DE102010062696A1

DE102010062696A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren und Justieren eines Fahrzeug-Umfeldsensors.

Info

Publication number: DE102010062696A1
Application number: DE102010062696A
Authority: DE
Inventors: Stefan Schommer; Christian Wagmann; Axel Wendt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2012-06-14
Also published as: WO2012076468A1; CN103250069B; CN103250069A; EP2649467A1; US9279670B2; US20130325252A1

Abstract

Ein Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren eines Umfeldsensors (15) in einem Fahrzeug (7) umfasst die Schritte:
a1) Anbringen wenigstens eines Rad-Targets (20, 22) an wenigstens einem Rad (12, 14) des Fahrzeugs (7);
a2) Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Rad-Targets (20, 22) durch wenigstens eine Messeinheit (32, 46);
a3) Bestimmen der räumlichen Orientierung des Fahrzeugs (7) aus dem von der Messeinheit (32, 46) aufgenommenen Bild des Rad-Targets (20, 22);
b1) Platzieren wenigstens einer Kalibriertafel (62) mit wenigstens einem Kalibriertafel-Target (16, 18) im Blickfeld der wenigstens einen Messeinheit (32, 46);
b2) Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Kalibriertafel-Targets (16, 18) mit der Messeinheit (32, 46);
b3) Bestimmen der Position der Kalibriertafel (62) aus dem aufgenommenen Bilde des Kalibriertafel-Targets (16, 18);
c1) Aufnehmen wenigstens eines Bildes der Kalibriertafel (62) mit dem Umfeldsensor (15) des Fahrzeugs (7);
c2) Bestimmen der räumlichen Orientierung des Umfeldsensors (15) in Bezug auf die Kalibriertafel (62) aus dem mit dem Umfeldsensor (15) aufgenommenen Bild der Kalibriertafel (62);
d) Bestimmen der räumlichen Orientierung des Umfeldsensors (15) in Bezug auf das Fahrzeug (7) aus der im Schritt c2) bestimmten Orientierung des Umfeldsensors (15) in Bezug auf die Kalibriertafel (62) und der in Schritt a3) bestimmten Orientierung der Kalibriertafel (62) in Bezug auf das Fahrzeug (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Kalibrier- und Justiermittels, wie es zum Kalibrieren bzw. Justieren von optisch-elektronischen Umfeldsensoren in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, verwendet wird.
Stand der Technik
Das Kalibrieren und Justieren von Sensoren zur Fahrerassistenz in einem (Kraft)Fahrzeug umfasst in der Regel das Bestimmen der Lage eines Umfeldsensors in Bezug auf die Fahrwerksgeometrie bzw. ein definiertes Fahrzeugkoordinatensystem.
In der Werkstatt ist zum Beispiel die Lage einer Videokamera zum Einsatz von Fahrerassistenzfunktionalitäten (z. B. für eine Warnung beim Verlassen der Fahrspur, Objektdetektion oder weiteres) bezogen auf die Fahrwerksgeometrie nach dem Einbau der Kamera oder groben Veränderungen am Fahrwerk neu zu kalibrieren. Radarsensoren zur automatischen Geschwindigkeitsregelung, z. B. ACC (”Adaptive Cruise Control”), müssen wegen ihres geringen Öffnungswinkels häufig mechanisch auf die Fahrwerksgeometrie justiert werden.
Beispiele für die Kalibrierung und Justage von Sensoren zur Fahrerassistenz sind:

• Prüfung und Justage radarbasierter Abstandssensoren (”Adaptive Cruise Control”)
• Prüfung und Justage infrarotbasierter Abstandssensoren (”Lidar”)
• Prüfung und Kalibrierung Rückfahrkamerasystem (”Rearview”)
• Prüfung und Kalibrierung Fahrspurhaltekamerasystem (”Lane departure warning”)
• Prüfung und Kalibrierung Fahrspurwechselassistent (”Blind spot detection”)
• Infrarot-Nachtsichtkamera (”Nightview”)
• Abstandswarner im Nahbereich, Parksensorik
• Umfeldkamerasysteme (”Sideview”, ”Topview”)

Für das Kalibrieren und Justieren von Sensoren zur Fahrerassistenz sind folgende Voraussetzungen zu schaffen:

• Bekannte Fahrwerksgeometrie zur Definition des Fahrzeugkoordinatensystems
• Ausrichtung eines Kalibrier-/Justiermittels im Sichtbereich des zu kalibrierenden/justierenden Sensors an einer vorgegebenen Position in Bezug auf das Fahrwerkskoordinatensystem

