daher ein Fixpunkt in dem beispielhaft gewählten
Koordinatensystem. Die Verbindungsgerade von K1 zur Kamera 16 definiert die x -Achse. Somit hat auch die Kamera 16 festgelegte Koordinaten in dem beispielhaften Koordinatensystem. Es ist auch möglich, daß die Kamera 16 den Ursprung des Koordinatensystems definiert.
Die Koordinaten der Punkte K2,R,S,V verändern sich mit der Bewegung des
Zugfahrzeugs 12 bzw. des Gespanns bestehend aus Zugfahrzeug 12 und Anhänger 14. Während der Fahrt bewegt sich eine Kupplung K2 auf einem Kreis um den Mittelpunkt K1 . Der Radius entspricht der Länge der Verbindung L2 zwischen den Kupplungen K1 , K2 . Ebenso bewegt sich jeder Eckpunkt des Dreiecks auf seinem Kreis um dem Mittelpunkt K2 . Durch deren feste Verbindungen zu K2 sind die Radii dieser Punkte fest definiert. Dies ist beispielhaft in Figur 7 dargestellt.
Jedoch kann nicht jeder Punkt auf diesen Kreisen angenommen werden, da die technischen Vorraussetzungen, wie z.B. die Gespannsparameter, der Kameraöffnungswinkel, etc. gewisse Konstellationen nicht zulassen.
Aus den Aufnahmen der Punkte R, S, V werden die Winkel bestimmt, unter denen die Kamera 16 die Punkte sieht, d.h. unter denen die Punkte in den Bilddaten abgebildet werden. Diese werden nachfolgend Aufnahmewinkel genannt und durch CR,CS,CV bezeichnet. Die Aufnahmewinkel sind vorzugsweise Winkel in Kugelkoordinaten oder in Polarkoordinaten im Koordinatensystem der Kamera 16 oder des Bezugspunktes K1.
Der nachfolgend beschriebene Algorithmus gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung besteht, wie oben ausgeführt, im wesentlichen aus zwei Schritten:
Anhand der Aufnahme-Winkel der Kamera CR,CS,CV werden die Positionen der Meßpunkte R, S, V bestimmt.
Anhand der Positionen der Meßpunkte R,S,V werden die beiden Gierwinkel <912,<923 bestimmt. Die Gierwinkel θu,θ23 dienen dazu, die relative Lage des
Zugfahrzeugs 12 und des Anhängers 14 darzustellen.
Die Aufnahmewinkel CR,CC,CV entsprechen nur genau einer Position von R,S,V , d.h. das Dreieck (S,V,R) kann nur auf eine einzige Weise zwischen den Strahlen plaziert werden, so daß die Ecken auf den Strahlen entsprechend liegen, was im nachfolgenden bewiesen wird.
Angenommen das Dreieck könnte so plaziert werden, daß der Punkt S - vom Punkt C aus gesehen - zwischen R und V liegt, wie dies in Figur 8 beispielhaft dargestellt ist. Weiterhin wird angenommen, daß zwei verschiedene Möglichkeiten R,S,V und R\S',V existieren, um dieses Dreieck zu positionieren. Wenn sich der Punkt S' zwischen S und C befindet, wird wegen der festen Länge der Seite S, R (bzw. S', R') der Winkel des Dreiecks zwischen der Seite S', R' und dem S -Strahl an der Ecke S' kleiner als der entsprechende Winkel bei S . Entsprechend ist dies auch an der Seite S',V' der Fall. Daher gilt für die Winkel:
Z(V'S'R') < Z(VSR) (2)
Da aber das Dreieck fest definiert ist, d.h. alle Seiten und alle Winkel gleich sind, ist dies nicht möglich. Wenn sich S' auf der anderen Seite von S befindet, wird der entsprechende Winkel größer, was auch nicht möglich ist. Das bedeutet, daß die mögliche Position des Dreiecks eindeutig ist. In allen anderen Fällen wird man analog vorgehen.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, um die Position eines Anhängers 14 relativ zu dem Zugfahrzeug 12, insbesondere der Fahrzeuglängsachse 22, der Lenkachse 20 und der Anhängerlängsachse 34 zueinander zu bestimmen. Dabei wird im ersten Schritt die Berechnungsvorschrift fx ausformuliert und im zweiten Schritt
Berechnungsvorschrift /2 ausformuliert. Insoweit stellt die nachfolgende Beschreibung des ersten Schrittes eine Definition der Berechnungsvorschrift Z1 dar und die nachfolgende Beschreibung des zweiten Schrittes eine Definition der Berechnungsvorschrift f2 .
Erster Schritt: Aus CR,CS,CV werden die Koordinaten von R,S,V bestimmt.
Sei durch AB die Entfernung zwischen zwei gewählten Punkten A und B bezeichnet. Die gesuchten drei Punkte R,S,V erfüllen folgende Bedingungen:
R,S,V befinden sich auf Strahlen, die von C ausgehen und durch die
Aufnahme-Winkel bestimmt sind.
Die Entfernungen zwischen ihnen sind fest:
RV = I b (3)
RP = PV = b (4)
SP = h (5)
(6) Z(K2SR) = Z(K2SV) = p = arctan - (7]
Alle möglichen Aufnahmen sind in vier verschiedene Fälle aufzuteilen, die nachfolgend einzeln beschrieben werden:
CV<CS<CR
CV=CS< CR oder CV<CS= CR
CS<CV<CR
CV<CR<CS
Fall 1 : CV<CS<CR
Die entsprechenden Winkel in Figur 8 sind durch die Aufnahme-Winkel bestimmt:
Cx = Cn-C5 (8)
Figure imgf000035_0001
Der Winkel bei S innerhalb des Dreiecks (RSV), welcher 2-p beträgt, ist durch den Strahl durch S in zwei Winkel, S1 und S2 , aufgeteilt:
Sλ+S2=2-p (10)
Es gilt:
Z(CRS) = R0 = S1-C1 (11)
Z(CVS) = V0= S2-C2 (12) V0 = I-P-C1 - C2 -R0 (13)
Weiterhin sei D definiert durch:
D = 2-P-(C1 + C2) (14)
d.h.
