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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Positionieren einer externen Einrichtung, insbesondere einer Kalibriereinrichtung einer Geschwindigkeitsregelanlage oder eines Spurhalteassistenten, bezüglich eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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In modernen Kraftfahrzeugen sind eine Vielzahl von Systemen, wie adaptive Geschwindigkeitsregelanlagen oder Spurhalteassistenten, vorhanden, die den Fahrer unterstützen. Diese Systeme verwenden optische Erfassungseinrichtungen zum Erkennen des vorausfahrenden Fahrzeugs oder von Fahrspurbegrenzungslinien. Für ein korrektes Warnverhalten muss die die Blickrichtung der Erfassungseinrichtungen bezüglich des Kraftfahrzeugs genau bekannt sein. Die Erfassungseinrichtungen am Kraftfahrzeug werden dazu üblicherweise mit Hilfe einer externen Kalibriereinrichtung kalibriert, die in bekannter Position zum Kraftfahrzeug bspw. auf einem Rahmen angebracht ist. Solche Kalibriereinrichtungen sind relativ unflexibel und benötigen viel Platz. Kalibriereinrichtungen dessen Position zum Kraftfahrzeug fortlaufen bestimmt wird, benötigen eine Vielzahl von Komponenten und sind daher aufwendig und teuer.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine flexible Vorrichtung und ein flexibles Verfahren zum Positionieren einer externen Einrichtung bezüglich eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die kostengünstig sind und eine einfache und zuverlässige Positionierung mit einer geringen Zahl von Komponenten ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Positionieren einer externen Einrichtung bezüglich eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
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Erfindungsgemäß ist die Anzahl der Komponenten der Positionierungsvorrichtung reduziert. Es sind nur zwei Messeinheiten erforderlich, die zudem tragbar sein können, was deren Positionierung gegenüber dem Fahrzeug erheblich vereinfacht. Durch die erfindungsgemäße Positionierungsvorrichtung ist es möglich die externe Einrichtung flexibel zu dem Kraftfahrzeug zu positionieren. Das Befestigen der externen Einrichtung an vorbestimmten Referenzpositionen mit bekannter Ausrichtung zum Kraftfahrzeug ist nicht notwendig, wodurch die Anzahl der Komponenten und der Platzbedarf erheblich reduziert wird. Die erfindungsgemäße Positionierungsvorrichtung ermöglicht eine zuverlässige und fehlerfreie Positionierung einer externen Einrichtung bezüglich eines Kraftfahrzeugs.
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Die Positionierungsvorrichtung umfasst lediglich zwei Messeinheiten, die mittels an zwei der Räder angebrachter Targets und zwei Targeteinheit an der externen Einrichtung dessen Position relativ zu dem Kraftfahrzeug bestimmen.
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Eine Messeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ein Referenztarget, eine Bildaufnahmeeinheit und eine optische Einrichtung. Die Messeinheit kann beispielsweise in einer Längsposition zwischen dem Messtarget und der Targeteinheit der externen Einrichtung einer jeweiligen Kraftfahrzeugseite positioniert werden. Beispielsweise kann die linke Messeinheit auf der linken Kraftfahrzeugseite an einer Längsposition zwischen einem Messtarget an einem linken Rad des Kraftfahrzeugs und der linken Targeteinheit positionierbar sein. Außerdem ist es möglich, die Messeinheiten beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegend zu positionieren, wobei sich die Referenztargets der jeweiligen Messeinheiten somit in Fahrzeugquerrichtung gegenüberliegen.
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Die optische Einrichtung ist in der Lage, Bilder von mindestens drei der Mess- und Referenztargets und der Targeteinheiten, die an verschiedenen Positionen im Raum angeordnet sind, auf der Bildaufnahmeeinheit abzubilden, wobei die Bilder der Mess- und Referenztargets und der Targeteinheiten auf jeweils separate Bildbereiche der Bildaufnahmeoberfläche gerichtet werden. Dadurch wird verhindert, dass die Bilder der Targets zusammen auf einen Bildbereich fallen, was zur Folge hätte, dass die Bilder vor der Auswertung zunächst dem jeweiligen Target zugeordnet werden müssten.
