WO2020001963A1 - Verfahren und system zum ermitteln einer relativpose zwischen einem zielobjekt und einem fahrzeug - Google Patents

Verfahren und system zum ermitteln einer relativpose zwischen einem zielobjekt und einem fahrzeug Download PDF

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WO2020001963A1
WO2020001963A1 PCT/EP2019/065100 EP2019065100W WO2020001963A1 WO 2020001963 A1 WO2020001963 A1 WO 2020001963A1 EP 2019065100 W EP2019065100 W EP 2019065100W WO 2020001963 A1 WO2020001963 A1 WO 2020001963A1
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WO
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target object
vehicle
detection device
marking
offset
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Application number
PCT/EP2019/065100
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Inventor
Alexander Banerjee
Patrick KNIESS
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • B62D15/0285—Parking performed automatically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D15/027—Parking aids, e.g. instruction means
    • B62D15/028—Guided parking by providing commands to the driver, e.g. acoustically or optically
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    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
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    • G06V10/245—Aligning, centring, orientation detection or correction of the image by locating a pattern; Special marks for positioning
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    • G06V20/56—Context or environment of the image exterior to a vehicle by using sensors mounted on the vehicle
    • G06V20/588—Recognition of the road, e.g. of lane markings; Recognition of the vehicle driving pattern in relation to the road

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a relative pose between a target object and a vehicle according to claim 1 and a system for determining a relative pose between a target object and a vehicle according to claim 8.
  • the driver usually has to get out of the vehicle before maneuvering, then visually adjust the height of the vehicle, usually using compressed air suspension, so that the centering rollers can engage in the tunnel halfway up the rollers. This ensures that even if there is a slight lateral offset to the swap body, the vehicle can correctly align under the swap body. However, only very slight maneuvering errors can be compensated for.
  • both a lateral offset between the centering rollers and the centering tunnel and a relative angular error between the orientation of the vehicle and the orientation of the swap body must go to zero before the centering rollers engage in the centering tunnel. If the height offset between the rear of the vehicle and the centering tunnel is not correct while driving backwards to the centering tunnel of the swap body, this must be corrected again by the driver.
  • a manual maneuvering process to pick up a swap body requires a high degree of concentration and experience.
  • the invention is based on the object of providing a method and a system with which it is possible to determine a relative pose between a target object and a vehicle with as little effort as possible with high accuracy.
  • the present invention relates to a method for determining a relative pose between a target object and a vehicle.
  • the vehicle comprises at least one first detection device arranged on a rear of the vehicle for detecting the target object.
  • a pose of an object is understood to mean a combination of a position and an orientation of the object. The pose clearly determines a position of the object in space.
  • the target object can be a swap body or any other object.
  • a swap body is an interchangeable load carrier, for example a container, which can be used in intermodal transport.
  • the swap body can include fold-out supports that set down and pick up the swap body from the truck without additional aids.
  • Swap bodies are also known as swap bodies, swap bodies, swap bodies and swap bodies.
  • the swap body can have a tarpaulin cover, tautliner, case or other structure.
  • the vehicle can be a commercial vehicle, for example a truck or a truck for receiving swap bodies.
  • a truck is the combination of a truck and at least one trailer. If the vehicle is designed as a truck, the first detection device is preferably arranged on a rear of the trailer. Alternatively, the vehicle can also be a passenger car or another vehicle.
  • the vehicle can be an automated or autonomous vehicle, for example a Level 2, Level 3, Level 4 or Level 5 capable vehicle.
  • the vehicle is moved towards the target object in such a way that the target object can be detected by means of the detection device arranged at the rear of the vehicle.
  • the vehicle can be approached to the target object manually by an operator or automatically.
  • the method includes both the detection of a marking characterizing the front side of the target object and the detection of a marking characterizing the rear side of the target object by means of the first detection device arranged on the rear of the vehicle.
  • the position of the front side and the position of the rear side of the target object can be determined, whereby a quick and exact determination of the position and the orientation of the vehicle relative to the target object is possible.
  • the front of the target object is understood to mean the side of the target object which is located at a shorter distance with respect to the rear of the vehicle.
  • the rear side of the target object is understood to be the side opposite the front side of the target object.
  • the front of the target object becomes drive under first.
  • Underneath the target object is understood to mean positioning at least a part of the vehicle below the target object.
  • the method further comprises determining a distance between the target object and the vehicle on the basis of a determined size of at least one of the detected markings that identify the target object.
  • an image recorded by means of the detection device can be transmitted to an evaluation unit.
  • the transmitted image here includes both the marking of the target object arranged on the front side and on the rear side.
  • the image can be transmitted, for example, by transmitting data in which the image is encoded from the detection device to the evaluation unit.
  • the evaluation unit is designed to identify the marking characterizing the target object in the image transmitted to the evaluation unit. Information about the design of the markings characterizing the target object is stored in the evaluation unit.
  • the evaluation unit is also designed to compare the marking identified from the transmitted image with the stored marking. The relative distance between the target object and the vehicle can finally be concluded on the basis of the size of the markings compared with one another.
  • the method also includes determining an angular offset between the target object and the vehicle.
  • the evaluation unit determines the relative lateral offset between the front side marking and the rear side marking from the image transmitted from the detection device to the evaluation unit.
  • the length of the target must be known.
  • the evaluation unit can deduce the length of the target object from the transmitted image on the basis of optical conditions, such as the ratio of the vertical size to the horizontal size.
  • Swap bodies for example, are standardized and exist essentially in three different sizes, which means that the size relationships can be used to determine the type of swap body and thus the exact length of the swap body.
  • the length of the target object also manually entered by a vehicle driver using an input device and taken into account in the method for determining the relative pose.
  • the evaluation unit can finally determine the relative pose between the target object and the vehicle.
  • the relative pose between a target object and a vehicle can be determined with little effort and with high accuracy.
  • a trajectory for moving backwards or maneuvering to the target object is determined.
  • the trajectory is preferably determined in such a way that at least a part of the vehicle passes under the target object when the vehicle moves along the created trajectory.
  • the vehicle can be moved automatically along the trajectory.
  • steering instructions can be given to a vehicle driver to move the vehicle along the determined trajectory.
  • the vehicle operator can display the trajectory on a display unit.
  • the created trajectory for driving under the target object can be continuously recalculated. Due to the continuous recalculation of the trajectory, it can be created with high accuracy. For example, due to the resolution of the detection device, the image captured by the detection device, which also contains the marking identifying the target object, can be sharpened with decreasing distance from the target object. A lateral offset occurring during the maneuvering of the vehicle to the target object, which arises because the vehicle pushes itself over the vehicle tires during maneuvering, can be corrected by the continuous recalculation of the trajectory.
  • the method also includes determining a height offset between the target object and the vehicle.
  • the evaluation unit converts the image transmitted from the detection device to the evaluation unit into a vertical offset between the front side marking and the Rear side marking of the target object determined.
  • the vertical offset between the target object and the vehicle can then be determined on the basis of the determined vertical offset.
  • the length of the swap body must be taken into account.
  • the determination of the length of the target object can be carried out analogously to the determination of the length of the target object when determining the angular offset. If the height offset is determined, this is compensated accordingly.
  • the vehicle or a receiving device attached to the vehicle for the target object can be adjusted to a target height using an existing actuator system. It is preferably provided that the height adjustment takes place automatically. In this way it can be avoided that the vehicle driver has to manually set the height required to pick up the target object.
  • the actuator system for height adjustment can be operated pneumatically, hydraulically or electrically, depending on the training.
  • the detection device arranged on the rear of the vehicle can, for example, be arranged on a vehicle frame or on a receiving device arranged on the vehicle frame for the target object and thus viewed at a different height in the vertical direction.
  • This mounting-related vertical position of the detection device is taken into account accordingly when determining the vertical offset or can be compensated for, for example, by a corresponding offset when determining the height offset.
