DE102021203348A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines Sensors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs (1), umfassend die Schritte:a) Abstellen des Fahrzeugs (1) innerhalb eines Kalibrierungsbereichs (2) eines Kalibrierungswerkzeugs (3),b) Erfassen der Position und/oder des Typs des Fahrzeugs (1),c) Berechnen einer Soll-Position des Kalibrierungswerkzeugs (3) in Bezug auf das Fahrzeug (1),d) Navigieren des Kalibrierungswerkzeugs (3) in die Soll-Position, wobei die Schritte a) bis d) mit Hilfe einer übergeordneten Kontrolleinrichtung (4) ausgeführt werden, die mindestens eine Kamera (5) und/oder mindestens einen Sensor (9) umfasst.Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (10), die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung ermöglicht die Durchführung des Verfahrens.
  • Die Erfindung kann insbesondere in autonom oder teilautonom fahrenden Fahrzeugen zur Anwendung gelangen, die üblicherweise mit einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren, insbesondere Umfeldsensoren, wie beispielsweise Radar-, Lidar-, Ultraschall- und/oder Videosensoren, ausgestattet sind.
  • Stand der Technik
  • Die Kalibrierung eines Fahrzeugsensors wird üblicherweise manuell vorgenommen, und zwar mit Hilfe mindestens eines Kalibrierwerkzeugs, das auf den jeweiligen Sensortyp abgestimmt ist. Um die Kalibrierung vorzunehmen, müssen vorab der Sensor und das Kalibrierwerkzeug exakt zueinander positioniert bzw. ausgerichtet werden, und zwar durch Bewegen des Sensors und/oder des Kalibrierwerkzeugs. Bei einer Vielzahl von Sensoren besitzt dieser Vorgang eine gewisse Komplexität und ist daher fehleranfällig. Hierunter leidet die Qualität der Kalibrierung.
  • Die vorliegende Erfindung ist mit der Aufgabe befasst, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere soll durch eine weitgehende Automatisierung die Qualität der Kalibrierung gesteigert werden.
  • Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das vorgeschlagene Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs umfasst die Schritte:
    1. a) Abstellen des Fahrzeugs innerhalb eines Kalibrierungsbereichs eines Kalibrierungswerkzeugs,
    2. b) Erfassen der Position und/oder des Typs des Fahrzeugs,
    3. c) Berechnen einer Soll-Position des Kalibrierungswerkzeugs in Bezug auf das Fahrzeug,
    4. d) Navigieren des Kalibrierungswerkzeugs in die Soll-Position,
    wobei die Schritte a) bis d) mit Hilfe einer übergeordneten Kontrolleinrichtung ausgeführt werden, die mindestens eine Kamera und/oder mindestens einen Sensor umfasst.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird nach dem Abstellen des Fahrzeugs lediglich die Position des Kalibrierungswerkzeugs angepasst bzw. verändert. Hierzu wird das Kalibrierungswerkzeug in Bezug auf das Fahrzeug bzw. den zu kalibrierenden Sensor bewegt. Das Kalibrierungswerkzeug wird dabei von einer übergeordneten Kontrolleinrichtung navigiert, das sowohl die aktuelle Position bzw. Ist-Position als auch die Soll-Position des Kalibrierungswerkzeugs kennt. Die exakte Ausrichtung des Kalibrierungswerkzeugs wird demzufolge nicht mehr manuell vorgenommen, so dass mögliche Fehlerquellen bei der Kalibrierung des Sensors vermieden werden. Entsprechend steigt die Qualität der Kalibrierung.
  • Die Positionsänderung des Kalibrierungswerkzeugs erfordert die Kenntnis der Ist-Position sowie der Soll-Position. Die Ist-Position ist vorzugsweise der übergeordneten Kontrolleinrichtung bekannt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die übergeordnete Kontrolleinrichtung in einer definierten Position zum Kalibrierungswerkzeug angeordnet ist. Sofern der übergeordneten Kontrolleinrichtung die Ist-Position des Kalibrierungswerkzeugs nicht bekannt sein sollte, kann sie mit Hilfe mindestens eines Sensors vorab erfasst werden.
  • Vorteilhafterweise kennt die übergeordnete Kontrolleinrichtung nicht nur die Ist-Position des Kalibrierungswerkzeugs, sondern auch die Position des zu kalibrierenden Sensors nach dem die Position und/oder der Typ des Fahrzeugs erfasst wurden. Beispielsweise können in der übergeordneten Kontrolleinrichtung entsprechende Fahrzeugdaten gespeichert sein, die dies ermöglichen.
