DE102005045196A1

DE102005045196A1 - Rangierhilfe für ein Zugfahrzeug mit einem Anhänger

Info

Publication number: DE102005045196A1
Application number: DE102005045196A
Authority: DE
Inventors: Stefan LÜKE
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: DE102005045196B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterstützen des Fahrers eines Zugfahrzeugs beim Rückwärtsrangieren mit einem Fahrzeuggespann, welches aus dem Zugfahrzeug und einem an das Zugfahrzeug angekoppelten Anhänger besteht, umfassend folgende Komponenten: DOLLAR A - eine im Heckbereich des Anhängers montierbare Kamera, mit der ein Abbild eines in rückwärtiger Fahrtrichtung liegenden Umfeldbereichs des Anhängers erfassbar ist, DOLLAR A - einen Lenkwinkelgeber, mit dem ein Radeinschlagswinkel von lenkbaren Rädern des Fahrzeugs erfassbar ist, und/oder DOLLAR A - einen Knickwinkelgeber, mit dem ein Knickwinkel zwischen den Längsachsen des Anhängers und des Fahrzeugs erfassbar ist, sowie DOLLAR A - einen Simulationsrechner, in dem eine Trajektorie wenigstens eines Aufpunktes des Anhängers aus dem Radeinschlagswinkel und/oder dem Knickwinkel berechenbar ist, DOLLAR A - und eine Anzeigeeinrichtung, mit der das Kamerabild darstellbar ist, DOLLAR A - wobei die mittels des Simulationsrechners berechnete Trajektorie (320) des Aufpunktes des Anhängers in das Kamerabild einblendbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Unterstützen des Fahrers eines Zugfahrzeugs beim Rückwärtsrangieren mit einem Fahrzeuggespann, welches aus dem Zugfahrzeug und einem an das Zugfahrzeug angekoppelten Anhänger besteht.
Beim Rückwärtsrangieren eines aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bestehenden Fahrzeuggespanns ist es für den Fahrer oftmals sehr schwierig, einen Radeinschlagswinkel einzustellen, der das Fahrzeuggespann auf eine gewünschte Sollbahn bringt, da die Bahn des Anhängers für den Fahrer nur schwer vorauszuberechnen ist.

Zur Unterstützung des Fahrers eines Fahrzeuggespanns ist es aus der deutschen Patentschrift DE 195 02 702 C2 bekannt, den Radeinschlagswinkel beim Rangieren automatisch so zu steuern, dass der Anhänger auf einer berechneten Sollbahn unter ein Gestell gefahren wird. Dabei wird ein Regler verwendet, in dem Regeln hinterlegt sind, die für verschiedene Winkelstellungen der Längsachse des Zugfahrzeugs und des Anhängers in Bezug auf den Radeinschlagswinkel die Richtung der Bewegung des Anhängers angeben. Anhand dieser Regeln wird der Radeinschlagswinkel dann so bestimmt, dass er die Bewegung des Anhängers näher zu der Sollbahn führt.

Zur Bestimmung der Position des Gestells wird das Bild einer Kamera ausgewertet, die im Heckbereich des Anhängers angeordnet ist. Das Gestell wird dabei anhand des charakteristischen Abstands seiner Stützbeine zueinander identifiziert.

Somit ist die bekannte Rangierhilfe darauf beschränkt, den Fahrer beim Anfahren einer bestimmten vorgegebenen Anordnung zu unterstützen. Im Allgemeinen müssen mit einem Fahrzeuggespann jedoch beliebige Anordnungen angefahren oder durchfahren werden, die in der Regel nicht im Vorhinein charakterisierbar sind.

In dem Artikel „Steering assistance for backing up articulated vehicles" von D.Zöbel, D. Polock, P. Wojke, Fachbereich Informatik, Universität Koblenz-Landau wird ein System vorgestellt, in dem die Position des Fahrzeugs und des Anhängers zueinander mit den zu erwartenden Fahrtrajektorien in ein „head up display" eingeblendet werden, um dem Fahrer die zu erwartende Bewegung des Gespanns anzuzeigen. Eine Einbindung dieser Darstellung in die Umgebung mit den zu erwartenden Hindernissen fehlt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Fahrer eines Fahrzeuggespanns beim Durchfahren von beliebig angeordneten Hindernissen und beim Anfahren von beliebig angeordneten Positionen zu unterstützen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Nach der Erfindung wird dabei eine Vorrichtung der eingangs genannten Art geschaffen, die folgende Komponenten umfasst: Eine im Heckbereich des Anhängers montierbare Kamera, mit der ein Abbild eines in rückwärtiger Fahrtrichtung liegenden Umfeldbereichs des Anhängers erfassbar ist, einen Lenkwinkelgeber, mit dem ein Radeinschlagswinkel von lenkbaren Rädern des Zugfahrzeugs erfassbar ist, und/oder einen Knickwinkelgeber, mit dem ein Knickwinkel zwischen den Längsachsen des Anhängers und des Zugfahrzeugs erfassbar ist, sowie einen Simulationsrechner, in dem eine Trajektorie wenigstens eines Aufpunktes des Anhängers aus dem Radeinschlagswinkel und/oder dem Knickwinkel berechenbar ist, und eine Anzeigeeinrichtung, mit der das Kamerabild darstellbar ist, wobei die mittels des Simulationsrechners berechnete Trajektorie des Aufpunktes des Anhängers in das Kamerabild einblendbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, dem Fahrer eines Fahrzeuggespanns mittels der Anzeigvorrichtung das Bild des Rückraums des Anhängers und innerhalb dieses Bildes die Trajektorie darzustellen, die sich für einen Aufpunkt des Anhängers bei einem gegebenen Knickwinkel und/oder bei einem gegebenen Radeinschlagswinkel ergibt.

