DE102019206503A1 - Verfahren und Steuereinheit zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Elektronische Steuereinheit, die konfiguriert ist zum: Empfangen, von einem Umfeldsensor (20), gemessener Orte (xs,i) mehrerer Reflektoren (R1 bis R10), Abrufen vorgegebener Positionsdaten (xw,i) der Reflektoren (R1 bis R10); und Ermitteln einer Fehleinstellung des Umfeldsensoren (20) aus den empfangenen Orten (xw,i) und den gemessenen Orten (xs,i).

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Fahrerassistenzsysteme, bzw. autonomen bzw. teilautonomen Fahrzeuge, insbesondere einen Sensor zur Umfelderfassung bei einem Fahrzeug, sowie ein Verfahren zur Kalibrierung des Sensors und eine Steuereinheit zur Durchführung dieses Verfahrens.
• TECHNISCHER HINTERGRUND
• Sensoren zur Umfelderfassung sind wichtig für das korrekte Funktionieren von Fahrerassistenzsystemen wie Spurhalte-Assistenten, Abstandsregeltempomat, Bremsassistent, Totwinkel-Überwachung oder automatischer Abstandswarner. Auch Systeme zum Zweck des autonomen Fahrens benötigen korrekt funktionierende Sensoren zur Umfelderfassung.
• Ein Problem der bekannten Sensoren besteht in der gegebenenfalls schwer zu vermeidenden Fehlausrichtung eines Sensors in Azimut- und Elevationsrichtung, welche die Umfelderfassung verfälscht.
• GEGENSTAND DER ERFINDUNG
• Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine elektronische Vorrichtung und ein Verfahren für eine Sensorarchitektur bereitzustellen, womit das Verhalten der Radarsensorarchitektur optimiert wird.
• Diese Aufgabe wird durch den elektronische Steuereinheit nach Anspruch 1 und das Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
• Die Ausführungsbeispiele zeigen eine elektronische Steuereinheit, die konfiguriert ist zum: Empfangen, von einem Umfeldsensor, gemessener Orte mehrerer Reflektoren, Abrufen vorgegebener Positionsdaten der Reflektoren; und Ermitteln einer Fehleinstellung des Umfeldsensoren aus den empfangenen Orten und den gemessenen Orten.
• Die elektronische Steuereinheit kann beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um. Es kann sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln, beispielsweise um ein fahrerloses Transportsystem (FTS), einen autonomen PKW, ein Schienenfahrzeug, eine Drohne oder ein Boot.
• Die elektronische Steuereinheit weist beispielsweise einen Prozessor auf, der dazu ausgelegt ist, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Bei dem Prozessor kann es sich beispielsweise um eine Recheneinheit wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) handeln, die Programminstruktionen ausführt.
• Die elektronische Steuereinheit kann beispielsweise verwendet werden, um die ermittelte Fehleinstellung zur Kalibrierung des Umfeldsensoren zu verwenden. Auf diese Weise können Messfehler des Umfeldsensoren aufgrund der Fehlstellung vermieden werden.
• Das Abrufen vorgegebener Positionsdaten der Reflektoren kann beispielsweise durch Auslesen der vorgegebenen Positionsdaten aus einem Speicher erfolgen. Die Positionsdaten können der elektronischen Vorrichtung beispielsweise zugeführt werden, indem diese über eine Benutzerschnittstelle oder ein Netzwerk-Interface eingegeben werden. Die vorgebebenen Positionsdaten sind Kalibrierungsdaten die mittels anderer Positionsbestimmungsmethoden bestimmt werden, also nicht mit dem Umfeldsensor, den es zu kalibrieren gilt.
• Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinheit ferner konfiguriert, um aus wenigstens drei der gemessenen Orten der Reflektoren gemessene Relativkoordinaten zu ermitteln und um die Fehleinstellung des Umfeldsensoren aus den gemessenen Relativkoordinaten der gemessenen Orte zu ermitteln, und/oder um aus wenigstens zwei der vorgegebenen Positionsdaten der Reflektoren vorgegebene Relativkoordinaten zu ermitteln und um die Fehleinstellung des Umfeldsensoren aus den vorgegebenen Relativkoordinaten der vorgegebenen Positionsdaten zu ermitteln. Durch Verwendung von Relativkoordinaten kann eine Abhängigkeit von der Position des Sensors bzw. des Fahrzeugs vermieden werden.
