DE102019118957A1

DE102019118957A1 - Bestimmen einer Rollwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems

Info

Publication number: DE102019118957A1
Application number: DE102019118957.8A
Authority: DE
Inventors: Jesus Moldes; Nikolai Sergeev
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-01-14

Abstract

Gemäß einem Verfahren zum Bestimmen einer Rollwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems (2) angegeben, das an einem Kraftfahrzeug (1) montiert ist, welches sich auf einer Fahrbahn (13) befindet. Mittels des Sensorsystems (2) wird eine Punktwolke (6) erzeugt, die eine erste Untermenge von Abtastpunkten der Fahrbahn (13) enthält. Mittels einer Recheneinheit (4) wird ein erstes Paar (A, B) von Abtastpunkten der ersten Untermenge ausgewählt und ein erster Winkel (δ) bestimmt, den eine Projektion (14') eines ersten Verbindungsvektors (14) in eine Ebene, die senkrecht zu einer Longitudinalachse (15) des Sensorsystems (2) steht, mit einer Querachse (18') des Sensorsystems (2) einschließt, um die Rollwinkellage zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Rollwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems, das an einem Kraftfahrzeug montiert ist, welches sich auf einer Fahrbahn befindet. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes aktives optisches Sensorsystem zur Montage an einem Kraftfahrzeug und ein Computerprogramm.
Aktive optische Sensorsysteme, wie beispielsweise Lidarsysteme, können an Kraftfahrzeugen montiert werden, um vielfältige Funktionen elektronischer Fahrzeugführungssysteme oder Fahrerassistenzsysteme zu realisieren. Diese Funktionen beinhalten Abstandsmessungen, Abstandsregelalgorithmen, Spurhalteassistenten, Objektverfolgungsfunktionen und so weiter. Abweichungen einer Einbauposition oder Orientierung des Sensorsystems von einer nominalen Orientierung beeinflussen die Genauigkeit der Messwerte beziehungsweise deren Interpretation und Auswertung und damit die Zuverlässigkeit und Robustheit der entsprechenden Funktionen. Daher ist es erforderlich, das aktive optische Sensorsystem zu kalibrieren, um entsprechende Orientierungs- oder Positionsabweichungen kompensieren zu können.
Im Dokument US 9,052,721 B1 wird ein Verfahren zur Korrektur der Ausrichtung eines an einem Fahrzeug montierten Laserscanners beschrieben. Das Verfahren beruht darauf, eine dreidimensionale Punktwolke des Laserscanners mit einer dreidimensionalen Referenzpunktwolke zu vergleichen, um eine fehlerhafte Ausrichtung des Laserscanners zu berechnen. Die Referenzpunktwolke ist dabei vorab durch ein Abfahren der Fahrbahn mit dem Fahrzeug oder einem weiteren Fahrzeug aufgezeichnet worden.
Dadurch kann die Fehlausrichtung des Laserscanners nur basierend auf Messpunkten kompensiert werden, wenn für den entsprechenden Fahrbahnabschnitt Referenzmesspunkte vorliegen. Die Anzahl der zur Verfügung stehenden Messpunkte beziehungsweise die Häufigkeit, mit der die Kalibrierung durchgeführt werden kann, beeinflusst jedoch maßgeblich die Genauigkeit der Kompensation der Orientierungs- oder Positionsabweichungen. Zudem ist es nachteilhaft, dass die Referenzpunktwolke vorab aufgezeichnet werden muss.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Bestimmen einer Rollwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems anzugeben, das ohne eine vorab aufgezeichnete Referenzpunktwolke auskommt und mit dem insbesondere eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, eine Untermenge von Abtastpunkten einer Fahrbahn zu erzeugen und die Rollwinkellage dadurch zu bestimmen, dass ein Winkel bestimmt wird, den eine Projektion eines Verbindungsvektors eines Paars von Abtastpunkten der Untermenge in eine Ebene, die senkrecht zu der Longitudinalachse des Sensorsystems steht, mit einer Querachse des Sensorsystems einschließt.
Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Rollwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems angegeben. Dabei ist das aktive optische Sensorsystem an einem Kraftfahrzeug montiert, welches sich auf einer Fahrbahn befindet. Mittels des Sensorsystems wird eine Punktwolke erzeugt, die eine erste Untermenge von Abtastpunkten der Fahrbahn enthält. Mittels einer Recheneinheit des Sensorsystems wird ein erstes Paar von Abtastpunkten der ersten Untermenge ausgewählt. Mittels der Recheneinheit wird ein erster Winkel bestimmt, den eine Projektion eines ersten Verbindungsvektors des ersten Paars in eine Ebene, die senkrecht zu einer Longitudinalachse des Sensorsystems steht, mit einer Querachse des Sensorsystems einschließt, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Dass ein Punkt Teil einer Untermenge ist, kann derart verstanden werden, dass die Untermenge den entsprechenden Punkt beinhaltet.
Hier und im Folgenden kann ein aktives optisches Sensorsystem dadurch als solches definiert sein, dass es eine Sendeeinheit mit einer Lichtquelle aufweist, insbesondere zum Aussenden von Licht beziehungsweise Lichtimpulsen. Die Lichtquelle kann insbesondere als Laser ausgestaltet sein. Des Weiteren weist ein aktives optisches Sensorsystem eine Empfangseinheit mit wenigstens einem optischen Detektor auf, insbesondere zum Erfassen von Licht oder Lichtimpulsen, insbesondere von reflektierten Anteilen des ausgesandten Lichts. Das aktive optische Sensorsystem ist insbesondere dazu eingerichtet, basierend auf dem detektierten Licht eines oder mehrere Sensorsignale zu erzeugen und beispielsweise zu verarbeiten.
Hier und im Folgenden kann der Begriff „Licht“ derart verstanden werden, dass damit elektromagnetische Wellen im sichtbaren, im infraroten und/oder im ultravioletten Spektralbereich umfasst sind. Dementsprechend kann auch der Begriff „optisch“ derart verstanden werden, dass es sich auf Licht nach diesem Verständnis bezieht.
Das Licht, welches von dem aktiven optischen Sensorsystem ausgesendet wird, kann insbesondere infrarotes Licht, beispielsweise mit einer Wellenlänge von 905 nm, ungefähr 905 nm, 1.200 nm oder ungefähr 1.200 nm beinhalten. Unter diesen Wellenlängenangaben kann jeweils ein Wellenlängenbereich mit einer breiteren Verteilung verstanden werden, welche für die entsprechende Lichtquelle typisch ist.
Im vorliegenden Fall des aktiven optischen Sensorsystems kann es sich bei der Lichtquelle beispielsweise um eine Laserquelle handeln. Die genannten Wellenlängen können, im Rahmen üblicher Toleranzen, beispielsweise Peakwellenlängen des Laserspektrums entsprechen.