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Die Bildaufnahmeeinheit umfasst eine Bildaufnahmeoberfläche, die einen ersten Bildbereich zum Erfassen eines Bildes der Targeteinheiten, einen zweiten Bildbereich zum Erfassen eines Bildes des Messtargets und einen dritten Bildbereich zum Erfassen eines Bildes des Referenztargets aufweist. Mit einer derartigen Bildaufnahmeeinheit ist es möglich, gleichzeitig Bilder von drei verschiedenen Targets aufzunehmen. Die Abbildung der drei von der Messeinheit zu messenden Targets auf getrennten Bildbereichen der Bildaufnahmeoberfläche der Bildaufnahmeeinheit ermöglicht eine schnelle Auswertung der Bilder der Targets.
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Die Messtargets sind beispielsweise Platten, auf die in einer bestimmten Anordnung Targetmerkmale angebracht sind. Diese Targetmerkmale können in jeglicher Form, Anzahl und Anordnung auf dem Target angeordnet sein und bilden die Geometrie des Targets. Die Messtargets sind in bekannter Position, zum Beispiel über einen Adapter an einem Rad befestigt. Die Referenztargets sind so an den Messeinheiten angebracht, dass sie von der jeweils auf der anderen Fahrzeugseite positionierten Messeinheit sichtbar sind.
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Die externe Einrichtung kann beispielsweise eine Kalibriertafel sein, auf der geometrische Elemente aufgebracht sind, die von den optischen Erfassungseinrichtungen am Fahrzeug erfasst und zu deren Kalibrierung verwendet werden. An der externen Einrichtung ist mindestens eine Targeteinheit angebracht. Ein solche Targeteinheit kann beispielsweise einem oben beschriebenen Messtarget entsprechen. Es ist außerdem denkbar, mehrere Targeteinheiten an der externen Einrichtung anzubringen. Des Weiteren kann es sich bei den Rädern, an denen die Messtargets angebracht sind, um die Räder der Vorderachse handeln. Bei einer solchen Anordnung der Messtargets wird die externe Einrichtung bezüglich der Vorderachse des Kraftfahrzeugs ausgerichtet.
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Die Bilder der Mess- und Referenztargets werden durch die Auswerteeinrichtung ausgewertet, indem sie mit Referenzbildern der Mess- und Referenztargets und der Targeteinheit verglichen werden. Diese Referenzbilder bestehen aus Bildern der Mess- und Referenztargets und der Targeteinheiten, die unter bekannten Winkeln und in bekannten Abständen aufgenommen und in der Auswerteeinrichtung hinterlegt wurden. Durch einen Vergleich der aufgenommenen Bilder mit den Referenzbildern können die Orientierung und die Position der Messtargets und der Targeteinheiten und somit auch der Räder und der externen Einrichtung relativ zu der Messeinheit ermittelt werden. Zur Berechnung der Ausrichtung der Targeteinheiten relativ zu den Rädern, also zu den Messtargets an dem rechten und dem linken Rad, muss die Position der linken Messeinheit relativ zur rechten Messeinheit bekannt sein. Diese wird durch die Auswertung der Bilder der an den Messeinheiten befestigten Referenztargets bestimmt.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel bilden die linke und die rechte Targeteinheit zusammen eine Targeteinheit, wodurch die Anzahl der Komponenten an der externen Einrichtung reduziert wird. Die eine Targeteinheit wird dabei beispielsweise am oben Rand der externe Einrichtung mittig angebracht, sodass sie von der linken und der rechten Messeinheit erfassbar ist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Referenztargets jeweils punktförmig, insbesondere in Form einer LED, ausgebildet, und der Abstand der Messeinheiten in Fahrzeugquerrichtung ist bekannt. Darüber hinaus verfügt jede Messeinheit über einen Neigungssensor. Die Auswerteeinrichtung ist so ausgebildet, dass sie die Position der externen Einrichtung ermittelt, und dabei zur