  • a target height for receiving the target object can be set precisely, regardless of the vertical position of the detection device which is caused by the attachment.
  • the method further comprises activating a second detection device, which is arranged on the vehicle offset with respect to the first detection device in the vehicle longitudinal direction.
  • the second detection device can then be activated automatically when the front side of the target object is no longer detected with the first detection device arranged on the rear of the vehicle due to the underrun of the target object.
  • the markings present on the front of the target object are then detected using the second detection device.
  • the second detection device is only activated when the markings on the front of the target object can no longer be detected by the first detection device, data that must be evaluated in the evaluation unit can initially be kept low.
  • An image recorded by means of the second detection device is only transmitted to an evaluation unit and is taken into account there to form the relative pose when the front side is no longer present on the image recorded by means of the first detection device. If the target object is passed underneath, then the image transmitted by the first detection device arranged on the rear side only comprises the marking of the target object arranged on the rear side, while the image transmitted by the second detection device comprises the markings arranged on the front side.
  • the distance and the angular offset between the target object and the vehicle are then determined by the evaluation unit and taken into account when determining the relative pose.
  • the first detection device and the second detection device must be calibrated with respect to their position and orientation with respect to a common reference point on the vehicle.
  • the exact position and orientation of the two detection devices in relation to the common reference point on the vehicle is measured and calibrated in advance. Since the position of the optical features in relation to the reference point can now be determined with both detection devices, the relative distance, the relative angular offset and the relative height offset between the target object and the vehicle can be determined. With the aid of the determined relative distance between the target object and the vehicle, the recording device of the vehicle can be routed far below the target object until the vehicle has reached the position required for recording the target object.
  • at least one further sensor can be provided on the vehicle or the receiving device of the vehicle. This at least one further sensor can be designed, for example, as an acceleration sensor, ultrasound sensor, laser distance sensor, lidar sensor or radar sensor.
  • a system for determining the relative pose between the target object and the vehicle comprises at least one marking arranged on a front side of the target object and at least one marking arranged on a rear side of the target object. Furthermore, the system comprises a first detection device arranged on a rear of the vehicle for detecting the marking arranged on the front and rear of the target object, and an evaluation unit. The evaluation unit is set up to determine a distance and an angular offset between the target object and the vehicle from data recorded by the first detection device and transmitted to the evaluation unit in order to determine a relative pose between the target object and the vehicle. The evaluation unit is also set up to determine a trajectory for driving under the target object on the basis of the determined relative pose.
  • the system for determining the relative pose between the target object and the vehicle further comprises a second detection device, which is arranged on the vehicle offset with respect to the first detection device at least with respect to a longitudinal axis of the vehicle. If the vehicle is designed, for example, as a commercial vehicle, then the second detection device is preferably arranged directly behind a vehicle cabin. The second detection device can also be in seen in the vertical direction with respect to the first detection device above the first detection device.
  • Both the first detection device and the second detection device can be a near-field detection device that is designed to detect the optical markings of the target object and / or the entire target object in the vicinity of the vehicle.
  • the detection devices can comprise at least one optical sensor.
  • the detection devices can be designed as a camera or as other devices for detecting the markings characterizing the target object.
  • the camera can be designed, for example, as a 2D camera, as a 3D camera, as an infrared camera or as a TOF camera (Time Of Flight camera).
  • the markings which characterize the front side and the rear side of the target object are preferably optical markings which can be detected by the detection devices.
  • the optical markings can be optical features of the target object that are characteristic of the target object.
  • Optical markings in the form of optical targets can also be arranged on the target object, which are detected by means of the detection devices for carrying out the method. Several such targets can be arranged on the front and / or the rear of the target object.
  • the targets can be designed in different shapes and stand out in color from the target object, which makes them easier to grasp.
  • the optical markings can be designed, for example, as passive markings. Passive markings do not emit an active signal and are electrically passive, which means that they do not require any energy or energy supply. For example, a simple reflector or a sign can serve as a passive marker. To improve the detection, the passive marking can have a pattern on the surface and / or an at least partially reflective surface. Such passive markings are inexpensive, require little maintenance and are mechanically robust.
  • a control device is also provided which, based on the determined trajectory for driving under the target object, a drive device of the driving controls.
  • the control device for the maneuvering process can specify a steering angle for vehicle steering and a drive torque for a drive unit of the vehicle, in order to control the vehicle during the maneuvering process along the target trajectory in order to drive under the target object.
  • the vehicle steering can be electrical steering, for example.
  • the drive unit can also be designed as an electrical drive unit, for example as an electric motor.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment according to the invention of a system for determining a relative pose between a target object and a vehicle
  • FIG. 2 shows the exemplary embodiment according to FIG. 2 in a second representation
  • FIGs. 3-5 different views or representations of a swap body to be recorded as a target object
  • Fig. 7 possible configurations for marking the rear side of the swap body.
  • the vehicle is designed as a utility vehicle 2 for receiving a swap body 1.
  • the utility vehicle 2 comprises a driver's cab 6 and a receiving device 7 for receiving the swap body 1.
  • the receiving device 7 can be designed, for example, as a lifting table.
  • the receiving device 7 comprises four centering rollers 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 for engaging in a centering tunnel of the swap body 1.
  • the centering tunnel here consists of two guide rails 12.1, 12.2, which are offset on an underbody of the swap body 1 parallel to a central level of the swap body 1 are arranged.
  • the swap body 1 comprises a container 3 which is placed on four fold-out supports 5.1, 5.2, 5.3, 5.4.
  • the unfolded supports 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 laterally delimit a receiving space 4 of the swap body 1.
  • the commercial vehicle 2 comprises a near field sensor system for detecting object features in the vehicle environment.
  • the near-field sensor system has two cameras 10.1, 10.2.
  • a camera 10.1 is provided in the center of the vehicle at the rear of the vehicle.
  • the second camera 10.2 is attached to a rear of the driver's cab 6 above the receiving device 7 and thus also above the camera 10.1 provided on the rear of the vehicle.
  • the second camera 10.2 can be fastened directly behind the driver's cab 6, on the roof of the utility vehicle 2 or on a lead frame behind the driver's cab 6.
  • the second camera 10.2 is also arranged centrally in the transverse direction of the vehicle.
  • Features of the swap body 1 in the vicinity of the rear of the vehicle can be determined by means of the cameras 10.1, 10.2.
  • the utility vehicle 2 is located in the immediate vicinity of the swap body 1, so that the swap body 1 can be detected with the first camera 10.1 arranged on the rear of the vehicle.
  • the image captured by the camera 10.1 is also shown in FIG. 1.
  • This picture shows the complete swap body 1 as seen from the camera 10.1.
  • a plurality of markings in the form of targets 14.1, 14.2, 14.3 characterizing the front side 13 of the swap body 1 are attached to the front side 13 of the swap body 1, two of the targets 14.1, 14.3 in the lower corners of the front side 13 and a further target 14.2 are arranged centrally on the front 13.
  • striking markings can be attached to the front 13, which can be detected by means of the cameras 10.1, 10.2.
  • Possible markings characterizing the front side 13 are shown in FIG. 6.
  • the front side 13 of the swap body can be identified by means of a frame line attached to the front side 13 or by means of geometrically shaped markings.
  • the markings can be triangular, for example. For example, only a triangular marking can be arranged which marks a central plane of swap body 1 in the direction of the underbody of swap body 1. Also, several markings characterizing the corners of the front side 13 of the swap body 1 can be made on the front side 13.
  • a marking in the form of a target 15 which identifies the rear side of the swap body 1.
  • Possible markings characterizing the rear side of the swap body 1 are shown in FIG. 7.
  • Different markings can also be used to identify the rear side of the swap body 1.
  • a sign can be attached to the rear side of the swap body 1, on which a target 15, a corresponding frame line or a triangular marking is attached.
