CN103996183A - 校准机动车辆中的传感器总成的方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于校准传感器总成（1）的方法，传感器总成定位于机动车辆（3）的挡风玻璃（2）内侧并且布置为使得其俯仰角度是可调节的。传感器总成至少包括都指向机动车辆（3）前面的窄波束传感器（4）和成像传感器（5）。传感器总成的窄波束传感器和成像传感器（5）的中心方向（6、7）之间的角度（γ）已经被预先校准并且存储于至少一个存储单元（8，9）中。该方法包括步骤：相对于机动车辆的几何行驶轴线（10）校准传感器总成（1）的窄波束传感器和成像传感器中的至少一个；记录与成像传感器的中心方向（7）和由车辆的固定结构部件（11）提供的基准之间的角度相应的度量值（ε）；以及在所述至少一个存储单元中存储记录的度量值（ε）。

Description

校准机动车辆中的传感器总成的方法

技术领域

本文的实施例涉及用于校准定位于机动车辆的挡风玻璃内侧的传感器总成（sensor cluster）的方法，所述传感器总成至少包括窄波束传感器和成像传感器。

本文进一步的实施例还涉及包括传感器总成的机动车辆，所述传感器总成至少包括窄波束传感器和成像传感器，并且所述传感器总成已经根据上述方法校准。

背景技术

在机动车辆中，传感器总成用来记录车辆环境。尤其，传感器总成用于驾驶员辅助系统。

为了为这种驾驶员辅助系统提供数据，机动车辆中传感器总成的使用正在变得越来越常见，有时包括不同技术的传感器，其范围可至少部分地重叠。尤其，使用由两种不同传感器构成的传感器总成，一个窄波束传感器、比如举例来说无线电检测和测距（RADAR）技术传感器或光检测和测距（LIDAR）技术传感器或基于利用辐射的受激发射来进行光波放大（Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiation，简称LASER，即激光）的其他传感器，以及一个成像传感器，这两种基本上都覆盖相同的场景。

包括窄波束技术传感器以及至少一个成像传感器的这种传感器总成通常布置于车辆中后视镜附近的挡风玻璃内侧处并且使得该组的传感器相对于车辆正常行驶方向是前视的。

传感器总成的窄波束传感器相对于机动车辆的几何行驶轴线的对准对于其正确操作是关键性的，并且因此通常必须执行为使得与该轴线的偏差在±1°范围内。为了符合这些要求，这种传感器总成通常在车辆制造期间在指定站点处或在更换和修理的专门校准工作站处校准。对于这种指定站点的要求是严格的，例如，其地板必须完美地水平并且将要执行校准的车辆通常需要完美地放置就位并且在该地板处对准，以使得与专门校准目标的关系得到确保。在校准时，完美地放置和对准的车辆的传感器总成的传感器朝着专门校准目标校准。与车辆的准确对准时间冗长并且需要专门仪器技术。

如从上面的描述中很明显，除了需要这种专门设备以外，该校准过程麻烦且昂贵，而专门设备处于例如成本原因不能在很多专门修理站提供，这就使得有时需要漫长且昂贵的行程以在更换传感器总成或更换传感器总成安装于此的挡风玻璃之后进行传感器总成的校准。

已经在尝试使得安装于车辆的传感器的校准很方便而不依赖于这种昂贵且稀少可用的专门校准站。一种这样的努力由US 2009033926示出，其涉及用于校准机动车辆中的成像传感器系统的设备。根据US2009033926，这通过在车辆的发动机罩内侧上提供校准目标来实现，校准目标提供为使得在升高发动机罩之后，校准目标在成像传感器系统的检测范围内并且在成像检测系统的成像传感器的视野深度范围中。由于校准目标定位在发动机罩内侧上，就无需外部的校准目标。这据说在车辆的制造中、在修理工作站中、并且还为车辆的所有人产生了成本优势，因为成像传感器系统可在不使用复杂外部仪器技术之下第一次校准并且可在任何时候重新校准，如果需要的话。

虽然由US 2009033926建议的校准设备对于一些情况可为成像传感器提供充分的校准，但US 2009033926的设备不适合用于包括多个传感器的传感器总成的校准，由于例如不同传感器总成的传感器之间的对准差异会为某些种类的传感器的正确起作用提供不充分的对准，比如窄波束传感器，例如RADAR、LIDAR或基于LASER技术的传感器。

