CN112710340A - 用于校准车辆传感器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于校准机动车的车辆传感器的方法，包括如下步骤：通过车辆传感器在总测量时间段期间在多个测量时刻求取传感器数据，其中总测量时间段分为多个部分测量时间段，其中机动车相对于机动车的周围环境中的对象运动；对于每个部分测量时间段，根据求取的传感器数据计算所述对象的对象位置；对于每个部分测量时间段，根据对于所述部分测量时间段计算的对象位置计算部分测量时间段正弦图；通过部分测量时间段正弦图的相加以及借助与部分测量时间段正弦图相关的因子的校正计算总测量时间段正弦图；根据总测量时间段正弦图求取车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向；以及根据求取的车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向校准车辆传感器。

Description

用于校准车辆传感器的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于校准(Kalibrieren)机动车的车辆传感器的方法。此外，本发明还涉及一种用于校准机动车的车辆传感器的相应的设备。
背景技术
驾驶员辅助系统访问车辆传感器的传感器数据。为了驾驶员辅助系统在离开工厂之前已经可用，那么必须校准车辆传感器。为了校准，机动车可以在底盘测试台(Fahrwerksstand)上在测量的行驶轴线的情况下向适合的目标运动。然而，行驶轴线的静止的测量和在针对此形成的校准是时间和成本开销高的。特别是，传感器反应于机动车的行驶轴线的方向的求取在生产周围环境中可能变得有问题，因为应等待短的停止时间。因此，静态方法的开销可以随着每个传感器线性增长，这对于由多个传感器组成的多传感器系统可能变得困难。
在借助三边测量通过固定的对象对传感器进行动态校准时，可能变得困难的是，监控对象彼此间的位置，以确保使对象不运动。此外，对象的追踪(跟踪)是非常开销高的。“对象”可理解为每个这样的点：根据传感器数据可以给该点分配坐标，例如雷达反射等。
由文献DE 10 2013 209 494 A1已知用于求取雷达传感器的失调的方法，其中，将测量的角与根据间隔测量计算的角进行比较。
此外，由文献EP 1 947 473 A2已知一种用于间隔传感器的校准的方法和测量段。在此，在行车道上布置有测标。
发明内容
本发明提供具有根据本发明的特征的用于校准机动车的车辆传感器的方法和具有根据本发明的特征的用于校准机动车的车辆传感器的设备。
优选的实施方式是相应的优选的构型方式。
因此，根据第一方面，本发明涉及一种用于校准机动车的车辆传感器的方法。车辆传感器在总测量时间段期间在多个测量时刻求取传感器数据，其中，机动车相对于机动车的周围环境中的对象运动。总测量时间段被划分为多个部分测量时间段。对于每个部分测量时间段，根据所求取的传感器数据计算对象位置。对于每个部分测量时间段，根据对于该部分测量时间段所计算的对象位置计算部分测量时间段正弦图。通过部分测量时间段正弦图的相加以及借助与部分测量时间段正弦图相关的因子的校正(Korrigieren)计算总测量时间段正弦图。根据总测量时间段正弦图求取车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向。根据所求取的车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向校准车辆传感器。
根据第二方面，本发明涉及一种用于校准机动车的车辆传感器的设备，该设备具有接口、计算装置和校准装置。接口接收传感器数据，其通过车辆传感器在总测量时间段期间在多个测量时刻来求取，同时机动车相对于机动车的周围环境中的对象运动。计算装置将总测量时间段划分为多个部分测量时间段。计算装置对于每个部分测量时间段，根据所求取的传感器数据计算对象位置。计算装置对于每个部分测量时间段，根据对于该部分测量时间段计算的对象位置计算部分测量时间段正弦图。计算装置通过部分测量时间段正弦图的相加以及借助与部分测量时间段正弦图相关的因子的校正计算总测量时间段正弦图。计算装置还根据总测量时间段正弦图计算车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向。校准装置根据所求取的车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向校准车辆传感器。
本发明的优点：
本发明能实现动态校准，从而校准过程可以在没有停止时间并且在行驶期间没有行驶轴线的定向的情况下实施。因此例如可以将由工厂至停车场或至运输车的行驶用于校准。本发明因此可用于在工厂中时间流程的优化。