V0 = D -R0 (15)
Das Dreieck (VCS) und das Dreieck (SCR) haben am Punkt C den Winkel C1 bzw. C2.
Gegenüber von diesen Winkel haben beide Dreiecke eine Seite gleicher Länge m und eine gemeinsame unbekannte Seite der Länge CS . Es gilt:
m CS
(16) sin C1 sin R0
und: m CS
(17) s siinn C c,2 s siinn V Vn0
Aus diesen Gleichungen ergibt sich:
sin R0 sin V0 CS = m — = m ^ (18) sin C, sin C,
Mit Hilfe von (15):
sin R0 = ^^-- Sm(D -R0) (19) sin C2
oder: sin V0=^.. SiXi(D-V0) (20
SUiC1
Nach Umformung und der Division durch cos R0 ergibt sich:
tan^ = sin C1 SInD {2χ sin C2 + sin C1 ■ cos D
oder entsprechend: sin C2-SmD sin C1 + sin C2 • cos D
Nun kann die Strecke CS mit den bekannten Winkel R0 (bzw. V0) ausgerechnet werden:
SmR0 CS = m — (23)
Sm(C1)
oder:
CS = m-^^- (24)
SUi(C2)
Sei durch pc , der durch C5 bestimmte, normierte Richtungsvektor gegeben. Die gesuchten Punkte:
S = C + CS-pc$ (25)
Sei ein Hilfspunkt Rs so definiert, daß die Strecke SR5 die Länge m hat und mit pc gleichgerichtet ist:
Rs=S + m pCs (26)
Durch entsprechende Drehungen dieses Punktes R5 werden die Punkte R und V definiert. Sei durch D(A,a,B) eine Drehung des Punktes A um den Winkel a um den Punkt B bezeichnet. Dann gilt:
R = D(R5, Sl, S) (27)
V = D(R -2- p, S) (28)
oder
V = D(RS,-S2,S) (29)
R = D(V, 2 p, S) (30)
Somit sind die gesuchten Punkte R,S,V ausgerechnet.
Fall 2: CV=CS< CR oder Cv < C5 = CR
Als Sonderfall ist hervorzuheben, wenn CR = C5 (oder Cv = C5 ), wie dies beispielhaft in Figur 9 dargestellt ist.
Hier liegen S und ein weiterer Punkt, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit R , auf demselben Strahl:
CR=CS (31)
C1=Q-C5=O (32)
C2 = CS-CV=Z(RCV) (33)
Die genaue Position des Dreiecks, d.h. die Koordinaten von R,S,V , kann in einfacher Weise berechnet werden. Es gilt: CS m
(34) sin(π-(C2 + (π- 2 p))) sin C2
daraus: m - sin(2 - /?- C2)
CS = - '2 / (35) sin C,
und die gesuchten Punkte berechnen sich entsprechend dem ersten Fall.
Analog kann für CS = CV , d.h. wenn S und V auf demselben Strahl liegen, vorgegangen werden.
Fall 3: CV < CR < Cs
Da die Rampe vorzugsweise aus Holz gebaut ist, kann dieser Fall in der vorangehend beschriebenen Ausführungsform nicht auftreten. Die Spitze der Rampe S würde den Punkt R verdecken und dieser ist für die Kamera nicht mehr wahrnehmbar (wie beispielhaft in Figur 10 gezeigt). Somit ist die obige Ausführungsform durch die Geometrie der Rampe auf ein bestimmtes Winkelmaß beschränkt.
Die Rampe kann aber zumindest teilweise aus einem teildurchsichtigen oder vollständig durchsichtigen Material bestehen. Dies kann vorzugsweise auf das Licht der Wellenlänge der Dioden beschränkt sein. Sind die Dioden beispielsweise Infrarotdioden, kann die Rampe aus einem Material sein, das für Infrarotlicht zumindest teilweise transparent ist. Vorteilhafterweise können nunmehr mit Hilfe der folgenden beiden Fälle höhere Gradzahlen erfaßt werden.
Die in (8) und (9) definierten Winkel haben hier andere Vorzeichen:
C1 < 0 (36)
C2 > 0 (37) m CS
(38;
SUi(C1) Sm(TJ0)
m CS
(39;
SUi(C2) SUi(V0 )
Das bedeutet:
A0 <0 (40)
V0 >0 (41)
Durch (14) ergibt sich:
sin(C,)-sin(D)
Im(R0) = - (42) sin(C2) + sin(C,) cos(D)
und
SUi(C2 )-sin(Z)) tan(V0) = - (43) sin(Cj) + SUi(C2) • cos(D)
Im Fall 1 konnte die gesuchte Größe CS entweder aus der Formel für R0 oder aus der Formel für V0 bestimmt, insbesondere ausgerechnet werden. Damit das in diesem Fall auch so möglich wäre, muß gelten:
tan(i?o)<O (44)
und tan(Vo)>0 (45)
In Formel (42) ist der Zähler negativ, d.h.
tan(/?0)<0 (46) Dies gilt jedoch nur dann, wenn
SUi(C2 ) + SiIi(C1)- cos(D) >0 (47; d.h. sin(C2 ) > - sin(C, ) ■ cos(D) (48] Aber weil
C2 > -C1 > 0 (49; gilt, ist
SUi(C2 ) > sin(-Cj ) > sin(-C, ) • cos(D) (50) und damit Im(R0)KO (51)
In Formel (43) ist der Zähler positiv, d.h. tan(V0)>0 (52)
Dies gilt jedoch nur, wenn
Sm(C1 ) + sin(C2 )-cos(D)>0 (53) d.h. sin(C2)-cos(£>)>- Sm(C1) (54) bzw.
