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Title:
METHOD AND SYSTEM FOR ASCERTAINING A RELATIVE POSITION BETWEEN A TARGET OBJECT AND A VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/001963
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for ascertaining a relative position between a target object (1) and a vehicle (2). The vehicle (2) has a first detection device (10.1) arranged on the rear end of the vehicle for detecting the target object (1), having the steps of detecting a marking (14.1, 14.2, 14.3) which characterizes the front face (13) of the target object (1) using the first detection device (10.1), detecting a marking (15) which characterizes the rear face of the target object (1) using the first detection device (10.1), ascertaining the distance between the target object (1) and the vehicle (2) using an ascertained variable of at least one of the detected markings (14.1, 14.2, 14.3, 15) which characterizes the target object (1), ascertaining an angular offset between the target object (1) and the vehicle (2) using an ascertained lateral offset (LV) between the detected markings (14.1, 14.2, 14.3, 15) which characterize the front face (13) of the target object (1) and the rear face of the target object (1), and ascertaining the relative position between the target object (1) and the vehicle (2) on the basis of the ascertained distance and the ascertained angular offset.

Inventors:
BANERJEE ALEXANDER (DE)
KNIESS PATRICK (DE)
Application Number:
EP2019/065100
Publication Date:
January 02, 2020
Filing Date:
June 11, 2019
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
International Classes:
G06K9/00; B60D1/24; B62D13/06; G06K9/32
Foreign References:
US20140277942A12014-09-18
US20140267688A12014-09-18
CN107539191A2018-01-05
DE102006035929A12008-02-07
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt (1 ) und einem Fahrzeug (2), wobei das Fahrzeug (2) eine an einem Fahrzeugheck angeordnete erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) zum Erfassen des Zielobjekts (1 ) aufweist, und das Verfahren folgende Schritte umfasst,

- Erfassen einer eine Frontseite (13) des Zielobjekts (1) kennzeichnende Markierung (14.1 , 14.2, 14.3) mit der ersten Erfassungseinrichtung (10.1 );

- Erfassen einer eine Heckseite des Zielobjekts (1 ) kennzeichnende Markierung (15) mit der ersten Erfassungseinrichtung (10.1 );

- Ermitteln eines Abstands zwischen dem Zielobjekt (1) und dem Fahrzeug (2) anhand einer ermittelten Größe zumindest einer der erfassten, das Zielobjekt (1) kennzeichnenden Markierungen (14.1 , 14.2, 14.3, 15);

- Ermitteln eines Winkelversatzes zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) anhand eines ermittelten Lateralversatzes (LV) zwischen den erfassten, die Frontseite (13) des Zielobjekts (1 ) und die Heckseite des Zielobjekts (1) kennzeichnenden Markierungen (14.1 , 14.2, 14.3, 15); und

- Ermitteln einer Relativpose zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) auf Basis des ermittelten Abstands und des ermittelten Winkelversatzes.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner umfassend

- Erstellen einer Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts (1 ) auf Basis der ermittelten Relativpose; und

- Automatisiertes Unterfahren des Zielobjekts (1 ) entlang der erstellten Trajektorie.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend

- Ermitteln eines Höhenversatzes zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) anhand eines ermittelten Vertikalversatzes (W) zwischen den erfassten, die Frontseite (13) des Zielobjekts (1 ) und die Heckseite des Zielobjekts (1) kennzeichnenden Markierungen (14.1 , 14.2, 14.3, 15), und

- Automatisiertes Ausgleichen eines festgestellten Höhenversatzes.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als kennzeichnende Markierungen des Zielobjekts (1) charakteristische Merkmale des Zielobjekts oder an dem Zielobjekt angebrachte Targets (14.1 , 14.2, 14.3, 15) erfasst werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend

- Aktivieren einer zweiten Erfassungseinrichtung (10.2), welche bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) in Fahrzeuglängsrichtung versetzt am Fahrzeug (2) angeordnet ist, wenn die an dem Fahrzeugheck angeordnete erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) aufgrund des Unterfahrens des Zielobjekts (1) die Frontseite (13) des Zielobjekts (1 ) nicht mehr erfassen kann und

- Erfassen der die Frontseite (13) des Zielobjekts (1 ) kennzeichnende Markierung (14.1 , 14.2, 14.3) mit der zweiten Erfassungseinrichtung (1 ).

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) und die zweite Erfassungseinrichtung (10.2) hinsichtlich ihrer Position und Ausrichtung bezogen auf einen gemeinsamen Bezugspunkt am Fahrzeug (2) kalibriert sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend

- Ermitteln der Positionen der das Zielobjekt (1 ) kennzeichnenden Markierungen (14.1 , 14.2, 14.3, 15) bezogen auf den gemeinsamen Bezugspunkt; und

- Ermitteln der Relativpose zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2).

8. System zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt (1) und einem Fahrzeug (2), umfassend

- zumindest eine an einer Frontseite (13) des Zielobjekts (1) angeordnete Markierung (14.1 , 14.2, 14.3) und zumindest eine an einer Heckseite des Zielobjekts (1 ) angeordnete Markierung (15),

- eine an einem Fahrzeugheck des Fahrzeugs (2) angeordnete erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) zur Erfassung der an der Frontseite (13) und der Heckseite des Zielobjekts (1) angeordneten Markierung (14.1 , 14.2, 14.3, 15), und

- eine Auswerteeinheit (9), die dazu eingerichtet ist anhand von der ersten Erfassungseinrichtung (10.1 ) erfassten Daten eine Entfernung und einen Win- kelversatz zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) zu ermitteln, um daraus eine Relativpose zwischen dem Zielobjekt (1 ) und dem Fahrzeug (2) zu ermitteln.

