DE102016000252A1

DE102016000252A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016000252A1
Application number: DE102016000252.2A
Authority: DE
Inventors: Rachid Khlifi
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2036-01-13
Also published as: DE102016000252B4

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung eines Kraftfahrzeugs (1) bezüglich einer Sollstellung, umfassend die Schritte: – Anordnen wenigstens eines ersten und zweiten Referenzobjekts (5, 6, 7, 8, 28, 29) an jeweils bezüglich der Sollstellung vorgegebenen, voneinander beabstandeten Referenzpositionen, – Erfassung einer ersten Entfernung des ersten Referenzobjekts (5, 6, 7, 8, 28, 29) durch einen am Kraftfahrzeug angeordneten, ersten Entfernungssensor (15), – Erfassung einer zweiten Entfernung des zweiten Referenzobjekts (5, 6, 7, 8, 28, 29) durch einen am Kraftfahrzeug von dem ersten Entfernungssensor (15) beabstandet angeordneten, zweiten Entfernungssensor (15), – Ermitteln einer die Orientierung des Kraftfahrzeugs bezüglich der Sollposition betreffenden Orientierungsinformation in Abhängigkeit der ersten und der zweiten Entfernung, und – Ausgabe der Orientierungsinformation und/oder einer daraus abgeleiteten Information durch eine Ausgabeeinrichtung (25) und/oder Bereitstellen der Orientierungsinformation und/oder der abgeleiteten Information an eine Verarbeitungseinrichtung (26).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung eines Kraftfahrzeugs bezüglich einer Sollstellung. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
Eine möglichst exakte Positionierung eines Fahrzeugs ist in vielen Fahrsituationen, jedoch auch im Produktions- und Wartungsumfeld hoch relevant. Im Fahrbetrieb werden zunehmen Assistenzfunktionen genutzt, die einen Fahrer unterstützen und/oder ein (teil-)automatisiertes Fahren ermöglichen. Diese Funktionen benötigen häufig exakte Informationen über eine Position und Orientierung des Kraftfahrzeugs. Im Rahmen der Produktion und Wartung ist eine exakte Positionierung und Orientierung insbesondere für Kalibiervorgänge relevant, bei denen beispielsweise Sensoren und Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs bezüglich des Umfelds und/oder mit Bezug aufeinander kalibriert werden. So erfordern beispielsweise moderne Lichtfunktionen, wie ein gezieltes Ausblenden von Beleuchtungsbereichen, eine exakte Abstimmung der Sensoren des Kraftfahrzeugs mit den Beleuchtungseinrichtungen.
Für die genannten unterschiedlichen Positionierungsaufgaben werden im Stand der Technik zahlreiche Lösungen vorgeschlagen. Für eine Ausrichtung im Rahmen von Produktions- bzw. Wartungsprozessen werden beispielsweise zusätzliche Einrichtungen am Kraftfahrzeug angeordnet, beispielsweise an den Achsen des Kraftfahrzeugs, um dieses bezüglich definierter Punkte auszurichten. Eine Ausrichtung bezüglich von Objekten im Fahrzeugumfeld kann durch Erfassung dieser Objekte durch Sensoren des Fahrzeugs, beispielsweise Kameras, Ultraschallsensoren oder Ähnliches, erfolgen, wonach durch eine Recheneinrichtung des Kraftfahrzeugs ein Umfeldmodell generiert werden kann.