Dass mittels des Sensorsystems die Punktwolke erzeugt wird, kann beispielsweise derart verstanden werden, dass mittels der Empfangseinheit basierend auf detektierten Anteilen des reflektierten Lichts wenigstens ein Sensorsignal erzeugt wird und die Recheneinheit basierend auf dem wenigstens einen Sensorsignal entsprechende Abtastpunkte der Punktwolke erzeugt, wobei jeder Abtastpunkt ein dreidimensionales Koordinatentupel von Ortsraumkoordinaten, insbesondere in einem Sensorkoordinatensystem des Sensorsystems, enthält.
Das Sensorsystem kann beispielsweise eine Ablenkeinrichtung, beispielsweise mit einem beweglichen oder drehbar gelagerten Spiegel, beinhalten, mittels der von der Sendeeinheit erzeugte Lichtstrahlen kontrolliert abgelenkt werden können.
Insbesondere entspricht die Longitudinalachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine X-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, einer Aussenderichtung der Lichtstrahlen bei einem Aussendewinkel von Null Grad, also beispielsweise einer Neutralstellung der Ablenkvorrichtung. Die Ablenkvorrichtung kann von der Neutralstellung abweichende Stellungen einnehmen, um die Lichtstrahlen abzulenken, sodass die Lichtstrahlen innerhalb der Sendeebene aus dem Sensorsystem austreten.
Eine Querachse des Sensorsystems, welche beispielsweise eine Y-Achse des Sensorkoordinatensystems definiert, liegt innerhalb der Sendeebene und steht beispielsweise senkrecht auf der Longitudinalachse, welche per Konstruktion ebenfalls innerhalb der Sendeebene liegt. Eine Normalachse des Sensorsystems steht senkrecht auf der Longitudinalachse und der Querachse des Sensorsystems. Die Normalachse des Sensorsystems definiert beispielsweise eine Z-Achse des Sensorkoordinatensystems.
Mit anderen Worten ist eine Blickrichtung oder Aussenderichtung des Sensorsystems bei Neutralstellung gleich der X-Achse des Sensorkoordinatensystems. Die Sendeebene ist durch die X-Y-Ebene des Sensorkoordinatensystems gegeben. Das Sensorsystem kann das Licht mit unterschiedlichen Aussendewinkeln innerhalb der Sendeebene aussenden.
Die reflektierten Anteile des Lichts können mittels der Empfangseinheit beispielsweise ortsaufgelöst empfangen werden, sodass neben den unterschiedlichen Aussendewinkeln auch unterschiedliche Empfangswinkel erfasst und bestimmt werden können. Zudem kann, beispielsweise mittels einer Lichtlaufzeitmessung, eine Entfernung zwischen dem Sensorsystem und einem Punkt oder Objekt, an dem das Licht reflektiert wurde, bestimmt werden. In dieser Weise ist es möglich, die Punktwolke als dreidimensionale Punktwolke, also als Punktwolke aus dreidimensionalen Ortsraumkoordinatentupeln, zu erzeugen.
Die Ortsauflösung der Empfangseinheit kann beispielsweise erzielt werden, indem die Empfangseinheit mindestens zwei optische Detektoren aufweist. Die mittels eines der Detektoren erfassten Abtastpunkte werden auch als Lage bezeichnet. Lagen, die auf Reflexionen von der Fahrbahn zurückgehen, werden auch als Bodenlagen, Ground Layers oder Touchdown Lines bezeichnet.
Bei der ersten Untermenge handelt es sich insbesondere um eine Bodenlage.
Eine Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine X-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems definiert, ist beispielsweise gegeben durch eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Neutralstellung eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs oder bei einem Lenkwinkel, insbesondere einem Radwinkel oder einem Lenkradwinkel, des Kraftfahrzeugs von Null Grad. Eine Querachse des Kraftfahrzeugs steht senkrecht auf der Longitudinalachse des Kraftfahrzeugs und liegt in einer Ebene, die parallel zur Fahrbahn ist, beziehungsweise parallel zu einer Ebene, innerhalb der die Auflagepunkte der Räder des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn liegen. Die Querachse definiert insbesondere eine Y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems. Eine Normalachse des Kraftfahrzeugs, welche insbesondere eine Z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems definiert, steht senkrecht auf der Longitudinalachse und der Querachse des Kraftfahrzeugs.
Eine Gesamtwinkellage des Sensorsystems kann beispielsweise durch eine Nickwinkellage, eine Gierwinkellage sowie die Rollwinkellage des Sensorsystems definiert sein. Dabei sind ein Nickwinkel, ein Gierwinkel und ein Rollwinkel des Sensorsystems als Rotationswinkel oder Eulerwinkel des Sensorkoordinatensystems bezüglich des Fahrzeugkoordinatensystems nach einer vorgegebenen Konvention definiert.
Die Konvention kann beispielsweise derart sein, dass sich das Sensorkoordinatensystem aus dem Fahrzeugkoordinatensystem durch die folgenden drei Rotationen ergibt, wobei davon ausgegangen wird, dass das Sensorkoordinatensystem und das Fahrzeugkoordinatensystem zunächst identisch sind: Das Sensorkoordinatensystem wird um den Gierwinkel um die Z-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Nickwinkel um die resultierende Y-Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Danach wird das resultierende Sensorkoordinatensystem um den Rollwinkel um die resultierende X-Achse des resultierenden Sensorkoordinatensystems rotiert. Andere Konventionen sind ebenso möglich.
Falls der Gier- und der Nickwinkel gleich Null sind, entspricht der Rollwinkel insbesondere einem Rotationswinkel des Sensorkoordinatensystems um die X-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems. Dabei wird eine mögliche translatorische Verschiebung des Sensorkoordinatensystems bezüglich des Fahrzeugkoordinatensystems vernachlässigt.
Die Rollwinkellage entspricht insbesondere einem Schätzwert oder Messwert für den Rollwinkel des Sensorsystems.
Zur Durchführung des Verfahrens zum Bestimmen der Rollwinkellage nach dem verbesserten Konzept wird beispielsweise angenommen, dass der Gierwinkel gleich Null oder vernachlässigbar klein ist oder dass das Sensorsystem vorab bezüglich des Gierwinkels kalibriert wurde. Falls vorab eine Kalibrierung bezüglich des Gierwinkels durchgeführt wurde, wurde vorab, beispielsweise mittels der Recheneinheit, die Gierwinkellage des Sensorsystems bestimmt. Zum Erzeugen der Punktwolke wurde dann die Gierwinkellage berücksichtigt, indem die Ortsraumkoordinaten der Abtastpunkte entsprechend normalisiert wurden, sodass sie scheinbar von einem Sensorsystem mit verschwindendem Gierwinkel erzeugt wurden. Dementsprechend kann hier und im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen werden, dass der Gierwinkel gleich Null ist.
Zur Durchführung des Verfahrens zum Bestimmen der Rollwinkellage nach dem verbesserten Konzept wird außerdem beispielsweise angenommen, dass der Nickwinkel gleich Null ist oder dass der Nickwinkel vernachlässigbar klein ist oder dass das Sensorsystem vorab bezüglich des Nickwinkels kalibriert wurde. Falls vorab eine Kalibrierung bezüglich des Nickwinkels durchgeführt wurde, wurde vorab, beispielsweise mittels der Recheneinheit, die Nickwinkellage des Sensorsystems bestimmt. Zum Erzeugen der Punktwolke wurde dann die Nickwinkellage berücksichtigt, indem die Ortsraumkoordinaten der Abtastpunkte entsprechend normalisiert wurden, sodass sie scheinbar von einem Sensorsystem mit verschwindendem Nickwinkel erzeugt wurden. Dementsprechend kann hier und im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen werden, dass der Nickwinkel gleich Null ist.
