DE102018216451A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung (14) zum Kalibrieren eines Fahrzeugumfeld-Sensors (38) eines Fahrzeuges (18) und eine Vorrichtung (10) zum Durchführen eines solchen Verfahrens. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Messens eines zeitlichen Verlaufes wenigstens eines Messpunktes (46) mittels der Kamera (42), des Bestimmens der geometrischen Fahrachse (30) aus dem zeitlichen Verlauf des wenigstens einen Messpunktes (46), des Messens eines ersten und eines zweiten lateralen Distanzwertes (d1, d2) des Fahrzeuges (18) mittels der Distanzsensoren (54, 58) bei einer Messzeit (tk), des Bestimmens einer Fahrzeugachsenmitte (34) zu der Messzeit (tk) anhand der ermittelten lateralen Distanzwerte (d1, d2), des Korrelierens der geometrischen Fahrachse (30) zu der Fahrzeugachsenmitte (34) zu der Messzeit (tk) und Bestimmen einer achsmittigen geometrischen Fahrachse (26), und des Ausrichtens der Kalibriereinrichtung (14) entsprechend der ermittelten achsmittigen geometrischen Fahrachse (26).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung zum Kalibrieren von Fahrzeugumfeld-Sensoren.
  • Fahrzeugumfeld-Sensoren werden inzwischen vielfach für Fahrzeuge eingesetzt, um bspw. Abstände, Geschwindigkeiten anderer Fahrzeuge, den Straßenzustand oder Verkehrszeichen zu bestimmen. Um genaue Werte der Fahrzeugumfeld-Sensoren zu erhalten, müssen diese vor der Verwendung mittels einer Kalibriereinrichtung kalibriert werden.
  • Stand der Technik
  • Aus der DE 199 41 034 A1 ist eine Einstellvorrichtung mit einem Einstellgerät für Scheinwerfer oder für einen Abstandssensor eines Fahrzeuges und mit einer optischen Justiereinrichtung zum Ausrichten des Einstellgerätes relativ zu dem Fahrzeug bekannt. Durch Aufnahme von an dem Fahrzeug angeordneten Merkmalen ist während der Fahrt zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach an sich bekannten trigonometrischen Beziehungen die Fahrachsrichtung berechenbar. Dabei werden zwei Kameras verwendet, die mechanisch stabil verbunden sind und die Verbindung ist zu kalibrieren. Des Weiteren wird eine Rückstrahl- oder Projektionswand zum Ausrichten des Scheinwerfers oder des Abstandssensors verwendet.
  • Der Hintergrund der Erfindung liegt darin, dass Fahrzeugumfeld-Sensoren wie z.B. Frontkameras eines Fahrzeugs einen Bezug zum Fahrzeugkoordinatensystem des Fahrzeugherstellers aufweisen können, der zur Kalibrierung dieser Fahrzeugumfeld-Sensoren berücksichtigt wird. In der Regel liegt der Bezugspunkt in der Mitte einer Fahrzeugachse. Für diese Fahrzeugumfeld-Sensoren muss eine Kalibriereinrichtung so vor dem Fahrzeug platziert werden, dass ihre vertikale Mittellinie oder ein definiertes Merkmal auf der Kalibriereinrichtung von der geometrischen Fahrachse des Fahrzeugs geschnitten wird und die geometrische Fahrachse ihren Bezugspunkt in der Mitte einer Fahrzeugachse aufweist.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Kalibriereinrichtung zum Kalibrieren eines Fahrzeugumfeld-Sensors mit hoher Genauigkeit in Bezug auf die Mitte einer Fahrzeugachse ausgerichtet werden kann. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Anspruch 12 gibt eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens an. Die jeweils rückbezogenen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung zum Kalibrieren eines Fahrzeugumfeld-Sensors umfasst dabei die Schritte des Messens eines zeitlichen Verlaufes wenigstens eines Messpunktes mittels der Kamera, des Bestimmens der geometrischen Fahrachse aus dem zeitlichen Verlauf des wenigstens einen Messpunktes, des Messens eines ersten und eines zweiten lateralen Distanzwertes des Fahrzeuges mittels der Distanzsensoren bei einer Messzeit, des Bestimmens einer Fahrzeugachsenmitte zu der Messzeit anhand der ermittelten lateralen Distanzwerte, des Korrelierens der geometrischen Fahrachse zu der Fahrzeugachsenmitte zu der Messzeit und Bestimmen einer achsmittigen geometrischen Fahrachse, und des Ausrichtens der Kalibriereinrichtung entsprechend der ermittelten achsmittigen geometrischen Fahrachse.
