WO2022096280A1 - Verfahren und system zum bestimmen der lage eines fahrzeugs zur vorbereitung einer sensorkalibrierung - Google Patents

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Bence ERDEI
Reiner Leikert
Diego Mainardi
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for determining the attitude of a vehicle in preparation for sensor calibration.
  • Modern motor vehicles often have a number of sensors that support the driver in recognizing the surroundings. For example, the use of cameras, a radar system, a LIDAR system, distance sensors or the like that are assigned to a driver assistance system is known. It is common for sensors with a more or less directional detection area to be calibrated in order to ensure correct functioning. The calibration can take place during final assembly or shortly before delivery of the vehicle, as well as during repair or maintenance of the vehicle.
  • a method for determining the position of a vehicle in preparation for a sensor calibration comprising the steps of providing the vehicle in a calibration room, arranging marking elements at predetermined positions of the vehicle, determining a center line on or on the vehicle, the Detection of positions of the marking elements arranged on the vehicle by spatially fixed optical detection units in a spatially fixed coordinate system, calculating a position and orientation of a vehicle-fixed coordinate system in the spatially fixed coordinate system on the basis of the center line and the detected positions of the marking elements, retrieving positions of vehicle sensors in the vehicle-fixed coordinate system from a memory unit, and the calculation of positions and orientations of the vehicle sensors in the space-fixed Koo rd di n aten syste m.
  • the calibration space is to be regarded as a spatially limited area whose dimensioning is sufficient to place reference objects at predetermined positions relative to the vehicle sensors for calibrating the vehicle sensors of a vehicle located in the calibration space.
  • a spatially fixed coordinate system is provided in the calibration space, which has a fixed orientation.
  • the vehicle-fixed coordinate system is a Cartesian, right-handed coordinate system, which has its origin, for example, in a center point of the rear axle of the vehicle.
  • the orientation of the vehicle can be determined by the position of the origin of the vehicle-fixed coordinate system in the spatially fixed coordinate system and three orientation angles, ie the Euler angles. These are known as yaw, pitch and roll angles.
  • the marking elements are devices that can be positioned on the vehicle and are optically clearly recognizable.
  • the marking elements can be designed as flags, signs or plates that are provided with a marking.
  • the marking could be designed as a pattern that makes at least one specific point on the marking element recognizable.
  • the marking elements are particularly preferably designed in such a way that there is a pattern on them which makes a spatial orientation of the marking elements recognizable. This can include a lattice structure or a chessboard structure, for example, which is arranged on a flat base body. Depending on the alignment of the flat base body relative to an optical detection unit, a perspective distortion can be seen, from which an alignment can be determined.
  • the center line of the vehicle can be determined by different measures.
  • the optical detection units it is conceivable for the optical detection units to optically detect the vehicle from different directions in order to then enable a processor unit or the like to calculate a center line on the basis of the detection.
  • a laser line projector which is arranged in the calibration space and is designed to emit laser beams in one plane.
  • the plane is preferably adjustable and extends in the xz direction of the vehicle, ie through a longitudinal axis and vertical axis of the vehicle. This can be adjusted manually or automatically so that the laser line extends along the central or longitudinal axis of the vehicle.
  • the optical detection units are arranged at different points within the calibration space and have known positions in the spatially fixed coordinate system. They are designed to detect at least the marking elements, so that at least the distances between the optical detection units and the marking elements can be determined from this by using an image processing process.
  • the spatial relative positions between the optical detection units and the marking elements could also be determined from the synopsis of all detection data of the optical detection units.
  • the absolute positions of the marking elements in the spatial coordinate system can be calculated from the knowledge of the spatial positions of the optical detection units.
  • alignments of the marking elements for example an angle around a vertical axis in the spatially fixed coordinate system, can also be determined.
  • a position and alignment of a vehicle-fixed coordinate system in the spatially fixed coordinate system can consequently be determined.
  • the installation positions originate, for example, from a CAD system that includes data representing the structure of the vehicle.
  • necessary reference object positions are determined in the spatially fixed coordinate system to prepare for the calibration of the vehicle sensors, as already explained above. This can be done, for example, by retrieving prescribed relative positions from a vehicle-specific database and transforming the relative positions into the spatially fixed coordinate system.
  • the orientation of the vehicle-fixed coordinate system can include at least one of a roll angle, a pitch angle and a yaw angle.
  • the roll angle, the inclination angle and/or the yaw angle can be used to determine where and with what orientation the vehicle is located in the spatially fixed coordinate system.
  • all six degrees of freedom can be determined.
  • the roll or roll angle and the angle of inclination can be determined, for example, by capturing all the centers of all marking elements, if they are located on the wheel hubs, to create a plane. The location of this plane is characterized by these angles and a distance from a ground.
  • the method according to the invention may further include the step of tilting the vehicle to raise one side of the vehicle prior to detecting the positions of the markers.
  • the method according to the invention may further include the step of tilting the vehicle to raise one side of the vehicle prior to detecting the positions of the markers.
  • the marking elements are preferably arranged on the wheels of the vehicle.
  • the marking elements can be arranged in particular on wheel hubs. This means that they are located at a center point of the wheel in question. Consequently, the marking element at least partially intersects a wheel axle of the wheel.
  • the markers By arranging the markers on the four wheels, or at least on the wheels of one axle or one side of the vehicle, the markers can be placed in precisely a priori known positions determined by the structure of the vehicle. It is advantageous if the marking elements extend at least partially along the wheel axle of the wheel in question. Marking elements could consequently lie on a plane which is perpendicular to a plane formed by the outer surface of the wheel.