Figure imgf000042_0001
Das bedeutet, daß (52) nur gilt, wenn (55) erfüllt ist. Jedoch gibt es keine D , die diese Bedingung erfüllen. Daher ist für den Fall
CV < CR < Cs (56;
die gesuchte Größe CS mit Hilfe von R0 berechenbar. Die anschließende Berechnung der Punkte R,S,V ist analog zu Fall 1.
Fall 4: CS < CV < CR
Die Vorgehensweise hier, ist analog zu Fall 3, nur daß hier die gesuchte Größe CS aus V0 berechnet werden muß.
2. Schritt: Aus den Punkten R,S,V die Winkel θl2,θ23 berechnen
Zunächst wird der Punkt K2 berechnet, indem der Vektor SR , welcher die Länge m hat, um den festen Winkel
-/7 = (-arctan(-)) (57) h
um den Punkt 5 gedreht wird und anschließend um den Faktor (h + PK2) gestreckt wird.
Rs = D(R,- aτctanl -), S) (58)
K - S + (SR5) ^^^ (59) m Analog wird der Punkt P wie folgt gefunden:
P = S + (SRS) \ — ] (60'
Seien durch (χA,yA) die Koordinaten des Punktes A bezeichnet. Somit ergeben sich die gesuchten Winkel durch:
θn =arctan Vxt (61 :
θ2i = arctan | (62;
[(0-Xκ2).(Xp-Xκ2)-(yp-yK2).(0-yK2)
wobei θ23 als Winkel zwischen den Vektoren (K2K1) und (K2P) berechnet wird.
Analog können mit einem umgekehrten Algorithmus aus den Winkeln θl2,θ23 die Punkte R,S,V und die Winkel CS,CR,CV berechnet werden.
Aus den Gierwinkeln θι2,θ23 können die Koordinaten der Punkte S,R,V sowie die von P, K2 ausgerechnet werden.
xKi = K1K2 cos θn (63)
yK2= K1 K2 -sin θn (64)
Sei durch P^ eine vorläufige Position des Punktes P bezeichnet. Nur θn wird betrachtet (O23=O). P0=(L2-PK2W (65;
P, = D(P0A2^1) (66; P012 hat folgende Koordinaten: x = (K1K2 -PK2)- COS(O12) (67; y = (K1K2 -PK2) -Sm(O12) (68;
Der Punkt P , mit Koordinaten (x,y) ist als Drehung des P02 um den Winkel <923 um
Punkt K2 entstanden:
P = D(P^O23, K2) (69]
Analog für den Punkt S mit Koordinaten (χs,ys) wird zuerst einen entsprechender
Punkt Sθi2 berechnet:
S^ =D((K1K2-PK2-h,0),θ12,(0,0)) (70)
und anschließend
S = D(S^K2) (71)
Für den Punkt R mit Koordinaten (χR,yR) wird ebenfalls zuerst ein entsprechender
Punkt Rθ2 berechnet:
R012= D((KλK2-PK2,b),θn,Φ,Q)) (72)
und anschließend
R = D(R012^K2) (73) Gleiches gilt auch für den Punkt V mit Koordinaten (χy, yv) , für den zunächst ein entsprechender Punkt V^ berechnet wird:
V011 = Di(K1K2 - PK2^b)A2MO)) (74)
und anschließend
V = D(Vθιi ,θ23,K2) (75)
Für diese Punkte (R,S,V) können die Winkel, unter denen die Kamera die Punkte sieht, ausgerechnet werden. Seien durch CR,CS,CV die entsprechenden Winkel bezeichnet:
tan(C„) = yR (76)
CKx + xR
tan(Q) = ^ (77)
5 CK1 + xs V '
tan(Q) = — p— (78)
CK1 + Xy
In Figur 11a ist ein Flußdiagramm zur Übersicht der ablaufenden Verfahrensschritte dargestellt. In Schritt S1 werden Bilddaten von einer Bildaufnahmeinrichtung 16 (gezeigt in der vorangehenden Figur 6) generiert, was auch als „Bild holen" bezeichnet wird. In Schritt S2 werden anhand der Bilddaten die zur weiteren Bestimmung der Anordnungswinkel notwendigen Meßpunkte erkannt. Anhand der Position der Meßpunkte in den Bilddaten, d.h. anhand der tatsächlichen Position der Meßpunkte in Pixel in den Bilddaten, werden in Schritt S3 die tatsächlichen Positionen der Meßpunkte, d.h. beispielsweise der Infrarotdioden 24, insbesondere im Bezugssystem der Kamera berechnet. Diese Positionen werden als Aufnahmewinkel bezeichnet und werden vorzugsweise als Zylinderkoordinaten .oder Kugelkoordinaten, insbesondere polare Kugelkoordinaten angegeben. Das Bezugssystem der Kamera kann in einfacher Weise auf das Bezugssystem beispielsweise des Zugfahrzeugs transformiert werden. Im Schritt S4 schließlich wird anhand der Aufnahmewinkel der Anordnungswinkel der Fahrzeuglängsachse relativ zu der Lenkachse und der Anordnungswinkel der Lenkachse zu der Anhängerlängsachse bestimmt, insbesondere berechnet. Diese Winkel können beispielsweise anhand eines Displays, einer Computerschnittstelle, einer Funkübertragung, usw. ausgegeben werden. Diese Winkel können auch verwendet werden, um eine Trajektorie des Gespanns zu bestimmen. Ferner kann anhand einer Winkeländerung eine Änderung der Trajektorie bestimmt und insbesondere angezeigt werden. Die Anordnungswinkel bzw. deren Änderung kann auch verwendet werden, um die Rückwärtsfahrt eines Gespanns automatisch zu überwachen bzw. zu steuern bzw. zu regeln.