In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren zum Bestimmen der Rollwinkellage nach dem verbesserten Konzept die Verfahrensschritte zum Kalibrieren des Sensorsystems bezüglich des Gierwinkels und/oder die Verfahrensschritte zum Kalibrieren des Sensorsystems bezüglich des Nickwinkels.
Unter den erläuterten Annahmen ist die Longitudinalachse des Sensorsystems parallel zu der X-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems und die Querachse des Sensorsystems liegt in der Y-Z-Ebene des Fahrzeugkoordinatensystems. Der Rollwinkel kann also auch als Winkel verstanden werden, den die Querachse des Sensorsystems mit der X-Y-Ebene des Fahrzeugkoordinatensystems beziehungsweise der Querachse des Kraftfahrzeugs einschließt.
Dass das Sensorsystem an dem Kraftfahrzeug montiert ist, kann beispielsweise derart verstanden werden, dass das Sensorsystem an dem Kraftfahrzeug befestigt ist und kann insbesondere auch bedeuten, dass das Sensorsystem teilweise oder vollständig innerhalb des Kraftfahrzeugs verbaut ist. Dabei ist jedenfalls sichergestellt, dass die Sendeeinheit das Licht in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs außerhalb des Kraftfahrzeugs, insbesondere in Richtung der Fahrbahn, aussenden kann und die Empfangseinheit reflektierte Anteile empfangen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält die Ablenkvorrichtung einen um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Spiegel. Die Sendeeinheit, welche beispielsweise fest bezüglich des Sensorkoordinatensystems montiert sein kann, sendet das Licht aus, welches auf einen definierten Punkt des Spiegels trifft und je nach Winkel oder Drehposition des Spiegels mit einem definierten Aussendewinkel innerhalb der Sendeebene ausgesendet wird. Die jeweilige Winkelposition des Spiegels kann beispielsweise mittels eines Drehgebers erfasst werden, der an einer Welle angeordnet ist oder mit einer Welle gekoppelt ist, die entlang der Rotationsachse ausgerichtet ist.
In alternativen Ausführungsformen kann die Ablenkvorrichtung ein um eine oder zwei Achsen kipp- oder schwenkbares Spiegelelement zum Ablenken des Lichts in der Sendeebene aufweisen. Das Spiegelelement kann beispielsweise als mikroelektromechanisches System, MEMS, ausgestaltet sein.
Die erste Untermenge enthält mindestens zwei Abtastpunkte. Vorzugsweise enthält die Untermenge eine Vielzahl von Abtastpunkten, also beispielsweise eine Anzahl von Abtastpunkten, die in der Größenordnung von einigen zehn, einigen 100 oder einigen 1.000 Abtastpunkten liegt. Insbesondere entspricht die Anzahl der Abtastpunkte der ersten Untermenge der Anzahl von unterschiedlichen Winkelpositionen des drehbar gelagerten Spiegels, die mittels der Ablenkvorrichtung einstellbar sind. Entsprechendes gilt auch für im Folgenden eingeführte andere Untermengen der Abtastpunkte.
Das erste Paar von Abtastpunkten besteht insbesondere aus einem Punkt und einem weiteren Punkt der Abtastpunkte. Entsprechendes, nämlich dass ein Paar von Abtastpunkten stets aus zwei Abtastpunkten besteht, gilt auch für im weiteren Verlauf eingeführte Paare von Abtastpunkten.
Der Verbindungsvektor ist insbesondere gegeben durch einen Vektor, der den Punkt des ersten Paars als Anfangspunkt und den weiteren Punkt des ersten Paars als Endpunkt hat.
Um das erste Paar auszuwählen, kann die Recheneinheit beispielsweise zwei beliebige Punkte der Untermenge auswählen. Alternativ kann die Auswahl auch entsprechend einer vorgegebenen Auswahlregel erfolgen. Beispielsweise können die beiden Punkte des Paars derart ausgewählt werden, dass sie einen möglichst großen Abstand zueinander aufweisen oder dass sie einen Abstand zueinander aufweisen, der größer oder gleich ist als ein vorgegebener Mindestabstand. Die Projektion P des ersten Verbindungsvektors V kann beispielsweise wie folgt ausgedrückt werden: P = (V * Y_s) * Y_s + (V * Z_s)*Z_s. Dabei bezeichnet Z_s den Richtungsvektor der Z-Achse des Sensorkoordinatensystems und Y_s bezeichnet den Richtungsvektor der Y-Achse des Sensorkoordinatensystems.
Der erste Winkel entspricht insbesondere einem Schätzwert für den Rollwinkel. Daraus kann, gegebenenfalls mit weiteren Schätzwerten für den Rollwinkel, die Rollwinkellage bestimmt werden, beispielsweise durch Mittelwertbildung. Alternativ kann die Rollwinkellage gleich dem ersten Winkel sein.
Der erste Winkel δ kann insbesondere gemäß der Gleichung δ = arctan([Z_B - Z_A]/[Y_B- Y_A]) berechnet werden, wobei Y_A die Y-Koordinate des Punktes des ersten Paars, Z_A dessen Z-Koordinate, Y_B die Y-Koordinate des weiteren Punktes des ersten Paars und Z_B dessen Z-Koordinate bezeichnen, jeweils im Sensorkoordinatensystem.
Gemäß dem verbesserten Konzept kann die Rollwinkellage des Sensorsystems online, also während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs und ohne dedizierte Kalibriervorlage, auch als Kalibriertarget bezeichnet, bestimmt werden. Durch die Verwendung einer Untermenge von Abtastpunkten der Fahrbahn, also insbesondere einer Bodenlage, zur Bestimmung des ersten Winkels sind keinerlei Referenzdaten erforderlich, die beispielsweise vorab aufgezeichnet werden müssen. Zudem erfordert das verbesserte Konzept außer der Fahrbahn selbst keine Referenzobjekte in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, wie etwa Fahrbahnmarkierungen oder Fahrbahnbegrenzungen, um die Rollwinkellage zu bestimmen. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil die Fahrbahn naturgemäß stets zur Verfügung steht und entsprechend auch die Bodenlage permanent oder nahezu permanent verfügbar ist. Im Vergleich zu Verfahren, die Referenzdaten oder Referenzobjekte heranziehen, kann das Verfahren nach dem verbesserten Konzept zu nahezu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden. Dadurch kann mehr oder weniger ständig die Rollwinkellage bestimmt werden, was zu einer sehr viel größeren Anzahl von Messpunkten und entsprechend zu einer sehr viel höheren Genauigkeit der Bestimmung der Rollwinkellage führt.