Nachteilig ist hierbei, dass diese Umfeldmodelle häufig keine exakte Bestimmung der Orientierung des Kraftfahrzeugs ermöglichen. Die Ansätze zur Bestimmung einer exakten Orientierung des Kraftfahrzeugs während Produktions- und Wartungsprozessen sind sehr zeitaufwändig und erfordern komplexe fahrzeugexterne Einrichtungen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das es ermöglicht, mit relativ geringem technischen Aufwand eine möglichst exakte Orientierung des Kraftfahrzeugs zu bestimmen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

– Anordnen wenigstens eines ersten und zweiten Referenzobjekts an jeweils bezüglich der Sollstellung vorgegebenen, voneinander beabstandeten Referenzpositionen,
– Erfassung einer ersten Entfernung des ersten Referenzobjekts durch einen am Kraftfahrzeug angeordneten, ersten Entfernungssensor,
– Erfassung einer zweiten Entfernung des zweiten Referenzobjekts durch einen am Kraftfahrzeug von dem ersten Entfernungssensor beabstandet angeordneten, zweiten Entfernungssensor,
– Ermitteln einer die Orientierung des Kraftfahrzeugs bezüglich der Sollposition betreffenden Orientierungsinformation in Abhängigkeit der ersten und der zweiten Entfernung, und
– Ausgabe der Orientierungsinformation und/oder einer daraus abgeleiteten Information durch eine Ausgabeeinrichtung und/oder Bereitstellen der Orientierungsinformation und/oder der abgeleiteten Information an eine Verarbeitungseinrichtung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, sowohl zwei bezüglich einer Sollstellung positionierte Referenzobjekte zu nutzen als auch zwei kraftfahrzeugseitige Entfernungssensoren. Die Referenzobjekte sollen möglichst exakt bezüglich der Sollstellung positioniert werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Sollstellung für längere Zeiträume unverändert bleibt. Dies ist beispielsweise bei im Rahmen eines Produktions- oder Wartungsprozesses genutzten Kalibriereinrichtungen der Fall, jedoch auch dann, wenn das Kraftfahrzeug zu einer Ladeplatte, einem bestimmten Parkplatz oder Ähnlichem geführt werden soll. Das erfindungsgemäße Vorgehen, bei dem jeweils eines der Referenzobjekte durch jeden der Entfernungssensoren erfasst wird, ermöglicht es, wenn die Referenzpositionen sowie die Positionen, an denen die Entfernungssensoren am Kraftfahrzeug angeordnet sind, bekannt sind, eine Orientierung des Kraftfahrzeugs zu ermitteln, wenn die Position eines Punktes des Kraftfahrzeugs bekannt ist. Beispielsweise kann ein Rad des Kraftfahrzeugs zu einer definierten Position geführt werden, wonach gemäß des erläuterten Verfahrens die Orientierung des Kraftfahrzeugs bestimmt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, eine Position und eine Orientierung exakt zu erfassen, wenn, wie später noch genauer erläutert wird, wenigstens ein zusätzlicher Entfernungssensor oder wenigstens ein zusätzliches Referenzobjekt genutzt wird, oder wenn wenigstens einer der Entfernungssensoren Entfernungen mehrerer Referenzobjekte erfasst.
Die Referenzobjekte können derart angeordnet sein, dass der für die Entfernungsmessung relevante Bereich auf Höhe der Entfernungssensoren angeordnet ist. Eine derartige Anordnung ist vorteilhaft, wenn eine Positionierung nur für einen bestimmten Fahrzeugtyp erfolgen soll, beispielsweise in Wartungs- und/oder Produktionseinrichtungen. In diesem Fall entspricht die gemessene Entfernung jeweils der Entfernung des Sensors von dem Referenzobjekt in der Fahrebene. Soll das erfindungsgemäße Verfahren für Fahrzeuge genutzt werden, die ihre Entfernungssensoren in unterschiedlichen Höhen aufweisen, oder sollen die Referenzobjekte geschützt angeordnet sein, beispielsweise weil sie zur Positionierung bezüglich einer Ladeplatte unter freiem Himmel dienen, können die für die Entfernungsmessung relevanten Bereiche der Referenzobjekte im Wesentlichen auf der Höhe der Fahrbahn angeordnet sein, beispielsweise unmittelbar unter einer Oberfläche der Fahrbahn. Bei bekannter Höhe der Entfernungssensoren über der Fahrbahn kann die Entfernung des Sensors von dem Referenzobjekt in der Fahrbahnebene aus der gemessenen, diagonalen Entfernung berechnet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf vielfältige Weise genutzt werden. Beispielsweise können durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Rahmen der Trajektorienplanung bei einem automatischen oder assistierten Fahren des Fahrzeugs auf eine Ladeplatte Schiefstellungen korrigiert werden. Sollen Einrichtungen des Fahrzeugs auf einem Kalibrierstand kalibriert werden, wäre es möglich, eine Schiefstellung des Fahrzeugs durch Fahrmanöver zu korrigieren. Da dies jedoch zeitaufwändig ist, ist es bei einer Vielzahl von Kalibriervorgängen möglich, die tatsächliche Stellung des Fahrzeugs und somit die Orientierungsinformation im Rahmen der Kalibrierung zu berücksichtigen, so dass keine Korrektur der Orientierung des Fahrzeugs erforderlich ist. Die Bestimmung der Orientierung des Kraftfahrzeugs gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch genutzt werden, um eine Schiefstellung des Kraftfahrzeugs relativ zu einer Bewegungsrichtung zu erfassen oder die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte Orientierung des Kraftfahrzeugs zur Validierung von Dynamikparametern des Fahrzeugs, beispielsweise Lenkwinkeln und Ähnlichem, zu nutzen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit geringem Aufwand umgesetzt werden, da bei einer Wahl entsprechender Referenzobjekte ohnehin im Kraftfahrzeug vorhandene Entfernungssensoren nutzbar sind.
