WO2008064892A1 - Method for determining a position, device and computer program product - Google Patents

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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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German (de)
French (fr)
Inventor
Elisabeth Balcerak
Dieter ZÖBEL
Thorsten Weidenfeller
Original Assignee
Universität Koblenz-Landau
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Filing date
Publication date
Application filed by Universität Koblenz-Landau filed Critical Universität Koblenz-Landau
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D13/00Steering specially adapted for trailers
    • B62D13/06Steering specially adapted for trailers for backing a normally drawn trailer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60DVEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/24Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions
    • B60D1/245Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices characterised by arrangements for particular functions for facilitating push back or parking of trailers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60DVEHICLE CONNECTIONS
    • B60D1/00Traction couplings; Hitches; Draw-gear; Towing devices
    • B60D1/58Auxiliary devices
    • B60D1/62Auxiliary devices involving supply lines, electric circuits, or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/027Parking aids, e.g. instruction means
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/70Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT 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
    • B60W2520/00Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/22Articulation angle, e.g. between tractor and trailer
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30248Vehicle 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

The invention relates to a method for determining a position of a two-axle trailer (14) having at least one movable wheel axle relative to a tractor vehicle (12), having the steps: generating image data with at least one associated measurement point (R, S, V), detecting at least three predefined measurement points (R, S, V) in the image data, determining the position of each measurement point (R, S, V) relative to the image recording device (16,32) in reference coordinates of a predefined coordinate system, determining an absolute position of each measurement point (R, S, V) with respect to the image recording device (16,32), determining from this an arrangement angle T<SUB>1,2</SUB> between a vehicle longitudinal axis (22) of the tractor vehicle (12) and a steering axis (20) of the trailer (14), and an arrangement angle T<SUB>2,3</SUB> between the steering axis (20) and a trailer longitudinal axis (34) of the trailer (14).

Description

Beschreibung description
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.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.
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: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:
- Vergleichsweise niedriger Preis,- comparatively low price,
vergleichsweise niedriger Verschleiß, insbesondere hinsichtlich des Abriebs der Reifen,comparatively low wear, in particular with regard to the abrasion of the tires,
- gutes Verhältnis zwischen Nutzlast und Eigenlast.- good ratio between payload and dead load.
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 ErfindungExperience has shown that G3T vehicles, in particular when driving backwards, are difficult to control, so that rearward maneuvers by a driver demand a high degree of driving skills. Traditionally, inexperienced drivers are quickly overwhelmed when targeted driving maneuvers are necessary when reversing. Object of the invention
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.It is therefore an object of the present invention to provide a simplified maneuverability of G3T vehicles. This object is achieved by means of the method according to claim 1, the device according to claim 24 and the computer program according to claim 28. Preferred embodiments or embodiments are the subject of the dependent claims.
Vorrichtuno gemäß eines Aspekts der ErfindungDevice according to one aspect of the invention
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: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:
Erzeugen von Bilddaten zumindest eines Beobachtungselements mit zumindest einem zugeordneten Meßpunkt anhand einer Bildaufnahmeeinrichtung,Generating image data of at least one observation element with at least one associated measuring point on the basis of an image recording device,
Detektion zumindest dreier vorgegebener Meßpunkte in den Bilddaten,Detection of at least three predetermined measurement points in the image data,
Bestimmen der Position eines jeden Meßpunktes relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung, in Bezugskoordinaten eines vorgegebenen Koordinatensystems, insbesondere in Kugelkoordinaten oderDetermining the position of each measuring point relative to the image pickup device, in reference coordinates of a given coordinate system, in particular in spherical coordinates or
Zylinderkoordinaten,Cylindrical coordinates,
Bestimmen einer absoluten Position eines jeden Meßpunktes gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung anhand der Bezugskoordinaten,Determining an absolute position of each measuring point relative to the image recording device on the basis of the reference coordinates,
BestimmenDetermine
-- eines Anordnungswinkels Θ1i2 zwischen einer Fahrzeuglängsachse des- An arrangement angle Θ 1i2 between a vehicle longitudinal axis of the
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.Towing vehicle and a steering axle of the trailer and - an assembly angle Θ 2 , 3 between the steering axle and a Trailer longitudinal axis of the trailer based on the absolute positions of the measuring points relative to the image pickup device.
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).Advantageously, according to the present invention, 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. Furthermore, 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).
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.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. Further, 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.
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.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. If, for example, the orientation of the front axle of the trailer and / or the orientation of the rear axle of the trailer is changed, in particular to allow cornering of the trailer, the trailer longitudinal axis is stationary, ie, the orientation of the trailer longitudinal axis to the front axle / or the rear axle is variable.
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.When driving straight ahead of the team consisting of towing vehicle and trailer in particular 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, however, 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. In particular, the vehicle longitudinal axis, the steering axle of the trailer and the trailer longitudinal axis in plan form a line in this case. In a side view, 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.
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.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. For example, the steering axle may be at least partially identical to a longitudinal axis of a drawbar of the trailer.
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.The vehicle's longitudinal axis and the trailer's longitudinal axis can also be vertical be displaceable. In other words, the vehicle longitudinal axis is not limited to the plane which is formed on the basis of the wheel axles of the towing vehicle. Similarly, 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.
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.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.
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.For the purposes of this invention, 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.
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.An "arrangement angle" in the sense of this invention is in particular an angle in three-dimensional space. However, an array angle may also be limited to a plane in three-dimensional space, i. to be a two-dimensional size.
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.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.
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.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. In particular, 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, on the other hand, 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. In this case, 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. Analogously, the coordinate system can also be formed with regard to the trailer.
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.Advantageously, 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.
Bevorzugte Ausführunqsvarianten des Verfahrens Vorzugsweise wirdPreferred Ausführunqsvarianten the method Preferably
der Anordnungswinkel Θ-ii2 zwischen der Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs und der Lenkachse des Anhängers als Funktion eines Lagewinkels Θi der Fahrzeuglängsachse des Zugfahrzeugs und einesthe arrangement angle Θ-i i2 between the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle and the steering axle of the trailer as a function of a position angle Θi the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle and a
Lagewinkels Θ2 der Lenkachse des Anhängers anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung bestimmt undPosition angle Θ 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
- 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,the arrangement angle Θ 2 , 3 between the steering axle of the trailer and the trailer longitudinal axis of the trailer as a function of the attitude angle Θ 2 of the steering axle of the trailer and a position angle Θ 3 of the trailer longitudinal axis of the trailer determined by the absolute positions of the measuring points relative to the image pickup device,
wobei gilt:
Figure imgf000009_0001
where:
Figure imgf000009_0001
undand
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 einenA 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
Rotationswinkel der Achse, genannt "Wankwinkel" der Achse enthält (schematisch ist ein Lagewinkel einer Achse in Figur 1 dargestellt).Rotation angle of the axis, called "roll angle" of the axis contains (schematically, a position angle of an axis in Figure 1 is shown).
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
Preferably, exactly three predefined measuring points R, S, V are detected in the image data, with the arrangement angles Θ 1j2 and Θ 2 , 3 :
Figure imgf000010_0001
undand
(O-*jc,Hy/.-yg.)-(*/.-*g1HO-yg,)(O * jc, y Hy /.- g.) - (* / .- * g 1 HO-yg,)
Ä '2,3 = arctanÄ '2,3 = arctane
wobeiin which
(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,(xκ 2 , yκ 2 ) the coordinates of a point K 2 and (x P , yp) are the coordinates of a point P in a coordinate system, in particular in a Cartesian coordinate system of a predetermined point K 1 as a center,
K1 der Schnittpunkt der Lenkachse mit der Anhängerlängsachse des Anhängers ist,K 1 is the intersection of the steering axle with the trailer longitudinal axis of the trailer,
undand
K2 sich durch Drehung eines Verbindungsvektors SR der Punkte S, R um einen WinkelK 2 by rotation of a connecting vector SR of the points S, R by an angle
-/? = (-arctan(-)) h- /? = (-arctane (-)) h
und durch Streckung mit einem Faktor h+PK2 and by stretching with a factor h + PK 2
Rs= D(R,- arctznl- Y S)R s = D (R, - arctznl-YS)
K2=S + (SRS) ^^ mK 2 = S + (SR S ) ^^ m
ergibt und für P gilt: hresults and for P applies: H
P = S + (SR3) -P = S + (SR 3 ) -
wobei m die Länge des Vektors SR ist und b, h vorgegebene Abmessungen des zumindest einen Beobachtungselements ist.where m is the length of the vector SR and b, h is given dimensions of the at least one observation element.
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.By way of example, the variables m, b and h are described in more detail in the following description of the figures, in particular with reference to FIG. 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. In this case, the symbols θ and Θ may have similar, in particular equal, sampling, in particular equal angles, the symbol θ serving in particular to describe an angle and the symbol Θ preferably being an angular triple. For example, the angle Θ 12 may include the angles θ g12 , θ n i2, and θ w i 2 . If, as in the above preferred embodiment, only movements in two-dimensional space are preferably considered, angle Θi, 2 includes, for example, only the angle θ g i 2 , which is referred to as θi 2 . Analogously, the angle Θi may include the angles θ g , θ n i and θ w i.
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.The above conditions are exemplary conditions of a planar movement of the towing vehicle and trailer combination. In other words, the team moves in a plane forward or is arranged in a plane. It is also possible that 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. In this case, for example, 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. Likewise, in a uphill or downhill descent of a team around a curve, the roll angle of the two axes may be the same, but the yaw and / or pitch angles differ from each other. Preferably, colored image data, in particular RGB image data, are generated on the basis of the image recording device.
