DE102014202259A1

DE102014202259A1 - Abschätzung von Parametern eines Nutzfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014202259A1
Application number: DE102014202259.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Kerper; Markus Robert; Till-Fabian Minssen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2034-02-08
Also published as: DE102014202259B4

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abschätzung von geometrischen Parametern eines Nutzfahrzeugs umfasst die folgenden Schritte: Bestimmung der aktuellen Position, der aktuellen Zeit, des aktuellen Datums und der Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs, Bestimmung des aktuellen Höhenwinkels und des aktuellen Azimuts der Sonne basierend auf der aktuellen Position des Nutzfahrzeugs, der aktuellen Zeit und des aktuellen Datums, Bestimmung von Schlagschattenparametern des vom Nutzfahrzeug erzeugten Schlagschattens, und Abschätzung der geometrischen Parameter des Nutzfahrzeugs aus den Schlagschattenparametern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung von Parametern eines Nutzfahrzeugs, wobei der Begriff Nutzfahrzeug im Sinne von Nutzkraftwagen auch Nutzfahrzeuggespanne einschließt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Bei schweren Nutzfahrzeugen für Gütertransporte, wie beispielsweise Sattelzugmaschinen, kommt es häufig zu einem Wechsel des Anhängers, je nach zu transportierender Ware. Für die Zugmaschine ist nach dem Ankoppeln jedoch nicht ersichtlich, um welchen Typ von Anhänger es sich handelt. Möglich sind beispielsweise Kühlkoffer, Muldenkipper, Tank- oder Pritschenauflieger. Abhängig vom Typ des Anhängers ergeben sich so unterschiedliche unbekannte Längen, Breiten und Höhen. Im Falle von Tiefladern, die unterschiedlichste Stückgüter wie z.B. Baufahrzeuge transportieren, ist die Form des Transportgutes ebenfalls unbekannt.
Für zukünftige Fahrerassistenzsysteme ist jedoch das Wissen über die Geometrie des Anhängers erforderlich, um andere Verkehrsteilnehmer beispielsweise vor ausschwenkenden Fahrzeugelementen zu warnen oder Durchfahrtshöhen einzuhalten.
Neben der Geometrie des Anhängers ist auch dessen Fahrverhalten relevant. Teilweise liefern Steuergeräte auf dem Anhänger die Positionen von Achsen und Zugpunkt, mit deren Hilfe ein Fahrzeugmodell erstellt werden kann. Bei günstigeren Anhängern ohne elektronische Bremssysteme ist dies nicht immer der Fall. Die Informationen sind jedoch relevant, um das Fahrverhalten des Gespanns z.B. in Kurven vorhersagen zu können.
Die Druckschrift DE 10 2008 029 612 A1 beschreibt ein Verfahren zur Schätzung des Anhängergelenkwinkels eines Gespanns. Dabei werden bestehende Radar- Bild- und Ultraschallsensoren genutzt, um den Anhänger betreffende Positions- und Bereichinformationen zu erfassen, wobei aus den Informationen der diversen Sensoren die Anhängerdeichsellänge, die Spurbreite des Anhängers und der Anhängerkupplungs-Gelenkwinkel in Echtzeit ermittelt werden.
Aus der Druckschrift DE 10 2009 007 990 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Anhängerdaten eines Gespanns bekannt, wobei aus den Daten von im hinteren Bereich des Zugfahrzeugs abgeordneten Abstandssensoren spezifische Parameter des Anhängers bestimmt werden, wie beispielsweise die Länge des Anhängers und die Position der Achse.
Die Druckschrift US 5523947 A beschreibt ein System zur Bestimmung einer Segmentlänge eines aus mehreren Segmenten bestehenden Gespanns, wobei während eines Abbiegevorgangs der Spurkreisradius des Gespanns sowie der Winkel zwischen zwei Segmenten bestimmt wird. Aus den Informationen ist eine Abschätzung der Länge des vorderen Segments des Gespanns möglich.