根据本发明的车辆传感器的校准也可以在没有(径向)速度、偏航率或其他信号的测量的情况下足以应付(auskommen)。对象的追踪也是不需要的。此外，该方法特别是相比于静态方法在仰角方向上更准确。
最后，该方法可以更简单地实现。即使有好的结果，本方法不依赖于固定的对象，由此可以降低成本，因为无需持续监测对象的安置位置。
通过将总测量时间段划分为多个部分测量时间段且求取相应的部分测量时间段正弦图，可以通过应用修正因子(Korrekturfaktor)消除简洁的干扰影响。如果不需要修正，那么修正因子可选择地也可以是零。可能的干扰影响包括外部结构，例如曲线，与运动方向垂直的直线等。特别是可以补偿与主流方向作用相反的运动影响以及对正弦图的计算具有不利影响的空间结构。因此，总测量时间段正弦图基本上仅仅还包含主运动流。本发明因此能实现更好地确定对象的主运动。特别是可以补偿短时的影响，如不平整性、机动车的制动和加速过程和短的转向回转。补偿尤其对于在行驶期间连续的补偿是有利的，因为在此多个干扰因子自乘，其可以被连续滤除。
此外也可以校正静态的角偏差，该静态的角偏差通过在雷达之前的表面(例如覆盖物(Abdeckung))引起，该雷达穿过其发射其射线。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，车辆传感器包括至少一个雷达传感器、激光雷达传感器、超声波传感器、红外传感器和/或摄像传感器。本发明在没有附加的外部信息的情况下可以用于所有扫描周围环境的传感器。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，还确定车辆的速度和偏航率，以便实施车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向的准确再滤波，亦即关于沿方位角和仰角方向的方向误差角。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，部分测量时间段正弦图借助Hough变换计算。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，为了借助与部分测量时间段正弦图相关的因子校正，将部分测量时间段正弦图归一化。此外，通过归一化的部分测量时间段正弦图的乘法计算差异正弦图。差异正弦图又可以被归一化。因子可以通过如下方式计算：从具有值1的正弦图减去归一化的差异正弦图。这相应于基于运动和结构补偿“背景噪声”。因此实现经滤波或干扰因子补偿的流确定。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，在部分测量时间段正弦图的创建中实施对象位置的加权。加权可以导致更好的结果，因为可以考虑分配给对象的对象位置的质量特征。为了加权，可以考虑车辆传感器的设备信息，特别是传感器的作用范围或由车辆传感器求取的传感器数据的质量的角或间隔关系。数据越可靠，将相应的信息越高地加权。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，根据总测量时间段正弦图通过强度最大值
Figure BDA0002739675450000041
确定的方法、特别是通过核心密度估计在Hough空间内求取对象位置的主方向，其中，车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向的求取包括计算在主方向与机动车的行驶轴线之间的角。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，计算方位角和仰角，其在相应的主方向与机动车的行驶轴线之间延伸。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，总测量时间段正弦图包括根据传感器数据求取的强度值，其中，在应用阈值函数到强度值的情况下计算直方图。该直方图与相对于机动车的行驶轴线的方位角和/或仰角相关。根据计算的直方图求取车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，通过应用滤波函数到直方图上来求取车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，通过应用滤波函数到直方图上求取对象位置的主方向。车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向的求取包括计算在主方向与机动车的行驶轴线之间的角。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，在球坐标中实施部分测量时间段正弦图的计算。该计算优选在没有提前计算网格的情况下实现。球坐标的应用具有如下优点：即对象的位置经常已经在球坐标中存在，从而该位置可以在不变换到笛卡尔坐标系统中的情况下使用。由此可以提高性能。球坐标系统中的表达能够实现更高的精度，其可以与Radon变换的精度相比较，然而在受限的资源可用性的情况下显著性能更优，因为相比于Hough变换的笛卡尔表达对象位置不降低到在笛卡尔空间中网格大小的分辨率，而是可以被连续给定。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，车辆传感器相对于机动车的行驶轴线的方向的误差的计算可以通过误差传播方法(Fehlerfortpflanzungsverfahren)实施。
