DE102019203132A1 - Verfahren zur Kalibrierung eines Umfeldsensors in einem motorisierten Einspurfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Kalibrierung eines Umfeldsensors wird ein Einspurfahrzeug auf einem Rollenprüfstand betrieben und der Umfeldsensor auf ein Referenzobjekt gerichtet. Es wird die Winkelabweichung zwischen dem Referenzobjekt und dem Umfeldsensor ermittelt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kalibrierung eines Umfeldsensors in einem motorisierten Einspurfahrzeug.
  • Stand der Technik
  • Bekannt ist es, Motorräder mit einer Tempomatfunktion auszustatten, die es erlaubt, die Motorradgeschwindigkeit ohne manuellen Eingriff durch den Fahrer auf einer eingestellten Sollgeschwindigkeit zu halten.
  • Darüber hinaus ist es bei Kraftfahrzeugen bekannt, die Tempomatfunktion mit einem radargestützten Abstandssystem zu kombinieren, bei der die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einem eingestellten Wert gehalten wird, jedoch unter Einhaltung des gesetzlich vorgeschriebenen, geschwindigkeitsabhängigen Abstandes zum vorausfahrenden Fahrzeug. Dementsprechend können derartige Tempomatfunktionen das Fahrzeug selbsttätig abbremsen und auch wieder beschleunigen, sofern der Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug dies erlaubt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in einfacher Weise ein Umfeldsensor in einem motorisierten Einspurfahrzeug kalibriert werden. Bei dem motorisierten Einspurfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Motorrad, wobei auch sonstige motorisierte Einspurfahrzeuge wie zum Beispiel Motorroller in Betracht kommen. Des Weiteren sollen im Sinne eines Einspurfahrzeugs auch solche Fahrzeuge verstanden werden, die an der Vorderachse und/oder an der Hinterachse zwei Räder aufweisen, welche jedoch nahe beieinander liegen, insbesondere mit einer Spurweite von maximal 0.75 m.
  • Mithilfe des Umfeldsensors ist es möglich, das Umfeld des Einspurfahrzeugs zu überwachen. Bei dem Umfeldsensor handelt es sich insbesondere um einen Radarsensor, mit dem Objekte im Umfeld des Einspurfahrzeugs erfasst werden können. In Betracht kommen auch beispielsweise Lidarsensoren, Ultraschallsensoren oder kamerabasierte Sensoren.
  • Damit der Umfeldsensor präzise arbeitet und die vom Umfeldsensor gelieferten Sensorsignale ein hohes Vertrauensmaß genießen, ist eine Kalibrierung des Umfeldsensors im Einspurfahrzeug erforderlich. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der Kalibrierung des Umfeldsensors das Einspurfahrzeug auf einem Rollenprüfstand gefahren, wobei der Umfeldsensor des Einspurfahrzeugs auf ein Referenzobjekt gerichtet wird, das sich in einem definierten, bekannten Winkel zum Einspurfahrzeug befindet. Während der Fahrt des Einspurfahrzeugs auf dem Rollenprüfstand wird das Referenzobjekt von dem Umfeldsensor erfasst und kann der Winkel zum Referenzobjekt von dem Umfeldsensor bzw. einem Steuergerät im Einspurfahrzeug ermittelt werden. Der definierte, tatsächliche Winkel, in dem sich das Referenzobjekt zum Fahrzeug befindet, stellt einen Referenzwinkel dar, so dass die Abweichung zwischen dem Referenzwinkel und dem gemessenen Winkel ermittelt werden kann. Diese Abweichung zwischen dem bekannten Referenzwinkel und dem im Umfeldsensor ermittelten Winkel kann zur Kalibrierung herangezogen werden.
  • Diese Vorgehensweise ermöglicht es, die Winkelabweichung zwischen dem Referenzwinkel und dem tatsächlichen, gemessenen Winkel während einer Fahrt des Einspurfahrzeugs auf dem Rollenprüfstand zu ermitteln. Daraufhin können Ausgleichsmaßnahmen entweder auf Softwareseite oder auf Hardwareseite getroffen werden. Bei einer softwareseitigen Kalibrierung wird die Abweichung zwischen dem Referenzwinkel und dem gemessenen Winkel in einer Software zur Verarbeitung der Sensorsignale der Umfeldsensorik berücksichtigt. Hierbei wird beispielsweise in einem Steuergerät im Einspurfahrzeug oder in einem externen Steuergerät eine Winkelkorrektur um die gemessene Abweichung zwischen dem Referenzwinkel und dem gemessenen Winkel durchgeführt. Die softwareseitige Kalibrierung kann durchgeführt werden, sofern die Winkelabweichung einen Grenzwert nicht übersteigt.