9. System nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine zweite Erfassungseinrichtung (10.2), welche bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung (10.1 ) zumindest hinsichtlich einer Längsachse des Fahrzeugs (2) versetzt am Fahrzeug (2) angeordnet ist.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Erfassungseinrichtung (10.1 , 10.2) zumindest einen optischen Sensor umfasst und die an der Front- und Heckseite des Zielobjekts (1 ) angeordnete Markierung (14.1 , 14.2, 14.3, 15) als optisch erfassbare Markierung ausgebildet ist.

1 1. System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Front- und Heckseite des Zielobjekts (1 ) angeordnete Markierung als charakteristische Markierung des Zielobjekts oder als an dem Zielobjekt angebrachtes Target (14.1 , 14.2, 14.3, 15) ausgebildet ist.

12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (9) dazu eingerichtet ist, auf Basis der ermittelten Relativpose eine Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts (1 ) zu berechnen.

13. System nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (1 1 ) und eine durch die Steuereinrichtung (1 1 ) ansteuerbare Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs (2), wobei die Steuereinrichtung (1 1 ) dazu eingerichtet ist die Antriebsvorrichtung des Fahrzeugs (2) zum Unterfahren des Zielobjekts (1 ) entlang der erstellten Trajektorie anzusteuern.

14. System nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch zumindest eine weitere Erfassungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, zu erkennen, wann das Fahrzeug (2) eine Zielposition unter dem Zielobjekt (1 ) erreicht hat.

15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Erfassungseinrichtung als Beschleunigungssensor, Ultraschallsensor, Laserdistanzsensor, Lidarsensor oder Radarsensor ausgebildet ist.

16. Nutzfahrzeug mit mehreren Erfassungseinrichtungen (10.1 , 10.2), mit zumindest einer Auswerteeinheit (9) und zumindest einer Steuereinrichtung (11 ), die eingerichtet sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.

Description:
Verfahren und System zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobiekt und einem Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie ein System zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug gemäß Anspruch 8.

Im Nutzfahrzeugbereich gilt das Aufnehmen einer Wechselbrücke als eines der schwierigsten Rangiermanöver. Um den Fahrer bei diesem Rangiermanöver zu unterstützen, befinden sich unter der Wechselbrücke zwei parallel nach hinten verlaufende Zentrierschienen. Als Gegenstück befinden sich auf dem Fahrzeug mehrere Zentrierrollenpaare, die in Längsrichtung auf einer Aufnahmevorrichtung angeordnet sind.

Der Fahrer muss in aller Regel vor dem Rangieren aus dem Fahrzeug aussteigen, anschließend optisch die Höhe des Fahrzeugs meist mittels einer Druckluftfederung so einstellen, dass die Zentrierrollen auf halber Höhe der Rollen in den Tunnel einspuren können. Dadurch ist auch bei einem leichten lateralen Versatz zur Wechselbrücke noch sichergestellt, dass das Fahrzeug korrekt unter der Wechselbrücke einspuren kann. Dennoch können hiermit nur sehr leichte Rangierfehler ausgeglichen werden.

Während des Rangiermanövers, was in aller Regel während einer Rückwärtsfahrt erfolgt, muss der Fahrer mit dem am Heck des Fahrzeugs angeordneten Zentrierrollen in den Zentriertunnel der Wechselbrücke einspuren. Hierbei muss sowohl ein Lateralversatz zwischen den Zentrierrollen und dem Zentriertunnel als auch ein relativer Winkelfehler zwischen der Ausrichtung des Fahrzeugs und der Ausrichtung der Wechselbrücke gegen Null gehen, bevor die Zentrierrollen in den Zentriertunnel einspuren. Sollte während der rückwärtigen Anfahrt an den Zentriertunnel der Wechselbrücke der Höhenversatz zwischen dem Fahrzeugheck und dem Zentriertunnel nicht stimmen, so muss dieser durch den Fahrer nochmals nachkorrigiert werden. Ein manuell durchgeführter Rangiervorgang zum Aufnehmen einer Wechselbrücke erfordert ein hohes Maß an Konzentration und Erfahrung. Dennoch kommt es zu Rangierfehlern, die zu einer Sachbeschädigung führen, die Prozesssicherheit gefährden, den Zeitaufwand für den Rangiervorgang erhöhen und einen hohen Schulungsaufwand der Fahrer erfordern. Zum Vermeiden solcher Rangierfehler ist es bereits bekannt, den Rangiervorgang zum Aufnehmen einer Wechselbrücke mittels einer Sensorik zu unterstützen oder komplett zu automatisieren. Eine Schwierigkeit des automatisierten Rangiervorgangs liegt beispielsweise in der korrekten Detektion der Wechselbrücke.

Die DE 10 2006 035 929 A1 schlägt ein automatisiertes Unterfahren einer Wechselbrücke vor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein System zu schaffen, mit welchem ein Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug bei möglichst geringem Aufwand mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein System gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst hierzu zumindest eine an einem Heck des Fahrzeugs angeordnete erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Zielobjekts. Unter einer Pose eines Objekts wird eine Kombination aus einer Position und einer Orientierung des Objekts verstanden. Die Pose bestimmt damit eindeutig eine Lage des Objekts im Raum.