Als der erste und/oder der zweite Entfernungssensor kann jeweils ein Radarsensor verwendet werden. Radarsensoren ermöglichen eine sehr exakte Entfernungsbestimmung, die zudem unabhängig von Lichtverhältnissen und weitgehend unabhängig von Witterungsbedingungen ist. Die Abstandsauflösung und die Trennbarkeit mehrerer erfasster Objekte ist von der Arbeitsfrequenz der Radarsensorik und der Modulationsbandbreite abhängig. Im erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise Sensoren mit 4 GHz Modulationsbandbreite genutzt werden.
Als das erste und/oder das zweite Referenzobjekt kann jeweils ein Winkelreflektor mit zwei oder drei jeweils senkrecht zueinander stehenden, elektrisch leitenden Flächen genutzt werden. Ein derartiger Winkelreflektor, der auch als Tripelspiegel bezeichnet wird, wirkt als punktförmiger Reflektor, der eingestrahlte Strahlung in jene Richtung zurückwirft, aus der sie eingestrahlt wurde. Werden nur zwei elektrisch leitende Flächen genutzt, so wird diese Bedingung nur innerhalb einer Ebene erfüllt. Durch eine Nutzung von drei Flächen erfolgt eine derartige Reflektion der Radarstrahlung für alle Radarpulse, die in den konkaven Bereich des Winkelreflektors eingestrahlt wurden. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, einen Winkelreflektor mit vier Flächen zu nutzen, von denen zwei parallel sind und senkrecht auf den beiden anderen Flächen stehen. Die Funktion entspricht im Wesentlichen einem Winkelreflektor mit drei Flächen, wobei zusätzlich die Stabilität erhöht wird.
Die Nutzung eines Winkelreflektors führt zu einer hohen rückgestrahlten Intensität, wodurch eine genaue und störungsarme Entfernungsbestimmung bei niedrigen Strahlungsintensitäten erreicht werden kann. Da ein Winkelreflektor im Wesentlichen als Punktziel wirkt, erfolgt im Gegensatz zur Nutzung eines Flächenziels als Referenzobjekt im Wesentlichen keine Verschmierung der erfassten Entfernung aufgrund der Ausdehnung des Objekts, womit die Genauigkeit der Entfernungsbestimmung verbessert wird.
Um im erfindungsgemäßen Verfahren die Orientierung des Kraftfahrzeugs eindeutig festzulegen, ohne zusätzliche Informationen zu nutzen, kann eine zusätzliche Entfernung bestimmt werden. Hierzu werden im Folgenden mehrere Möglichkeiten erläutert. Die Bezeichnung der einzelnen Referenzobjekte, Entfernungssensoren, Entfernungen und Verbindungsgeraden mit Zahlwörtern dient hierbei ausschließlich der Unterscheidbarkeit der Referenzobjekte, Entfernungssensoren, Entfernungen und Verbindungsgeraden und beschreibt keine Mindestanzahl von im Verfahren genutzten Entfernungen, Referenzobjekten, Entfernungssensoren und Verbindungsgeraden.