  • the optical detection units arranged outside the vehicle can then easily detect the marking elements and precisely determine a position of the marking elements that is dependent on the orientation of the wheels.
  • the x-axis or the longitudinal axis of the vehicle can be determined from the center line, for example by aligning the laser line projector.
  • the position of a y-axis or a transverse axis can be determined by detecting the center points of the marking elements of the wheels of an axis and forming a connecting line.
  • the vertical axis can be calculated from the intersection of the vehicle's longitudinal axis, the transverse axis and a surface normal to a plane through all the centers of the wheel-mounted marking elements.
  • the thrust angle is an average of the yaw angles of both markers on the rear wheels, for example.
  • the optical detection units could preferably detect the orientation of a laser line projector by scanning a marking element arranged thereon, the laser line projector emitting laser beams in a plane intersecting the center line of the vehicle. This supports the determination of the center point of the vehicle-fixed coordinate system. Since the laser line from the laser line projector intersects the origin of the vehicle-fixed coordinate system, the origin can be clearly determined in conjunction with the positions of at least one or two marking elements. In order for the laser beams to pass through the centerline, a user can manually adjust the laser line projector based on features on the vehicle's centerline.
  • the marking elements can be pivotably arranged so that they are aligned with the force of gravity, with a vertical axis of the spatially fixed coordinate system running parallel to the direction of gravity. Consequently, the marking elements are always aligned parallel to the direction of gravity. A direction of extent of the marking elements is thus known in each case and the detection of an alignment or orientation of the marking elements is thereby considerably simplified.
  • the marking elements have a pivot axis that coincides with a wheel axle, for example.
  • the method may further include detecting wheel contours and/or wheel well contours to support calculating the location and orientation of the vehicle-fixed coordinate system in the spatially-fixed coordinate system.
  • the position of a wheel relative to the rest of the vehicle is not fixed, since the wheels of a vehicle are usually spring-mounted and their distance from a wheel house can always change. It therefore makes sense to detect wheel contours and/or contours of wheel housings in order to support the calculation of the position and orientation of the coordinate system fixed on the vehicle. Since the contours of wheels and wheel housings are clearly specified and very easy to identify visually, it makes sense to use these contours for additional support. Based on the detection of the contours of the wheel and the wheel housing, their distance from one another can be determined. As an alternative to this, however, the method can, if it is executed on a processor unit, a computer or the like, provide the input option for entering a manually determined distance between the wheel hub and the wheel housing.
  • the invention also relates to a system for determining the position of a vehicle in a calibration space in preparation for a sensor calibration, having a plurality of marking elements for arranging at predetermined positions on the vehicle, a plurality of optical detection units to be arranged spatially fixed, and one with the optical detection units connectable processor unit, wherein the processor unit is designed to determine a position and orientation of a vehicle-fixed coordinate system in a spatially fixed coordinate system based on the orientation of a determined center line of the vehicle and positions of the marking elements that can be detected by the optical detection units, positions of vehicle sensors in the vehicle-fixed coordinate system to retrieve a memory unit, and to calculate positions and orientations of the vehicle sensors in the spatially fixed coordinate system and to store them in preparation for a sensor calibration.
  • the system according to the invention can have a laser line projector which is designed to emit a laser beam in a plane with an adjustable orientation in the spatially fixed coordinate system.
  • the system may further include a tilting device for tilting the vehicle in the calibration space.
  • the tilting device allows the vehicle to be tilted about a specific axis in order to raise a desired side of the vehicle.
  • the position of a radar sensor or other vehicle sensor can be influenced in order to improve a measurement of a reference object during sensor calibration.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a system according to the invention in a three-dimensional representation
  • Figure 3 shows a detail of the system Figure 4 is a plan view of the calibration room
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a determined plane in the vehicle
  • FIG. 6 shows the system according to the invention with the vehicle inclined
  • FIG. 1 shows a method 2 according to the invention for determining the position of a vehicle in preparation for a sensor calibration in a schematic, block-based representation.
  • the vehicle is made available 4, for example driven into a calibration room.
  • marking elements are arranged at predetermined positions of the vehicle 6, for example on the wheel hubs.
  • a center line of the vehicle is determined 8.
  • this can be done by arranging a laser projector in the calibration space, which emits a laser beam in a plane with an adjustable alignment. This plane can be manually or automatically adjusted to intersect features of the vehicle that are on its center line or a vertical center plane. This is marked here with step 8a.
  • the center line can be determined by means of optical detection units via an image processing process, which is characterized by method step 8b. Then positions of the marking elements arranged on the vehicle are detected by spatially fixed optical detection units in a spatially fixed coordinate system 10 and a position and alignment of a vehicle-fixed coordinate system in the spatially fixed coordinate system is calculated on the basis of the determined center line and the detected positions of the marking elements 12. Positions of vehicle sensors in the Vehicle-fixed coordinate system are retrieved from a memory unit 14 and from this the positions and alignments of the vehicle sensors in the spatially fixed coordinate system are calculated 16.
  • FIG. 2 shows a system 18 for determining the location of a vehicle 20 in a calibration space 22 in preparation for sensor calibration.
  • the vehicle 20 is placed in the calibration space 22 .
  • a plurality of optical detection devices 24 are arranged in a fixed manner, here by way of example from above are aimed at the vehicle 20 and can detect it from different angles.
  • four optical detection units 24 are provided, which are arranged in the longitudinal direction at the front left, front right, rear left and rear right.
  • a processor unit 19 is coupled to the optical detection units 24 and is designed to carry out the method described above.