Das Zielobjekt kann eine Wechselbrücke oder ein beliebiges anderes Objekt sein.

Bei einer Wechselbrücke handelt es sich um einen austauschbaren Ladungsträger, beispielsweise um einen Container, der im intermodalen Verkehr eingesetzt werden kann. Die Wechselbrücke kann ausklappbare Stützen umfassen, die ein Absetzen und Aufnehmen der Wechselbrücke vom Lastkraftwagen ohne zusätzliche Hilfsmittel ermöglichen. Wechselbrücken sind auch als Wechselbehälter, Wechselaufbau, Wechselpritsche und Wechselkoffer bekannt. Die Wechselbrücke kann einen Planenverdeck-, Tautliner-, Koffer- oder sonstigen Aufbau aufweisen.

Das Fahrzeug kann ein Nutzfahrzeug sein, beispielsweise ein Lastkraftwagen oder ein Lastzug zum Aufnehmen von Wechselbrücken. Unter einem Lastzug wird die Kombination aus einem Lastkraftwagen und mindestens einem Anhänger verstanden. Ist das Fahrzeug als Lastzug ausgebildet, dann ist die erste Erfassungseinrichtung vorzugsweise an einem Heck des Anhängers angeordnet. Alternativ kann das Fahrzeug auch ein Personenkraftwagen oder ein sonstiges Fahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein automatisiertes beziehungsweise autonomes Fahrzeug, beispielsweise ein Level-2, Level-3, Level-4 oder Level-5 fähiges Fahrzeug sein.

Zum Durchführen des Verfahrens wird das Fahrzeug derart an das Zielobjekt herangefahren, dass das Zielobjekt mittels der am Heck des Fahrzeugs angeordneten Erfassungseinrichtung erfasst werden kann. Das Heranfahren des Fahrzeugs an das Zielobjekt kann manuell durch einen Fahrzeugführer oder automatisiert erfolgen.

Das Verfahren umfasst sowohl das Erfassen einer die Frontseite des Zielobjekts kennzeichnende Markierung als auch das Erfassen einer die Heckseite des Zielobjekts kennzeichnende Markierung mittels der am Fahrzeugheck angeordneten ersten Erfassungseinrichtung.

Durch das Erfassen der das Zielobjekt kennzeichnenden Markierungen kann die Position der Frontseite und die Position der Heckseite des Zielobjekts bestimmt werden, wodurch eine schnelle und exakte Bestimmung der Position und der Ausrichtung des Fahrzeugs gegenüber dem Zielobjekt möglich wird.

Als Frontseite des Zielobjekts wird die Seite des Zielobjekts verstanden, welche sich bezogen auf das Fahrzeugheck in geringerer Entfernung befindet. Als Heckseite des Zielobjekts wird die der Frontseite des Zielobjekts gegenüberliegende Seite verstanden. Bei einem Unterfahren des Zielobjekts wird die Frontseite des Zielobjekts somit zuerst unterfahren. Unter einem Unterfahren des Zielobjekts soll ein Positionieren zumindest eines Teils des Fahrzeugs unterhalb des Zielobjekts verstanden werden.

Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln eines Abstands zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug anhand einer ermittelten Größe zumindest einer der erfassten, das Zielobjekt kennzeichnenden Markierungen. Hierzu kann ein mittels der Erfassungseinrichtung aufgenommenes Bild an eine Auswerteeinheit übertragen werden. Das übertragene Bild umfasst hierbei sowohl die an der Frontseite als auch die an der Heckseite angeordnete Markierung des Zielobjekts. Die Übertragung des Bildes kann sich beispielsweise dadurch vollziehen, indem Daten, in denen das Bild kodiert ist, von der Erfassungseinrichtung zu der Auswerteeinheit übertragen werden. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, die das Zielobjekt kennzeichnende Markierung in dem an die Auswerteeinheit übertragenen Bild zu identifizieren. In der Auswerteeinheit sind Informationen über die Ausgestaltung der das Zielobjekt kennzeichnenden Markierungen abgespeichert. Die Auswerteeinheit ist ferner ausgebildet, die aus dem übertragenen Bild identifizierte Markierung mit der abgespeicherten Markierung zu vergleichen. Auf Basis der Größe der miteinander verglichenen Markierungen lässt sich schließlich auf den relativen Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug schließen.

Das Verfahren umfasst auch ein Ermitteln eines Winkelversatzes zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug. Um den Winkelversatz bestimmen zu können, ermittelt die Auswerteeinheit aus dem von der Erfassungseinrichtung an die Auswerteeinheit übertragenen Bild den relativen Lateralversatz zwischen der Frontseiten-Markierung und der Heckseiten-Markierung. Um den Winkelversatz mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, muss die Länge des Zielobjekts bekannt sein. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit aus dem übertragenen Bild anhand von optischen Verhältnissen, wie dem Verhältnis der vertikalen Größe zur horizontalen Größe auf die Länge des Zielobjekts schließen. Wechselbrücken beispielsweise sind genormt und existieren im Wesentlichen in drei verschiedenen Größen, womit über die Betrachtung der Größenverhältnisse auf den Wechselbrückentyp und damit auf die exakte Länge der Wechselbrücke geschlossen werden kann. Die Länge des Zielobjekts kann alternativ auch durch einen Fahrzeugführer mittels einer Eingabevorrichtung manuell eingegeben und bei dem Verfahren zur Ermittlung der Relativpose berücksichtigt werden.