Besonders bevorzugt werden die farbigen Bilddaten in Schwarz-Weiß Bilddaten umgewandelt.Most preferably, the colored image data is converted into black and white image data.
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.Further preferably, 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.
Besonders bevorzugt werden sieben Hilfspunkte identifiziert.Particularly preferably, seven auxiliary points are identified.
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.Further preferably, 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.
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.Preferably, 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.
Weiterhin vorzugsweise gilt für die Mindestzahl min und die Maximalzahl max.Furthermore preferably applies for the minimum number min and the maximum number max.
max ≡ (JV -3)/2max ≡ (JV -3) / 2
undand
min = (-V - 2)/3.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.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.
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: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:
AnzahlPunkte Σ * Px = & Numberpoints Σ * P x = &
AnzahlPunktenumber of points
AnzahlPunkte yt Number of points y t
P = - 1=1P = -1 = 1
AnzahlPunktenumber of points
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.Furthermore, in a plurality of centers 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.
In anderen Worten werden die detektierten Hilfspunkte, insbesondere die Schwerpunkte der detektierten Hilfspunkte nacheinander abgearbeitet. Zu jedemIn other words, the detected auxiliary points, in particular the centers of gravity of the detected auxiliary points are processed one after the other. To each
Schwerpunkt wird der nächstliegende Schwerpunkt bestimmt. Zu diesem bzw. diesen Schwerpunkt(en) wird bzw. werden dann auch wiederum nächstliegendeEmphasis is given to the nearest center of gravity. This or that focus (s) will become or become the closest
Schwerpunkte gesucht. Anschließend wird überprüft, ob die Punkte auf einerFocuses sought. It then checks if the points are on a
Geraden bzw. einer Strecke liegen.Straights or a stretch lie.
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.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.
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.Furthermore, it is preferably checked whether 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. In other words, 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.
Weiterhin vorzugsweise wird zumindest ein Schenkel identifiziert, wenn vier benachbarte Schwerpunkte auf einer gemeinsamen Strecke liegen.Further preferably, at least one leg is identified when four adjacent centroids lie on a common path.
Es können auch mehr benachbarte Schwerpunkte auf dem Schenkel liegen bzw. diesen bilden.It can also lie more adjacent focal points on the leg or form this.
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.In other words, if, as stated above, three centroids or auxiliary points are found, an attempt is made to find a fourth centroid or auxiliary point in the same way. If so, it is assumed that these four points form a leg.
Besonders bevorzugt wird ein Schenkel identifiziert, wenn der maximale Abstand zweier Schwerpunkte auf einer der Strecken größer als eine vorgegebene Mindestlänge ist.Particularly preferably, 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.
Weiterhin vorzugsweise wird eine Rampe identifiziert, wennFurther preferably, a ramp is identified when
zwei Schenkel identifiziert werden,two thighs are identified,
die beiden Schenkel einen gemeinsamen Punkt aufweisen und der gemeinsame Punkt Endpunkt der beiden Schenkel ist.the two legs have a common point and the common point is the end point of both thighs.
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.In other words, it is attempted to assemble a ramp in the image data or to determine the actual dimension of the ramp from the legs obtained. Since the legs are preferably determined so that first the closely adjacent centers of gravity or auxiliary points are found and then only the focal points or auxiliary points that are slightly farther apart, it follows that the last detected center of gravity or auxiliary point of a leg of the center the ramp is.
Werden somit zwei Schenkel identifiziert, die einen gemeinsamen, letzten Schwerpunkt bzw. Hilfspunkt aufweisen, ergibt sich aus diesen beiden Schenkeln eine Rampe.Thus, if two legs are identified which have a common, last center of gravity or auxiliary point, a ramp results from these two legs.
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.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.
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.Further preferably, 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.
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.In other words, 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.
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.The above statements can be carried out analogously for more than three measuring points. For example, a plurality, in particular 8, 9, 10, 15, 20, etc. auxiliary points can be determined and based on the auxiliary points 3, 4, 5, 10, etc. measuring points are determined. For example, the plurality of auxiliary points can be specified by arranging a corresponding number of light-emitting diodes (see below).
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.Furthermore, 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. For example, a first ramp may be perpendicular to a second ramp. This is particularly advantageous if the arrangement angles are determined in three-dimensional space.
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:In other words, 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:
ein Schenkel besteht aus zumindest vier Schwerpunkten bzw. Hilfspunkten;a leg consists of at least four centers of gravity or auxiliary points;
alle vier Schwerpunkte bzw. Hilfspunkte liegen auf einer Linie;all four focal points or auxiliary points lie in one line;
die Schenkel, die eine Rampe bilden, haben genau einen Schwerpunkt bzw. Hilfspunkt gemeinsam;the legs forming a ramp have exactly one center of gravity or auxiliary point;
die Rampe besteht aus genau zwei solcher Schenkel;the ramp consists of exactly two such legs;
keiner der beiden Schenkel, die die Rampe bilden, darf eine Mindestlänge unterschreiten.none of the two legs that form the ramp may be below a minimum length.
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.Preferably, 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.
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.Particularly preferably, 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.
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.In other words, 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.
Besonders bevorzugt wird, wenn nicht alle Meßpunkte R, S, V identifiziert werden, das vorgenannte Verfahren erneut durchgeführt.Particularly preferably, if not all measuring points R, S, V are identified, the aforementioned method is carried out again.
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.In other words, should one or more measurement points not be found, again 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.
Besonders bevorzugt wird einer der Schritte oder werden mehrere der Schritte, insbesondere alle diese Schritte wiederholt durchgeführt.Particularly preferred is one of the steps or several of the steps, in particular all these steps repeatedly performed.
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.Further preferably, in an initial step for 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 ,
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.In other words, 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. Since 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. Likewise, the position of each measuring point for the aforementioned reason / reasons is known. In particular, the position of the auxiliary points to each other or the position of the measuring points to each other is known. For example, the distances of the auxiliary points to each other can be measured. Furthermore, 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. It is therefore possible to establish a relation of the positions of the auxiliary points in the image data to the actual position of the auxiliary points. In other words, a position indication in pixels can be converted into an actual position specification, for example in meters, centimeters, etc., and vice versa.
Insbesondere ist es möglich, daß die Hilfspunkte Positionen von Infrarotdioden entsprechen. Die Hilfspunkte bzw. deren Position, insbesondere deren absoluteIn particular, it is possible that the auxiliary points correspond to positions of infrared diodes. The auxiliary points or their position, in particular their absolute
Position in Kalibrierstellung, werden daher insbesondere durch Positionierung vonPosition in calibration position, therefore, in particular by positioning of
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 weißenPreset infrared diodes. Alternatively or additionally, the auxiliary points can be determined in any other possible way. For example, the auxiliary points can be determined by attaching colored or black-and-white or patterned stickers, etc. In particular, such a sticker may be a conventionally known saddle point with opposite black and white
Viertelkreisen sein.Be quarter circles.
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.Particularly preferably, 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.
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.In other words, in the image data, for example, 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.
Weiterhin vorzugsweise ist die Winkelauslenkung eines jeden Meßpunktes relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung gegeben durchFurther preferably, the angular displacement of each measuring point relative to the image pickup device is given by
win = arctan( ^≡1 ) .win = arctan (^ ≡ 1 ).
L1 -PK2 + CK1 Diese trigonometrische Beziehung ist beispielhaft in Figur 12 beschrieben.L 1 -PK 2 + CK 1 This trigonometric relationship is described by way of example in FIG.
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.Particularly preferred is based on the arrangement angle Θi, 2 between the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle and the steering axis of the trailer and based on the arrangement angle Θ 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.
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.Advantageously, 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.
Weiterhin vorteilhafterweise kann eine automatische Rückwärtsfahrt des Gespanns ermöglicht werden, wobei ein Fahrer beispielsweise lediglich die Geschwindigkeit regelt.Further advantageously, an automatic reversing of the team can be made possible, with a driver, for example, only controls the speed.
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 mitDevice according to one aspect of the invention 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
zumindest einem Beobachtungselement, dem zumindest ein Meßpunkt zugeordnet ist,at least one observation element to which at least one measuring point is assigned,
einer Bildaufnahmeeinrichtung, welche ausgelegt ist Bilddaten des zumindest einen Beobachtungselements zu erzeugen,an image recording device which is designed to generate image data of the at least one observation element,
einer Detektionseinrichtung, welche ausgelegt ist zumindest drei vorgegebene Meßpunkte in den Bilddaten zu detektieren,a detection device which is designed to detect at least three predetermined measurement points in the image data,
- einer Bestimmungseinrichtung, welche ausgelegt ist,a determination device which is designed
-- 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- The position of each measuring point relative to the image pickup device, in reference coordinates, in particular in Kugelbzw. Cylinder coordinates, to determine - an absolute position of each measuring point with respect to the
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 undTo determine image recording device based on the reference coordinates, - to determine an arrangement angle Θ-ι, 2 between a vehicle longitudinal axis of the towing vehicle and a steering axle of the trailer on the basis of the absolute positions of the measuring points relative to the image pickup device and
~ einen Anordnungswinkel Θ2,3 zwischen der Lenkachse und einer Anhängerlängsachse des Anhängers anhand der absoluten Positionen der Meßpunkte gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung zu bestimmen.~ To determine an arrangement angle Θ 2 , 3 between the steering axis and a trailer longitudinal axis of the trailer on the basis of the absolute positions of the measuring points relative to the image pickup device.
Bevorzugte Ausführunqsformen der VorrichtungPreferred embodiments of the device
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.Preferably, the observation element comprises a plurality of display devices. For example, 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.
Die Darstellungseinrichtungen sind vorzugsweise Infrarotdioden, insbesondere 3, 7, 10, usw. Infrarotdioden.The display devices are preferably infrared diodes, in particular 3, 7, 10, etc., infrared diodes.