  • it has a storage unit 21 which stores data on the installation positions of vehicle sensors to be calibrated, for example.
  • the memory unit 21 can also be arranged outside the processor unit 19 .
  • a marking element 28 is arranged on the vehicle 20 on each wheel 26 .
  • This is implemented, for example, as a plate-shaped or flat element with a checkerboard pattern, as shown in more detail in FIG. 3 .
  • the marking elements are each placed on a wheel axle 30 of the relevant wheel 26 here.
  • they are designed in such a way that they are always aligned with the direction of gravity.
  • they are mounted pivotably on the wheel axle 30 .
  • a distance d between the wheel axle 30 and a wheel housing can be measured in order to be able to compensate for any positional deviations between the individual wheels 26 and a chassis mounted on them.
  • the measurements can be automated or manual.
  • a laser line projector 32 is provided, which is placed in front of the vehicle 20 and is designed to emit laser beams in a vertical plane.
  • the laser line projector 32 can be adjusted manually so that the laser beam plane runs through a center line 34 of the vehicle 20 after a corresponding adjustment. By aligning the laser line projector 32, the orientation of the center line can be determined.
  • the laser line projector 32 also has a marking element 28 which, for example, runs perpendicularly to the laser beam plane and consequently allows the laser beam plane to be determined.
  • the laser line projector 32 can preferably be pivoted both about a vertical axis and moved along a transverse axis. 4 shows the calibration space 22 in a plan view.
  • the wheel axles 30 each coincide with a pivot axis of the marking elements 28 .
  • a surface normal 38 can be generated on this plane 36 .
  • the point of intersection of the surface normal 38 with the vehicle longitudinal axis (xv axis) and the vehicle transverse axis (yv axis) allows the determination of the vertical axis (zv axis) axis in the vehicle-fixed coordinate system.
  • the yv axis can be determined by connecting midpoints 40 of two marking elements 28 which are arranged on wheels 26 of a rear axle 42 of vehicle 20 .
  • a thrust angle is calculated as the mean yaw angle of the wheels 26 of the rear axle 42 by the marking elements 28 arranged thereon. Knowing the position and orientation of the xr, yv and zv axis of the vehicle 20 enables a transformation of positions from the vehicle-fixed coordinate system into a spatially fixed coordinate system, ie the xw, yw and zw axes.
  • Installation positions of individual vehicle sensors can therefore be transformed very easily into the spatially fixed coordinate system after being retrieved from the storage unit 21 . Consequently, predetermined relative positions of reference objects, which are to be placed relative to the individual vehicle sensors, can be transformed into spatially fixed coordinates.
  • the method according to the invention and the system according to the invention, which executes the mentioned method can consequently arrange reference objects precisely for a vehicle 20 placed anywhere in the calibration space 22 in order to carry out a calibration of all conceivable vehicle sensors which can be located at any installation positions.
  • FIG. 6 shows the vehicle 20 which has an angle of inclination pV with respect to a floor 48, as can be seen from the inclined plane 36.
  • a tilting device 50 can be provided, which tilts the vehicle 20 in this way. It is also possible to use alternative tilting devices 50 that can be used to raise another side of the vehicle.
  • the angle of inclination leads to the raising of a vehicle front 44, so that a vehicle sensor 46 arranged on the vehicle front 44 has an increased distance from a floor 48 .
  • reference objects could be placed at a greater distance from the floor 48 in order to be able to rule out possible reflections or other disruptive effects with the floor 48 during a calibration.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen der Lage eines Fahrzeugs zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung vorgeschlagen, das Verfahren aufweisend die Schritte des Bereitstellens des Fahrzeugs in einem Kalibrierungsraum, des Anordnens von Markierungselementen an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs, des Ermittelns einer Mittellinie an oder auf Fahrzeug, des Erfassens von Positionen der an dem Fahrzeug angeordneten Markierungselemente durch raumfeste optische Erfassungseinheiten in einem raumfesten Koordinatensystem, des Berechnens einer Lage und Ausrichtung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems in dem raumfesten Koordinatensystem auf Basis der Mittellinie und der erfassten Positionen der Markierungselemente, des Abrufens von Positionen von Fahrzeugsensoren in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem aus einer Speichereinheit, und des Berechnens von Positionen und Ausrichtungen der Fahrzeugsensoren in dem raumfesten Koordinatensystem.

Description

Beschreibung
Titel:
Verfahren und System zum Bestimmen der Lage eines Fahrzeugs zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Bestimmen der Lage eines Fahrzeugs zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung.
Stand der Technik
Moderne Kraftfahrzeuge weisen oftmals eine Reihe von Sensoren auf, die den Fahrer bei der Erkennung der Umgebung unterstützen. Beispielsweise ist die Verwendung von Kameras, eines Radarsystems, eines LIDAR-Systems, von Abstandssensoren oder ähnlichem bekannt, die einem Fahrerassistenzsystem zugeordnet sind. Es ist dabei üblich, dass Sensoren mit mehr oder weniger stark gerichtetem Erfassungsbereich kalibriert werden, um eine korrekte Funktion zu gewährleisten. Die Kalibrierung kann sowohl bei der Endmontage oder kurz vor Auslieferung des Fahrzeugs erfolgen, als auch bei der Reparatur oder Wartung des Fahrzeugs.
