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Die vorliegende Erfindung betrifft die Kalibrierung eines Fahrzeugsensors. Insbesondere betrifft die Erfindung die individuelle Kalibrierung eines am Fahrzeug angebrachten Sensors, um ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs korrekt zu erfassen.
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Ein Kraftfahrzeug umfasst einen Fahrzeugsensor, der dazu eingerichtet ist, ein Umfeld des Kraftfahrzeugs abzutasten. Insbesondere kann ein Objekt im Umfeld mittels des Fahrzeugsensors erfasst werden. Auf der Basis von Sensorwerten kann eine Pose des Objekts gegenüber dem Kraftfahrzeug bestimmt werden. Die Pose umfasst eine Position und eine Ausrichtung des Objekts gegenüber dem Kraftfahrzeug. Naturgemäß kann mittels des Sensors jedoch lediglich eine Pose des Objekts gegenüber dem Sensor bestimmt werden. Da eine genaue Ausrichtung oder Position des Sensors gegenüber dem Kraftfahrzeug üblicherweise nicht genau genug bekannt ist, muss der Fahrzeugsensor kalibriert werden. Dazu werden meist die Position und die Ausrichtung des Fahrzeugsensors gegenüber dem Kraftfahrzeug genau bestimmt, sodass die bezüglich des Sensors bestimmte Pose des Objekts in eine Pose gegenüber dem Kraftfahrzeug umgerechnet werden kann.
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Auf der Basis der bestimmten Position, Ausrichtung bzw. Pose des Objekts gegenüber dem Kraftfahrzeug kann eine Steuerung des Kraftfahrzeugs erfolgen. Beispielsweise kann ein Fahrassistent oder eine autonome Steuerung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein, etwa um eine Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem Objekt zu vermeiden. Sollte der Sensor ungenau kalibriert sein, so kann eine Position oder Ausrichtung des Objekts gegenüber dem Kraftfahrzeug ungenau oder falsch sein, sodass die Kollisionsvermeidung misslingen kann.
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Zum Kalibrieren eines Fahrzeugsensors wird nach einer bekannten Methode in einem ersten Schritt eine Pose des Kraftfahrzeugs gegenüber einer bekannten Markierung im Bereich des Fahrzeugsensors bestimmt oder eingestellt. Die Markierung steht dabei in einem Umfeld des Kraftfahrzeugs. In einem zweiten Schritt kann eine Pose der Markierung bezüglich des Fahrzeugsensors bestimmt oder geschätzt werden. Auf der Basis der beiden bestimmten Posen kann dann eine Kalibrierung erfolgen.
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Diese Vorgehensweise kann jedoch aufwendig sein, insbesondere, wenn in einem Messaufbau Sensoren mehrerer unterschiedlicher Fahrzeuge kalibriert werden sollen. Der erste Schritt kann darüber hinaus schwierig in der Durchführung sein, weil das Fahrzeug häufig keine guten Orientierungspunkte aufweist, anhand derer seine Pose bestimmt werden kann. Bekannte Systeme verwenden daher meist eine Führungsschiene am Fahrzeug oder eine Laufrolle für ein Rad des Fahrzeugs, um den ersten Schritt zu unterstützen. Dies kann die Kalibrierung insgesamt aufwendig oder fehleranfällig machen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zur Kalibrierung eines Fahrzeugsensors gegenüber einem Umfeld des Fahrzeugs bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren eines an einem Fahrzeug angebrachten Fahrzeugsensors Schritte des Abtastens einer Markierung im Bereich des Fahrzeugsensors mittels einer Sensorvorrichtung; des Bestimmens einer ersten Pose der Markierung gegenüber der Sensorvorrichtung; des Abtastens eines Strukturmerkmals des Fahrzeugs mittels derselben Sensorvorrichtung; des Bestimmens einer zweiten Pose des Fahrzeugs gegenüber der Sensorvorrichtung; und des Bestimmens einer dritten Pose der Markierung gegenüber dem Fahrzeug auf der Basis der ersten und der zweiten Pose.