  • the triangular marking can be arranged such that it marks a central plane of the swap body 1 in the direction of the underbody of the swap body 1.
  • the targets 14.1, 14.2, 14.3 and 15 are formed by three crosses, which are arranged within an octagon.
  • both the targets 14.1, 14.2, 14.3 attached to the front 13 and the target 15 attached to the rear side of the swap body 1 are used by means of the camera 10.1 arranged on the rear of the vehicle detected.
  • the image captured by the rear camera 10.1 is transmitted to an evaluation unit 9.
  • the transmitted image here includes both the marking of the target object arranged on the front side and on the rear side.
  • the evaluation unit 9 is designed to identify the targets 14.1, 14.2, 14.3 and 15 attached to the swap body 1 in the image transmitted to the evaluation unit 9.
  • Information about the size and configuration of the targets 14.1, 14.2, 14.3, 15 are stored in the evaluation unit 9, for example.
  • the evaluation unit is also designed to compare the targets 14.1, 14.2, 14.3, 15 identified from the transmitted image with the stored targets 14.1, 14.2, 14.3, 15.
  • the evaluation unit 9 uses the size comparison to determine a distance between the utility vehicle 2 and the swap body 1 of, for example, 7 meters, while the distance between the commercial vehicle 2 and the swap body 1 is, for example, 10 meters in the middle illustration and in the illustration on the right Is 14 meters.
  • One of the targets 14.1, 14.2, 14.3, 15 or more of the targets 14.1, 14.2, 14.3, 15 can be taken into account for determining the distance between the commercial vehicle 2 and the swap body 1.
  • the evaluation unit 9 uses the received image to determine the relative lateral offset LV between a target 14.1, 14.2, 14.3 arranged on the front side 13 and the target 15 arranged on the rear side 4, the lateral offset LV is formed as the distance between a center position 16 of the target 14.2 on the front side 13 and a center position 17 of the target 15 on the rear side of the swap body 1.
  • the middle illustration of the swap body 1 there is no relative lateral offset LV between the utility vehicle 2 and the swap body 1 and consequently also no angular misalignment.
  • there is a relative lateral offset LV via which the evaluation unit 9 determines the angular misalignment between the commercial vehicle 2 and the swap body 1.
  • the evaluation unit 9 can also determine a height offset between the commercial vehicle 2 and the swap body 1 from the image received by the camera 10.1. For this purpose, the evaluation unit 9 determines a vertical offset W between a target 14.1, 14.2, 14.3 arranged on the front side 13 and the target 15 arranged on the rear side. According to FIG. 5, the vertical offset W is the distance between a center position 16 of the target 14.2 on the front side 13 and a center position 17 of the target 15 of the rear side of the swap body 1 are formed. According to the middle illustration of the swap body 1, the receiving device 7 is set at a height in relation to the swap body 1 such that the centering rollers 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 arranged on the receiving device 7 engage in the centering tunnel when the swap body 1 is passed underneath.
  • the utility vehicle 2 is moved backwards into the receiving space 4 between the supports 5.1 and 5.2. Since the camera 10.1 is arranged at the rear of the utility vehicle 2, it can no longer capture the front 13 of the swap body 1. It is therefore provided that the second camera 10.2 is activated when the front 13 of the swap body 1 is no longer detected with the first camera 10.1 arranged on the rear of the vehicle due to the underride.
  • the targets 14.1, 14.2, 14.3 attached to the front 13 are then captured by the second camera 10.2, while the target 15 attached to the rear of the swap body 1 is still captured by the first camera 10.1 arranged at the rear of the vehicle.
  • the image of the front 13 with the targets 14.1, 14.2, 14.3 captured by the second camera 10.2 is in an upper area and the image of the target 15 arranged on the rear side is captured by the first rear 10.1 in a lower area shown.
  • the evaluation unit 9 can use the images transmitted by the cameras 10.1, 10.2 to determine the distance, the angular offset and the height offset between the commercial vehicle 2 and the swap body 1 - center and use it to calculate a target trajectory for driving under the swap body.
  • the utility vehicle 2 comprises a control device 11, which is set up to control a drive device of the utility vehicle 2 on the basis of the determined target trajectory for driving under the swap body 1.
  • the control device 11 for the maneuvering process can specify a steering angle for vehicle steering and a drive torque for a drive unit of the commercial vehicle in order to control the commercial vehicle 2 during the maneuvering process along the target trajectory for driving under the swap body 1.
  • the receiving device 7 for picking up the swap body 1 is raised. This can be done, for example, by means of air suspension of the commercial vehicle 2.
  • the four supports 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 of the swap body 1 are then folded in.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt (1) und einem Fahrzeug (2), wobei das Fahrzeug (2) eine an einem Fahrzeugheck angeordnete erste Erfassungseinrichtung (10.1) zum Erfassen des Zielobjekts (1) aufweist, umfassend ein Erfassen einer eine Frontseite (13) des Zielobjekts (1) kennzeichnende Markierung (14.1, 14.2, 14.3) mit der ersten Erfassungseinrichtung (10.1), ein Erfassen einer eine Heckseite des Zielobjekts (1) kennzeichnende Markierung (15) mit der ersten Erfassungseinrichtung (10.1), ein Ermitteln eines Abstands zwischen dem Zielobjekt (1) und dem Fahrzeug (2) anhand einer ermittelten Größe zumindest einer der erfassten, das Zielobjekt (1) kennzeichnenden Markierungen (14.1, 14.2, 14.3, 15), ein Ermitteln eines Winkelversatzes zwischen dem Zielobjekt (1) und dem Fahrzeug (2) anhand eines ermittelten Lateralversatzes (LV) zwischen den erfassten, die Frontseite (13) des Zielobjekts (1) und die Heckseite des Zielobjekts (1) kennzeichnenden Markierungen (14.1, 14.2, 14.3, 15) und ein Ermitteln einer Relativpose zwischen dem Zielobjekt (1) und dem Fahrzeug (2) auf Basis des ermittelten Abstands und des ermittelten Winkelversatzes.

Description

Verfahren und System zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobiekt und einem Fahrzeug
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie ein System zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug gemäß Anspruch 8.
Im Nutzfahrzeugbereich gilt das Aufnehmen einer Wechselbrücke als eines der schwierigsten Rangiermanöver. Um den Fahrer bei diesem Rangiermanöver zu unterstützen, befinden sich unter der Wechselbrücke zwei parallel nach hinten verlaufende Zentrierschienen. Als Gegenstück befinden sich auf dem Fahrzeug mehrere Zentrierrollenpaare, die in Längsrichtung auf einer Aufnahmevorrichtung angeordnet sind.
Der Fahrer muss in aller Regel vor dem Rangieren aus dem Fahrzeug aussteigen, anschließend optisch die Höhe des Fahrzeugs meist mittels einer Druckluftfederung so einstellen, dass die Zentrierrollen auf halber Höhe der Rollen in den Tunnel einspuren können. Dadurch ist auch bei einem leichten lateralen Versatz zur Wechselbrücke noch sichergestellt, dass das Fahrzeug korrekt unter der Wechselbrücke einspuren kann. Dennoch können hiermit nur sehr leichte Rangierfehler ausgeglichen werden.