Auf diese Weise erhält der Fahrer eine Vorausschau auf die zu erwartende Bahn des Anhängers und kann den Radeinschlagswinkel so einstellen, dass die Trajektorie des Anhängers auf der von ihm gewünschten Sollbahn des Anhängers liegt. Da ihm das dargestellte Bild ebenfalls im Rückraum befindliche zu umfahrende Hindernisse oder anzufahrende Positionen zeigt und somit die relative Lage der Trajektorie zu den Hindernissen bzw. der Position entnehmbar ist, kann der Fahrer insbesondere ermitteln, ob anhand eines aktuellen Radeinschlagswinkels das Umfahren der Hindernisse oder das Anfahren der Position möglich ist.

Bei dem Aufpunkt kann es sich beispielsweise um die Mitte einer Achse des Anhängers handeln. Es kann zudem auch die Trajektorie für mehrere Aufpunkte, wie beispielsweise die Mittelpunkte bzw. Auflagepunkte der Räder des Anhängers dargestellt werden, oder es kann die Fläche angezeigt werden, die von dem Anhänger voraussichtlich überstrichen wird, wobei die Aufpunkte, deren Trajektorien hierbei dar-gestellt werden, auf einer zur Anhängerquerachse parallelen Geraden durch den Anhänger liegen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist darüber hinaus vorgesehen, dass zusätzlich eine Trajektorie wenigstens eines Aufpunktes des Zugfahrzeugs in das Kamerabild einblendbar ist.

Auf diese Weise erhält der Fahrer des Fahrzeuggespanns zusätzlich zu der Information über die zu erwartende Bahn des Anhängers eine Information über die zu erwartende Bahn des Zugfahrzeugs und kann diese ebenfalls mit einer gewünschten Sollbahn vergleichen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Anzeigeeinrichtung um das Anzeigemittel eines mobilen Gerätes.

Vorzugsweise enthält das mobile Gerät dabei auch den Simulationsrechner.

Insbesondere handelt es sich bei dem mobilen Gerät in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung um einen Personal Data Assistant oder um ein Mobiltelefon.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Signalaustausch zwischen wenigstens zwei Komponenten der Vorrichtung über eine Funkverbindung durchführbar ist.

Bei der Funkverbindung handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um eine Bluetooth-Verbindung.

In einer ebenso bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Funkverbindung um eine Wireless-LAN-Verbindung.

Sowohl die Bluetooth-Verbindung als auch die Wireless-LAN-Verbindung entsprechen bekannten und häufig verwendeten Standards, die in der Regel insbesondere von den genannten mobilen Geräten unterstützt werden. Somit können im Rahmen der Erfindung mobile Geräte, wie beispielsweise Personal Data Assistants oder Mobiltelefone, eingesetzt werden, die insoweit in herkömmlicher Weise ausgestaltet sind.

Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass die Kamera und der Knickwinkelgeber einen Funksender aufweisen, mit dem Funksignale an den Simulationsrechner übertragbar sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es zudem vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Schnittstelle umfasst, über die der Simulationsrechner mit einem Datenbus des Zugfahrzeugs verbindbar ist, wobei über den Datenbus ein den Radeinschlagswinkel repräsentierendes Signal in dem Simulationsrechner empfangbar ist.

In dieser Ausführungsform kann die Berechnung der Trajektorie des Aufpunktes des Anhängers auf der Grundlage eines den Radeinschlagswinkel repräsentierenden Signals berechnet werden, das mittels eines bereits in dem Fahrzeug vorhandenen Winkelgebers bestimmt wird. Es kann somit der Umstand genutzt werden, dass mit einem ESP-System ausgerüstete Fahrzeuge bereits in ihrer Erstausstattung über einen Winkelgeber zum Bestimmen des Radeinschlagswinkels verfügen, dessen Signale über den Datenbus des Fahrzeugs abrufbar sind.