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Verfahrensgemäß können die erste und die zweite Pose derart bestimmt werden, dass sie verbessert zur dritten Pose kombiniert werden können. Insbesondere kann mittels der ersten Pose eine Abweichung zwischen Koordinatensystemen der Sensorvorrichtung und der Markierung und mittels der zweiten Pose eine Abweichung zwischen Koordinatensystemen des Fahrzeugs gegenüber der Sensorvorrichtung bestimmt werden. Die einzelnen Posen können verbessert auf Konsistenz bzw. Plausibilität überprüft werden. Eine Fehlerfortpflanzung kann verbessert vermieden werden.
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Es kann nicht erforderlich sein, das Fahrzeug mechanisch gegenüber der Markierung zu bewegen bzw. auszurichten. Auf der Basis der ersten Pose kann für eine Vielzahl Fahrzeuge jeweils eine zweite Pose bestimmt werden, sodass Fahrzeugsensoren an den Fahrzeugen individuell kalibriert werden können. Ein Mess- oder Verarbeitungsaufwand kann gegenüber bekannten Techniken verringert sein.
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Es ist bevorzugt, dass die Sensorvorrichtung und die Markierung gegeneinander unbeweglich sind. Die Sensorvorrichtung und die Markierung können aneinander befestigt sein oder beide gegenüber einem unveränderlichen System, beispielsweise einer Bodenfläche, fest angebracht und ausgerichtet sein. So kann sichergestellt sein, dass die bestimmte erste Pose auch dann noch korrekt ist, wenn seit der Bestimmung eine gewisse Zeit vergangen ist.
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Es ist besonders bevorzugt, dass das Fahrzeug zwischen der Abtastung der Markierung und der Abtastung des Strukturmerkmals gegenüber der Sensorvorrichtung bewegt wird. So kann sichergestellt werden, dass eine Sichtlinie zwischen der Sensorvorrichtung und der Markierung während der ersten Abtastung frei ist. Außerdem kann sichergestellt sein, dass sich das Fahrzeug während der zweiten Abtastung in einer vorteilhaften Pose gegenüber der Sensorvorrichtung befindet. Unter bestimmten Umständen, insbesondere wenn das Fahrzeug eine geringe Länge und/oder eine große Bodenfreiheit aufweist, können die erste und die zweite Abtastung auch gleichzeitig durchgeführt werden.
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Die Sensorvorrichtung kann sich unter dem Fahrzeug befinden, während das Strukturmerkmal des Fahrzeugs abgetastet wird. Es wurde erkannt, dass aus dieser Position sowohl die erste Pose der Markierung als auch die zweite Pose des Fahrzeugs gegenüber der Sensorvorrichtung gut bestimmt werden kann.
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Das Strukturmerkmal und die Markierung können separat voneinander abgetastet werden. Sensordaten der beiden Abtastungen können zu einem gemeinsamen Datensatz zusammengefügt werden. Beim Zusammenfügen kann verbessert sichergestellt werden, dass die Abtastungen miteinander konsistent in einem Referenzsystem der Sensorvorrichtung liegen. Insbesondere kann die Ausrichtung anhand eines Abschnitts des Fahrzeugs erfolgen, der in der ersten Abtastung erfasst wurde. Dieser Abschnitt kann mit einem anderen Abschnitt, der in der zweiten Abtastung erfasst wurde, entsprechend ausgerichtet werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Markierung und/oder das Strukturmerkmal in Sensordaten einer Abtastung erkannt wird. Beispielsweise kann das Erkennen auf der Basis des gemeinsamen Datensatzes erfolgen. Die Sensorvorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine Vielzahl Sensorwerte bereitzustellen, die jeweils räumliche Koordinaten eines erfassten Gegenstands umfassen. Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung einen Radarsensor oder weiter bevorzugt einen LiDAR-Sensor umfassen. Die Sensorvorrichtung kann eine Punktewolke einer Vielzahl Punkte bereitstellen, die im Umfeld der Sensorvorrichtung liegen. Aus einer solchen Punktewolke können Punkte identifiziert werden, die der Markierung bzw. dem Strukturmerkmal zugeordnet werden können. Eine Position und/oder Ausrichtung der Markierung bzw. des Strukturmerkmals gegenüber der Sensorvorrichtung kann auf dieser Basis sicher und präzise bestimmt werden.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst das Fahrzeug eine Achse mit einem ungelenkten Rad und das Strukturmerkmal umfasst das Rad oder einen Teil davon. Alternativ kann auch ein anderes Strukturmerkmal erkannt werden, das bevorzugt fest mit der Achse verbunden ist. Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug mit wenigstens zwei ungelenkten Rädern umfassen. Insbesondere wenn diese Räder an einer Hinterachse vorgesehen sind, müssen sie präzise ausgerichtet sein, um eine Spurtreue des Fahrzeugs zu ermöglichen. Diese präzise Ausrichtung kann genutzt werden, indem die Ausrichtung des Fahrzeugs auf der Basis der Ausrichtung eines ungelenkten Rads erfolgt.