Während des Rangiermanövers, was in aller Regel während einer Rückwärtsfahrt erfolgt, muss der Fahrer mit dem am Heck des Fahrzeugs angeordneten Zentrierrollen in den Zentriertunnel der Wechselbrücke einspuren. Hierbei muss sowohl ein Lateralversatz zwischen den Zentrierrollen und dem Zentriertunnel als auch ein relativer Winkelfehler zwischen der Ausrichtung des Fahrzeugs und der Ausrichtung der Wechselbrücke gegen Null gehen, bevor die Zentrierrollen in den Zentriertunnel einspuren. Sollte während der rückwärtigen Anfahrt an den Zentriertunnel der Wechselbrücke der Höhenversatz zwischen dem Fahrzeugheck und dem Zentriertunnel nicht stimmen, so muss dieser durch den Fahrer nochmals nachkorrigiert werden. Ein manuell durchgeführter Rangiervorgang zum Aufnehmen einer Wechselbrücke erfordert ein hohes Maß an Konzentration und Erfahrung. Dennoch kommt es zu Rangierfehlern, die zu einer Sachbeschädigung führen, die Prozesssicherheit gefährden, den Zeitaufwand für den Rangiervorgang erhöhen und einen hohen Schulungsaufwand der Fahrer erfordern. Zum Vermeiden solcher Rangierfehler ist es bereits bekannt, den Rangiervorgang zum Aufnehmen einer Wechselbrücke mittels einer Sensorik zu unterstützen oder komplett zu automatisieren. Eine Schwierigkeit des automatisierten Rangiervorgangs liegt beispielsweise in der korrekten Detektion der Wechselbrücke.
Die DE 10 2006 035 929 A1 schlägt ein automatisiertes Unterfahren einer Wechselbrücke vor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein System zu schaffen, mit welchem ein Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug bei möglichst geringem Aufwand mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein System gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst hierzu zumindest eine an einem Heck des Fahrzeugs angeordnete erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Zielobjekts. Unter einer Pose eines Objekts wird eine Kombination aus einer Position und einer Orientierung des Objekts verstanden. Die Pose bestimmt damit eindeutig eine Lage des Objekts im Raum.
Das Zielobjekt kann eine Wechselbrücke oder ein beliebiges anderes Objekt sein.
Bei einer Wechselbrücke handelt es sich um einen austauschbaren Ladungsträger, beispielsweise um einen Container, der im intermodalen Verkehr eingesetzt werden kann. Die Wechselbrücke kann ausklappbare Stützen umfassen, die ein Absetzen und Aufnehmen der Wechselbrücke vom Lastkraftwagen ohne zusätzliche Hilfsmittel ermöglichen. Wechselbrücken sind auch als Wechselbehälter, Wechselaufbau, Wechselpritsche und Wechselkoffer bekannt. Die Wechselbrücke kann einen Planenverdeck-, Tautliner-, Koffer- oder sonstigen Aufbau aufweisen.
Das Fahrzeug kann ein Nutzfahrzeug sein, beispielsweise ein Lastkraftwagen oder ein Lastzug zum Aufnehmen von Wechselbrücken. Unter einem Lastzug wird die Kombination aus einem Lastkraftwagen und mindestens einem Anhänger verstanden. Ist das Fahrzeug als Lastzug ausgebildet, dann ist die erste Erfassungseinrichtung vorzugsweise an einem Heck des Anhängers angeordnet. Alternativ kann das Fahrzeug auch ein Personenkraftwagen oder ein sonstiges Fahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein automatisiertes beziehungsweise autonomes Fahrzeug, beispielsweise ein Level-2, Level-3, Level-4 oder Level-5 fähiges Fahrzeug sein.
Zum Durchführen des Verfahrens wird das Fahrzeug derart an das Zielobjekt herangefahren, dass das Zielobjekt mittels der am Heck des Fahrzeugs angeordneten Erfassungseinrichtung erfasst werden kann. Das Heranfahren des Fahrzeugs an das Zielobjekt kann manuell durch einen Fahrzeugführer oder automatisiert erfolgen.
Das Verfahren umfasst sowohl das Erfassen einer die Frontseite des Zielobjekts kennzeichnende Markierung als auch das Erfassen einer die Heckseite des Zielobjekts kennzeichnende Markierung mittels der am Fahrzeugheck angeordneten ersten Erfassungseinrichtung.
Durch das Erfassen der das Zielobjekt kennzeichnenden Markierungen kann die Position der Frontseite und die Position der Heckseite des Zielobjekts bestimmt werden, wodurch eine schnelle und exakte Bestimmung der Position und der Ausrichtung des Fahrzeugs gegenüber dem Zielobjekt möglich wird.
Als Frontseite des Zielobjekts wird die Seite des Zielobjekts verstanden, welche sich bezogen auf das Fahrzeugheck in geringerer Entfernung befindet. Als Heckseite des Zielobjekts wird die der Frontseite des Zielobjekts gegenüberliegende Seite verstanden. Bei einem Unterfahren des Zielobjekts wird die Frontseite des Zielobjekts somit zuerst unterfahren. Unter einem Unterfahren des Zielobjekts soll ein Positionieren zumindest eines Teils des Fahrzeugs unterhalb des Zielobjekts verstanden werden.
Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln eines Abstands zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug anhand einer ermittelten Größe zumindest einer der erfassten, das Zielobjekt kennzeichnenden Markierungen. Hierzu kann ein mittels der Erfassungseinrichtung aufgenommenes Bild an eine Auswerteeinheit übertragen werden. Das übertragene Bild umfasst hierbei sowohl die an der Frontseite als auch die an der Heckseite angeordnete Markierung des Zielobjekts. Die Übertragung des Bildes kann sich beispielsweise dadurch vollziehen, indem Daten, in denen das Bild kodiert ist, von der Erfassungseinrichtung zu der Auswerteeinheit übertragen werden. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, die das Zielobjekt kennzeichnende Markierung in dem an die Auswerteeinheit übertragenen Bild zu identifizieren. In der Auswerteeinheit sind Informationen über die Ausgestaltung der das Zielobjekt kennzeichnenden Markierungen abgespeichert. Die Auswerteeinheit ist ferner ausgebildet, die aus dem übertragenen Bild identifizierte Markierung mit der abgespeicherten Markierung zu vergleichen. Auf Basis der Größe der miteinander verglichenen Markierungen lässt sich schließlich auf den relativen Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug schließen.
Das Verfahren umfasst auch ein Ermitteln eines Winkelversatzes zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug. Um den Winkelversatz bestimmen zu können, ermittelt die Auswerteeinheit aus dem von der Erfassungseinrichtung an die Auswerteeinheit übertragenen Bild den relativen Lateralversatz zwischen der Frontseiten-Markierung und der Heckseiten-Markierung. Um den Winkelversatz mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, muss die Länge des Zielobjekts bekannt sein. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit aus dem übertragenen Bild anhand von optischen Verhältnissen, wie dem Verhältnis der vertikalen Größe zur horizontalen Größe auf die Länge des Zielobjekts schließen. Wechselbrücken beispielsweise sind genormt und existieren im Wesentlichen in drei verschiedenen Größen, womit über die Betrachtung der Größenverhältnisse auf den Wechselbrückentyp und damit auf die exakte Länge der Wechselbrücke geschlossen werden kann. Die Länge des Zielobjekts kann alternativ auch durch einen Fahrzeugführer mittels einer Eingabevorrichtung manuell eingegeben und bei dem Verfahren zur Ermittlung der Relativpose berücksichtigt werden.
Auf Basis des ermittelten Abstands und des ermittelten Winkelversatzes kann durch die Auswerteeinheit schließlich die Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug ermittelt werden. Mit dem beanspruchten Verfahren lässt sich die Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug bei geringem Aufwand mit hoher Genauigkeit ermitteln.
Ausgehend von der ermittelten Relativpose wird eine Trajektorie zum rückwärtigen Heranfahren bzw. Rangieren an das Zielobjekt ermittelt. Die Trajektorie wird vorzugsweise so bestimmt, dass das Zielobjekt von zumindest einem Teil des Fahrzeugs unterfahren wird, wenn sich das Fahrzeug entlang der erstellten Trajektorie bewegt. Hierbei kann das Fahrzeug automatisiert entlang der Trajektorie bewegt werden. Alternativ können einem Fahrzeugführer Lenkanweisungen gegeben werden, um das Fahrzeug entlang der bestimmten Trajektorie zu bewegen. Die Trajektorie kann dem Fahrzeugführer auf einer Anzeigeeinheit dargestellt werden.