Zudem ist es nach dem verbesserten Konzept nicht erforderlich, eine Einbauhöhe des Sensorsystems zu kennen. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da die Einbauhöhe des Sensorsystems in den meisten Fällen nicht oder nur mit geringer Genauigkeit bekannt ist. Auch dadurch wird eine erhöhte Genauigkeit der Bestimmung der Rollwinkellage erzielt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zum Erzeugen der Punktwolke Licht mittels der Sendeeinheit des Sensorsystems in die Umgebung des Sensorsystems, insbesondere in Richtung der Fahrbahn, ausgesendet. Reflektierte, insbesondere von der Fahrbahn reflektierte, Anteile des Lichts werden von der Empfangseinheit des Sensorsystems detektiert. Wenigstens ein Sensorsignal wird mittels der Empfangseinheit basierend auf den detektierten reflektierten Anteilen erzeugt. Die Punktwolke wird mittels der Recheneinheit basierend auf dem wenigstens einen Sensorsignal erzeugt.
Die Sendeeinheit beinhaltet beispielsweise eine Lichtquelle, welche insbesondere als Laserlichtquelle, beispielsweise als Laserdiode, ausgeführt ist. Die Laserlichtquelle ist insbesondere als Infrarotlaser ausgeführt. Die Peakwellenlänge des entsprechenden Laserspektrums kann beispielsweise 905 nm oder 1.200 nm betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden alle Abtastpunkte der ersten Untermenge mittels eines ersten, also insbesondere mittels desselben, optischen Detektors des Sensorsystems, insbesondere der Empfangseinheit, erzeugt.
Dementsprechend ist der erste Winkel per Konstruktion gleich oder ungefähr gleich dem Rollwinkel.
Der erste Detektor kann beispielsweise eine Photodiode, beispielsweise genau eine Photodiode, beinhalten. Die Photodiode kann dabei in verschiedenen Ausführungsformen als Avalanche-Photodiode ausgestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels der Recheneinheit ein zweites Paar von Abtastpunkten der ersten Untermenge ausgewählt. Mittels der Recheneinheit wird ein zweiter Winkel bestimmt, den eine Projektion eines zweiten Verbindungsvektors des zweiten Paars in die Ebene, die senkrecht zu der Longitudinalachse des Sensorsystems steht, mit der Querachse des Sensorsystems einschließt. Mittels der Recheneinheit wird ein Mittelwert abhängig von dem ersten Winkel und dem zweiten Winkel bestimmt, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Dass der Mittelwert abhängig von dem ersten und dem zweiten Winkel bestimmt wird, kann insbesondere derart verstanden werden, dass der Mittelwert aus einer Menge von Winkeln bestimmt wird, die den ersten und den zweiten Winkel beinhaltet. Insbesondere kann der Mittelwert auch basierend auf zusätzlichen Winkeln, insbesondere Schätzwerten für den Rollwinkel, bestimmt werden. Durch die Mittelwertbildung kann eine höhere Genauigkeit der Rollwinkellage erzielt werden, insbesondere indem Zufallsfehler oder Störeinflüsse teilweise kompensiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels des Sensorsystems eine weitere Punktwolke erzeugt, die eine weitere Untermenge von Abtastpunkten der Fahrbahn enthält, wobei die Punktwolke und die weitere Punktwolke während unterschiedlicher Zeiträume erzeugt werden. Mittels der Recheneinheit wird ein weiteres Paar von Abtastpunkten der weiteren Untermenge ausgewählt. Mittels der Recheneinheit wird ein weiterer Winkel bestimmt, den eine Projektion eines weiteren Verbindungsvektors des weiteren Paars in die Ebene, die senkrecht zu der Longitudinalachse des Sensorsystems steht, mit der Querachse des Sensorsystems einschließt. Mittels der Recheneinheit wird ein Mittelwert abhängig von dem ersten Winkel und dem weiteren Winkel bestimmt, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Beispielsweise kann der Mittelwert abhängig von dem ersten Winkel, dem weiteren Winkel und dem zweiten Winkel bestimmt werden.
Dadurch, dass die Punktwolken während unterschiedlicher Zeiträume erzeugt werden, entsprechen sie im Allgemeinen unterschiedlichen Fahrzeugpositionen und damit unterschiedlichen Abtastpunkten auf der Fahrbahn. Dadurch können externe Störeinflüsse besser berücksichtigt beziehungsweise kompensiert werden. Dies führt zu einer weiter erhöhten Genauigkeit der Bestimmung der Rollwinkellage.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Gierwinkellage und/oder die Nickwinkellage des Sensorsystems bestimmt oder bereitgestellt, beispielsweise mittels der Recheneinheit bestimmt oder mittels der Recheneinheit bereitgestellt. Das Bestimmen der Gierwinkellage und/oder der Nickwinkellage kann beispielsweise ein Abschätzen, Messen oder Vernachlässigen des Gierwinkels oder des Nickwinkels beinhalten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Punktwolke mittels des Sensorsystems in Abhängigkeit von der Gierwinkellage und/oder in Abhängigkeit von der Nickwinkellage bestimmt.
Mit anderen Worten wird die Punktwolke mittels der Recheneinheit derart erzeugt, dass die Koordinaten der Abtastpunkte bezüglich des Gierwinkels und/oder bezüglich des Nickwinkels kalibrierte oder normalisierte Koordinaten sind. Mit anderen Worten wird für die Bestimmung der Rollwinkellage nach dem verbesserten Konzept eine bezüglich des Gierwinkels und/oder des Nickwinkels normalisierte Punktwolke herangezogen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die weitere Punktwolke ebenfalls mittels des Sensorsystems in Abhängigkeit von der Gierwinkellage und/oder in Abhängigkeit von der Nickwinkellage erzeugt.
Der Gierwinkel und/oder der Nickwinkel können beispielsweise derart bestimmt werden, dass anhand zumindest zweier Abtastpunkte, die mit dem ersten Detektor erzeugt wurden, ein initiales Sensorkoordinatensystem bestimmt wird. Ein Referenzkoordinatensystem kann anhand zweier Abtastpunkte unterschiedlicher Detektoren bestimmt werden, wobei die beiden Abtastpunkte beispielsweise derselben Stellung der Ablenkeinrichtung, insbesondere derselben Winkelposition des Spiegels entsprechen. Der Gierwinkel und/oder der Nickwinkel können durch Vergleich des initialen Sensorkoordinatensystems mit dem Referenzkoordinatensystem bestimmt werden.
Beliebige andere Verfahren zur Bestimmung des Gierwinkels und/oder des Nickwinkels können eingesetzt werden.
Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass der Gierwinkel und/oder der Nickwinkel online, also während des Betriebs des Kraftfahrzeugs, bestimmt werden, so wie dies nach dem verbesserten Konzept für den Rollwinkel vorgesehen sein kann. Der Gierwinkel und/oder der Nickwinkel können beispielsweise anhand eines vorgegebenen Kalibriertargets in einer Testumgebung bestimmt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das erste Paar mittels der Recheneinheit derart ausgewählt, dass ein Abstand zwischen dem Punkt des ersten Paars und dem weiteren Punkt des ersten Paars größer oder gleich einem vorgegebenen Mindestabstand ist.