Zusätzlich oder alternativ kann das Darstellungsmittel auch ein Aufkleber, ein Farbpunkt, eine Farbfläche, eine herkömmliche Glühlampe, eine akustischer Signalgeber, ein RFID-Sender, usw. sein.Additionally or alternatively, 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.
Weiterhin vorzugsweise umfaßt die Bildaufnahmeeinrichtung eine herkömmliche Digitalkamera und/oder eine herkömmliche Analogkamera.Further preferably, the image pickup device comprises a conventional digital camera and / or a conventional analog camera.
Computerproqrammprodukt gemäß eines Aspekts der ErfindungComputer product according to one aspect of the invention
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.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.
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.The foregoing description of the aspects of the invention is not limited to the respective aspects. Rather, the statements on the respective aspects apply mutatis mutandis to the other aspects of the invention. In particular, the statements with regard to the method or preferred embodiments of the method mutatis mutandis apply to the device and the computer program product or preferred embodiments thereof.
FigurenbeschreibunqFigurenbeschreibunq
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 zeigtHereinafter, preferred embodiments or embodiments of the present invention with reference to accompanying figures described by way of example. Individual elements of the described embodiments or embodiments are not limited to these embodiments or embodiments. Rather, elements of the embodiments or embodiments can be combined with each other arbitrarily and new variants or embodiments are created by it. It shows
Figur 1 : eine schematische Darstellung einer Achse im dreidimensionalen Raum; Figur 2: eine schematische Anordnung von Objekten und Achsen;Figure 1: a schematic representation of an axis in three-dimensional space; Figure 2: a schematic arrangement of objects and axes;
Figur 3: eine schematische Ansicht eines Gespanns;Figure 3 is a schematic view of a team;
Figur 4: eine schematische Abbildung eines Beobachtungselements,FIG. 4 shows a schematic illustration of an observation element,
Figur 5a: eine schematische Ansicht einer beispielhaften Anordnung;FIG. 5a shows a schematic view of an exemplary arrangement;
Figur 5b: eine schematische Abbildung einer beispielhaften Anordnung; Figur 6: eine schematische Detailansicht gemäß Figur 3;FIG. 5b shows a schematic illustration of an exemplary arrangement; FIG. 6 is a schematic detail view according to FIG. 3;
Figur 7: eine schematische Ansicht einer beispielhaften Geometrie eines Gespanns;FIG. 7 shows a schematic view of an exemplary geometry of a trailer;
Figur 8: eine schematische Ansicht einer beispielhaften Aufnahme anhand derFIG. 8 shows a schematic view of an exemplary receptacle on the basis of FIG
Bildaufnahmeeinrichtung; Figur 9: eine schematische Ansicht einer speziellen Aufnahme;Image recording device; FIG. 9 is a schematic view of a special receptacle;
Figur 10: eine schematische Ansicht von Teilelementen;FIG. 10: a schematic view of partial elements;
Figur 11 a: ein Flußdiagramm;Figure 11a is a flow chart;
Figur 11 b: ein Flußdiagramm;Figure 11b is a flow chart;
Figur 12: eine schematische Ansicht einer Geometrie; Tabelle 1 : eine Übersicht von Modellwerten;FIG. 12 is a schematic view of a geometry; Table 1: an overview of model values;
Tabelle 2: eine Übersicht von tatsächlichen Meßwerten;Table 2: an overview of actual measured values;
Tabelle 3: eine visuelle Darstellung von tatsächlichen Meßwerten;Table 3: a visual representation of actual measured values;
Tabelle 4: eine visuelle Darstellung von tatsächlichen Meßwerten;Table 4: a visual representation of actual measured values;
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:Hereinafter, a preferred embodiment of the method will be described with reference to the figures. Here, a mathematical description of objects in three-dimensional space is used. The basis of the description of objects in the room is their location. To describe the position, a reference point of the object in space and the orientation of the object in space is assumed. The reference point of an object O in the coordinate system X is generally described by:
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
Die Ausrichtung eines Objektes O im Koordinatensystem X ist beschrieben durch dessen Gier-, Nick- und Wankwinkel:The orientation of an object O in the coordinate system X is described by its yaw, pitch and roll angle:
Figure imgf000023_0002
Figure imgf000023_0002
die beispielhaft in Figur 1 dargestellt sind. Die Lage eines Objektes O im Koordinatensystem X ist dann:which are shown by way of example in FIG. The position of an object O in the coordinate system X is then:
LX (O) = (KX (O),ΘX (O))L X (O) = (K X (O), X (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 beschreibenFurthermore, the orientation of three members G 1 , G 2 and G 3 of a team of towing vehicle and trailer with at least one movable axle (hereinafter referred to as G3T vehicle) in three-dimensional space can be clearly described by static and dynamic information
Statische Angaben: Als statische Angabe kann eine Länge L1 , i≡ {!,..., 3} , eines jeden Fahrzeuggliedes dienen.Static data: The static specification can be a length L 1 , i≡ {!, ..., 3} of each vehicle link.
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
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},
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.where θ xg (G,) denotes the yaw angle, θ X n (G t ) denotes the pitch angle, and θ X w (G t ) denotes the roll angle. The angle O x (G 1 ) or the angle triple here is a preferred attitude angle.
Wenn klar ist, um welches (indizierte) Objekt es sich handelt und welcher Bezugspunkt zugrunde liegt, kann der Lagewinkel ^x (G1) vereinfacht geschrieben werden:If it is clear to which (indexed) object and which reference point is based, the position angle ^ x (G 1 ) can be written in a simplified way:
Figure imgf000024_0002
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. sHθ,)sm(θgιl)
Figure imgf000024_0003
The following relationship of the angles to the Cartesian coordinates of a member G 1 , fe {l, ..., 3}, exists: x ι = l ι sin (θ n ι ) cos (θ g ι ) y, = ι . sHθ ,) sm (θ gιl )
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 optischenOptical 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
Erfassung eines Beobachtungsgegenstandes O . Die Randbedingungen für dieCapture of an observation object O. The boundary conditions for the
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).Functioning of the measuring system are in particular that O is within sight of C, and that C is rigidly coupled to Q 1 and O is rigidly coupled to Θ 3 (or O rigidly to G 1 and C rigid to Θ 3 ), as example is shown with reference to the schematic drawing of Figure 2. 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 Θ 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. In this case, the line Θ 3 may be an exemplary representation of the vehicle longitudinal axis of the towing vehicle. Line Θ 2 may be an exemplary representation of a steering axle of the trailer (shown in FIG. 3).
Die starre Kopplung von C an G1 und von O an G3 wird durch die relativen Lagen LC (C) und LGj(O) ausgedrückt.The rigid coupling of C to G 1 and O to G 3 is expressed by the relative positions L C (C) and L Gj (O).
Durch die feste Kopplung der Fahrzeugglieder sind die Winkel Θ, i+1 zwischen denDue to the fixed coupling of the vehicle links are the angle Θ, i + 1 between the
Fahrzeuggliedern als bevorzugte Anordnungswinkel vorzugsweise folgendermaßen definiert:Vehicle links are preferably defined as preferred arrangement angles as follows:
Θ,,1+1 = Θ, - Θ,+1 i ≡ {!,... , 2}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:The determination of the angles between the vehicle members, i. the arrangement angle can take place according to a preferred embodiment variant in two process steps to be carried out successively:
Erster Verfahrensschritt: Erkennung des BeobachtungsgegenstandesFirst step: Detection of the object of observation
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 dieIn order to recognize the object of observation O as a preferred embodiment of the at least one observation element, which is arranged wholly or partly in the field of view of the camera C, as a preferred image recording device, m excellent points, in particular auxiliary points, are sought on the observation object. Advantageously, it is sufficient if (O 1 , ..., O n ) points are found and identified as preferred measurement points, where n ≦ m. In particular, the measuring points are a subset of the auxiliary points. The points (0 ,, ..., O n ) can be converted into angles, among which the
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.Camera sees these points. Related to an imaginary plane, called Lensenbene in the further, which goes longitudinally through the lens of the camera, this Points are assigned two angles analogous to polar spherical coordinates. The statements of this application apply mutatis mutandis to the determination of the angle in three-dimensional space, ie in particular as spherical coordinates.
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.According to a preferred embodiment variant, 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. According to a further preferred embodiment of the present invention (as further described below), 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.
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:For an angle tuple or angle pair C 1 (in the lens plane of the camera or a projection into the lens plane), under which a point O 1 is arranged relative to the camera, the following applies:
CJ =[ A J'e {!,..,«}C J = [AJ ' 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.Thus, 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.
Zweiter Verfahrensschritt: Berechnung der Winkel Q1 2 und Θ23 Second process step: calculation of the angles Q 1 2 and Θ 23
Aus den n Winkelpaaren (C1,..., Cn) werden Tripel von Winkeln Q1 2 und Θ23 berechnet. Dies erfolgt in zwei Teilschritten:From the n angle pairs (C 1 , ..., C n ) triples of angles Q 1 2 and Θ 23 are calculated. This is done in two steps:
Erster Teilschritt:First step:
Lokalisierung eines Beobachtungsgegenstandes bzw. eines oder mehrerer Hilfspunkte bzw. Meßpunkte in kartesischen Koordinaten relativ zur Kamera:Localization of an observation object or one or more Auxiliary points or measuring points in Cartesian coordinates relative to the camera:
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 KoordinatenThe 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
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000027_0001
und die drei Freiheitsgrade möglicher Drehungen:and the three degrees of freedom of possible rotations:
Figure imgf000027_0002
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:By means of a calculation rule f x (see below), 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 ):
Z1(C1,..., CJ = (L0(O1),...,L0(On)) .Z 1 (C 1 , ..., CJ = (L 0 (O 1 ), ..., L 0 (O n )).