Die erstellte Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts kann fortlaufend neu berechnet werden. Durch die fortlaufende Neuberechnung der Trajektorie kann diese mit hoher Genauigkeit erstellt werden. So kann beispielsweise bedingt durch die Auflösung der Erfassungseinrichtung das mittels der Erfassungseinrichtung erfasste Bild, welches auch die das Zielobjekt kennzeichnende Markierung enthält, mit abnehmender Entfernung zum Zielobjekt entsprechend nachgeschärft werden. Auch ein sich während des Rangierens des Fahrzeugs an das Zielobjekt einstellender Lateralversatz, der dadurch entsteht, dass sich das Fahrzeug beim Rangieren über die Fahrzeugreifen schiebt, kann durch die fortlaufende Neuberechnung der Trajektorie berichtigt werden.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren auch ein Ermitteln eines Höhenversatzes zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug. Zunächst wird durch die Auswerteeinheit aus dem von der Erfassungseinrichtung an die Auswerteeinheit übertragenen Bild ein Vertikalversatz zwischen der Frontseiten-Markierung und der Heckseiten-Markierung des Zielobjekts ermittelt. Anhand des ermittelten Vertikalversatzes kann dann der Höhenversatz zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug bestimmt werden. Bei der Ermittlung des Vertikalversatzes zwischen der Frontseiten- Markierung und der Heckseiten-Markierung des Zielobjekts muss die Länge der Wechselbrücke berücksichtigt werden. Die Ermittlung der Länge des Zielobjekts kann analog zu der Ermittlung der Länge des Zielobjekts bei der Ermittlung des Winkelversatzes erfolgen. Bei festgestelltem Höhenversatz ist vorgesehen, dass dieser entsprechend ausgeglichen wird. Hierzu kann das Fahrzeug oder eine am Fahrzeug angebrachte Aufnahmeeinrichtung für das Zielobjekt, wie beispielsweise ein Aufbaurahmen oder ein Hubtisch zur Aufnahme einer Wechselbrücke, über eine vorhandene Aktuatorik auf eine Zielhöhe verstellt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Höhenverstellung automatisiert erfolgt. Dadurch kann vermieden werden, dass der Fahrzeugführer die zur Aufnahme des Zielobjekts benötigte Höhe manuell einstellen muss. Die Aktuatorik zur Höheneinstellung kann je nach Ausbildung pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch betätigt werden. Die am Fahrzeugheck angeordnete Erfassungseinrichtung kann beispielsweise an einem Fahrzeugrahmen oder an einer auf dem Fahrzeugrahmen angeordneten Aufnahmeeinrichtung für das Zielobjekt und somit in vertikaler Richtung gesehen auf unterschiedlicher Höhe angeordnet sein. Diese anbaubedingte vertikale Position der Erfassungseinrichtung wird bei der Ermittlung des Vertikalversatzes entsprechend berücksichtigt oder kann beispielsweise durch ein entsprechendes Offset bei der Ermittlung des Höhenversatzes ausgeglichen werden. Dadurch kann eine Zielhöhe zur Aufnahme des Zielobjekts unabhängig von der anbaubedingten vertikalen Position der Erfassungseinrichtung exakt eingestellt werden.
Ist die Erfassungseinrichtung am Heck des Fahrzeugs angeordnet und wird das Zielobjekt zur Aufnahme des Zielobjekts von dem Fahrzeug unterfahren, dann ist es nicht mehr möglich, mit der heckseitig angeordneten Erfassungseinrichtung die Frontseite des Zielobjekts und die daran befindlichen kennzeichnenden Markierungen zu erfassen. Daher umfasst das Verfahren in einer vorteilhaften Weiterbildung ferner ein Aktivieren einer zweiten Erfassungseinrichtung, welche bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung in Fahrzeuglängsrichtung versetzt am Fahrzeug angeordnet ist. Die zweite Erfassungseinrichtung kann dann automatisch aktiviert werden, wenn die Frontseite des Zielobjekts mit der an dem Fahrzeugheck angeordneten ersten Erfassungseinrichtung aufgrund des Unterfahrens des Zielobjekts nicht mehr erfasst wird. Die an der Frontseite des Zielobjekts vorhandenen Markierungen werden dann mit der zweiten Erfassungseinrichtung erfasst.
Dadurch, dass die zweite Erfassungseinrichtung erst aktiviert wird, wenn die an der Frontseite des Zielobjekts vorhandenen Markierungen nicht mehr mit der ersten Erfassungseinrichtung erfassbar sind, können Daten, die in der Auswerteeinheit ausgewertet werden müssen, zunächst gering gehalten werden. Ein mittels der zweiten Erfassungseinrichtung aufgenommenes Bild wird erst dann an eine Auswerteeinheit übertragen und dort zur Bildung der Relativpose berücksichtigt, wenn die Frontseite auf dem mittels der ersten Erfassungseinrichtung aufgenommenen Bild nicht mehr vorhanden ist. Wird das Zielobjekt unterfahren, dann umfasst das von der ersten, heckseitig angeordneten Erfassungseinrichtung übertragene Bild nur noch die an der Heckseite angeordnete Markierung des Zielobjekts, während das von der zweiten Erfassungseinrichtung übertragenen Bild die an der Fronseite angeordneten Markierungen umfasst.
Anhand der beiden an die Auswerteeinheit übertragenen Bilder werden durch die Auswerteeinheit sodann der Abstand und der Winkelversatzes zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug bestimmt und bei der Ermittlung der Relativpose berücksichtigt. Hierzu müssen die erste Erfassungseinrichtung und die zweite Erfassungseinrichtung hinsichtlich ihrer Position und Ausrichtung bezogen auf einen gemeinsamen Bezugspunkt am Fahrzeug kalibriert sein.
Die exakte Position und Ausrichtung der beiden Erfassungseinrichtungen bezogen auf den gemeinsamen Bezugspunkt am Fahrzeug wird im Voraus ausgemessen und kalibriert. Da nun mit beiden Erfassungseinrichtungen die Lage der optischen Merkmale bezogen auf den Bezugspunkt ermittelt werden kann, lässt sich darüber der relative Abstand, der relative Winkelversatz und der relative Höhenversatz zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug ermitteln. Mit Hilfe des ermittelten relativen Abstands zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug kann die Aufnahmeeinrichtung des Fahrzeugs so weit unterhalb das Zielobjekt rangiert werden, bis das Fahrzeug die zur Aufnahme des Zielobjekts erforderliche Position erreicht hat. Zur Ermittlung der Endposition, an welchem das Fahrzeug bezogen auf das Zielobjekt seine Zielposition erreicht hat, kann an dem Fahrzeug oder der Aufnahmeeinrichtung des Fahrzeugs zumindest ein weiterer Sensor vorgesehen sein. Dieser zumindest eine weitere Sensor kann beispielhaft als Beschleunigungssensor, Ultraschallsensor, Laserdistanzsensor, Lidarsensor oder Radarsensor ausgebildet sein.
Neben dem Verfahren zum Ermitteln der Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug wird auch ein System zum Ermitteln der Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug vorgeschlagen. Dieses System umfasst zumindest eine an einer Frontseite des Zielobjekts angeordnete Markierung und zumindest eine an einer Heckseite des Zielobjekts angeordnete Markierung. Ferner umfasst das System eine an einem Heck des Fahrzeugs angeordnete erste Erfassungseinrichtung zur Erfassung der an der Frontseite und der Heckseite des Zielobjekts angeordneten Markierung sowie eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, aus von der ersten Erfassungseinrichtung erfassten und an die Auswerteeinheit übermittelten Daten einen Abstand und einen Winkelversatz zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug zu ermitteln, um daraus eine Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug zu ermitteln. Die Auswerteeinheit ist ferner dazu eingerichtet, auf Basis der ermittelten Relativpose eine Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts zu bestimmen.