Für verschiedenste Assistenzsysteme im Bereich der Interaktion von Fahrzeugen im Straßenverkehr ist jedoch insbesondere die Kenntnis der realen Abmessungen der an Verkehrsmanövern beteiligten Fahrzeuge notwendig. Vor allem im Bereich der Nutzfahrzeuge sind diese zwar in ihren maximalen Ausprägungen festgelegt, die wirklichen Abmessungen von z.B. Anhängern aber weitestgehend unbekannt. Diese Parameter sind aber notwendig, um beispielsweise bei einem Abbiegevorgang umliegende Verkehrsteilnehmer über die benötigten Manöverflächen zu unterrichten und bei Überschneidungen ggf. Warnhinweise auszugeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Abmessungen eines Nutzfahrzeugs einschließlich eines Nutzfahrzeuggespanns auf einfache Weise zu bestimmen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abschätzung von geometrischen Parametern eines Nutzfahrzeugs umfasst die folgenden Schritte:
Bestimmung der aktuellen Position, der aktuellen Zeit, des aktuellen Datums und der Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs,
Bestimmung des aktuellen Höhenwinkels und des aktuellen Azimuts der Sonne basierend auf der aktuellen Position des Nutzfahrzeugs, der aktuellen Zeit und des aktuellen Datums,
Bestimmung von Schlagschattenparametern des vom Nutzfahrzeug erzeugten Schlagschattens, und
Abschätzung der geometrischen Parameter des Nutzfahrzeugs basierend auf den ermittelten Schlagschattenparametern, dem Höhenwinkel und dem Azimut der Sonne.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können auf einfache Weise aus dem detektierten Schlagschatten des Fahrzeugs und den Sonneneinstrahlungsparametern relativ zum Fahrzeug geometrische Parameter des Fahrzeugs bestimmt werden.
Vorzugsweise werden als Schlagschattenparameter die Länge und/oder die Breite des Schlagschattens bestimmt.
Insbesondere kann die Länge des Nutzfahrzeugs aus der Länge des Schlagschattens bzw. die Höhe des Nutzfahrzeugs aus der Breite des Schlagschattens bestimmt werden. Es ist dabei selbstverständlich, dass die so bestimmten Fahrzeugparameter mit einem Fehler innerhalb bekannter Grenzen behaftet sind.
Weiter bevorzugt können aus der zeitlichen Veränderung des Schlagschattens weitere geometrische Parameter des Nutzfahrzeugs abgeleitet werden. Dazu ist unter Umständen die Kenntnis weiterer Fahrzeugparameter notwendig.
Insbesondere können die weiteren geometrischen Parameter bei einem durch ein Gespann gebildetes Nutzfahrzeug Koppelpunkte und Achsabstände zwischen Zugfahrzeug und Anhänger betreffen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abschätzung von geometrischen Parametern eines Nutzfahrzeugs, welche zur Durchführung des im Vorangegangenen erläuterten Verfahrens eingerichtet und ausgelegt ist, umfasst:
eine Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Position des Nutzfahrzeugs, des aktuellen Datums, der aktuellen Zeit und der aktuellen Fahrtrichtung,
zumindest zwei rückwärtsgerichtete Kameras zur Überwachung der linken und rechten seitlichen rückwärtigen Bereiche des Nutzfahrzeugs,
eine Einrichtung zur Bestimmung des Höhenwinkels und des Azimuts der Sonne basierend auf der aktuellen Position des Nutzfahrzeugs, der aktuellen Zeit und dem aktuellen Datum,
eine Einrichtung zur Bestimmung von Schlagschattenparametern des vom Nutzfahrzeug erzeugten Schlagschattens basierend auf den Bildern der Kameras, und eine Einrichtung zur Abschätzung von zumindest einem geometrischen Parameter des Nutzfahrzeugs basierend auf den ermittelten Schlagschattenparametern, dem Höhenwinkel und dem Azimut.
Vorzugsweise sind die Kameras in den Außenrückspiegeln des Nutzfahrzeugs angeordnet oder die Kameras erfüllen die Funktion der Außenrückspiegel.
Weiter bevorzugt weist die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung der zeitlichen Änderung des Schlagschattens aus den erfassten Schlagschattenparametern auf.