Bestimmung der Position der Messeinheiten zueinander die Bilder der Referenztargets mit Referenzbildern vergleicht, den bekannten Abstand der Messeinheiten in Fahrzeugquerrichtung und die Neigung der beiden Messeinheiten heranzieht. Ein punktförmiges Referenztarget stellt eine sehr einfache und kostengünstige Form eines Referenztargets dar, wobei bei dessen Verwendung die zusätzliche Bestimmung der Neigung der Messeinheit und die Kenntnis des Abstands der Messeinheiten in Fahrzeugquerrichtung notwendig ist, um die Position der Messeinheiten zueinander ermitteln zu können.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Referenztargets jeweils als wenigstens zwei in einer Linie angeordnete Lichtpunkte, insbesondere LEDs, mit vorbestimmtem Abstand, ausgebildet und jede der Messeinheit verfügt über einen Neigungssensor. Bei einem solchen Referenztarget handelt es sich um ein 2D-Target, mit dem der Abstand sowie die winkelmäßige Verschiebung der Messeinheiten zueinander durch den Vergleich mit Referenzbildern der Referenztargets bestimmt werden kann. Zur Berechnung der Position der externen Einrichtung durch die Auswerteeinheit ist bei der Verwendung eines solchen 2D-Targets lediglich die durch den Neigungssensor ermittelte Neigung der Messeinheiten notwendig, nicht aber der vorher ermittelte Abstand der Messeinheiten in Fahrzeugquerrichtung zueinander.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Referenztargets als mehrere Lichtpunkte, insbesondere LEDs, in einer Fläche mit jeweils vorbestimmten Abständen zueinander oder als in unterschiedlichen Flächen und Ebenen vorliegende Lichtpunkte, insbesondere LEDs ausgebildet. Ein solches Referenztarget stellt ein 3D-Target dar. Bei der Verwendung eines 3D-Targets ist es möglich, die Orientierung im Raum, d. h. die winkelmäßige Verschiebung sowie die Abstände in Fahrzeuglängs- und -querrichtung sowie die Neigung der Messeinheiten zueinander durch den Vergleich mit einem Referenzbild zu bestimmen, ohne dass hierfür ein zusätzlicher Neigungssensor oder die Kenntnis des Abstands der Messeinheiten zueinander erforderlich ist.
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Zusätzlich ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel an wenigstens einer der Messeinheiten ein Bewegungssensor vorgesehen, der, wenn er eine Bewegung wenigstens einer der Messeinheiten detektiert, eine Bildaufnahme der Mess- und Referenztargets und der Targeteinheit durch die Bildaufnahmeeinheiten auslöst. Ein solcher Bewegungssensor kann beispielsweise aus einem Pendel bestehen, wobei eine Bewegung einer der Messeinheiten in einem Ausschlag des Pendels resultiert. Dadurch wird sichergestellt, dass, sobald sich die Position der Messeinheiten relativ zueinander oder zu den Messtargets und der Targeteinheit ändert, diese durch eine Bildaufnahme der Mess- und Referenztargets und der Targeteinheit neu ermittelt wird und somit die Berechnung der Position der externen Einrichtung immer dem aktuellen Stand entsprechen. Es ist außerdem denkbar, dass der Bewegungssensor eine Bewegung wenigstens eines der Mess- oder Referenztargets oder der mindestens einen Targeteinheit oder eine Bewegung des Kraftfahrzeugs detektiert und daraufhin eine Bildaufnahme auslöst. Damit wird erreicht, dass eine Änderung der Position der Mess- oder Referenztargets oder der Targeteinheit oder des Kraftfahrzeugs in einer Neuermittlung der Position der externen Einrichtung aus aktuellen Bildaufnahmen der Mess- und Referenztargets und der Targeteinheit resultiert.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Bildaufnahmeeinheiten sowie die Auswerteeinheit für eine periodische oder kontinuierliche Bildaufnahme der Mess- und Referenztargets ausgebildet, wodurch sichergestellt wird, dass die Position der Messeinheiten zueinander regelmäßig aktualisiert wird.