Durch einen dritten Entfernungssensor kann eine dritte Entfernung zu dem ersten und/oder eine vierte Entfernung zu dem zweiten Referenzobjekt erfasst werden, wonach die Orientierungsinformation zusätzlich in Abhängigkeit der dritten und/oder der vierten Entfernung bestimmt wird. Alternativ oder ergänzend kann durch den ersten Entfernungssensor eine fünfte Entfernung zu dem zweiten Referenzobjekt und/oder durch den zweiten Entfernungssensor eine sechste Entfernung zu dem ersten Referenzobjekt erfasst werden, wonach die Orientierungsinformation zusätzlich in Abhängigkeit der fünften und/oder der sechsten Entfernung bestimmt wird. Neben einer Aufhebung von Mehrdeutigkeiten im Rahmen der Bestimmung der Orientierung kann die Erfassung zusätzliche Entfernungen auch dazu dienen, die Zuverlässigkeit der Orientierungsbestimmung zu verbessern, indem ausreichend viele Entfernungen bestimmt werden, um ein überbestimmtes Gleichungssystem für die Orientierung zu erhalten. Diese Überbestimmung kann genutzt werden, um eine in Abhängigkeit einer ersten Gruppe von erfassten Entfernungen bestimmte Orientierung durch eine zweite Gruppe von erfassten Entfernungen zu validieren und/oder um eine Messgenauigkeit zu verbessern bzw. Messfehler einzelner Sensoren zu erkennen und/oder zu kompensieren.
Durch die Referenzobjekte können wenigstens zwei Geraden definiert werden, bezüglich derer jeweils separat ein Relativwinkel des Fahrzeugs zu den jeweiligen Geraden bestimmt wird, wonach aus den jeweiligen Relativwinkeln, beispielsweise durch Mittelwertbildung, die Orientierungsinformation bestimmt wird. So kann ein drittes Referenzobjekt verwendet werden, wobei ein erster Relativwinkel des Kraftfahrzeugs bezüglich einer ersten Verbindungsgerade zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzobjekt und ein zweiter Relativwinkel des Kraftfahrzeugs bezüglich einer zweiten Verbindungsgerade zwischen dem dritten und dem ersten oder dem zweiten oder einem vierten Referenzobjekt ermittelt werden, wonach die Orientierungsinformation in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Relativwinkels ermittelt wird. Das dritte bzw. vierte Referenzobjekte können mit den gleichen Entfernungssensoren erfasst werden, wie das erste bzw. das zweite Referenzobjekt. Es können jedoch auch weitere Entfernungssensoren genutzt werden. Insbesondere kann durch das erste und das zweite Referenzobjekt eine erste Verbindungsgerade und durch das dritte und das vierte Referenzobjekt eine dazu parallel verlaufende zweite Verbindungsgerade definiert werden. In diesem Fall kann als Orientierungsinformation ein Mittelwert, beispielsweise ein arithmetisches Mittel, der Relativwinkel bestimmt werden.
Es ist möglich, dass das Kraftfahrzeug im erfindungsgemäßen Verfahren entlang einer durch die Verarbeitungseinrichtung vorgegebenen Trajektorie geführt wird, wobei die Trajektorie nach Ermittlung der Orientierungsinformation in Abhängigkeit der Orientierungsinformation ermittelt oder angepasst wird. Beispielsweise kann die Trajektorie dazu dienen, das Kraftfahrzeug in eine Ladeposition bezüglich einer Ladeplatte oder in eine vorgegebene Parkposition zu führen.