Weiter bevorzugt weist die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erfassen weiterer Fahrzeugparameter auf. Auf diese Weise können weitere geometrische Parameter des Nutzfahrzeugs aus der zeitlichen Änderung des Schlagschattens in Verbindung mit den weiteren Fahrzeugparametern ermittelt werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt
1 eine Prinzipskizze eines Gespanns in Form eines Sattelschleppers mit einer Kamera,
2 den Schlagschatten des Gespanns in schematischer Darstellung, und
3 die Erfassung des Schlagschattens des Gespanns.
1 zeigt eine Prinzipskizze eines Gespanns 1 in Draufsicht, also hier im vorliegenden Beispiel ein Sattelschlepper als Nutzfahrzeug, auf einer Fahrstraße 2 mit zwei Fahrspuren entgegen gesetzter Fahrtrichtungen, auf denen sich weitere Fahrzeuge 3 befinden. Das Gespann 1 weist an der Zugmaschine angeordnete Rückfahrkameras auf, von denen in 1 nur die rechtseitige Rückfahrkamera 4 dargestellt ist, wobei ferner das rückwärtige Kamerasichtfeld 5 dieser Kamera 4 dargestellt ist. Die Rückfahrkameras sind üblicherweise am Ort des entsprechenden Außenrückspiegels angeordnet oder ersetzen den Außenrückspiegel im Sinne eines elektronischen Außenrückspiegels. Aufgrund der Einstrahlung der Sonne 7 wirft das Gespann einen Schlagschatten 6 auf die Fahrstraße, der vom Kamerasichtfeld 5 der Kamera 4 erfasst wird.
2 zeigt den geometrischen Zusammenhang zwischen Sonnenposition der Sonne 7 und dem Schattenwurf eines Gespanns 1 auf die Fahrstraße 2, wobei der linke Teil der 2 eine Querschnittsansicht des Gespanns 1 und der rechte Teil der 2 eine Draufsicht auf das Gespann 1 zeigen. Bedingt durch den Schattenwurf der Sonne 7 an der geometrischen Höhe h_LKW des Gespanns 1 wird ein Schlagschatten 6 auf der Fahrstraße 2 erzeugt, wobei der Schlagschatten 6 eine Breite h_Sch und eine Länge l_Sch aufweist. Dabei wird die Breite h_Sch des Schlagschattens 6 vom Höhenwinkel β der Sonne und die Länge l_Sch des Schlagschattens 6 vom Azimutwinkel α der Sonne 7 bestimmt.
Wie bereits ausgeführt, wird zur Ermittlung der Abmessungen eines Fahrzeuges, insbesondere der Höhe und Länge des Gespanns 1, der Schlagschatten 6 des Gespanns 1 genutzt werden, wobei der Schlagschatten 6 eine Funktion des Sonnenstandes, der Fahrzeugposition, der Fahrzeugausrichtung und der Fahrzeugform ist. Die Sonne 7 wird dabei als weit entfernte, punktförmige Lichtquelle betrachtet. Die Position der Sonne 7, das heißt ihr Winkel α zur Fahrzeugrichtung, der Azimut, und ihre Höhenwinkel β bezüglich des Fahrzeugniveaus können aus der aktuellen Position des Fahrzeugs, dem aktuellen Datum und der aktuellen Uhrzeit berechnet werden.