Entsprechendes kann beispielsweise für den weiteren Verbindungsvektor und/oder den zweiten Verbindungsvektor gelten.
Der Abstand entspricht dabei insbesondere einer Länge des Verbindungsvektors.
Dadurch, dass die Punkte mindestens den vorgegebenen Mindestabstand voneinander haben, kann die Genauigkeit bei der Winkelberechnung erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Punktwolke mittels des Sensorsystems derart erzeugt, dass sie eine zweite Untermenge von Abtastpunkten der Fahrbahn enthält. Mittels der Recheneinheit wird ein drittes Paar von Abtastpunkten der zweiten Untermenge ausgewählt. Mittels der Recheneinheit wird ein dritter Winkel bestimmt, den eine Projektion eines dritten Verbindungsvektors des dritten Paars in die Ebene, die senkrecht zu der Longitudinalachse des Sensorsystems steht, mit der Querachse des Sensorsystems einschließt. Mittels der Recheneinheit wird ein Mittelwert abhängig von dem ersten Winkel und dem dritten Winkel, beispielsweise abhängig von dem ersten, dem zweiten, dem weiteren und dem dritten Winkel, bestimmt, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Dadurch kann die Genauigkeit weiter erhöht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden alle Abtastpunkte der zweiten Untermenge mittels eines zweiten optischen Detektors des Sensorsystems erzeugt.
Der erste Detektor und der zweite Detektor des Sensorsystems, insbesondere der Empfangseinheit, sind entlang einer Richtung angeordnet, die beispielsweise parallel zu der Normalachse des Sensorsystems ist.
Bei der zweiten Untermenge handelt es sich insbesondere um eine von der ersten Untermenge verschiedene Bodenlage.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein aktives optisches Sensorsystem zur Montage in einem Kraftfahrzeug angegeben, welches eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und eine Recheneinheit, welche mit der Empfangseinheit gekoppelt ist, beinhaltet. Die Sendeeinheit ist dazu eingerichtet, Licht in eine Umgebung des Sensorsystems, insbesondere in Richtung einer Fahrbahn, auf welcher sich das Kraftfahrzeug befindet, auszusenden. Die Empfangseinheit ist dazu eingerichtet, reflektierte Anteile des Lichts, insbesondere von der Fahrbahn reflektierte Anteile des Lichts, zu detektieren und basierend auf den detektierten reflektierten Anteilen wenigstens ein Sensorsignal zu erzeugen. Die Recheneinheit ist mit der Empfangseinheit gekoppelt, um das wenigstens eine Sensorsignal zu empfangen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, basierend auf dem wenigstens einen Sensorsignal eine Punktwolke zu erzeugen, die eine erste Untermenge von Abtastpunkten der Fahrbahn enthält. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, ein erstes Paar von Abtastpunkten der Untermenge auszuwählen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, einen ersten Winkel zu bestimmen, den eine Projektion eines ersten Verbindungsvektors des ersten Paars in eine Ebene, die senkrecht zu einer Longitudinalachse des Sensorsystems steht, mit einer Querachse des Sensorsystems einschließt, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Sensorsystem als Lidarsystem ausgebildet.
Die Sendeeinheit beinhaltet insbesondere eine Laserquelle, beispielsweise einen Infrarotlaser.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Empfangseinheit einen ersten optischen Detektor auf, der dazu eingerichtet ist, basierend auf den reflektierten Anteilen des Lichts ein erstes Sensorsignal des wenigstens einen Sensorsignals zu erzeugen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, die erste Untermenge basierend auf dem ersten Sensorsignal zu erzeugen.
Insbesondere erzeugt die Recheneinheit die erste Untermenge nicht basierend auf weiteren Sensorsignalen des wenigstens einen Sensorsignals, welche von anderen Detektoren als dem ersten Detektor der Empfangseinheit erzeugt wurden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu eingerichtet, die Punktwolke derart zu erzeugen, dass sie eine zweite Untermenge von Abtastpunkten der Fahrbahn enthält. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, ein drittes Paar von Abtastpunkten der zweiten Untermenge auszuwählen und einen dritten Winkel zu bestimmen, den eine Projektion eines dritten Verbindungsvektors des dritten Paars in die Ebene, die senkrecht zu der Longitudinalachse des Sensorsystems steht, mit der Querachse des Sensorsystems einschließt. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, einen Mittelwert abhängig von dem ersten Winkel und dem dritten Winkel zu bestimmen, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Empfangseinheit einen zweiten optischen Detektor auf, der dazu eingerichtet ist, basierend auf den reflektierten Anteilen, beispielsweise basierend auf weiteren Teilen der reflektierten Anteile, des Lichts ein zweites Sensorsignal des wenigstens einen Sensorsignals zu erzeugen. Die Recheneinheit ist dazu eingerichtet, die zweite Untermenge basierend auf dem zweiten Sensorsignal zu erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste optische Detektor und der zweite optische Detektor entlang der Normalachse oder entlang einer Achse parallel zur Normalachse des Sensorsystems angeordnet. Insbesondere unterscheiden sich räumliche Positionen der optischen Detektoren im Sensorkoordinatensystem nur durch ihre jeweiligen Z-Koordinaten.
Weitere Ausführungsformen des aktiven optischen Sensorsystems nach dem verbesserten Konzept ergeben sich direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann das aktive optische Sensorsystem dazu eingerichtet oder programmiert sein, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen oder das Sensorsystem nach dem verbesserten Konzept führt ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durch.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Kraftfahrzeug mit einem aktiven optischen Sensorsystem gemäß dem verbesserten Konzept angegeben.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Computerprogramm mit Befehlen angegeben, wobei bei Ausführung des Computerprogramms durch ein aktives optisches Sensorsystem nach dem verbesserten Konzept, insbesondere durch eine Recheneinheit des Sensorsystems, die Befehle das Sensorsystem dazu veranlassen, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen.
Gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf welchem ein Computerprogramm nach dem verbesserten Konzept gespeichert ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als erfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über den Rückbezügen der Ansprüche geltenden Merkmalskombinationen hinausgehen oder von denen abweichen.
In den Fig. zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform eines aktiven optischen Sensorsystems nach dem verbesserten Konzept;
2 eine Sendeeinheit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines aktiven optischen Sensorsystems nach dem verbesserten Konzept;
3 eine Empfangseinheit einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines aktiven optischen Sensorsystems nach dem verbesserten Konzept;
4 eine schematische Darstellung einer Punktwolke in einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens nach dem verbesserten Konzept;
5 eine weitere Darstellung der Punktwolke aus 4;
6 eine weitere Darstellung der Punktwolke aus 4 und 5; und
7 eine weitere Darstellung der Punktwolke aus 4, 5 und 6.

In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 gezeigt, welches ein aktives optisches Sensorsystem 2 nach dem verbesserten Konzept aufweist.
Das Sensorsystem 2 ist insbesondere als Lidarsystem ausgebildet. Eine nominale Ausrichtung des Sensorsystems 2 ist beispielsweise gegeben durch eine Longitudinalachse 17 des Kraftfahrzeugs 1, eine Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 sowie eine (nicht dargestellte) Normalachse des Kraftfahrzeugs 1, welche senkrecht auf dessen Longitudinal- und Querachse 17, 18 steht.