Das System zum Ermitteln der Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug umfasst ferner eine zweite Erfassungseinrichtung, welche bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung zumindest hinsichtlich einer Längsachse des Fahrzeugs versetzt am Fahrzeug angeordnet ist. Ist das Fahrzeug beispielsweise als Nutzfahrzeug ausgebildet, dann ist die zweite Erfassungseinrichtung bevorzugt direkt hinter einer Fahrzeugkabine angeordnet. Die zweite Erfassungseinrichtung kann auch in vertikaler Richtung gesehen bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung oberhalb der ersten Erfassungseinrichtung angeordnet sein.
Sowohl bei der ersten Erfassungseinrichtung als auch bei der zweiten Erfassungseinrichtung kann es sich um eine Nahfelderfassungseinrichtung handeln, die ausgebildet ist, um die optischen Markierungen des Zielobjekts und/oder das gesamte Zielobjekt in der nahen Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Hierzu können die Erfassungseinrichtungen zumindest einen optischen Sensor umfassen. Die Erfassungseinrichtungen können als Kamera oder als sonstige Einrichtungen zum Erfassen der das Zielobjekt kennzeichnenden Markierungen ausgebildet sein. Die Kamera kann beispielsweise als 2D-Kamera, als 3D-Kamera, als Infrarot-Kamera oder als TOF- Kamera (Time Of Flight-Kamera) ausgebildet sein.
Bei den die Frontseite und die Heckseite des Zielobjekts kennzeichnenden Markierungen handelt es sich vorzugsweise um optische Markierungen, welche mit den Erfassungseinrichtungen erfassbar sind. Bei den optischen Markierungen kann es sich um optische Merkmale des Zielobjekts handeln, die für das Zielobjekt charakteristisch sind. Auch können an dem Zielobjekt optische Markierungen in Form von optischen Targets angeordnet werden, welche zur Durchführung des Verfahrens mittels der Erfassungseinrichtungen erfasst werden. Es können mehrere solcher Targets an der Frontseite und/oder der Heckseite des Zielobjekts angeordnet sein. Die Targets können in unterschiedlichen Formen ausgebildet sein und sich von dem Zielobjekt farblich abheben, wodurch diese einfacher erfassbar sind. Die optischen Markierungen können beispielsweise als passive Markierungen ausgebildet sein. Passive Markierungen geben kein aktives Signal ab und sind elektrisch passiv ausgebildet, das bedeutet, dass sie keine Energie bzw. Energieversorgung benötigen. Beispielsweise kann ein einfacher Reflektor oder ein Schild als passive Markierung dienen. Zur Verbesserung der Erfassung kann die passive Markierung ein Muster auf der Oberfläche und/oder eine zumindest teilweise reflektierende Oberfläche aufweisen. Solche passiven Markierungen sind kostengünstig, wartungsarm und mechanisch robust.
Es ist ferner eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche auf Grundlage der ermittelten Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts eine Antriebsvorrichtung des Fahr- zeugs ansteuert. So kann die Steuereinrichtung für den Rangiervorgang beispielsweise einen Lenkwinkel für eine Fahrzeuglenkung sowie ein Antriebsmoment für ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs vorgeben, um das Fahrzeug während des Rangiervorgangs entlang der Soll-Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts zu steuern.
Bei der Fahrzeuglenkung kann es sich beispielsweise um eine elektrische Lenkung handeln. Auch das Antriebsaggregat kann als elektrisches Antriebsaggregat ausgebildet sein, beispielsweise als Elektromotor.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Systems zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug,
Fig. 2 das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 in einer zweiten Darstellung,
Figs. 3-5 verschiedene Ansichten bzw. Darstellungen einer als Zielobjekt aufzunehmenden Wechselbrücke,
Fig. 6 mögliche Ausgestaltungen der Frontseite der Wechselbrücke und
Fig. 7 mögliche Ausgestaltungen zur Markierung der Heckseite der Wechselbrücke.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Systems zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug dargestellt. Das Fahrzeug ist als Nutzfahrzeug 2 zum Aufnehmen einer Wechselbrücke 1 ausgebildet. Das Nutzfahrzeug 2 umfasst ein Fahrerhaus 6 und eine Aufnahmeeinrichtung 7 zum Aufnehmen der Wechselbrücke 1. Die Aufnahmeeinrichtung 7 kann beispielsweise als Hubtisch ausgebildet sein. Die Aufnahmeeinrichtung 7 umfasst in dieser Ausführungsform vier Zentrierrollen 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 zum Eingreifen in einen Zentriertunnel der Wechselbrücke 1. Der Zentriertunnel besteht hier aus zwei Führungsschienen 12.1 , 12.2, welche an einem Unterboden der Wechselbrücke 1 parallel versetzt zu einer Mittel- ebene der Wechselbrücke 1 angeordnet sind. Die Wechselbrücke 1 umfasst einen Container 3, welcher auf vier ausklappbaren Stützen 5.1 , 5.2, 5.3, 5.4 abgestellt ist. Die ausgeklappten Stützen 5.1 , 5.2, 5.3, 5.4 begrenzen seitlich einen Aufnahmeraum 4 der Wechselbrücke 1.
Das Nutzfahrzeug 2 umfasst eine Nahfeldsensorik zur Erfassung von Objektmerkmalen im Fahrzeugumfeld. Die Nahfeldsensorik weist in dieser Ausführungsform zwei Kameras 10.1 , 10.2 auf. Eine Kamera 10.1 ist in Fahrzeug-Querrichtung mittig am Fahrzeugheck vorgesehen. Die zweite Kamera 10.2 ist an einer Rückseite des Fahrerhauses 6 oberhalb der Aufnahmeeinrichtung 7 und somit auch oberhalb der am Fahrzeugheck vorgesehenen Kamera 10.1 angebracht. Die zweite Kamera 10.2 kann direkt hinter dem Fahrerhaus 6, auf dem Dach des Nutzfahrzeugs 2 oder auf einem Leiterrahmen hinter dem Fahrerhaus 6 befestigt sein. Auch die zweite Kamera 10.2 ist hier in Fahrzeug-Querrichtung mittig angeordnet. Mittels der Kameras 10.1 , 10.2 können Merkmale der Wechselbrücke 1 , in der Umgebung des Fahrzeughecks ermittelt werden.
Gemäß Fig.1 befindet sich das Nutzfahrzeug 2 in unmittelbarer Nähe der Wechselbrücke 1 , so dass die Wechselbrücke 1 mit der am Fahrzeugheck angeordneten ersten Kamera 10.1 erfassbar ist. Das mittels der Kamera 10.1 erfasste Bild ist ebenfalls in der Fig. 1 dargestellt. Dieses Bild zeigt die komplette Wechselbrücke 1 aus der Blickrichtung der Kamera 10.1. Gemäß dieser Ausführungsform sind an der Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 mehrere die Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 kennzeichnende Markierungen in Form von Targets 14.1 , 14.2, 14.3 angebracht, wobei zwei der Targets 14.1 , 14.3 in den unteren Ecken der Frontseite 13 und ein weiteres Target 14.2 mittig auf der Frontseite 13 angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich zu den Targets 14.1 , 14.2, 14.3 können an der Frontseite 13 markante Markierungen angebracht sein, welche mittels der Kameras 10.1 , 10.2 erfassbar sind. Mögliche die Frontseite 13 kennzeichnenden Markierungen sind in der Fig. 6 dargestellt. So kann die Frontseite 13 der Wechselbrücke beispielsweise mittels einer auf der Frontseite 13 angebrachte Rahmenlinie oder über geometrisch geformte Markierungen gekennzeichnet werden. Die Markierungen können beispielsweise dreieckförmig ausgebildet sein. Es kann beispielhaft lediglich eine dreieckförmige Markierung angeordnet wer- den, welche eine Mittelebene der Wechselbrücke 1 in Richtung Unterboden der Wechselbrücke 1 kennzeichnet. Auch können mehrere die Ecken der Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 kennzeichnende Markierungen auf der Frontseite 13 angebracht werden.