• Gemäß einer Ausführungsform ist die elektronische Steuereinheit ferner konfiguriert zum Ermitteln einer Rotationsmatrix aus den bestimmten Orten und den vorgegebenen Orten, wobei die Rotationsmatrix die Fehleinstellung des Umfeldsensoren beschreibt.
• Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinheit ferner konfiguriert, um eine Fehleinstellung des Umfeldsensoren in azimutaler Richtung und/oder eine Fehleinstellung in Elevationsrichtung zu berechnen.
• Gemäß einer Ausführungsform ist die elektronische Steuereinheit ferner konfiguriert um, ein Gleichungssystem zu lösen, wobei für mehrere Paare der Reflektoren jeweils die gemessenen Relativkoordinaten und die vorgegebenen Relativkoordinaten über die Rotationsmatrix in Beziehung gesetzt werden, um das Gleichungssystem aufzustellen. Das Gleichungssystem wird insbesondere gelöst, um die Einträge der Rotationsmatrix zu berechnen. Zur Lösung des Gleichungssystems kann beispielsweise auf dem Gaußsche Eliminationsverfahren, Matrixinvertierung oder auf dem endlichen Abbrechen der Neumann-Reihe. Durch Lösen des Gleichungssystems kann die Fehlstellung des Umfeldsensoren berechnet werden.
• Vorzugsweise beruht das Gleichungssystem auf wenigstens drei Paaren der Reflektoren. Auf diese Weise können neun unabhängige Paare von Reflektoren ausgewählt werden, um neu Gleichungen aufzustellen, aus denen das Gleichungssystem gebildet wird.
• Die Ausführungsbeispiele zeigen auch ein Verfahren, umfassend: Empfangen, von einem Umfeldsensor, gemessener Orte mehrerer Reflektoren, Abrufen vorgegebener Positionsdaten der Reflektoren; und Ermitteln einer Fehleinstellung des Umfeldsensoren aus den empfangenen Orten und den gemessenen Orten. Das Verfahren kann beispielsweise als ein computer-implementiertes Verfahren realisiert werden.
• Figurenliste
• Ausführungsformen werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
• 1 ein Blockdiagramm zeigt, das schematisch die Konfiguration eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
• 2 ein Blockdiagramm ist, das eine beispielhafte Konfiguration einer Steuereinheit innerhalb eines Fahrzeugs zeigt,
• 3 eine typische Fahrsituation eines autonom fahrenden Fahrzeugs zeigt,
• 4 einen beispielhaften Aufbau für ein Kalibrationsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 5 eine Vergrößerung des in 4 gezeigten Aufbaus zeigt.
• 6 ein Flussdiagramm zeigt, das schematisch das in 4 und 5 gezeigte Kalibrationsverfahren darstellt.
• Im Folgenden wird nun das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer ausführlichen Beschreibung der einzelnen Figuren beschrieben:
• 1 zeigt ein Blockdiagramm, das schematisch die Konfiguration eines Fahrzeugs 1 mit einer Steuereinheit für autonomes oder teilautonomes Fahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Fahrzeug 1 umfasst mehrere elektronische Komponenten, welche via ein Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 miteinander verbunden sind. Das Fahrzeugkommunikationsnetzwerk 28 kann beispielsweise ein im Fahrzeug eingebautes standardgemäßes Fahrzeugkommunikationsnetzwerk wie etwa ein CAN-Bus (controller area network), ein LIN-Bus (local interconnect network), ein LAN-Bus (local area network), ein MOST-Bus und/oder ein FlexRay-Bus (registered trademark) oder dergleichen sein.
• In dem in 1 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeug 1 eine Steuereinheit 12 (ECU 1). Diese Steuereinheit 12 steuert ein Lenksystem. Das Lenksystem bezieht sich dabei auf die Komponenten, die eine Richtungssteuerung des Fahrzeugs ermöglichen.