Es ist bekannt, solche gerichteten Sensoren eines Fahrzeugs dadurch zu kalibrieren, dass eine Kalibriervorrichtung in einer bestimmten Ausrichtung zu dem Fahrzeug, an dem der Sensor angebracht ist, zu positionieren und das Verhalten des Sensors zu prüfen. Sollte das Verhalten des Sensors ungenau sein, wird dessen Ausrichtung geändert und eine erneute Prüfung durchgeführt. Bei dem Kalibrierprozess ist es erforderlich sein, die Referenzobjekte sehr präzise zu platzieren, um ein wiederholbares, genaues Ergebnis zu erzielen. Da die Fahrzeuge vor einer Kalibrierung auf eigenen Rädern bewegt werden und nie exakt auf derselben Position stehen ist die Platzierung der Referenzobjekte für jedes Fahrzeug durchzuführen, was aufwändig und daher kostenintensiv ist. Offenbarung der Erfindung
Es ist folglich eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Unterstützen der Bestimmung von notwendigen Positionen für Referenzobjekte zur Kalibrierung von Fahrzeugsensoren bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
Es wird ein Verfahren zum Bestimmen der Lage eines Fahrzeugs zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung vorgeschlagen, das Verfahren aufweisend die Schritte des Bereitstellens des Fahrzeugs in einem Kalibrierungsraum, des Anordnens von Markierungselementen an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs, des Ermittelns einer Mittellinie auf oder an dem Fahrzeug, des Erfassens von Positionen der an dem Fahrzeug angeordneten Markierungselemente durch raumfeste optische Erfassungseinheiten in einem raumfesten Koordinatensystem, des Berechnens einer Lage und Ausrichtung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems in dem raumfesten Koordinatensystem auf Basis der Mittellinie und der erfassten Positionen der Markierungselemente, des Abrufens von Positionen von Fahrzeugsensoren in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem aus einer Speichereinheit, und des Berechnens von Positionen und Ausrichtungen der Fahrzeugsensoren in dem raumfesten Koo rd i n aten syste m .
Der Kalibrierungsraum ist als ein räumlich begrenzter Bereich anzusehen, dessen Dimensionierung ausreicht, um zur Kalibrierung der Fahrzeugsensoren eines in dem Kalibrierungsraum befindlichen Fahrzeugs Referenzobjekte an vorgegebenen Relativpositionen zu den Fahrzeugsensoren zu platzieren. In dem Kalibrierungsraum ist ein raumfestes Koordinatensystem vorgesehen, welches eine feste Ausrichtung aufweist. Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Fahrzeug in dem Kalibrierungsraum angeordnet. Das fahrzeugfeste Koordinatensystem ist ein kartesisches, rechtshändiges Koordinatensystem, welches beispielsweise in einem Mittelpunkt der Hinterachse des Fahrzeugs seinen Ursprung hat. Die Ausrichtung des Fahrzeugs kann durch die Lage des Ursprungs des fahrzeugfesten Koordinatensystems in dem raumfesten Koordinatensystem und drei Orientierungswinkel, d.h. die Eulerwinkel, ermittelt werden. Diese sind als Gier-, Nick- bzw. Neigungswinkel und Roll- bzw. Wankwinkel bekannt.
Die Markierungselemente sind Einrichtungen, die an dem Fahrzeug positionierbar sind und optisch eindeutig zu erkennen sind. Beispielsweise können die Markierungselemente als Fahnen, Schilder oder Platten ausgeführt sein, die mit einer Markierung versehen sind. Die Markierung könnte als Muster ausgebildet sein, das zumindest einen bestimmten Punkt auf dem Markierungselement erkennbar macht. Besonders bevorzugt sind die Markierungselemente dazu ausgebildet, dass sich ein Muster darauf befindet, welches eine räumliche Ausrichtung der Markierungselemente erkennbar macht. Dies kann etwa eine Gitterstruktur oder eine Schachbrettstruktur umfassen, die auf einem flächigen Grundkörper angeordnet ist. Je nach Ausrichtung des flächigen Grundkörpers relativ zu einer optischen Erfassungseinheit ist eine perspektivische Verzerrung erkennbar, aus der eine Ausrichtung ermittelt werden kann.
Das Ermitteln der Mittellinie des Fahrzeugs kann durch unterschiedliche Maßnahmen realisiert werden. Zum einen ist denkbar, die optischen Erfassungseinheiten das Fahrzeug aus verschiedenen Richtungen optisch zu erfassen, um dann einer Prozessoreinheit oder dergleichen zu ermöglichen, auf Basis der Erfassung eine Mittellinie zu berechnen. Zum anderen ist denkbar, einen Laserlinienprojektor zu verwenden, der in dem Kalibrierungsraum angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, Laserstrahlen in einer Ebene abzugeben. Bevorzugt ist die Ebene einstellbar und erstreckt sich in x-z-Richtung des Fahrzeugs, d.h. durch eine Längsachse und Hochachse des Fahrzeugs. Dies kann manuell oder automatisiert eingestellt werden, sodass sich die Laserlinie entlang der Mittel- bzw. Längsachse des Fahrzeugs erstreckt. Die optischen Erfassungseinheiten werden je nach Anforderung an verschiedenen Stellen innerhalb des Kalibrierungsraums angeordnet und weisen bekannte Positionen in dem raumfesten Koordinatensystem auf. Sie sind dazu ausgebildet, zumindest die Markierungselemente zu erfassen, sodass durch Anwendung eines bildverarbeitenden Prozesses hieraus zumindest die Entfernungen zwischen den optischen Erfassungseinheiten und den Markierungselementen ermittelbar sind. Aus der Zusammenschau aller Erfassungsdaten der optischen Erfassungseinheiten könnten auch die räumlichen Relativpositionen zwischen den optischen Erfassungseinheiten und den Markierungselementen ermittelt werden. Aus der Kenntnis der räumlichen Positionen der optischen Erfassungseinheiten können dadurch die Absolutpositionen der Markierungselemente in dem räumlichen Koordinatensystem berechnet werden. Je nach Verwendung der Markierungselemente sind auch Ausrichtungen der Markierungselemente, beispielsweise ein Winkel um eine Hochachse in dem raumfesten Koordinatensystem, ermittelbar.