  • Da die wesentlichen Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens mit Hilfe der übergeordneten Kontrolleinrichtung ausgeführt werden, kann ein hoher Automatisierungsgrad erreicht werden. Die Kalibrierung des Sensors ist somit weniger fehlerbehaftet und nimmt zudem weniger Zeit in Anspruch.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden von der übergeordneten Kontrolleinrichtung Navigationsdaten an eine Steuereinheit zur Steuerung der Positionsänderung des Kalibrierungswerkzeugs übermittelt. Die übergeordnete Kontrolleinrichtung kommuniziert demnach nicht direkt mit dem Kalibrierungswerkzeug, sondern indirekt über die Steuereinheit. Die Steuereinheit weist hierzu bevorzugt eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle auf. Diese kann insbesondere derart gestaltet sein, dass die Kommunikation drahtlos, beispielsweise per Funk oder dergleichen, erfolgen kann. Dies ermöglicht die Ausbildung der übergeordneten Kontrolleinrichtung als unabhängige, separate Einheit.
  • Ferner bevorzugt wird die Positionsänderung des Kalibrierungswerkzeugs elektromotorisch bewirkt. Die Position des Kalibrierungswerkzeugs kann somit vollautomatisch geändert werden, ohne dass ein Eingreifen von außen erforderlich ist.
  • Bevorzugt werden Daten, insbesondere Positions- und/oder Navigationsdaten, über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle übermittelt. Dies gilt insbesondere für den Datenaustausch zwischen der übergeordneten Kontrolleinrichtung und der Steuereinheit. Sofern es Daten zwischen der übergeordneten Kontrolleinrichtung und dem Kalibrierungswerkzeug auszutauschen gilt, kann dies ebenfalls über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle erfolgen. Die drahtlose Kommunikation ermöglicht größere Freiheitsgrade in der Ausrichtung der Komponenten zueinander.
  • Die darüber hinaus vorgeschlagene Vorrichtung zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs umfasst ein positionsveränderliches Kalibrierungswerkzeug, das, vorzugsweise mittelbar über eine Steuereinheit, in datenübertragender Weise mit einer übergeordneten Kontrolleinrichtung verbunden ist, die mindestens eine Kamera und/oder mindestens einen Sensor umfasst. Die Vorrichtung weist demnach alle Komponenten auf, die zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich sind. Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht somit die Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Die in Verbindung mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile lassen sich demnach auch mit Hilfe der Vorrichtung erzielen. Insbesondere kann die Kalibrierung eines Fahrzeugsensors genauer und zugleich schneller durchgeführt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kalibrierungswerkzeug eine in alle Raumrichtungen bewegbare und/oder kippbare Platte. Das heißt, dass eine mehrdimensionale, vorzugsweise sechsdimensionale, Verstellbarkeit der Platte gegeben ist. Bei einer sechsdimensionalen Verstellbarkeit kann die Platte in einer x-, y- und z- Richtung bewegt sowie hinsichtlich eines Längsneigungswinkels, eines Querneigungswinkels und eines Gierwinkels verstellt werden. Dies ermöglicht eine exakte Positionierung des Kalibrierungswerkzeugs in Bezug auf das Fahrzeug bzw. den zu kalibrierenden Sensor.
  • Bei der Platte kann es sich sowohl um eine Kalibrierungsplatte als auch um eine Radarplatte handeln. Die Kalibrierungsplatte zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein auf den zu kalibrierenden Sensor abgestimmtes Referenzmuster aufweist. Beide Platten können auch gemeinsam das Kalibrierungswerkzeug ausbilden.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Kalibrierungswerkzeug an einem linear beweglich und/oder drehbeweglich gelagerten Gestell befestigt ist. Die Positionierung des Kalibrierungswerkzeugs erfolgt in diesem Fall durch eine entsprechende Bewegung des Gestells. Dies ermöglicht nach Raumrichtungen getrennte Bewegungen, so dass die Soll-Position des Kalibrierungswerkzeugs sehr exakt einstellbar ist.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung mindestens einen Elektromotor zur Änderung der Position des Kalibrierungswerkzeugs. Dieser kann von der Steuereinheit - sofern vorhanden - direkt angesteuert werden, so dass die von der übergeordneten Kontrolleinrichtung übermittelten Navigationsdaten in entsprechende Bewegungen des Kalibrierungswerkzeugs umgesetzt werden. Das Kalibrierungswerkzeug kann somit vollautomatisch in Bezug auf das Fahrzeug bzw. den zu kalibrierenden Sensor ausgerichtet werden.
  • Die übergeordnete Kontrolleinrichtung kann integraler Bestandteil der Vorrichtung sein. In diesem Fall ist die Position der Kontrolleinrichtung in Bezug auf das Kalibrierungswerkzeug vorgegeben. Das heißt, dass die Kontrolleinrichtung die Ist-Position des Kalibrierungswerkzeugs kennt und nicht erst ermitteln muss. Sofern die übergeordnete Kontrolleinrichtung integraler Bestandteil der Vorrichtung ist, weist sie vorzugsweise mehrere Kameras und/oder Sensoren auf. Mit deren Hilfe kann dann die Position und/oder der Typ des Fahrzeugs und/oder die Ist-Position des Kalibrierungswerkzeugs auf weist die Kontrolleinrichtung bevorzugt mehrere Kameras und/oder Sensoren auf exakt erfasst bzw. ermittelt werden.