根据用于校准车辆传感器的方法的另一实施方式，车辆传感器的校准可以在行驶期间持久地使用。由此能够实现持续的校准。
附图说明
附图示出：
图1：根据本发明的一种实施方式的用于校准机动车的车辆传感器的设备的示意方框图；
图2：具有用于确定方位角方向的对象位置的网格；
图3：具有用于确定仰角方向的对象位置的网格；
图4：示例性的总测量时间段正弦图；
图5：示例性的直方图；以及
图6：根据本发明的一种实施方式的用于校准机动车的车辆传感器的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出用于校准机动车的车辆传感器5的设备1的示意方框图。设备1包括与车辆传感器5耦合的接口2，以便由该车辆传感器接收传感器数据。传感器数据根据车辆传感器5在多个测量时刻的测量生成。例如车辆传感器5可以以预给定的时间间隔实施测量。车辆传感器5可以是检测周围环境的传感器，例如雷达传感器、激光雷达传感器、超声波传感器、红外传感器或摄像传感器。在测量期间，机动车相对于机动车的周围环境中的对象运动。优选地，在此涉及恒定的速度、例如5至25公里/小时的直线相对运动。例如对象是固定定位的，而车辆以恒定的速度方向不变地在平坦的地面上运动。在该情况下，行驶轴线相应于机动车的纵轴。然而，原则上也可以通过传感器读取车辆的加速度或转向运动且将其考虑在计算中。
设备1还包括与接口2耦合的计算装置3且进一步分析处理所接收的传感器数据。计算装置3可以在机动车的车辆坐标系统中产生带有预给定的网格大小的网格。在其他的实施方式中，例如在球坐标的计算中也可以省去网格的计算。
计算装置3将总测量时间段划分为多个部分测量时间段。例如可以将总测量时间段划分为多个直接彼此相继的、例如相同长度的部分测量时间段。因此，总测量时间段的持续时间T_L(例如800毫秒)相应于部分测量时间段的持续时间T_Kn(例如60毫秒)的和，其中，n＝1…N，其中，N是部分测量时间段的数量：
Figure BDA0002739675450000061
计算装置3根据传感器数据对于每个部分测量时间段计算对象位置，该对象位置说明对象相对于机动车的位置。
计算装置3计算对象的对象位置。通过车辆相对于对象的运动，在不同的时刻检测对象的位置，从而求取对象的“流”。在使用网格的情况下，将每个对象多次归入到网格中，因为对于每个测量时刻求取对象的相应的位置。对象位置也可以称为“地点(Location)”。因此，对于每个对象分配多个地点。
计算装置3对于每个部分测量时间段计算Hough变换，例如根据对于部分测量时间段具有对象位置的网格，亦即将对象位置变换到对偶空间(Dual-Raum)或Hough空间中。由此产生部分测量时间段正弦图S_TKn，亦即每个部分测量时间段各一个正弦图。
计算装置3通过部分测量时间段正弦图S_TKn的相加产生加法正弦图S_add，亦即根据如下公式：
Figure BDA0002739675450000062
此外，计算装置将部分测量时间段正弦图S_TKn归一化，并且因此计算归一化的部分测量时间段正弦图norm(S_TKn)。“归一化”可理解如下：将每个部分测量时间段正弦图的最大值置于值1且相应地缩放其他值。
计算装置3通过归一化的部分测量时间段正弦图的乘法计算差异正弦图：
Figure BDA0002739675450000063
在每个部分测量时间段正弦图S_TKn、亦即短的时间段的瞬时记录中也共同描绘当前的干扰因子。将其余的最简洁的干扰因子和周围环境结构在差异正弦图中自乘(aufpotenzieren)。它们因此以高的加权维持，反之将其他因子非常低地加权。
计算装置3归一化差异正弦图，将该经归一化的差异正弦图与加法正弦图S_add相乘，且从加法正弦图S_add减去该结果，以便计算经补偿的正弦图或总测量时间段正弦图S_komp：
Skomp＝Sadd-norm(Sdiff)·Sadd＝Sadd·(1-norm(Sdiff)).
因此，总测量时间段正弦图通过部分测量时间段正弦图的相加生成，且借助与部分测量时间段正弦图相关的因子进行校正，其中，该因子通过如下产生：
1-norm(Sdiff).