Die genauen Verarbeitungsschritte gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, die vorzugsweise in einem Computer stattfinden, sind jedoch weitaus komplexer als nur Bild holen und Winkel ausgeben. Folglich wird in den folgenden Abschnitten, bezugnehmend auf das in Figur 11b dargestellte Flußdiagramm, eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung beispielhaft beschrieben, insbesondere, wie aus einem RGB - Bild der Kamera die Gierwinkel als bevorzugte Anordnungswinkel bestimmt, insbesondere berechnet werden.
In einem initialen Schritt werden die Bilddaten anhand der Bildaufnahmeeinrichtung generiert. Diese Bilddaten sind vorzugsweise farbige Bilddaten, insbesondere RGB Bilddaten.
Vorzugsweise wird die nachfolgend beschriebene bevorzugte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt unter Linux, beispielsweise SuSe Linux 10 in der Sprache C++, beispielsweise mit dem GCC 4.0 Compiler implementiert. Die wird vorzugsweise mit Hilfe der QT Bibliothek realisiert, insbesondere mit QT 3.3.
Vorteilhafterweise kann auf die Linux Standard Bibliothek Video4Linux (als v4l bezeichnet) zurückgegriffen werden. Dieser Treiber liest die Bilder vorzugsweise in Schritt S1 , wie in Figur 11 a gezeigt, aus einer Framegrabberkarte als beispielhaftem Bestandteil der Bildaufnahmeeinrichtung aus, an die die Kamera, als beispielhaftem, weiteren Bestandteil der Bildaufnahmeeinrichtung, angeschlossen ist. Die Synchronisation von der Software mit der Kamera geschieht vorzugsweise ebenfalls über diesen Treiber, wodurch schließlich ein komplettes RGB-BiId von der Kamera erhalten wird.
Da das zuvor beschriebene, bevorzugte Verfahren auf Infrarotdioden als beispielhaften Hilfspunkten bzw. Meßpunkten beruht, ist es nicht notwendig, die ganze Zeit über mit RGB-Bildem zu arbeiten. Daher wird vorzugsweise in einer ersten Stufe dieses Schrittes S2 (gezeigt in Figur 11 a), insbesondere in Schritt S20 aus dem RGB-BiId ein Graustufenbild gemäß
K-Ptxel, + (-Tpixel, + " Pixel, ,-.,-.> graup . = ' — ' ■- (79,
bestimmt, insbesondere berechnet, welches vorteilhafterweise nur noch ■*■ des Speichers belegt.
Anhand eines Schwellwertes wird anschließend das Schwarz-Weiß Bild berechnet, indem für jedes Pixel i entschieden wird:
weiss Puel > Schwellwert (80]
schwarzPιxel ≤ Schwellwert (81 ]
Dieser Wert wird vorzugsweise so hoch vorgegeben bzw. gewählt, daß vorteilhafterweise möglichst viele Stör-Bildpunkte verschwinden. Andererseits muß dieser Wert aber auch so niedrig sein, daß die Punkte der Rampe, d.h. die Hilfspunkte bzw. die Meßpunkte noch eindeutig erkennbar sind.
In dem nächsten Schritt S21 wird auf das Schwarz-Weiß Bild eine rekursive Such-Funktion für weiße Punkte angewandt. Insbesondere wird das Bild vorzugsweise Pixel für Pixel durchgegangen und kontrolliert, ob der momentane Pixel
schon einmal untersucht wurde oder nicht. Wenn er schon einmal untersucht wurde, wird zum nächsten übergegangen, ansonsten wird überprüft, ob dieser Pixel
schwarz oder weiß ist. Ist dieser schwarz, wird zum nächsten Pixel übergegangen. Ist dieser jedoch weiß, wird unersucht, ob in der angrenzenden Umgebung (d.h. den 8 nächsten Nachbarn) ebenfalls ein weißer Pixel vorhanden ist. Ist dies der Fall, ruft sich diese Funktion wieder selbst auf.
In dieser Rekursion werden die aneinanderhängenden weißen Pixel vorzugsweise mitgezählt. Da die zu erkennenden Infrarotdioden eine maximale und eine minimale Größe erreichen, gehen hier zwei Parameter in die Funktion ein. Mit Hilfe dieser wird dann entschieden, ob die erkannte Fläche eine Infrarotdiode, d.h. ein Hilfspunkt bzw. ein Meßpunkt ist oder nicht:
min ≤ size ≤ max . (82'
Jeder Diode wird eine nominelle Anzahl von N Pixel zugeordnet, wobei diese nominelle Anzahl von Pixel von folgenden Randbedingungen abhängig sein kann:
der Geometrie der Dioden und/oder
- des Abstandes der Dioden von der Kamera und/oder
der Brennweite der Linse der Kamera und/oder
der Pixelauflösung der Diode und/oder
Größe der Rampe und/oder
Geometrie der Rampe. Insbesondere ist die Pixelauflösung von allen diesen Randbedingungen abhängig.
Bevorzugt wird der Wert N vorab bestimmt bzw. festgelegt. Dies kann anhand einer
Eichroutine bzw. -methode geschehen. Beispielsweise kann vor dem ersten Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei in Betriebsstellung angeordneten Dioden und Kamera ein Bild ausgewertet werden, in dem die Position des Dioden bekannt ist. Folglich kann anhand dieses Bildes die nominelle Anzahl N der Pixel pro Diode bestimmt bzw. festgelegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch anhand von geometrischen und optischen Überlegungen die nominelle Anzahl N der Pixel pro Diode bestimmt, insbesondere berechnet werden. In diesem Fall stellt N einen theoretischen Wert dar.