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Bei der optischen Einrichtung handelt es sich in einem weiteren Ausführungsbeispiel um ein Prisma, um einen Strahlenteiler, um einen Spiegel, um eine Linse oder eine Kombination dieser Elemente, womit Bilder der Mess- und Referenztargets und der Targeteinheit auf den dafür bestimmten Bildbereichen der Bildaufnahmeeinheit abgebildet werden können.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Messplatz mit einem darauf stehenden Kraftfahrzeug, an dessen zwei in Kraftfahrzeugquerrichtung gegenüberliegenden Rädern Messtargets angebracht sind, und mit einer auf dem Messplatz positionierten externen Einrichtung. Der erfindungsgemäße Messplatz umfasst weiter eine Vorrichtung zum Positionieren einer externen Einrichtung der oben beschriebenen Art.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zum Positionieren einer externen Einrichtung gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Ein solches Verfahren verwirklicht die oben beschriebenen Vorteile, und sämtliche mit Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Ausführungsformen und damit verbundenen Vorteile treffen in verfahrensmäßiger Entsprechung zu.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Messplatzes mit zwei Targeteinheiten, mit einer Vorrichtung zum Positionieren einer externen Einrichtung bezüglich eines Kraftfahrzeugs und mit an zwei der Räder eines Kraftfahrzeugs angebrachten Messtargets gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Messplatzes mit einer externen Einrichtung, mit einer Vorrichtung zum Positionieren einer externen Einrichtung bezüglich eines Kraftfahrzeugs und mit an zwei der Räder eines Kraftfahrzeugs angebrachten Messtargets gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 zeigt eine schematische Darstellung von drei Bildaufnahmeoberflächenbereichen einer Bildaufnahmeeinheit der Vorrichtung zum Positionieren einer externen Einrichtung bezüglich eines Kraftfahrzeugs aus 1; und
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Messplatzes mit einer Targeteinheit, mit einer Vorrichtung zum Positionieren einer externen Einrichtung bezüglich eines Kraftfahrzeugs und mit an zwei der Räder eines Kraftfahrzeugs angebrachten Messtargets gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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In der 1 ist ein Messplatz 2 mit zwei Targeteinheiten 14, 16, mit einer Vorrichtung zum Positionieren einer externen Einrichtung bezüglich eines Kraftfahrzeugs und mit an zwei der Räder 4, 6 eines Kraftfahrzeugs angebrachten Messtargets 8, 10 schematisch dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 von dem Kraftfahrzeug lediglich die zwei Räder 4, 6 gezeigt. Die Vorrichtung zum Positionieren einer externen Einrichtung besteht aus einer linken und einer rechten Messeinheit 18, 20, die einander bezogen auf die nicht dargestellte verlängerte Längsachse des Kraftfahrzeugs gegenüberliegen. Der in 1 gezeigte Messplatz ist im Wesentlichen symmetrisch zu der verlängerten Längsachse des Kraftfahrzeugs, weshalb der Aufbau zunächst beispielhaft bezogen auf die linke Kraftfahrzeugseite beschrieben wird.
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In dem in 1 dargestellten Beispiel ist die linke Messeinheit 18 mittig zwischen dem linken Kraftfahrzeugrad 4 und der linken Targeteinheit 14 auf einer linken Seite des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die linke Messeinrichtung 18 beinhaltet eine linke optische Einrichtung 22 sowie eine linke Bildaufnahmeeinheit 38. Des Weiteren befindet sich auf der linken Kraftfahrzeugseite an dem Rad 4 ein linkes Messtarget 8 und eine Targeteinheit 14, die derart auf der linken Kraftfahrzeugseite angeordnet ist, dass sie dem linken Messtarget 8 bezogen auf eine Horizontale gegenüberliegt. Das Messtarget 8 ist auf Höhe der Mittelachse des Rads 4 über einen Adapter an diesem derart angebracht, dass es in axialer Richtung nach links hervorsteht und im Blickfeld der linken Messeinheit 18 liegt.
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Die Targeteinheit 14 ist an einer hier nicht dargestellten externen Einrichtung, beispielsweise einer Kalibriertafel, befestigt. An der linken Messeinheit 18 befindet sich ferner ein exemplarisch oben an der rechten Seite der Messeinheit 18 angebrachtes linkes Referenztarget 12. Bei einem solchen Referenztarget 12 kann es sich beispielsweise um eine einzelne oder um mehrere in bekannter Position an der Messeinheit 18 angebrachte LEDs handeln.