  • Sofern übergeordnete Kontrolleinrichtung kein integraler Bestandteil ist, sondern eine separate Einheit bildet, wird vorgeschlagen, dass sie in datenübertragender Weise mit dem Kalibrierungswerkzeug und/oder der Steuereinheit verbunden ist. Die Datenübertragung erfolgt vorzugsweise drahtlos über eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle. In gleicher Weise kann die Kontrolleinrichtung mit mindestens einem Sensor der Vorrichtung kommunizieren, der zur Erfassung der Ist-Position des Kalibrierungswerkzeugs an der Vorrichtung selbst angeordnet ist bzw. - im Unterschied zur Kontrolleinrichtung - integraler Bestandteil der Vorrichtung ist.
  • Vorteilhafterweise umfasst die übergeordnete Kontrolleinrichtung mehrere Kameras und/oder Sensoren. Diese ermöglichen eine genaue Positionserfassung des Fahrzeugs und/oder des Kalibrierungswerkzeugs. Bevorzugt sind die mehreren Kameras und/oder Sensoren derart angeordnet, dass deren Blickfelder einander überlappen. Aus den Daten der Kameras und/oder Sensoren können dann mittels Triangulation exakte Positionsdaten berechnet werden.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
    • 1 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
    • 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung der 1,
    • 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
    • 4 eine schematische Darstellung des Datenflusses zwischen den Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
    • 5 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Die in den 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 10 zur Kalibrierung eines Sensors eines Fahrzeugs 1 umfasst ein Kalibrierungswerkzeug 3 in Form einer Kalibrierungsplatte, die an einem Gestell 7 befestigt ist. Die Kalibrierungsplatte bzw. das Kalibrierungswerkzeug 3 muss in Bezug auf den zu kalibrierenden Sensor exakt ausgerichtet bzw. positioniert werden. Die Position des Kalibrierungswerkzeugs 3 kann demnach verändert werden.
  • Mittels Rollen 11 kann zunächst die gesamte Vorrichtung 10 in eine geeignete Ausgangsposition gebracht werden. Anschließend kann mit Hilfe von Kameras 5 einer übergeordneten Kontrolleinrichtung 4 die Position der Vorrichtung 10 in Bezug auf den zu kalibrierenden Sensor erfasst werden. Erkennt die Kontrolleinrichtung 4 das Fahrzeug kann gegebenenfalls bereits anhand des Fahrzeugtyps die Sensor Position ermittelt werden. Auf der Grundlage dieser Daten berechnet die übergeordnete Kontrolleinrichtung 4 eine Soll-Position des Kalibrierungswerkzeugs 3. Anschließend navigiert sie das Kalibrierungswerkzeug 3 aus der Ist-Position in die Soll-Position, wobei das Kalibrierungswerkzeug 3 bzw. Teile des Gestells 7 mit Hilfe von Elektromotoren 8 bewegt werden. Die Elektromotoren 8 sind vorliegend als Linearmotoren ausgeführt, wobei jeweils zwei Motoren eine Linear- und/oder Kippbewegung ermöglichen.
  • Alternativ oder ergänzend kann eine unterhalb der Kalibrierungsplatte 3 angeordnete Radarplatte als Kalibrierungswerkzeug 3 (siehe Bezugs in Klammern) eingesetzt werden.
  • Der 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zu entnehmen. Hier bildet die übergeordnete Kontrolleinrichtung 4 eine separate Einheit aus, die in einem Abstand zum Kalibrierungswerkzeug 3 der Vorrichtung 10 angeordnet wird. Zwischen der Kontrolleinrichtung 4 und dem Kalibrierungswerkzeug 3 spannt sich ein Kalibrierungsbereich 2 auf, innerhalb dessen das Fahrzeug 1 mit dem zu kalibrierenden Sensor angeordnet ist. Die übergeordnete Kontrolleinrichtung 4 erfasst mit Hilfe einer Kamera 5 die Position und gegebenenfalls den Typ des Fahrzeugs 1. Damit kennt die Kontrolleinrichtung 4 die Position des zu kalibrierenden Sensors. Mit Hilfe von Sensoren 9, die zusammen mit dem Kalibrierungswerkzeug 3 an einem Gestell 7 der Vorrichtung 10 angeordnet sind, erfasst die Kontrolleinrichtung 4 die Position des Kalibrierungswerkzeugs 3. Auf der Grundlage dieser Daten kann die Soll-Position des Kalibrierungswerkzeugs 3 in Bezug auf das Fahrzeug 1 berechnet werden. Ferner kann die erforderliche Positionsänderung des Kalibrierungswerkzeugs 3 ermittelt werden, um das Kalibrierungswerkzeug 3 aus der Ist-Position in die Soll-Position zu überführen. Die übergeordnete Kontrolleinrichtung 4 übermittelt hierzu Navigationsdaten an eine Steuereinheit 6, mit deren Hilfe die erforderliche Positionsänderung durchgeführt wird. Die Steuereinheit 6 steuert hierzu mindestens einen Elektromotor (nicht dargestellt) an.