Wie eingangs erwähnt, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Kalibrierung von Kraftfahrzeugkomponenten verbessert werden. So kann in einer Ist-Stellung des Kraftfahrzeugs die Orientierungsinformation ermittelt und wenigstens ein Fahrzeugsystem bezüglich wenigstens eines fahrzeugexternen Kalibrierobjekts kalibriert werden, das in einer bezüglich der Sollstellung vorgegebenen Position und Orientierung angeordnet wird, wobei wenigstens ein vorläufiger Kalibrierparameter erfasst wird, wonach durch die Verarbeitungseinrichtung ein korrigierter Kalibrierparameter in Abhängigkeit des vorläufigen Kalibrierparameters und der Orientierungsinformation bereitgestellt wird. Beispielsweise können ein oder mehrere Sensoren und/oder Beleuchtungseinrichtungen des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Es ist auch möglich, einen Sensor und wenigstens eine Beleuchtungseinrichtung aufeinander abzustimmen, wobei diese Abstimmung über ein fahrzeugexternes Kalibrierobjekt beispielsweise eine Projektionsfläche erfolgt. Beispielsweise können Bildpunkte einer Kamera bestimmten Leuchtwinkeln von Scheinwerfern zugeordnet werden.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das wenigstens einen ersten und zweiten Entfernungssensor zur Erfassung einer Entfernung eines ersten und eines zweiten Referenzobjekts und eine Recheneinrichtung umfasst, wobei es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist. Das Kraftfahrzeug kann am erfindungsgemäßen Verfahren teilnehmen. Zu dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterte Merkmale können mit den dort genannten Vorteilen auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen werden und umgekehrt. Der erste und der zweite Entfernungssensor können eingerichtet sein, die erste Entfernung zu dem ersten Referenzobjekt bzw. die zweite Entfernung zu dem zweiten Referenzobjekt zu bestimmen. Durch die Recheneinrichtung kann die Orientierungsinformation und/oder eine daraus abgeleitete Information bereitgestellt werden. Das Kraftfahrzeug kann eine Anzeigeeinrichtung zur Ausgabe der Orientierungsinformation und/oder der daraus abgeleiteten Information aufweisen. Ergänzend oder alternativ kann das Kraftfahrzeug eine Verarbeitungseinrichtung aufweisen, an die die Orientierungsinformation und/oder die daraus abgeleitete Information bereitgestellt werden. Die Verarbeitungseinrichtung kann ein Fahrerassistenzsystem implementieren, das vorzugsweise dazu eingerichtet ist, das Kraftfahrzeug in die Sollstellung zu führen. Das Kraftfahrzeug kann wenigstens ein Fahrzeugsystem aufweisen, das wie vorangehend erläutert durch das erfindungsgemäße Verfahren kalibrierbar ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bei der Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 einen Winkelreflektor, und
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung eines Kraftfahrzeugs 1 bezüglich einer Sollstellung. Das Kraftfahrzeug 1 soll bezüglich eines fahrzeugexternen Kalibrierobjekts 2, nämlich einer Projektionswand, zur Abstimmung der Einstellung der Scheinwerfer 3 und der Kamera 4 des Kraftfahrzeugs 1, positioniert werden. Die Sollstellung ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht eingezeichnet, sie stellt jedoch eine Stellung des Kraftfahrzeugs 1 dar, in der das Kraftfahrzeug 1 in einem vorgegebenen Abstand vor dem Kalibrierobjekt 2 angeordnet ist, wobei eine Fahrzeuglängsachse senkrecht zu der Projektionsfläche des Kalibrierobjekts 2 ausgerichtet ist. Zur Ermittlung der Orientierung werden zunächst vier Referenzobjekte 5, 6, 7, 8 an jeweils bezüglich der Sollstellung vorgegebenen, voneinander beabstandeten Referenzpositionen angeordnet. Die Anordnung erfolgt derart, dass bei einer Sollstellung des Kraftfahrzeugs 1 die Fahrzeuglängsachse parallel zu den Verbindungsgeraden 9, 10 ausgerichtet wäre, die die Referenzobjekte 5 und 7 bzw. 6 und 8 verbinden. Die Verbindungsgeraden 9, 10 verlaufen parallel zu einer Sollstellung der Längsachse des Kraftfahrzeugs 1 und geben somit einen Nullpunkt für eine relative Orientierung bezüglich der Sollstellung vor.
Um die Referenzobjekte 5, 6, 7, 8 zu erfassen, sind am Kraftfahrzeug 1 mehrere Entfernungssensoren 15 vorgesehen. Die Entfernungssensoren 15 sind als Radarsensoren ausgebildet. Sie sind derart entlang des Umfangs des Kraftfahrzeugs 1 verteilt, dass ihre miteinander überlappenden Erfassungsbereiche 16 im Wesentlichen Objekte im gesamten Fahrzeugumfeld erfassen können. Als Referenzobjekte 5, 6, 7, 8 werden Winkelreflektoren mit jeweils drei senkrecht zueinander stehenden elektrisch leitenden Flächen genutzt.