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Die linke optische Einrichtung 22 ist in einem rechten Bereich der Messeinheit 18 und mittig zwischen dem linken Messtarget 8 und der linken Targeteinheit 14 angeordnet. Links hinter der optischen Einrichtung 22 ist die Bildaufnahmeeinheit 38 angeordnet. Des Weiteren sind in der 1 durch Pfeile dargestellte optische Lichtwege gezeigt. Ein Lichtweg 46 verläuft von der linken Targeteinheit 14 zu der linken optischen Einrichtung 22, und ein Lichtweg 24 verläuft von dem linken Messtarget 8 zu der linken optischen Einrichtung 22. Ferner ist ein optischer Lichtweg 26 gezeigt, der von dem gegenüberliegenden Referenztarget 44 in Richtung der linken optischen Einrichtung 22 verläuft. Die linke optische Einrichtung 22 lenkt die Lichtwege 24, 26 und den Lichtweg 46 zu einem gemeinsamen Lichtweg 28, der in 1 in Form von drei Pfeilen dargestellt ist, der auf die linke Bildaufnahmeeinheit 38 auftrifft. Dadurch werden Bilder des Messtargets 8, der Targeteinheit 14 sowie des Referenztargets 44 auf der Bildaufnahmeoberfläche der linken Bildaufnahmeeinheit 38 abgebildet.
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Auf der rechten Seite des Messplatzes 2 befinden sich, auf symmetrische Weise zu der beschriebenen linken Seite des Messplatzes 2 angeordnet, eine rechte Messeinheit 20, die eine rechte optische Einrichtung 30, eine rechte Bildaufnahmeeinheit 40 und ein rechtes Referenztarget 44, eine rechte Targeteinheit 16 und ein an dem rechten Rad 6 angeordnetes Messtarget 10. Entsprechend der beschriebenen linken Messplatzseite sind auf die rechte optische Einrichtung 30 von dem rechten Messtarget 10, der rechten Targeteinheit 16 und von dem linken Referenztarget 12 kommende Lichtwege 32, 34, 48 gerichtet, die durch die rechte optische Einrichtung 30 als gemeinsamer Lichtweg 36 auf die Bildaufnahmeoberfläche der rechten Bildaufnahmeeinrichtung 40 gelenkt werden.
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1 zeigt des Weiteren eine Auswerteeinrichtung 42, die mit der linken Bildaufnahmeeinheit 38 und der rechten Bildaufnahmeeinheit 40 über ein Kabel verbunden ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Messplatzes 52 mit einer externen Einrichtung 50, mit einer Vorrichtung zum Positionieren der externen Einrichtung 50 bezüglich eines Kraftfahrzeugs und mit an zwei der Räder 4, 6 eines Kraftfahrzeugs angebrachten Messtargets 8, 10 wobei die linke und rechte Messeinheit 18, 20 sowie die Messtargets 8, 10 und die Targeteinheiten 14, 16 detaillierter dargestellt sind. Im Unterschied zu 1 sind in der 2, aus Vereinfachungsgründen, die Auswerteeinrichtung 42, die Referenztargets 12, 44 und die optischen Lichtwege 24, 26, 32, 34, 46, 48 nicht gezeigt.
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In 2 sind die Messtargets 8, 10 und die Targeteinheiten 14, 16 vergrößert dargestellt. Jedes Messtarget 8, 10 besteht aus einer im Wesentlichen quadratischen Platte, deren horizontale Mittellinie parallel zu der jeweiligen Fahrzeugradachse ist. Auf den Targets 8, 10, 14, 16 befinden sich in einem bestimmten Muster angeordnete, kreisförmige optische Targetmerkmale 68. Auf den Messtargets 8, 10 und den Targeteinheiten 14, 16 sind exemplarisch zehn solcher im gleichen Muster angeordneter Targetmerkmale 68 dargestellt. Die Targetmerkmale 68 sind zu einer vertikalen Mittellinie der Targets 8, 10, 14, 16 symmetrisch angeordnet. 2 zeigt darüber hinaus, dass die plattenförmigen Messtargets 8, 10 in einem Winkel von bspw. 30°zur Kraftfahrzeugaufstandsfläche angeordnet sind.
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In 2 ist des Weiteren die externe Einrichtung 50 in Form einer rechteckigen Platte dargestellt, an dessen Seiten die Targeteinheiten 14, 16 über einen Befestigungsrahmen derart angebracht sind, dass sie jeweils einem Messtarget 8, 10 der Kraftfahrzeugräder 4, 6 gegenüberliegen. Die Targeteinheiten 14, 16 können jedoch an jeder denkbaren Position an der externen Einrichtung angeordnet sein, solange sie von den Messeinheiten 18, 20 erfassbar sind.