  • Bei einer hardwareseitigen Kalibrierung wird die Abweichung zwischen dem Referenzwinkel und dem gemessenen Winkel über eine Justierung des Umfeldsensors ausgeglichen. Die Justierung wird in der Weise durchgeführt, dass die Winkelabweichung zu null oder zumindest minimiert wird.
  • Gegebenenfalls kommt eine Kombination von softwareseitiger und hardwareseitiger Kalibrierung in Betracht.
  • Des Weiteren ist es möglich, das Kalibrierungsverfahren wiederholt durchzuführen, indem beispielsweise in einem ersten Kalibrierungsschritt auf dem Rollenprüfstand die Winkelabweichung ermittelt und eine hardwareseitige Kalibrierung durchgeführt wird. Anschließend kann in einem zweiten Schritt bei einem erneuten Fahren auf dem Rollenprüfstand eine gegebenenfalls noch verbleibende Winkelabweichung ermittelt werden, die anschließend softwareseitig ausgeglichen wird.
  • Insgesamt erlaubt die Winkelabweichung auf dem Rollenprüfstand eine exakte Ermittlung der Abweichung zwischen Referenzwinkel und gemessenem Winkel und kann in kurzer Zeit durchgeführt werden.
  • Die Winkel - der Referenzwinkel und der gemessene Winkel - beziehen sich auf ein definiertes Koordinatensystem im Einspurfahrzeug. Hierbei handelt es sich insbesondere um das an sich bekannte Fahrzeug-Koordinatensystem, bei dem die X-Achse mit der Fahrzeuglängsachse, die Y-Achse mit der Querachse und die Z-Achse mit der Hochachse zusammenfallen. Die Winkel beziehen sich insbesondere auf die Winkelabweichung zwischen der Fahrzeuglängsachse, in der sich vorteilhafterweise das Referenzobjekt befindet, und dem gemessenen Winkel zur Fahrzeuglängsachse. Der Referenzwinkel liegt in diesem Fall beispielsweise bei 0°. Die Ebene, in der die Winkel gemessen werden, ist hierbei die von der Fahrzeuglängsachse und der Fahrzeugquerachse aufgespannte Ebene, die Winkelabweichung erfolgt um die Fahrzeughochachse.
  • Gegebenenfalls ist es auch möglich, einen Referenzwinkel ungleich null vorzugeben, so dass das Referenzobjekt unter einem Winkel zur Fahrzeuglängsachse platziert wird. Der Referenzwinkel ist in jedem Fall bekannt und kann entsprechend zum Abgleich mit dem gemessenen Winkel herangezogen werden.
  • Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, einen Winkel in einer anderen Ebene zu definieren und zu messen, beispielsweise in der von der Fahrzeuglängsachse und der Fahrzeughochachse aufgespannten Ebene. In diesem Fall wird die Winkelabweichung um die Fahrzeugquerachse bestimmt.
  • Es kann zweckmäßig sein, zusätzlich weitere Ortsgrößen zu verwenden, insbesondere den Abstand zwischen dem Umfeldsensor und dem Referenzobjekt sowie die vertikale Höhe des Referenzobjekts über dem Boden.
  • In bevorzugter Ausführung ist der Umfeldsensor in Richtung der Fahrzeuglängsachse nach vorne ausgerichtet. Im Idealfall - bei korrekter Ausrichtung und ohne Winkelabweichung - werden die Sensorsignale des Umfeldsensors in Richtung der Fahrzeuglängsachse nach vorne ausgestrahlt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführung fährt das Einspurfahrzeug auf dem Rollenprüfstand frei und wird während der Messung nicht fixiert. Dementsprechend fährt das Fahrzeug sowohl mit dem Vorderrad als auch mit dem Hinterrad ohne Fixierung auf den Rollen. Es erfolgt weder eine Fixierung im Hinblick auf die Umdrehung von Vorder- und Hinterrad noch im Hinblick auf die Motorradquerbewegung auf den Rollen des Rollenprüfstandes.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist es zweckmäßig, dass die Messung des Winkels bei konstanter oder zumindest annähernd konstanter Geschwindigkeit des Einspurfahrzeugs durchgeführt wird. Auch sollen Gangwechsel während der Messung vermieden werden. Zur Verbesserung der Messergebnisse bei der Winkelmessung ist es vorteilhaft, dass das Einspurfahrzeug im Hinblick auf laterale und longitudinale Bewegungen und Beschleunigungen so ruhig wie möglich auf dem Rollenprüfstand fährt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung bewegt sich das Fahrzeug während der Messung des Winkels mit einer Geschwindigkeit in einem Bereich zwischen 60 km/h und 140 km/h, insbesondere zwischen 80 km/h und 100 km/h. Dieser Geschwindigkeitsbereich stellt sicher, dass sich das Einspurfahrzeug selbst stabilisiert, so dass insbesondere stabilisierende Lenkbewegungen nicht erforderlich sind oder zumindest auf ein Mindestmaß reduziert sind.
  • Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die Winkelmessung über einen definierten Zeitraum durchgeführt, so dass entsprechend eine größere Anzahl an Sensorsignalen zur Verfügung steht. Der Zeitraum, in dem die Winkelmessung wiederholt durchgeführt wird, liegt beispielsweise zwischen 5 s und 30 s. Bei der Messung über den definierten Zeitraum wird eine Vielzahl von Sensorsignalen ermittelt, die gegebenenfalls einer Filterung unterzogen werden. Die Sensorsignale können einer statistischen Auswertung unterzogen werden. Aufgrund der großen Anzahl von Sensorsignalen ist sichergestellt, dass Schwankungen des Einspurfahrzeugs auf dem Rollenprüfstand keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Ermittlung der Winkelabweichung haben.
  • Die verschiedenen Verfahrensschritte laufen in einem Steuergerät ab. Das Steuergerät kann gegebenenfalls in das Einspurfahrzeug eingebaut sein. Es ist aber auch möglich, ein externes Steuergerät für die Auswertung der Sensorsignale und Ermittlung der Winkelabweichung zu verwenden.
  • Im Fall einer softwareseitigen Kalibrierung wird die Winkelabweichung in einem Steuergerät, das in das Einspurfahrzeug eingebaut ist, verwendet. Hierbei können nach Abschluss der Kalibrierung von dem Umfeldsensor ermittelte Sensorsignale um die ermittelte Winkelabweichung korrigiert werden.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der dazu ausgelegt ist, die vorbeschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Das Computerprogrammprodukt läuft in dem vorbeschriebenen Steuergerät im Fahrzeug oder in einem externen Steuergerät ab.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
    • 1 in Draufsicht ein Motorrad, das mit einem Radarsensor zur Ermittlung des Abstandes zu einem vorausfahrenden Fahrzeug ausgestattet ist, wobei zwischen der Motorradlängsachse und dem Radarstrahl eine Winkelabweichung besteht,
    • 2 in Draufsicht ein Motorrad auf einem Rollenprüfstand mit einem vorgelagerten Referenzobjekt zur Bestimmung der Winkelabweichung des Radarsensors,
    • 3 das Motorrad auf dem Rollenprüfstand mit vorgelagertem Referenzobjekt in Seitenansicht.
  • In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist ein Motorrad 1 auf einer Straße 2 dargestellt, das einem vorausfahrenden Fremdfahrzeug 3 nachfolgt. Das Motorrad 1 ist mit einem Radarsensor 4 ausgestattet, dessen Radarstrahl 6 nach vorne gerichtet ist und eine fortlaufende Abstandsmessung zwischen dem Motorrad 1 und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug 3 ermöglicht.
  • Zwischen der Fahrzeuglängsachse 5 und dem Radarstrahl 6 besteht eine Winkelabweichung a, die im Ausführungsbeispiel bei ca. 3° liegt. Die Winkelabweichung α ist beispielsweise auf einen unsachgemäßen Einbau des Radarsensors 4 in das Motorrad 1 oder auf Fertigungstoleranzen zurückzuführen. Die Winkelabweichung α kann zu einer Verfälschung der Abstandsmessung zwischen dem Motorrad 1 und dem vorausfahrenden Fremdfahrzeug 3 führen. Hohe Winkelabweichungen α können gegebenenfalls zur Funktionsuntüchtigkeit des Radarsensors 4 führen.
  • In den 2 und 3 ist ein Motorrad 1 auf einem Rollenprüfstand 7 dargestellt, der drei Rollen 8 umfasst. Auf dem Rollenprüfstand 7 kann ein Verfahren zur Kalibrierung des Radarsensors 4 des Motorrades 1 durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wird vor dem Rollenprüfstand 7 in einem Längsabstand a zur Drehachse der vorne liegenden Rolle 8 ein Referenzobjekt 9 positioniert, das in einem Höhenabstand b zur Oberseite der Rollen 8 liegt, der der Einbaulage des Radarsensors 4 im Motorrad 1 entspricht. Zur Kalibrierung wird das Referenzobjekt 9 unter einem definierten Referenzwinkel zu dem Motorrad 1 platziert. Vorteilhafterweise liegt das Referenzobjekt 9 genau in der Längsachse 5 des Motorrades 1; in diesem Fall beträgt der Referenzwinkel 0°, und die Fahrzeuglängsachse 5 ist exakt auf das Referenzobjekt 9 gerichtet.
