DE102008045436A1

DE102008045436A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger

Info

Publication number: DE102008045436A1
Application number: DE200810045436
Authority: DE
Inventors: Stephan Dr. Scholz; Alexander Karmrodt; Fabian Dr. Gräfe; Stefan Dr. Brosig; Thomas Dr. Barthenheier
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels (alpha) zwischen einem Zugfahrzeug (1) und einem Anhänger (2) bereit. Das Verfahren umfasst ein Erfassen des Bildes des Anhängers (2) mit Hilfe einer Bilderfassungsvorrichtung (5), ein automatisiertes Vergleichen des erfassten Bildes mit mehreren vorgegebenen Referenzbildern (11-13), welchen jeweils ein Referenzbild-Knickwinkel (14-16) zugeordnet ist, und ein automatisches Bestimmen des Knickwinkels (alpha) abhängig von dem Vergleich des erfassten Bildes mit den Referenzbildern (11-13) und den Referenzbild-Knickwinkeln (14-16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei welchen der Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger mit Hilfe einer Bildverarbeitung eines von dem Anhänger erfassten Bildes bestimmt wird.
Einen Knickwinkel zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger zu bestimmen ist für viele Anwendungen sowohl im Bereich von Personenkraftwagen als auch im Bereich von Lastkraftwagen nützlich. So wird beispielsweise eine Knickwinkelbestimmung von einem Assistenzsystem benötigt, welches einen Fahrer eines Gespanns, welches aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger besteht, bei einer Rückwärtsfahrt oder einem Rangieren des Gespanns unterstützt. Darüber hinaus ist eine Erfassung eines Knickwinkels auch beispielsweise für einen sogenannten Parkhausassistenten erforderlich, welcher bei einer Vorwärtsfahrt des Gespanns einen Fahrer davor warnt, wenn er eine Kurve mit dem Gespann zu eng fährt und eine Gefahr besteht, dass der Anhänger an einem Gegenstand im Bereich der Innenkurve, wie z. B. einer Ecke in einem Parkhaus, hängen bleibt. Schließlich ist die Erfassung eines Knickwinkels auch im Zusammenhang mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) des Zugfahrzeugs sinnvoll, um das Gespann in kritischen Fahrsituationen mit Hilfe des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) stabilisieren zu können.
Zur Bestimmung des Knickwinkels zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger ist in dem Stand der Technik bekannt, einen Knickwinkelsensor in einer Anhängerkupplung des Zugfahrzeugs zu integrieren. Ein derartiger Knickwinkelsensor kann beispielsweise bei einer Kugelkopfanhängerkupplung eines Personenkraftwagens einen Magnetsensor in einer Kugel der Kugelkopfanhängerkupplung an dem Personenkraftwagen und einen Magneten an einem Gegenstück zu der Kugel, der sogenannten Kugelpfanne, an der Deichsel des Anhängers umfassen. Bei einer Änderung des Knickwinkels zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger ändert sich somit die Ausrichtung des Magneten zu dem Magnetsensor, was wiederum von dem Magnetsensor erfasst wird und für eine Knickwinkelbestimmung verwendet werden kann. Eine derartige Knickwinkelbestimmungsvorrichtung erfordert jedoch, dass die Kugelpfanne des Anhängers mit einem entsprechenden Magneten ausgestattet ist. Wird hingegen ein Anhänger verwendet, welcher nicht über eine entsprechend ausgestattete Kugelpfanne verfügt, ist eine Knickwinkelbestimmung nicht möglich. Darüber hinaus ist diese magnetbasierte Art der Knickwinkelbestimmung anfällig für Magnetfelder oder Magnetfeldverzerrungen, welche aufgrund einer Beladung des Zugfahrzeugs oder des Anhängers mit metallischen Gegenständen auftreten können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bereitzustellen, welche keine besonderen Anforderungen an Vorrichtungen des Anhängers stellen, so dass beliebige Anhänger verwendet werden können. Darüber hinaus sollen das Verfahren und die Vorrichtung eine hohe Genauigkeit und eine hohe Robustheit gegenüber Einflüssen, welche im Betrieb eines Gespanns auftreten können, aufweisen. Schließlich sollen das Verfahren und die Vorrichtung kostengünstig an dem Zugfahrzeug realisierbar sein.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Erstellen mehrerer Referenzinformationen nach Anspruch 9, ein System zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger nach Anspruch 16 und ein System zum Erstellen mehrerer Referenzinformationen nach Anspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erfassen eines Bildes des Anhängers mit Hilfe einer Bilderfassungsvorrichtung und ein automatisiertes Vergleichen des mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung erfassten Bildes mit mehreren vorgegebenen Referenzbildern. Den Referenzbildern ist jeweils ein Referenzbild-Knickwinkel zugeordnet. In Abhängigkeit von dem automatisierten Vergleich des erfassten Bildes mit den Referenzbildern und den Referenzbildern zugeordneten Referenzbild-Knickwinkeln wird dann der Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger automatisch bestimmt.