Aus der Kenntnis der Absolutpositionen und gegebenenfalls der Ausrichtungen der Markierungselemente sowie der Mittellinie kann folglich einer Lage und Ausrichtung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems in dem raumfesten Koordinatensystem ermittelt werden. Zur Kalibrierung der Fahrzeugsensoren ist das Platzieren von Referenzobjekten in bestimmten Relativpositionen erforderlich, die auf Basis des Einbauortes der betreffenden Fahrzeugsensoren und damit von Positionen im fahrzeugfesten Koordinatensystem abhängen. Da die Relation zwischen dem fahrzeugfesten Koordinatensystem und dem raumfesten Koordinatensystem aufgrund der vorhergehenden Verfahrensschritte bekannt ist, können Einbaupositionen der Fahrzeugsensoren aus einer Speichereinheit abgerufen werden, um sie dann in das raumfeste Koordinatensystem zu transformieren. Die Einbaupositionen stammen etwa aus einem CAD-System, das den Aufbau des Fahrzeugs repräsentierende Daten umfasst. Dies vereinfacht die Bestimmung der räumlichen Position der Referenzobjekte, welche beispielsweise automatisiert in dem Kalibrierungsraum an die transformierten Positionen in dem raumfesten Koordinatensystem bewegt werden könnten. In einer vorteilhaften Ausführungsform werden weiterhin, wie vorangehend bereits erläutert, notwendige Referenzobjektpositionen in dem raumfesten Koordinatensystem zur Vorbereitung der Kalibrierung der Fahrzeugsensoren ermittelt. Dies kann etwa durch Abrufen von vorgeschriebenen Relativpositionen aus einer fahrzeugspezifischen Datenbank und Transformieren der Relativpositionen in das raumfeste Koordinatensystem durchgeführt werden.
Die Ausrichtung des fahrzeugfesten Koordinatensystems kann zumindest einen eines Rollwinkels, eines Neigungswinkels und eines Gierwinkels umfassen. Ausgehend von der Kenntnis des Ursprungs des fahrzeugfesten Koordinatensystems kann mittels des Rollwinkels, des Neigungswinkel, und/oder des Gierwinkels festgestellt werden, wo und mit welcher Ausrichtung sich das Fahrzeug in dem raumfesten Koordinatensystem befindet. Bei Kenntnis aller drei Winkel und zusätzlich des Ursprungs des fahrzeugfesten Koordinatensystems können alle sechs Freiheitsgrade bestimmt werden. Der Roll- oder Wankwinkel und der Neigungswinkel können etwa dadurch bestimmt werden, dass alle Mittelpunkte aller Markierungselemente, wenn diese sich an den Radnaben befinden, zum Aufspannen einer Ebene erfasst werden. Die Lage dieser Ebene wird durch diese Winkel und einen Abstand zu einem Boden gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner den Schritt des Neigens des Fahrzeugs zum Anheben einer Fahrzeugseite vor dem Erfassen der Positionen der Markierungselemente umfassen. Insbesondere bei der Kalibrierung von Radarsensoren ist bekannt, dass Radarsensoren mit niedriger Einbauhöhe oftmals durch Reflexionen am Boden schwierig zu kalibrieren sind. Durch das ausreichende Neigen des Fahrzeugs zum Anheben der betreffenden Fahrzeugseite kann dem entgegengewirkt werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Kalibrierung eines an einer Fahrzeugecke angeordneten Radarsensors mit niedriger Einbauhöhe erreicht werden soll.
Bevorzugt werden die Markierungselemente an Rädern des Fahrzeugs angeordnet. Die Markierungselemente können insbesondere an Radnaben angeordnet sein. Dies bedeutet, dass sie sich an einem Mittelpunkt des betreffenden Rades befinden. Das Markierungselement schneidet folglich zumindest teilweise eine Radachse des Rades. Es sind jedoch auch andere Positionen denkbar. Durch Anordnen der Markierungselemente an den vier Rädern oder zumindest an den Rädern einer Achse oder einer Seite des Fahrzeugs können die Markierungselemente in genau vorbekannten, durch den Aufbau des Fahrzeugs bestimmten Positionen angeordnet werden. Es ist vorteilhaft, wenn sich die Markierungselemente zumindest teilweise entlang der Radachse des betreffenden Rades erstrecken. Markierungselemente könnten folglich auf einer Ebene liegen, die senkrecht zu einer durch die Radaußenfläche gebildeten Ebene liegt. Die außerhalb des Fahrzeugs angeordneten optischen Erfassungseinheiten können die Markierungselemente dann gut erfassen und präzise eine von der Orientierung der Räder abhängige Lage der Markierungselemente feststellen.
Die x-Achse bzw. die Fahrzeuglängsachse kann aus der Mittellinie, beispielsweise durch die Ausrichtung des Laserlinienprojektors ermittelt werden. Die Lage eines y-Achse bzw. einer Querachse kann durch Erfassen der Mittelpunkte der Markierungselemente der Räder einer Achse sowie die Bildung einer Verbindungslinie ermittelt werden. Die Hochachse kann aus dem Schnittpunkt der Fahrzeuglängsachse, der Querachse und einer Flächennormalen zu einer Ebene durch alle Mittelpunkte der radmontierten Markierungselemente berechnet. Der Schubwinkel ist ein Mittelwert der Gierwinkel beispielsweise beider Markierungselemente an den Hinterrädern.