Auf Basis des ermittelten Abstands und des ermittelten Winkelversatzes kann durch die Auswerteeinheit schließlich die Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug ermittelt werden. Mit dem beanspruchten Verfahren lässt sich die Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug bei geringem Aufwand mit hoher Genauigkeit ermitteln.

Ausgehend von der ermittelten Relativpose wird eine Trajektorie zum rückwärtigen Heranfahren bzw. Rangieren an das Zielobjekt ermittelt. Die Trajektorie wird vorzugsweise so bestimmt, dass das Zielobjekt von zumindest einem Teil des Fahrzeugs unterfahren wird, wenn sich das Fahrzeug entlang der erstellten Trajektorie bewegt. Hierbei kann das Fahrzeug automatisiert entlang der Trajektorie bewegt werden. Alternativ können einem Fahrzeugführer Lenkanweisungen gegeben werden, um das Fahrzeug entlang der bestimmten Trajektorie zu bewegen. Die Trajektorie kann dem Fahrzeugführer auf einer Anzeigeeinheit dargestellt werden.

Die erstellte Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts kann fortlaufend neu berechnet werden. Durch die fortlaufende Neuberechnung der Trajektorie kann diese mit hoher Genauigkeit erstellt werden. So kann beispielsweise bedingt durch die Auflösung der Erfassungseinrichtung das mittels der Erfassungseinrichtung erfasste Bild, welches auch die das Zielobjekt kennzeichnende Markierung enthält, mit abnehmender Entfernung zum Zielobjekt entsprechend nachgeschärft werden. Auch ein sich während des Rangierens des Fahrzeugs an das Zielobjekt einstellender Lateralversatz, der dadurch entsteht, dass sich das Fahrzeug beim Rangieren über die Fahrzeugreifen schiebt, kann durch die fortlaufende Neuberechnung der Trajektorie berichtigt werden.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst das Verfahren auch ein Ermitteln eines Höhenversatzes zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug. Zunächst wird durch die Auswerteeinheit aus dem von der Erfassungseinrichtung an die Auswerteeinheit übertragenen Bild ein Vertikalversatz zwischen der Frontseiten-Markierung und der Heckseiten-Markierung des Zielobjekts ermittelt. Anhand des ermittelten Vertikalversatzes kann dann der Höhenversatz zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug bestimmt werden. Bei der Ermittlung des Vertikalversatzes zwischen der Frontseiten- Markierung und der Heckseiten-Markierung des Zielobjekts muss die Länge der Wechselbrücke berücksichtigt werden. Die Ermittlung der Länge des Zielobjekts kann analog zu der Ermittlung der Länge des Zielobjekts bei der Ermittlung des Winkelversatzes erfolgen. Bei festgestelltem Höhenversatz ist vorgesehen, dass dieser entsprechend ausgeglichen wird. Hierzu kann das Fahrzeug oder eine am Fahrzeug angebrachte Aufnahmeeinrichtung für das Zielobjekt, wie beispielsweise ein Aufbaurahmen oder ein Hubtisch zur Aufnahme einer Wechselbrücke, über eine vorhandene Aktuatorik auf eine Zielhöhe verstellt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Höhenverstellung automatisiert erfolgt. Dadurch kann vermieden werden, dass der Fahrzeugführer die zur Aufnahme des Zielobjekts benötigte Höhe manuell einstellen muss. Die Aktuatorik zur Höheneinstellung kann je nach Ausbildung pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch betätigt werden. Die am Fahrzeugheck angeordnete Erfassungseinrichtung kann beispielsweise an einem Fahrzeugrahmen oder an einer auf dem Fahrzeugrahmen angeordneten Aufnahmeeinrichtung für das Zielobjekt und somit in vertikaler Richtung gesehen auf unterschiedlicher Höhe angeordnet sein. Diese anbaubedingte vertikale Position der Erfassungseinrichtung wird bei der Ermittlung des Vertikalversatzes entsprechend berücksichtigt oder kann beispielsweise durch ein entsprechendes Offset bei der Ermittlung des Höhenversatzes ausgeglichen werden. Dadurch kann eine Zielhöhe zur Aufnahme des Zielobjekts unabhängig von der anbaubedingten vertikalen Position der Erfassungseinrichtung exakt eingestellt werden.

Ist die Erfassungseinrichtung am Heck des Fahrzeugs angeordnet und wird das Zielobjekt zur Aufnahme des Zielobjekts von dem Fahrzeug unterfahren, dann ist es nicht mehr möglich, mit der heckseitig angeordneten Erfassungseinrichtung die Frontseite des Zielobjekts und die daran befindlichen kennzeichnenden Markierungen zu erfassen. Daher umfasst das Verfahren in einer vorteilhaften Weiterbildung ferner ein Aktivieren einer zweiten Erfassungseinrichtung, welche bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung in Fahrzeuglängsrichtung versetzt am Fahrzeug angeordnet ist. Die zweite Erfassungseinrichtung kann dann automatisch aktiviert werden, wenn die Frontseite des Zielobjekts mit der an dem Fahrzeugheck angeordneten ersten Erfassungseinrichtung aufgrund des Unterfahrens des Zielobjekts nicht mehr erfasst wird. Die an der Frontseite des Zielobjekts vorhandenen Markierungen werden dann mit der zweiten Erfassungseinrichtung erfasst.

