(57)【要約】【課題】トレーラを自動車に正確かつ迅速に連結する。【解決手段】トレーラ（２）を自動車（１）に、特に、トレーラ（２）を牽引車（１）に連結するシステムであり、連結領域に位置する画像センサ（５）を備えている。連結工程は、自動車（１）のトレーラ連結器（４）とトレーラ（２）の牽引棒（３）との接続を含み、トレーラ連結器（４）に関連するロック要素（８）の動きを検出する画像センサ（５）により検出される。その際に、自動車（１）を制動する工程が開始される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレーラを自動車に、特にトレーラを牽引車に連結するシステムであり、連結領域に位置する画像センサを備えたシステムであって、
前記自動車（１）のトレーラ連結器（４）と前記トレーラ（２）の牽引棒（３）との接続を含む連結工程が、前記トレーラ連結器（４）に関連するロック要素（８）の動きを検出する画像センサ（５）により検出され、その際に前記自動車（１）を制動する工程が開始されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記自動車（１）の前記トレーラ連結器（４）が、前記トレーラ連結器（４）の開放状態を検出するためのセンサを備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センサが、前記自動車（１）を制動する工程が開始されるように、前記トレーラ（２）を前記自動車（１）に連結する際に信号を発生することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記発生された信号が、前記制動工程を自動的に開始する制御ユニットに中継されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記自動車（１）のエンジントルクが増加した際に、前記制動工程が開始されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記制動工程が、前記自動車（１）の後方部の降下を前記画像センサ（５）により認知した際に開始されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記連結工程が、前記自動車（１）の横方向及び／又は高さの制御を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記画像センサ（５）が、前記自動車（１）の前記トレーラ連結器（４）の上方の領域に位置することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記画像センサ（５）が、前記自動車（１）の前記トレーラ連結器（４）に組み込まれたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレーラを自動車に、特にトレーラを牽引車に連結するシステムであって、連結領域に位置する画像センサを備えたシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トレーラを牽引車などの自動車に連結することは、しばしば労力と困難が伴い、様々な人の協力を必要とすることが非常に多い。一般に、トレーラを牽引車に連結するには、トレーラに位置する連結装置が牽引車に位置する連結器又はヒッチに対して両者が互いに接続可能となる程度に近づくまで、牽引車をトレーラに向かって後方に移動させることになる。しかしながら、牽引車の運転者は、動作領域を見ることができずに後方に向かって運転しながら、トレーラと牽引車の両連結部分を盲目的に重ね合わせようとする。そこで、運転者が、トレーラに近づきすぎてしまい、牽引棒によって牽引車の後方端部が損傷することが頻繁に起こっている。このように、自動車の連結器がトレーラの牽引棒の球状の先端と正確に位置合わされていないと、かかる損傷が頻繁に起こり、或いは、後ろ向き走行を連結工程に至る前に止めてしまい、縦方向及び／又は横方向にずれが残ってしまうことがある。何れの場合にも、重いトレーラの場合には牽引棒の手動動作が基本的に不可能であるため、再度連結を試みるには、運転者は、自動車を降りて、トレーラの牽引棒に対する連結器の位置を調べなければならない。