Indem der Knickwinkel durch automatisches Vergleichen des erfassten Bildes des Anhängers mit Referenzbildern und den Referenzbild-Knickwinkeln bestimmt wird, sind keine speziellen Einrichtungen an dem Anhänger erforderlich, so dass dieses Verfahren in Verbindung mit einem beliebigen Anhänger verwendet werden kann. Da viele Fahrzeuge über eine Bilderfassungsvorrichtung an einem Heck des Fahrzeugs verfügen, beispielsweise eine Kamera, welche den Fahrer des Fahrzeugs beim Einparken unterstützt, kann das Verfahren bei Vorhandensein einer derartigen Bilderfassungsvorrichtung kostengünstig realisiert werden. Darüber hinaus kann bei einer entsprechend hochauflösenden Kamera oder Bilderfassungsvorrichtung eine sehr hohe Genauigkeit des erfassten Knickwinkels erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Erfassen des Bildes des Anhängers ein Entzerren des Bildes, um optische Eigenschaften und eine Aufnahmeposition der Bilderfassungsvorrichtung auszugleichen. Bilderfassungsvorrichtungen, welche als Einparkhilfen an einem Fahrzeugheck angebracht sind, haben üblicherweise ein Weitwinkelobjektiv mit sehr geringer Brennweite. Dadurch können starke Verzerrungen insbesondere in Randbereichen des aufgenommenen Bildes auftreten. Bei Kenntnis der optischen Eigenschaften der Bilderfassungsvorrichtung können derartige Verzerrungen jedoch auf einfache Art und Weise geeignet entzerrt werden, wodurch eine nachfolgende Bestimmung des Knickwinkels verbessert werden kann, um eine höhere Knickwinkelgenauigkeit zu erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Erfassen des Bildes des Anhängers zusätzlich ein Transformieren des Bildes umfassen. Die Transformation erfolgt derart, dass das transformierte Bild zumindest eine Teilansicht des Anhängers aus einer Vogelperspektive umfasst. Wenn die Bilderfassungsvorrichtung beispielsweise an dem Heck des Zugfahrzeugs in einer geeigneten Höhe über einer Anhängerkupplung zum Verbinden des Zugfahrzeugs mit dem Anhänger angeordnet ist und das erfasste Bild des Anhängers die Anhängerkupplung, eine Deichsel des Anhängers und zumindest einen Teil des Anhängers umfasst, kann, unter Kenntnis der Lage und des Sichtwinkels der Bilderfassungsvorrichtung zu der Anhängerkupplung das Bild derart transformiert werden, dass das transformierte Bild eine Vogelperspektive von zumindest der Anhängerkupplung, der Deichsel und eines Teils des Anhängers umfasst. Die Referenzbilder, welche für die automatische Bestimmung des Knickwinkels mit dem erfassten Bild verglichen werden, stellen bei dieser Ausführungsform ebenfalls Referenzbilder des Anhängers aus der Vogelperspektive dar. Aus der Vogelperspektive ist ein Vergleich des erfassten Bildes mit den Referenzbildern besonders einfach möglich, wodurch der Knickwinkel schnell, genau und zuverlässig bestimmt werden kann.
Das Vergleichen des erfassten Bildes mit den mehreren vorgegebenen Referenzbildern kann ein Bestimmen eines Korrelationsvektors zwischen dem erfassten Bild und den Referenzbildern umfassen. Der Korrelationsvektor beschreibt eine Ähnlichkeit des erfassten Bildes zu den mehreren Referenzbildern. Da jedem Referenzbild ein entsprechender Referenzbild-Knickwinkel zugeordnet ist, stellt der Korrelationsvektor gleichzeitig ein Zugehörigkeitsmaß eines Referenzbild-Knickwinkels zu einem tatsächlichen Knickwinkel des erfassten Bildes dar. Durch eine Interpolation des Korrelationsvektors, d. h. durch eine Interpolation zwischen den Stützstellen, die von dem Korrelationsvektor bereitgestellt werden, kann eine Genauigkeit der Knickwinkelbestimmung erhöht werden, indem ein Korrelationsmaximum des interpolierten Korrelationsvektors bestimmt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ein Identifizieren des Anhängers umfassen, um davon abhängig die Referenzbilder bereitzustellen. Das Identifizieren des Anhängers kann beispielsweise durch eine manuell Eingabe durch einen Benutzer des Fahrzeugs, durch ein Auslesen eines an dem Anhänger angebrachten Barcodes, durch Vergleichen eines erfassten Bildes des Anhängers mit Referenzbildern oder durch Bestimmen des Fahrverhaltens des Anhängers während einer Fahrt des Fahrzeugs erfolgen. Wenn der Anhänger identifiziert ist, d. h. eine spezielle Art von Anhänger erkannt wurde, kann das automatisierte Vergleichen des erfassten Bildes mit den mehreren vorgegebenen Referenzbildern auf die Referenzbilder reduziert werden, welche den identifizierten Typ des Anhängers darstellen. Dadurch sind weniger Bildvergleiche erforderlich, wodurch die Bestimmung des Knickwinkels beschleunigt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Erstellen mehrerer Referenzinformationen bereitgestellt. Jede Referenzinformation umfasst ein Referenzbild eines Anhängers in einer Anordnung zu einem Zugfahrzeug und einem der Anordnung zugeordneten Referenzbild-Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger. Das Verfahren umfasst ein Erfassen eines ersten Referenzbildes des Anhängers in einer vorbestimmten Anordnung zu dem Zugfahrzeug mit Hilfe einer Bilderfassungsvorrichtung. Die vorbestimmte Anordnung weist einen vorbestimmten ersten Referenzbild-Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger auf. Diese erste Referenzinformation, welche das erste Referenzbild und den