Da die Dioden unterschiedlich weit von der Kamera entfernt sind und sich die Rampe bei unterschiedlichen Fahrmanövern bewegt, schwankt dieser Wert. Es wurde festgestellt, daß basierend auf diesen Schwankungen bei üblichen Geometrien von Zugfahrzeugen mit zweiachsigen Anhängern die maximale und minimale Größe der zu erkennenden Dioden gegeben ist durch:
max ≡ (W - 3)/2
und
min = (τV - 2)/3.
Insbesondere gilt:
max = (7V -3)/2
und
min = (N - 2)/3.
Folglich gilt für Gleichung (82):
(N - 2)/3 ≤ size ≤ (N - 3)/2. (82') Vorzugsweise beträgt der Wert für min zumindest etwa 2, zumindest etwa 9, zumindest etwa 16, zumindest etwa 36, weiterhin vorzugsweise zumindest zwischen zumindest etwa 16 und zumindest etwa 36 Pixel besonders bevorzugt zumindest etwa 4 Pixel.
Vorzugsweise beträgt der Wert für max zumindest etwa 36, zumindest etwa 49, besonders bevorzugt zwischen etwa 30 und etwa 50 Pixel, besonders bevorzugt höchstens etwa 250 Pixel.
Vorzugsweise beträgt der Wert für N zwischen etwa 25 und etwa 100, besonders bevorzugt zwischen etwa 30 und etwa 50 Pixel, besonders bevorzugt zwischen etwa 36 und etwa 49 Pixel. Weiterhin vorzugsweise beträgt der Wert für N höchstens etwa 250 Pixel besonders bevorzugt weniger als etwa 150 Pixel.
Bei gegebener Anzahl von N wird anhand eines Algorithmus nach einer Pixelmenge, d.h. zusammenhängenden Pixeln der Größe „size" gesucht, wobei (etwa) gilt,
min ≤ size ≤ mαx , (82)
wobei diese in dem vorgenannten ersten Verfahrensschritt durchgeführt werden kann.
In anderen Worten kann das Verfahren weiterhin vorzugsweise einen initialen Schritt umfassen in dem die nominale Anzahl N Pixel pro Diode bestimmt wird. Die nominale Anzahl N kann hierbei in einem Eichschritt bzw. Kalibrierschritt gemessen werden und/oder mittels geometrischer und/oder optischer Überlegungen unter Zugrundelegung
der Geometrie der zumindest einen Dioden und/oder
des Abstandes der zumindest einen Dioden von der (zumindest einen) Kamera und/oder der Brennweite der Linse der (zumindest einen) Kamera und/oder
der Pixelauflösung der Diode (in den Bilddaten) und/oder
der Größe der Rampe und/oder
der Geometrie der Rampe und/oder
- der Anordnung der Rampe, insbesondere relativ zu der (zumindest einen) Kamera
geschätzt und/oder theoretisch bestimmt, insbesondere berechnet werden. Folglich können verschiedene reale Systeme bzw. Verfahren aufgrund verschiedener geometrischer Anordnungen und/oder verwendeter Diode(n) und/oder verwendeter Kamera(s) auch verschiedene nominelle Anzahlen N von Pixeln aufweisen. Der Eichschritt kann identisch bzw. Bestandteil des vorbeschriebenen Kalibrierungsschritts sein.
Für alle die Punkte, die in Frage kommen könnten, wird der sog. Schwerpunkt gebildet. Das bedeutet:
AnzahlPunkte
X1
Px = & (83)
AnzahlPunkte
AnzahlPunkte
Σ 1=1 y,
Py = - (84)
AnzahlPunkte
Diese Werte werden als möglicher Infrarotdioden-Punkt, d.h. als möglicher Hilfspunkt bzw. Meßpunkt angenommen.
In dem darauffolgenden Schritt S22 wird ausgewählt, ob ein sogenanntes „großes Verfahren" oder ein sogenanntes „kleines Verfahren" durchgeführt werden soll. Das .große Verfahren beinhaltet insbesondere die Schritte S23, S24, S25. Das kleine Verfahren beinhaltet insbesondere die Schritte S26, S27, S25.
Nachfolgend wird zuerst das große Verfahren beschrieben. Aus den in Schritt S21 erhaltenen Schwerpunkten werden die Schenkel der Rampe bestimmt, insbesondere errechnet. Ein Schenkel hat dabei vorzugsweise folgende Eigenschaften:
er besteht aus vier Punkten
alle vier Punkte liegen auf einer Linie
die Schenkel, die eine Rampe bilden, haben genau einen Punkt gemeinsam
- die Rampe besteht aus genau zwei solcher Schenkel
einer der beiden Schenkel, die die Rampe bilden sollen, darf eine Mindestlänge nicht unterschreiten.
Die Schenkelerkennung läuft vorzugsweise folgendermaßen ab. Die gefundenen Schwerpunkte werden nacheinander abgearbeitet. Zu jedem Punkt wird der nächstliegende Punkt gesucht. Zu diesen Punkten werden wiederum nächstliegenden Punkte gesucht. Anschließend wird überprüft, ob die Punkte auf einer Geraden liegen.
Dies geschieht indem der Abstand vom ersten bis zum dritten Punkt mit der Strecke vom ersten über den zweiten bis zum dritten Punkt verglichen wird. Sind beide gleich müssen die drei Punkte auf einer Geraden liegen. Des weiteren wird überprüft, ob die Verhältnisse der Längen zwischen den einzelnen Punkten, den vorgegebenen Verhältnissen aus den Geometriedaten entsprechen.