Zur Sicherstellung einer bekannten Fahrwerksgeometrie und um Kosten und Aufwand zu reduzieren, werden oftmals Kalibrier- und Justiervorrichtungen als Ergänzung zu Messgeräten für die Fahrwerksvermessung angeboten.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 exemplarisch ein Verfahren zum Kalibrieren eines Videokamerasensors beschrieben, wie es z. B. aus DE 10 2008 042 018 A1 bekannt ist. Dabei wird der Bezug zwischen den noch zu erläuternden Koordinatensystemen zur Bestimmung der Fahrwerksgeometrie durch optische 3D-Messtechnik realisiert, wie es von Steffen Abraham, Axel Wendt, Günter Nobis, Volker Uffenkamp und Stefan Schommer in: Optische 3D-Messtechnik zur Fahrwerksvermessung in der Kfz-Werkstatt, Oldenburger 3D-Tage, Wichmann Verlag, 2010, beschrieben worden ist.
Für die Fahrwerksvermessung werden an Rädern 12, 14 eines Fahrzeuges 7 Radklammern 28, 30 montiert, an denen wiederum Radmesstafeln (Targets) 20, 22 mit photogrammetrischen Messmarken befestigt werden. Auf der linken und rechten Seite des Fahrzeugs 7 ist jeweils ein Messkopf 32, 46 angeordnet. Jeder Messkopf 32, 46 enthält zwei Stereo-Kamerasysteme mit jeweils zwei Kameras 36, 38, 40, 42, 50, 52 54, 56 und ein Referenzsystem 44, 58.
Die Geometrie der Kameras 36, 38, 40, 42, 50, 52 54, 56 der beiden Stereo-Kamerasysteme eines Messkopfes 32, 46 ist sowohl intrinsisch als auch extrinsisch hinsichtlich ihrer relativen Orientierung zueinander kalibriert. Durch die Kalibrierung lassen sich die 3D-Koordinaten der Messmarken auf den Radmesstafeln 20, 22 im Koordinatensystem X_V (vorne) bzw. X_H (hinten) des jeweiligen Messkopfes 32, 46 in einem gemeinsamen Messkopfkoordinatensystem X_L (links) oder X_R (rechts) bestimmen. Dabei müssen die verwendeten Radmesstafeln 20, 22 keine hochgenauen Passpunkttafeln mit vorab vermessenen Messpunkten sein.
Unter der Voraussetzung, dass die Radmesstafeln 20, 22 mechanisch stabil an den Rädern 12, 14 befestigt sind, kann die 3D-Lage der Radachse 13 fortlaufend in allen vier Stereo-Kamerasystemen 36, 38; 40, 42; 50, 52; 54, 56 bestimmt werden. Weiter messen die Referenzsysteme 44, 58 fortlaufend den Spurwinkel zwischen den Messköpfen 32, 46 und die Verkippung der Messköpfe 32, 46 im Raum. Dies ermöglicht es, die Fahrwerksgrößen, wie z. B. den Spur- und Sturzwinkel, sowie weitere Größen des Fahrwerkes, wie z. B. die Lenkgeometrie mit Spreiz- und Nachlaufwinkel, zu berechnen. Das geometrische Fahrzeugkoordinatensystem X_M wird abschließend durch die Fahrzeuglängsachse 64, die durch die nun vermessene Spur der Hinterräder 12, 14 vorgegeben ist, definiert.
Ziel der Kalibrierung ist die Bestimmung der Lage und Orientierung der Kamera eines Umfeldsensors 15 im Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs 7. Hierzu wird ein Kalibrier-/Justiermittel 62 mit bekannten Messmarkenpositionen vor dem Fahrzeug 7 an der Stelle X^T-FIX positioniert.
Für den Kalibriervorgang wird das Kalibrier-/Justiermittel 62 von der Kamera des Umfeldsensors 15 des Fahrerassistenzsystems beobachtet. Die Bildkoordinaten von Messmarken auf dem Kalibrier-/Justiermittel 62 werden vom Fahrerassistenzsystem gemessen. Durch einen räumlichen Rückwärtsschnitt wird die absolute Orientierung X_C der Kamera in Bezug zum Kalibrier-/Justiermittel X^T-FIX bestimmt. Dieser optische Messschritt wird vom Steuergerät 17 des Fahrerassistenzsystems im Fahrzeug 7 durchgeführt. Der Kalibrierungsschritt wird über die Diagnoseschnittstelle des Steuergeräts 17 im Fahrzeug 7 gestartet.
Um die Einbauwinkel (Nick-, Gier- und Wankwinkel) und weitere Parameter der Kamera bezogen auf die Fahrwerksgeometrie bestimmen zu können, muss dem Steuergerät 17 im Fahrzeug 7 die Lage des Kalibrier-/Justiermittels X^T-FIX im Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs 7 bekannt sein. Die Software im Steuergerät 17 setzt voraus, dass sich das Kalibrier-/Justiermittel 62 an der fest definierten, dem Steuergerät 17 bekannten Position X^T-FIX befindet. Nur wenn dies der Fall ist, stimmen die vom Steuergerät 17 ermittelten Einbauwinkel.
Das manuelle Ausrichten des Kalibrier-/Justiermittels 62 auf die Position X^T-FIX ist mit einigem Zeitaufwand verbunden und erfordert umfangreiche Kenntnisse des Kfz-Mechanikers für den Kalibriervorgang. Ein ungenau ausgerichtetes Kalibrier-/Justiermittel 62 hat Genauigkeitseinbußen beim Kalibrieren und Justieren der Kamera bzw. des Umfeldsensors 15 zur Folge.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum einfachen und zuverlässigen Justieren und/oder Kalibrieren eines Umfeldsensors in einem Fahrzeug bereitzustellen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die Schritte:

a1) Anbringen wenigstens eines Rad-Targets an wenigsten einem der Räder einer Achse des Fahrzeugs;
a2) Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Rad-Targets durch wenigstens eine Messeinheit;
a3) Bestimmen der Position und Ausrichtung des Fahrzeugs im Raum aus dem aufgenommenen Bild des Rad-Targets;
b1) Platzieren wenigstens einer Kalibriertafel mit wenigstens einem Kalibriertafel-Target im Blickfeld der wenigstens einen Messeinheit;
b2) Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Kalibriertafel-Targets mit der Messeinheit;
b3) Bestimmen der Position der Kalibriertafel in Bezug auf das Fahrzeug aus dem aufgenommenen Bild des Kalibriertafel-Targets und der im Schritt a3) bestimmten Position und Ausrichtung des Fahrzeugs im Raum;
c1) Aufnehmen wenigstens eines Bildes der Kalibriertafel mit dem Umfeldsensor des Fahrzeugs;
c2) Bestimmen der Position und Ausrichtung des Umfeldsensors in Bezug auf die Kalibriertafel aus dem mit dem Umfeldsensor aufgenommenen Bild der Kalibriertafel;
d) Bestimmen der Position und Ausrichtung des Umfeldsensors in Bezug auf das Fahrzeug aus der im Schritt c2) bestimmten Position und Ausrichtung des Umfeldsensors in Bezug auf die Kalibriertafel und der in Schritt b3) bestimmten Position der Kalibriertafel in Bezug auf das Fahrzeug.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Justieren und/oder Kalibrieren eines Umfeldsensors in einem Fahrzeug umfasst:
wenigstens ein Rad-Target, wobei das Rad-Target zur Montage an einem Rad des Fahrzeugs ausgebildet ist;
wenigstens eine Kalibriertafel, die wenigstens ein Kalibriertafel-Target aufweist;
wenigstens eine Messeinheit, die zur Aufnahme wenigstens eines Bildes des/der Rad-/Kalibriertafel-Targets und zur Bestimmung der räumlichen Positionen des/der Rad-/Kalibriertafel-Targets aus dem wenigstens einen aufgenommenen Bild ausgebildet ist; und
ein Steuergerät, das mit dem Umfeldsensor verbunden und ausgebildet ist, um

(a) die Position und Ausrichtung des Umfeldsensors in Bezug auf die Kalibriertafel aus einem von dem Umfeldsensor aufgenommenen Bild der Kalibriertafel zu bestimmen, und
(b) die Position und Ausrichtung des Umfeldsensors in Bezug auf das Fahrzeug aus der zuvor bestimmten Position und Ausrichtung des Umfeldsensors in Bezug auf die Kalibriertafel und der durch die Messeinheit bestimmten Position und Ausrichtung der Kalibriertafel und des Fahrzeugs zu bestimmen.