ersten Referenzbild-Knickwinkel umfasst, wird dann gespeichert. Aus dem ersten Referenzbild und dem ersten Referenzbild-Knickwinkel und einem weiteren Referenzbild-Knickwinkel wird dann ein weiteres Referenzbild des Anhängers in einer weiteren Anordnung mit dem weiteren Referenzbild-Knickwinkel zwischen dem Anhänger und dem Zugfahrzeug bestimmt. Dieses weitere Referenzbild wird ebenfalls zusammen mit dem weiteren Referenzbild-Knickwinkel als eine weitere Referenzinformation gespeichert. Auf diese Art und Weise können eine Vielzahl weiterer Referenzbilder für weitere Referenzbild-Knickwinkel aus dem ersten Referenzbild bestimmt werden. Das Bestimmen des weiteren Referenzbildes des Anhängers kann gemäß einer Ausführungsform durch ein Drehen des ersten Referenzbildes um einen Drehpunkt einer Anhängerkupplung um einen Differenzwinkel zwischen dem ersten Referenzbild-Knickwinkel und dem weiteren Referenzbild-Knickwinkel bestimmt werden.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine Datenbank aufzubauen, welche eine Vielzahl von Referenzinformationen umfasst, wobei jede Referenzinformation ein Referenzbild des Anhängers in einer bestimmten Anordnung zu dem Zugfahrzeug zeigt und zusätzlich einen entsprechenden Referenzbild-Knickwinkel, welcher dieser Anordnung entspricht, umfasst. Der erste Referenzbild-Knickwinkel für die vorbestimmte Anordnung kann aus fahrdynamischen Größen des Zugfahrzeugs, wie z. B. einem Lenkradwinkel, einer Geschwindigkeit und/oder einer Gier rate des Zugfahrzeugs, bestimmt werden. Vorzugsweise wird das erste Referenzbild bei einer Geradeausfahrt des Zugfahrzeugs erfasst. Der erste Referenzbild-Knickwinkel ist dementsprechend ein Winkel von Null Grad. Eine Geradeausfahrt des Zugfahrzeugs mitsamt dem Anhänger lässt sich aus fahrdynamischen Größen des Zugfahrzeugs, insbesondere dem Lenkradwinkel und der Geschwindigkeit einfach und sehr genau bestimmen. So kann ein erstes Referenzbild des Anhängers und ein zugehöriger Referenzbild-Knickwinkel bestimmt werden und daraus können dann, wie zuvor beschrieben, weitere Referenzinformationen bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Erfassen des ersten Referenzbildes des Anhängers zusätzlich ein Entzerren des ersten Referenzbildes, um optische Eigenschaften und eine Aufnahmeposition der Bilderfassungsvorrichtung auszugleichen. Die Bilderfassungsvorrichtung ist typischerweise an einem Heck des Fahrzeugs oberhalb der Anhängerkupplung angeordnet. Da eine derartige Bilderfassungsvorrichtung, beispielsweise eine Kamera, auch als Rückwärtsfahrhilfe verwendet wird, ist die Bilderfassungsvorrichtung im Allgemeinen mit einem Weitwinkelobjektiv mit sehr geringer Brennweite ausgestattet. Dadurch können geometrische Verzerrungen insbesondere im Randbereich des Bildes entstehen. Darüber hinaus kann die Bilderfassungsvorrichtung unter Umständen auch seitlich versetzt zu der Anhängerkupplung angeordnet sein, so dass eine Sicht auf die Anhängerkupplung von schräg oben erfolgt. Durch diese seitlich versetzte Ansicht entstehen zusätzliche Verzerrungen. Da eine Position und eine Ausrichtung der Bilderfassungsvorrichtung bezogen auf die Anhängerkupplung bekannt sind und darüber hinaus optische Eigenschaften der Bilderfassungsvorrichtung bekannt sind, kann eine entsprechende Entzerrung des Bildes auf einfache Art und Weise durchgeführt werden.
Darüber hinaus kann das Erfassen des Referenzbildes des Anhängers ferner ein Transformieren des Referenzbildes umfassen, so dass das transformierte Referenzbild eine Ansicht des Anhängers aus einer Vogelperspektive zeigt. Da, wie zuvor erwähnt, die Position und Ausrichtung der Bilderfassungsvorrichtung zu der Anhängerkupplung bekannt sind, ist eine entsprechende Transformation verhältnismäßig einfach durchzuführen. Aus einem Referenzbild mit einer vogelperspektivischen Ansicht des Anhängers können durch einfaches Drehen des Bildes um einen Drehpunkt der Anhängerkupplung weitere Referenzbilder erzeugt werden, wobei die Knickwinkel der weiteren Referenzbilder einfach aus dem Knickwinkel des ersten Referenzbildes und dem Drehwinkel des Bildes bestimmt werden können. Der Drehpunkt der Anhängerkupplung ist aufgrund der ortsfesten Beziehung zwischen der Bilderfassungsvorrichtung und der Anhängerkupplung bekannt, wodurch ein Drehen des Bildes um den Drehpunkt der Anhängerkupplung einfach möglich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner ein System zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bereitgestellt. Das System umfasst eine Bilderfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Bildes des Anhängers, einen Bildspeicher zum Speichern mehrerer Referenzbilder des Anhängers und mehrerer Referenzbild-Knickwinkel, wobei jedem Referenzbild ein Referenzbild-Knickwinkel zugeordnet ist, und eine Verarbeitungseinheit, welche mit der Bilderfassungsvorrichtung und dem Bildspeicher gekoppelt ist. Die Verarbeitungseinheit erfasst mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung ein Bild des Anhängers und vergleicht das erfasste Bild mit den mehreren Referenzbildern des Bildspeichers. In Abhängigkeit von dem Vergleich des erfassten Bildes mit den Referenzbildern wird dann der Knickwinkel aus den Referenzbild-Knickwinkeln der Referenzbilder bestimmt.