• Das Fahrzeug 1 umfasst ferner eine Steuereinheit 14 (ECU 2), die ein Bremssystem steuert. Das Bremssystem bezieht sich dabei auf die Komponenten, die ein Bremsen des Fahrzeugs ermöglichen.
• Das Fahrzeug 1 umfasst ferner eine Steuereinheit 16 (ECU 3), die einen Antriebsstrang steuert. Der Antriebsstrang bezieht sich dabei auf die Antriebskomponenten des Fahrzeugs. Der Antriebsstrang kann einen Motor, ein Getriebe, eine Antriebs-/Propellerwelle, ein Differential und einen Achsantrieb umfassen.
• Das Fahrzeug 1 umfasst ferner einen oder mehrere Umfeldsensoren 20, die dazu ausgelegt sind, das Umfeld des Fahrzeugs 1 zu erfassen, wobei die Umfeldsensoren 20 am Fahrzeug 1 montiert sind und ggf. autark, d. h. ohne Informationssignale von außen, Objekte oder Zustände im Umfeld des Fahrzeugs erfassen. Hierzu zählen insbesondere Kameras, Radar-Sensoren, Lidar-Sensoren, Ultraschall-Sensoren oder dergleichen. Die Umfeldsensoren 20 können innerhalb des Fahrzeugs oder außerhalb des Fahrzeugs (z. B. an der Außenseite des Fahrzeugs) angeordnet sein. Beispielsweise kann eine Kamera in einem vorderen Bereich des Fahrzeugs 1 zur Aufnahme von Bildern eines vor dem Fahrzeug befindlichen Bereichs eingebaut sein.
• Fahrzeugsensorik des autonomen Fahrzeugs 1 umfasst auch eine Satellitennavigationseinheit 24 (GPS-Einheit). Es sei darauf hingewiesen, dass im Kontext der vorliegenden Erfindung GPS beispielhaft für sämtliche Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) steht, wie z.B. GPS, A-GPS, Galileo, GLONASS (Russland), Compass (China), IRNSS (Indien) und dergleichen.
• Das Fahrzeug 1 umfasst ferner eine Steuereinheit für autonomes Fahren 18 (ECU 4). Die Steuereinheit für autonomes Fahren 18 ist dazu ausgelegt, das Fahrzeug 1 so zu steuern, dass dieses ganz oder teilweise ohne Einfluss eines menschlichen Fahrers im Straßenverkehr agieren kann. Die Steuereinheit 18 (ECU 4) ist dazu eingerichtet, Informationen der Umfeldsensorik 20 auszuwerten bzw. die Umfeldsensorik zu steuern. Wenn steuerungsseitig oder fahrerseitig ein Betriebszustand für das autonome Fahren aktiviert ist, bestimmt die Steuereinheit für autonomes Fahren 18, auf Grundlage von zur Verfügung stehenden Daten über eine vorgegebene Fahrtstrecke, von den Umweltsensoren 20 aufgenommenen Umgebungsdaten, sowie von mittels den Fahrzeugsensoren erfassten Fahrzeugbetriebsparametern, die der Steuereinheit 18 von den Steuereinheiten 12, 14 und 16 zugeleitet werden, Parameter für den autonomen Betrieb des Fahrzeugs (beispielsweise Soll-Geschwindigkeit, Soll-Moment, Abstand zum Vorausfahrzeug, Abstand zum Fahrbahnrand, Lenkvorgang und dergleichen).
• Die Steuereinheit für autonomes Fahren 18 kann beispielsweise für eine Adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC) über die Umfeldsensoren 20 die Position und die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs messen und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs sowie den Abstand zu dem Vorausfahrzeug via Antriebs- und Bremseingriff entsprechend anpassen.
• Das Fahrzeug 1 umfasst ferner eine Benutzerschnittstelle 26 (HMI = Human-Machine-Interface), die einem Fahrzeuginsassen ermöglicht, mit einem oder mehreren Fahrzeugsystemen in Interaktion zu stehen. Diese Benutzerschnittstelle 26 kann eine elektronische Anzeige (beispielsweise eine GUI = graphical user interface) zum Ausgeben einer Graphik, von Symbolen und/oder Inhalt in Textform, und eine Eingabeschnittstelle zum Empfangen einer Eingabe (beispielsweise manuelle Eingabe, Spracheingabe und Eingabe durch Gesten, Kopf- oder Augenbewegungen) umfassen. Die Eingabeschnittstelle kann beispielsweise Tastaturen, Schalter, berührungsempfindliche Bildschirme (Touchscreen), Eye-Tracker und dergleichen umfassen.