  • Als zeitlicher Verlauf im Sinne der Erfindung wird eine Messung zu einer Mehrzahl an Zeitpunkten verstanden. Dadurch kann für den bspw. Messpunkt aus der Vielzahl an Messungen ein Bewegungsmuster während der gesamten Zeit der Messung erstellt werden. Zu diesem Bewegungsmuster kann dann die entsprechende geometrische Fahrachse bestimmt werden. Die lateralen Distanzwerte geben dabei einen Abstand vom Distanzsensor zum Fahrzeug an, welcher im Wesentlichen orthogonal zu einer Fahrzeuglängsachse gemessen wird.
  • Als Messzeit wird dabei eine vorher definierte Zeit oder eine Zeit verstanden, bei welcher die Distanzsensoren eine Abstandsänderung registrieren. Beim Korrelieren der ermittelten geometrischen Fahrachse mit der Fahrzeugachsenmitte werden die Messungen derart in Bezug gesetzt, dass die ermittelte geometrischen Fahrachse und die Fahrzeugachsenmitte zu einer gleichen Messzeit vorliegen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass auf einfache Weise und durch die hohe Genauigkeit der Ermittlung der Fahrzeugachsenmitte die Kalibriereinrichtung in Bezug auf die Mitte einer Fahrzeugachse ausgerichtet werden kann. Dadurch kann der Fahrzeugumfeld-Sensor in Bezug auf die Fahrzeugachsenmitte kalibriert werden. Für eine solche Ausrichtung werden im Wesentlichen lediglich eine Kamera und zwei Distanzsensoren benötigt. Dadurch ist das Verfahren wirtschaftlich und ohne großen Aufwand durchführbar.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird als Messpunkt ein künstlich angeordnetes Merkmal verwendet. Ein künstliches Merkmal im Sinne der Erfindung ist ein Merkmal, welches für die Messung an einer geeigneten Stelle angebracht wird. Ein solches Merkmal hat den Vorteil, dass es für die Messung gut detektierbar ist und an eine für die Messung vorteilhafte Position angebracht werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird als Merkmal eine retroreflektierende Messmarke verwendet. Ein retroreflektierendes Merkmal ist durch eine Rückstrahlung eines aus Richtung der Kamera einfallenden Lichtes besonders vorteilhaft messbar.
  • Vorzugsweise wird als Messpunkt ein natürliches Merkmal des Fahrzeuges verwendet. Ein natürliches Merkmal im Sinne der Erfindung ist dabei ein Merkmal, welches z.B. aufgrund der Bauart des Fahrzeuges, einer Beschädigung oder einer Verschmutzung schon vorhanden ist. Es muss somit kein zusätzliches Merkmal aufgebracht und nach der Messung wieder entfernt werden. Dadurch wird für die Messung Zeit eingespart.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Messung der lateralen Distanzwerte mit der Messfrequenz der Kamera synchronisiert. Bei einer Synchronisierung werden jeweils zur gleichen Zeit die laterale Distanzwerte gemessen und ein Bild von der Kamera aufgenommen. Aufgrund einer Zuordnung der Messungen zu bspw. einer Systemzeit können jeweils die lateralen Distanzwerte und das aufgenommene Bild zu der selben Zeit verwendet werden. Eine Korrelation beider Messungen wird dadurch wesentlich vereinfacht. Zusätzlich wird eine hohe Genauigkeit der Messung erzielt.