Das System ermöglicht somit einen Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger zu bestimmen, ohne dass an dem Anhänger spezielle Vorrichtungen vorgesehen sein müssen, welche zur Bestimmung des Knickwinkels beitragen. Darüber hinaus ist das System sehr kostengünstig, insbesondere wenn die Bilderfassungsvorrichtung ohnehin am Heck des Zugfahrzeugs vorhanden ist, um beispielsweise einem Fahrer des Fahrzeugs bei einer Rückwärtsfahrt eine Bildinformation von einem Bereich hinter dem Heck des Fahrzeugs zu geben. Darüber hinaus ist bei entsprechender Qualität und Winkelauflösung der Referenzbilder und der zugeordneten Referenzbild-Knickwinkel eine sehr genaue Bestimmung des Knickwinkels möglich.
Gemäß einer Ausführungsform kann das System zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger verwendet werden und umfasst somit die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile.
Erfindungsgemäß wird ferner ein System zum Erstellen mehrerer Referenzinformationen bereitgestellt. Jede Referenzinformation umfasst ein Referenzbild eines Anhängers in einer Anordnung zu einem Zugfahrzeug und einen der Anordnung zugeordneten Referenzbild-Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger. Das System umfasst eine Bilderfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Bildes des Anhängers, einen Bildspeicher zum Speichern der mehreren Referenzinformationen und eine Verarbeitungseinheit, welche mit der Bilderfassungsvorrichtung und dem Bildspeicher gekoppelt ist. Um die mehreren Referenzinformationen zu erstellen, wird zunächst eine erste Referenzbildinformation von der Verarbeitungseinheit erstellt. Dazu erfasst die Verarbeitungseinheit mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung ein erstes Referenzbild des Anhängers in einer vorbestimmten Anordnung zu dem Zugfahrzeug. Die vorbestimmte Anordnung zu dem Zugfahrzeug ist so gewählt, das in dieser Anordnung ein vorbestimmter erster Referenzbild-Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger besteht. Das erste Referenzbild und der vorbestimmte Referenzbild-Knickwinkel werden dann als eine erste Referenzinformation in dem Bildspeicher abgespeichert. Aus dem ersten Referenzbild wird dann von der Verarbeitungseinheit ein weiteres Referenzbild des Anhängers in einer weiteren Anordnung bestimmt. Das weitere Referenzbild kann beispielsweise durch Drehen des ersten Referenzbildes um einen vorbestimmten Winkel um einen Drehpunkt einer Anhängerkupplung erzeugt werden. Ein weiterer Referenzbild-Knickwinkel, welcher dem weiteren Referenzbild zugeordnet wird, wird dann von der Verarbeitungseinheit aus dem ersten Referenzbild-Knickwinkel und dem Drehwinkel des ersten Referenzbildes zu dem weiteren Referenzbild bestimmt. Dies ergibt eine weitere Referenzinformation, die ein weiteres Referenzbild des Anhängers in einer weiteren Referenzbild-Knickwinkelanordnung umfasst. Die weitere Referenzinformation wird von der Verarbeitungseinheit in dem Bildspeicher abgelegt.
Auf diese Art und Weise erzeugt das System umfangreiche Referenzinformationen, welche in dem Bildspeicher gespeichert werden. So können beispielsweise Referenzbilder des Anhängers in Ein-Grad-Schritten erzeugt und zusammen mit ihren entsprechenden Referenzbild-Knickwinkeln in dem Bildspeicher abgelegt werden. Darüber hinaus können für unterschiedliche Typen von Anhängern unterschiedliche Referenzinformationen in dem Bildspeicher abgelegt werden.
Das System kann ferner derart ausgestaltet sein, dass es zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens zum Erstellen mehrerer Referenzinformationen ausgestaltet ist, und umfasst daher auch die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
1 zeigt ein Zugfahrzeug und einen Anhänger, welcher miteinander gekoppelt sind, in einer ersten Anordnung zueinander.
2 zeigt das Zugfahrzeug und den Anhänger der 1 in einer weiteren Anordnung zueinander.
3 zeigt ein System zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger und zum Erstellen mehrerer Referenzinformationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt einen Bildspeicher mit mehreren Referenzinformationen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt ein Diagramm eines Korrelationsvektors zwischen einem erfassten Bild eines Anhängers und Referenzbildern des Anhängers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Zugfahrzeug 1, welches mit einem Anhänger 2 gekoppelt ist. Die Kopplung erfolgt über eine Anhängerkupplung 3, welche um einen Drehpunkt der Anhängerkupplung 3 derart drehbar ist, dass eine Längsachse 6 des Zugfahrzeugs 1 und eine Längsachse 7 des Anhängers 2 einen Knickwinkel zueinander aufweisen können. In der in 1 dargestellten Anordnung von dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 2 fallen die Längsachsen 6 und 7 aufeinander, was einen Knickwinkel von Null Grad definiert. Der Anhänger 2 ist über eine Deichsel 4 mit der Anhängerkupplung 3 verbunden. Das Zugfahrzeug 1 umfasst eine Bilderfassungsvorrichtung 5, beispielsweise eine Monokamera, welche in der Lage ist, zumindest die Anhängerkupplung 3 und einen Teil des Anhängers 2, wie zum Beispiel die Deichsel 4 und einen Teil einer Ladefläche des Anhängers 2, als Bild zu erfassen und einer nicht dargestellten elektronischen Verarbeitungseinheit bereitzustellen.
