DE10302545A1

DE10302545A1 - Automatisches Ankuppel bzw. Andocken mittels 2D- und 3D-Bildsensorik

Info

Publication number: DE10302545A1
Application number: DE10302545A
Authority: DE
Inventors: Christian Dipl.-Ing. Lang (FH)
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-07-29

Abstract

Es wird ein Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Kraftfahrzeugen vorgestellt. Dabei sind Mittel zur Erkennung des Abstands und des Winkels zwischen dem Kraftfahrzeug und einer für den Andockvorgang notwendigen Kupplung vorgesehen.

Description

1 Problemstellung
Viele Autos sind mit einer Anhängekupplung ausgestattet um Lastanhänger oder Wohnanhänger zu ziehen. Das Koppelmanöver ist meist nicht einfach und man benötigt einige Übung und Erfahrung um das Manöver erfolgreich abzuschließen. Oft ist sogar eine zweite Person notwendig, die dem Fahrer den Abstand und den Lenkwinkel zur Kupplung anzeigt. Besonders bei Lkws, die nach hinten oft unübersichtlich sind, gestaltet sich das Ankuppeln als sehr schwierig, insbesondere wenn das Manöver ohne Hilfsperson durchgeführt werden muss.

LKW's und vereinzelt auch PKW's werden derzeit mit Heckkameras ausgestattet, um das Einparken und Rückwertsfahren zu erleichtern. Dabei wird das Bild der Kamera auf einem Monitor in der Fahrerkabine dargestellt. Der Vorteil dieser Technik ist eine verbesserte Sicht nach hinten.

3 Erfindungsgemäße Lösung

Die Rückfahrkamera verbessert zwar die Sicht, oft treten aber aufgrund der Kameraoptik Verzerrungen auf, die das Schätzen der Abstände für den Fahrer erschweren. Da die Kamera derzeit nur zur Sichtverbesserung nach hinten verwendet wird, ist der Blickwinkel für eine Beobachtung des Ankuppelmanövers oft nicht geeignet. Würde die Kamera so positioniert, dass der Blickwinkel auch für Ankuppelmanöver geeignet ist, so muss der Fahrer trotzdem die Geschwindigkeit, den Abstand und den Lenkwinkel für das Manöver selbst einschätzen. Eine Unterstützungsfunktion für Ankuppel- bzw. Andockmanöver gibt es derzeit nicht.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich den Fahrer bei Ankuppel- bzw. Andockmanövern zu unterstützen, d.h. notwendige Angaben wie z.B. Lenkeinschlag, Geschwindigkeit und Abstand zur Anhängerkupplung werden dem Fahrer vorgegeben. In einer weiteren Ausbaustufe ist es auch denkbar Koppelmanöver autonom durchführen zu lassen.

3.1 Systembeschreibung

1: Prinzipieller Aufbau eines autonom arbeitenden Ankuppel- bzw. Andocksystems Die Schlüsselkomponente des Systems bildet der 3D-Bildaufnehmer, vorzugsweise ein PMD-Kamerasystem (Photonic Mixer Device). Darüber hinaus können aber auch andere Sensoren eingesetzt werden, die räumliche Bildinformationen bereitstellen können, wie z.B. eine Stereokamera oder auch Kameras nach dem Laufzeitverfahren (Time of Flight). Der 3D-Bildsensor ist in der Lage 2D-Bild und Entfernungsbild aufzunehmen. Aufgrund der aktiven IR-Beleuchtung (speziell beim PMD- und Time of Flight-Prinzip) kann auch in der Dunkelheit die Szenerie detektiert werden. Als Ausgangswert liefert der Sensor Bild- und Abstandsinformation.

Alternativ ist es auch denkbar anstatt des 3D-Bildaufnehmers eine konventionelle 2D-Kamera und zusätzliche Sensoren, wie zum Beispiel Ultraschalldetektoren, Triangulationssysteme, Mikrowellendetektoren, etc., für die Gewinnung der Tiefeninformationen einzusetzen.

Anschließend wird über einen Objekterkennungsalgorithmus z.B. die Kupplung des Anhängers detektiert. Der Mittelpunkt der Kupplung kann nun als Bezugspunkt für die Annäherung des Kugelkopfes verwendet werden. Während der Annäherung des Kugelkopfes an die Anhängerkupplung findet ein kontinuierliches „Tracking" der Kupplung statt. Dadurch kann der notwendige Einschlagwinkel des Lenkrades für die Herstellung der Kupplungsverbindung, die Geschwindigkeit und die Entfernung zur Kupplung ständig berechnet werden.

Eine Steuereinheit sammelt alle notwendigen Daten, wie z.B. Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeuges, aktueller Lenkradwinkel, Abstand zur Kupplung, berechneter Lenkradwinkel, etc. und verarbeitet diese um eine Visualisierung zu erstellen. Die Visualisierung (könnte auch mit Akustik unterstützt sein) hilft dem Fahrer den richtigen Lenkeinschlag und die richtige Geschwindigkeit für das Manöver zu wählen. Diese sogenannte Unterstützungsfunktion wäre in folgenden Ausbaustufen denkbar:

1. Visuelle und akustische Unterstützung beim Koppelmanöver.
Dabei wird dem Fahrer der richtige Lenkeinschlag und die richtige Geschwindigkeit visuell und gegebenenfalls auch akustisch vorgegeben.
2. Visuelle und akustische Unterstützung für den Lenkradeinschlag, wobei das Einhalten der richtigen Geschwindigkeit und das Anhalten autonom erfolgt.