  • Vorteilhafterweise wird ein Bezugspunkt der geometrischen Fahrachse und/oder die Fahrzeugachsenmitte zu der Messzeit durch eine lineare Interpolation ermittelt. Dies bedeutet, dass der Zeitpunkt der Messung der lateralen Distanzwerte nicht mit dem Zeitpunkt der Aufnahme der Kamera übereinstimmt. Beispielsweise liegt die Messung der lateralen Distanzwerte zwischen zwei Aufnahmen der Kamera. Um den Bezugspunkt der geometrischen Fahrachse zu dem Zeitpunkt der Messung der lateralen Distanzwerte zu ermitteln wird mittels eines Algorithmus anhand der beiden Aufnahmen um die Messung der lateralen Distanzwerte eine lineare Interpolation durchgeführt. Dadurch ist der Bezugspunkt der geometrischen Fahrachse zu dem Zeitpunkt der Messung der lateralen Distanzwerte ermittelbar.
  • Der Vorteil dabei liegt darin, dass eine Synchronisierung der Kameraaufnahmen mit der Messung der lateralen Distanzwerte nicht notwendig ist. Das Verfahren wird dadurch vereinfacht und kann damit wirtschaftlicher durchgeführt werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die Distanzsensoren auf eine gleiche Höhe über der Fahrbahn ausgerichtet. Dadurch kann ein lateraler Distanzwert zu einem auf gleicher Höhe vorgesehenen korrespondierenden Fahrzeugteils auf beiden Seiten des Fahrzeugs detektiert werden. Dies ermöglicht eine exakte Bestimmung der Fahrzeugachsenmitte. Besonders bevorzugt werden dabei die lateralen Distanzwerte parallel zu der Fahrbahn bestimmt. Dies bedeutet, dass eine Höhe des Distanzsensors über der Fahrbahn mit einer Höhe über der Fahrbahn an dem der laterale Distanzwert am Fahrzeug gemessen wird übereinstimmt. Die Genauigkeit der Messung wird dadurch erhöht.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung messen die Distanzsensoren einen Abstand zueinander vor und/oder nach der Messzeit und die gemessenen Abstände werden miteinander verglichen. Dadurch können die Ergebnisse miteinander verglichen werden, so dass bei einem unterschiedlichen Ergebnis ein falsch messender Distanzsensor identifizierbar und austauschbar ist. Auch ist es möglich die Differenz bei Kenntnis des exakten Abstandes herauszurechnen. Die Genauigkeit der Messung wird dadurch erhöht.
  • Vorzugsweise wird wenigstens ein lateraler Distanzwert mittels eines Laserentfernungsmessers gemessen. Ein Laserentfernungsmessgerät weist eine hohe Genauigkeit auf. Zudem kann ein zu messender Punkt exakt eingestellt werden. Die Genauigkeit kann dadurch weiter erhöht werden.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird als lateraler Distanzwert die gemessene Distanz der Distanzsensoren zu einem korrespondierenden Rad des Fahrzeuges verwendet. Das Rad ist dabei an der Achse befestigt, von der die Fahrzeugachsenmitte bestimmt werden soll. Die Achse ist dabei vorzugsweise die Hinterachse des Fahrzeuges. Der Bezug zu der Achse, an der die Fahrzeugachsenmitte bestimmt werden soll ist dadurch am größten. Dadurch kann die Genauigkeit der Bestimmung der Fahrzeugachsenmitte weiter erhöht werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird zusätzlich durch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst, wobei die Vorrichtung eine Kamera zum Erfassen eines zeitlichen Verlaufes wenigstens eines Messpunktes, einen ersten und einen zweiten Distanzsensor, zum Erfassen von lateralen Distanzwerten des Fahrzeuges, eine Auswerteeinrichtung, zum Bestimmen einer geometrischen Fahrachse, einer Fahrzeugachsenmitte und einer achsmittigen geometrischen Fahrachse, und eine Kalibriereinrichtung, zum Kalibrieren des Fahrzeugumfeld-Sensors, umfasst.
  • Mit einer solchen Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens können die zum dem Verfahren genannten Vorteile erzielt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung, und
    • 2 Seitenansicht auf die Vorrichtung nach 1 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung.