An der Heckseite der Wechselbrücke 1 ist eine die Heckseite der Wechselbrücke 1 kennzeichnende Markierung in Form eines Targets 15 angebracht. Mögliche die Heckseite der Wechselbrücke 1 kennzeichnende Markierungen sind in der Fig. 7 dargestellt. Auch zur Kennzeichnung der Heckseite der Wechselbrücke 1 können unterschiedlich ausgeführte Markierungen dienen. So kann beispielhaft ein Schild an der Heckseite der Wechselbrücke 1 angebracht werden, auf welchem ein Target 15, eine entsprechende Rahmenlinie oder eine dreieckförmige Markierung angebracht ist. Die dreieckförmige Markierung kann so angeordnet werden, dass diese eine Mittelebene der Wechselbrücke 1 in Richtung Unterboden der Wechselbrücke 1 kennzeichnet. Die Targets 14.1 , 14.2, 14.3 und 15 sind vorliegend gebildet durch drei Kreuze, welche innerhalb eines Oktogons angeordnet sind.
Da die Wechselbrücke 1 gemäß Fig. 1 von dem Nutzfahrzeug 2 noch nicht unterfahren wurde, werden mittels der am Fahrzeugheck angeordneten Kamera 10.1 sowohl die an der Frontseite 13 angebrachte Targets 14.1 , 14.2, 14.3 als auch das an der Heckseite der Wechselbrücke 1 angebrachte Target 15 erfasst. Das von der heckseitig angeordneten Kamera 10.1 aufgenommene Bild wird an eine Auswerteeinheit 9 übertragen. Das übertragene Bild umfasst hierbei sowohl die an der Frontseite als auch die an der Heckseite angeordnete Markierung des Zielobjekts. Die Auswerteeinheit 9 ist ausgebildet, die an der Wechselbrücke 1 angebrachten Targets 14.1 , 14.2, 14.3 und 15 in dem an die Auswerteeinheit 9 übertragenen Bild zu identifizieren. In der Auswerteeinheit 9 sind beispielsweise Informationen über die Größe und die Ausgestaltung der Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 abgespeichert. Die Auswerteeinheit ist ferner ausgebildet, die aus dem übertragenen Bild identifizierten Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 mit der abgespeicherten Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 zu vergleichen.
Auf Basis der Größe der miteinander verglichenen Markierungen lässt sich schließlich auf den relativen Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug schließen, was gemäß Fig. 3 dargestellt ist. Bei der linken Abbildung ermittelt die Auswerteeinheit 9 anhand des Größenvergleichs einen Abstand zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 von beispielhaften 7 Metern, während der Abstand zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 in der mittleren Abbildung beispielhaft 10 Meter und in der rechten Abbildung beispielhaft 14 Meter beträgt. Für die Ermittlung des Abstandes zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 kann eines der Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 oder mehrere der Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 berücksichtigt werden.
Um einen Winkelversatz zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 bestimmen zu können, ermittelt die Auswerteeinheit 9 aus dem empfangenen Bild den relativen Lateralversatz LV zwischen einem an der Frontseite 13 angeordneten Target 14.1 , 14.2, 14.3 und dem an der Heckseite angeordneten Target 15. Gemäß Fig. 4 wird der Lateralversatz LV als Abstand zwischen einer Mittenposition 16 des Targets 14.2 der Frontseite 13 und einer Mittenposition 17 des Targets 15 der Heckseite der Wechselbrücke 1 gebildet. Gemäß der mittleren Abbildung der Wechselbrücke 1 existiert zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 kein relativer Lateralversatz LV und folglich auch kein Winkelversatz. In der linken und rechten Abbildung der Wechselbrücke hingegen ist ein relativer Lateralversatz LV vorhanden, über welchen die Auswerteeinheit 9 den Winkelversatz zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 bestimmt.
Auch kann die Auswerteeinheit 9 aus dem von der Kamera 10.1 empfangenen Bild einen Höhenversatz zwischen Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 ermitteln. Hierzu ermittelt die Auswerteeinheit 9 einen Vertikalversatz W zwischen einem an der Frontseite 13 angeordneten Target 14.1 , 14.2, 14.3 und dem an der Heckseite angeordneten Target 15. Gemäß Fig. 5 wird der Vertikalversatz W als Abstand zwischen einer Mitten position 16 des Targets 14.2 der Frontseite 13 und einer Mittenposition 17 des Targets 15 der Heckseite der Wechselbrücke 1 gebildet. Gemäß der mittleren Abbildung der Wechselbrücke 1 ist die Aufnahmeeinrichtung 7 bezogen auf die Wechselbrücke 1 in einer Höhe eingestellt, dass die an der Aufnahmeeinrichtung 7 angeordneten Zentrierrollen 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 beim Unterfahren der Wechselbrücke 1 in den Zentriertunnel einspuren. In der linken Abbildung der Wechselbrücke 1 hin- gegen ist ein relativer Vertikalversatz W vorhanden, über welchen die Auswerteeinheit 9 einen Höhenversatz ermittelt, bei welchem sich die Zentrierrollen 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 beim Unterfahren der Wechselbrücke 1 unterhalb der den Zentriertunnel bildenden Führungsschienen 12.1 , 12.2 befinden. In der rechten Abbildung der Wechselbrücke 1 wird hingegen durch die Auswertung des relativen Vertikalversatzes W zwischen dem an der Frontseite 13 angeordneten Target 14.2 und dem an der Heckseite angeordneten Target 15 ein für das Unterfahren der Wechselbrücke unzulässiger Höhenversatz zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 ermittelt, da die Zentrierrollen 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 beim Unterfahren der Wechselbrücke 1 mit der Frontseite 13 der Wechselbrücke kollidieren würden. Die Aufnahmeeinrichtung 7 wird bei Heranfahren auf die Wechselbrücke unter Berücksichtigung des ermittelten Höhenversatzes auf die zum Unterfahren der Wechselbrücke 1 optimale Höhe eingestellt.
Gemäß Fig. 2 wird zum Aufnehmen der Wechselbrücke 1 auf der Aufnahmeeinrichtung 7 mit dem Nutzfahrzeug 2 rückwärts in den Aufnahmeraum 4 zwischen den Stützen 5.1 und 5.2 eingefahren. Da die Kamera 10.1 am Heck des Nutzfahrzeugs 2 angeordnet ist, kann diese die Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 dann nicht mehr erfassen. Daher ist vorgesehen, dass die zweite Kamera 10.2 aktiviert wird, wenn die Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 mit der an dem Fahrzeugheck angeordneten ersten Kamera 10.1 aufgrund des Unterfahrens nicht mehr erfasst wird. Die an der Frontseite 13 angebrachten Targets 14.1 , 14.2, 14.3 werden dann mit der zweiten Kamera 10.2 erfasst, während das an der Heckseite der Wechselbrücke 1 angebrachte Target 15 nach wie vor mit der am Fahrzeugheck angeordneten ersten Kamera 10.1 erfasst wird. In der Fig. 2 sind das mit der zweiten Kamera 10.2 erfasste Bild der Frontseite 13 mit den Targets 14.1 , 14.2, 14.3 in einem oberen Bereich und das mit der ersten heckseitigen Kamera 10.1 erfasste Bild des an der Heckseite angeordneten Targets 15 in einem unteren Bereich dargestellt.
Da die Position und Ausrichtung der beiden Kameras 10.1 , 10.2 bezogen auf einen gemeinsamen Bezugspunkt kalibriert sind, kann die Auswerteeinheit 9 anhand der von den Kameras 10.1 , 10.2 übermittelten Bildern den Abstand, den Winkelversatz und den Höhenversatz zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 er- mittein und daraus eine Soll-Trajektorie zum Unterfahren der Wechselbrücke berechnen.