Wenn auf diese Weise drei Punkte gefunden wurden, wird versucht auf die selbe Art und Weise noch einen vierten Punkt zu finden. Ist dieser Schritt geglückt, wird angenommen, daß diese vier Punkte einen Schenkel bilden. Aus den so erhaltenen Schenkeln wird versucht, diese zu einer Rampe zusammenzusetzen. Da die Schenkel immer so ermittelt werden, daß zuerst die eng aneinander liegenden Punkte gefunden werden und danach erst die Punkte, die etwas weiter voneinander entfernt liegen, ergibt sich daraus, daß der letzte gefundene Punkt eines Schenkels der Mittelpunkt der Rampe ist. Sollten sich also zwei Schenkel finden, die den gleichen letzten Punkt besitzen, dann ergibt sich aus diesen beiden eine Rampe.
Die Gültigkeit dieser Rampe wird überprüft, indem die Länge der Schenkel gemessen wird. Insbesondere wird in Schritt S24 überprüft, ob der detektierte Schenkel tatsächlich ein Schenkel ist. Hierzu wird die Länge des Schenkels überprüft. Je weiter ein Schenkel von der Kamera, als bevorzugter Bildaufnahmeinrichtung weggedreht wird, desto kleiner erscheint auf dem Kamerabild, als bevorzugten Bilddaten. Umgekehrt erscheint der zur Kamera hingewandte Schenkel größer als er in Wirklichkeit ist. Daraus folgt, daß zumindest einer der beiden Schenkel eine gewisse Mindestlänge nicht unterschreiten darf.
Falls beide Schenkel einer erkannten Rampe kleiner sind als die Mindestlänge, wird die erkannte Rampe verworfen und nach einer anderen gesucht, d.h. das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise erneut durchgeführt. Insbesondere kann das vorgenannte Verfahren so oft teilweise oder vollständig wiederholt durchgeführt werden, bis eine oder mehrere Rampen detektiert bzw. bestimmt sind.
Ist schließlich eine Rampe erkannt worden, werden die Koordinaten der, von der Kamera aus betrachtet, rechten (V), linken (R) und mittleren (S) Infrarotdiode vorzugsweise in kartesischen Koordinaten, Zylinderkoordinaten oder Kugelkoordinaten zurückgegeben (Schritt S25). Anschließend können die Schritte S3 und S4 durchgeführt werden. Die Schritte S20 bis S25 sind vorzugsweise Teilschritte des Schritts S2.
Das zuvor beschriebene, beispielhafte Verfahren zur Erkennung der Rampe, d.h. das „große Verfahren" geht davon aus, daß sich von Bild zu Bild große Veränderungen in der Lage der Punkte ergeben. Daher wird die Erkennung von .Schwerpunkten und Rampe für jedes Bild vorzugsweise völlig neu gestartet. Dieses Verfahren benötigt daher einen großen Teil der Rechenkapazität des Prozessors und ist für weniger leistungsstarke Systeme ungeeignet.
Daher macht sich die nachfolgend beschriebene bevorzugte Ausfϋhrungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. das „kleine Verfahren" den Sachverhalt zu nutze, daß in der Realität die Bewegung des Anhängers von Bild zu Bild, aufgrund der hohen Frequenz der Kamera, nur sehr gering ausfällt. In Schritt S22 wird somit das kleine Verfahren durchgeführt, falls zuvor das große Verfahren bereits durchgeführt wurde und/oder Meßpunkte, insbesondere die drei Meßpunkte R, S, V bereits detektiert waren. In diesem Fall werden die vom großen Verfahren erkannten Koordinaten der Punkte R, S und V herangezogen und in einem gewissen Umkreis um sie herum erneut nach Schwerpunkten gesucht (Schritt S26). Sollten alle Meßpunkt, d.h. gemäß dieser Ausführungsvariante die drei Punkte R, S, V auf diese Art erneut gefunden werden (Schritt S27), so werden die Koordinaten dieser (neuen) Punkte als die Koordinaten für R, S, V zurückgegeben (Schritt S25). Sollte in Schritt S27 festgestellt werden, daß ein oder mehrere der Punkte nicht gefunden werden, wird vorzugsweise das große Verfahren durchgeführt, da die Verschiebung zu groß war um eindeutig sagen zu können, daß es sich um die alten Punkte handelt. Folglich wird nach Schritt S27, d.h. der fehlgeschlagenen Detektion aller Punkte, Schritt S23 ausgeführt.
Für die Umrechnung der gefundenen R, S, V Punkte in die relativen Winkel aus Sicht der Kamera müssen die Pixel vorzugsweise zunächst in Abstände zum Lot der Kamera umgerechnet werden. Dies geschieht gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante mit Hilfe einer Tabelle, welche beispielsweise zuvor, in einem initialen Schritt, in dem die bevorzugte Vorrichtung an das Gespann angepaßt wird, angelegt wird.
Hier wird zunächst bestimmt, bei welchem Pixel sich die Diode in der Nullstellung ( θn = <923 = 0 ) zuerst 10 cm, dann 20 cm usw. entfernt vom Lot der Kamera befindet.
Gleiches gilt auch für die andere Seite, wo mit negierten Werten gearbeitet wird. Daraus werden dann die Pixelwerte interpoliert und beispielsweise in Zentimeter Angaben umgerechnet. Dies ist beispielhaft in Figur 12 dargestellt. Nachdem der Pixelwert in den zugehörigen Abstand zum Lot umgerechnet wurde, kann mit Hilfe der tan -Funktion der Aufnahme Winkel des Punktes berechnet werden:
win = arctan( ^^ ) (85]
L2 - PK2 + CK1
wie dies beispielhaft in Figur 12 dargestellt ist.