  • In 1 ist eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung 14 gezeigt. Der Zweck des Verfahrens liegt darin, dass die Kalibriereinrichtung 14 derart vor einem Fahrzeug 18 positioniert wird, so dass eine vertikale Mittelachse 22 oder ein definiertes Merkmal (nicht gezeigt) von einer achsmittigen geometrischen Fahrachse 26 geschnitten wird. Die achsmittige geometrische Fahrachse 26 entspricht dabei einer geometrischen Fahrachse 30, die ihren Bezugspunkt in einer Fahrzeugachsenmitte 34 aufweist, so dass die achsmittige geometrische Fahrachse 26 und die geometrischen Fahrachse 30 parallel zueinander sind. Erst bei einer solchen Anordnung kann ein Fahrzeugumfeld-Sensors 38 des Fahrzeuges 18 kalibriert werden.
  • Zum Bestimmen der achsmittigen geometrischen Fahrachse 26 weist die Vorrichtung 10 eine Kamera 42 auf, welche vor dem Fahrzeug 18 positioniert ist. Diese Kamera 42 erfasst einen zeitlichen Verlauf eines Messpunktes 46, welcher in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein künstlich an dem Fahrzeug 18 angeordnetes Merkmal ist. Anhand des zeitlichen Verlaufes des Messpunktes 46, ermittelt eine Auswerteeinrichtung 50 die geometrischen Fahrachse 30 des Fahrzeuges 18. Die Position und Ausrichtung der Kamera 42 in einem Messplatzsystem 52 sind der Auswerteeinrichtung 50 bekannt.
  • Die Vorrichtung weist zusätzlich einen ersten und eine zweiten Distanzsensor 54, 58 auf. Diese Distanzsensoren 54, 58 sind dabei gegenüberliegend mit einem Abstand A angeordnet und messen bei einem Vorbeifahren des Fahrzeuges 18 entsprechend einen ersten und einen zweiten lateralen Distanzwert d1, d2, welche einen zur Fahrtrichtung lateralen Abstand zum Fahrzeug 18 angeben. Die Position und Ausrichtung der Distanzsensoren 54, 58 im Messplatzsystem 52 sind der Auswerteeinrichtung 50 bekannt.
  • Diese lateralen Distanzwerte d1, d2 werden anschließend der Auswerteeinrichtung 50 übermittelt, so dass die Auswerteeinrichtung 50 aus diesen Werten die Fahrzeugachsenmitte 34 bestimmen kann. Die ermittelte geometrischen Fahrachse 30 und die Fahrzeugachsenmitte 34 werden anschließend in der Auswerteeinrichtung 50 zueinander korreliert, so dass die achsmittige geometrische Fahrachse 26 bestimmbar wird. Entsprechend der bestimmten achsmittigen geometrischen Fahrachse 26 kann in einem nächsten Schritt die Kalibriereinrichtung 14 ausgerichtet werden.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht auf die Vorrichtung 10 nach 1 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ausrichten der Kalibriereinrichtung 14. In 2 ist dabei gezeigt, dass die Kamera 42 mit einer Messfrequenz Bilder 62 zwischen einem Messbeginn t0 und einem Messende ti aufnimmt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel messen die Distanzsensoren 54, 58 auf einer gleichen Höhe H parallel zu einer Fahrbahn 66 des Messplatzsystems 52 an jeweils einem vorbeifahrenden Rad 70, welches in diesem Fall die Räder 70 einer Hinterachse 74 (siehe 1) des Fahrzeuges 18 sind, die lateralen Distanzwerte d1, d2.
  • In dem Ausführungsbeispiel sind die Messfrequenzen der Distanzsensoren 54, 58 mit der Messfrequenz der Kamera 42 synchronisiert. Bei dem Vorbeifahren der Räder 70 ändern sich die durch die Distanzsensoren 54, 58 ermittelten lateralen Distanzwerte d1, d2. Dies ist in den entsprechenden Diagrammen zu den Distanzsensoren 54, 58 dargestellt.