In 2 ist das Gespann aus Zugfahrzeug 1 und Anhänger 2 der 1 in einer Anordnung dargestellt, in welcher die Längsachsen 6 und 7 nicht aufeinander fallen, sondern einen Knickwinkel α bilden.
Um einen Knickwinkel α zwischen der Längsachse 6 des Zugfahrzeugs 1 und der Längsachse 7 des Anhängers 2 mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung 5 bestimmen zu können, verfügt das Zugfahrzeug 1 über ein in 3 schematisch dargestelltes System 8, welches neben der Bilderfassungsvorrichtung 5 eine Verarbeitungseinheit 9 und einen Bildspeicher 10 umfasst. Der Bildspeicher 10 enthält, wie in 4 dargestellt, mehrere Referenzinformationen, wobei jede Referenzinformation ein Referenzbild 11–13 eines Anhängers und mehrere Referenzbild-Knickwinkel 14–16 umfasst. Jedes Referenzbild 11–13 zeigt den Anhänger in einer bestimmten Winkelanordnung zu dem Zugfahrzeug 1 aus einer Vogelperspektive. Der sich aus der Anordnung zu dem Zugfahrzeug ergebende Winkel zwischen der Längsachse 6 des Zugfahrzeugs 1 und der Längsachse 7 des Anhängers 2 ist dem jeweiligen Referenzbild 11–13 über einen entsprechenden Referenzbild-Kickwinkel 14–16 zugeordnet. So ist beispielsweise dem Referenzbild 11 ein Referenzbild-Knickwinkel 14 von Null Grad zugeordnet. Einem weiteren Referenzbild 12 ist der weitere Referenzbild-Knickwinkel 15 der Größe α₁ zugeordnet und noch einem weiteren Referenzbild 13 ist der Referenzbild-Knickwinkel 16 der Größe α₂ zugeordnet. Die Referenzbild-Knickwinkel 14–16 entsprechen den Knickwinkeln α, welche sich bei einer entsprechenden Anordnung des Anhängers 2 zu dem Zugfahrzeug 1 ergeben.
Nachfolgend wird nun zunächst ein Verfahren beschrieben, um einen Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 2 mit Hilfe des Systems 8 zu bestimmen. Danach wird ein Verfahren beschrieben, um mit Hilfe des Systems 8 die Referenzinformationen für den Bildspeicher 10 zu erzeugen.
Die Bilderfassungsvorrichtung 5 ist, wie in 1 und 2 gezeigt, an einem Heck des Zugfahrzeugs 1 oberhalb der Anhängerkupplung 3 angeordnet. Um einen aktuellen Knickwinkel α zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 2 zu bestimmen, erfasst die Verarbeitungseinheit 9 mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung 5 ein aktuelles Bild eines Bereichs hinter dem Heck des Zugfahrzeugs 1. Das erfasste Bild umfasst zumindest die Anhängerkupplung 3 und zumindest einen Teil des Anhängers 2, wie zum Beispiel die Deichsel 4. Eine Position und ein Sichtwinkel der Bilderfassungsvorrichtung 5 zu dem Heck des Fahrzeugs und insbesondere zu der Anhängerkupplung 3 ist der Verarbeitungseinheit 9 bekannt. Darüber hinaus sind der Verarbeitungseinheit 9 auch optische Eigenschaften eines Objektivs der Bilderfassungseinrichtung 5 bekannt. Mit Hilfe dieser Informationen ist diese Verarbeitungseinheit 9 in der Lage, aus dem erfassten Bild durch Entzerren und Transformieren eine Ansicht des Anhängers 2 aus einer Vogelperspektive zu berechnen. Dieses entzerrte und transformierte Bild des Anhängers 2 wird nun von der Verarbeitungseinheit 9 mit den Referenzbildern 11–13 des Bildspeichers 10 verglichen. Neben den in 4 exemplarisch dargestellten Referenzbildern 11–13 und zugeordneten Referenzbild-Knickwinkeln 14–16 umfasst der Bildspeicher 10 eine Vielzahl von Referenzbildern, welche den Anhänger 2 beispielsweise in 181 verschiedenen Anordnungen mit Referenzbild-Knickwinkeln von –90 Grad bis +90 Grad in Ein-Grad-Schritten zeigt. Alternativ können beispielsweise auch 361 Referenzbilder des Anhängers 2 in dem Bildspeicher 10 abgelegt sein, welche den Anhänger 2 in 361 verschiedenen Anordnungen mit einem Knickwinkel von –90 Grad bis +90 Grad in 0,5-Grad-Schritten zeigen. Darüber hinaus können neben den Referenzbildern des Anhängers 2 auch weitere Referenzbilder von anderen Anhängern in unterschiedlichen Anordnungen in dem Bildspeicher 10 mit entsprechend zugeordneten Referenzbild-Knickwinkeln gespeichert sein.
Die Verarbeitungseinheit 9 vergleicht das erfasste, entzerrte und transformierte Bild des Anhängers 2 mit den Referenzbildern 11–13 und bestimmt eine Ähnlichkeit bzw. Korrelation zwischen dem erfassten Bild und jedem der Referenzbilder 11–13. Der Referenzbild-Knickwinkel von dem Referenzbild, welches die größte Ähnlichkeit bzw. Korrelation mit dem erfassten Bild aufweist, wird dann als der aktuelle Knickwinkel α zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 2 bestimmt.