Vorzugsweise ist es bei der Erfindung weiterhin vorgesehen, dass die Trajektorie des Aufpunktes des Anhängers und/oder die Trajektorie des Aufpunktes des Zugfahrzeugs in dem Simulationsrechner in einer Fahrbahnebene berechenbar ist, und dass der Simulationsrechner eine Transformationseinheit um fasst, mit der die in der Fahrbahnebene berechnete Trajektorie in das Kamerabild projizierbar ist.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist es darüber hinaus vorgesehen, dass der Simulationsrechner einen Speicher aufweist, in dem Geometriedaten des Fahrzeuggespanns speicherbar sind, wobei die Geometriedaten für die Berechnung der Trajektorie heranziehbar sind.

Vorzugsweise ist dabei mit dem Simulationsrechner ein Eingabemittel verbunden, über das die Geometriedaten des Fahrzeuggespanns eingebbar sind.

Anhand bevorzugter und vorteilhafter Ausführungsformen ermöglicht es die Erfindung insbesondere, die Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die nicht in der Erstausstattung eines Fahrzeugs bzw. Anhängers enthalten sind, in einfacher Weise nachzurüsten und über eine Funkverbindung miteinander zu verbinden. Zudem können diese Komponenten in sehr einfacher Weise an dem Fahrzeug angebracht und wieder von dem Fahrzeug entfernt werden.

Dies ist vor allem bei PKW sehr vorteilhaft, die nur ab und zu als Zugfahrzeuge für einen Anhänger eingesetzt werden.

Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigt
1 eine schematische Darstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteten Fahrzeuggespanns,
2 eine Darstellung eines Knickwinkelgebers in einer Aufsicht,
3 eine schematischen Darstellung der Anzeige eines Bildes der erfindungsgemäß eingesetzten Kamera, in welche die Trajektorie eines Aufpunktes des Anhängers eingeblendet ist und
4 eine Veranschaulichung eines Einspurmodells eines Fahrzeuggespanns.
Wie in 1 dargestellt ist ein aus einem Zugfahrzeug 110 und einem Anhänger 112 bestehendes Fahrzeuggespann, welches als Ganzes mit der Bezugsziffer 114 bezeichnet ist, in erfindungsgemäßer Weise mit einer Kamera 116, einem Knickwinkelgeber 118 und einem mit einer Anzeigeeinrichtung verbundenen Simulationsrechner 120 ausgerüstet. Das Fahrzeuggespann 114 besteht dabei beispielsweise aus einem vierrädrigen Zugfahrzeug 110 und einem einachsigen Anhänger 112, wobei die Erfindung nicht auf Fahrzeuggespanne 114 beschränkt ist, die in dieser Weise ausgestaltet sind.
Die Kamera 116 ist vorzugsweise als Videokamera ausgeführt und somit dazu in der Lage kontinuierlich Bilder zu liefern.
Sie ist mit einem bestimmten Elevationswinkel und in einer bestimmten Höhe von der Fahrbahn an der Rückseite des Anhängers 114 angebracht und erfasst ein Bild eines in rückwärtiger Fahrtrichtung des Fahrzeuggespanns 114 liegenden Umfeldbereichs 122 des Anhängers 114.
Der Knickwinkelgeber 118 kann in einer dem Fachmann grundsätzlich bekannten Art ausgeführt sein und erfasst den Knickwinkel zwischen den Längsachsen des Zugfahrzeugs 110 und des Anhängers 112.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Knickwinkelgebers 118 ist in der 2 dargestellt. Dabei besteht der Knickwinkelgeber 118 aus zwei Elementen 210 und 212, die über ein ringförmiges Drehgelenk 214 miteinander verbunden sind.
Das erste Element 210 ist dabei U-förmig ausgebildet und wird so an der Anhängerdeichsel 216 bzw. einer an der Anhängerdeichsel befestigten Kupplungseinrichtung befestigt, dass die Drehachse 218, um die der Anhänger 112 relativ zu dem Zugfahrzeug 110 schwenkbar ist, durch das Zentrum des Drehgelenks 214 verläuft. Die Kupplungseinrichtung ist dabei längs der Öffnung in der U-Form des ersten Elements angeordnet, wobei der üblicherweise zur Bedienung der Kupplungseinrichtung vorgesehene Handgriff 219 nach oben aus dem der Spaltöffnung des ersten Elements 210 herausragt.
Das zweite Element 212 ist vorzugsweise ebenfalls U-förmig ausgebildet und weist insbesondere eine Spaltöffnung zur Aufnahme der mit dem Zugfahrzeug 210 verbundenen Kupplungsdeichsel 220 auf. Beim Ankuppeln des Anhängers 112 wird der an dem der Kupplungsdeichsel 220 angebrachte Kupplungskopf durch das Drehgelenk 214 hindurch in die Kupplungseinrichtung eingebracht, wobei die Kupplungsdeichsel 220 in die Spaltöffnung des zweiten Elements 212 eingeführt wird.
Der dem Knickwinkel entsprechende Winkel zwischen den beiden Elementen 210 und 212 wird mittels einer Anordnung erfasst, bei der ein ringförmiger Codeträger konzentrisch zu dem Drehgelenk 214 an einem der Elemente 210, 212 angeordnet ist, und an dem anderen Element 210, 212 ein Sensor angeordnet ist, welcher durch eine Abtastung des Codeträgers ein Signal ermittelt, welches die relative Winkelstellung der beiden Elemente 210, 212 und/oder eine Änderung der relativen Winkelstellung der Elemente 210, 212 beschreibt. Aus diesen Signalen wird in einer Auswerteeinheit der Knickwinkel ermittelt.
Der Codeträger kann dabei einen Absolutcode aufweisen, bei dem jeder Winkelstellung eindeutig ein Codewort zugeordnet ist, so dass der Knickwinkel in der Auswerteeinheit anhand der erfassten Codeworte des Absolutcodes bestimmbar ist. Alternativ kann der Codeträger einen Inkrementalcode tragen, so dass aus den Sensorsignalen lediglich die Änderung der Winkelstellung bestimmbar ist. Die Ermittlung des absoluten Wertes des Knickwinkels erfolgt dabei ausgehend von einem Ausgangswert nach Maßgabe der Inkrementalsignale, wobei als Ausgangswert beispielsweise ein Knickwinkel von 0° vorgesehen sein kann, dessen Vorliegen mittels eines weiteren Sen sors erfasst wird, der eine Referenzmarke abtastet, die in einer entsprechenden Winkelstellung auf einer weiteren Spur des Codeträgers angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform kann der Knickwinkel nach einem erstmaligen Einstellen eines Winkels von 0° ermittelt werden.
Der Simulationsrechner 120 ist vorzugsweise in einem programmierbaren mobilen Gerät enthalten, welches einen Prozessor zum Durchführen von Berechnungen, einen Speicher sowie eine Eingabeeinrichtung, wie beispielsweise eine Tastatur, aufweist. Mittels der Eingabeeinrichtung können dabei für die Berechnung der Bahn des Anhängers 112 bzw. der Trajektorie eines Aufpunktes des Anhängers 112 erforderliche Geometriedaten, die später noch im Einzelnen angegeben werden, eingegeben werden.