Die Funktionsweise der Winkelreflektoren wird im Folgenden mit Bezug auf 2 erläutert. An den drei senkrecht aufeinander stehenden, elektrisch leitfähigen Flächen 17, 18, 19 werden einfallende Radarstrahlen 20, 22 jeweils total reflektiert, wobei bei jeder Reflektion der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel ist. Durch die rechtwinklige Anordnung der Flächen 17, 18, 19 werden die einfallenden Radarstrahlen 20, 22 mehrfach reflektiert, so dass der jeweilige reflektierte Radarstrahl 21, 23 in eine Richtung abgestrahlt wird, die der Richtung des zugeordneten einfallenden Radarstrahls 20, 22 exakt entgegengesetzt ist. Die Winkelreflektoren 5, 6, 7, 8 wirken somit für die durch die Entfernungssensoren 15 ausgesandten Radarstrahlen als punktförmige Reflektoren.
Die Referenzobjekte 5, 6, 7, 8 sind in einer Fläche angeordnet, die auf der gleichen Höhe liegt, wie die Entfernungssensoren im Kraftfahrzeug 15. Durch eine Erfassung der Laufzeit der reflektierten Radarstrahlen können durch die Entfernungssensoren 15 die durch die gestrichelten Linien 11, 12, 13 und 14 dargestellten Entfernungen erfasst werden. Da die Entfernungssensoren 15 und die Referenzobjekte 5, 6, 7, 8 in einer Ebene angeordnet sind, ist diese Distanz direkt verwertbar. Sollten stattdessen Referenzobjekte genutzt werden, die beispielsweise um das Referenzobjekt zu schützen, auf der Ebene einer befahrenen Fahrbahn oder darunter angeordnet sind, wäre bei der Entfernungsberechnung stets der Höhenunterschied zu berücksichtigen. Die gemessene Entfernung würde einer diagonalen Entfernung entsprechen, aus der bei bekannter Höhe der Entfernungssensoren eine in die Fahrebene projizierte Entfernung berechenbar ist.
Die durch die gestrichelten Linien 11, 12, 13, 14 dargestellten Entfernungen werden an die Recheneinrichtung 24 des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt, die aus den durch die gestrichelten Linien 11 und 13 dargestellten Entfernungen einen Relativwinkel der Fahrzeuglängsachse zu der Verbindungsgeraden 9 und aus den durch die gestrichelten Linien 12 und 14 dargestellten Entfernungen einen Relativwinkel der Fahrzeuglängsachse zu der Verbindungsgeraden 10 berechnen. Aus diesen wird durch Mittelwertbildung die Orientierungsinformation bestimmt. Die Mittelwertbildung erfolgt durch Berechnen eines arithmetischen Mittels, bei dem die beiden Relativwinkel aufgrund ihres unterschiedlichen Drehsinns voneinander abgezogen werden und das Ergebnis durch zwei geteilt wird.
Die Orientierungsinformation kann einem Fahrer, der das Kraftfahrzeug 1 bezüglich des Kalibrierobjekts 2 positioniert, durch die Ausgabeeinrichtung 25, beispielsweise ein Display, angezeigt werden. Alternativ kann eine daraus abgeleitete Information, beispielsweise eine Grafik, die die Orientierung des Kraftfahrzeugs bezüglich des Kalibrierobjekts 2 anzeigt, dargestellt werden. Mit Hilfe dieser Information kann ein Fahrer eine starke Schrägstellung des Kraftfahrzeugs 1 korrigieren.