Zur Ermittlung der Sonnenposition sind die Position des Betrachters sowie seine aktuelle Uhrzeit notwendig. Für astronomische Betrachtungen setzt sich die Uhrzeit aus der Sternenzeit, der wahren Sonnenzeit sowie der mittleren Sonnenzeit zusammen. Die Sternenzeit bezeichnet einen, den Äquator innerhalb eines Tages einmal umlaufenden Zeiger. Der Nullpunkt liegt dabei, in Abhängigkeit der Notation, in Nord- oder Südrichtung. Die wahre und die mittlere Sonnenzeit beziehen sich auf die Bahn der Sonne und berücksichtigt in der wahren Sonnenzeit die Ekliptik der Erdbewegung. Aus Sternenkatalogen wird nun die Deklination δ sowie die Rektaszension a der Sonne entnommen. Die Deklination beschreibt den Winkel zwischen Äquator und Sonne, während die Rektaszension den Umlauf der Sonne vom Äquinoktialpunkt zur projizierten Position auf dem Äquator beschreibt. Mit den genannten Zeitangaben kann nun die Position der Sonne relativ zum Betrachter, hier dem Gespann 1, berechnet werden. Diese Position setzt sich aus dem Azimut α, also der Richtung, und dem Höhenwinkel β über dem Horizont zusammen, wie dies in 2 schematisch dargestellt ist.
Zur Berechnung des Azimuts α und des Höhenwinkels β bezüglich der aktuellen Position des Gespanns 1 wird nun das aktuelle Datum und die aktuelle Uhrzeit in die universelle Sternzeit umgerechnet und anhand der geographischen Länge des Beobachters (= Gespann 1) korrigiert. Aus der Sternzeit und der Rektaszension ergibt sich nun der Stundenwinkel der Sonne τ für diesen Ort. Zusammen mit der geographischen Breite φ ergeben sich daraus der Azimut α und der Höhenwinkel β. Abhängig von den genannten Größen ergibt sich der in 2 dargestellte Schlagschatten 6, der durch das Kamerabild 8 einer rückwärtsgerichteten Kamera 4 erfasst wird, die beispielsweise an einem Außenspiegel des Gespanns 1 angeordnet ist. Im Beispiel der 2 wird ein rechtsseitiger Schlagschatten 6 diskutiert. Selbstverständliche ist das Gespann 1 beiderseits mit einer entsprechenden Kamera 4 ausgerüstet.
Der entstandene Schlagschatten 6 lässt sich durch seine Breite h_Sch und seine Länge I_Sch beschreiben. Je nach Fahrtrichtung, Sonnenstand und den geometrischen Abmessungen des Gespanns 1 variieren diese oben genannten Parameter. Ist die Fahrtrichtung über einen gewissen Zeitraum konstant, beispielsweise während einer Autobahnfahrt, ändert sich der Schlagschatten 6 nicht und kann mit entsprechenden Verfahren von der Umgebung, dem Fahrbahnuntergrund, unterschieden werden.
Als Bildverarbeitungsverfahren bieten sich dabei beispielsweise Differenzbild- oder Korrelationsverfahren an, um die Verläufe der Schattenbewegungen auch bei Fahrtrichtungsänderungen zu ermitteln und daraus, bei bekannter Anbauposition der Kamera 4, die interessierenden geometrischen Abmessungen des Fahrzeugs 1 zu extrahieren. Im Differenzbildverfahren werden veränderliche Punkte in zeitlich aufeinander folgenden Bildsequenzen gesucht. Die Farbunterschiede von verschiedenen Fahrbahnbelägen treten im Schlagschatten 6 eines Fahrzeuges 1 weniger in Erscheinung als im direkten Sonnenlicht. Über ein Differenzbildverfahren kann nun der farblich konstantere Bereich des Schlagschattens 6 erfasst werden.
Im Gegensatz dazu suchen Korrelationsverfahren in Bildsequenzen nach sich wiederholenden Mustern, was beispielsweise direkt in aufeinanderfolgenden Bildern des Schlagschattens 6 des Fahrzeuges 1 erfolgen kann. Anhand dieser mittels der Bildverarbeitung ermittelten Ausprägungen des Schlagschattens 6 wird dieser nun vermessen. Mit den oben beschriebenen Parametern des Sonnenstandes lassen sich die geometrischen Abmessungen des Schlagschattens auf die Abmessungen des Fahrzeugs, beispielsweise die Höhe h_LKW und Länge I_LKW des Fahrzeuges 1 zurückführen. Zudem sind auch genauere Beschreibungen der Aufbaugeometrie und der Beladung möglich. Werden neben den bereits beschriebenen Fahrzeugparametern Position und Fahrtrichtung auch weitere Daten des Zugfahrzeuges, wie z.B. Lenkwinkel und Radstände betrachtet, lassen sich über den Schattenverlauf auch Aussagen zu Koppelpunkten und Achsabständen zwischen Zugfahrzeug und Anhänger treffen.