Mit Hilfe des beispielhaften Laboraufbaus, wie er z.B. in Figuren 5a, 5b dargestellt ist, wurden verschiedene Messungen durchgeführt, um die Korrektheit des vorhergehend beschriebenen Algorithmuses zu untersuchen. Aufgrund dessen Testwerte erstellt wurden, wie sie in Tabelle 2 dargestellt sind.
Anzumerken hierzu ist, daß ein manuelles vorgeben bzw. vorbestimmen eines Winkels sehr schwierig ist. Insbesondere kann ein Winkel bis auf die zweite Nachkommastelle im wesentlichen nicht exakt eingestellt werden. Schwierig ist es sogar schon, die erste Nachkommastelle genau vorzugeben. Daher sind die Werte, die eine Abweichung von 0,5° haben, also ±0,25° vom eigentlichen Wert, dennoch als korrekte Werte anzunehmen.
Für eine leichtere Übersicht, sind in Tabelle 3 und Tabelle 4 die einzelnen Abweichungen der Winkel θn und θ23 gegeneinander aufgetragen. Hierbei gilt, je dunkler das Feld dargestellt ist, desto größer ist die Abweichung des einzelnen Winkels.
Bezugszeichenliste
O Objekt
C Gerät
10 Gespann
12 Zugfahrzeug
14 Anhänger
16 Kamera
18 Beobachtungsgegenstand / Rampe
20 Anhängerzugvorrichtung / Lenkachse
22 Längsachse des Zugfahrzeugs / Fahrzeuglängsachse
24 Infrarotdioden
26 Meßpunkte
28 Hinterachse
30 IR-Dioden
32 Kamera
34 Anhängerlängsachse
36 Drehpunkt
38 Drehpunkt
40 Kopplung / Kupplung / Kupplungspunkt K1
42 Kopplung / Kupplung / Kupplungspunkt K2

Claims

Anmelder: Universität Koblenz-Landau"Verfahren zum Bestimmen einer Position, Vorrichtung undComputerprogrammprodukt"Unser Zeichen: K 3466WO - ds / hy / edPatentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Position eines zweiachsigen Anhängers (14) mit zumindest einer beweglichen Radachse, relativ zu einem Zugfahrzeug (12) mit den Schritten:
- Erzeugen von Bilddaten zumindest eines Beobachtungselements (18) mit zumindest einem zugeordneten Meßpunkt (R, S, V) anhand einer Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32),
Detektion zumindest dreier vorgegebener Meßpunkte (R, S, V) in den Bilddaten,
Bestimmen der Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32), in Bezugskoordinaten eines vorgegebenen Koordinatensystems, insbesondere in Kugelkoordinaten oder Zylinderkoordinaten,
Bestimmen einer absoluten Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) anhand der Bezugskoordinaten,
Bestimmen
- eines Anordnungswinkels Θi,2 zwischen einer Fahrzeuglängsachse (22) des Zugfahrzeugs (12) und einer Lenkachse (20) des Anhängers (14) und
- eines Anordnungswinkels Θ2,3 zwischen der Lenkachse (20) und einer Anhängerlängsachse (34) des Anhängers (14) anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32).
2. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei
der Anordnungswinkel G1, 2 zwischen der Fahrzeuglängsachse (22) des Zugfahrzeugs (12) und der Lenkachse (20) des Anhängers (14) als Funktion eines Lagewinkels G1 der Fahrzeuglängsachse (22) des Zugfahrzeugs (12) und eines Lagewinkels Q2 der Lenkachse (20) des Anhängers (14) anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) bestimmt wird und
der Anordnungswinkel Θ2,3 zwischen der Lenkachse (20) des Anhängers (14) und der Anhängerlängsachse (34) des Anhängers (14) als Funktion des Lagewinkels Q2 der Lenkachse (20) des Anhängers (14) und eines Lagewinkels Θ3 der Anhängerlängsachse (34) des Anhängers (14) anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte (R, S, V) gegenüber der
Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) bestimmt wird,
wobei gilt:
Figure imgf000058_0001
und
Figure imgf000058_0002
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei genau drei vorgegebene Meßpunkte (R, S, V) in den Bilddaten detektiert werden und für die Anordnungswinkel Θi,2 und Θ2,3 gilt:
<912 = arctan
Figure imgf000058_0003
und (0- XJC.) •(?,>- 3V2 )-(*/> -xKl) -(0-yjr.) θ23 = arctan| φ-x )-(xP-xK)-(yp-y )-(Q-y )
wobei
(xκ2, yκ2) die Koordinaten eines Punktes K2 und (xP, y>) die Koordinaten eines Punktes P in einem Koordinatensystem, insbesondere in einem kartesischen Koordinatensystem eines vorbestimmten Punktes K1 als Zentrum sind,
K1 der Schnittpunkt der Lenkachse mit der Anhängerlängsachse des Anhängers ist,
und
K2 sich durch Drehung eines Verbindungsvektors SR der Punkte S, R um einen Winkel
-/? = (-arctan(-)) h
und durch Streckung mit einem Faktor h + PK2
Rs= D(R,- arctanl-), S)
h + PK,
K2=S + (SRS) m
ergibt und für P gilt:
P = S + (SRs) (-\,
U.
wobei m die Länge des Vektors SR ist und b, h vorgegebene Abmessungen des zumindest einen Beobachtungselements ist.