Da eine perfekte Geradestellung des Kraftfahrzeugs 1 zur Vorbereitung einer Kalibrierung zeitaufwändig sein kann, ist es ergänzend möglich, Schrägstellungen des Kraftfahrzeugs 1, die als Orientierungsinformation bereitstehen, im Rahmen des Kalibriervorgangs selbst zu nutzen. Dies wird beispielhaft für eine relative Kalibrierung von Scheinwerfern 3, deren abgestrahltes Lichtmuster im Rahmen des Betriebs anpassbar ist, und einer Kamera 4 erläutert. Für eine Nutzung von komplexen Lichtfunktionen ist es bei einem Zusammenwirken der Scheinwerfer 3 mit einer Kamera 4 wesentlich, dass separat steuerbare Leuchtbereiche des Scheinwerfers 3 Erfassungsbereichen der Kamera 4, beispielsweise einzelnen Pixeln, zugeordnet werden können. Eine entsprechende Abstimmung kann automatisch erfolgen, indem bestimmte Lichtmuster durch die Scheinwerfer 3 auf die Projektionswand des Kalibrierobjekts 2 projiziert werden und durch die Kamera 4 erfasst werden. Eine Schrägstellung des Kraftfahrzeugs 1 kann hierbei jedoch zu einer Verzerrung des projizierten Lichtmusters und somit zu einer fehlerhaften Kalibrierung führen. Daher kann bei einer automatischen Kalibrierung durch die Verarbeitungseinrichtung 26 die durch die Recheneinrichtung 24 bereitgestellte Orientierungsinformation berücksichtigt werden, um entsprechende Verzeichnungen zu kompensieren und trotz einer Schiefstellung des Fahrzeugs zu korrekten Kalibrierergebnissen zu gelangen. Dieses Vorgehen kann auch auf andere Kalibriervorgänge übertragen werden.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Ermittlung einer Orientierung des Kraftfahrzeugs 1 bezüglich einer Sollstellung. Bei der Sollstellung des Kraftfahrzeugs 1 handelt es sich in diesem Fall um eine Ladeposition, in der ein nicht gezeigter Energiespeicher des Kraftfahrzeugs 1 induktiv über die Ladeplatte 27 ladbar ist. Das Kraftfahrzeug 1 entspricht dem in 1 dargestellten Kraftfahrzeug 1, weshalb die einzelnen Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 nicht detailliert dargestellt sind. Die Verarbeitungseinrichtung 26 wird jedoch in einem anderen Betriebsmodus betrieben, in dem sie eine Trajektorie vorgeben kann, um das Kraftfahrzeug 1 in die Sollstellung zu führen.
Um eine optimale Führung in die Sollstellung zu ermöglichen, wird in der in 3 gezeigten Fahrsituation eine relative Position und Orientierung des Kraftfahrzeugs 1 bezüglich der Sollstellung ermittelt. Hierzu werden durch die Entfernungssensoren 15 jeweils Entfernungen der Referenzobjekte 28, 29 zu den jeweiligen Sensoren erfasst, die durch die gestrichelten Linien 30, 31, 32, 33 dargestellt sind. Hierbei wird das Referenzobjekt 28 durch einen links am Kraftfahrzeug 1 angeordneten Entfernungssensor 15 und das Referenzobjekt 29 durch einen rechts am Kraftfahrzeug 1 angeordneten Entfernungssensor 15 erfasst. Zusätzlich werden beide Referenzobjekte 28, 29 durch einen mittig am Kraftfahrzeug 1 angeordneten Entfernungssensor 15 erfasst.
Durch die Erfassung der vier durch die gestrichelten Linien 30, 31, 32, 33 dargestellten Entfernungen ist das Problem, die Orientierung und Position des Kraftfahrzeugs 1 bezüglich der Sollposition zu bestimmen überbestimmt und kann durch Lösen eines Gleichungssystems gelöst werden. Die Überbestimmung des Gleichungssystems ermöglicht es einerseits, die Funktionsfähigkeit der Entfernungssensoren zu validieren, da bei einem Defekt eines der Entfernungssensoren 15 Inkonsistenzen zwischen den mit den verschiedenen Entfernungssensoren 15 erfassten Entfernungen erkannt werden können. Andererseits kann, ähnlich wie zu 1 erläutert, ein Messfehler durch Mittelung verschiedener ermittelter Orientierungen und/oder Positionen, die jeweils aus Teilen der Entfernungen ermittelt werden, verringert werden.