  • Wie beispielhaft in der 4 dargestellt kann der Datenfluss in 2 Richtungen erfolgen. Die Übermittlung von Daten der übergeordneten Kontrolleinheit 4 in Richtung des Elektromotors 8 ist dabei zwingend erforderlich. Die Übermittlung von Daten des Elektromotors 8 und/oder der Steuereinheit 6 in Richtung der übergeordneten Kontrolleinrichtung 4 ist dabei optional. Sofern der Kontrolleinrichtung 4 die aktuelle Position des Kalibrierungswerkzeugs 3 bekannt ist, kann der Datenfluss auf eine Richtung, und zwar von der Kontrolleinrichtung 4 in Richtung des Elektromotors8, beschränkt werden.
  • Ein beispielhafter Verfahrensablauf ist der 5 zu entnehmen. In einem ersten Schritt 100 wird ein Fahrzeug 1 innerhalb eines Kalibrierungsbereichs 2 einer Vorrichtung 10 zur Kalibrierung eines Sensors des Fahrzeugs 1 abgestellt. Danach wird ein Kalibrierungswerkzeug 3 der Vorrichtung 10 Bezug auf den zu kalibrierenden Sensor ausgerichtet. Hierzu wird zunächst in einem Schritt 200 eine Soll-Position des Kalibrierungswerkzeugs 3 mit Hilfe einer übergeordneten Kontrolleinrichtung 4 berechnet. In Schritt 300 werden von der übergeordneten Kontrolleinrichtung 4 Navigationsdaten eine Steuereinheit 6 übermittelt, um das Kalibrierungswerkzeug 3 in die Soll-Position zu überführen. In Schritt 400 steuert die Steuereinheit 6 einen Elektromotor 8 an, mit dessen Hilfe das Kalibrierungswerkzeug 3 in die Soll-Position bewegt wird. Hiernach kann in Schritt 500 die Kalibrierung durchgeführt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs (1), umfassend die Schritte: a) Abstellen des Fahrzeugs (1) innerhalb eines Kalibrierungsbereichs (2) eines Kalibrierungswerkzeugs (3), b) Erfassen der Position und/oder des Typs des Fahrzeugs (1), c) Berechnen einer Soll-Position des Kalibrierungswerkzeugs (3) in Bezug auf das Fahrzeug (1), d) Navigieren des Kalibrierungswerkzeugs (3) in die Soll-Position, wobei die Schritte a) bis d) mit Hilfe einer übergeordneten Kontrolleinrichtung (4) ausgeführt werden, die mindestens eine Kamera (5) und/oder mindestens einen Sensor (9) umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der übergeordneten Kontrolleinrichtung (4) Navigationsdaten an eine Steuereinheit (6) zur Steuerung der Positionsänderung des Kalibrierungswerkzeugs (3) übermittelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsänderung des Kalibrierungswerkzeugs (3) elektromotorisch bewirkt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Daten, insbesondere Positions- und/oder Navigationsdaten, über eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle übermittelt werden.
  5. Vorrichtung (10) zur Kalibrierung mindestens eines Sensors, insbesondere eines Umfeldsensors, eines Fahrzeugs (1), umfassend ein positionsveränderliches Kalibrierungswerkzeug (3), das, vorzugsweise mittelbar über eine Steuereinheit (6), in datenübertragender Weise mit einer übergeordneten Kontrolleinrichtung (4) verbunden ist, die mindestens eine Kamera (5) und/oder mindestens einen Sensor (9) umfasst.
  6. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierungswerkzeug (3) eine in alle Raumrichtungen bewegbare und/oder kippbare Platte ist.
  7. Vorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierungswerkzeug (3) an einem linear beweglich und/oder drehwebeglich gelagerten Gestell (7) befestigt ist.
  8. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Elektromotor (8) zur Änderung der Position des Kalibrierungswerkzeugs (3) umfasst.
  9. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Kontrolleinrichtung (4) eine separate Einheit bildet, die in datenübertragender Weise mit dem Kalibrierungswerkzeug (3) und/oder der Steuereinheit (6) verbunden ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Kontrolleinrichtung (4) mehrere Kameras (5) und/oder Sensoren umfasst, die vorzugsweise derart angeordnet sind, dass deren Blickfelder einander überlappen.
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