Dadurch, dass die zweite Erfassungseinrichtung erst aktiviert wird, wenn die an der Frontseite des Zielobjekts vorhandenen Markierungen nicht mehr mit der ersten Erfassungseinrichtung erfassbar sind, können Daten, die in der Auswerteeinheit ausgewertet werden müssen, zunächst gering gehalten werden. Ein mittels der zweiten Erfassungseinrichtung aufgenommenes Bild wird erst dann an eine Auswerteeinheit übertragen und dort zur Bildung der Relativpose berücksichtigt, wenn die Frontseite auf dem mittels der ersten Erfassungseinrichtung aufgenommenen Bild nicht mehr vorhanden ist. Wird das Zielobjekt unterfahren, dann umfasst das von der ersten, heckseitig angeordneten Erfassungseinrichtung übertragene Bild nur noch die an der Heckseite angeordnete Markierung des Zielobjekts, während das von der zweiten Erfassungseinrichtung übertragenen Bild die an der Fronseite angeordneten Markierungen umfasst.

Anhand der beiden an die Auswerteeinheit übertragenen Bilder werden durch die Auswerteeinheit sodann der Abstand und der Winkelversatzes zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug bestimmt und bei der Ermittlung der Relativpose berücksichtigt. Hierzu müssen die erste Erfassungseinrichtung und die zweite Erfassungseinrichtung hinsichtlich ihrer Position und Ausrichtung bezogen auf einen gemeinsamen Bezugspunkt am Fahrzeug kalibriert sein.

Die exakte Position und Ausrichtung der beiden Erfassungseinrichtungen bezogen auf den gemeinsamen Bezugspunkt am Fahrzeug wird im Voraus ausgemessen und kalibriert. Da nun mit beiden Erfassungseinrichtungen die Lage der optischen Merkmale bezogen auf den Bezugspunkt ermittelt werden kann, lässt sich darüber der relative Abstand, der relative Winkelversatz und der relative Höhenversatz zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug ermitteln. Mit Hilfe des ermittelten relativen Abstands zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug kann die Aufnahmeeinrichtung des Fahrzeugs so weit unterhalb das Zielobjekt rangiert werden, bis das Fahrzeug die zur Aufnahme des Zielobjekts erforderliche Position erreicht hat. Zur Ermittlung der Endposition, an welchem das Fahrzeug bezogen auf das Zielobjekt seine Zielposition erreicht hat, kann an dem Fahrzeug oder der Aufnahmeeinrichtung des Fahrzeugs zumindest ein weiterer Sensor vorgesehen sein. Dieser zumindest eine weitere Sensor kann beispielhaft als Beschleunigungssensor, Ultraschallsensor, Laserdistanzsensor, Lidarsensor oder Radarsensor ausgebildet sein.

Neben dem Verfahren zum Ermitteln der Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug wird auch ein System zum Ermitteln der Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug vorgeschlagen. Dieses System umfasst zumindest eine an einer Frontseite des Zielobjekts angeordnete Markierung und zumindest eine an einer Heckseite des Zielobjekts angeordnete Markierung. Ferner umfasst das System eine an einem Heck des Fahrzeugs angeordnete erste Erfassungseinrichtung zur Erfassung der an der Frontseite und der Heckseite des Zielobjekts angeordneten Markierung sowie eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist dazu eingerichtet, aus von der ersten Erfassungseinrichtung erfassten und an die Auswerteeinheit übermittelten Daten einen Abstand und einen Winkelversatz zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug zu ermitteln, um daraus eine Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug zu ermitteln. Die Auswerteeinheit ist ferner dazu eingerichtet, auf Basis der ermittelten Relativpose eine Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts zu bestimmen.

Das System zum Ermitteln der Relativpose zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug umfasst ferner eine zweite Erfassungseinrichtung, welche bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung zumindest hinsichtlich einer Längsachse des Fahrzeugs versetzt am Fahrzeug angeordnet ist. Ist das Fahrzeug beispielsweise als Nutzfahrzeug ausgebildet, dann ist die zweite Erfassungseinrichtung bevorzugt direkt hinter einer Fahrzeugkabine angeordnet. Die zweite Erfassungseinrichtung kann auch in vertikaler Richtung gesehen bezogen auf die erste Erfassungseinrichtung oberhalb der ersten Erfassungseinrichtung angeordnet sein.

Sowohl bei der ersten Erfassungseinrichtung als auch bei der zweiten Erfassungseinrichtung kann es sich um eine Nahfelderfassungseinrichtung handeln, die ausgebildet ist, um die optischen Markierungen des Zielobjekts und/oder das gesamte Zielobjekt in der nahen Umgebung des Fahrzeugs zu erfassen. Hierzu können die Erfassungseinrichtungen zumindest einen optischen Sensor umfassen. Die Erfassungseinrichtungen können als Kamera oder als sonstige Einrichtungen zum Erfassen der das Zielobjekt kennzeichnenden Markierungen ausgebildet sein. Die Kamera kann beispielsweise als 2D-Kamera, als 3D-Kamera, als Infrarot-Kamera oder als TOF- Kamera (Time Of Flight-Kamera) ausgebildet sein.