【０００３】
さらに、衝突警告装置を備えた自動車を利用することも知られている。この衝突警告装置は、例えば、自動車の近傍にある他の対象物までの距離を決定することができる超音波センサを備える。かかる衝突回避装置は、所定の最小距離を超えた時点で警告信号を発生するように設計されている。現在までに知られている衝突回避装置は、エコーの原理に基づいて動作するものであり、好ましくは車室内の領域に取り付けられ、運転者に見えない自動車後方領域に向かって音波を発生するものである。しかしながら、これからは、特定の種類の情報しか、具体的には、対象物が自動車の後方領域に位置するか否か、この対象物が自動車からどの位の距離にあるのか、更に、いつブレーキを作動しなければならないのかなどの非常に一般的な事柄しか運転者に知らせない情報しか得られない。しかしながら、多くの場合、特に自動車をトレーラに連結する際には、対象物が存在するという情報だけでは不十分であり、むしろ、対象物の正確な場所、又は場合によっては、位置に関する情報が望まれ、かかる衝突回避装置は、この点で不利である。
【０００４】
特許文献１では、トレーラの連結装置又はヒッチを、牽引車の連結器に対して位置付けるための方法及び装置が示されている。２つの連結装置は、受信装置の中央点の両側にある同数の受信器がトレーラからの同一強度の信号の発生を受信するように、トレーラ側の連結装置と牽引車側の連結器とが相互に移動する、本質的に相互に平行となされた縦軸を備えている。そして、これら２つの連結装置は、送信器及び受信ユニットにより距離測定を用いて、互いに移動することができる。２つの連結要素を互いに位置付ける場合には、両者間の距離だけでなく、縦軸の方向付けも決定される。このようにして、トレーラ側の連結装置と牽引車側の連結器とが互いに近づけられて、これらが互いに接続可能となるとともに、これと同時に牽引車の縦軸とトレーラの縦軸とが合わせされるように、牽引車をトレーラに向かって方向付けることが可能となる。ここで、送信器は、牽引車の縦軸に関連し、受信ユニットは、トレーラの縦軸と関連する。この受信ユニットにより受信された信号の発生は、マイクロコンピュータを介して処理され、コンピュータにより音声又は画像表示を作成するためのデータになる。このようにして、牽引車の運転者は、トレーラの連結装置に対して牽引車の連結器の方向付けに関する情報を得る。
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第１０２３７６１５Ｃ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は、トレーラを自動車に正確且つ迅速に連結可能とする、トレーラを自動車に、特にトレーラを牽引車に連結するシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、上記課題は、請求項１に記載の特徴の組み合わせによって解決される。
【０００８】
本発明によれば、トレーラを牽引車に連結する工程中で、連結領域に位置し、自動車の連結器と関連するロック要素の動きを検出することにより、牽引車の連結器又はヒッチとトレーラの牽引棒との接続を検出する画像センサが用いられる。ここで、ロック要素は、例えば、レバー要素の形態をとっており、連結中に上方位置から下方位置に動かされ、それにより連結を完了するものである。画像センサがロック要素の動きを検出すると、牽引車を制動する工程が開始される。ここで、運転者に知らせるため、記録された画像を画像センサから牽引車の運転者にディスプレイを介して表示することができ、これにより制動動作が開始される。また、「制動工程の開始」という用語は、自動車の車室内に提示され、運転者が手動で制動工程を開始すべきことを運転者に知らせる信号を含むものと理解される。同様に、牽引車に設けられ且つ画像センサを制御する制御ユニットが、制動制御ユニットに信号を送ることができ、この制動制御ユニットは、ロック要素の動きに続いて、牽引車の自動的な制動を開始する。これによる１つの本質的な利点は、このようにして迅速な連結を確実なものとすることができ、しかも制動工程を制御及び監視することができることである。
【０００９】