发明内容

本文的实施例旨在提供一种改进的校准传感器总成的方法，其能为大多数种类的传感器的正确工作提供简单且充分的对准。

这通过一种校准传感器总成的方法来提供，该传感器总成定位于机动车辆的挡风玻璃的内侧并且布置为使得其俯仰角度（pitch）是可调节的，该传感器总成至少包括窄波束传感器（narrow beam sensor）和成像传感器，这两种传感器都指向机动车辆的前面，并且其中传感器总成的窄波束传感器和成像传感器的中心方向之间的角度γ已经被预先校准并且存储于至少一个存储单元中，该方法还包括步骤：相对于机动车辆的几何行驶轴线校准传感器总成的窄波束传感器和成像传感器中的至少一个；记录与成像传感器的中心方向和由车辆的固定结构部件提供的基准之间的角度相对应的度量值ε；以及在所述至少一个存储单元中存储记录的度量值ε。

记录并存储与成像传感器的中心方向和由车辆的固定结构部件提供的基准之间的角度相对应的度量值ε，使得能在任何位置校准车辆传感器总成，即无需至具有指定校准站的服务站的行程。

根据第二个方面，校准传感器总成的窄波束传感器和成像传感器中的至少一个的步骤包括：相对于机动车辆的几何行驶轴线校准窄波束传感器和成像传感器中的至少一个的中心方向以使得与该轴线的偏差在±1°内。

相对于机动车辆的几何行驶轴线仔细校准至少一个传感器以使得与该轴线的偏差在±1°内，使得窄波束传感器能充分地对准以便于其最佳操作。

根据第三个方面，记录度量值ε的步骤包括：在布置为与传感器总成集成的存储单元中记录度量值ε的至少一个副本并且与传感器总成分开的存储单元中记录度量值ε的至少一个副本。

度量值ε的双重存储使得能在传感器总成需要更换为备件时获得校准数据，这通过从传感器总成获得该校准数据，或者如果例如其存储单元损坏，从与传感器总成分开的存储单元获得。

根据第四个方面，在与传感器总成分开的存储单元中记录度量值ε的步骤包括：在布置于指定车辆处的存储单元中记录度量值ε的至少一个副本。

度量值ε的双重存储（其中一个布置于指定车辆处）使得，能在传感器总成需要更换为备件时获得校准数据，这通过从传感器总成获得该校准数据，或者如果例如其存储单元损坏，从布置于指定车辆处的与传感器总成分开的存储单元获得。

根据第五个方面，车辆的固定结构部件是车辆的发动机罩的边缘。

将度量值ε基于车辆的发动机罩的边缘（其是一直存在于成像传感器的视野中的车辆固定结构部件），能使得传感器总成监控其校准状态。

根据第六个方面，设想一种机动车辆，其包括传感器总成，该传感器总成至少包括窄波束传感器和成像传感器，并且该传感器总成已经根据这里所述的方法进行校准。

包括根据这里所述方法校准的传感器总成的机动车辆允许在任何位置重新校准，例如在故障传感器总成或破损挡风玻璃的更换之后，即无需至具有指定校准站的服务站的行程。

附图说明

下面，本文的实施例将参照附图仅以举例的方式更详细地描述，其中：

图1是传感器总成如何相对彼此校准的示意图。

图2是与成像传感器的中心方向与由车辆的固定结构部件提供的基准之间的角度相对应的度量值ε的记录的示意图。

本文实施例的其他目标和特点将从以下结合附图的详细描述中变得明显。然而，要理解到，附图仅设计用于说明的目的而不是作为其界限的定义，该界限应当参考所附的权利要求。还应当理解到，附图无需按比例绘制，并且除非另有说明，它们仅是要概念地示出这里描述的结构和过程。