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In der linken und der rechten Messeinheit 18, 20 der 2 sind jeweils eine Spiegelanordnung 56, 58 und eine Bildaufnahmeeinheit in Form einer Kamera 60, 62 gezeigt. Die Spiegelanordnung 56, 58 umfasst zwei Spiegel, die exemplarisch in einem rechten Winkel zueinander stehen, wobei der vordere der beiden Spiegel in einem Winkel von 45° zur Vertikalen in Fahrzeugquerrichtung und der hintere der beiden Spiegel einer Spiegelanordnung 56, 58 in einem Winkel von –45° zur Vertikalen in Fahrzeugquerrichtung steht. In dem Ausführungsbeispiel in 2 weisen die Spiegel einen geringen Abstand zueinander auf und berühren sich nicht. Die Kameras 60, 62 sind auf die Spiegelanordnungen 56, 58 der jeweiligen Messeinrichtungen 18, 20 ausgerichtet, so dass die von den Spiegelanordnungen 56, 58 von vorne und von hinten zur Seite hin umgelenkten Lichtwege jeweils auf den Kameras 60, 62 auftreffen und dort aufgenommen werden können.
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In 3 sind drei Beispiele für eine Bildaufnahmeoberfläche 72, 80, 88 gezeigt. Die obere Bildaufnahmeoberfläche 72 weist eine rechteckige Form auf, die in drei rechteckige Bildbereiche 74, 76, 78 unterteilt ist. Der erste und zweite Bildbereich 74, 76 teilen einen oberen Bereich der Bildaufnahmeoberfläche 72 an der vertikalen Mittellinie in zwei gleichgroße Bildbereiche 74, 76 und nehmen etwa Dreiviertel der gesamten Bildaufnahmeoberfläche 72 ein. Der dritte Bildbereich 78 umfasst einen horizontalen unteren Längsstreifen von etwa einem Viertel der Bildaufnahmeoberfläche 72. Exemplarisch sind auf den Bildbereichen 74, 76, 78 Abbildungen der Targetmerkmale 68 der Mess- und Referenztargets 8, 10, 12, 44 und der Targeteinheiten 14, 16 gezeigt, wobei die Abbildungen auf dem ersten Bildbereich 74 den zehn Targetmerkmalen 68 der Targeteinheiten 14, 16 und die Abbildungen auf dem zweiten Bildbereich 76 denen eines zugehörigen Messtargets 8, 10 entsprechen. Auf dem dritten Bildbereich 78 ist ein Bild des Referenztargets 12, 44 abgebildet mit dessen Targetmerkmalen 68 am linken und rechten Rand des dritten Bildbereichs 78.
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In den weiteren in 3 dargestellten Ausführungsbeispielen von Bildaufnahmeoberflächen 80, 88 sind die Abbildungen der Targetmerkmale 68 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Bildaufnahmeoberfläche 80 der 3 ist vertikal in drei Bildbereiche 82, 84, 86 unterteilt. Der erste und der zweite Bildbereich 82, 84 sind gleichgroß und befinden sich jeweils am äußeren rechten Rand und äußeren linken Rand der Bildaufnahmeoberfläche 80. Zwischen dem ersten und zweiten Bildbereich 82, 84 befindet sich der dritte Bildbereich 86, der etwa ein Viertel der Bildaufnahmeoberfläche 80 umfasst. Des Weiteren zeigt 3 eine Bildaufnahmeoberfläche 88, die in drei Bildbereiche 90, 92, 94 unterteilt ist, wobei der dritte Bildbereich 94 kreisförmig ist und in der Mitte der Bildaufnahmeoberfläche 88 liegt. Der erste Bildbereich 90 bildet die linke Seite und der zweite Bildbereich 92 die rechte Seite der Bildaufnahmeoberfläche, wobei der erste und der zweite Bildbereich 90, 92 gleichgroß und symmetrisch zueinander sind.