• 2 zeigt ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Steuereinheit für autonomes Fahren 18 (ECU 4) darstellt. Bei der Steuereinheit für autonomes Fahren 18 kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät (electronic control unit ECU oder electronic control module ECM) handeln. Die Steuereinheit für autonomes Fahren 18 (ECU 4) umfasst einen Prozessor 40. Bei dem Prozessor 40 kann es sich beispielsweise um eine Recheneinheit wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU = central processing unit) handeln, die Programminstruktionen ausführt.
• Der Prozessor der Steuereinheit für autonomes Fahren 18 ist dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von einem geplanten Fahrmanöver, basierend auf den Informationen des sensorbasierten Umfeldmodells, eine optimale Fahrposition (Folgeabstand, Lateralversatz) unter Berücksichtigung des zulässigen Fahrspurbereichs zu berechnen. Die errechnete optimale Fahrposition wird zur Steuerung von Aktuatoren der Fahrzeugsubsysteme 12, 14 und 16, beispielsweise von Brems-, Antriebs- und/oder Lenkaktuatoren, verwendet.
• Die Steuereinheit für autonomes Fahren 18 umfasst ferner einen Speicher und eine Eingabe/ Ausgabe-Schnittstelle. Der Speicher kann aus einem oder mehreren nichtflüchtigen computerlesbaren Medien bestehen und umfasst mindestens einen Programmspeicherbereich und einen Datenspeicherbereich. Der Programmspeicherbereich und der Datenspeicherbereich können Kombinationen von verschiedenen Arten von Speicher umfassen, beispielsweise von einem Nur-Lese-Speicher 43 (ROM = Read-only memory) und einem Direktzugriffsspeicher 42 (RAM = Random Access Memory) (z. B. dynamischer RAM („DRAM“), synchron DRAM („SDRAM“) usw.). Ferner kann die Steuereinheit für autonomes Fahren 18 ein externes Speicherlaufwerk 44, wie beispielsweise ein externes Festplattenlaufwerk (hard disk drive: HDD), ein Flashspeicher-Laufwerk oder ein nicht flüchtiges Festkörperlaufwerk (solid state drive: SSD) umfassen.
• Die Steuereinheit für autonomes Fahren 18 umfasst ferner eine Kommunikationsschnittstelle 45, über welche die Steuereinheit mit dem Fahrzeugkommunikationsnetzwerk (28 in 1) kommunizieren kann, beispielsweise um Daten von den Umfeldsensoren (20 in 1) zu erhalten.
• 3 zeigt eine typische Fahrsituation eines autonom oder auch teilautonom fahrenden Fahrzeugs. Ein autonom oder teilautonom fahrendes Fahrzeug 1 fährt auf der rechten Fahrspur 4 einer Straße 5. Das autonome Fahrzeug 1 umfasst eine Steuereinheit für autonomes Fahren (18 in 1), welche auf Grundlage von zur Verfügung stehenden Daten über eine vorgegebene Fahrtstrecke, von Umweltsensoren 20 aufgenommenen Umgebungsdaten, sowie von mittels den Fahrzeugsensoren erfassten Fahrzeugbetriebsparametern, die der Steuereinheit 18 von den Steuereinheiten 12, 14 und 16 zugeleitet werden, Parameter für den autonomen Betrieb des Fahrzeugs (beispielsweise Soll-Geschwindigkeit, Soll-Moment, Abstand zum Vorausfahrzeug, Abstand zum Fahrbahnrand, Lenkvorgang und dergleichen) bestimmt. Wie aus 3 ersichtlich, fährt das autonome Fahrzeug 1 hinter einem Vorausfahrzeug, hier einem LKW 2, das einen Bereich 10 des Erfassungsbereichs 8 der Umfeldsensoren (20 in 1) des Fahrzeugs 1, hier insbesondere einer Frontkamera, verdeckt. Die Steuereinheit für autonomes Fahren (18 in 1) des Fahrzeugs 1 umfasst einen Prozessor, der dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem geplanten Fahrmanöver, basierend auf Informationen eines sensorbasierten Umfeldmodells eine optimale Fahrposition unter Berücksichtigung des zulässigen Fahrspurbereichs zu berechnen, von welcher ein zu erfassender Bereich mit den eingebauten Umfeldsensoren (20 in 1) bestmöglich abgedeckt wird.