主方向通过在笛卡尔坐标系统中的Hough变换的确定根据总测量时间段正弦图S_komp借助如下公式实现：
r_n＝x·cos(θ_n)+y·sin(θ_n)，
其中，r_n表示Hough正弦图点的纵坐标，而θ_n表示Hough正弦图点的横坐标。此外，x和y表示对象位置的笛卡尔坐标。
在部分测量时间段正弦图的创建中，计算装置3可以实施归入网格中的对象位置的加权。加权因子可以根据相应的对象位置的质量特征来计算。特别是加权因子可以根据车辆传感器5的传感器特征确定且例如与对象位置与车辆传感器5的位置的间隔相关。
通过加权修改的Hough算法可以具有如下形式：
Figure BDA0002739675450000071
Figure BDA0002739675450000081
替代地，计算装置3可以通过核心密度估计根据总测量时间段正弦图S_komp求取归入网格中的对象位置的主方向。
代替在笛卡尔坐标中的计算，计算装置3也可以在球坐标中计算Hough变换，亦即根据如下公式：
r_n(ξ_n)＝d_R·sin(ξ_R–ξ_n)，
其中，ξ_R表示
Figure BDA0002739675450000082
和θ_R中之一。Hough图的纵坐标和横坐标(r_n，ξ_n)可以通过对象位置的径向间隔d_R和对象位置的角θ_R(方位角或仰角)计算。根据计算的Hough图的(r_n，ξ_n)坐标，通过Hough正弦图将所属的对象位置的加权(d_R，θ_R)相加。在此，可以进行r_n、ξ_n的任意准确的量化或划分，这确定正弦图的分辨率。
总测量时间段正弦图S_komp包括强度值，计算装置3将阈值函数用于该强度值，以便计算直方图。直方图与车辆传感器5相对于机动车的行驶轴线的方向的可能的方位或仰角相关。计算装置3应用滤波函数到直方图上，以便求取归入网格中的对象位置的主方向。在主方向与机动车的行驶轴线之间的角相应于车辆传感器5的实际的方位角或仰角。
设备1还包括校准装置4，该校准装置4与计算装置3耦合，且根据由计算装置3求取的车辆传感器5的方向校准车辆传感器5。例如在车辆传感器5的全部测量值的情况下可以考虑车辆传感器5的实际方向。此外可以设置计算方向误差，亦即车辆传感器5的计算的方向与期望的方向的偏差。
图2为了阐述示出具有对象位置的网格用以确定方位角方向。网格中每个描绘的测量点相应于一个如下的测量信号：由计算装置3根据传感器数据将该测量信号分配给在机动车的周围环境中相应于网格点的空间区域。测量点或对象位置对于每个对象位于彼此平行的主方向上。例如对于对象中的一个标记主方向A2。沿该主方向A2的对象位置相应于在不同测量时刻对象的测量。此外描绘了机动车的行驶轴线A1。图2相应于由上到车辆的视图，从而方位角β_AZ位于主方向A2与行驶轴线A1之间。
图3示出具有对象位置的网格，用以确定仰角方向。图3因此相应于侧视图，从而仰角β_EL位于主方向A3与行驶轴线A1之间。
图4示出用于单个对象的情况下的总测量时间段正弦图S_komp。在此产生多个基本上正弦形的曲线，其在最高强度的点B相交。对于多个对象将产生另外的平行移动的曲线，其同样对于每个对象在最高强度的点相交。总测量时间段正弦图示出投影位置P作为角α、例如仰角或方位角的函数。具有较高强度的角α相应于较大数量的测量点，其位于所属的直线上。
图5示出示例性的直方图，其在应用阈值函数到强度值上的情况下被计算。对于每个角α在所有投影位置P上对强度亦即r_n求和，其中，仅仅考虑如下点：该点的强度超过预给定的阈值。相应的直方图对于确定的角α产生求和的强度A的最大值。该值相应于在主方向A2、A3与机动车的行驶轴线A1之间相应的角，亦即例如实际的仰角或方位角。所求和的强度或总强度相应于所属角α的总加权且可以借助滤波函数计算。角的求取可以使用角估计方法来计算，特别是卡尔曼滤波、求平均值方法等。
图6示出根据本发明的一种实施方式的用于校准机动车的车辆传感器5的方法的流程图。
在第一方法步骤S1中，车辆传感器5传送在多个测量时刻检测的传感器数据，同时机动车相对于机动车的周围环境中的对象运动。机动车和对象特别是可以以恒定的速度彼此直线运动。将总测量时间段划分为多个部分测量时间段。
在第二方法步骤S2中，对于每个部分测量时间段将对象位置根据求取的传感器数据归入机动车的车辆坐标系统中的网格中。每个对象被多次归入，亦即对于每个测量时刻将相应的坐标(“地点”)引入网格中。在其他计算中，例如在球坐标中，可以省去网格的产生。
在第三方法步骤S3中，借助Hough变换对于每个部分测量时间段根据对于部分测量时间段所计算的对象位置计算部分测量时间段正弦图。为此可以实施对象位置的加权。Hough变换可以在笛卡尔坐标或球坐标中计算。
在第四方法步骤S4中，通过部分测量时间段正弦图的相加以及借助与部分测量时间段正弦图相关的因子的校正计算总测量时间段正弦图。计算可以根据上述公式实现。