Zweiter Teilschritt:Second step:
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:From the positions (L 0 (O 1 ), ..., L 0 (O n )), the two angles Θ 1 2 and Θ 23 of the two-axle trailer can be determined by means of a calculation rule / 2 (see below):
f2(Lc(Oι),...,Lc(On)) = (ΘU2v) .f 2 (L c (O ι ), ..., L c (O n )) = (Θ U2 , Θ v ).
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.To further illustrate the invention, a preferred embodiment of the method according to the invention is described below. According to this embodiment, the two-axle trailer preferably moves only planar. Thus, preferably only the yaw angles {θ gn , θ g 23 ) are calculated, the pitch (θ n 2 2 , θ n Ω ) and roll angle ( w w U , θ w 23 ) are preferably neglected. However, the pitch (θ nn , θ n 23 ) and roll angle (θ w l2 , θ w 23 ) can be calculated analogously to the yaw angles {θ g i2 , θ g 2i ). For ease of understanding, the yaw angles (θ g l2 , θ g 23 ) will hereinafter be referred to as θ 12 , θ 23 .
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.A preferred embodiment is shown by way of example in the schematic drawing of FIG. 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. Advantageously, 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. Alternatively, the camera 16 may also be arranged on the trailer 14 and the observation object 18 on the towing vehicle 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.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. However, the camera 16 may also be an optical element which detects electromagnetic radiation of a predetermined wavelength, e.g. UV radiation, etc. Alternatively / additionally, the optical element may also be a sensor or detector of laser radiation, in particular a laser scanner. Here, 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. Preferably, the laser is a conventional diode laser.
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.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.
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.At this ramp 18, preferably seven 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.
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.According to a further embodiment of the present invention, in addition to or as an alternative to the infrared diodes 24, further 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.
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.For the later calculation of 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. For this purpose, the angle at which the camera 16 sees the point S is calculated and passed on to the algorithm. The same applies to the points R and V. The measuring points R, S, V are shown in Figure 3 by the reference numeral 26.
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.Furthermore, 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. For this purpose, a ramp (not shown) similar or identical to ramp 18 may be arranged on the rear axle 28. In FIG. 4, 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.
Um die Geometrie eines Zweiachsanhängers zu simulieren, wurde beispielhaft auf einer 100 cm x 150 cm großen Grundplatte ein Modell eines solchenTo simulate the geometry of a two-axle trailer, a model of such was exemplified on a 100 cm x 150 cm base plate
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 drehbareSet up two-axle trailer, as shown schematically in Figure 5a and is shown by way of example in Figure 5b. As shown in Figures 5a, 5b, two pivot points 36, 38 are arranged, on which two small rotatable
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 dasWood 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
Beobachtungsobjekt 18 in Form einer eine Diodenrampe 18, befestigt. Die KameraObservation object 18 in the form of a diode ramp 18, attached. The camera
16 wurde am anderen Drehpunkt genau auf der Höhe der Rampe 18 angebracht16 was mounted at the other pivot point exactly at the height of the ramp 18
(siehe Figur 5a).(see Figure 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 24As stated above by way of example, 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
Λ/72 +102 = Λ/Ϊ49 = 12, 21cm (1 )Λ / 7 2 +10 2 = 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.away from each other. Furthermore, the ramp 18 is 60 cm wide and 21 cm high. Further dimensions of the exemplary model calculation are given in Table 1. Other important or necessary variables for the calculation described below are shown in FIG. 6, which 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. In particular, 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.
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.FIG. 6 also shows the coupling points 40, 42, which preferably determine the position of the steering axle 20. Furthermore, the arrangement angles Θi, 2 and Θ 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.
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:Since preferably only the movement in a planar plane is considered, the combination can be identified with its orthogonal projection onto this plane. The points R, S, V, K ι , K 2 are consequently points in the (predefined) plane or projections of the points into this plane. The level can be:
eine Ebene, die von den Radachsen des Zugfahrzeugs aufgespannt wird,a plane spanned by the axles of the towing vehicle,
eine Ebene, die von den Radachsen des Anhängers aufgespannt wird,a plane that is spanned by the wheel axles of the trailer,
eine Ebene parallel zu einer Horizontalebene im Bezugssystem der Erde, eine Ebene parallel zu der Fahrbahnoberfläche,a plane parallel to a horizontal plane in the frame of reference of the earth, a plane parallel to the road surface,
eine Kombination der vorgenannten Ebenen, usw.a combination of the aforementioned levels, etc.
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.In the following description, 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.
Hierbei wird vorzugsweise der Punkt Kx als Bezugspunkt 40 der Bewegung festgelegt und erhält im selbst gewählten Koordinatensystem O, y) die KoordinatenIn this case, 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
(0,0) . Der Punkt ^1 ist daher ein Fixpunkt in dem beispielhaft gewählten(0,0). The point ^ 1 is therefore a fixed point in the example selected
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.Coordinate system. The connecting straight line from K 1 to the camera 16 defines the x-axis. Thus, 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.
Die Koordinaten der Punkte K2,R,S,V verändern sich mit der Bewegung desThe coordinates of the points K 2 , R, S, V change with the movement of the
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.Traction vehicle 12 and the team consisting of towing vehicle 12 and trailer 14. While driving a clutch K 2 moves on a circle around the center K 1 . The radius corresponds to the length of the connection L 2 between the clutches K 1 , K 2 . Likewise, each vertex of the triangle moves on its circle around the center K 2 . Their fixed connections to K 2 clearly define the radii of these points. This is illustrated by way of example in FIG.
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.However, not every point on these circles can be assumed, as the technical requirements, such as the combination parameters, the camera opening angle, etc. do not allow certain constellations.
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.From the images of the points R, S, V, 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 .
Der nachfolgend beschriebene Algorithmus gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung besteht, wie oben ausgeführt, im wesentlichen aus zwei Schritten:The algorithm described below according to a preferred embodiment of the present invention, as stated above, consists essentially of two steps:
Anhand der Aufnahme-Winkel der Kamera CR,CS,CV werden die Positionen der Meßpunkte R, S, V bestimmt.Based on the recording angle of the camera C R , C S , C V , the positions of the measuring points R, S, V are determined.
Anhand der Positionen der Meßpunkte R,S,V werden die beiden Gierwinkel <912,<923 bestimmt. Die Gierwinkel θu23 dienen dazu, die relative Lage desBased on the positions of the measuring points R, S, V, the two yaw angles <9 12 , <9 23 are determined. The yaw angles θ u , θ 23 serve to determine the relative position of the
Zugfahrzeugs 12 und des Anhängers 14 darzustellen.Towing vehicle 12 and the trailer 14 represent.
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.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.
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:Suppose the triangle could be placed so that the point S - seen from point C - lies between R and V, as exemplified in FIG. Furthermore, it is assumed that two different possibilities R, S, V and R \ S ', V exist to position this triangle. If the point S 'is between S and C, because of the fixed length of the side S, R (or S', R '), the angle of the triangle between the side S', R 'and the S-beam at the Corner S 'smaller than the corresponding angle at S. Accordingly, this is also the case on the side S ', V'. Therefore, for the angles:
Z(V'S'R') < Z(VSR) (2)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.But since the triangle is fixed, that is, all sides and all angles are the same this is not possible. If S 'is on the other side of S, the corresponding angle becomes larger, which is not possible. This means that the possible position of the triangle is unique. In all other cases one will proceed in the same way.
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 SchrittHereinafter, a preferred embodiment of the method according to the invention is described to determine the position of a trailer 14 relative to the towing vehicle 12, in particular the vehicle longitudinal axis 22, the steering axle 20 and the trailer longitudinal axis 34 to each other. In this case, the calculation rule f x is formulated in the first step and in the second step
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 .Calculation rule / 2 formulated. In that regard, 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 .
Erster Schritt: Aus CR,CS,CV werden die Koordinaten von R,S,V bestimmt.First step: The coordinates of R, S, V are determined from C R , C S , C V.
Sei durch AB die Entfernung zwischen zwei gewählten Punkten A und B bezeichnet. Die gesuchten drei Punkte R,S,V erfüllen folgende Bedingungen:Let AB denote the distance between two selected points A and B. The searched three points R, S, V fulfill the following conditions:
R,S,V befinden sich auf Strahlen, die von C ausgehen und durch dieR, S, V are on rays emanating from C and through the
Aufnahme-Winkel bestimmt sind.Recording angles are determined.
Die Entfernungen zwischen ihnen sind fest:The distances between them are fixed:
RV = I b (3)RV = I b (3)
RP = PV = b (4)RP = PV = b (4)
SP = h (5)SP = h (5)
(6) Z(K2SR) = Z(K2SV) = p = arctan - (7](6) Z (K 2 SR) = Z (K 2 SV) = p = arctane - (7]
Alle möglichen Aufnahmen sind in vier verschiedene Fälle aufzuteilen, die nachfolgend einzeln beschrieben werden:All possible recordings are divided into four different cases, which are described individually below:
CV<CS<CR C V <C S <C R
CV=CS< CR oder CV<CS= CR C V = C S <C R or C V <C S = C R
CS<CV<CR C S <C V <C R
CV<CR<CS C V <C R <C S
Fall 1 : CV<CS<CR Case 1: C V <C S <C R
Die entsprechenden Winkel in Figur 8 sind durch die Aufnahme-Winkel bestimmt:The corresponding angles in FIG. 8 are determined by the recording angles:
Cx = Cn-C5 (8)
Figure imgf000035_0001
C x = C n -C 5 (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:The angle at S within the triangle (RSV), which is 2-p, is divided by the beam through S into two angles, S 1 and S 2 :
Sλ+S2=2-p (10)S λ + S 2 = 2-p (10)
Es gilt:The following applies:
Z(CRS) = R0 = S1-C1 (11)Z (CRS) = R 0 = S 1 -C 1 (11)
Z(CVS) = V0= S2-C2 (12) V0 = I-P-C1 - C2 -R0 (13)Z (CVS) = V 0 = S 2 -C 2 (12) V 0 = IPC 1 - C 2 -R 0 (13)
Weiterhin sei D definiert durch:Furthermore, let D be defined by:
D = 2-P-(C1 + C2) (14)D = 2-P- (C 1 + C 2 ) (14)
d.h.i.e.