ここで、画像センサとしては、例えば、カメラを用いることができる。適切なカメラとしては、例えば、非可視波長領域だけでなく可視波長領域にも感度を有しうるＣＣＤ又はＣＭＯＳチップ技術を採用したカメラを含む。また、距離解像画像センサも適当であり、このようなセンサとしては、例えば、レーザースキャナー、距離画像カメラ、近距離範囲の画像を提供するレーダー、又は、自動車に立体配置された少なくとも２つのカメラが挙げられる。
【００１０】
本発明の一実施の形態においては、トレーラ連結器の開放状態を検出するためのセンサを備えた自動車のトレーラ連結器を提供することができ、このセンサは、自動車の制動工程が開始されるように、トレーラが自動車に連結される際に信号を発生する。さらに、画像センサによりロック要素の動きを検出するための更なるセンサを設けることもできる。このセンサは、連結時に、場合によっては牽引棒が牽引車の連結器に挿入された際に、同様に牽引棒が牽引車のトレーラ連結器に接続されているので牽引車を停止しなければならないことを注意するために、例えば運転者側の車室内に信号を発生する。ここで、この補足的な信号は、牽引車の運転者が、例えばディスプレイを監視していなかったり、不注意であったりする場合に、補足的な信号により、例えば音響信号が即座に運転者に警報を出し、制動工程を開始せねばならないことを知らせる点で有利となり得る。
【００１１】
さらに、本発明の他の有利な実施の形態は、残る従属項から理解することができる。以下、本発明の実施の形態の概略を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１には、ここでは牽引車である自動車１と、ここではトレーラである被牽引車両２が示されている。トレーラ２を牽引車１と連結するために、牽引車１は、トレーラ２の前方に駐車されていなければならない。牽引車１には、トレーラ連結器４が設けられている。トレーラ２にも、同様に、連結要素３、すなわち牽引棒が示されており、この牽引棒は、トレーラ２を牽引車１に接続するために、牽引車１のトレーラ連結器４に挿入されなければならない。画像センサ５が、牽引車１の後方で後ろ向きに面し、例えば連結領域に設けられており、図２に示すような画像をリアルタイムで記録する。これは、画像センサ５がトレーラ２の幅中央で且つ牽引車１のトレーラ連結器４の上方に位置する場合に有利である。なお、画像センサ５は、トレーラ連結器４に組み込まれることも、同様に可能である。 
【００１３】
画像センサ５は、牽引車１内に設けられた制御ユニットにより、牽引車１の背後の領域を記録するように、特に牽引棒３を記録するように制御される。制御ユニットにより用いられる画像処理アルゴリズムは、２段階で機能する。第１に、画像センサ５は、トレーラ２を発見し、これを画像中に捕らえるようにし、図２の領域３’に位置する牽引棒３の末端を位置付けなければならない。第２の工程では、トレーラ２及び牽引棒３が、画像内の中央位置、場合によってはここで長方形で示された区域６に想定されるために、画像中にどのような変位を、場合によってはどのような横方向移動を行うべきであるかを、決定する。ここで、牽引棒３、場合によっては牽引棒の末端は、画像処理アルゴリズムにより、次のように認識される。すなわち、まず、牽引部３の一部を画像中に発見し、それから牽引棒の末端を外挿法により認識する。ここで、牽引棒要素７の輪郭は、知られているセグメント化処理により、画像中のラインに基づき検出される。
【００１４】
図２では、トレーラ連結器４に関連するロック要素８を区域６の領域内に同様に示している。ロック要素は、牽引車１のトレーラ連結器４に牽引棒の末端を挿入する際に動かされるものであり、下方向に移動する。これにより、ボルトが牽引棒の末端にある窪み又は穴に入り込み、その結果、連結状態が固定される。
【００１５】