• 4 zeigt schematisch das Prinzip eines Kalibrationsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren dient dazu, eine Umfeldsensorik 20 eines Fahrzeugs 1 zu kalibrieren. Das Prinzip des Kalibrationsverfahren wird zur Vereinfachung der Darstellung in zwei Dimensionen, hier x und y dargestellt, so dass 4 einer Draufsicht entspricht. Das Prinzip kann gleichermaßen auch in drei Dimensionen (x, y, z) angewandt werden. Beispielhaft handelt es sich hier bei der Umfeldsensorik um einen Radar-Senso, oder einen Lidar-Sensor. Das Kalibrationsverfahren basiert auf einem absoluten Koordinatensystem KS (Umfeldkoordinatensystem). Für die Kalibrierung werden beispielhaft zehn gut reflektierende Objekte R1 bis R10, deren Positionen im absoluten Koordinatensystem KS bekannt sind, vorgesehen. Ein solches reflektierendes Objekt R1 bis R10 kann an sich jeder vom Fachmann beliebig wählbarer, reflektierender Gegenstand sein, der die Strahlung, welche die zu kalibrierende Umfeldsensorik 20 aussendet (also im Falle des Radar-Sensors Funkwellen im Radiofrequenzbereich und im Falle des Lidar-Sensors Laserlicht), gut reflektiert, sodass die zu kalibrierende Umfeldsensorik 20 die Position des reflektierenden Objekts R1 bis R10 gut bestimmen kann. Um die Umfeldsensorik 20 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kalibrieren, wird das Fahrzeug 1 an einer beliebigen Position des absoluten Koordinatensystems KS positioniert, wobei die Umfeldsensorik 20 von der Position des Fahrzeugs 1 aus die zehn platzierten reflektierenden Objekte R1 bis R10 sehen kann.
• 5 zeigt einen Ausschnitt des in 4 gezeigten Aufbaus, welcher zur Vereinfachung der Darstellung lediglich die reflektierenden Objekte R1 und R2 umfasst. Die Darstellung kann entsprechend auf den hier beispielhaft angenommen Fall von zehn Objekten R1 bis R10 erweitert werden. Um die Umfeldsensorik 20 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kalibrieren, wird das Fahrzeug 1, wie oben bereits erwähnt, an einem beliebigen Punkt im absoluten Koordinatensystem KS platziert, so dass sich das Ego-Fahrzeug bzw. die Umfeldsensorik 20 am Punkt p_s befindet, von dem aus die Umfeldsensorik 20 zehn reflektierende Objekte R1 bis R10 (hier dargestellt nur R1 und R2) sehen kann. Die absoluten Positionen x_w,1 bis x_w,10 der reflektierenden Objekte R1 bis R10 im absoluten Koordinatensystem KS werden in der Kalibrierungsphase als bekannt vorausgesetzt, d.h. sie wurden mittels externer Mittel bestimmt und sie werden dem Prozess als vorbestimmte, bekannte Parameter zugeführt, beispielsweise über die Benutzerschnittstelle (26 in 1) eingegeben.
• Nun bestimmt die Umfeldsensorik 20 die relativen Positionen x_s,1 bis x_s,10 der reflektierenden Objekte R1 bis R10 im Relativkoordinatensystem des Sensors. Wie in 5 gezeigt, sind diese Positionsbestimmungen fehlerbehaftet, da die Sensorik 20 eine produktionsbedingte Fehleinstellung aufweisen kann, hier beispielhaft einen Winkelfehler ϕ₀ in azimutaler Richtung. Aus diesem Grund weicht der relative Ort x_s,1 des Reflektors R1 von seinem realen relativen Ort x'_s,1 ab. Die Fehleinstellung ϕ₀ in azimutaler Richtung wird hier als ein systematischer Fehler der Messung angenommen und ist folglich für alle Messungen gleich. Gleiches gilt für die übrigen Reflektoren.
• Zu diesem in 5 gezeigten Fehler in azimutaler Richtung ϕ₀ kommt in drei Dimensionen ggf. noch ein Fehler θ₀ in Elevations-Richtung hinzu, der in 5 nicht abgebildet ist, aber in der folgenden algorithmischen Darstellung mitberücksichtigt wird.
• Im Folgenden wird der relative, bestimmte Ort des i. Reflektors als x_s,i, der reale, relative Ort des i. Reflektors als x'_s,i und der reale Ort im Koordinatensystem KS des i-ten Reflektors als x_w,i bezeichnet. Wie aus 5 ersichtlich wird, gilt die geometrische Gleichung $$p_s+x_{s,i}^{\text{'}}=x_{w,i}$$