具体实施方式

总体上，本文的实施例涉及用于校准定位于机动车辆3处的传感器总成1的方法，该传感器总成1至少包括安装于相同壳体中的窄波束传感器4和成像传感器5。这种传感器总成1的传感器4、5在传感器总成1的制造期间相对彼此校准，以使得相应的传感器4、5彼此正确地对准。由于传感器4、5通常水平或竖直地并排布置，因此所述对准通常是指在这两种传感器4、5的方向6、7之间将具有角度。在下文中，这两种传感器4、5的方向之间的该角度将称为角度γ。

窄波束传感器4可以是无线电检测和测距（RADAR）技术传感器或光检测和测距（LIDAR）技术传感器或基于利用辐射的受激发射来进行光波放大（LASER，激光）技术的其他传感器或具有要求高精度对准的狭窄感测波束的任何类型传感器。

成像传感器5可以是视频传感器，例如，设计为电荷耦合器件（CCD）摄像机或互补金属氧化物半导体（CMOS）摄像机。

据此，传感器总成1包括存储单元8，并且在传感器总成1的传感器4、5的制造和对准之后，这两种传感器4、5的方向之间的角度γ（下文是γ）被记录并且存储于传感器总成1的存储器单元8中。

传感器总成1（两种传感器4、5的方向之间的角度γ存储于其存储单元8中）在生产中被安装于车辆3的挡风玻璃2的内侧位于后视镜（未示出）附近并且使得传感器总成1的传感器4、5相对于车辆3的正常行驶方向是前视的。

如图1所示，其中一些尺寸和角度为了便于理解已经放大，成像传感器5看到的角度将在下文称为β，其是成像传感器5视线锥体14的中心7与基准水平面15之间的角度。窄波束传感器4视线锥体13的中心与基准水平面15之间的角度将在下文称为α。角度γ是传感器总成1的两种传感器4、5的方向之间的角度。因而，角度γ是角度α和β之间的差，以使得γ=α-β。角度α和β还可记录和存储于传感器总成1的存储单元8中。如图1中所示，传感器视线锥体13、14的中心6、7的指向稍微低于基准水平面15，这是因为传感器总成1通常在机动车辆3中安装得相当高，如上面提到的通常在车辆3的挡风玻璃2的内侧并且在后视镜（未示出）附近，因而有利地需要稍微向下定向以利用前车的最适当反射表面，比如尾灯以及通常高反射性的牌照。

根据其第一实施例，如图2所示（其中一些尺寸和角度为了便于理解同样被放大），提出了一种用于校准传感器总成1的方法，该传感器总成1定位于机动车辆3的挡风玻璃2内侧并且布置为使得其俯仰角度是可调节的。为了可调节性，传感器总成1可安装于铰链上，使得其通过调节螺钉等的操纵在纵向上（即竖直地）倾斜。

传感器总成1至少包括窄波束传感器4和成像传感器5，它们都指向机动车辆3的前面，并且其中传感器总成1的窄波束传感器4和成像传感器5的中心方向6、7之间的角度γ已经被预校准并且存储于至少一个存储单元8、9中。

首先，执行传感器总成1的窄波束传感器4和成像传感器5中的至少一个相对于机动车辆3的几何行驶轴线10校准的步骤。要说明的是，考虑到制造公差，车辆的纵向轴线可能不是精确地对应于机动车辆3的几何行驶轴线10，几何行驶轴线10通常由后轴的前束角（toe-inangle）的等分线限定。

对于该步骤，车辆3在生产中被带入指定校准站，在指定校准站，传感器总成1的窄波束传感器4或成像传感器5被相对于机动车辆3的几何行驶轴线10校准。指定校准站适当地布置为使得其地板完美地水平并且使得将要被执行校准的车辆3能放置为在该地板处完美地定位和对准，以使得能够确保与车辆3附近的一个或多个特定校准目标12的关系。

一旦已经执行了上面的校准步骤，传感器总成1的成像传感器5将在其视野内具有固定的车辆3结构部件11，这里是车辆3的发动机罩11的边缘。车辆3的发动机罩11的边缘也在传感器总成1的成像传感器5的检测范围内并且在成像传感器5的视野深度范围（depth-of-field range，也称景深范围）中。由于成像传感器5的孔径是已知的，现在能获得成像传感器5看到的角度的度量值，例如，从距由车辆3的发动机罩11的边缘提供的基准的距离以及车辆3的发动机罩11的边缘与获得图像的边界之间的像素数量获得。