図３では、牽引棒要素７の最も重要な輪郭と、牽引棒３の外挿された端点９と、連結時に牽引棒の末端が挿入されて位置すべき目標区域１０とが、制御用として示されている。画像センサ５により記録された画像は、まず外挿され、これにより縁部画像が生成される。外挿は、例えば、ソーベルオペレータを用いて計算される。ソーベルオペレータは、画像中の構造を増幅し、入力画像上に押し込まれる、好ましくは５×５素子を有するマトリックスを示す輪郭テンプレート又はマスクによって、処理又は作業する。このマトリックスによって、マトリックスの中央下に位置する画素の環境が観察される。ここで、入力画像の画素は、対応するマトリックスセル中の値と乗じられ、その積が加算される。合計は、マトリックスの中央の画素の濃淡値を表す。この値は、フィルター処理された画像に導入される。マトリックス素子の選択によって、水平方向、垂直方向、又は対角線方向の何れかの縁部を検出することができる。ソーベルオペレータによれば、この場合に存在するコントラストの乏しい画像であっても、良好な結果を実現することができる。ここで、好ましくは、微分値だけが記憶される。その後、画像は、２値画像に変換される。この場合、閾値未満の微分値は、０に設定され、閾値を超える微分値は、１に設定される。０は、画像中の白色画素を表しており、１は、画像中の黒色画素を表している。なお、閾値は、例えば、実験的に決定されるか、或いは、適応性を有する閾値を採用することも可能である。結果は、２値画像となり、牽引棒３の輪郭ラインの他に、更に多くのラインが含まれる。この種のラインは、次の式により示すことができる。
ｘ・ｃｏｓ（θ）＋ｙ・ｓｉｎ（θ）＋ρ＝０
【００１６】
次の工程では、画像中の不要な線、つまり、トレーラに属さない線、場合によってはトレーラヒッチ３の輪郭ラインが、フィルター処理される。このフィルター処理の構成では、好ましくは、次にハフ変換が実行され、二次元２値画像に含まれる線が座標ｘ及びｙを有した状態で三次元画像空間に変換される。その後、変換された値がフィルター処理される。一定の閾値未満の値は、０に設定され、それ以上処理されない。しかしながら、図４からも明らかなように、数個の不要なラインがフィルター処理後も残ることがあり、これらは、トレーラ２を牽引車１に連結するのに不要である。連結に必要なラインは、符号１１で図中に表され、且つガウス近似により識別される同じ区域内で、常に交差又は横断している。ここで、区域１１は、画像の下方中央に位置し、最も重要なラインは、常に、互いに５°〜３０°の角度で配置されている。この区域１１内に位置するラインは、保存される。
【００１７】
水平方向及び垂直方向の区間によって、区域１１のうちのどの領域に７５％の割合で収束する画素が見られるかを識別することができる。図５に示すようなこの種のグラフでは、ｘ軸は、画素位置を表しており、ｙ軸は、最も密集した収束度を％単位で表しており、このグラフの上方領域の水平方向の点線は、７５％にある閾値を表しており、どの領域に７５％の収束度の画素が位置しているかを計算することができる。そして、この領域は、見られるセグメントに応じて、グラフの下方端部で両方向の水平な矢印により表された区域１１の幅又は長さに対応し、又はそれを表している。ここで、目標点の位置は、グラフ中に表された区域１１の中央部Ｍを表す。
【００１８】
画像中における区域１１の既知な位置又は場所に基づいて、自動車とトレーラとの間の距離は、距離が数メートルあったとしても、かなり正確に推測することができる。
【００１９】
牽引車１の制御は、トレーラ２に対して正確な位置に到着させるため、横方向、及び高さ又は高度において行われる。横方向における制御は、かじ取り角の変化により行い、例えばＰＩＤコントローラに基づく。このかじ取り角は、データバス（ＣＡＮバス）を介して制御ユニットに所望値として送信される。
【００２０】
高さ制御は、自動車の基準面を変化させることにより行う。このため、連結に必要な自動車の連結要素の高さは、好ましくは、画像センサから得られたデータに基づいて決定される。したがって、このために用いた画像処理アルゴリズムは、距離に関する情報、又は場合によっては牽引車１に対するトレーラ２の高さに関する情報を必要とする。図６に示すように、このためには、一連の観察されたビーム、特にそれらの角度を、画素精度として評価する。これは、トレーラ２が牽引車１に近づけば近づくほど、観察されたビーム１２がより急勾配に伸びるということを意味している。トレーラ２の牽引車１までの距離は、ここから概略決定することができる。牽引車１をトレーラ２の高さに正確に位置付けるためには、よく知られている三角法公式を用いる。トレーラ２は一定の高さｂを有しているため、牽引車１の高さｃは、牽引車１のトレーラ２までの距離ａに基づいて、計算されなければならない。ここで、点線１２は、牽引車１上の画像センサ５から得られた１つの観察されたビームを表している。ＰＩＤコントローラを用いて、牽引車１がトレーラ２と同じ高さを有するように、高さの違いを補正することができる。