  
• Die Fehleinstellung der Umfeldsensorik 20 kann durch eine 3x3 Rotationsmatrix R beschrieben werden, die von den Fehleinstellungen in Azimut-Richtung ϕ₀ und in Elevations-Richtung θ₀ abhängt, welche hier genutzt werden, um die Rotationsmatrix R zu parametrisieren (vgl. „Euler-Winkel“): $$x_{s,i}^{\text{'}}=R\left({\varphi }_0,{\theta }_0\right)\cdot x_{s,i}=\left(\begin{array}{ccc}{r}_{11}& r_{12}& r_{13}\\ r_{21}& r_{22}& r_{23}\\ r_{31}& r_{32}& r_{33}\end{array}\right)\cdot x_{s,i}$$

  
• Eingesetzt in Gleichung (1) ergibt sich: $$p_s+R\left({\varphi }_0,{\theta }_0\right)\cdot x_{s,i}=x_{w,i}$$

  
• Woraus sich umgestellt für die Relativposition ergibt $$x_{s,i}=R^T\left(x_{w,i}-p_S\right)$$

  
• Um eine Unabhängigkeit vom Ort p_s des Fahrzeugs zu erreichen, wird p_s aus der Gleichung eliminiert. Dies gelingt durch die Verwendung von Relativkoordinaten. Beispielhaft werden hier alle Relativkoordinaten relativ zum Ort des ersten Reflektors (x_s,1 bzw. x_w,1 ) ermittelt: $$x_{s\mathrm{,1}}-x_{s,j}=R^T\left(x_{w\mathrm{,1}}-x_{w,j}\right)$$

  
• Der Einfachheit halber können wir schreiben: $$\begin{array}{l}{\overline{x}}_{s,i}=x_{s\mathrm{,1}}-x_{s,i}\\ {\overline{x}}_{w,i}=x_{w\mathrm{,1}}-x_{w,i}\end{array}$$

  
• Nun kann eine 3x3 Matrix M definiert werden: $$M_{ij}=\left({\overline{x}}_{s,i}{\overline{x}}_{s,j}\right){\left({\overline{x}}_{w,i}{\overline{x}}_{w,j}\right)}^T$$

  
• Numerisch kann diese Matrix M in ihre Singulärwertzerlegung UΣV^T zerlegt werden: $$M=U\Sigma V^T$$

  
• Aus dieser Singulärwertzerlegung kann die gesuchte Rotationsmatrix R berechnet werden: $$R^T=U\cdot diag\left(\mathrm{1,1,}det\left(U{T}^T\right)\right)\cdot V^T$$

  
• Für den Fall von genau drei Reflektoren und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Ort des ersten Reflektors bereits zur Bestimmung der Relativkoordinaten verwendet wurde x _s,1 = x _w,1 = 0 (siehe Gleichung (5)) verbleiben zur Konstruktion der Matrix M_ij = (x _s,i x _s,j) lediglich die beiden verbleibenden Reflektoren i,j ∈ {2,3}. Da für die Bestimmung der Rotationsmatrix gelten muss i ≠ j, ergibt sich in diesem Fall von drei Reflektoren genau eine mögliche Matrix M_ij, nämlich: $$M_{23}=\left({\overline{x}}_{s\mathrm{,2}}{\overline{x}}_{s\mathrm{,3}}\right){\left({\overline{x}}_{w\mathrm{,2}}{\overline{x}}_{w\mathrm{,3}}\right)}^T$$

  
• Im Falle von mehr als drei Reflektoren ergibt sich kombinatorisch eine Anzahl an möglichen Matrizen M_ij, aus denen dann eine entsprechende Anzahl an möglichen Rotationsmatrizen R_ij berechnet werden kann. In diesem Fall kann dann die zu bestimmende Rotationsmatrix R als Durchschnitt, Median, quadratischem Mittel, o.ä. aller oder einer Auswahl der Rotationsmatrizen R_ij bestimmt werden. Auch die Anwendung eines Least-Square Verfahrens zur Bestimmung der Rotationsmatrix R ist denkbar.
• Da, wie weiter oben bereits erwähnt, die Rotationsmatrix R im dreidimensionalen Raum über R = R(ϕ₀)R(θ₀ ) von den Fehleinstellungen des Sensors 20 in azimutaler Richtung ϕ₀ und in Elevations-Richtung θ₀ abhängt, können diese beiden nun aus der Rotationsmatrix R bestimmt werden. Über euklidische Geometrie werden somit die Fehleinstellungen wie folgt ermittelt: $${\varphi }_0=arctan2\left(r_{12},r_{11}\right)$$