Bei den die Frontseite und die Heckseite des Zielobjekts kennzeichnenden Markierungen handelt es sich vorzugsweise um optische Markierungen, welche mit den Erfassungseinrichtungen erfassbar sind. Bei den optischen Markierungen kann es sich um optische Merkmale des Zielobjekts handeln, die für das Zielobjekt charakteristisch sind. Auch können an dem Zielobjekt optische Markierungen in Form von optischen Targets angeordnet werden, welche zur Durchführung des Verfahrens mittels der Erfassungseinrichtungen erfasst werden. Es können mehrere solcher Targets an der Frontseite und/oder der Heckseite des Zielobjekts angeordnet sein. Die Targets können in unterschiedlichen Formen ausgebildet sein und sich von dem Zielobjekt farblich abheben, wodurch diese einfacher erfassbar sind. Die optischen Markierungen können beispielsweise als passive Markierungen ausgebildet sein. Passive Markierungen geben kein aktives Signal ab und sind elektrisch passiv ausgebildet, das bedeutet, dass sie keine Energie bzw. Energieversorgung benötigen. Beispielsweise kann ein einfacher Reflektor oder ein Schild als passive Markierung dienen. Zur Verbesserung der Erfassung kann die passive Markierung ein Muster auf der Oberfläche und/oder eine zumindest teilweise reflektierende Oberfläche aufweisen. Solche passiven Markierungen sind kostengünstig, wartungsarm und mechanisch robust.

Es ist ferner eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche auf Grundlage der ermittelten Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts eine Antriebsvorrichtung des Fahr- zeugs ansteuert. So kann die Steuereinrichtung für den Rangiervorgang beispielsweise einen Lenkwinkel für eine Fahrzeuglenkung sowie ein Antriebsmoment für ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs vorgeben, um das Fahrzeug während des Rangiervorgangs entlang der Soll-Trajektorie zum Unterfahren des Zielobjekts zu steuern.

Bei der Fahrzeuglenkung kann es sich beispielsweise um eine elektrische Lenkung handeln. Auch das Antriebsaggregat kann als elektrisches Antriebsaggregat ausgebildet sein, beispielsweise als Elektromotor.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Systems zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug,

Fig. 2 das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 in einer zweiten Darstellung,

Figs. 3-5 verschiedene Ansichten bzw. Darstellungen einer als Zielobjekt aufzunehmenden Wechselbrücke,

Fig. 6 mögliche Ausgestaltungen der Frontseite der Wechselbrücke und

Fig. 7 mögliche Ausgestaltungen zur Markierung der Heckseite der Wechselbrücke.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Systems zum Ermitteln einer Relativpose zwischen einem Zielobjekt und einem Fahrzeug dargestellt. Das Fahrzeug ist als Nutzfahrzeug 2 zum Aufnehmen einer Wechselbrücke 1 ausgebildet. Das Nutzfahrzeug 2 umfasst ein Fahrerhaus 6 und eine Aufnahmeeinrichtung 7 zum Aufnehmen der Wechselbrücke 1. Die Aufnahmeeinrichtung 7 kann beispielsweise als Hubtisch ausgebildet sein. Die Aufnahmeeinrichtung 7 umfasst in dieser Ausführungsform vier Zentrierrollen 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 zum Eingreifen in einen Zentriertunnel der Wechselbrücke 1. Der Zentriertunnel besteht hier aus zwei Führungsschienen 12.1 , 12.2, welche an einem Unterboden der Wechselbrücke 1 parallel versetzt zu einer Mittel- ebene der Wechselbrücke 1 angeordnet sind. Die Wechselbrücke 1 umfasst einen Container 3, welcher auf vier ausklappbaren Stützen 5.1 , 5.2, 5.3, 5.4 abgestellt ist. Die ausgeklappten Stützen 5.1 , 5.2, 5.3, 5.4 begrenzen seitlich einen Aufnahmeraum 4 der Wechselbrücke 1.

Das Nutzfahrzeug 2 umfasst eine Nahfeldsensorik zur Erfassung von Objektmerkmalen im Fahrzeugumfeld. Die Nahfeldsensorik weist in dieser Ausführungsform zwei Kameras 10.1 , 10.2 auf. Eine Kamera 10.1 ist in Fahrzeug-Querrichtung mittig am Fahrzeugheck vorgesehen. Die zweite Kamera 10.2 ist an einer Rückseite des Fahrerhauses 6 oberhalb der Aufnahmeeinrichtung 7 und somit auch oberhalb der am Fahrzeugheck vorgesehenen Kamera 10.1 angebracht. Die zweite Kamera 10.2 kann direkt hinter dem Fahrerhaus 6, auf dem Dach des Nutzfahrzeugs 2 oder auf einem Leiterrahmen hinter dem Fahrerhaus 6 befestigt sein. Auch die zweite Kamera 10.2 ist hier in Fahrzeug-Querrichtung mittig angeordnet. Mittels der Kameras 10.1 , 10.2 können Merkmale der Wechselbrücke 1 , in der Umgebung des Fahrzeughecks ermittelt werden.