Die optischen Erfassungseinheiten könnten bevorzugt die Ausrichtung eines Laserlinienprojektors durch Abtasten eines daran angeordneten Markierungselements erfassen, wobei der Laserlinienprojektor Laserstrahlen in einer die Mittellinie des Fahrzeugs schneidenden Ebene abgibt. Dies unterstützt die Feststellung des Mittelpunkts des fahrzeugfesten Koordinatensystems. Da die Laserlinie von dem Laserlinienprojektor den Ursprung des fahrzeugfesten Koordinatensystems schneidet, kann der Ursprung in Zusammenschau mit den Positionen zumindest eines oder zweier Markierungselemente eindeutig bestimmt werden. Damit die Laserstrahlen durch die Mittellinie verlaufen, kann ein Benutzer den Laserlinienprojektor manuell anhand von Merkmalen an der Mittellinie des Fahrzeugs einstellen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Markierungselemente schwenkbar angeordnet werden, sodass sie sich zu der Schwerkraft ausrichten, wobei eine Hochachse des raumfesten Koordinatensystems parallel zu der Schwerkraftrichtung verläuft. Die Markierungselemente richten sich folglich stets parallel zu der Schwerkraftrichtung aus. Damit ist jeweils eine Erstreckungsrichtung der Markierungselemente bekannt und die Erfassung einer Ausrichtung bzw. Orientierung der Markierungselemente wird dadurch erheblich vereinfacht.
In diesem Zusammenhang ist besonders sinnvoll, dass die Markierungselemente eine Schwenkachse aufweisen, die beispielsweise mit einer Radachse zusammenfällt.
Das Verfahren kann ferner das Erfassen von Radkonturen und/oder von Konturen von Radkästen zum Stützen des Berechnens der Lage und Ausrichtung des fahrzeugfesten Koordinatensystems in dem raumfesten Koordinatensystem aufweisen. Die relative Position eines Rades zu dem übrigen Fahrzeug ist nicht fest, da die Räder eines Fahrzeugs üblicherweise federnd gelagert sind und ihr Abstand zu einem Radkasten stets ändern können. Daher ist es sinnvoll, Radkonturen und/oder Konturen von Radkästen zu erfassen, um das Berechnen der Lage und Ausrichtung des fahrzeugfesten Koordinatensystems zu stützen. Da die Konturen von Rädern und Radkästen eindeutig vorgegeben und optisch sehr leicht zu identifizieren sind, bietet es sich an, diese Konturen für eine zusätzliche Stützung zu verwenden. Basierend auf der Erfassung der Konturen des Rades und des Radkastens kann ihr Abstand zueinander ermittelt werden. Alternativ dazu kann das Verfahren jedoch, wenn es auf einer Prozessoreinheit, einem Computer oder dergleichen ausgeführt wird, die Eingabemöglichkeit zum Eingeben eines manuell ermittelten Abstandes zwischen Radnabe und Radkasten geben.
Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Bestimmen der Lage eines Fahrzeugs in einem Kalibrierungsraum zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung, aufweisend mehrere Markierungselemente zum Anordnen an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs, mehrere raumfest anzuordnende optische Erfassungseinheiten, und eine mit den optischen Erfassungseinheiten verbindbare Prozessoreinheit, wobei die Prozessoreinheit dazu ausgebildet ist, eine Lage und Ausrichtung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems in einem raumfesten Koordinatensystem auf Basis der Orientierung einer ermittelten Mittellinie des Fahrzeugs und durch die optischen Erfassungseinheiten erfassbaren Positionen der Markierungselemente zu ermitteln, Positionen von Fahrzeugsensoren in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem aus einer Speichereinheit abzurufen, und Positionen und Ausrichtungen der Fahrzeugsensoren in dem raumfesten Koordinatensystem zu berechnen und zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung abzulegen.
Wie vorangehend dargelegt kann das erfindungsgemäße System einen Laserlinienprojektor aufweisen, der dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl in einer Ebene mit einstellbarer Ausrichtung in dem raumfesten Koordinatensystem abzugeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das System ferner eine Neigungsvorrichtung zum Neigen des Fahrzeugs in dem Kalibrierungsraum aufweisen. Die Neigungsvorrichtung erlaubt, das Fahrzeug um eine bestimmte Achse zu neigen, um eine gewünschte Fahrzeugseite anzuheben. Hierdurch kann die Position eines Radarsensors oder anderen Fahrzeugsensors beeinflusst werden, um eine Messung eines Referenzobjekts bei der Sensorkalibrierung zu verbessern.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 2 ein erfindungsgemäßes System in einer räumlichen Darstellung
Figur 3 ein Detail des Systems Figur 4 eine Draufsicht auf den Kalibrierungsraum
Figur 5 eine schematische Darstellung einer ermittelten Ebene in dem Fahrzeug
Figur 6 das erfindungsgemäße System mit geneigtem Fahrzeug
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren 2 zum Bestimmen der Lage eines Fahrzeugs zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung in einer schematischen, blockbasierten Darstellung. Zunächst wird das Fahrzeug bereitgestellt 4, beispielsweise in einen Kalibrierungsraum gefahren. Dann werden Markierungselemente an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs angeordnet 6, beispielsweise an den Radnaben. Eine Mittellinie des Fahrzeugs wird ermittelt 8. Dies kann zum einen durch das Anordnen eines Laserprojektors in dem Kalibrierungsraum vorgenommen werden, der einen Laserstrahl in einer Ebene mit einstellbarer Ausrichtung abgibt. Diese Ebene kann manuell oder automatisiert eingestellt werden, sodass sie Merkmale des Fahrzeugs schneidet, die sich auf dessen Mittelachse bzw. einer vertikalen Mittelebene befinden. Dies wird hier mit dem Schritt 8a gekennzeichnet. Alternativ dazu kann mittels optischer Erfassungseinheiten über einen Bildverarbeitungsprozess die Mittellinie ermittelt werden, was durch den Verfahrensschritt 8b gekennzeichnet ist. Dann werden Positionen der an dem Fahrzeug angeordneten Markierungselemente durch raumfeste optische Erfassungseinheiten in einem raumfesten Koordinatensystem erfasst 10 und eine Lage und Ausrichtung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems in dem raumfesten Koordinatensystem auf Basis der ermittelten Mittellinie und der erfassten Positionen der Markierungselemente berechnet 12. Positionen von Fahrzeugsensoren in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem werden aus einer Speichereinheit abgerufen 14 und hieraus werden die Positionen und Ausrichtungen der Fahrzeugsensoren in dem raumfesten Koordinatensystem berechnet 16.