  

  $${\theta }_0=-arctan2\left(r_{31}{\text{,r}}_{11}\right)$$

  
• Hierbei bezeichnen r₁₁, r₁₂ und r₃₁ die Einträge der Rotationsmatrix R (siehe Gleichung (2) weiter oben) und arctan2 bezeichnet die dem Fachmann bekannte Erweiterung der inversen Winkelfunktion Arkustangens.
• Dieses Ergebnis kann nun verwendet werden, um den Sensor 20 zu kalibrieren. Beispielsweise können die durch Kalibrierung nun bekannten Fehleinstellungen ϕ₀ und θ₀ in einem Speicher abgelegt werden und auf dieser Grundlage dann jede nachfolgende Messung durch Subtraktion der Fehleinstellungen ϕ₀ und θ₀ korrigiert werden.
• Vorteilhafter Weise werden, wie oben dargestellt wenigstens zehn Reflektoren für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt. Mit weniger als zehn Reflektoren wäre das Gleichungssystem unterbestimmt und die Einträge der Rotationsmatrix R könnten nicht eindeutig bestimmt werden. Im Falle von mehr als zehn Reflektoren ist das Gleichungssystem überbestimmt. In diesem Fall kann das Gleichungssystem mittels statistischer Methoden auf neun linear unabhängige Gleichungen reduziert werden.
• Die Verwendung von mehr als zehn Reflektoren verbessert das Ergebnis, da sich statistische Messungenauigkeiten im Kalibrierungsprozess herausmittelt.
• 6 zeigt ein Flussdiagramm, dass schematisch das in 4 und 5 gezeigte Kalibrationsverfahren darstellt. Bei Schritt S1 ruft die elektronische Steuerung vorgegebene Positionsdaten der Reflektoren ab. Bei Schritt S2 empfängt die elektronische Steuerung von einem Umfeldsensor gemessene Orte der Reflektoren. Bei Schritt S3 ermittelt die elektronische Steuerung gemessene Relativkoordinaten und vorgegebene Relativkoordinaten aus wenigstens zwei der vorgegebenen Orte der Reflektoren bzw. gemessenen Orte der Reflektoren, Bei Schritt S4 berechnet die elektronische Steuerung eine Rotationsmatrix durch lösen eines Gleichungssystems, wobei für mehrere Paare der Reflektoren jeweils die gemessenen Relativkoordinaten und die vorgegebenen Relativkoordinaten über eine Rotationsmatrix in Beziehung gesetzt werden, um das Gleichungssystem aufzustellen. Bei Schritt S5 berechnet die elektronische Steuerung eine Fehleinstellung des Umfeldsensoren aus den Elementen der Rotationsmatrix.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

Vorausfahrzeug

4

Fahrspur

5

Straße

6

Fahrbahnmittelmarkierung

7

Linkskurve

8

Erfassungsbereich

10

verdeckter Bereich

12

Steuereinheit für Lenksystem

14

Steuereinheit für Bremssystem

16

Steuereinheit für Antriebstrang

18

Steuereinheit für Umfeldsensorik

20

Umfeldsensoren

22

Bildverarbeitungssystem

24

Satellitennavigationseinheit

26

Benutzerschnittstelle

28

Fahrzeugkommunikationsnetzwerk

40

Prozessor

42

RAM-Speicher

43

ROM-Speicher

44

Speicherlaufwerk

45

Benutzerschnittstelle

941

Interfaceschnittstelle

KS

absolutes Koordinatensystem

1

Fahrzeug mit Sensor

20

Sensor

R1

erster Reflektor

R2

zweiter Reflektor

R3

dritter Reflektor

R4

vierter Reflektor

R5

fünfter Reflektor

R6

sechster Reflektor

R7

siebter Reflektor

R8

achter Reflektor

R9

neunter Reflektor

R10

zehnter Reflektor

p_s

absolute Position des Sensors

x_w,1

absolute Position des ersten Reflektors

x_w,2

absolute Position des zweiten Reflektors

x_s,1

gemessene Position des ersten Reflektors

x_s,2

gemessene Position des zweiten Reflektors

ϕ₀

Azimuth-Winkelfehler des Sensors

θ₀

Elevationswinkelfehler des Sensors

Claims (10)