Das Bestimmen der Position der Kalibriertafel umfasst vorzugsweise auch das Bestimmen der Ausrichtung der Kalibriertafel im Raum.
Durch das Bestimmen der Position und Ausrichtung (Orientierung) des Umfeldsensors in Bezug auf das Fahrzeug aus der zuvor bestimmten Orientierung des Umfeldsensors in Bezug auf die Kalibriertafel und der durch die Messeinheit zuvor bestimmten Orientierung der Kalibriertafel in Bezug auf das Fahrzeug ist die räumliche Orientierung des Umfeldsensors in Bezug auf das Fahrzeug mit hoher Genauigkeit bestimmbar, ohne dass eine exakte manuelle Ausrichtung der Kalibriertafel an eine zuvor festgelegte Position notwendig ist.
Das Verfahren kann schnell durchgeführt werden, da eine zeitaufwendige exakte manuelle Ausrichtung der Kalibriertafel entfällt. Das Verfahren hat eine hohe Genauigkeit, da Fehler, die sich aus einer ungenauen Ausrichtung der Kalibriertafel ergeben, zuverlässig vermieden werden.
Das manuelle Ausrichten der Kalibriertafel fällt dabei in der Regel nicht vollständig weg. Die Kalibriertafel muss aber nur näherungsweise dem Fahrzeugtyp entsprechend im Sichtfeld der Kameras des Umfeldsensors und der Messeinheiten ausgerichtet werden.
In einer Ausführungsform wird die von der Messeinheit bestimmte Position der Kalibriertafel an das Steuergerät übertragen. Die Übertragung kann drahtlos oder drahtgebunden, d. h. über ein Kabel, erfolgen. Eine drahtlose Übertragung ist besonders bequem, da keine Kabel verlegt werden müssen und die Bewegungsfreiheit des Mechanikers während des Kalibriervorgangs nicht durch Kabel eingeschränkt wird. Die Übertragung der räumlichen Position der Kalibriertafel über ein Kabel ist besonders einfach, kostengünstig und zuverlässig.
Durch das Übertragen der Position der Kalibriertafel an das Steuergerät ist dem Steuergerät die exakte Position der Kalibriertafel bekannt und das Steuergerät kann die räumliche Orientierung des Umfeldsensors in Bezug auf das Fahrzeug exakt bestimmen.
In einer Ausführungsform wird die Kalibriertafel, nachdem ihrer Position durch wenigstens eine der Messeinheiten bestimmt worden ist, durch wenigstens ein mechanisches, von der Messeinheit angesteuertes Stellmittel an eine vorgegebene Position bewegt. Vorzugsweise wird die Kalibriertafel dabei in einer vorgegebenen Ausrichtung ausgerichtet.
Da dem Steuergerät die vorgegebene Position und ggf. Ausrichtung bekannt ist, kann das Steuergerät die räumliche Position und Ausrichtung des Umfeldsensors in Bezug auf das Fahrzeug exakt bestimmen, ohne dass eine Übertragung der von Messeinheiten bestimmten Position der Kalibriertafel an das Steuergerät notwendig ist. Das Steuergerät benötigt in dieser Ausführungsform keine Empfangsvorrichtung, um die von den Messeinheiten ausgesendeten Signale zu empfangen, und ist daher kostengünstig realisierbar.
In einer Ausführungsform ist wenigstens eines der Stellmittel als Druckluft-, Hydraulik- oder Elektromotor ausgebildet. Derartige Motoren sind besonders geeignet, um die Kalibriertafel zuverlässig und mit hoher Genauigkeit auf die gewünschte Position auszurichten. Hydraulische und Druckluftantriebe sind besonders geeignet, da die schweren Bestandteile des Antriebs, wie z. B. der Kompressor, außerhalb der Kalibriertafel und eines die Kalibriertafel tragenden Gestells angeordnet werden können. Beim Bewegen der Kalibriertafel ist daher nur eine kleine Masse zu bewegen, so dass nur eine geringe Kraft zum Bewegen der Kalibriertafel notwendig ist und Ungenauigkeiten bei der Positionierung, die sich aus der Masseträgheit ergeben können, minimiert werden. Elektromotoren sind einfach ansteuerbar und ermöglichen eine besonders einfach und kostengünstig zu realisierende mechanische Bewegung der Kalibriertafel.
In einer Ausführungsform sind auf der Kalibriertafel und/oder den Targets geometrische Muster, die z. B. eine Anzahl von Punkten aufweisen, vorgesehen. Kalibriertafeln und Targets, die derartige Muster aufweisen, haben sich als besonders geeignet zur genauen Erfassung durch optische Sensoren und zur Bestimmung ihrer Position erwiesen.