  • Sensorsignale des Radarsensors 4 in Form eines Radarstrahles 6 werden auf das Referenzobjekt 9 gerichtet, wobei über den Radarsensor 4 der Winkel zwischen dem Radarstrahl 6 und dem Referenzobjekt 9 gemessen wird. In 2 ist beispielhaft mit gestrichelter Linie ein abweichender Radarstrahl 6 dargestellt, der gegenüber der Fahrzeuglängsachse 5 die Winkelabweichung α analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 aufweist. Die Winkelabweichung α kann aus der Reflexion des Radarstrahls 6 am definiert aufgestellten Referenzobjekt 9 ermittelt werden.
  • Mit der Kenntnis der Winkelabweichung a, die im Ausführungsbeispiel eine Winkelabweichung um die Hochachse des Motorrades 1 darstellt, kann die Kalibrierung entweder auf Softwareebene oder auf Hardwareebene durchgeführt werden. Bei der Kalibrierung auf Softwareebene wird die Winkelabweichung α bei der Verarbeitung der Sensorsignale des Radarsensors 4 berücksichtigt. Hierbei können aus geometrischen Beziehungen Korrekturrechnungen unter Berücksichtigung der Winkelabweichung α durchgeführt werden. Die Korrekturrechnungen erfolgen in einem Steuergerät im Motorrad 1 und werden fortlaufend bei der Verarbeitung der Sensorsignale durchgeführt.
  • Bei der Kalibrierung auf Hardwareebene wird die Position des Radarsensors 4 am Motorrad 1 um die ermittelte Winkelabweichung α korrigiert, so dass der Radarstrahl 6 des Radarsensors 4 mit der Fahrzeuglängsachse 5 des Motorrades 1 zusammenfällt.
  • Bei der Ermittlung der Winkelabweichung α fährt das Motorrad 1 frei und ohne Einschränkungen auf dem Rollenprüfstand 7. Vorteilhafterweise unterliegen weder das Vorderrad noch das Hinterrad des Motorrades 1 Beschleunigungs- oder Bremskräften. Die Geschwindigkeit liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 80 km/h und 100 km/h, um eine ausreichende Stabilität des Motorrades 1 während des Messvorgangs zu gewährleisten. Die Messung erfolgt über einen Zeitraum von beispielsweise 5 s bis 30 s, um eine hinreichend große Zahl an Sensorsignalen zu erhalten, die der Ermittlung der Winkelabweichung zugrunde gelegt wird. Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Sensorsignale einer Filterung zu unterziehen.
  • Des Weiteren ist es möglich, mehrmals eine Kalibrierung durchzuführen, beispielsweise dahingehend, dass während eines ersten Kalibrierungsschrittes die Winkelabweichung hardwareseitig korrigiert und anschließend in einem zweiten Kalibrierungsschritt eine eventuell noch bestehende Winkelabweichung softwareseitig kompensiert wird.
  • Die Ermittlung der Winkelabweichung durch Auswerten der reflektierten Sensorsignale erfolgt vorzugsweise in dem Steuergerät im Motorrad 1. Gegebenenfalls ist auch eine Auswertung der Sensorsignale und Ermittlung der Winkelabweichung in einem externen Steuergerät möglich.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Kalibrierung eines Umfeldsensors in einem motorisierten Einspurfahrzeug (1), bei dem ein mit einem Umfeldsensor (4) ausgestattetes Einspurfahrzeug (1) auf einem Rollenprüfstand (7) fährt und der Umfeldsensor (4) auf ein Referenzobjekt (9) gerichtet wird, das sich in einem definierten Winkel, der einen Referenzwinkel darstellt, zu dem Einspurfahrzeug (1) befindet, woraufhin über den Umfeldsensor (4) der Winkel zum Referenzobjekt (9) gemessen wird und die Abweichung zwischen dem Referenzwinkel und dem gemessenen Winkel zur Kalibrierung herangezogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspurfahrzeug (1) auf dem Rollenprüfstand (7) frei und ohne Fixierung fährt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Winkels bei konstanter oder zumindest annähernd konstanter Geschwindigkeit durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Winkels während einer Fahrt mit einer Geschwindigkeit in einem Geschwindigkeitsbereich zwischen 60 km/h und 140 km/h, insbesondere zwischen 80 km/h und 100 km/h durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Winkels über einen definierten Zeitraum wiederholt durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum, in dem die Messung des Winkels wiederholt durchgeführt wird, zwischen 5 s und 30 s liegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messung des Winkels kein Gangwechsel im Einspurfahrzeug (1) durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kalibrierung die Abweichung zwischen dem Referenzwinkel und dem gemessenen Winkel in einer Software zur Verarbeitung der Sensorsignale der Umfeldsensorik (4) berücksichtigt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kalibrierung die Abweichung zwischen dem Referenzwinkel und dem gemessenen Winkel durch manuelle Justierung minimiert wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Anwendung des Verfahrens auf die Kalibrierung von Radarsensoren (4).
  11. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
  12. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der dazu ausgelegt ist, Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in einem Steuergerät gemäß Anspruch 11 abläuft.
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