Fig. 2 zeigt ein System 18 zum Bestimmen der Lage eines Fahrzeugs 20 in einem Kalibrierungsraum 22 zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung. Hier ist das Fahrzeug 20 in dem Kalibrierungsraum 22 platziert. Raumfest sind mehrere optische Erfassungseinrichtungen 24 angeordnet, die hier beispielhaft von oben auf das Fahrzeug 20 gerichtet sind und dieses aus unterschiedlichen Winkeln erfassen können. Exemplarisch sind vier optische Erfassungseinheiten 24 vorgesehen, die in Längsrichtung vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts angeordnet sind. Eine Prozessoreinheit 19 ist mit den optischen Erfassungseinheiten 24 gekoppelt und dazu ausgebildet, das vorangehend geschilderte Verfahren auszuführen. Sie weist beispielhaft eine Speichereinheit 21 auf, die etwa Daten zu Einbaupositionen von zu kalibrierenden Fahrzeugsensoren speichert. Die Speichereinheit 21 kann auch außerhalb der Prozessoreinheit 19 angeordnet sein.
An dem Fahrzeug 20 ist an jedem Rad 26 ein Markierungselement 28 angeordnet. Dieses ist beispielhaft als ein plattenförmiges oder flächiges Element mit einem Schachbrettmuster realisiert, wie in Fig. 3 in näherem Detail dargestellt. Die Markierungselemente sind hier jeweils an einer Radachse 30 des betreffenden Rades 26 platziert. Sie sind beispielhaft derart ausgeführt, dass sie sich stets zur Schwerkraftrichtung ausrichten. Hierzu sind sie schwenkbar an der Radachse 30 gelagert. Zur Unterstützung der Messung kann ein Abstand d zwischen der Radachse 30 und einem Radkasten gemessen werden, um eventuelle Positionsabweichungen zwischen den einzelnen Rädern 26 und einem darauf gelagerten Chassis ausgleichen zu können. Die Messungen können automatisiert oder manuell erfolgen.
Zusätzlich ist ein Laserlinienprojektor 32 vorgesehen, der vor dem Fahrzeug 20 platziert ist und dazu ausgebildet ist, Laserstrahlen in einer vertikalen Ebene abzugeben. Der Laserlinienprojektor 32 ist manuell einstellbar, sodass nach einer entsprechenden Justierung die Laserstrahlebene durch eine Mittellinie 34 des Fahrzeugs 20 verläuft. Durch die Ausrichtung des Laserlinienprojektors 32 kann die Orientierung der Mittellinie festgestellt werden. Hierzu weist auch der Laserlinienprojektor 32 ein Markierungselement 28 auf, das beispielsweise senkrecht zu der Laserstrahlebene verläuft und folglich die Feststellung der Laserstrahlebene erlaubt. Zur Einstellung der Laserstrahlebene kann der Laserlinienprojektor 32 bevorzugt sowohl um eine Hochachse verschwenkt, als auch entlang einer Querachse verfahren werden. Fig. 4 zeigt den Kalibrierungsraum 22 in einer Draufsicht. Hier ist ersichtlich, dass die Radachsen 30 jeweils mit einer Schwenkachse der Markierungselemente 28 zusammenfallen. Dies bedeutet, dass aus der Erkenntnis der Positionen der Markierungselemente 28 eine Orientierung einer Ebene 36 (siehe Fig. 5) im Raum festgestellt werden kann. Auf dieser Ebene 36 kann eine Flächennormale 38 generiert werden. Der Schnittpunkt der Flächennormalen 38 mit der Fahrzeuglängsachse (xv-Achse) und der Fahrzeugquerachse (yv-Achse) erlaubt die Bestimmung der Hochachse (zv-Achse)-Achse im fahrzeugfesten Koordinatensystem. Die yv-Achse kann durch Verbindung von Mittelpunkten 40 zweier Markierungselemente 28, die an Rädern 26 einer Hinterachse 42 des Fahrzeugs 20 angeordnet sind, ermittelt werden. Ein Schubwinkel wird als mittlerer Gierwinkel der Räder 26 der Hinterachse 42 durch die daran angeordneten Markierungselemente 28 berechnet. Die Kenntnis der Position und Orientierung der xr, yv und Zv-Achse des Fahrzeugs 20 ermöglich eine Transformation von Positionen aus dem fahrzeugfesten Koordinatensystem in ein raumfestes Koordinatensystem, d.h. die Achsen xw, yw und zw durchzuführen.