Gemäß Fig.1 befindet sich das Nutzfahrzeug 2 in unmittelbarer Nähe der Wechselbrücke 1 , so dass die Wechselbrücke 1 mit der am Fahrzeugheck angeordneten ersten Kamera 10.1 erfassbar ist. Das mittels der Kamera 10.1 erfasste Bild ist ebenfalls in der Fig. 1 dargestellt. Dieses Bild zeigt die komplette Wechselbrücke 1 aus der Blickrichtung der Kamera 10.1. Gemäß dieser Ausführungsform sind an der Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 mehrere die Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 kennzeichnende Markierungen in Form von Targets 14.1 , 14.2, 14.3 angebracht, wobei zwei der Targets 14.1 , 14.3 in den unteren Ecken der Frontseite 13 und ein weiteres Target 14.2 mittig auf der Frontseite 13 angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich zu den Targets 14.1 , 14.2, 14.3 können an der Frontseite 13 markante Markierungen angebracht sein, welche mittels der Kameras 10.1 , 10.2 erfassbar sind. Mögliche die Frontseite 13 kennzeichnenden Markierungen sind in der Fig. 6 dargestellt. So kann die Frontseite 13 der Wechselbrücke beispielsweise mittels einer auf der Frontseite 13 angebrachte Rahmenlinie oder über geometrisch geformte Markierungen gekennzeichnet werden. Die Markierungen können beispielsweise dreieckförmig ausgebildet sein. Es kann beispielhaft lediglich eine dreieckförmige Markierung angeordnet wer- den, welche eine Mittelebene der Wechselbrücke 1 in Richtung Unterboden der Wechselbrücke 1 kennzeichnet. Auch können mehrere die Ecken der Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 kennzeichnende Markierungen auf der Frontseite 13 angebracht werden.

An der Heckseite der Wechselbrücke 1 ist eine die Heckseite der Wechselbrücke 1 kennzeichnende Markierung in Form eines Targets 15 angebracht. Mögliche die Heckseite der Wechselbrücke 1 kennzeichnende Markierungen sind in der Fig. 7 dargestellt. Auch zur Kennzeichnung der Heckseite der Wechselbrücke 1 können unterschiedlich ausgeführte Markierungen dienen. So kann beispielhaft ein Schild an der Heckseite der Wechselbrücke 1 angebracht werden, auf welchem ein Target 15, eine entsprechende Rahmenlinie oder eine dreieckförmige Markierung angebracht ist. Die dreieckförmige Markierung kann so angeordnet werden, dass diese eine Mittelebene der Wechselbrücke 1 in Richtung Unterboden der Wechselbrücke 1 kennzeichnet. Die Targets 14.1 , 14.2, 14.3 und 15 sind vorliegend gebildet durch drei Kreuze, welche innerhalb eines Oktogons angeordnet sind.

Da die Wechselbrücke 1 gemäß Fig. 1 von dem Nutzfahrzeug 2 noch nicht unterfahren wurde, werden mittels der am Fahrzeugheck angeordneten Kamera 10.1 sowohl die an der Frontseite 13 angebrachte Targets 14.1 , 14.2, 14.3 als auch das an der Heckseite der Wechselbrücke 1 angebrachte Target 15 erfasst. Das von der heckseitig angeordneten Kamera 10.1 aufgenommene Bild wird an eine Auswerteeinheit 9 übertragen. Das übertragene Bild umfasst hierbei sowohl die an der Frontseite als auch die an der Heckseite angeordnete Markierung des Zielobjekts. Die Auswerteeinheit 9 ist ausgebildet, die an der Wechselbrücke 1 angebrachten Targets 14.1 , 14.2, 14.3 und 15 in dem an die Auswerteeinheit 9 übertragenen Bild zu identifizieren. In der Auswerteeinheit 9 sind beispielsweise Informationen über die Größe und die Ausgestaltung der Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 abgespeichert. Die Auswerteeinheit ist ferner ausgebildet, die aus dem übertragenen Bild identifizierten Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 mit der abgespeicherten Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 zu vergleichen.

Auf Basis der Größe der miteinander verglichenen Markierungen lässt sich schließlich auf den relativen Abstand zwischen dem Zielobjekt und dem Fahrzeug schließen, was gemäß Fig. 3 dargestellt ist. Bei der linken Abbildung ermittelt die Auswerteeinheit 9 anhand des Größenvergleichs einen Abstand zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 von beispielhaften 7 Metern, während der Abstand zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 in der mittleren Abbildung beispielhaft 10 Meter und in der rechten Abbildung beispielhaft 14 Meter beträgt. Für die Ermittlung des Abstandes zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 kann eines der Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 oder mehrere der Targets 14.1 , 14.2, 14.3, 15 berücksichtigt werden.

Um einen Winkelversatz zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 bestimmen zu können, ermittelt die Auswerteeinheit 9 aus dem empfangenen Bild den relativen Lateralversatz LV zwischen einem an der Frontseite 13 angeordneten Target 14.1 , 14.2, 14.3 und dem an der Heckseite angeordneten Target 15. Gemäß Fig. 4 wird der Lateralversatz LV als Abstand zwischen einer Mittenposition 16 des Targets 14.2 der Frontseite 13 und einer Mittenposition 17 des Targets 15 der Heckseite der Wechselbrücke 1 gebildet. Gemäß der mittleren Abbildung der Wechselbrücke 1 existiert zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 kein relativer Lateralversatz LV und folglich auch kein Winkelversatz. In der linken und rechten Abbildung der Wechselbrücke hingegen ist ein relativer Lateralversatz LV vorhanden, über welchen die Auswerteeinheit 9 den Winkelversatz zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 bestimmt.