Alternativ kann, um die Knickwinkelgenauigkeit weiter zu erhöhen, eine Interpolation zwischen den bestimmten Korrelationswerten durchgeführt werden und der aktuelle Knickwinkel durch Bestimmung des Korrelationsmaximums unter Berücksichtigung der Interpolationswerte bestimmt werden. 5 verdeutlicht dieses Verfahren graphisch: In dem Diagramm der 5 sind auf der x-Achse Referenzbild-Knickwinkelwerte und auf der y-Achse Korrelationswerte für Korrelationen zwischen dem erfassten Bild und den Referenzbildern aufgetragen. In dem Diagramm sind die Korrelationswerte und ihre zugehörigen Knickwinkel, welche durch Vergleich des erfassten Bildes mit den Referenzbildern bestimmt wurden, als schwarze volle Punkte dargestellt. Mit Hilfe einer geeigneten Interpolation, welche diese Korrelations- und Knickwinkelwerte als Stützstellen verwendet, können weitere interpolierte Korrelationswerte und zugehörige Knickwinkelwerte berechnet werden. Diese sind in 5 als Kreise dargestellt. Der aktuelle Knickwinkel α zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 2 wird dann durch Bestimmen des Korrelationsmaximums von sowohl den durch Vergleich bestimmten Korrelationswerten als auch den interpolierten Korrelationswerten bestimmt. Im vorliegenden Beispiel der 5 ergibt sich somit ein Knickwinkel von einem Grad, wohingegen durch alleiniges Betrachten der durch den Bildvergleich bestimmten Korrelationen ein Knickwinkel von näherungsweise 1,5 Grad bestimmt worden wäre. Somit kann durch die Interpolation eine Genauigkeit des Knickwinkels erhöht werden.
Um die Anzahl der in Betracht zu ziehenden Referenzbilder 11–13 zu verringern, kann der Anhänger 2 zunächst identifiziert werden, um in Abhängigkeit davon den Vergleich des erfassten Bildes nur mit Referenzbildern des identifizierten Anhängers 2 durchzuführen. Das Identifizieren des Anhängers kann beispielsweise durch eine manuelle Eingabe durch einen Benutzer des Fahrzeugs erfolgen. Darüber hinaus kann der Anhänger beispielsweise über einen Barcode-Ausdruck verfügen, welcher von beispielsweise der Bilderfassungsvorrichtung 5 erfasst wird und eine Identifizierung des Anhängers ermöglicht. Darüber hinaus kann zunächst ein Bild des Anhängers erfasst werden und dieses mit Referenzbildern 11–13 des Bildspeichers 10 verglichen werden und dadurch ein Anhänger 2 identifiziert werden. Eine weitere Knickwinkelbestimmung verwendet dann nur noch die Referenzbilder 11–13, welche zu dem identifizierten Anhänger gehören. Schließlich kann der Anhänger auch aufgrund seines Fahrverhaltens identifiziert werden, welches beispielsweise aus Parametern des Zugfahrzeugs abgeleitet werden kann.
Das zuvor beschriebene Verfahren zum Bestimmen des Knickwinkels zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 2 kann noch beschleunigt werden, wenn ein erster Knickwinkel α für einen ersten Zeitpunkt wie zuvor beschrieben bestimmt wurde. Soll dann ein weiterer Knickwinkel für einen darauf folgenden Zeitpunkt bestimmt werden, so kann davon ausgegangen werden, dass sich der Knickwinkel in der Zwischenzeit nicht beliebig stark verändert hat. In Abhängigkeit der zwischen den beiden Bestimmungen vergangenen Zeit kann somit die Menge der Referenzbilder eingeschränkt werden, welche für einen Vergleich des erfassten Bildes heran gezogen werden. Erfolgt die Knickwinkelmessung beispielsweise einmal pro Sekunde, so wird sich der Knickwinkel α in dieser einen Sekunde maximal um einen vorbestimmten Winkel, beispielsweise ±20 Grad, verändern. Ein Vergleich des erfassten Bildes mit Referenzbildern muss dementsprechend nur mit den Referenzbildern durchgeführt werden, welche den Anhänger in dem entsprechenden Winkelbereich zeigen.
Nachfolgend wird beschrieben werden, wie die zuvor verwendeten Referenzinformationen des Bildspeichers mit Hilfe des in 3 gezeigten Systems 8 des Zugfahrzeugs 1 bestimmt werden können.
Zunächst erfasst die Verarbeitungseinheit 9 mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung 5 ein Bild des Anhängers 2 bei einem bekannten Knickwinkel α zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 2. Ein dazu besonders geeigneter Knickwinkel α ist ein Winkel von Null Grad, da sich dieser Winkel bei einer Geradeausfahrt bei einer Vorwärtsfahrt des Zugfahrzeugs bereits nach sehr kurzer Zeit einstellt. Diese Information bezieht die Verarbeitungseinheit 9 beispielsweise aus einem Lenkwinkelsignal und einem Geschwindigkeitssignal des Fahrzeugs, wobei die Verarbeitungseinheit 9 dazu natürlich mit den entsprechenden Vorrichtungen des Zugfahrzeugs 1 zu koppeln ist. Auf diese Art und Weise erfasst die Verarbeitungseinheit 9 ein erstes Referenzbild des Anhängers 2 mit einem zugeordneten Referenzbild-Knickwinkel von Null Grad. Wie zuvor beschrieben, wird das erfasste Referenzbild entzerrt und transformiert, um einerseits Verzerrungen aufgrund der optischen Eigenschaften der Bilderfassungsvorrichtung 5 und ihrer Anordnung am Fahrzeug zu kompensieren und andererseits eine Ansicht des Anhängers 2 aus einer Vogelperspektive zu erhalten. Das so entzerrte und transformierte erfasste Bild des Anhängers 2 wird als ein erstes Referenzbild 11 einer ersten Referenzinformation zusammen mit dem ersten Referenzbild-Knickwinkel 14 von Null Grad in dem Bildspeicher 10 gespeichert.