V0 = D -R0 (15)V 0 = D -R 0 (15)
Das Dreieck (VCS) und das Dreieck (SCR) haben am Punkt C den Winkel C1 bzw. C2.The triangle (VCS) and the triangle (SCR) have the angle C 1 and C 2 at point C, respectively.
Gegenüber von diesen Winkel haben beide Dreiecke eine Seite gleicher Länge m und eine gemeinsame unbekannte Seite der Länge CS . Es gilt:Opposite these angles, both triangles have a side of equal length m and a common unknown side of length CS. The following applies:
m CSm CS
(16) sin C1 sin R0 (16) sin C 1 sin R 0
und: m CSand: m CS
(17) s siinn C c,2 s siinn V Vn0 (17) s is C c, 2 s is VV n0
Aus diesen Gleichungen ergibt sich:From these equations follows:
sin R0 sin V0 CS = m — = m ^ (18) sin C, sin C,sin R 0 sin V 0 CS = m - = m ^ (18) sin C, sin C,
Mit Hilfe von (15):With the help of (15):
sin R0 = ^^-- Sm(D -R0) (19) sin C2 sin R 0 = ^^ - Sm (D -R 0 ) (19) sin C 2
oder: sin V0=^.. SiXi(D-V0) (20or: sin V 0 = ^ .. SiXi (DV 0 ) (20
SUiC1 SUiC 1
Nach Umformung und der Division durch cos R0 ergibt sich:After transformation and the division by cos R 0 we get:
tan^ = sin C1 SInD {2χ sin C2 + sin C1 cos Dtan ^ = sin C 1 SInD {2χ sin C 2 + sin C 1 cos D
oder entsprechend: sin C2-SmD sin C1 + sin C2 • cos Dor correspondingly: sin C 2 -SmD sin C 1 + sin C 2 • cos D
Nun kann die Strecke CS mit den bekannten Winkel R0 (bzw. V0) ausgerechnet werden:Now the distance CS with the known angle R 0 (or V 0 ) can be calculated:
SmR0 CS = m — (23)SmR 0 CS = m - (23)
Sm(C1)Sm (C 1 )
oder:or:
CS = m-^^- (24)CS = m - ^^ - (24)
SUi(C2)SUi (C 2 )
Sei durch pc , der durch C5 bestimmte, normierte Richtungsvektor gegeben. Die gesuchten Punkte:Let p c give the normalized direction vector determined by C 5 . The searched points:
S = C + CS-pc$ (25)S = C + CS -p c $ (25)
Sei ein Hilfspunkt Rs so definiert, daß die Strecke SR5 die Länge m hat und mit pc gleichgerichtet ist:Let an auxiliary point R s be defined such that the distance SR 5 has the length m and is rectified by p c :
Rs=S + m pCs (26)R s = S + mp Cs (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:By corresponding rotations of this point R 5 , the points R and V Are defined. Let D (A, a, B) denote a rotation of the point A about the angle a about the point B. Then:
R = D(R5, Sl, S) (27)R = D (R 5, S, S) (27)
V = D(R -2- p, S) (28)V = D (R -2 -p, S) (28)
oderor
V = D(RS,-S2,S) (29)V = D (R s , -S 2 , S) (29)
R = D(V, 2 p, S) (30)R = D (V, 2 p, S) (30)
Somit sind die gesuchten Punkte R,S,V ausgerechnet.Thus, the searched points R, S, V are calculated.
Fall 2: CV=CS< CR oder Cv < C5 = CR Case 2: C V = C S <C R or C v <C 5 = C R
Als Sonderfall ist hervorzuheben, wenn CR = C5 (oder Cv = C5 ), wie dies beispielhaft in Figur 9 dargestellt ist.As a special case, it should be emphasized if C R = C 5 (or C v = C 5 ), as shown by way of example in FIG. 9.
Hier liegen S und ein weiterer Punkt, hier ohne Beschränkung der Allgemeinheit R , auf demselben Strahl:Here S and another point, here without restriction of generality R, lie on the same ray:
CR=CS (31)C R = C S (31)
C1=Q-C5=O (32)C 1 = QC 5 = O (32)
C2 = CS-CV=Z(RCV) (33)C 2 = C S -C V = 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 mThe exact position of the triangle, ie the coordinates of R, S, V, can be easily calculated. The following applies: CS m
(34) sin(π-(C2 + (π- 2 p))) sin C2 (34) sin (π- (C 2 + (π- 2 p)) sin C 2
daraus: m - sin(2 - /?- C2)from this: m - sin (2 - /? - C 2 )
CS = - '2 / (35) sin C,CS = - '2 / (35) sin C,
und die gesuchten Punkte berechnen sich entsprechend dem ersten Fall.and the searched points are calculated according to the first case.
Analog kann für CS = CV , d.h. wenn S und V auf demselben Strahl liegen, vorgegangen werden.Analogously, it is possible to proceed for C S = C V , ie if S and V lie on the same beam.
Fall 3: CV < CR < Cs Case 3: C V <C R <C s
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.Since 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). Thus, the above embodiment is limited by the geometry of the ramp to a certain angle.
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.However, 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. For example, if the diodes are infrared diodes, the ramp may be made of a material that is at least partially transparent to infrared light. Advantageously, now with the help of the following two cases higher degrees can be detected.
Die in (8) und (9) definierten Winkel haben hier andere Vorzeichen:The angles defined in (8) and (9) have different signs here:
C1 < 0 (36)C 1 <0 (36)
C2 > 0 (37) m CSC 2 > 0 (37) m CS
(38;(38;
SUi(C1) Sm(TJ0)SUi (C 1 ) Sm (TJ 0 )
m CSm CS
(39;(39;
SUi(C2) SUi(V0 )SUi (C 2 ) SUi (V 0 )
Das bedeutet:That means:
A0 <0 (40)A 0 <0 (40)
V0 >0 (41)V 0 > 0 (41)
Durch (14) ergibt sich:By (14) results:
sin(C,)-sin(D)sin (C) - sin (D)
Im(R0) = - (42) sin(C2) + sin(C,) cos(D)In (R 0 ) = - (42) sin (C 2 ) + sin (C,) cos (D)
undand
SUi(C2 )-sin(Z)) tan(V0) = - (43) sin(Cj) + SUi(C2) cos(D)SUi (C 2 ) -sin (Z)) tan (V 0 ) = - (43) sin (C j ) + SUi (C 2 ) 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:In case 1, 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:
tan(i?o)<O (44)tan (i? o) <O (44)
und tan(Vo)>0 (45)and tan (V o )> 0 (45)
In Formel (42) ist der Zähler negativ, d.h.In formula (42), the counter is negative, i.
tan(/?0)<0 (46) Dies gilt jedoch nur dann, wenntan (/? 0 ) <0 (46) However, this only applies if
SUi(C2 ) + SiIi(C1)- cos(D) >0 (47; d.h. sin(C2 ) > - sin(C, ) cos(D) (48] Aber weilSUi (C 2 ) + SiIi (C 1 ) - cos (D)> 0 (47, ie sin (C 2 )> - sin (C,) cos (D) (48) But because
C2 > -C1 > 0 (49; gilt, istC 2 > -C 1 > 0 (49;
SUi(C2 ) > sin(-Cj ) > sin(-C, ) cos(D) (50) und damit Im(R0)KO (51)SUi (C 2 )> sin (-C j )> sin (-C,) cos (D) (50) and thus Im (R 0 ) KO (51)
In Formel (43) ist der Zähler positiv, d.h. tan(V0)>0 (52)In formula (43) the counter is positive, ie tan (V 0 )> 0 (52)
Dies gilt jedoch nur, wennHowever, this only applies if
Sm(C1 ) + sin(C2 )-cos(D)>0 (53) d.h. sin(C2)-cos(£>)>- Sm(C1) (54) bzw.Sm (C 1 ) + sin (C 2 ) -cos (D)> 0 (53) ie sin (C 2 ) -cos (£>)> -Sm (C 1 ) (54) respectively.
Figure imgf000042_0001
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 FallThis means that (52) holds only if (55) is satisfied. However, there are no D that meet this condition. Therefore, in the case
CV < CR < Cs (56;C V <C R <C s (56;
die gesuchte Größe CS mit Hilfe von R0 berechenbar. Die anschließende Berechnung der Punkte R,S,V ist analog zu Fall 1.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.
Fall 4: CS < CV < CR Case 4: C S <C V <C R
Die Vorgehensweise hier, ist analog zu Fall 3, nur daß hier die gesuchte Größe CS aus V0 berechnet werden muß.The procedure here is analogous to Case 3, except that here the desired size CS must be calculated from V 0 .