In einer Ausführungsform gibt das Steuergerät Anweisungen zur manuellen Positionierung der Kalibriertafel durch den Bediener (Kfz-Mechaniker) aus. Die Kalibriertafel kann so besonders schnell und zuverlässige an eine von dem Steuergerät vorgegebene Position bewegt werden, ohne dass ein mechanisches Stellmittel notwendig ist, um die Kalibriertafel zu bewegen.
In einer Ausführungsform ist jeweils wenigstens eine Messvorrichtung auf jeder der beiden Seiten des Fahrzeugs vorgesehen. Durch Bildaufnahme und Vermessung auf beiden Seiten des Fahrzeuges, d. h. links und rechts des Fahrzeugs, können die Position und Ausrichtung des Fahrzeugs und der Kalibriertafel mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, so dass die Position und Ausrichtung des Umfeldsensors in Bezug auf das Fahrzeug exakt bestimmbar sind. insbesondere ist es in diesem Fall nicht notwendig, die Kalibriertafel in einem exakten rechten Winkel zur Fahrzeuglängsachse auszurichten, da eine von einem rechten Winkel abweichende räumliche Ausrichtung der Kalibriertafel mit Hilfe der Messeinheiten bestimmt und bei der Auswertung berücksichtigt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Prinzipskizze einer Justier-/Kalibrieranordnung für einen Fahrzeugumfeldsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Justier-/Kalibrieranordnung für einen Fahrzeugumfeldsensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Justier-/Kalibrieranordnung für einen Fahrzeugumfeldsensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Die in der 1 in einer schematischen Draufsicht dargestellte Justier- oder Kalibrier-Anordnung für einen Fahrzeugumfeldsensor umfasst ein auf Fahrschienen 4, 6 eines Messplatzes 2 stehendes Fahrzeug 7 mit einer Fahrwerksvermessungseinrichtung. Zur Vereinfachung der Darstellung sind nur die Räder 8, 10, 12 und 14 des Kraftfahrzeugs 7 gezeigt, und die Abmessungen der Karosserie des Fahrzeugs 7 sind durch einen gestrichelt gezeichneten Umriss angedeutet. Die Vorderachse 11 und die Hinterachse 13 des Fahrzeugs 7 sind durch gestrichelte Querlinien dargestellt. Die geometrische Fahrzeuglängsachse 64 ist als gestrichelter Pfeil, der von dem Mittelpunkt der Hinterachse 11 zum Mittelpunkt der Vorderachse 13 verläuft, dargestellt. Das Fahrzeug 7 weist etwa in der Mitte seiner Vorderseite einen Fahrzeugumfeldsensor 15 auf, der mittels einer erfindungsgemäßen Justier-/Kalibrier-Anordnung für einen Fahrzeugumfeldsensor justiert bzw. kalibriert wird.
Die Fahrwerksvermessungseinrichtung umfasst Rad-Targets 20 und 22, die mittels Schnellspanneinheiten 28 und 30 an den Hinterrädern 12 und 14 des Kraftfahrzeugs 7 befestigt sind, sowie eine linke Messeinheit 32 und eine rechte Messeinheit 46, die mittels Befestigungsadaptern 34 und 48 etwa in mittlerer Position bezogen auf die Längserstreckung der Fahrschienen 4 und 6 an den Fahrschienen 4 und 6 befestigt sind und sich von diesen nach außen erstrecken. Die Rad-Targets 20, 22 sind z. B. scheibenförmig ausgebildet und nach außen gerichtet. Die Haupterstreckungsrichtung der Rad-Targets 20, 22 verläuft in einer senkrechten Ebene durch die Drehachse der Räder 12 und 14.
Die linke Messeinheit 32 verfügt über eine äußere nach vorn gerichtete Messkamera 36, über eine innere nach vorn gerichtete Messkamera 38, über eine äußere nach hinten gerichtete Messkamera 40 und über eine innere nach hinten gerichtete Messkamera 42. In entsprechender Weise umfasst die rechte Messeinheit 46 eine innere nach vorn gerichtete Messkamera 50, eine äußere nach vorne gerichtete Messkamera 52, eine innere nach hinten gerichtete Messkamera 54 und eine äußere nach hinten gerichtete Messkamera 56. Jeweils zwei Messkameras 36, 38, 40, 42, 50, 52, 54, 56 bilden so ein nach vorne bzw. hinten ausgerichtetes Stereo-Kamerasystem.
Das Blickfeld der nach hinten gerichteten Messkameras 40, 42, 54, 56 ist jeweils so bemessen, dass das linke Rad-Target 20 bzw. das rechte Rad-Target 22 vollständig darin liegen.
Bei den in der 1 gezeigten Messeinheiten 32, 46 handelt es sich vorzugsweise um mobile Messeinheiten 32, 46, die mittels Befestigungsadaptern an den Fahrschienen 4 und 6 eingehängt oder mit den Fahrschienen 4 und 6 verschraubt sind; auch eine Magnetadaption ist möglich. Prinzipiell können die Messeinheiten 32 und 46 auf jede geeignete Weise mit den Fahrschienen 4 und 6 verbunden werden. Lösbare Verbindungen bieten den Vorteil, dass die Messeinheiten 32 und 46 leicht abgenommen und auch an anderen Arbeitsplätzen eingesetzt werden können.