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Es ist weiterhin bevorzugt, dass ein am Fahrzeug angebrachter Fahrzeugsensor aufgrund der dritten Pose gegenüber dem Fahrzeug kalibriert wird. Die Kalibrierung erfolgt bevorzugt derart, dass eine Abweichung zwischen der dritten Pose der Markierung gegenüber dem Fahrzeug und einer vierten Pose einer Abtastung der Markierung durch den Fahrzeugsensor gegenüber einem Referenzsystem des Sensors minimiert wird. Durch die Kalibrierung kann der Fahrzeugsensor verbessert dazu eingesetzt werden, die Pose eines Objekts im Umfeld des Fahrzeugs korrekt zu bestimmen.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines an einem Fahrzeug angebrachten Fahrzeugsensors eine Sensorvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Markierung im Bereich des Fahrzeugsensors und ein Strukturmerkmal des Fahrzeugs abzutasten; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, eine erste Pose der Markierung gegenüber der Sensorvorrichtung und eine zweite Pose des Fahrzeugs gegenüber der Sensorvorrichtung zu bestimmen. Ferner kann mittels der Verarbeitungseinrichtung auf der Basis der ersten und der zweiten Pose eine dritte Pose der Markierung gegenüber dem Fahrzeug bestimmt werden.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, ein hierin beschriebenes Verfahren ganz oder teilweise auszuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung elektronisch ausgeführt sein und einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen und das Verfahren kann in Form eines Computerprogrammprodukts mit Programmcodemitteln vorliegen. Das Computerprogrammprodukt kann auch auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein. Merkmale oder Vorteile des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden oder umgekehrt.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines Fahrzeugsensors; und
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens
darstellt.
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1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Kalibrierung eines Fahrzeugsensors 105, der an einem Fahrzeug 110 angebracht ist. Das Fahrzeug 110 ist beispielhaft als Personenkraftwagen dargestellt. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 110 auch anders als dargestellt realisiert sein und insbesondere einen Transporter oder Omnibus umfassen, der insbesondere dazu eingerichtet sein kann, autonom zu fahren.
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In einem oberen Bereich von 1 ist die Vorrichtung 100 in einem Betrieb ohne das Fahrzeug 110 dargestellt, in einem unteren Bereich in einem Betrieb mit dem Fahrzeug 110. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Sensorvorrichtung 115, eine Markierung 120 und eine Verarbeitungseinrichtung 125. Die Sensorvorrichtung 115 ist dazu eingerichtet, dreidimensionale Positionsbestimmungen von Punkten in ihrem Umfeld bereitzustellen. Dazu umfasst die Sensorvorrichtung 115 bevorzugt einen oder mehrere LiDAR-Sensoren. Alternativ können auch beispielsweise eine Tiefenkamera oder eine TOF-Kamera verwendet werden. Die Sensorvorrichtung 115 umfasst einen ersten Erfassungsbereich 130, der die Markierung 120 einschließt, und einen zweiten Erfassungsbereich 135, der ein vorbestimmtes Strukturmerkmal (BZ140?) des Fahrzeugs 110 einschließt. Eine grobe Position des Fahrzeugs 110 gegenüber der Sensorvorrichtung 115 kann vorbestimmt sein, beispielsweise durch einen Aufnahmebereich 145, in dem ein Rad des Fahrzeugs 110 während der Abtastung des Strukturmerkmals 140 liegen sollte. Bevorzugt umfasst das Strukturmerkmal 140 ein Rad des Fahrzeugs 110, bevorzugt ein ungelenktes Rad, sodass das Strukturmerkmal 140 mit dem im Aufnahmebereich 145 anzuordnenden Rad übereinstimmen kann.