2. Schritt: Aus den Punkten R,S,V die Winkel θl223 berechnen2nd step: Calculate the angles θ l2 , θ 23 from the points R, S, V
Zunächst wird der Punkt K2 berechnet, indem der Vektor SR , welcher die Länge m hat, um den festen WinkelFirst, the point K 2 is calculated by the vector SR, which has the length m, around the fixed angle
-/7 = (-arctan(-)) (57) h- / 7 = (-arctane (-)) (57) h
um den Punkt 5 gedreht wird und anschließend um den Faktor (h + PK2) gestreckt wird.is rotated around the point 5 and then stretched by the factor (h + PK 2 ).
Rs = D(R,- aτctanl -), S) (58)R s = D (R, - aτctanl -), S) (58)
K - S + (SR5) ^^^ (59) m Analog wird der Punkt P wie folgt gefunden:K - S + (SR 5 ) ^^^ (59) m Similarly, the point P is found as follows:
P = S + (SRS) \ — ] (60' P = S + (SR S ) -] (60 '
Seien durch (χA,yA) die Koordinaten des Punktes A bezeichnet. Somit ergeben sich die gesuchten Winkel durch:Let (χ A , y A ) denote the coordinates of the point A. Thus, the sought angles result from:
θn =arctan Vxt (61 :θ n = arctan Vx t (61:
θ2i = arctan | (62;θ 2i = arctane | (62;
[(0-Xκ2).(Xp-Xκ2)-(yp-yK2).(0-yK2)[(0- Xκ2). (Xp - Xκ2) - (y p - yK2). (0-y K2)
wobei θ23 als Winkel zwischen den Vektoren (K2K1) und (K2P) berechnet wird.where θ 23 is calculated as the angle between the vectors (K 2 K 1 ) and (K 2 P).
Analog können mit einem umgekehrten Algorithmus aus den Winkeln θl223 die Punkte R,S,V und die Winkel CS,CR,CV berechnet werden.Similarly, with an inverse algorithm, the points R, S, V and the angles C S , C R , C V can be calculated from the angles θ l2 , θ 23 .
Aus den Gierwinkeln θι223 können die Koordinaten der Punkte S,R,V sowie die von P, K2 ausgerechnet werden.From the yaw angles θ ι2 , θ 23 , the coordinates of the points S, R, V as well as those of P, K 2 can be calculated.
xKi = K1K2 cos θn (63)x Ki = K 1 K 2 cos θ n (63)
yK2= K1 K2 -sin θn (64)y K2 = K 1 K 2 -sin θ n (64)
Sei durch P^ eine vorläufige Position des Punktes P bezeichnet. Nur θn wird betrachtet (O23=O). P0=(L2-PK2W (65;Let P ^ denote a provisional position of the point P. Only θ n is considered (O 23 = O). P 0 = (L 2 -PK 2 W (65;
P, = D(P0A2^1) (66; P012 hat folgende Koordinaten: x = (K1K2 -PK2)- COS(O12) (67; y = (K1K2 -PK2) -Sm(O12) (68;P, = D (P 0 A 2 ^ 1 ) (66; P 012 has the following coordinates: x = (K 1 K 2 -PK 2 ) - COS (O 12 ) (67; y = (K 1 K 2 -PK 2 ) -Sm (O 12 ) (68;
Der Punkt P , mit Koordinaten (x,y) ist als Drehung des P02 um den Winkel <923 umThe point P, with coordinates (x, y) is as rotation of P 02 by the angle <9 23 um
Punkt K2 entstanden:Point K 2 emerged:
P = D(P^O23, K2) (69]P = D (P ^ O 23 , K 2 ) (69]
Analog für den Punkt S mit Koordinaten (χs,ys) wird zuerst einen entsprechenderAnalogous to the point S with coordinates (χ s , y s ) is first a corresponding
Punkt Sθi2 berechnet: Calculated point S θi2 :
S^ =D((K1K2-PK2-h,0),θ12,(0,0)) (70)S ^ = D ((K 1 K 2 -PK 2 -h, 0), θ 12 , (0,0)) (70)
und anschließendand subsequently
S = D(S^K2) (71)S = D (S ^ K 2 ) (71)
Für den Punkt R mit Koordinaten (χR,yR) wird ebenfalls zuerst ein entsprechenderFor the point R with coordinates (χ R , y R ), a corresponding one is also first
Punkt Rθ2 berechnet: Calculated point R θ2 :
R012= D((KλK2-PK2,b),θn,Φ,Q)) (72)R 012 = D ((K λ K 2 -PK 2 , b), θ n , Φ, Q )) (72)
und anschließendand subsequently
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:R = D (R 012 ^ K 2 ) (73) The same applies to the point V with coordinates (χ y , y v ), for which a corresponding point V ^ is first calculated:
V011 = Di(K1K2 - PK2^b)A2MO)) (74)V 011 = Di (K 1 K 2 - PK 2 ^ b) A 2 MO)) (74)
und anschließendand subsequently
V = D(Vθιi23,K2) (75)V = D (V θιi , θ 23 , K 2 ) (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:For these points (R, S, V), the angles at which the camera sees the points can be calculated. Let C R , C S , C V denote the corresponding angles:
tan(C„) = yR (76)tan (C ") = y R (76)
CKx + xR CK x + x R
tan(Q) = ^ (77)tan (Q) = ^ (77)
5 CK1 + xs V ' 5 CK 1 + x V s'
tan(Q) = — p— (78)tan (Q) = - p- (78)
CK1 + Xy CK 1 + X y
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.FIG. 11a shows a flow chart for an overview of the process steps that are taking place. In step S1, image data is generated by an image pickup device 16 (shown in the previous figure 6), which is also referred to as "fetch image." In step S2, 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 These positions are referred to as acquisition angles and are preferably as cylindrical coordinates or spherical coordinates, in particular polar spherical coordinates. The reference system of the camera can be easily transformed to the reference system of the towing vehicle, for example. Finally, in 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. Furthermore, based on an angle change, 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.
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.However, the exact processing steps according to a preferred embodiment of the present invention, which preferably occur in a computer, are far more complex than just fetching and outputting angles. Thus, in the following paragraphs, referring to the flow chart shown in Fig. 11b, a further preferred embodiment of the present invention will be described by way of example, in particular how to determine the yaw angles as preferred arrangement angles from an RGB image of the camera.
In einem initialen Schritt werden die Bilddaten anhand der Bildaufnahmeeinrichtung generiert. Diese Bilddaten sind vorzugsweise farbige Bilddaten, insbesondere RGB Bilddaten.In an initial step, 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.
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.Preferably, 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.
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.Advantageously, 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.
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 gemäßSince the above-described preferred method is based on 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
K-Ptxel, + (-Tpixel, + " Pixel, ,-.,-.> graup . = ' — ' - (79,K-Ptxel, + (-Tpixel, + "pixels,, -., -.> Gray p . = '-' - (79,
bestimmt, insbesondere berechnet, welches vorteilhafterweise nur noch * des Speichers belegt.determined, in particular calculated, which advantageously only * occupies the memory.
Anhand eines Schwellwertes wird anschließend das Schwarz-Weiß Bild berechnet, indem für jedes Pixel i entschieden wird:Based on a threshold value, the black and white image is then calculated by deciding for each pixel i:
weiss Puel > Schwellwert (80]white Puel > Threshold (80)
schwarzPιxel ≤ Schwellwert (81 ]black Pιxel ≤ threshold (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.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.
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 PixelIn the next step S21, a recursive white point search function is applied to the black and white image. In particular, the picture becomes preferably gone through pixel by pixel and checked whether the current pixel
schon einmal untersucht wurde oder nicht. Wenn er schon einmal untersucht wurde, wird zum nächsten übergegangen, ansonsten wird überprüft, ob dieser Pixelhas been studied before or not. If it has already been examined, the next step is taken, otherwise it is checked if this 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.is black or white. If this is black, the next pixel is transferred. However, if this is white, it will be unclear whether there is also a white pixel in the adjacent environment (i.e., the 8 closest neighbors). If this is the case, this function calls itself again.
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:In this recursion, 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:
min ≤ size ≤ max . (82'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:Each diode is assigned a nominal number of N pixels, which nominal number of pixels may depend on the following constraints:
der Geometrie der Dioden und/oderthe geometry of the diodes and / or
- des Abstandes der Dioden von der Kamera und/oder- the distance of the diodes from the camera and / or
der Brennweite der Linse der Kamera und/oderthe focal length of the lens of the camera and / or
der Pixelauflösung der Diode und/oderthe pixel resolution of the diode and / or
Größe der Rampe und/oderSize of the ramp and / or
Geometrie der Rampe. Insbesondere ist die Pixelauflösung von allen diesen Randbedingungen abhängig.Geometry of the ramp. In particular, the pixel resolution depends on all these boundary conditions.
Bevorzugt wird der Wert N vorab bestimmt bzw. festgelegt. Dies kann anhand einerPreferably, the value N is determined in advance or determined. This can be done by means of a
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.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.
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:Since the diodes are at different distances from the camera and the ramp moves during different maneuvers, this value fluctuates. It has been found that based on these variations in conventional geometries of towing vehicles with biaxial trailers, the maximum and minimum sizes of the diodes to be detected are given by:
max ≡ (W - 3)/2max ≡ (W - 3) / 2
undand
min = (τV - 2)/3.min = (τV - 2) / 3.
Insbesondere gilt:In particular:
max = (7V -3)/2max = (7V -3) / 2
undand
min = (N - 2)/3.min = (N - 2) / 3.
Folglich gilt für Gleichung (82):Consequently, for equation (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.(N - 2) / 3 ≤ size ≤ (N - 3) / 2. (82 ') Preferably, 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.
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.Preferably, 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.
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.Preferably, 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.