Die Messeinheiten 32 und 46 verfügen über eine Quer-Referenzierung, die in der Figur durch Quer-Referenzkameras 44 und 58 ausgeführt ist, die in Fahrzeug-Querrichtung ausgerichtet sind und optische Merkmale 34, 48 auf den jeweils gegenüber liegenden Fahrschienen oder Messeinheiten 32, 46 erfassen, um so die relative Position der Messeinheiten 32, 46 zueinander zu ermitteln. Beispielsweise können diese optischen Merkmale 34, 48 als LEDs oder reflektierende Messpunktmarken ausgebildet sein. Die Quer-Referenzkameras 44, 58 sind dabei so oberhalb oder unterhalb der Fahrschienen 4, 6, jedoch auf jeden Fall unterhalb des Bodens des Fahrzeugs 7 angeordnet, dass eine ungehinderte Quer-Sichtverbindung besteht. Die Quer-Sichtverbindung zur Quer-Referenzierung zwischen den Quer-Referenzkameras 44 und 58 ist in 1 durch eine gepunktete Querlinie 59 dargestellt.
Des Weiteren können die Messeinheiten 32, 46 noch über in der 1 nicht gezeigte Neigungsgeber verfügen, mittels derer sich die Verkippung der Messeinheiten 32, 46 bestimmbar ist.
Vor dem Fahrzeug 7 ist ein Gestell 60 angeordnet, das im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse 64 ausgerichtet ist und sich von einer Breitenposition links der linken Fahrschiene 4 bis zu einer Breitenposition rechts der rechten Fahrschiene 6 erstreckt. An den seitlichen Enden des Gestells 60 sind in der 1 nicht gezeigte Aufnahmen für daran anzubringende Targets angeordnet, in denen jeweils ein Target 16, 18 befestigt ist.
An der in Richtung auf das Fahrzeug 7 ausgerichteten Seite des Gestells 60 ist eine Kalibriertafel 62 angeordnet, die sich in etwa von einer Breitenposition, die dem rechten Ende der linken Fahrschiene 4 entspricht, bis zu einer Breitenposition, die dem linken Ende der rechten Fahrschiene 6 entspricht, erstreckt.
Die Brennweite der nach vorne gerichteten Messkameras 36, 38 der linken Messeinheit 32 und die Brennweite der nach vorne gerichteten Messkameras 50, 52 der rechten Messeinheit 46 sind jeweils so eingestellt, dass die an den seitlichen Aufnahmen des Gestells 60 angeordneten Targets 16, 18 vollständig in deren Blickfeld liegen, wie dies in der 1 durch gepunktete Linien dargestellt ist.
Der Fahrzeugumfeldsensor 15 ist mit einem Steuer- und Auswertgerät 17 verbunden, welches die Signale des Fahrzeugumfeldsensors 15 erhält und auswertet, um aus den Signalen des Fahrzeugumfeldsensors 15 die für das Kalibrieren und Justieren des Fahrzeugumfeldsensors 15 relevanten Parameter zu bestimmen.
Das Steuer- und Auswertgerät 17 ist über eine drahtlose Verbindung, die z. B. als Funk- oder Infrarotverbindung ausgebildet ist, oder eine in der Figur nicht gezeigte Kabelverbindung mit den Messeinheiten 32 und 46 verbunden, so dass die von den Messeinheiten 32 und 46 ermittelten Positionen der Targets 16, 18, 20, 22 an das Steuer- und Auswertgerät 17 übertragbar sind.
Alternativ können die Messeinheiten 32 und 46 mit einer in der 1 nicht gezeigten externen Auswerteinheit, z. B. einem Personalcomputer, verbunden sein, welche die Bilder der Messkameras 36, 38, 40, 42, 50, 52, 54, 56 auswertet, um die räumliche Position der Targets 16, 18, 20, 22 zu bestimmen. In diesem Fall ist die Auswerteinheit ausgebildet, um die ermittelten Positionen der Targets 16, 18, 20, 22 an das Steuer- und Auswertgerät 17 zu übertragen.
Um die Einbauwinkel (Nick-, Gier- und Wankwinkel) und weitere Parameter der Kamera bezogen auf die Fahrwerksgeometrie, die sich auf eine bekannte Position der Kalibriertafel 62 beziehen, bestimmen zu können, muss die Lage der Kalibriertafel 62 in Bezug auf das Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs 7 berücksichtigt werden.
Die zu berücksichtigenden 3D-Transformationen, welche exemplarisch für die Transformation eines Punktes vom Kamerakoordinatensystem X_C in das Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs 7 formuliert sind, lauten wie folgt: P_M = T_T ^M + R_T ^M(T_T ^M + R_T ^MP_C) wobei