Auch kann die Auswerteeinheit 9 aus dem von der Kamera 10.1 empfangenen Bild einen Höhenversatz zwischen Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 ermitteln. Hierzu ermittelt die Auswerteeinheit 9 einen Vertikalversatz W zwischen einem an der Frontseite 13 angeordneten Target 14.1 , 14.2, 14.3 und dem an der Heckseite angeordneten Target 15. Gemäß Fig. 5 wird der Vertikalversatz W als Abstand zwischen einer Mitten position 16 des Targets 14.2 der Frontseite 13 und einer Mittenposition 17 des Targets 15 der Heckseite der Wechselbrücke 1 gebildet. Gemäß der mittleren Abbildung der Wechselbrücke 1 ist die Aufnahmeeinrichtung 7 bezogen auf die Wechselbrücke 1 in einer Höhe eingestellt, dass die an der Aufnahmeeinrichtung 7 angeordneten Zentrierrollen 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 beim Unterfahren der Wechselbrücke 1 in den Zentriertunnel einspuren. In der linken Abbildung der Wechselbrücke 1 hin- gegen ist ein relativer Vertikalversatz W vorhanden, über welchen die Auswerteeinheit 9 einen Höhenversatz ermittelt, bei welchem sich die Zentrierrollen 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 beim Unterfahren der Wechselbrücke 1 unterhalb der den Zentriertunnel bildenden Führungsschienen 12.1 , 12.2 befinden. In der rechten Abbildung der Wechselbrücke 1 wird hingegen durch die Auswertung des relativen Vertikalversatzes W zwischen dem an der Frontseite 13 angeordneten Target 14.2 und dem an der Heckseite angeordneten Target 15 ein für das Unterfahren der Wechselbrücke unzulässiger Höhenversatz zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 ermittelt, da die Zentrierrollen 8.1 , 8.2, 8.3, 8.4 beim Unterfahren der Wechselbrücke 1 mit der Frontseite 13 der Wechselbrücke kollidieren würden. Die Aufnahmeeinrichtung 7 wird bei Heranfahren auf die Wechselbrücke unter Berücksichtigung des ermittelten Höhenversatzes auf die zum Unterfahren der Wechselbrücke 1 optimale Höhe eingestellt.

Gemäß Fig. 2 wird zum Aufnehmen der Wechselbrücke 1 auf der Aufnahmeeinrichtung 7 mit dem Nutzfahrzeug 2 rückwärts in den Aufnahmeraum 4 zwischen den Stützen 5.1 und 5.2 eingefahren. Da die Kamera 10.1 am Heck des Nutzfahrzeugs 2 angeordnet ist, kann diese die Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 dann nicht mehr erfassen. Daher ist vorgesehen, dass die zweite Kamera 10.2 aktiviert wird, wenn die Frontseite 13 der Wechselbrücke 1 mit der an dem Fahrzeugheck angeordneten ersten Kamera 10.1 aufgrund des Unterfahrens nicht mehr erfasst wird. Die an der Frontseite 13 angebrachten Targets 14.1 , 14.2, 14.3 werden dann mit der zweiten Kamera 10.2 erfasst, während das an der Heckseite der Wechselbrücke 1 angebrachte Target 15 nach wie vor mit der am Fahrzeugheck angeordneten ersten Kamera 10.1 erfasst wird. In der Fig. 2 sind das mit der zweiten Kamera 10.2 erfasste Bild der Frontseite 13 mit den Targets 14.1 , 14.2, 14.3 in einem oberen Bereich und das mit der ersten heckseitigen Kamera 10.1 erfasste Bild des an der Heckseite angeordneten Targets 15 in einem unteren Bereich dargestellt.

Da die Position und Ausrichtung der beiden Kameras 10.1 , 10.2 bezogen auf einen gemeinsamen Bezugspunkt kalibriert sind, kann die Auswerteeinheit 9 anhand der von den Kameras 10.1 , 10.2 übermittelten Bildern den Abstand, den Winkelversatz und den Höhenversatz zwischen dem Nutzfahrzeug 2 und der Wechselbrücke 1 er- mittein und daraus eine Soll-Trajektorie zum Unterfahren der Wechselbrücke berechnen.

Ferner umfasst das Nutzfahrzeug 2 eine Steuereinrichtung 1 1 , die eingerichtet ist auf Grundlage der ermittelten Soll-Trajektorie zum Unterfahren der Wechselbrücke 1 eine Antriebsvorrichtung des Nutzfahrzeugs 2 anzusteuern. So kann die Steuereinrichtung 1 1 für den Rangiervorgang beispielhaft einen Lenkwinkel für eine Fahrzeuglenkung sowie ein Antriebsmoment für ein Antriebsaggregat des Nutzfahrzeugs vorgeben, um das Nutzfahrzeug 2 während des Rangiervorgangs entlang der Soll- Trajektorie zum Unterfahren der Wechselbrücke 1 zu steuern.

Ist die Wechselbrücke 1 vollständig unterfahren worden, wird die Aufnahmeeinrichtung 7 zum Aufnehmen der Wechselbrücke 1 angehoben. Dies kann beispielsweise mittels einer Luftfederung des Nutzfahrzeugs 2 geschehen. Anschließend werden die vier Stützen 5.1 , 5.2, 5.3, 5.4 der Wechselbrücke 1 eingeklappt.

Bezugszeichen

1 Wechselbrücke

2 Nutzfahrzeug

3 Container

4 Aufnahmeraum

5.1. 5.2, 5.3, 5.4 Stützen

6 Fahrerhaus

7 Aufnahmeeinrichtung

8.1. 8.2, 8.3, 8.4 Zentrierrollen

9 Auswerteeinheit

10.1 , 10.2 Kameras

11 Steuereinrichtung

12.1 , 12.2 Führungsschienen

13 Frontseite

14.1 , 14.2, 14.3 Targets

15 Target

16 Mittenposition

17 Mittenposition

18 Mittenposition

19 Mittenposition

LV Lateralversatz

W Vertikalversatz