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4 zeigt einen Messplatz 93 mit allen Elementen der 1, wobei anstatt zwei Targeteinheiten 14, 16 nur eine Targeteinheit 102 auf Höhe der verlängerten Längsachse des Kraftfahrzeugs dargestellt ist und zusätzlich an den Messeinheiten 18 und 20 jeweils ein Neigungssensor 94, 98 und ein Bewegungssensor 96, 100 angeordnet ist. Der linke Neigungssensor 94 befindet sich im unteren linken Bereich der Messeinheit 18, und rechts danebenliegend ist der linke Bewegungssensor 96 angeordnet. Die Neigungs- und Bewegungssensoren 94, 96, 98, 100 jeder Messeinheit 18, 20 sind zusätzlich mit der Auswerteeinrichtung 42 verbunden. Des Weiteren zeigt die 4 die von der Targeteinheit 102 auf die optischen Einrichtungen 22, 30 der Messeinheiten 18, 20 gerichteten Lichtwege 104, 106, die von den optischen Einrichtungen 30, 22 an die Bildaufnahmeeinrichtungen 38, 40 übertragen werden.
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Im Folgenden ist die Funktionsweise der Vorrichtung zum Positionieren einer externen Einrichtung bezüglich eines Kraftfahrzeugs exemplarisch anhand der linken Kraftfahrzeugseite mit Hilfe der linken Messeinheit 18 erläutert.
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Die optische Einrichtung 22 richtet die Lichtwege von den Mess- und Referenztargets 8, 44 und von der Targeteinheit 14 auf die Bildaufnahmeeinheit 38. In dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Lichtweg 46 von der Targeteinheit 14 durch den oberen Spiegel der Spiegelanordnung 56 um einem Winkel von 90° in Richtung der Bildaufnahmeeinheit 60 umgelenkt, und der Lichtweg 24 von dem linken Messtarget 8 wird durch den hinteren Spiegel der Spiegelanordnung 56 um einem Winkel von 90° in Richtung der Bildaufnahmeeinheit 60 umgelenkt. Der Lichtweg von dem Referenztarget 44 wird in der beispielhaften Spiegelanordnung 56 in 2 nicht umgelenkt. Die Lichtwege 24, 26, 46 treffen auf die Bildaufnahmeeinheit 38 auf, wobei, gemäß 3, der Lichtweg 46 von der Targeteinheit 14 ein Bild auf dem ersten Bildbereich 74, der Lichtweg 24 des linken Messtargets 8 ein Bild auf dem zweiten Bildbereich 76 und der Lichtweg 26 des Referenztargets 44 ein Bild auf dem dritten Bildbereich 78 der Bildaufnahmeeinheit 46 erzeugt. Die Form der Bereiche 74, 76, 78 hängt von der Spiegelanordnung 56 ab. Die von der Bildaufnahmeeinheit 38 erfassten Bilder werden anschließend zur Berechnung der Ausrichtung des Rades 4 und der Targeteinheit 14 relativ zur linken Messeinheit 18 von der Auswerteeinrichtung 42 ausgewertet. Auf die gleiche Weise werden zur Berechnung der Ausrichtung des Rades 6 und der Targeteinheit 16 der rechten Kraftfahrzeugseite die Bilder der Mess- und Referenztargets 10, 12 und der Targeteinheit 16 von der rechten Bildaufnahmeeinheit 40 erfasst und von der Auswerteeinrichtung 42 analysiert.
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Zur Auswertung vergleicht die Auswerteeinrichtung 42 die Bildbereiche 74, 76, 78 der Bildaufnahmeeinheiten 38, 40 mit Referenzdaten. Diese Referenzdaten umfassen Bilder der Mess- und Referenztargets, die in einem bekannten Winkel und einem bekannten Anstand aufgenommen wurden und in der Auswerteeinrichtung hinterlegt sind. Die Ausrichtung des Rads 4 und der Targeteinheit 14 der linken Seite wird durch die Auswerteeinrichtung 42 ermittelt, indem die Bilder des linken Messtargets 8 und der linken Targeteinheit 14 und von deren optischen Targetmerkmalen 68 auf dem ersten und zweiten Bildbereich 74, 76 mit Referenzbildern des Messtargets 8 und der Targeteinheit 14 verglichen werden. Auf dieselbe Weise wird die Ausrichtung des rechten Messtargets 10 und der rechten Targeteinheit 16 relativ zu der rechten Messeinheit 20 bestimmt.