Eine weitere Ausbaustufe ist ebenfalls denkbar, wobei das Kfz autonom das Ankuppelmanöver durchführt. Dazu muss ein Regelalgorithmus, der die Lenkung, das Gas, die Bremsen, etc. sprich alle relevanten Größen berücksichtigt, implementiert werden. Wird das Fahrzeug in den zulässigen Bereich des Systems gefahren (innerhalb der Reichweite und des Blickfeldes der Sensorik), so reicht ein Knopfdruck und das Kfz führt selbständig das Ankuppelmanöver durch.

Andocksystem

Die obige Beschreibung ist ebenfalls für Andocksysteme, wie z.B. automatische Betankung von Kfz's, Andocken von Elektrofahrzeugen an einer Ladestation, etc. gültig. Der Anbringort der bildgebenden Sensorik kann hier, wie auch beim Ankupplungssystem, sowohl am Fahrzeug wie auch am Anhänger bzw. an der Andockstation oder auch am Roboterarm sein.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich dem Fahrer beim Ankuppeln von z.B. Wohnanhängern Hilfestellung zu geben bzw. in einer weiteren Ausbaustufe das Kfz autonom ankuppeln zu lassen. Eine zweite Person für das Ankuppelmanöver ist nicht mehr erforderlich. Das System ist ebenso bei LKW's einsetzbar und würde die Kraftfahrer wesentlich entlasten.

Denkbar wäre es das System dahingehend auszubauen, dass ein Rückwärtsfahren ebenfalls unterstützt bzw. autonom durchgeführt wird, wie z.B. das Heranfahren an Laderampen, enge Hofeinfahrten, etc.

Durch die aktive Beleuchtung ist das System auch nachts verwendbar.

Neben den 2D-Informationen liefert die bildgebende Sensorik auch 3D-Informationen.

Das System könnte auch noch andere Funktionalitäten, wie z.B. Einparkunterstützung, Rear-Pre-Crash, Rear-CV (Closing Velocity), Rear Obstacle Detection und Warnung vor sehr schnell herannahenden Kfz's übernehmen.

Ausweitung auch auf Industrie und Luft- und Raumfahrt möglich.

z.B. Andocken der Gateway an das Flugzeug, Andocken von Servicerobotern an Ladestationen, etc.

System mit 2D- und 3D-Sensorik, wobei die räumliche Information auch durch „punktuell" wirkende Sensoren gewonnen werden kann. (z.B. Radarsensorik, Ultraschall-Sensoren, Triangulation, etc. ) Andock- bzw. Ankuppelsystem mittels Bildsensorik, insbesondere 3D-Bildsensorik Andock- bzw. Ankuppelsystem mittels 2D-Bildsensorik und zusätzlichen Sensoren zur Generierung der Tiefeninformation.

System zur Unterstützung des Kraftfahrers bei Andock- bzw. Ankuppelmanövern.

System für ein autonomes Andocken bzw. Ankuppeln von Kraftfahrzeugen.

System zur Unterstützung des Kraftfahrers bei Rückwärtsfahrten.

System für ein autonomes Rückwärtsfahren von Kraftfahrzeugen.

Unterstützendes Ankuppeln oder Andocken unabhängig von der Kupplungs- bzw. Andockvorrichtung an sich.

Autonomes Ankuppeln oder Andocken unabhängig von der Kupplungs- bzw. Andockvorrichtung an sich.

Claims

Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erkennung des Abstands und des Winkels zwischen dem Kraftfahrzeug und einer für den Andockvorgang notwendigen Kupplung vorgesehen sind.
Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung mittels einer oder mehrerer Kameras und/oder einem oder mehreren Sensoren erfolgt.
Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrzeugführer Informationen bezüglich der relativen Position des Kraftfahrzeugs zur für den Andockvorgang notwendigen Kupplung gegeben werden und vorzugsweise optisch und/oder akustisch dargestellt werden.
Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Andockvorgang unabhängig vom Fahrzeugführer durchgeführt wird.
Unterstützungssystem für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erkennung des Abstands und des Winkels zwischen dem Kraftfahrzeug und einem oder mehrerer Hindernisse bei rückwärtigem Fahren vorgesehen sind.
Unterstützungssystem für Kraftfahrzeuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung mittels einer oder mehrerer Kameras und/oder einem oder mehreren Sensoren erfolgt.
Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Raumfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erkennung des Abstands und der Winkel zwischen dem Raumfahrzeug und einer für den Andockvorgang notwendigen Kupplung vorgesehen sind.
Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Raumfahrzeugen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung mittels einer oder mehrerer Kameras und/oder einem oder mehreren Sensoren erfolgt.
Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Raumfahrzeugen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Fahrzeugführer Informationen bezüglich der relativen Position des Raumfahrzeugs zur für den Andockvorgang notwendigen Kupplung gegeben werden und vorzugsweise optisch und/oder akustisch dargestellt werden.
Unterstützungssystem für Andockvorgänge von Raumfahrzeugen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Andockvorgang unabhängig vom Fahrzeugführer durchgeführt wird.