Ferner umfasst das Nutzfahrzeug 2 eine Steuereinrichtung 1 1 , die eingerichtet ist auf Grundlage der ermittelten Soll-Trajektorie zum Unterfahren der Wechselbrücke 1 eine Antriebsvorrichtung des Nutzfahrzeugs 2 anzusteuern. So kann die Steuereinrichtung 1 1 für den Rangiervorgang beispielhaft einen Lenkwinkel für eine Fahrzeuglenkung sowie ein Antriebsmoment für ein Antriebsaggregat des Nutzfahrzeugs vorgeben, um das Nutzfahrzeug 2 während des Rangiervorgangs entlang der Soll- Trajektorie zum Unterfahren der Wechselbrücke 1 zu steuern.
Ist die Wechselbrücke 1 vollständig unterfahren worden, wird die Aufnahmeeinrichtung 7 zum Aufnehmen der Wechselbrücke 1 angehoben. Dies kann beispielsweise mittels einer Luftfederung des Nutzfahrzeugs 2 geschehen. Anschließend werden die vier Stützen 5.1 , 5.2, 5.3, 5.4 der Wechselbrücke 1 eingeklappt.
Bezugszeichen
1 Wechselbrücke
2 Nutzfahrzeug
3 Container
4 Aufnahmeraum
5.1. 5.2, 5.3, 5.4 Stützen
6 Fahrerhaus
7 Aufnahmeeinrichtung
8.1. 8.2, 8.3, 8.4 Zentrierrollen
9 Auswerteeinheit
10.1 , 10.2 Kameras
11 Steuereinrichtung
12.1 , 12.2 Führungsschienen
13 Frontseite
14.1 , 14.2, 14.3 Targets
15 Target
16 Mittenposition
17 Mittenposition
18 Mittenposition
19 Mittenposition
LV Lateralversatz
W Vertikalversatz

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt (1 ) und einem Fahrzeug (2), wobei das Fahrzeug (2) eine an einem Fahrzeugheck angeordnete erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) zum Erfassen des Zielobjekts (1 ) aufweist, und das Verfahren folgende Schritte umfasst,
- Erfassen einer eine Frontseite (13) des Zielobjekts (1) kennzeichnende Markierung (14.1 , 14.2, 14.3) mit der ersten Erfassungseinrichtung (10.1 );
- Erfassen einer eine Heckseite des Zielobjekts (1 ) kennzeichnende Markierung (15) mit der ersten Erfassungseinrichtung (10.1 );
- Ermitteln eines Abstands zwischen dem Zielobjekt (1) und dem Fahrzeug (2) anhand einer ermittelten Größe zumindest einer der erfassten, das Zielobjekt (1) kennzeichnenden Markierungen (14.1 , 14.2, 14.3, 15);
- Ermitteln eines Winkelversatzes zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) anhand eines ermittelten Lateralversatzes (LV) zwischen den erfassten, die Frontseite (13) des Zielobjekts (1 ) und die Heckseite des Zielobjekts (1) kennzeichnenden Markierungen (14.1 , 14.2, 14.3, 15); und
- Ermitteln einer Relativpose zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) auf Basis des ermittelten Abstands und des ermittelten Winkelversatzes.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner umfassend
- Erstellen einer Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts (1 ) auf Basis der ermittelten Relativpose; und
- Automatisiertes Unterfahren des Zielobjekts (1 ) entlang der erstellten Trajektorie.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend
- Ermitteln eines Höhenversatzes zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) anhand eines ermittelten Vertikalversatzes (W) zwischen den erfassten, die Frontseite (13) des Zielobjekts (1 ) und die Heckseite des Zielobjekts (1) kennzeichnenden Markierungen (14.1 , 14.2, 14.3, 15), und
- Automatisiertes Ausgleichen eines festgestellten Höhenversatzes.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als kennzeichnende Markierungen des Zielobjekts (1) charakteristische Merkmale des Zielobjekts oder an dem Zielobjekt angebrachte Targets (14.1 , 14.2, 14.3, 15) erfasst werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend
- Aktivieren einer zweiten Erfassungseinrichtung (10.2), welche bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) in Fahrzeuglängsrichtung versetzt am Fahrzeug (2) angeordnet ist, wenn die an dem Fahrzeugheck angeordnete erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) aufgrund des Unterfahrens des Zielobjekts (1) die Frontseite (13) des Zielobjekts (1 ) nicht mehr erfassen kann und
- Erfassen der die Frontseite (13) des Zielobjekts (1 ) kennzeichnende Markierung (14.1 , 14.2, 14.3) mit der zweiten Erfassungseinrichtung (1 ).
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) und die zweite Erfassungseinrichtung (10.2) hinsichtlich ihrer Position und Ausrichtung bezogen auf einen gemeinsamen Bezugspunkt am Fahrzeug (2) kalibriert sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend
- Ermitteln der Positionen der das Zielobjekt (1 ) kennzeichnenden Markierungen (14.1 , 14.2, 14.3, 15) bezogen auf den gemeinsamen Bezugspunkt; und
- Ermitteln der Relativpose zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2).
8. System zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt (1) und einem Fahrzeug (2), umfassend
- zumindest eine an einer Frontseite (13) des Zielobjekts (1) angeordnete Markierung (14.1 , 14.2, 14.3) und zumindest eine an einer Heckseite des Zielobjekts (1 ) angeordnete Markierung (15),
- eine an einem Fahrzeugheck des Fahrzeugs (2) angeordnete erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) zur Erfassung der an der Frontseite (13) und der Heckseite des Zielobjekts (1) angeordneten Markierung (14.1 , 14.2, 14.3, 15), und
- eine Auswerteeinheit (9), die dazu eingerichtet ist anhand von der ersten Erfassungseinrichtung (10.1 ) erfassten Daten eine Entfernung und einen Win- kelversatz zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) zu ermitteln, um daraus eine Relativpose zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) zu ermitteln.
9. System nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine zweite Erfassungseinrichtung (10.2), welche bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) zumindest hinsichtlich einer Längsachse des Fahrzeugs (2) versetzt am Fahrzeug (2) angeordnet ist.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Erfassungseinrichtung (10.1 , 10.2) zumindest einen optischen Sensor umfasst und die an der Front- und Heckseite des Zielobjekts (1 ) angeordnete Markierung (14.1 , 14.2, 14.3, 15) als optisch erfassbare Markierung ausgebildet ist.
1 1. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Front- und Heckseite des Zielobjekts (1 ) angeordnete Markierung als charakteristische Markierung des Zielobjekts oder als an dem Zielobjekt angebrachtes Target (14.1 , 14.2, 14.3, 15) ausgebildet ist.
12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (9) dazu eingerichtet ist, auf Basis der ermittelten Relativpose eine Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts (1 ) zu berechnen.
13. System nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (1 1 ) und eine durch die Steuereinrichtung (1 1 ) ansteuerbare Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs (2), wobei die Steuereinrichtung (1 1 ) dazu eingerichtet ist die Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs (2) zum Unterfahren des Zielobjekts (1 ) entlang der erstellten Trajektorie anzusteuern.
14. System nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch zumindest eine weitere Erfassungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, zu erkennen, wann das Fahrzeug (2) eine Zielposition unter dem Zielobjekt (1 ) erreicht hat.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Erfassungseinrichtung als Beschleunigungssensor, Ultraschallsensor, Laserdistanzsensor, Lidarsensor oder Radarsensor ausgebildet ist.
16. Nutzfahrzeug mit mehreren Erfassungseinrichtungen (10.1 , 10.2), mit zumindest einer Auswerteeinheit (9) und zumindest einer Steuereinrichtung (11 ), die eingerichtet sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
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