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Um die Position des linken Messtargets 8 und der linken Targeteinheit 14 relativ zu dem rechten Messtarget 10 und der rechten Targeteinheit 16 ermitteln zu können, wird die Position und Orientierung der linken Messeinheit 22 relativ zur rechten Messeinheit 24 ermittelt. Dies wird durch die Auswertung der Bilder Referenztargets 12, 44 auf den Bildbereichen 78, 86, 94 der Bildaufnahmeeinheit 38, 40 bestimmt.
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Die Ermittlung der Ausrichtung der Messeinheiten 18, 20 zueinander kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden, die von der Art des jeweiligen Referenztargets 12, 44 abhängen. Das Referenztarget 12, 44 kann beispielsweise punktförmig ausgebildet sein, d.h. aus einer einzelnen LED bestehen, was erfordert, dass zur Bestimmung der Relativposition der Messeinheiten 18, 20 zueinander, der Abstand dieser in Fahrzeugquerrichtung zueinander bekannt und in der Auswerteeinrichtung 42 hinterlegt ist, und dass an jeder der Messeinheiten 18, 20 ein Neigungssensor 94, 98 vorhanden ist, der mit der Auswerteeinrichtung 42 verbunden ist und die Neigung der jeweiligen Messeinheit 18, 20 bestimmt, wie dies mit Bezug auf die Bezugszeichen 94 und 96 in 4 gezeigt ist. Aus der Abbildung des aus einer LED bestehenden Referenztargets 12, 44 auf dem zugehörigen Bildbereich 78, 86, 94 der Bildaufnahmeoberfläche kann anschließend von der Auswerteeinrichtung die Ausrichtung der Messeinheiten 18, 20 in Fahrzeuglängsrichtung relativ zueinander bestimmt werden.
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Besteht das Referenztarget 12, 44 aus einem zweidimensionalen Target, kann aus dem Vergleich des Bildes des 2D Targets mit einem Referenzbild die Position der Messeinheiten zueinander, also der Abstand und die winkelmäßige Verschiebung der Messeinheiten, berechnet werden. Dies erfordert, dass an jeder der Messeinheiten 18, 20 ein Neigungssensor 94, 98, vorhanden ist, der mit der Auswerteeinrichtung 42 verbunden ist und die Neigung der jeweiligen Messeinheit 18, 20 bestimmt, wie dies mit Bezug auf die Bezugszeichen 94 und 96 in 4 gezeigt ist. Der Abstand der beiden Messeinheiten 18, 20 zueinander muss hierfür nicht bekannt sein.
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Ein dreidimensionales Target mit einer bekannten Anordnung von optischen Targetmerkmalen 68 erfordert zur Bestimmung der Position der Messeinheiten 18, 20 relativ zueinander weder einen Neigungssensor 94, 98 noch die Kenntnis des Abstands der Messeinheiten 18, 20 in Fahrzeugquerrichtung.
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Die Berechnung der Ausrichtung der Messeinheiten 18, 20 relativ zueinander kann fortlaufend aktualisiert werden, was auf verschiedene Weisen durchführbar ist. Wie in 4 dargestellt, kann hierfür zusätzlich ein Bewegungssensor 96, 100 in jeder der Messeinheiten 18, 20 vorgesehen sein, der eine Bewegung der jeweiligen Messeinheiten 18, 20 detektiert und daraufhin eine Aufnahme von Bildern der Messtargets 8, 10, der Targeteinheiten 14, 16 und der Referenztargets 12, 44 auslöst, die anschließend durch die Auswerteeinrichtung 42 ausgewertet werden
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Eine periodische oder kontinuierliche Aktualisierung der Messdaten ist ebenfalls möglich. Dabei wird in vorbestimmten zeitlichen Abständen eine Bildaufnahme der Messtargets, 8, 10, der Targeteinheiten 14, 16 und Referenztargets 12, 44 durchgeführt, und diese Daten werden von der Auswerteeinrichtung 42 ausgewertet. Ferner können die optischen Daten der Referenztargets 12, 44 kontinuierlich überwacht werden, um, sobald eine Änderung in den Daten detektiert wird, die Position der Messeinheiten 18, 20 relativ zueinander neu zu berechnen.