P_C:: Punkt im Koordinatensystem X_C der Kamera
P_M:: Punkt im Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs
R_T ^M, R_T ^M: Rotationsmatrix zwischen den jeweiligen Koordinatensystemen
T_T ^M, T_T ^M: Translationsvektor zwischen den jeweiligen Koordinatensystemen

Durch diese Formel ist der Bezug des Kamerakoordinatensystems X_C zum Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs 7 unter Berücksichtigung einer beliebigen Ausrichtung der Kalibriertafel 62 gezeigt.
Weiter ist der Punkt P_M mit Hilfe der definierten Ausrichtungsposition X^T-FIX wie folgt in diese Sollposition zu überführen: P_T-FIX = T_M ^T-FIX + RM^T-FIXP_M wobei

P_T-FIX:: Punkt in der Sollposition X^T-FIX der Kalibriertafel
P_M:: Punkt im Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs
R_M ^T-FIX:: Rotationsmatrix, zwischen dem Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs und der Sollposition X^T-FIX der Kalibriertafel
T_M ^T-FIX:: Translationsvektor, zwischen dem Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs und der Sollposition X^T-FIX der Kalibriertafel

Da in dieser Sollposition X^T-FIX die Einbauwinkel (Nick-, Gier- und Wankwinkel) und weitere Parameter der Kamera definiert sind, ist die Machbarkeit der Kalibrierung bei einer beliebigen Ausrichtung der Kalibriertafel 62 gezeigt.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs 7 mit einem Umfeldsensor 15, welches vor einer Kalibriertafel 62 positioniert ist.
Die Kalibriertafel 62, auf der ein Muster 63 aus einer Anzahl von Punkten ausgebildet ist, ist an einem Gestell 60 befestigt, an dem auch ein Kalibriertafel-Target 16, welches ebenfalls ein Punktmuster 19 aufweist, angebracht ist.
Das Punktmuster 19 der Kalibriertafel 62 wird von einer Kamera des Umfeldsensors 15, der innerhalb des Fahrzeugs 7 angeordnet ist, erfasst, und das von der Kamera aufgenommene Bild wird an das mit dem Umfeldsensor 15 verbundene Steuergerät 17 übertragen und von diesem ausgewertet, um die Position der Kalibriertafel 62 in Bezug auf den Umfeldsensor 15 im Koordinatensystem X_C des Umfeldsensors 15 zu bestimmen.
Das Punktmuster 63 des Kalibriertafel-Targets 16 wird von den Kameras 36, 38 wenigstens einer in der 2 nicht gezeigten Messeinheit 32, die seitlich neben dem Fahrzeug 7 angeordnet ist, erfasst und ausgewertet, um die Position des Kalibriertafel-Targets 16 in Bezug auf die Messeinheit 32 zu bestimmen. Da die Position der Kalibriertafel 62 im Bezug auf das Kalibriertafel-Target 16 durch das Gestell 60 festgelegt und bekannt ist, kann so die Position der Kalibriertafel 62 in Bezug auf die Messeinheit 32 exakt bestimmt werden. Da die Messeinheit 32, wie in der 1 gezeigt, auch ein an der hinteren Achse des Fahrzeugs 7 befestigtes, in der 2 nicht sichtbares Rad-Target 20 erfasst, ist es möglich, die exakte Position X^T-FIX der Kalibriertafel 62 in Bezug auf das Fahrzeug 7 im Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs 7 zu bestimmen.
Die so bestimmte Position der Kalibriertafel 62 im Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs 7 wird über eine drahtlose oder eine in der 2 nicht gezeigte drahtgebundene Verbindung an das Steuergerät 17 im Fahrzeug 7 übertragen, welches mit Hilfe dieser Information und der bekannten Position der Kalibriertafel 62 in Bezug auf den Umfeldsensor 15 in der Lage ist, die Position der Kalibriertafel 62 im Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs 7 zu bestimmen, um den Umfeldsensor 15 in Bezug auf das Koordinatensystem X_M des Fahrzeugs 7 zu justieren bzw. zu kalibrieren.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Merkmale, die den bereits in den 1 und 2 gezeigten Merkmalen entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und werden nicht erneut im Detail beschrieben.
Das zweite, in der 3 gezeigte, Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Kalibriertafel 62 beweglich an dem Gestell 60 angebracht ist. Insbesondere ist das Gestell 60 mit einer vertikalen Schiene 65 und mit einer horizontalen Schiene 66 ausgestattet, entlang derer die Kalibriertafel 62 in vertikaler bzw. horizontaler Richtung bewegbar ist. Die Schienen 65, 66 können beispielsweise mit Zahnschienen ausgebildet sein, in die Zahnräder eingreifen und beim Bewegen der Kalibriertafel 62 entlang der Zahnschienen abrollen.
An dem Gestell 60 sind zusätzlich Stellglieder 70 vorgesehen, die ansteuerbar sind, um die Kalibriertafel 62 entlang der Schienen 65, 66 in eine gewünschte Position zu bewegen. Beispielsweise können die Stellglieder 70 so ausgebildet sein, dass sie Zahnräder, die in Zahnschienen eingreifen, antreiben, um die Kalibriertafel 62 gegenüber dem Gestell 60 zu bewegen.
Nachdem die Messeinheit 32 wenigstens ein Bild des Kalibriertafel-Targets 16 erfasst und daraus die räumliche Position der Kalibriertafel 62 in Bezug auf die Messeinheit 32 bestimmt hat, steuert eine mit den Messeinheiten 32, 46 verbundene Steuer- und Regelungseinheit 68 die Stellglieder 70 derart an, dass die Kalibriertafel 62 an eine gewünschte, vorgegebene Position X^T-FIX bewegt wird. Die aktuelle Position der Kalibriertafel 62 kann dabei fortlaufend von den Messeinheiten 32, 46 erfasst und überwacht werden, so dass die gewünschte, vorgegebene Position X^T-FIX der Kalibriertafel 62 sehr genau einstellbar ist.
Die Stellglieder 70 können Elektromotoren oder hydraulisch bzw. pneumatisch angetriebene Stellglieder 70 sein.
Die Verbindung zur Übertragung der Messdaten von den Messeinheiten 32, 46 an die Steuer- und Regelungseinheit 68 bzw. von der Steuer- und. Regelungseinheit 68 an die Stellglieder 70 kann über Kabelverbindungen oder über drahtlose Verbindungen, z. B. eine Funk- oder Infrarotverbindung, realisiert sein. In dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Empfangseinheit 72 vorgesehen, welche die von der Messeinheit 32 drahtlos übertragenen Positionsdaten empfängt und über das Datenkabel 74 an die Steuer- und Regelungseinheit 68 weiterleitet.
Die Anzahl der beweglichen Achsen (Freiheitsgrade) der Kalibriertafel 62 kann je nach Bedarf unterschiedlich ausgelegt sein. In dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Kalibriertafel 62 in Bezug auf das Gestell 60 zwei Freiheitsgrade (Verschiebung in x- und y-Richtung) auf.
Es sind auch Ausführungen mit zusätzlichen Freiheitsgraden, wie z. B. einer Verschiebung in z-Richtung und Rotationen um eine oder mehrere der drei Raumachsen möglich. Dadurch kann die Genauigkeit der Kalibrierung und Justage des Umfeldsensors 15 weiter erhöht und die Bequemlichkeit für den Bediener verbessert werden, da eine größere Freiheit in der anfänglichen Position und Orientierung des Gestells 60 und der Kalibriertafel 62 am Messplatz 2 besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008042018 A1 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Steffen Abraham, Axel Wendt, Günter Nobis, Volker Uffenkamp und Stefan Schommer in: Optische 3D-Messtechnik zur Fahrwerksvermessung in der Kfz-Werkstatt, Oldenburger 3D-Tage, Wichmann Verlag, 2010 [0007]