In der Draufsicht der 1 ist eine Projektion einer Longitudinalachse 15 des Sensorsystems 2 in eine durch die Longitudinalachse 17 und die Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 aufgespannte Ebene dargestellt.
Es wird insbesondere angenommen, dass die Longitudinalachse 15 des Sensorsystems 2 parallel zu der Longitudinalachse 17 des Kraftfahrzeugs 1 ist. Ferner ist eine Querachse 18' des Sensorsystems 2 dargestellt. Es wird außerdem angenommen, dass eine Querachse 18' des Sensorsystems 2 in einer durch die Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 und die Normalachse des Kraftfahrzeugs 1 aufgespannte Ebene liegt, sodass eine Projektion der Querachse 18' des Sensorsystems 2 in die durch die Longitudinalachse 17 und die Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 aufgespannte Ebene parallel zu der Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 ist. Diese Annahmen stellen keine Beschränkung der Allgemeinheit dar, da davon ausgegangen wird, dass eine Gierwinkelkompensation und eine Nickwinkelkompensation bereits vorab durchgeführt wurden oder der Gier- und der Nickwinkel des Sensorsystems 2 bezüglich der nominalen Ausrichtung jeweils näherungsweise gleich Null sind.
Das Sensorsystem 2 weist eine Sendeeinheit 8 auf, beispielsweise mit einer Laserquelle, um Licht 3 mit verschiedenen Aussendewinkeln innerhalb einer Sendeebene des Sensorsystems 2 auszusenden. Dementsprechend ist die Aussenderichtung bei einem Aussendewinkel von Null Grad beispielsweise gleich der Longitudinalachse 15 des Sensorsystems 2.
Die Sendeebene ist insbesondere definiert durch die Ebene, welche durch die Longitudinalachse 15 des Sensorsystems 2 und die Querachse 18' des Sensorsystems 2 aufgespannt wird.
Die Sendeebene entspricht also der Ebene, die durch die Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 und die Longitudinalachse 17 des Kraftfahrzeugs 1 aufgespannt wird, rotiert um einen Winkel, nämlich den Rollwinkel, um die Longitudinalachse 17 des Kraftfahrzeugs 1.
Mit anderen Worten schließt die Querachse 18' des Sensorsystems 2 mit der Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 den Rollwinkel ein.
Das aktive optische Sensorsystem 2 weist außerdem eine Recheneinheit 4 auf, sowie eine Empfangseinheit 9. Die Recheneinheit 4 ist mit der Empfangseinheit 9 und beispielsweise mit der Sendeeinheit 8 verbunden. Insbesondere kann die Recheneinheit 4 die Sendeeinheit 8 ansteuern, um das Licht 3 auszusenden. Die Empfangseinheit 9 kann reflektierte Anteile 5 des Lichts 3 detektieren und basierend darauf wenigstens ein Sensorsignal erzeugen und an die Recheneinheit 4 übermitteln.
In 2 ist schematisch die Sendeeinheit 8 des Sensorsystems 2 gezeigt. Außerdem ist das von der Sendeeinheit 8 ausgesandte Licht 3 gezeigt. Zudem ist in 2 schematisch ein Objekt 19 in einer Umgebung des Sensorsystems 2 dargestellt.
Die obere Abbildung in 2 entspricht beispielsweise einer Blickrichtung parallel zu der Querachse 18' des Sensorsystems 2 auf die Sendeeinheit 8 und die untere Abbildung in 2 entspricht beispielsweise einer Blickrichtung parallel zu der Normalachse des Sensorsystems 2 auf die Sendeeinheit 8.
Wie in den Abbildungen der 2 erkennbar ist, kann eine jeweilige Strahlaufweitung der Laserstrahlen in unterschiedlichen Ebenen unterschiedlich ausfallen.
In 3 sind schematisch die Empfangseinheit 9, eine Linse 16 sowie ein Spiegel 20 des Sensorsystems 2 gezeigt.
Die Empfangseinheit 9 beinhaltet wenigstens einen, im Beispiel der 3 drei, optische Detektoren 10, 11, 12, die insbesondere nebeneinander linear entlang einer Achse parallel zur Normalachse des Sensorsystems 2 angeordnet sind und beispielsweise als Avalanche-Photodioden ausgestaltet sind.
Das Sensorsystem 2 weist außerdem eine Welle 21 auf, die drehbar um eine Drehachse gelagert und mit dem Spiegel 20 verbunden ist, sodass der Spiegel 20 um die Drehachse drehbar ist.
Die Ansicht der 3 kann beispielsweise als Draufsicht auf das Sensorsystem 2 mit einer Blickrichtung parallel zur Normalachse des Sensorsystems 2 verstanden werden. Die Detektoren 10, 11, 12 sind zu Zwecken der Verdeutlichung perspektivisch verzerrt dargestellt. In einer tatsächlichen Draufsicht würden die Detektoren 10, 11, 12 übereinander liegen und sich beispielsweise gegenseitig verdecken.
Die Sendeeinheit 8 ist in 3 nicht dargestellt, kann jedoch bezüglich des Spiegels 20 insbesondere derart angeordnet sein, dass bei Rotation des Spiegels 20 um die Drehachse der Aussendewinkel des Lichts 3 variiert werden kann. Die Drehachse und die Welle 21 sind also insbesondere senkrecht zu der Sendeebene ausgerichtet.
Ein Empfangspfad für die reflektierten Anteile 5 der Lichtstrahlen 3, welche beispielsweise von dem Objekt 19 reflektiert wurden, führt über den Spiegel 20 und die Linse 16 zu der Empfangseinheit 9. Die reflektierten Anteile 5 werden dann von mindestens einem der Detektoren 10, 11, 12 erfasst.
Durch die Rotation des Spiegels 20 um die Drehachse kann jeder der Detektoren 10, 11, 12 aus unterschiedlichen Richtungen einfallende reflektierte Anteile 5 des Lichts 3 detektieren. Die Momentanposition des Spiegels 20 kann dabei beispielsweise über einen mit der Welle 21 gekoppelten Drehgeber (nicht dargestellt) bestimmt werden.
Indem die Momentanposition des Spiegels 20 beispielsweise zu jedem Zeitpunkt bekannt ist, kann über die zeitliche Abfolge der detektierten reflektierten Anteile 5 eine Menge von Abtastpunkten, die auch als Punktwolke 6 bezeichnet wird, erzeugt werden. Dabei wird mittels jedes Detektors 10, 11, 12 eine Untermenge der Abtastpunkte beziehungsweise eine Untermenge der Punktwolke 6 erzeugt. Eine Untermenge von Abtastpunkten, die für unterschiedliche Aussendewinkel oder Winkelpositionen des Spiegels 20, und entsprechend für unterschiedliche Zeitpunkte, erzeugt werden, kann auch als Lage von Abtastpunkten bezeichnet werden. Handelt es sich bei dem Objekt 19 um eine Fahrbahn 13, auf der sich das Kraftfahrzeug 1 befindet, wird die Lage auch als Bodenlage oder Ground Layer bezeichnet.