【００２１】
牽引車１の高さをトレーラ２の高さに対応させた後、トレーラ２の牽引棒３の末端を、牽引車１のトレーラ連結器４に挿入することができる。牽引棒３の末端を牽引車１のトレーラ連結器４に挿入するとすぐに、或いは場合によっては挿入中に、レバー８が下方に移動する。この状況は、画像センサ５により記録され、制御ユニットを介して、ディスプレイ上で牽引車１の運転者に表示される。これにより、連結工程を終え、制動工程を開始しなければならないことが示される。しかしながら、制動工程は、ブレーキが自動的にロックされるように、制御ユニットにより自動的に開始することもできる。
【００２２】
トレーラ２は、牽引車１を妨げるものではなく、トレーラ２の連結時に牽引車１に対して重心を表すため、牽引車１の車台は、沈み込む。牽引車の車台の沈みを画像供給センサにより評価することを、制動工程の開始に補足的に用いることができる。この状況では、牽引車１のトルクが増加する。トレーラ連結器４の開放状態を検出するためのセンサを備えたトレーラ連結器４を用いると、その代わりに、又は加えて、適切な時に制動を適切に制御するように、センサの信号を停止信号としてパワートレインコントローラに導入することができる。なお、制動工程を開始するための示した３つの可能性のうちの１つだけを用いることができる点も考慮されたい。もちろん、３つ全ての可能性を自由に互いに組み合わせることもできるであろう。
【００２３】
図７は、制動工程を開始するための、ロック要素８の画像センサ５により記録された画像を詳細に示している。このように、制動工程の開始を行うために、まず、画像処理アルゴリズムは、画像センサ５により記録された画像中にロック要素８を発見する必要がある。ただし、これは、どの連結モデルが存在するかによるため、その場所は、事前には知られていない。トレーラ連結器４とロック要素８は、これらが牽引車１の一部であるため、画像中に静止している。その後、連結工程中に画像センサ５に記録された画像毎に、所定の時間が割り当てられる。小さな変化のある画素は、その変化が振動又は光の変化から生じるものであり、静止したものとして定義される。静的な部分は、図７に符号１３で示されている。静的でない部分は、ロック要素８を表しているが、異なる連続性を有する区域として定義され、符号１４で示される。また、画像中の静的な部分１３の一領域が非常に大きな動きを明示している場合には、この状態は、表示され、場合によっては、牽引車１の運転者に信号が伝達され、運転者がロック要素８の降下を心にとめ、或いはそれに気づくようになる。その後、運転者は、手動で制動工程を開始することができ、自動操作の場合には、トレーラ２が牽引車１に連結されるのを監視することができる。
【００２４】
連結システムは、牽引車１の車室内で運転者により押しボタンを作動することにより、又は、無線遠隔操作により、又は、主制御局により例えば無線で操作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】被牽引体、特にトレーラに連結する工程中における自動車、特に牽引車の概略を示す図。
【図２】画像センサにより撮られた牽引棒の画像を簡略化して示す図。
【図３】画像中の牽引棒のモデル化を示す図。
【図４】ハフ変換により得られた生成画像のラインを示す図。
【図５】目標領域の選択を示すグラフ。
【図６】トレーラに対する自動車の高さ位置の決定の概略を示す図。
【図７】画像中のロック要素の検出の概略を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１  牽引車
２  トレーラ
３  牽引棒
４  トレーラ連結器
５  画像センサ
６  区域
７  牽引棒要素
８  ロック要素
９  端点
１０  目標区域
１１  区域
１２  ビーム
１３  静的な部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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