Ausgehend von dem ersten Referenzbild 11 können nun weitere Referenzinformationen folgendermaßen erzeugt werden: Da die Position eines Drehpunktes der Anhängerkupplung 3 in dem ersten Referenzbild 11 bekannt ist, kann das erste Referenzbild 11 um diesen Drehpunkt beispielsweise um ein Grad mit Hilfe eines geeigneten Bildverarbeitungsprogramms von der Verarbeitungseinheit 9 gedreht werden. So entsteht ein weiteres Referenzbild 12, 13. Der diesem weiteren Referenzbild 12, 13 zugeordnete Referenzbild-Knickwinkel 15, 16 ergibt sich aus dem Knickwinkel 14 des ersten Referenzbildes 11 und dem Drehwinkel, um den das erste Referenzbild 11 gedreht wurde. Im vorliegenden Fall beträgt der weitere Referenzbild-Knickwinkel dementsprechend 1 Grad. So können beliebig viele Referenzbilder 12, 13 zu beliebigen Knickwinkeln 15, 16 von der Verarbeitungseinheit 9 erzeugt werden und in dem Bildspeicher 10 abgelegt werden.
Das Erzeugen der Referenzinformationen kann kontinuierlich immer dann erfolgen, wenn ein Knickwinkel zwischen dem Zugfahrzeug 1 und dem Anhänger 2, beispielsweise wie zuvor beschrieben bei einer Geradeausfahrt, bekannt ist. Dadurch sind die Referenzinformationen immer aktuell, wodurch eine sehr genaue Knickwinkelbestimmung möglich ist. Durch die stets aktuellen Referenzinformationen ist eine Knickwinkelbestimmung auch bei einer Veränderung der Beleuchtungsverhältnisse oder der Sichtverhältnisse möglich. Darüber hinaus ist eine Knickwinkelbestimmung unabhängig von dem verwendeten Anhänger 2 möglich.

1: Zugfahrzeug
2: Anhänger
3: Anhängerkupplung
4: Deichsel
5: Bilderfassungsvorrichtung
6: Längsachse des Zugfahrzeugs
7: Längsachse des Anhängers
8: System
9: Verarbeitungseinheit
10: Bildspeicher
11–13: Referenzbild
14–16: Referenzbild-Knickwinkel

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger, umfassend: – Erfassen eines Bildes des Anhängers (2) mit Hilfe einer Bilderfassungsvorrichtung (5), – automatisiertes Vergleichen des mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung (5) erfassten Bildes mit mehreren vorgegebenen Referenzbildern (11–13), welchen jeweils ein Referenzbild-Knickwinkel (14–16) zugeordnet ist, und – automatisches Bestimmen des Knickwinkels (α) abhängig von dem Vergleich des erfassten Bildes mit den Referenzbildern (11–13) und den Referenzbild-Knickwinkeln (14–16).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Bildes des Anhängers (2) ferner ein Entzerren des Bildes umfasst, um optische Eigenschaften und eine Aufnahmeposition der Bilderfassungsvorrichtung (5), welche das Bild erfasst, auszugleichen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Bildes des Anhängers (2) ferner ein Transformieren des Bildes umfasst, wobei das transformierte Bild zumindest eine Teilansicht des Anhängers (2) aus einer Vogelperspektive umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen ein Bestimmen eines Korrelationsvektors zwischen dem erfassten Bild und den Referenzbildern (11–13) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Erhöhen einer Knickwinkelgenauigkeit durch eine Interpolation des Korrelationsvektors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Knickwinkels (α) ein Bestimmen eines Korrelationsmaximums umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Identifizieren des Anhängers (2) umfasst, um davon abhängig die Referenzbilder (11–13) bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizieren des Anhängers (2) – eine manuelle Eingabe durch einen Benutzer des Fahrzeugs (1), – ein Auslesen eines Barcodes des Anhängers (2), – ein Vergleichen des erfassten Bildes des Anhängers (2) mit Referenzbildern (11–13), und/oder – ein Bestimmen eines Fahrverhaltens des Anhängers (2) umfasst.