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Die Markierung 120 kann einen beliebigen Testkörper umfassen, der bevorzugt derart gestaltet ist, dass seine Position und Ausrichtung anhand von Punkten an seiner Oberfläche gut bestimmt werden kann. Beispielhaft umfasst die Markierung 120 eine Anordnung aus drei flachen Elementen, die paarweise aufeinander senkrecht stehen. Eine solche Anordnung mit gleich großen und quadratischen Elementen wird auch Halbwürfel genannt. Eine konkave Seite des Halbwürfels ist bevorzugt dem Fahrzeug 110 bzw. der Sensorvorrichtung 115 oder dem Fahrzeugsensor 105 zugewandt.
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Die Vorrichtung 100 wird bevorzugt derart verwendet, dass eine Abtastung der Markierung 120 erfolgt, während das Fahrzeug 110 nach Art der Darstellung im oberen Bereich von 1 entfernt ist. Außerdem wird eine zweite Abtastung nach Art der unteren Darstellung von 1 durchgeführt, während sich das Fahrzeug 110 an oder in der Vorrichtung 100 befindet. Dabei wird insbesondere das Strukturmerkmal 140 mittels der Sensorvorrichtung 115 abgetastet.
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Die Verarbeitungseinrichtung 125 ist dazu eingerichtet, auf der Basis der Abtastungen verschiedene Posen zu bestimmen und weiterzuverarbeiten. Eine Pose umfasst eine Position und eine Ausrichtung und ist auf ein Referenzsystem bezogen, wobei verschiedene Elemente verschiedene Referenzsysteme aufweisen können. Beispielsweise kann die Markierung 120 eine Pose gegenüber einem Referenzsystem des Fahrzeugs 110 oder gegenüber einem Referenzsystem der Sensorvorrichtung 115 einnehmen. Im Folgenden wird vereinfachend davon gesprochen, dass die Markierung 120 eine Pose gegenüber dem Fahrzeug 110 bzw. der Sensorvorrichtung 115 einnimmt.
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Ziel der Verarbeitung von Posen ist, Kalibrierungsdaten bereitzustellen, die eine Pose des Fahrzeugsensors 105 gegenüber dem Fahrzeug 110 angeben oder es erlauben, eine Fehlausrichtung des Fahrzeugsensors 105 zu minimieren. Die Fehlausrichtung betrifft dabei einen Unterschied zwischen der tatsächlichen Pose eines Objekts wie der Markierung 120 gegenüber dem Fahrzeug 110 und einer Pose, die auf der Basis einer Abtastung des Objekts mittels des Fahrzeugs 110 bestimmt wurde. Anders ausgedrückt soll durch die Kalibrierung ermöglicht werden, mittels des Fahrzeugsensors 105 die korrekte Pose der Markierung 120 gegenüber dem Fahrzeug 110 zu bestimmen.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Kalibrierung eines Fahrzeugsensors 105. Das Verfahren 200 kann insbesondere mittels der Vorrichtung 100 durchgeführt werden. Rein beispielhaft wird zunächst davon ausgegangen, dass sich das Fahrzeug 110 nicht an bzw. in der Vorrichtung 100 befindet.
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In einem Schritt 205 kann die Markierung 120 mittels der Sensorvorrichtung 115 abgetastet werden. In einem nachfolgenden Schritt 210 kann eine erste Pose der Markierung 120 gegenüber der Sensorvorrichtung 115 bestimmt werden. Anschließend kann in einem Schritt 215 das Fahrzeug 110 in eine ungefähr vorbestimmte Stellung gegenüber der Sensorvorrichtung 115 bewegt werden. Diese Stellung zeichnet sich dadurch aus, dass das vorbestimmte Strukturmerkmal 140 im zweiten Erfassungsbereich 135 liegt. Üblicherweise bedingt dies jedoch auch, dass die Markierung 120, die ansonsten im ersten Erfassungsbereich 130 liegt, durch einen Abschnitt des Fahrzeugs 110 verschattet ist. Sollte dies nicht der Fall sein, so können die Schritte 205 und 210 auch durchgeführt werden, während sich das Fahrzeug 110 an bzw. in der Vorrichtung 100 befindet.