Beispielsweise handelt es sich bei dem mobilen Gerät um einen Personal Data Assistent (PDA), ein Mobiltelefon oder ein vergleichbares mobiles Gerät. Das mobile Gerät kann dabei in eine im Bereich der Armaturentafel des Zugfahrzeugs 110 angeordnete Haltevorrichtung eingebracht werden, wie sie zumindest für Mobiltelefone bereits in vielen Fahrzeugen vorhanden ist.
Grundsätzlich kann im Rahmen der Erfindung jedoch jede zur Durchführung von Berechnungen geeignete programmierbare Einheit, die mit einer Anzeigeeinrichtung und einer Eingabeeinrichtung verbunden ist, als Simulationsrechner 120 eingesetzt werden. Insbesondere muss diese nicht in einem mobilen Gerät integriert, sondern kann gleichfalls fest im Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein. Zumindest die das Fahrzeug betreffenden Geometriedaten können dabei auch bei der Ersteinrichtung in einem nicht-flüchtigen Speicher der Einrichtung abgespeichert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Simulationsrechner 120 über eine Schnittstelle 124 passiv mit dem Datenbus des Zugfahrzeugs 110 verbunden, bei dem es sich beispielsweise um das üblicherweise in Fahrzeugen eingesetzte Controller Area Network (CAN) handelt. Über die Schnittstelle 124 ist es dem Simulationsrechner 120 dabei insbesondere möglich, ein den Radeinschlagswinkel der lenkbaren Räder 126 des Zugfahrzeugs 110 repräsentierendes Signal zu empfangen. Dieses Signal wird dabei mittels eines Lenkwinkelgebers des Zugfahrzeugs 110 ermittelt, mit dem Fahrzeuge, die über ein ESP-System (ESP: Elektronisches Stabilitätsprogramm) verfügen, üblicherweise bereits ausgestattet sind.
Darüber hinaus kann über die Schnittstelle 124 auch eine Information über den im Getriebe des Zugfahrzeugs 110 eingelegten Gang empfangen werden. Wird dabei festgestellt, dass ein Rückwärtsgang eingelegt worden ist, kann die Berechnung der Bahn des Anhängers 112 automatisch gestartet werden.
Alternativ kann es jedoch vorgesehen sein, dass im Bereich eines Lenkrads des Zugfahrzeugs 110 ein Lenkwinkelgeber an der Lenksäule angebracht und signalmäßig mit dem Simulationsrechner 120 verbunden wird.
Die Datenübertragung zwischen den zuvor dargestellten Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in herkömmlicher Weise über Kabel erfolgen. Im Bereich des Zugfahrzeugs 110 können die Kabel dabei in den vorgesehenen Kabelkanälen geführt werden. Zur Anbindung der Kamera 116 und des Knickwinkelgebers 118 kann dabei eine im Bereich des Hecks des Zugfahrzeugs 110 angeordnete Steckverbindung vorgesehen sein, wie sie üblicherweise verwendet wird, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Zugfahrzeug 110 und einem Anhänger 112 herzustellen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es jedoch vorgesehen, dass zumindest der Datenaustausch zwischen der Einheit, welche den Simulationsrechner 120 umfasst, und der Kamera 116 sowie dem Knickwinkelgeber 118 über eine Funkverbindung erfolgt. Die genannten Komponenten verfügen hierfür über entsprechende Sende- und Empfangsmittel, wie sie in mobilen Geräten, wie den zuvor beispielhaft genannten, üblicherweise bereits vorgesehen sind. Die Funkverbindung ist dabei vorzugsweise gemäß einem bestehenden Standard ausgeführt. Insbesondere handelt es sich dabei beispielsweise um eine Bluetooth-Verbindung oder Wireless-LAN-Verbindung (LAN: Local Area Network), die dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist.
Weiterhin kann auch die Schnittstelle 124 zur Anbindung des Simulationsrechners 120 an den Datenbus des Zugfahrzeugs 110 als eine entsprechend ausgebildete Funkschnittstelle ausgeführt sein. Ist anstelle der Schnittstelle 124 ein zusätzlicher Lenkwinkelgeber vorgesehen, so erfolgt die Datenkommu nikation zwischen dem Lenkwinkelgeber und dem Simulationsrechner vorzugsweise ebenfalls über eine Funkverbindung der zuvor genannten Art.
Von der Kamera 116 wird insbesondere das von dem Umfeldbereich 122 erfasste Bild an den Simulationsrechner 120 bzw. die den Simulationsrechner 120 umfassende Einheit übermittelt und dem Fahrer des Zugfahrzeugs an der Anzeigeeinrichtung angezeigt. Vorzugsweise geschieht dies permanent während des Betriebes des Zugfahrzeugs 110, d.h. sowohl während der Vorwärts- als auch während der Rückwärtsfahrt, so dass der Fahrer den Umfeldbereich 122 hinter dem Anhänger 112 einsehen kann. Die Kamera erfüllt damit insbesondere die Funktion eines "zusätzlichen Außenspiegels" bzw. Rückspiegels und erlaubt es, den sonst in der Regel nicht einsehbaren Rückraum hinter dem Anhänger 112 einzusehen.
Zur Unterstützung des Fahrers beim Rückwärtsrangieren des Fahrzeuggespanns 114 ist es erfindungsgemäß vorgesehen, in das mittels der Anzeigeeinrichtung dargestellte Kamerabild die in dem Simulationsrechner 120 berechnete Trajektorie wenigstens eines Aufpunktes des Anhängers 112 einzublenden.