Verfahren zum Erstellen mehrerer Referenzinformationen, wobei jede Referenzinformation ein Referenzbild (11–13) eines Anhängers (2) in einer Anordnung zu einem Zugfahrzeug (1) und einen der Anordnung zugeordneten Referenzbild-Knickwinkel (14–16) zwischen dem Zugfahrzeug (1) und dem Anhänger (2) umfasst, wobei das Verfahren umfasst: – Erfassen eines ersten Referenzbildes (11) des Anhängers (2) in einer vorbestimmten Anordnung zu dem Zugfahrzeug (1) mit Hilfe einer Bilderfassungsvorrichtung (5), wobei die vorbestimmte Anordnung einen vorbestimmten ersten Referenzbild-Knickwinkel (14) zwischen dem Zugfahrzeug (1) und dem Anhänger (2) aufweist, – Speichern des ersten Referenzbildes (11) und des ersten Referenzbild-Knickwinkels (14) als eine erste Referenzinformation der mehreren Referenzinformationen, – Bestimmen eines weiteren Referenzbildes (12, 13) des Anhängers (2) in einer weiteren Anordnung mit einem weiteren Referenzbild-Knickwinkel (15, 16) zwischen dem Anhänger (2) und dem Zugfahrzeug (1) aus dem ersten Referenzbild (11), dem ersten Referenzbild-Knickwinkel (14) und dem weiteren Referenzbild-Knickwinkel (15, 16), und – Speichern des weiteren Referenzbildes (12, 13) und des weiteren Referenzbild-Knickwinkels (15, 16) als eine weitere Referenzinformation der mehreren Referenzinformationen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Anordnung und der erste Referenzbild-Knickwinkel (14) aus fahrdynamischen Größen des Fahrzeugs (1) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrdynamischen Größen des Fahrzeugs (1) einen Lenkradwinkel, eine Geschwindigkeit und/oder eine Gierrate des Fahrzeugs umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Anordnung eine Geradeausfahrt des Fahrzeugs (1) umfasst, und dass der erste Referenzbild-Knickwinkel (14) ein Winkel von Null Grad ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–12, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des ersten Referenzbildes (11) des Anhängers (2) ferner ein Entzerren des ersten Referenzbildes (11) umfasst, um optische Eigenschaften und eine Aufnahmeposition der Bilderfassungsvorrichtung (5), welches das erste Referenzbild (11) erfasst, auszugleichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–13, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des ersten Referenzbildes (11) des Anhängers (2) ferner ein Transformieren des ersten Referenzbildes (11) umfasst, wobei das transformierte erste Referenzbild (11) eine Ansicht des Anhängers (2) aus einer Vogelperspektive umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des weiteren Referenzbildes (12, 13) des Anhängers (2) ein Drehen des ersten Referenzbildes (11) um einen Drehpunkt einer Anhängerkupplung (3) um einen Differenzwinkel zwischen dem ersten Referenzbild-Knickwinkel (14) und dem weiteren Referenzbild-Knickwinkel (15, 16) umfasst.
System zum Bestimmen eines Knickwinkels zwischen einem Zugfahrzeug und einem Anhänger, umfassend – eine Bilderfassungsvorrichtung (5) zum Erfassen eines Bildes des Anhängers (2), – einen Bildspeicher (10) zum Speichern mehrerer Referenzbilder (11–13) des Anhängers (2) und mehrerer Referenzbild-Knickwinkel (14–16), wobei jedem Referenzbild (11–13) ein Referenzbild-Knickwinkel (14–16) zugeordnet ist, und – eine Verarbeitungseinheit (9), welche mit der Bilderfassungsvorrichtung (5) und dem Bildspeicher (10) gekoppelt ist, – wobei die Verarbeitungseinheit (9) ausgestaltet ist, – ein Bild des Anhängers (2) mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung (5) zu erfassen, – das erfasste Bild mit den mehreren Referenzbildern (11–13) des Bildspeichers (10) zu vergleichen, und – den Knickwinkel (α) abhängig von dem Vergleich des erfassten Bildes mit den Referenzbildern (11–13) und den Referenzbild-Knickwinkeln (14–16) zu bestimmen.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das System (8) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–15 ausgestaltet ist.
System zum Erstellen mehrerer Referenzinformationen, wobei jede Referenzinformation ein Referenzbild (11–13) eines Anhängers (2) in einer Anordnung zu einem Zugfahrzeug (1) und einen der Anordnung zugeordneten Referenzbild-Knickwinkel (14–16) zwischen dem Zugfahrzeug (1) und dem Anhänger (2) umfasst, wobei das System (8) umfasst: – eine Bilderfassungsvorrichtung (5) zum Erfassen eines Bildes des Anhängers (2), – einen Bildspeicher (10) zum Speichern der mehrerer Referenzinformationen (11–13), und – eine Verarbeitungseinheit (9), welche mit der Bilderfassungsvorrichtung (5) und dem Bildspeicher (10) gekoppelt ist, – wobei die Verarbeitungseinheit (9) ausgestaltet ist, – ein erstes Referenzbild (11) des Anhängers (2) in einer vorbestimmten Anordnung zu dem Zugfahrzeug (1) mit Hilfe der Bilderfassungsvorrichtung (5) zu erfassen, wobei die vorbestimmte Anordnung einen vorbestimmten ersten Referenzbild-Knickwinkel (14) zwischen dem Zugfahrzeug (1) und dem Anhänger (2) aufweist, – das erste Referenzbild (11) und den ersten Referenzbild-Knickwinkel (14) als eine erste Referenzinformation der mehreren Referenzinformationen in dem Bildspeicher (10) zu speichern, – ein weiteres Referenzbild (12, 13) des Anhängers (2) in einer weiteren Anordnung mit einem weiteren Referenzbild-Knickwinkel (15, 16) zwischen dem Anhänger (2) und dem Zugfahrzeug (1) aus dem ersten Referenzbild (11), dem ersten Referenzbild-Knickwinkel (14) und dem weiteren Referenzbild-Knickwinkel (15, 16) zu bestimmen, und – das weitere Referenzbild (12, 13) und den weiteren Referenzbild-Knickwinkel (15, 16) als eine weitere Referenzinformation der mehreren Referenzinformationen in dem Bildspeicher (10) zu speichern.
System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das System (8) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–15 ausgestaltet ist.