1. Elektronische Steuereinheit, die konfiguriert ist zum: Empfangen, von einem Umfeldsensor (20), gemessener Orte (x_s,i) mehrerer Reflektoren (R1 bis R10), Abrufen vorgegebener Positionsdaten (x_w,i) der Reflektoren (R1 bis R10); und Ermitteln einer Fehleinstellung (ϕ₀, θ₀) des Umfeldsensoren (20) aus den empfangenen Orten (x_w,i) und den gemessenen Orten (x_s,i).
2. Elektronische Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuereinheit konfiguriert ist, um die ermittelte Fehleinstellung (ϕ₀, θ₀) zur Kalibrierung des Umfeldsensoren (20) zu verwenden.
3. Elektronische Steuereinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die elektronische elektronische Steuereinheit konfiguriert ist, um aus wenigstens drei der gemessenen Orten (x_s,i) der Reflektoren (R1 bis R10) gemessene Relativkoordinaten (x_s,i - x_s,j) zu ermitteln und um die Fehleinstellung (ϕ₀, θ₀) des Umfeldsensoren (20) aus den gemessenen Relativkoordinaten (x_s,i - x_s,j) der gemessenen Orte (x_s,i) zu ermitteln.
4. Elektronische Steuereinheit gemäß Anspruch 3, wobei die elektronische Steuereinheit konfiguriert ist, um aus wenigstens drei der vorgegebenen Positionsdaten (x_w,i) der Reflektoren (R1 bis R10) vorgegebene Relativkoordinaten (x_w,i - x_w,j) zu ermitteln und um die Fehleinstellung (ϕ₀, θ₀) des Umfeldsensoren (20) aus den vorgegebenen Relativkoordinaten (x_w,i - x_w,j) der vorgegebenen Positionsdaten (x_w,i) zu ermitteln.
5. Elektronische Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner konfiguriert ist, zum Ermitteln einer Rotationsmatrix (R) aus den bestimmten Orten (x_s,i) und den vorgegebenen Orten (x_w,i), wobei die Rotationsmatrix (R) die Fehleinstellung (ϕ₀, θ₀) des Umfeldsensoren beschreibt.
6. Elektronische Steuereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Steuereinheit konfiguriert ist, um eine Fehleinstellung (φ₀) des Umfeldsensoren in azimutaler Richtung und/oder eine Fehleinstellung (θ₀) in Elevationsrichtung zu berechnen.
7. Elektronische Steuereinheit gemäß Anspruch 5, soweit rückbezogen auf Anspruch 4, wobei die elektronische Steuereinheit dazu konfiguriert ist, ein Gleichungssystem zu lösen, wobei für mehrere Paare der Reflektoren (R1 bis R10) jeweils die gemessenen Relativkoordinaten (x_s,i - x_s,j) und die vorgegebenen Relativkoordinaten (x_w,i - x_s,j) über die Rotationsmatrix (R) in Beziehung gesetzt werden, um das Gleichungssystem aufzustellen.
8. Elektronische Steuereinheit gemäß Anspruch 7, wobei die elektronische Steuereinheit dazu konfiguriert ist, eine Rotationsmatrix (R) mit Hilfe einer Singulärwertzerlegung (M = UΣV^T) zu berechnen.
9. Elektronische Steuereinheit gemäß Anspruch 8, wobei mehr als drei Reflektoren verwendet werden und ein Lösungsansatz zur Lösung eines überbestimmten Gleichungssystems wie Mittelwertbildung, Medianbildung, oder Least-Square-Abschätzung verwendet wird.
10. Verfahren, umfassend: Empfangen, von einem Umfeldsensor (20), gemessener Orte (x_s,i) mehrerer Reflektoren (R1 bis R10), Abrufen vorgegebener Positionsdaten (x_w,i) der Reflektoren (R1 bis R10); und Ermitteln einer Fehleinstellung des Umfeldsensoren (20) aus den empfangenen Orten (x_w,i) und den gemessenen Orten (x_s,i).

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