Als Aufpunkt kann dabei beispielsweise der Mittelpunkt der Anhängerachse gewählt werden. Alternativ kommt es auch in Frage, die Trajektorien der Radmittelpunkte des Anhängers 112 bzw. der Radauflagepunkte anzuzeigen oder die Fläche, die von dem Anhänger beim Rückwärtsrangieren überstrichen wird.
Beispielhaft ist in 3 schematisch ein Kamerabild dargestellt, welches sich hierbei ergibt. Das Bild zeigt verschiedene Hindernisse 310, die sich in dem in rückwärtiger Fahrtrichtung gelegenen Umfeldbereich 122 des Anhängers 112 befinden, sowie eine Trajektorie entlang der sich der Mittelpunkt der Anhängerachse bei einem gegebenen Radeinschlagswinkel voraussichtlich bewegt, welche mit der Bezugsziffer 320 versehen ist.
Ferner kann auch die Trajektorie eines Aufpunktes des Zugfahrzeugs 110, beispielsweise des Mittelpunktes der Hinterachse des Zugfahrzeugs 110 in das Kamerabild eingeblendet werden, wobei in der 2 beispielhaft eine solche Trajektorie eingezeichnet ist, welche mit der Bezugsziffer 322 versehen ist.
Zur Berechnung der Trajektorie 320 wird in dem Simulationsrechner vorzugsweise ein entsprechendes Softwareprogramm ausgeführt. Die Berechnung erfolgt dabei anhand eines Einspurmodells des Fahrzeuggespanns 114, welches in 4 veranschaulicht ist. Beispielhaft wird dabei wiederum von einem vierrädrigen Zugfahrzeug 110 mit einem einachsigen Anhänger 112 ausgegangen.
Als Parameter bzw. Eingangsgröße des Modells dienen der Radeinschlagswinkel δ der lenkbaren Räder 126 des Zugfahrzeugs 110, der Knickwinkel γ zwischen den Längsachsen des Zugfahrzeugs 110 und des Anhängers 112, sowie Geometriedaten des Fahrzeuggespanns, die wie bereits erwähnt über ein mit dem Simulationsrechner 120 verbundenes Eingabemittel eingegeben werden können. Dabei handelt es sich um den Radstand l_F des Zugfahrzeugs, den Abstand l_AK zwischen dem Mittelpunkt der Hinterachse des Zugfahrzeugs und des Kupplungskopfes der Anhängerkupplung sowie den Abstand l_A zwischen dem Kupplungskopf der Anhängerkupplung und dem Mittelpunkt der Anhängerachse.
Anhand dieses Modells erfolgt in dem Simulationsrechner 120 die Berechnung der Bahn des Mittelpunktes der Anhängerachse beim Rückwärtsrangieren des Fahrzeuggespanns 114. Der Berechnung wird dabei die Annahme zugrunde gelegt, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeuggespanns 114 beim Rückwärtsrangieren klein ist, so dass der Schräglaufwinkel der lenkbaren Räder 126 des Zugfahrzeugs 110 vernachlässigbar klein ist.
Unter diesen Annahmen bewegt sich das Zugfahrzeug 112 während der Fahrt entlang einer Kreisbahn, deren Radius in dem Fachmann bekannter Weise durch den Radeinschlagswinkel δ und den Radstand l_F des Zugfahrzeugs 110 bestimmt ist. Dieser Zusammenhang ermöglicht die Berechnung der Bahn des Kupplungskopfes der Anhängerkupplung in einem ortsfesten zweidimensionalen Koordinatensystem, dessen Koordinatenebene vorzugsweise der Fahrbahnebene entspricht und dessen Ursprung beispielsweise auf den Mittelpunkt der hinteren Achse des Zugfahrzeugs gelegt werden kann. Als Bahnparameter kann dabei ein Zeitparameter oder der bei der Bewegung des Zugfahrzeugs auf der Kreisbahn überstrichene Winkel verwendet werden.
Die Trajektorie des Mittelpunktes der Anhängerachse ergibt sich daraus als eine sogenannte Schleppkurve, deren Berechnung dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist, und die beispielsweise durch den Zusammenhang zwischen dem Knickwinkelwinkel γ und dem verwendeten Bahnparameter charakterisiert ist. Als Anfangswert für die Berechnung dieses Zusammenhangs wird dabei der aktuelle, mittels des Knickwinkelgebers 118 gemessene Knickwinkel γ verwendet.
Eine detaillierte Darstellung der Kinematik von Fahrzeuggespannen kann dabei beispielsweise der Veröffentlichung D. Zöbel "Mathematical Modeling of the Kinematics of Vehicles" in Kamil Hrubina (Editor), Mathematical Modeling of Technical Processes, Seiten 178-200, Sokrates/Erasmus Summer School, Presov, Slowakische Republik, 2.-13. Juli 2001 (abzurufen unter http://www.unikoblenz.de/∼zoebel/pdf/Mamotep2.pdf.) entnommen werden, die in einfacher Weise auf die im Rahmen der Erfindung durchzuführende Berechnung übertragbar ist.
Anhand der Bahn des Mittelpunktes der Hinterachse des Zugfahrzeugs 110 und des Zusammenhangs zwischen dem Bahnparameter und dem Knickwinkel γ lässt sich dann die Trajektorie des Mittelpunktes der Anhängerachse in dem gewählten Koordinatensystem in Abhängigkeit von dem gewählten Bahnparameter bestimmen, die sich beim Rückwärtsrangieren aufgrund des aktuellen Radeinschlagswinkels δ ergibt. Sie wird dabei vorzugsweise bis zu dem Punkt berechnet, an dem der maximale Knickwinkel γ des Fahrzeuggespanns erreicht ist, der in dem Speicher des Simulationsrechners 120 gespeichert ist.
Aus dieser Trajektorie lassen sich dann die Trajektorien beliebiger Aufpunkte anhand ihrer relativen Lage zu dem Mittelpunkt der Anhängerachse berechnen.
Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass der Simulationsrechner 120 Stützstellen für die Trajektorien der gewählten Aufpunkte in Abhängigkeit von mehreren Werten des Bahnparameters berechnet und die vollständige Trajektorie anhand der Stützstellen in geeigneter Weise interpoliert.