Bei gegebener Anzahl von N wird anhand eines Algorithmus nach einer Pixelmenge, d.h. zusammenhängenden Pixeln der Größe „size" gesucht, wobei (etwa) gilt,For a given number of N, an algorithm calculates for an amount of pixels, i. searched for contiguous pixels of size "size", where (about) applies,
min ≤ size ≤ mαx , (82)min ≤ size ≤ mαx, (82)
wobei diese in dem vorgenannten ersten Verfahrensschritt durchgeführt werden kann.which can be carried out in the aforementioned first method step.
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 ZugrundelegungIn other words, 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
der Geometrie der zumindest einen Dioden und/oderthe geometry of the at least one diode and / or
des Abstandes der zumindest einen Dioden von der (zumindest einen) Kamera und/oder der Brennweite der Linse der (zumindest einen) Kamera und/oderthe distance of the at least one diode from the (at least one) camera and / or the focal length of the lens of the (at least one) camera and / or
der Pixelauflösung der Diode (in den Bilddaten) und/oderthe pixel resolution of the diode (in the image data) and / or
der Größe der Rampe und/oderthe size of the ramp and / or
der Geometrie der Rampe und/oderthe geometry of the ramp and / or
- der Anordnung der Rampe, insbesondere relativ zu der (zumindest einen) Kamera- The arrangement of the ramp, in particular relative to the (at least one) camera
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.estimated and / or theoretically determined, in particular calculated. Consequently, due to various geometric arrangements and / or the diode (s) and / or camera (s) used, various real systems or methods may also have different nominal numbers N of pixels. The calibration step may be identical or part of the above-described calibration step.
Für alle die Punkte, die in Frage kommen könnten, wird der sog. Schwerpunkt gebildet. Das bedeutet:For all the points that could be considered, the so-called focus is formed. That means:
AnzahlPunktenumber of points
X1 X 1
Px = & (83)P x = & (83)
AnzahlPunktenumber of points
AnzahlPunktenumber of points
Σ 1=1 y,Σ 1 = 1 y ,
Py = - (84)P y = - (84)
AnzahlPunktenumber of points
Diese Werte werden als möglicher Infrarotdioden-Punkt, d.h. als möglicher Hilfspunkt bzw. Meßpunkt angenommen.These values are considered as possible infrared diode point, i. assumed as a possible auxiliary point or measuring point.
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.In the subsequent 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. In particular, the small method includes steps 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:Hereinafter, the large method will be described first. From the center points obtained in step S21, the legs of the ramp are determined, in particular calculated. A leg preferably has the following properties:
er besteht aus vier Punktenit consists of four points
alle vier Punkte liegen auf einer Linieall four points are in line
die Schenkel, die eine Rampe bilden, haben genau einen Punkt gemeinsamthe legs forming a ramp have exactly one point in common
- die Rampe besteht aus genau zwei solcher Schenkel- The ramp consists of exactly two such legs
einer der beiden Schenkel, die die Rampe bilden sollen, darf eine Mindestlänge nicht unterschreiten.one of the two legs, which should form the ramp, must not fall below a minimum length.
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.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.
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.This is done by comparing the distance from the first to the third point with the distance from the first to the second to the third point. If both are equal, the three points must lie on a straight line. Furthermore, it is checked whether the ratios of the lengths between the individual points, the predetermined ratios of the geometry data correspond.
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.If three points are found in this way, an attempt is made to find a fourth point in the same way. If this step is successful, it is assumed that these four points form a leg. From the legs thus obtained, an attempt is made to assemble them into a ramp. Since the thighs are always determined in such a way that first the closely lying points are found and then only the points which are a little farther apart, it follows that the last found point of a leg is the center of the ramp. So if two legs are found that have the same last point, then these two give rise to a ramp.
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.The validity of 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.
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.If 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. In particular, the aforementioned method can be carried out repeatedly or partially completely until one or more ramps are detected or determined.
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.Finally, when a ramp has been detected, 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.
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.The above-described exemplary method for detecting the ramp, ie the "large method", assumes that from image to image great changes in the position of the points result .Before points and ramp for each image preferably completely restarted. This method therefore requires a large part of the computing capacity of the processor and is unsuitable for less powerful systems.
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.Therefore, 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. In this case, 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.
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.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.
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.Here it is first determined at which pixel the diode is in the zero position (θ n = <9 23 = 0) first 10 cm, then 20 cm, etc. away from the solder of the camera.
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:The same applies to the other side, where you work with negated values. 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:
win = arctan( ^^ ) (85]win = arctan (^^) (85]
L2 - PK2 + CK1 L 2 - PK 2 + CK 1
wie dies beispielhaft in Figur 12 dargestellt ist.as shown by way of example in FIG. 12.
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.With the aid of the exemplary laboratory setup, as it is e.g. As shown in Figures 5a, 5b, various measurements were taken to examine the correctness of the previously described algorithm. On the basis of which test values were created, as shown in Table 2.
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.It should be noted that manual predetermining of an angle is very difficult. In particular, an angle can not be set exactly to the second decimal place substantially. It is even difficult to specify the first decimal place exactly. Therefore, the values that have a deviation of 0.5 °, ie ± 0.25 ° from the actual value, are nevertheless to be assumed to be correct values.
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. For a better overview, in Table 3 and Table 4, the individual deviations of the angles θ n and θ 23 are plotted against each other. In this case, the darker the field is represented, the greater the deviation of the individual angle.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
O ObjektO object
C GerätC device
10 Gespann10 team
12 Zugfahrzeug12 towing vehicle
14 Anhänger14 followers
16 Kamera16 camera
18 Beobachtungsgegenstand / Rampe18 observation object / ramp
20 Anhängerzugvorrichtung / Lenkachse20 towbar / steering axle
22 Längsachse des Zugfahrzeugs / Fahrzeuglängsachse22 longitudinal axis of the towing vehicle / vehicle longitudinal axis
24 Infrarotdioden24 infrared diodes
26 Meßpunkte26 measuring points
28 Hinterachse28 rear axle
30 IR-Dioden30 IR diodes
32 Kamera32 camera
34 Anhängerlängsachse34 Trailer longitudinal axis
36 Drehpunkt36 pivot point
38 Drehpunkt38 pivot point
40 Kopplung / Kupplung / Kupplungspunkt K140 Coupling / coupling / coupling point K1
42 Kopplung / Kupplung / Kupplungspunkt K2 42 Coupling / coupling / coupling point K2

Claims

Anmelder: Universität Koblenz-Landau"Verfahren zum Bestimmen einer Position, Vorrichtung undComputerprogrammprodukt"Unser Zeichen: K 3466WO - ds / hy / edPatentansprüche Applicant: University of Koblenz-Landau "Method for determining a position, device and computer program product" Our mark: 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:A method of determining a position of a biaxial trailer (14) having at least one movable axle relative to a towing vehicle (12), comprising the steps of:
- Erzeugen von Bilddaten zumindest eines Beobachtungselements (18) mit zumindest einem zugeordneten Meßpunkt (R, S, V) anhand einer Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32),Generating image data of at least one observation element (18) with at least one associated measuring point (R, S, V) on the basis of an image recording device (16, 32),
Detektion zumindest dreier vorgegebener Meßpunkte (R, S, V) in den Bilddaten,Detection of at least three predetermined measuring points (R, S, V) in the image data,
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,Determining the position of each measuring point (R, S, V) relative to the image recording device (16, 32), in reference coordinates of a predetermined coordinate system, in particular in spherical coordinates or cylindrical coordinates,
Bestimmen einer absoluten Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) anhand der Bezugskoordinaten,Determining an absolute position of each measuring point (R, S, V) with respect to the image recording device (16, 32) on the basis of the reference coordinates,
BestimmenDetermine
- eines Anordnungswinkels Θi,2 zwischen einer Fahrzeuglängsachse (22) des Zugfahrzeugs (12) und einer Lenkachse (20) des Anhängers (14) und- An arrangement angle Θi, 2 between a vehicle longitudinal axis (22) of the towing vehicle (12) and a steering axis (20) of the trailer (14) and
- 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). - An arrangement angle Θ 2 , 3 between the steering axis (20) and a trailer longitudinal axis (34) of the trailer (14) based on the absolute positions of the measuring points (R, S, V) relative to the image pickup device (16, 32).
2. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei2. The method according to any one of the preceding claims, wherein
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 undthe arrangement angle G 1 , 2 between the vehicle longitudinal axis (22) of the towing vehicle (12) and the steering axis (20) of the trailer (14) as a function of a position angle G 1 of the vehicle longitudinal axis (22) of the towing vehicle (12) and a position angle Q 2 Steering axis (20) of the trailer (14) based on the absolute positions of the measuring points (R, S, V) relative to the image pickup device (16, 32) is determined and
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 derthe arrangement angle Θ 2 , 3 between the steering axis (20) of the trailer (14) and the trailer longitudinal axis (34) of the trailer (14) as a function of the position angle Q 2 of the steering axle (20) of the trailer (14) and a position angle Θ 3 of Trailer longitudinal axis (34) of the trailer (14) based on the absolute positions of the measuring points (R, S, V) relative to the
Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) bestimmt wird,Image recording device (16, 32) is determined,
wobei gilt:
Figure imgf000058_0001
where:
Figure imgf000058_0001
und
Figure imgf000058_0002
and
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:3. The method of claim 1 or 2, wherein exactly three predetermined measuring points (R, S, V) are detected in the image data and applies to the arrangement angles Θi, 2 and Θ 2 , 3 :
<912 = arctan
Figure imgf000058_0003
<9 12 = arctane
Figure imgf000058_0003
und (0- XJC.) (?,>- 3V2 )-(*/> -xKl) -(0-yjr.) θ23 = arctan| φ-x )-(xP-xK)-(yp-y )-(Q-y )and (0- XJC) (?,> - 3V 2 ) - (* /> -x Cl ) - (0-yyr.) Θ 23 = arctan | φ-x) - (x P -x K ) - (y p -y) - (Qy)
wobeiin which
(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,(xκ 2 , yκ 2 ) the coordinates of a point K 2 and (x P , y>) are the coordinates of a point P in a coordinate system, in particular in a Cartesian coordinate system of a predetermined point K 1 as a center,
K1 der Schnittpunkt der Lenkachse mit der Anhängerlängsachse des Anhängers ist,K 1 is the intersection of the steering axle with the trailer longitudinal axis of the trailer,
undand
K2 sich durch Drehung eines Verbindungsvektors SR der Punkte S, R um einen WinkelK 2 by rotation of a connecting vector SR of the points S, R by an angle
-/? = (-arctan(-)) h- /? = (-arctane (-)) h
und durch Streckung mit einem Faktor h + PK2 and by stretching with a factor h + PK 2
Rs= D(R,- arctanl-), S)R s = D (R, - arctanl-), S)
h + PK,h + PK,
K2=S + (SRS) mK 2 = S + (SR S ) m
ergibt und für P gilt:results and for P applies:
P = S + (SRs) (-\,P = S + (SR s ) (- \,
U.U.
wobei m die Länge des Vektors SR ist und b, h vorgegebene Abmessungen des zumindest einen Beobachtungselements ist. where m is the length of the vector SR and b, h is given dimensions of the at least one observation element.