  • Durch die Abstandsänderung detektiert die Auswerteeinrichtung 50 das Vorbeifahren des entsprechenden Rades 70. Zu einer dabei ermittelten Messzeit tk , als mittlere Zeit zwischen einem ersten und letzten Messwert t1 , t2 zum Rad, wird das entsprechende Bild 62 der Kamera 42 verwendet und der zu diesem Bild 62 entsprechende Bezugspunkt der geometrischen Fahrachse 30 ermittelt. Anschließend wird die geometrischen Fahrachse 30 zu der zu der Messzeit tk ermittelten Fahrzeugachsenmitte 34 korreliert, so dass die achsmittige geometrische Fahrachse 26 ermittelt wird.
  • Anhand der zu der Messzeit tk ermittelten achsmittigen geometrischen Fahrachse 26, kann durch die Auswerteeinrichtung 50 die achsmittige geometrische Fahrachse 26 zu einem Messende ti bestimmt werden. Entsprechend dieser bei Messende ti ermittelten achsmittigen geometrischen Fahrachse 26 kann die Kalibriereinrichtung 14 ausgerichtet werden, um den Fahrzeugumfeld-Sensor 38 des Fahrzeuges 18 zu kalibrieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19941034 A1 [0003]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Ausrichten einer Kalibriereinrichtung (14) zum Kalibrieren eines Fahrzeugumfeld-Sensors (38) eines Fahrzeuges (18) mittels einer Vorrichtung (10), die eine Kamera (42) und einen ersten und zweiten Distanzsensor (54, 58) aufweist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: - Messen eines zeitlichen Verlaufes wenigstens eines Messpunktes (46) mittels der Kamera (42), - Bestimmen der geometrischen Fahrachse (30) aus dem zeitlichen Verlauf des wenigstens einen Messpunktes (46), - Messen eines ersten und eines zweiten lateralen Distanzwertes (d1, d2) des Fahrzeuges (18) mittels der Distanzsensoren (54, 58) bei einer Messzeit (tk), - Bestimmen einer Fahrzeugachsenmitte (34) zu der Messzeit (tk) anhand der ermittelten lateralen Distanzwerte (d1, d2), - Korrelieren der geometrischen Fahrachse (30) zu der Fahrzeugachsenmitte (34) zu der Messzeit (tk) und Bestimmen einer achsmittigen geometrischen Fahrachse (26), und - Ausrichten der Kalibriereinrichtung (14) entsprechend der ermittelten achsmittigen geometrischen Fahrachse (26).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Messpunkt (46) ein künstlich angeordnetes Merkmal verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Merkmal (46) eine retroreflektierende Messmarke verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Messpunkt (46) ein natürliches Merkmal des Fahrzeuges (18) verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der lateralen Distanzwerte (d1, d2) mit der Messfrequenz der Kamera (42) synchronisiert wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bezugspunkt der geometrischen Fahrachse (30) und/oder die Fahrzeugachsenmitte (34) zu der Messzeit (tk) durch eine lineare Interpolation ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzsensoren (54, 58) auf eine gleiche Höhe (H) über der Fahrbahn (66) ausgerichtet werden.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lateralen Distanzwerte (d1, d2) parallel zu der Fahrbahn (66) bestimmt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzsensoren (54, 58) einen Abstand (A) zueinander vor und/oder nach der Messzeit (t1, t2) messen und die gemessenen Abstände (A) miteinander verglichen werden.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein lateraler Distanzwert (d1, d2) mittels eines Laserentfernungsmessers (54, 58) gemessen wird.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als lateraler Distanzwert (d1, d2) die gemessene Distanz der Distanzsensoren (54, 58) zu einem korrespondierenden Rad (70) des Fahrzeuges (18) verwendet wird.
  12. Vorrichtung (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) eine Kamera (42) zum Erfassen eines zeitlichen Verlaufes wenigstens eines Messpunktes (46), einen ersten und einen zweiten Distanzsensor (54, 58), zum Erfassen von lateralen Distanzwerten (d1, d2) des Fahrzeuges (18), eine Auswerteeinrichtung (50), zum Bestimmen einer geometrischen Fahrachse (30), einer Fahrzeugachsenmitte (34) und einer achsmittigen geometrischen Fahrachse (26), und eine Kalibriereinrichtung (14), zum Kalibrieren des Fahrzeugumfeld-Sensors (38), umfasst.
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