Claims

Verfahren des Justierens und/oder Kalibrierens eines Umfeldsensors (15) in einem Fahrzeug (7) mit den folgenden Schritten: a1) Anbringen wenigstens eines Rad-Targets (20, 22) an wenigstens einem Rad (12, 14) des Fahrzeugs (7); a2) Aufnehmen wenigstens eines Bildes des Rad-Targets (20, 22) durch wenigstens eine Messeinheit (32, 46); a3) Bestimmen der Position und Ausrichtung des Fahrzeugs (7) im Raum aus dem von der Messeinheit (32, 46) aufgenommenen Bild des Rad-Targets (20, 22); b1) Platzieren wenigstens einer Kalibriertafel (62) mit wenigstens einem Kalibriertafel-Target (16, 18) im Blickfeld der wenigstens einen Messeinheit (32, 46); b2) Aufnehmen wenigstens eines Bildes des/der Kalibriertafel-Targets (16, 18) mit der Messeinheit (32, 46); b3) Bestimmen der Position der Kalibriertafel (62) in Bezug auf das Fahrzeug (7) aus dem aufgenommenen Bild des Kalibriertafel-Targets (16, 18) und der aus a3) bekannten Position und Ausrichtung des Fahrzeugs (7); c1) Aufnehmen wenigstens eines Bildes der Kalibriertafel (62) mit dem Umfeldsensor (15) des Fahrzeugs (7); c2) Bestimmen der Position und Ausrichtung des Umfeldsensors (15) in Bezug auf die Kalibriertafel (62) aus dem mit dem Umfeldsensor (15) aufgenommenen Bild der Kalibriertafel (62); d) Bestimmen von Position und Ausrichtung des Umfeldsensors (15) in Bezug auf das Fahrzeug (7) aus der im Schritt c2) bestimmten Position und Ausrichtung des Umfeldsensors (15) in Bezug auf die Kalibriertafel (62) und der in Schritt a3) bestimmten Position der Kalibriertafel (62) in Bezug auf das Fahrzeug (7).
Verfahren nach Anspruch 1, welches zusätzlich umfasst, die im Schritt b3) bestimmte Position der Kalibriertafel (62) an das Steuergerät zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Übertragen der Position der Kalibriertafel (62) an das Steuergerät (17) über wenigstens ein Kabel (74) oder drahtlos erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Steuergerät (17) nach dem Übertragen der Position der Kalibriertafel (62) Anweisungen zur Positionierung der Kalibriertafel (62) ausgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches zusätzlich umfasst, wenigstens ein auf die Kalibriertafel (62) einwirkendes Stellmittel (70) derart anzusteuern, dass die Kalibriertafel (62) an eine vorgegebene Position X^T-FIX und/oder in eine vorgegebene räumliche Ausrichtung bewegt wird.
Vorrichtung zum Justieren und/oder Kalibrieren eines Umfeldsensors (15) in einem Fahrzeug (7) mit: wenigstens einem Rad-Target (20), wobei das Rad-Target (16, 18) zur Montage an einem Rad (12, 14) des Fahrzeugs (7) ausgebildet ist; wenigstens einer Kalibriertafel (62), die wenigstens ein Kalibriertafel-Target (16, 18) aufweist; wenigstens einer Messeinheit (32, 46), die zur Aufnahme wenigstens eines Bildes des Rad-/Kalibriertafel-Targets (16, 18, 20, 22) und zur Bestimmung der räumliche Position des Rad-/Kalibriertafel-Targets (16, 18, 20, 22) aus dem aufgenommenen Bild ausgebildet ist; einem Steuergerät (17), das mit dem Umfeldsensor (15) verbunden und ausgebildet ist, um (a) die räumliche Position der Kalibriertafel (62) in Bezug auf den Umfeldsensor (15) aus einem von dem Umfeldsensor (15) aufgenommenen Bild der Kalibriertafel (62) zu bestimmen, und (b) die Position und Ausrichtung des Umfeldsensors (15) in Bezug auf das Fahrzeug (7) aus der Position und Ausrichtung des Umfeldsensors (15) in Bezug auf die Kalibriertafel (62) und der durch die Messeinheit (32, 46) bestimmten Position der Kalibriertafel (62) in Bezug auf das Fahrzeug (7) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Messeinheit (32, 46) und das Steuergerät (17) zur Übertragung der von der Messeinheit (32, 46) bestimmten Position des aufgenommenen Kalibriertafel-Targets (20, 22) an das Steuergerät (17) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 mit wenigstens einem Stellmittel (70), das derart mit der Kalibriertafel (62) verbunden ist, dass die Position und/oder die Ausrichtung der Kalibriertafel (62) durch Antreiben des Stellmittels (70) veränderbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei wenigstens eine Messeinheit (32, 46) mit dem Stellmittel (70) gekoppelt und ausgebildet ist, um das Stellmittel (70) derart anzusteuern, dass die Kalibriertafel (62) durch Antreiben des Stellmittels (70) an eine vorgegebene räumliche Position und/oder in eine vorgegebene räumliche Ausrichtung bewegbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei auf beiden Seiten des Fahrzeugs (7) jeweils wenigstens eine Messvorrichtung (32, 46) vorgesehen ist.