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In einem Schritt 220 kann das Strukturmerkmal 140 des Fahrzeugs 110 mittels der Sensorvorrichtung 115 abgetastet werden. Daraufhin kann in einem Schritt 225 eine zweite Pose bestimmt werden, die zwischen der Markierung 120 und der Sensorvorrichtung 115 vorliegt.
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Optional kann in einem Schritt 230 die Markierung 120 mittels des Fahrzeugsensors 105 abgetastet werden. In einem Schritt 235 kann dann eine vierte Pose bestimmt werden, die die Markierung 120 gegenüber dem Fahrzeugsensor 105 betrifft.
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Das Verfahren 200 kann auch ausgeführt werden, indem zunächst die Schritte 220 bis 235 durchgeführt werden, und erst danach die Schritte 205 und 210. In diesem Fall kann das Fahrzeug 110 in einem Schritt 240 von der Vorrichtung 100 entfernt werden, bevor mit dem Schritt 205 fortgefahren wird.
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In einem Schritt 250 können Sensorwerte der Abtastungen der Schritte 205 und 225 zusammengeführt werden. In einem Schritt 255 kann in einer oder mehreren Abtastungen der Sensorvorrichtung 115 ein Objekt erkannt werden, insbesondere die Markierung 120 oder das Strukturmerkmal 140. Dementsprechend kann in einem Schritt 260 eine dritte Pose bestimmt werden, die die Markierung 120 gegenüber dem Fahrzeug 110 betrifft. Die dritte Pose kann einen Referenzwert darstellen, den ein Abtastsystem an Bord des Fahrzeugs 110, das den Fahrzeugsensor 105 verwendet, um die Markierung 120 zu erfassen, erreichen sollte. Sollte der Fahrzeugsensor 105 in unbekannter oder falscher Weise gegenüber dem Fahrzeug 110 ausgerichtet sein, so kann ein dadurch entstehender Fehler durch eine entsprechende Kompensation minimiert werden. Die Kompensation kann eine Veränderung der Position oder Ausrichtung des Fahrzeugsensors 105 am Fahrzeug 110 oder die Berücksichtigung des bestimmten Fehlers umfassen.
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Die Kalibrierung kann auf der Basis der dritten Pose des Schritts 260 und der vierten Pose des Schritts 235 in einem Schritt 265 bezüglich der zuvor durchgeführten Schritte 230, 235 durchgeführt werden.
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Bezugszeichen
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- 100
- Vorrichtung
- 105
- Fahrzeugsensor
- 110
- Fahrzeug
- 115
- Sensorvorrichtung
- 120
- Markierung
- 125
- Verarbeitungseinrichtung
- 130
- erster Erfassungsbereich
- 135
- zweiter Erfassungsbereich
- 140
- Strukturmerkmal
- 145
- Aufnahmebereich
- 200
- Verfahren
- 205
- Markierung mittels Sensorvorrichtung abtasten
- 210
- erste Pose bestimmen: Markierung vs. Sensorvorrichtung
- 215
- Fahrzeug über Sensorvorrichtung bewegen
- 220
- Strukturmerkmal des Fahrzeugs mittels Sensorvorrichtung abtasten
- 225
- zweite Pose bestimmen: Markierung vs. Sensorvorrichtung
- 230
- Markierung mittels Fahrzeugsensor abtasten
- 235
- vierte Pose bestimmen: Markierung vs. Fahrzeugsensor
- 240
- Fahrzeug von Vorrichtung entfernen
- 250
- Sensorwerte zusammenführen
- 255
- Objekt erkennen
- 260
- dritte Pose bestimmen: Markierung vs. Fahrzeug
- 265
- Fahrzeugsensor kalibrieren