Die Punktwolke 6 ist beispielhaft in 4 dargestellt und ist insbesondere eine dreidimensionale Punktwolke, da auch der Abstand des Objekts 19 von dem Sensorsystem 2 über eine Lichtlaufzeitmessung bestimmt werden kann.
Unterschiedliche Lagen 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f der Punktwolke 6 sind in 4 mit unterschiedlichen Strichtypen dargestellt. Die gezeigten Abtastpunkte der Punktwolke 6 wurden beispielsweise basierend auf reflektierten Anteilen des Lichts 3, welche von der Fahrbahn 13 reflektiert wurden, erzeugt. Bei den Lagen 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f handelt es sich dementsprechend um Bodenlagen. Weitere Lagen der Punktwolke 6, die möglicherweise vorhanden sind und keine Bodenlagen darstellen, sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. In 4 sind beispielhaft insgesamt sechs Lagen 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f dargestellt, sodass die Empfangseinheit in diesem Fall wenigstens sechs Detektoren aufweist.
Außerdem ist in 4 das Sensorkoordinatensystem gezeigt. Eine X-Achse Xs des Sensorkoordinatensystems entspricht der Longitudinalachse 15 des Sensorsystems 2, eine Y-Achse Y_s entspricht der Querachse 18' des Sensorsystems 2 und eine Z-Achse Z_s entspricht der Normalachse des Sensorsystems 2.
In 5 ist eine der Bodenlagen 7a in dem Sensorkoordinatensystem gezeigt. Zu Darstellungszwecken sind lediglich einige Abtastpunkte der Lage 7a dargestellt. Um eine Rollwinkellage des Sensorsystems 2 nach dem verbesserten Konzept zu bestimmen, wählt die Recheneinheit 4 zwei Punkte A, B der Bodenlage 7a aus. In 5 ist ein Verbindungsvektor 14 gezeigt, der von dem Punkt A zu dem Punkt B führt.
In 6 ist dieselbe Situation dargestellt wie in 5, jedoch aus einer Blickrichtung parallel zur Xs-Achse, während die 4 einer Blickrichtung parallel zur Zs-Achse entspricht. In 6 ist auch eine Projektion 14' des Verbindungsvektors 14 in die Ys-Zs-Ebene dargestellt.
In 7 ist dieselbe Situation wie in 5 und 6 ebenfalls dargestellt, jedoch in dem Fahrzeugkoordinatensystem, welches eine X-Achse X₀, eine Y-Achse Y₀ und eine Z-Achse Z₀ aufweist. Die X-Achse X₀ entspricht dabei der Longitudinalachse 17 des Kraftfahrzeugs 1, die Y-Achse Y₀ der Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 und die Z-Achse Z₀ der Normalachse des Kraftfahrzeugs 1.
In 6 und 7 ist außerdem schematisch das Sensorsystem 2 mit der Sendeeinheit 8 und der Empfangseinheit 9 dargestellt. In 7 ist außerdem die Querachse 18' des Sensorsystems 2 dargestellt. Wie oben erläutert, schließen die Querachse 18' des Sensorsystems 2 und die Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 einen Winkel δ ein, der dem Rollwinkel entspricht.
Es kann in der Regel mit hoher Genauigkeit angenommen werden, dass es sich bei der Fahrbahn 13 um eine näherungsweise ebene Oberfläche handelt. Zudem ist die Ebene, die durch die Longitudinalachse 17 des Kraftfahrzeugs 1 und die Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1 aufgespannt wird, parallel zu der Oberfläche der Fahrbahn 13. Dementsprechend folgt, dass der Verbindungsvektor 14 mit der Y₀-Z₀-Ebene des Fahrzeugkoordinatensystems keinen Winkel einschließt, also näherungsweise parallel zu dieser Ebene ist. Mit anderen Worten schließt der Verbindungsvektor 14 mit der Xs-Ys-Ebene des Sensorkoordinatensystems, insbesondere mit der Ys-Richtung des Sensorkoordinatensystems oder der Querachse 18' des Sensorsystems 2, denselben Winkel δ ein, wie die Querachse 18' des Sensorsystems 2 mit der Querachse 18 des Kraftfahrzeugs 1.
Der Rollwinkel kann also mittels der Recheneinheit 4 näherungsweise als derjenige Winkel bestimmt werden, den die Projektion 14' des Verbindungsvektors 14 mit der Y_s-Achse einschließt. Insbesondere ist der Rollwinkel gegeben durch δ = arctan([Z_B - Z_A]/[Y_B - Y_A,]), wobei Y_A die Y-Koordinate des Punkts A, Z_A dessen Z-Koordinate, Y_B die Y-Koordinate des Punkts B und Z_B dessen Z-Koordinate bezeichnen.
Die beschriebenen Schritte zur Bestimmung des Rollwinkels δ können für unterschiedliche Paare von Abtastpunkten innerhalb der Bodenlage 7a oder innerhalb der anderen Bodenlagen 7b, 7c, 7d, 7e, 7f wiederholt werden. Die so bestimmten Winkelwerte können beispielsweise gemittelt werden, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen.
Als Beispiel ist in den 5 und 6 ein weiteres Paar A', B' von Abtastpunkten gezeigt. Auch für dieses weitere Paar kann der Rollwinkel in der beschriebenen Weise bestimmt werden.
Die beschriebenen Schritte können beispielsweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten wiederholt werden, um eine weitere Erhöhung der Genauigkeit zu erzielen.