因而，最初校准步骤之后是记录度量值（以下称为ε）的步骤，该度量值ε相应于成像传感器5的中心方向7与由车辆3的固定结构部件11提供的基准之间的角度。

接下来执行在至少一个存储单元8、9中存储所记录的度量值ε的步骤。

已经记录和存储了与成像传感器5的中心方向和由车辆3的固定结构部件11提供的基准之间的角度相对应的度量值ε，就能在任何位置处（即，无需行驶至具有指定校准站的服务站）校准车辆传感器总成1。

在其一些实施例中，校准传感器总成1的窄波束传感器4和成像传感器5中的至少一个的步骤包括相对于机动车辆3的几何行驶轴线10校准窄波束传感器4和成像传感器5中的至少一个的中心方向6、7以使得与该轴线10的偏差在±1°内。

至少一个传感器相对于机动车辆3的几何行驶轴线10的仔细校准以使得与该轴线的偏差在±1°内，使得能获得窄波束传感器的充分对准以用于其最佳操作，尤其是如果需要更换窄波束传感器4或附接有窄波束传感器4的相关挡风玻璃2。

在其进一步的实施例中，记录度量值ε的步骤包括在与传感器总成1集成地布置的存储单元8中记录度量值ε的至少一个副本以及在与传感器总成1分开的存储单元9中记录度量值ε的至少一个副本。

度量值ε的这种双重存储使得能在传感器总成1必须更换为备件时获得校准数据。这是因为现在能从传感器总成1的存储单元8获得该校准数据，或者如果例如其存储单元8损坏，则从与传感器总成分开的存储单元9获得。这种辅助备份存储单元9例如可布置为服务数据库的一部分，其可以是服务站可达到的基于云的服务、由车辆制造商保存的数据库或由服务站链等保存的数据库。

在其又一些实施例中，在与传感器总成1分开的存储单元9中记录度量值ε的步骤包括在布置于指定车辆3处的存储单元9中记录度量值ε的至少一个副本。

在指定车辆3处提供辅助备份存储单元9使得能在传感器总成1必须改变为备件的情况下获得该指定车辆3的校准数据。因而，如果将要更换的传感器总成1的存储单元8损坏，校准数据可从布置于指定车辆3处的存储单元9搜集。

在其另一些实施例中，车辆3的固定结构部件11能是车辆3的发动机罩的边缘。

度量值ε基于车辆3的发动机罩11的边缘并且该边缘是一直存在于成像传感器5的视野中的固定车辆结构部件11的事实能使得传感器总成1监控其校准状态。因此，例如，能给车辆操作者发出故障信息，如果成像传感器5不能检测该固定车辆结构部件11的话。还可设想基于该事实为传感器总成1提供进一步的检测和诊断功能。

因而，上述方法允许车载传感器总成1使用依赖存在于车辆处的校准目标11的车载装置进行自主校准（即，独立于服务站），依赖于该目标11可校准车辆3的传感器总成1。校准目标11始终在传感器总成1的成像传感器5的视野内。这通过使用车辆3的发动机罩边缘作为校准目标11从而以特别简单且有利的方式实现，如图2所示。车辆3的发动机罩11的边缘在传感器总成1的成像传感器5的检测范围内并且在成像传感器5的深度视野范围内。

图2示出车辆3的发动机罩11的边缘。由于校准目标11定位在车辆3的发动机罩的边缘处，因此不必要具有外部的校准目标。这能节约成本，对修理站如此，并且对于车辆3的所有人也如此，因为如果需要，传感器总成1可在任何时间重新校准而无需使用复杂的外部仪器技术。因为发动机罩及其边缘11通过设计相对于车辆3精确地布置，校准目标11已经具有精确的基准位置，这便于传感器总成1的良好校准。

因此，在新更换的传感器总成1的校准期间，设置点（setpoint）能由记录的度量值ε以及为新更换的传感器总成1记录且存储的角度γ来计算。设置点与实际位置之间的Δ值显示于车辆3的显示设备（未示出）处并且服务人员可转动调节螺钉直到差值在期望限度内，例如，通过校准已经实现的视觉和/或可听信号来指示。