在第五方法步骤S5中，根据总测量时间段正弦图计算车辆传感器5相对于机动车的行驶轴线A1的方向。为此可以实施核心密度估计以便确定主方向。替代地，可以在应用阈值函数到总测量时间段正弦图的强度值的情况下计算直方图，该直方图与相对于机动车的行驶轴线的方位角和/或仰角相关。根据所计算的直方图求取车辆传感器5相对于机动车的行驶轴线的方向。在此可以将滤波函数应用到直方图上。
在第六方法步骤S6中，根据所求取的车辆传感器5相对于机动车的行驶轴线A1的方向校准车辆传感器5。

Claims (10)

1.一种用于校准机动车的车辆传感器(5)的方法，所述方法具有如下步骤：
通过所述车辆传感器(5)在总测量时间段期间在多个测量时刻求取(S1)传感器数据，其中，将所述总测量时间段划分为多个部分测量时间段，其中，所述机动车相对于所述机动车的周围环境中的对象运动；
对于每个部分测量时间段，根据所求取的传感器数据来计算(S2)所述对象的对象位置；
对于每个部分测量时间段，根据对于所述部分测量时间段计算的对象位置来计算(S3)部分测量时间段正弦图；
通过部分测量时间段正弦图的相加以及借助与所述部分测量时间段正弦图相关的因子的校正来计算(S4)总测量时间段正弦图；
根据所述总测量时间段正弦图来求取(S5)所述车辆传感器(5)相对于所述机动车的行驶轴线(A1)的方向；
根据所述车辆传感器(5)相对于所述机动车的行驶轴线(A1)的所求取的方向来校准(S6)所述车辆传感器(5)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机动车和在所述机动车的周围环境中的对象执行具有恒定速度的基本上直线的相对运动。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，借助与所述部分测量时间段正弦图相关的因子的校正包括如下步骤：
将所述部分测量时间段正弦图归一化；
通过归一化的部分测量时间段正弦图的乘法来计算差异正弦图。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述部分测量时间段正弦图的调节中实施所述对象位置的加权。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述总测量时间段正弦图通过强度最大值确定的方法来求取所述对象位置的主方向(A2，A3)，其中，所述车辆传感器(5)相对于所述机动车的行驶轴线(A1)的方向的求取包括计算在所述主方向(A2，A3)与所述机动车的行驶轴线(A1)之间的角。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述总测量时间段正弦图包括根据所述传感器数据求取的强度值，其中，在应用阈值函数到所述强度值的情况下计算直方图，所述直方图与相对于所述机动车的行驶轴线(A1)的可能的方位角和/或仰角相关，其中，根据所计算的直方图求取所述车辆传感器(5)相对于所述机动车的行驶轴线(A1)的方向。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过应用滤波函数到所述直方图上来求取所述车辆传感器(5)相对于所述机动车的行驶轴线(A1)的方向。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过应用所述滤波函数到所述直方图上求取所述对象位置的主方向(A2，A3)，其中，所述车辆传感器(5)相对于所述机动车的行驶轴线(A1)的方向的求取包括计算在所述主方向(A2，A3)与所述机动车的行驶轴线(A1)之间的角。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在球坐标中实施所述部分测量时间段正弦图的计算。
10.一种用于校准机动车的车辆传感器(5)的设备(1)，所述设备具有：
接口(2)，所述接口用于在总测量时间段期间在多个测量时刻接收通过所述车辆传感器(5)求取的传感器数据，其中，所述机动车相对于所述机动车的周围环境中的对象运动；
计算装置(3)，所述计算装置构造用于：
-将所述总测量时间段划分为多个部分测量时间段，
-对于每个部分测量时间段，根据所求取的传感器数据计算所述对象的对象位置，
-对于每个部分测量时间段，根据对于所述部分测量时间段计算的对象位置计算部分测量时间段正弦图，
-通过所述部分测量时间段正弦图的相加以及借助与部分测量时间段正弦图相关的因子的校正来计算总测量时间段正弦图，
-根据所述总测量时间段正弦图来计算所述车辆传感器(5)相对于所述机动车的行驶轴线(A1)的方向；
校准装置(4)，所述校准装置构造用于根据所求取的车辆传感器(5)相对于所述机动车的行驶轴线(A1)的方向来校准所述车辆传感器(5)。
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