Durch das verbesserte Konzept wird eine Möglichkeit zur Bestimmung der Rollwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems angegeben, die eine erhöhte Genauigkeit ermöglicht. Ein Vorteil des verbesserten Konzepts ist, dass die Einbauhöhe des Sensorsystems in dem Kraftfahrzeug nicht bekannt sein muss, was entsprechende Ungenauigkeiten und resultierende Messfehler ausschließt. Nachdem die zum Bestimmen der Rollwinkellage herangezogenen Bodenlagen während des Betriebs des Fahrzeugs in der Regel ständig vorhanden sind, kann die Anzahl der möglichen Messungen zum Bestimmen der Rollwinkellage stark erhöht werden, was eine signifikante Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung der Nickwinkellage zur Folge hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9052721 B1 [0003]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Rollwinkellage eines aktiven optischen Sensorsystems (2), das an einem Kraftfahrzeug (1) montiert ist, welches sich auf einer Fahrbahn (13) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass - mittels des Sensorsystems (2) eine Punktwolke (6) erzeugt wird, die eine erste Untermenge (7a) von Abtastpunkten der Fahrbahn (13) enthält; - mittels einer Recheneinheit (4) des Sensorsystems (2) ein erstes Paar (A, B) von Abtastpunkten der ersten Untermenge (7a) ausgewählt; und - mittels der Recheneinheit (4) ein erster Winkel (δ) bestimmt wird, den eine Projektion (14') eines ersten Verbindungsvektors (14) des ersten Paars (A, B) in eine Ebene, die senkrecht zu einer Longitudinalachse (15) des Sensorsystems (2) steht, mit einer Querachse (18') des Sensorsystems (2) einschließt, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erzeugen der Punktwolke (6) - Licht (3) mittels einer Sendeeinheit (8) des Sensorsystems (2) in eine Umgebung des Sensorsystems (2) ausgesendet wird; - reflektierte Anteile (5) des Lichts (3) von einer Empfangseinheit (9) des Sensorsystems (2) detektiert werden; - wenigstens ein Sensorsignal mittels der Empfangseinheit (9) basierend auf den detektierten reflektierten Anteilen (5) erzeugt wird; und - die Punktwolke (6) mittels der Recheneinheit (4) basierend auf dem wenigstens einen Sensorsignal erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Abtastpunkte der ersten Untermenge (7a) mittels eines ersten optischen Detektors (10) des Sensorsystems (2) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - mittels der Recheneinheit (4) ein zweites Paar (A', B') von Abtastpunkten der ersten Untermenge (7a) ausgewählt wird; - mittels der Recheneinheit (4) ein zweiter Winkel bestimmt wird, den eine Projektion eines zweiten Verbindungsvektors (14) des zweiten Paars (A', B') in die Ebene, die senkrecht zu der Longitudinalachse (15) des Sensorsystems (2) steht, mit der Querachse (18') des Sensorsystems (2) einschließt; und - mittels der Recheneinheit (4) ein Mittelwert abhängig von dem ersten Winkel (δ) und dem zweiten Winkel bestimmt wird, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - mittels des Sensorsystems (2) eine weitere Punktwolke erzeugt wird, die eine weitere Untermenge von Abtastpunkten der Fahrbahn (13) enthält, wobei die Punktwolke (6) und die weitere Punktwolke während unterschiedlicher Zeiträume erzeugt werden; - mittels der Recheneinheit (4) ein weiteres Paar von Abtastpunkten der weiteren Untermenge (7b) ausgewählt wird; - mittels der Recheneinheit (4) ein weiterer Winkel bestimmt wird, den eine Projektion eines weiteren Verbindungsvektors des weiteren Paars in die Ebene, die senkrecht zu der Longitudinalachse (15) des Sensorsystems (2) steht, mit der Querachse (18') des Sensorsystems (2) einschließt; - mittels der Recheneinheit (4) ein Mittelwert abhängig von dem ersten Winkel (δ) und dem weiteren Winkel bestimmt wird, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Punktwolke (6) mittels des Sensorsystems (2) in Abhängigkeit von einer Gierwinkellage und/oder einer Nickwinkellage des Sensorsystems (2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Paar (A, B) mittels der Recheneinheit (4) derart ausgewählt wird, dass ein Abstand zwischen einem Punkt (A) des ersten Paars (A, B) und einem weiteren Punkt (B) des ersten Paars (A, B) größer oder gleich einem vorgegebenen Mindestabstand ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass - die Punktwolke (6) mittels des Sensorsystems (2) derart erzeugt wird, dass sie eine zweite Untermenge (7b) von Abtastpunkten der Fahrbahn (13) enthält; - mittels der Recheneinheit (4) ein drittes Paar von Abtastpunkten der zweiten Untermenge (7b) ausgewählt; - mittels der Recheneinheit (4) ein dritter Winkel bestimmt wird, den eine Projektion eines dritten Verbindungsvektors des dritten Paars in die Ebene, die senkrecht zu der Longitudinalachse (15) des Sensorsystems (2) steht, mit der Querachse des Sensorsystems (2) einschließt; und - mittels der Recheneinheit (4) ein Mittelwert abhängig von dem ersten Winkel (δ) und dem dritten Winkel bestimmt wird, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle Abtastpunkte der zweiten Untermenge (7b) mittels eines zweiten optischen Detektors (11) des Sensorsystems (2) erzeugt werden.
Aktives optisches Sensorsystem zur Montage in einem Kraftfahrzeug (1), aufweisend - eine Sendeeinheit (8), dazu eingerichtet, Licht (3) in eine Umgebung des Sensorsystems (2) auszusenden; - eine Empfangseinheit (9), dazu eingerichtet, reflektierte Anteile (5) des Lichts (3) zu detektieren und basierend auf den detektierten reflektierten Anteilen (5) wenigstens ein Sensorsignal zu erzeugen; und - eine Recheneinheit (4), die mit der Empfangseinheit (8) gekoppelt ist, um das wenigstens eine Sensorsignal zu empfangen; dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) dazu eingerichtet ist, - basierend auf dem wenigstens einen Sensorsignal eine Punktwolke (6) zu erzeugen, die eine erste Untermenge (7a) von Abtastpunkten einer Fahrbahn (13), auf welcher sich das Kraftfahrzeug (1) befindet, enthält; - ein erstes Paar (A, B) von Abtastpunkten auszuwählen; und - einen ersten Winkel (δ) zu bestimmen, den eine Projektion (14') eines ersten Verbindungsvektors (14) des ersten Paars (A, B) in eine Ebene, die senkrecht zu einer Longitudinalachse (15) des Sensorsystems (2) steht, mit einer Querachse (18') des Sensorsystems (2) einschließt, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Aktives optisches Sensorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass - die Empfangseinheit (9) einen ersten optischen Detektor (10) aufweist, dazu eingerichtet, basierend auf den reflektierten Anteilen (5) des Lichts (3) ein erstes Sensorsignal des wenigstens einen Sensorsignals zu erzeugen; und - die Recheneinheit (4) dazu eingerichtet ist, die erste Untermenge (7a) basierend auf dem ersten Sensorsignal zu erzeugen.
Aktives optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (4) dazu eingerichtet ist, - die Punktwolke (6) derart zu erzeugen, dass sie eine zweite Untermenge (7b) von Abtastpunkten der Fahrbahn (13) enthält; - ein drittes Paar von Abtastpunkten der zweiten Untermenge (7b) auszuwählen; - einen dritten Winkel zu bestimmen, den eine Projektion eines dritten Verbindungsvektors (14) des dritten Paars in die Ebene, die senkrecht zu der Longitudinalachse (15) des Sensorsystems (2) steht, mit der Querachse des Sensorsystems (2) einschließt, und - einen Mittelwert abhängig von dem ersten Winkel (δ) und dem dritten Winkel zu bestimmen, um die Rollwinkellage zu bestimmen.
Aktives optisches Sensorsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass - die Empfangseinheit (9) einen zweiten optischen Detektor (10) aufweist, dazu eingerichtet, basierend auf den reflektierten Anteilen (5) des Lichts (3) ein zweites Sensorsignal des wenigstens einen Sensorsignals zu erzeugen; und - die Recheneinheit (4) dazu eingerichtet ist, die zweite Untermenge (7b) basierend auf dem zweiten Sensorsignal zu erzeugen.
Aktives optisches Sensorsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste optische Detektor (10) und der zweite optische Detektor (11) entlang einer Richtung parallel zu einer Normalachse des Sensorsystems (2) angeordnet sind.
Computerprogramm mit Befehlen, die bei Ausführung des Computerprogramms durch ein aktives optisches Sensorsystem (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, das Sensorsystem (2) dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.