Die in dieser Weise berechneten Trajektorien der gewählten Aufpunkte des Anhängers 112 werden dann mittels einer in dem Simulationsrechner 120 integrierten und vorzugsweise ebenfalls als ein Softwareprogramm ausgeführten Transformationseinheit in das Kamerabild eingeblendet bzw. hineinprojiziert.
Dafür ist es erforderlich, das Kamerabild mit dem bei der Berechnung der Trajektorie verwendeten Koordinatensystem in Beziehung zu setzen. Um dies zu ermöglichen, müssen die Position der Kamera 116 an dem Anhänger 112 und der Elevationswinkel sowie der Öffnungswinkel, unter dem das Kamerabild aufgenommen wird, bekannt sein.
Dabei ist es vorgesehen, dass die Kamera 116 auf der Mittelachse des Anhängers 112 in einer bestimmten Höhe über der Fahrbahn montiert wird, die vorzugsweise mittels des Eingabemittels in den Simulationsrechner 120 eingegeben wird. Der Elevationswinkel ist vorzugsweise bauartbedingt durch die Halterung der Kamera 116 vorgegeben und ebenfalls in dem Simulationsrechner 120 gespeichert. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Elevationswinkel bei der Montage der Kamera 116 bestimmt und in den Simulationsrechner 120 eingegeben wird. Der ebenfalls in dem Simulationsrechner 120 gespeicherte Öffnungswinkel der Kamera 116 ist durch deren Bauart bestimmt und zu dem Speicher des Simulationsrechners 120 gespeichert.
Insbesondere anhand dieser Angaben ermittelt die Transformationseinheit dann den von der Kamera 116 erfassten Ausschnitt der Koordinatenebene, der in dem Kamerabild in einer ebenfalls anhand der Angaben ermittelbaren perspektivischen Verzerrung dargestellt ist. Dann bestimmte die Transformationseinheit den in dem von der Kamera erfassten Ausschnitt der Koordinatenebene liegenden Abschnitt der Trajektorien der gewählten Aufpunkte des Anhängers 112 und blendet ihn in einer entsprechenden Verzerrung in das mittels der Anzeigeeinrichtung dargestellte Kamerabild ein.
Zudem kann, wie bereits erwähnt, auch die Trajektorie wenigstens eines Aufpunktes des Zugfahrzeugs 110, die aus der berechneten Bahn des Mittelpunktes der Hinterachse des Zugfahrzeugs 110 bestimmt wird, in gleicher Weise ebenfalls in das Kamerabild eingeblendet wird. Die Trajektorien der gewählten Aufpunkte des Zugfahrzeugs 110 und des Anhängers 112 können dabei beispielsweise farblich unterschieden werden.
Die Berechnung der Trajektorien bzw. ihre Einblendung in das Kamerabild wird gestartet, wenn der Simulationsrechner über die Schnittstelle 124 ermittelt, dass ein Rückwärtsgang in das Getriebe des Zugfahrzeugs 110 eingelegt worden ist, oder wenn der Fahrer die Berechnung manuell durch eine entsprechende Eingabe über die mit dem Simulationsrechner 120 verbundene Eingabeeinrichtung startet. Sie wird beendet, wenn über die Schnittstelle 124 ermittelt wird, dass in dem Getriebe ein Vorwärtsgang eingelegt ist, oder wenn über das Eingabemittel manuell ein Beendigungssignal eingegeben wird.
Während des Rückwärtsrangierens erfolgt die Berechnung bzw. Einblendung der Trajektorien in das Kamerabild in jeweils aneinander anschließenden Zyklen einer durch eine Taktfrequenz des Simulationsrechners 120 bestimmten Dauer in Abhängigkeit von den aktuellen Werten des Radeinschlagswinkels δ und des Knickwinkels γ, so dass die erwarteten Trajektorien jeweils in das aktuelle Kamerabild eingeblendet werden.
Somit wird eine vorteilhafte Vorrichtung zur Unterstützung des Fahrers eines Fahrzeuggespanns 114 beim Rückwärtsrangieren geschaffen, bei der diesem die erwarteten Trajektorien ausgewählter Aufpunkte des Anhängers 112 im Bild einer in rückwärtige Fahrtrichtung ausgerichteten Kamera angezeigt werden, so dass er die erwartete Bahn insbesondere in Bezug auf hinter dem Anhänger 112 befindliche Hindernisse 210 bewerten bzw. so einstellen kann, dass diese Hindernisse umfahren werden oder eine bestimmte Position angefahren wird.
Die Erfindung ist dabei jedoch nicht auf die bislang dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere kann die Vorrichtung an beliebig ausgestaltete Fahrzeuggespanne 114 angepasst werden. Bei Fahrzeuggespannen 114 mit Zweiachsanhängern ist dabei insbesondere ein zweiter Winkelgeber erforderlich, mit dem neben dem Knickwinkel zwischen der Längsachse des Zugfahrzeugs und der Anhängerdeichsel der relative Winkel zwischen den beiden Anhängerachsen bestimmt wird.
Weiterhin kann auf die Erfassung des Radeinschlagswinkels δ oder auf die Erfassung des Knickwinkels γ mit Hilfe von Winkelgebern verzichtet werden und der fehlende Parameter durch eine Bilderkennung bestimmt werden, wobei jedoch mit einer geringeren Genauigkeit bei der Berechnung der Trajektorien zu rechnen ist. Alternativ kann auch der Radeinschlagswinkel bei der Berechnung mit δ = 0° angenommen werden, wodurch die Genauigkeit bei der Berechnung der Trajektorie jedoch ebenfalls erheblich abnimmt.