如果传感器总成1安装于挡风玻璃2上，而挡风玻璃2需要更换，在更换挡风玻璃2之后重新校准传感器总成无需专门工具，也无需任何专门训练和经验。这是可能的，因为度量值ε是传感器总成已知的并且存储于其存储单元8中。更换挡风玻璃2引起的车辆3的底盘的角度改变在给车辆通电或开始点火时重新记录。如果偏差使得预先存储的度量值ε到达精确度需要的极限值，则显示需要重新校准的信息。关于如何重新校准传感器总成1的基本指令可与更换挡风玻璃2一起发出，并且其重新校准可使用螺丝刀或类似基本工具执行。

因而，在传感器总成通电并且工作站人员例如正在致动指令中描述的伴随更换挡风玻璃2的某个开关程序时，可显示如何执行校准的方向，引导工作站人员调整需要执行的方向。一旦度量值ε指示校准角度在适当限度内，可启动视觉和/或可听信号，告知已经实现适当的校准。

根据本申请，还设想一种包括传感器总成1的机动车辆3，该传感器总成1至少包括窄波束传感器4和成像传感器5，并且该传感器总成1已经根据上述方法校准。

上述实施例可在以下权利要求的范围内改变。

因而，虽然已经示出和描述并且指出本文实施例的基本新颖特点，但将理解到，所示设备的形式和细节中以及它们的操作中的各种省略和替代以及改变，可由本领域技术人员做出。例如，很清楚，以基本上相同方式执行基本上相同功能以实现相同效果的那些要素和/或方法步骤的所有组合是等同的。而且，应当认识到，与本文任何公开形式或实施例相结合示出和/或描述的结构和/或要素和/或方法步骤能结合于任何其他公开或描述或暗示的形式或实施例中，作为设计选择的一般事项。

Claims (6)

1.一种用于校准传感器总成（1）的方法，所述传感器总成位于机动车辆（3）的挡风玻璃（2）的内侧并且布置为使得其俯仰角度是可调节的，所述传感器总成（1）至少包括窄波束传感器（4）和成像传感器（5），所述窄波束传感器（4）和成像传感器（5）都指向机动车辆（3）的前面，并且，传感器总成（1）的窄波束传感器（4）和成像传感器（5）的中心方向（6、7）之间的角度（γ）已经被预先校准并且存储于至少一个存储单元（8，9）中，

其特征在于其还包括步骤：

相对于机动车辆（3）的几何行驶轴线（10）校准传感器总成（1）的窄波束传感器（4）和成像传感器（5）中的至少一个；

记录与成像传感器（5）的中心方向（7）和由车辆（3）的固定结构部件（11）提供的基准之间的角度相对应的度量值（ε）；以及

在所述至少一个存储单元（8，9）中存储所记录的度量值（ε）。

2.根据权利要求1所述的用于校准传感器总成（1）的方法，其特征在于校准传感器总成（1）的窄波束传感器（4）和成像传感器（5）中的至少一个的步骤包括：相对于机动车辆（3）的几何行驶轴线（10）校准窄波束传感器（4）和成像传感器（5）中的至少一个的中心方向（6，7）以使得与该轴线（10）的偏差在±1°内。

3.根据权利要求1至2任何一项所述的用于校准传感器总成（1）的方法，其特征在于记录度量值（ε）的步骤包括：在布置为与传感器总成（1）集成的存储单元（8）中记录度量值（ε）的至少一个副本，以及在与传感器总成（1）分开的存储单元（9）中记录度量值（ε）的至少一个副本。

4.根据权利要求3的用于校准传感器总成（1）的方法，其特征在于在与传感器总成（1）分开的存储单元（9）中记录度量值（ε）的步骤包括：在布置于指定车辆（3）处的存储单元（9）中记录度量值（ε）的至少一个副本。

5.根据权利要求1至4任何一项所述的用于校准传感器总成（1）的方法，其特征在于车辆（3）的固定结构部件（11）是车辆（3）的发动机罩的边缘。

6.一种机动车辆（3），其特征在于包括传感器总成（1），所述传感器总成至少包括窄波束传感器（4）和成像传感器（5），并且所述传感器总成（7）已经根据权利要求1至5任何一项的方法被校准。