.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei anhand der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) farbige Bilddaten, insbesondere RGB Bilddaten erzeugt werden.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die farbigen Bilddaten in schwarz/weiß Bilddaten umgewandelt werden.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zum Detektieren der Meßpunkte alle Pixel der schwarz/weiß Bilddaten überprüft werden und anhand einer Mindestzahl und einer Höchstzahl benachbarter weißer Pixel zumindest drei Hilfspunkte identifiziert werden.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 5, wobei zum Detektieren der Meßpunkte alle Pixel der schwarz/weiß Bilddaten überprüft werden und anhand einer Mindestzahl und einer Höchstzahl benachbarter schwarzer Pixel zumindest drei Hilfspunkte identifiziert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mindestzahl und die Höchstzahl benachbarter Pixel von einer nominellen Anzahl N von Pixeln pro Meßpunkt abhängt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für die Mindestzahl min und die Maximalzahl max gilt:
max -= (N - 3)/2
und
min = (.V - 2)/3.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei für die anhand der benachbarten weißen und/oder benachbarten schwarzen Pixel detektieren Hilfspunkte jeweils der Schwerpunkt berechnet wird und für die Position Px, Py des jeweiligen Schwerpunktes gilt: AnzahlPutύae
Σ
P = 1=1 *,
AnzahlPunkte
Anza MhlPPuunnkkttee
Σ y,
P = & . y AnzahlPunkte
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei bei einer Vielzahl von Schwerpunkten benachbarte Schwerpunkte detektiert werden und die benachbarten Schwerpunkte als auf einer Strecke liegend identifiziert werden, wenn die Summe der Abstände der einzelnen Schwerpunkte untereinander gleich ist zu dem größten Abstand zweier der Schwerpunkte.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei zumindest ein Schenkel detektiert wird, wenn vier benachbarte Schwerpunkte auf einer gemeinsamen Strecke liegen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Schenkel identifiziert wird, wenn der maximale Abstand zweier Schwerpunkte auf einer der Strecken größer als eine vorgegebene Mindestlänge ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine Rampe (18) identifiziert wird, wenn zwei Schenkel identifiziert werden, die beiden Schenkel einen gemeinsamen Punkt aufweisen und der gemeinsame Punkt ein Endpunkt der beiden Strecken ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zumindest drei Meßpunkte (R, S, V) anhand der Position der Rampe (18) bestimmt werden, wobei einer der Meßpunkte
(S) einem Mittelpunkt der Rampe (18) zugeordnet wird und die beiden weiteren Meßpunkte (R, V) äußeren Enden der Rampe (18) zugeordnet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Rampe (18) in einem initialen Schritt detektiert wird und nach Detektion der Rampe (18) eine Veränderung der Position des zumindest einen Hilfspunkts detektiert wird und anhand dieser Detektion die Position der Rampe (18) erneut bestimmt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Veränderung der Position des zumindest einen Hilfspunkts dadurch detektiert wird, daß in einer Umgebung des zumindest einen Hilfspunkts die Pixel überprüft werden und die Position des Schwerpunkts des zumindest einen Hilfspunkts identifiziert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei, wenn nicht alle Meßpunkte (R, S, V) identifiziert werden, das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15 durchgeführt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, wobei ein Schritt oder mehrere Schritte wiederholt durchgeführt werden.
20. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in einem initialen Schritt für jeden Hilfspunkt in einer Kalibrierstellung der
Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) relativ zu dem Beobachtungselement (18) die Position eines jeden Hilfspunktes in Pixeln der Bilddaten bestimmt wird, wobei die tatsächliche Position eines jeden Hilfspunktes durch eine Anordnung einer entsprechenden Infrarotdiode (24, 30) an dem Beobachtungselement (18) vorgegeben wird und die Position einer jeden Infrarotdiode (24, 30) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) in der Kalibrierstellung vorgegeben ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) relativ zu den Hilfspunkten in den Bilddaten bestimmt wird und durch kalibrieren der Bilddaten die eine Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) bestimmt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , wobei die Winkelauslenkung eines jeden Meßpunktes (R1 S, V) relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) gegeben ist durch
win = arctan( ^^ ) .
L1 -PK2 ^ CKx
23. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei anhand des Anordnungswinkels O112 zwischen der Fahrzeuglängsachse (22) des Zugfahrzeugs (12) und der Lenkachse (20) des Anhängers (14) und anhand des Anordnungswinkels Θ2,3 zwischen der Lenkachse (20) und der Anhängerlängsachse (34) des Anhängers (14) eine Trajektorie des Gespanns bestehend aus Zugfahrzeug (12) und Anhänger (14) insbesondere automatisch bestimmt wird.
24. Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Anhängers (14) mit zumindest einer bewegbaren Radachse relativ zu einem Zugfahrzeug (12) mit
zumindest einem Beobachtungselement (18), dem zumindest ein Meßpunkt (R, S, V) zugeordnet ist,
- einer Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32), welche ausgelegt ist Bilddaten des zumindest einen Beobachtungselements (18) zu erzeugen,
einer Detektionseinrichtung, welche ausgelegt ist zumindest drei vorgegebene Meßpunkte (R, S, V) in den Bilddaten zu detektieren,
einer Bestimmungseinrichtung, welche ausgelegt ist,
-- die Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32), in Bezugskoordinaten, insbesondere in Kugel- bzw. Zylinderkoordinaten, zu bestimmen,
-- eine absolute Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) anhand der Bezugskoordinaten zu bestimmen,
-- einen Anordnungswinkel Θi,2 zwischen einer Fahrzeuglängsachse (22) des Zugfahrzeugs (12) und einer Lenkachse (20) des Anhängers (14) anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) zu bestimmen und
-- einen Anordnungswinkel Θ2,3 zwischen der Lenkachse (20) und einer Anhängerlängsachse (34) des Anhängers (14) anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) zu bestimmen.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei das Beobachtungselement (18) eine Vielzahl von Darstellungseinrichtungen (24, 30) umfaßt.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Darstellungseinrichtungen (24, 30) Infrarotdioden, insbesondere drei, vorzugsweise sieben Infrarotdioden sind.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) eine Digitalkamera und/oder eine Analogkamera umfaßt.
28. Computerprogrammprodukt, welches wenn geladen in den Speicher eines Computers und ausgeführt von dem Computer ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23 durchführt.
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