3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Schlagschatten 6 des Gespanns 1 und dem Kamerabild 8 einer im Außenspiegel angeordneten, nach rückwärts blickenden Kamera 4 deutlicher.
Bezugszeichenliste

1: Nutzfahrzeug
2: Straße
3: weiteres Fahrzeug
4: Kamera
5: Kamerasichtfeld
6: Schlagschatten
7: Sonne
8: Kamerabild
h_LKW: Höhe des Gespanns
l_LKW: Länge des Gespanns
h_Sch: Breite des Schlagschattens
l_Sch: Länge des Schlagschattens
α: Azimutwinkel Sonne
β: Höhenwinkel Sonne

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008029612 A1 [0005]
DE 102009007990 A1 [0006]
US 5523947 A [0007]

Claims

Verfahren zur Abschätzung von geometrischen Parametern (h_LKW, l_LKW) eines Nutzfahrzeugs (1), gekennzeichnet durch Bestimmung der aktuelle Position, der aktuellen Zeit, des aktuellen Datums und der Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs (1), Bestimmung des aktuellen Höhenwinkels (β) und des aktuellen Azimuts (α) der Sonne basierend auf der aktuellen Position des Nutzfahrzeugs (1), der aktuellen Zeit und des aktuellen Datums, Bestimmung von Schlagschattenparametern des vom Nutzfahrzeug erzeugten Schlagschattens (6), und Abschätzung von zumindest einem geometrischen Parameter des Nutzfahrzeugs (1) basierend auf den Schlagschattenparametern, dem Höhenwinkel (β) und dem Azimut (α).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Schlagschattenparameter die Länge (l_Sch) und/oder Breite (h_Sch) des Schlagschattens (6) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (l_LKW) des Nutzfahrzeugs (1) aus der Länge (l_Sch) des Schlagschattens und/oder die Höhe (h_LKW) des Nutzfahrzeugs (1) aus der Breite (h_Sch) des Schlagschattens bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der zeitlichen Veränderung des Schlagschattens (6) weitere geometrische Parameter des Nutzfahrzeugs (1) ableitbar sind.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren geometrischen Parameter bei einem durch ein Gespann gebildetes Nutzfahrzeug Koppelpunkte und Achsabstände zwischen Zugfahrzeug und Anhänger betreffen.
Vorrichtung zur Abschätzung von geometrischen Parametern (h_LKW, l_LKW) eines Nutzfahrzeugs (1), welche zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche eingerichtet und ausgelegt ist, mit einer Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Position und der Fahrtrichtung des Nutzfahrzeugs (1), des aktuellen Datums und der aktuellen Zeit, und zumindest zwei rückwärtsgerichteten Kameras (4) zur Überwachung der linken und rechten seitlichen rückwärtigen Bereiche des Nutzfahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter aufweist: eine Einrichtung zur Bestimmung des Höhenwinkels (β) und des Azimuts (α) der Sonne basierend auf der aktuellen Position des Nutzfahrzeugs (1), der aktuellen Zeit und des aktuellen Datums, eine Einrichtung zur Bestimmung von Schlagschattenparametern des vom Nutzfahrzeug (1) erzeugten Schlagschattens (6) basierend auf den Daten der Kameras (4), und eine Einrichtung zur Abschätzung von zumindest einem geometrischen Parameter des Nutzfahrzeugs (1) aus den ermittelten Schlagschattenparametern sowie dem Höhenwinkel (β) und dem Azimut (α).
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras (4) in den Außenrückspiegeln des Nutzfahrzeugs (1) angeordnet sind oder die Funktion der Außenrückspiegel wahrnehmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zur Erfassung der zeitlichen Änderung des Schlagschattens (6) aus den ermittelten Schlagschattenparametern aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erfassen weiterer Fahrzeugparameter aufweist.