110: Zugfahrzeug
112: Anhänger
114: Fahrzeuggespann
116: Kamera
118: Knickwinkelgeber
120: Simulationsrechner
122: von der Kamera erfasster Umfeldbereich
124: Schnittstelle zur Busanbindung
126: lenkbare Räder des Fahrzeugs
210: erstes Element des Knickwinkelgebers
212: zweites Element des Knickwinkelgebers
214: Drehgelenk
216: Anhängerdeichsel
218: Drehachse
219: Handgriff
220: Kupplungsdeichsel
310: Hindernis
320: Trajektorie
322: Trajektorie
δ: Radeinschlagswinkel
γ: Knickwinkel
l_AK: Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Hinterachse des
: Zugfahrzeugs und dem Kupplungskopf der Anhängerkupplung
l_A: Abstand zwischen dem Kupplungskopf der Anhängerkupplung
: und dem Mittelpunkt der Hinterachse des Anhängers
l_F: Radstand des Zugfahrzeugs

Claims

Vorrichtung zum Unterstützen des Fahrers eines Zugfahrzeugs (110) beim Rückwärtsrangieren mit einem Fahrzeuggespann (114), welches aus dem Zugfahrzeug (110) und einem an das Zugfahrzeug (110) angekoppelten Anhänger (112) besteht, umfassend folgende Komponenten: – Eine im Heckbereich des Anhängers (112) montierbare Kamera (116), mit der ein Abbild eines in rückwärtiger Fahrtrichtung liegenden Umfeldbereichs (122) des Anhängers (112) erfassbar ist, – einen Lenkwinkelgeber, mit dem ein Radeinschlagswinkel (δ) von lenkbaren Rädern (126) des Zugfahrzeugs (110) erfassbar ist und/oder – einen Knickwinkelgeber (118), mit dem ein Knickwinkel (γ) zwischen den Längsachsen des Anhängers (112) und des Zugfahrzeugs (110) erfassbar ist, sowie – einen Simulationsrechner (120), in dem eine Trajektorie (320) wenigstens eines Aufpunktes des Anhängers (112) aus dem Radeinschlagswinkel (δ) und/oder dem Knickwinkel (γ) berechenbar ist, – und eine Anzeigeeinrichtung, mit der das Kamerabild darstellbar ist, – wobei die mittels des Simulationsrechners (120) berechnete Trajektorie des Aufpunktes des Anhängers (120) in das Kamerabild einblendbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Trajektorie (322) wenigstens eines Aufpunktes des Zugfahrzeugs (110) in dem Simulationsrechner berechenbar und in das Kamerabild einblendbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Anzeigeeinrichtung um das Anzeigemittel eines mobilen Gerätes handelt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Gerät den Simulationsrechner (120) enthält.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Anzeigevorrichtung um einen Personal Data Assistant oder um ein Mobiltelefon handelt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalaustausch zwischen wenigstens zwei ihrer Komponenten (116; 118; 120; 124) über eine Funkverbindung durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Funkverbindung um eine Bluetooth-Verbindung handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Funkverbindung um eine Wireless-LAN-Verbindung handelt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (116) und der Knickwinkelgeber (118) einen Funksender aufweisen, mit dem Funksignale an den Simulationsrechner (120) übertragbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Simulationsrechner (120) mit einem Datenbus des Zugfahrzeugs (110) verbindbar ist, wobei über den Datenbus ein den Radeinschlagswinkel (δ) repräsentierendes Signal in dem Simulationsrechner (120) empfangbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorie (320) des Aufpunktes des Anhängers (112) und/oder die Trajektorie (322) des Aufpunktes des Zugfahrzeugs (110) in dem Simulationsrechner (120) in einer Fahrbahnebene berechenbar ist, und dass der Simulationsrechner (120) eine Transformationseinheit umfasst, mit der die in der Fahrbahnebene berechnete Trajektorie (320) in das Kamerabild projizierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Simulationsrechner (120) einen Speicher aufweist, in dem Geometriedaten (l_A, l_AK, l_F) des Fahrzeuggespanns (114) speicherbar sind, wobei die Geometriedaten (l_A, l_AK, l_F) für die Berechnung der Trajektorie (320; 322) heranziehbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Simulationsrechner (120) ein Eingabemittel verbunden ist, über das die Geometriedaten (l_A, l_AK, l_F) eingebbar sind.