Als Orientierungsinformation kann ein Winkel zwischen der Längsachse des Kraftfahrzeugs 1 und der Verbindungsgeraden 34 zwischen den Referenzobjekten 28, 29 bestimmt werden. Diese Orientierungsinformation kann durch die Verarbeitungseinrichtung 26 genutzt werden, um eine Trajektorie des Kraftfahrzeugs 1 zu der Sollstellung zu bestimmen und/oder anzupassen.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Orientierung eines Kraftfahrzeugs (1) bezüglich einer Sollstellung, umfassend die Schritte: – Anordnen wenigstens eines ersten und zweiten Referenzobjekts (5, 6, 7, 8, 28, 29) an jeweils bezüglich der Sollstellung vorgegebenen, voneinander beabstandeten Referenzpositionen, – Erfassung einer ersten Entfernung des ersten Referenzobjekts (5, 6, 7, 8, 28, 29) durch einen am Kraftfahrzeug angeordneten, ersten Entfernungssensor (15), – Erfassung einer zweiten Entfernung des zweiten Referenzobjekts (5, 6, 7, 8, 28, 29) durch einen am Kraftfahrzeug von dem ersten Entfernungssensor (15) beabstandet angeordneten, zweiten Entfernungssensor (15), – Ermitteln einer die Orientierung des Kraftfahrzeugs bezüglich der Sollposition betreffenden Orientierungsinformation in Abhängigkeit der ersten und der zweiten Entfernung, und – Ausgabe der Orientierungsinformation und/oder einer daraus abgeleiteten Information durch eine Ausgabeeinrichtung (25) und/oder Bereitstellen der Orientierungsinformation und/oder der abgeleiteten Information an eine Verarbeitungseinrichtung (26).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als der erste und/oder als der zweite Entfernungssensor (15) jeweils ein Radarsensor verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als das erste und/oder das zweite Referenzobjekt (5, 6, 7, 8, 28, 29) jeweils ein Winkelreflektor mit zwei oder drei jeweils senkrecht zueinander stehenden, elektrisch leitenden Flächen (17, 18, 19) genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen dritten Entfernungssensor (15) eine dritte Entfernung zu dem ersten und/oder eine vierte Entfernung zu dem zweiten Referenzobjekt (5, 6, 7, 8, 28, 29) erfasst wird, wonach die Orientierungsinformation zusätzlich in Abhängigkeit der dritten und/oder der vierten Entfernung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den ersten Entfernungssensor (15) eine fünfte Entfernung zu dem zweiten Referenzobjekt (5, 6, 7, 8, 28, 29) und/oder durch den zweiten Entfernungssensor (15) eine sechste Entfernung zu dem ersten Referenzobjekt (5, 6, 7, 8, 28, 29) erfasst wird, wonach die Orientierungsinformation zusätzlich in Abhängigkeit der fünften und/oder der sechsten Entfernung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein drittes Referenzobjekt (5, 6, 7, 8, 28, 29) verwendet wird, wobei ein erster Relativwinkel des Kraftfahrzeugs bezüglich einer ersten Verbindungsgerade (9, 10, 14) zwischen dem ersten und dem zweiten Referenzobjekt (5, 6, 7, 8, 28, 29) und ein zweiter Relativwinkel des Kraftfahrzeugs bezüglich einer zweiten Verbindungsgerade (9, 10, 14) zwischen dem dritten und dem ersten oder dem zweiten oder einem vierten Referenzobjekt (5, 6, 7, 8, 28, 29) ermittelt werden, wonach die Orientierungsinformation in Abhängigkeit des ersten und des zweiten Relativwinkels ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug, entlang einer durch die Verarbeitungseinrichtung (26) vorgegebenen Trajektorie geführt wird, wobei die Trajektorie nach Ermittlung der Orientierungsinformation in Abhängigkeit der Orientierungsinformation ermittelt oder angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ist-Stellung des Kraftfahrzeugs (1) die Orientierungsinformation ermittelt und wenigstens ein Fahrzeugsystem (3, 4) bezüglich wenigstens eines fahrzeugexternen Kalibrierobjekts (2) kalibriert wird, das in einer bezüglich der Sollstellung vorgegeben Position und Orientierung angeordnet wird, wobei wenigstens ein vorläufiger Kalibrierparameter erfasst wird, wonach durch die Verarbeitungseinrichtung (26) ein korrigierter Kalibrierparameter in Abhängigkeit des vorläufigen Kalibrierparameters und der Orientierungsinformation bereitgestellt wird.
Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen erste und zweiten Entfernungssensor (15) zur Erfassung einer Entfernung eines ersten und eines zweiten Referenzobjekts (5, 6, 7, 8, 28, 29) und eine Recheneinrichtung (24), dadurch gekennzeichnet, dass es zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.