.,
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei anhand der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) farbige Bilddaten, insbesondere RGB Bilddaten erzeugt werden.4. The method according to any one of the preceding claims, wherein based on the image recording device (16, 32) colored image data, in particular RGB image data are generated.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die farbigen Bilddaten in schwarz/weiß Bilddaten umgewandelt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the color image data are converted into black and white image data.
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.6. The method according to any one of the preceding claims, wherein for detecting the measuring points, all the pixels of the black and white image data are checked and based on a minimum number and a maximum number of adjacent white pixels at least three auxiliary points are identified.
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.7. The method according to any one of the preceding claims 1 to 5, wherein for detecting the measuring points all pixels of the black and white image data are checked and based on a minimum number and a maximum number of adjacent black pixels at least three auxiliary points are identified.
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.8. The method of claim 6 or 7, wherein the minimum number and the maximum number of adjacent pixels depends on a nominal number N of pixels per measurement point.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei für die Mindestzahl min und die Maximalzahl max gilt:9. The method according to claim 8, wherein the following applies to the minimum number min and the maximum number max:
max -= (N - 3)/2max - = (N - 3) / 2
undand
min = (.V - 2)/3.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: AnzahlPutύae10. The method according to claim 6, wherein the center of gravity is calculated for the auxiliary points detected on the basis of the adjacent white and / or adjacent black pixels and applies to the position P x , P y of the respective center of gravity: AnzahlPutύae
ΣΣ
P = 1=1 *,P = 1 = 1 *,
AnzahlPunktenumber of points
Anza MhlPPuunnkktteeAnza MhlPPuunnkkttee
Σ y,Σ y ,
P = & . y AnzahlPunkteP = & . y number of points
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.11. The method according to any one of the preceding claims, wherein at a plurality of focal points adjacent centers of gravity are detected and the adjacent centers of gravity are identified as lying on a track, when the sum of the distances of the individual centers of gravity is equal to the largest distance between two of the centers.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei zumindest ein Schenkel detektiert wird, wenn vier benachbarte Schwerpunkte auf einer gemeinsamen Strecke liegen.12. The method of claim 11, wherein at least one leg is detected when four adjacent centroids lie on a common path.
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.13. The method of claim 12, wherein a leg is identified when the maximum distance of two centroids on one of the distances is greater than a predetermined minimum length.
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.14. The method of claim 12 or 13, wherein a ramp (18) is identified when two legs are identified, the two legs have a common point and the common point is an endpoint of the two routes.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zumindest drei Meßpunkte (R, S, V) anhand der Position der Rampe (18) bestimmt werden, wobei einer der Meßpunkte15. The method of claim 13, wherein the at least three measuring points (R, S, V) are determined based on the position of the ramp (18), wherein one of the measuring points
(S) einem Mittelpunkt der Rampe (18) zugeordnet wird und die beiden weiteren Meßpunkte (R, V) äußeren Enden der Rampe (18) zugeordnet werden.(S) is associated with a center of the ramp (18) and the two other measuring points (R, V) are assigned to outer ends of the ramp (18).
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. 16. The method of claim 15, wherein the ramp (18) is detected in an initial step and after detection of the ramp (18) a change in the position of the at least one auxiliary point is detected and based on this detection again determines the position of the ramp (18) becomes.
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.17. The method of claim 16, wherein the change in the position of the at least one auxiliary point is detected by checking the pixels in an environment of the at least one auxiliary point and identifying the position of the center of gravity of the at least one auxiliary point.
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.18. The method according to claim 17, wherein, if not all measuring points (R, S, V) are identified, the method according to one of claims 8 to 15 is carried out.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, wobei ein Schritt oder mehrere Schritte wiederholt durchgeführt werden.19. The method according to any one of claims 8 to 18, wherein a step or steps are repeatedly performed.
20. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei in einem initialen Schritt für jeden Hilfspunkt in einer Kalibrierstellung der20. The method according to any one of the preceding claims, wherein in an initial step for each auxiliary point in a calibration position of
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.Image pickup device (16, 32) relative to the observation element (18) the position of each auxiliary point in pixels of the image data is determined, the actual position of each auxiliary point by an arrangement of a corresponding infrared diode (24, 30) on the observation element (18) predetermined is and the position of each infrared diode (24, 30) relative to the image pickup device (16, 32) is predetermined in the calibration position.
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.21. A method according to claim 20, wherein the position of each measuring point (R, S, V) relative to the auxiliary points in the image data is determined and by calibrating the image data the one position of each measuring point (R, S, V) with respect to the image pickup device (16, 32) is determined.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , wobei die Winkelauslenkung eines jeden Meßpunktes (R1 S, V) relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) gegeben ist durch22. The method of claim 21, wherein the angular displacement of each measuring point (R 1 S, V) relative to the image pickup device (16, 32) is given by
win = arctan( ^^ ) .win = arctan (^^).
L1 -PK2 ^ CKx L 1 -PK 2 ^ CK x
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.23. The method according to any one of the preceding claims, wherein on the basis of the arrangement angle O 112 between the vehicle longitudinal axis (22) of the towing vehicle (12) and the steering axis (20) of the trailer (14) and on the basis of the arrangement angle Θ 2 , 3 between the steering axis (20 ) and the trailer longitudinal axis (34) of the trailer (14) a trajectory of the team consisting of towing vehicle (12) and trailer (14) in particular automatically determined.
24. Vorrichtung zum Bestimmen einer Position eines Anhängers (14) mit zumindest einer bewegbaren Radachse relativ zu einem Zugfahrzeug (12) mit24. An apparatus for determining a position of a trailer (14) with at least one movable wheel axle relative to a towing vehicle (12)
zumindest einem Beobachtungselement (18), dem zumindest ein Meßpunkt (R, S, V) zugeordnet ist,at least one observation element (18), to which at least one measuring point (R, S, V) is assigned,
- einer Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32), welche ausgelegt ist Bilddaten des zumindest einen Beobachtungselements (18) zu erzeugen,an image recording device (16, 32) which is designed to generate image data of the at least one observation element (18),
einer Detektionseinrichtung, welche ausgelegt ist zumindest drei vorgegebene Meßpunkte (R, S, V) in den Bilddaten zu detektieren,a detection device which is designed to detect at least three predetermined measurement points (R, S, V) in the image data,
einer Bestimmungseinrichtung, welche ausgelegt ist,a determining device which is designed
-- die Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) relativ zu der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32), in Bezugskoordinaten, insbesondere in Kugel- bzw. Zylinderkoordinaten, zu bestimmen,to determine the position of each measuring point (R, S, V) relative to the image recording device (16, 32), in reference coordinates, in particular in spherical or cylindrical coordinates,
-- eine absolute Position eines jeden Meßpunktes (R, S, V) gegenüber der Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) anhand der Bezugskoordinaten zu bestimmen,to determine an absolute position of each measuring point (R, S, V) relative to the image recording device (16, 32) on the basis of the reference coordinates,
-- 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- An arrangement angle Θi, 2 between a vehicle longitudinal axis (22) of the towing vehicle (12) and a steering axis (20) of the trailer (14) based on the absolute positions of the measuring points (R, S, V) relative to the image pickup device (16, 32) to determine and
-- 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.- An arrangement angle Θ 2 , 3 between the steering axle (20) and a trailer longitudinal axis (34) of the trailer (14) based on the absolute Positions of the measuring points (R, S, V) relative to the image pickup device (16, 32) to determine.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei das Beobachtungselement (18) eine Vielzahl von Darstellungseinrichtungen (24, 30) umfaßt.25. The apparatus of claim 24, wherein the observation member (18) comprises a plurality of display means (24, 30).
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Darstellungseinrichtungen (24, 30) Infrarotdioden, insbesondere drei, vorzugsweise sieben Infrarotdioden sind.26. The apparatus of claim 25, wherein the display means (24, 30) are infrared diodes, in particular three, preferably seven infrared diodes.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die Bildaufnahmeeinrichtung (16, 32) eine Digitalkamera und/oder eine Analogkamera umfaßt.27. Device according to one of claims 24 to 26, wherein the image pickup device (16, 32) comprises a digital camera and / or an analog camera.
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. A computer program product which, when loaded into the memory of a computer and executed by the computer, performs a method according to any one of claims 1 to 23.
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