Einbaupositionen einzelner Fahrzeugsensoren (hier nicht dargestellt) können daher nach dem Abrufen aus der Speichereinheit 21 sehr einfach in das raumfeste Koordinatensystem transformiert werden. Folglich sind vorgegebene Relativpositionen von Referenzobjekten, die relativ zu den einzelnen Fahrzeugsensoren zu platzieren sind, in raumfeste Koordinaten transformierbar. Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System, welches das genannte Verfahren ausführt, können folglich bei einem beliebig in dem Kalibrierungsraum 22 platzierten Fahrzeug 20 Referenzobjekte präzise anordnen, um eine Kalibrierung aller denkbaren Fahrzeugsensoren durchzuführen, welche sich an beliebigen Einbaupositionen befinden können.
Figur 6 zeigt das Fahrzeug 20, welches einen Neigungswinkel pV gegenüber einem Boden 48 aufweist, wie durch die schräggestellte Ebene 36 ersichtlich. Hierzu kann eine Neigungsvorrichtung 50 vorgesehen sein, die das Fahrzeug 20 in dieser Weise neigt. Es ist auch möglich, alternative Neigungsvorrichtungen 50 einzusetzen, die zum Anheben einer anderen Fahrzeugseite genutzt werden können. Der Neigungswinkel führt zum Anheben einer Fahrzeugfront 44, sodass ein an der Fahrzeugfront 44 angeordneter Fahrzeugsensor 46 einen vergrößerten Abstand zu einem Boden 48 aufweist. Dadurch könnten Referenzobjekte in einem größeren Abstand von dem Boden 48 platziert werden, um bei einer Kalibrierung mögliche Reflexionen oder andere störende Effekte mit dem Boden 48 ausschließen zu können.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (2) zum Bestimmen der Lage eines Fahrzeugs zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen (4) des Fahrzeugs (20) in einem Kalibrierungsraum (22), Anordnen (6) von Markierungselementen (28) an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs (20),
Ermitteln (8) einer Mittellinie (34) auf oder an dem Fahrzeugs (20), Erfassen (10) von Positionen der an dem Fahrzeug (20) angeordneten Markierungselemente (28) durch raumfeste optische Erfassungseinheiten (24) in einem raumfesten Koordinatensystem, Berechnen (12) einer Lage und Ausrichtung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems in dem raumfesten Koordinatensystem auf Basis der ermittelten Mittellinie (34) und der erfassten Positionen der Markierungselemente (28),
Abrufen (14) von Positionen von Fahrzeugsensoren (46) in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem aus einer Speichereinheit, und Berechnen (16) von Positionen und Ausrichtungen der Fahrzeugsensoren (46) in dem raumfesten Koordinatensystem zur Vorbereitung der Sensorkalibrierung.
2. Verfahren (2) nach Anspruch 1, ferner aufweisend den Schritt:
Ermitteln von notwendigen Referenzobjektpositionen in dem raumfesten Koordinatensystem zur Vorbereitung der Kalibrierung der Fahrzeugsensoren (46).
3. Verfahren (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausrichtung des fahrzeugfesten Koordinatensystems zumindest einen eines Rollwinkels, eines Neigungswinkels und eines Gierwinkels umfasst.
4. Verfahren (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend den Schritt:
Neigen des Fahrzeugs (20) zum Anheben einer Fahrzeugseite (44) vor dem Erfassen der Positionen der Markierungselemente (28).
5. Verfahren (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Markierungselemente (28) an Rädern (26) des Fahrzeugs (20) angeordnet werden.
6. Verfahren (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optischen Erfassungseinheiten (24) die Ausrichtung eines
Laserlinienprojektors (32) durch Abtasten eines daran angeordneten Markierungselements (28) erfassen, wobei der Laserlinienprojektor (32) Laserstrahlen in einer die Mittellinie (34) des Fahrzeugs (20) schneidenden Ebene abgibt.
7. Verfahren (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Markierungselemente (28) schwenkbar angeordnet werden, sodass sie sich zu der Schwerkraft ausrichten, und wobei eine Hochachse (zw) des raumfesten Koordinatensystems parallel zu der Schwerkraftrichtung verläuft.
8. Verfahren (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend das Erfassen von Radkonturen und/oder von Konturen von Radkästen zum Stützen des Berechnens der Lage und Ausrichtung des fahrzeugfesten Koordinatensystems in dem raumfesten Koordinatensystem.
9. System (18) zum Bestimmen der Lage eines Fahrzeugs (20) in einem Kalibrierungsraum (22) zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung, aufweisend: mehrere Markierungselemente (28) zum Anordnen an vorbestimmten Positionen des Fahrzeugs (20), mehrere raumfest anzuordnende optische Erfassungseinheiten (24), und eine mit den optischen Erfassungseinheiten (24) verbindbare Prozessoreinheit (19), - 15 - wobei die Prozessoreinheit (19) dazu ausgebildet ist, eine Lage und Ausrichtung eines fahrzeugfesten Koordinatensystems in einem raumfesten Koordinatensystem auf Basis der Orientierung einer ermittelten Mittellinie (34) des Fahrzeugs (20) und durch die optischen Erfassungseinheiten (24) erfassbaren Positionen der Markierungselemente (28) zu ermitteln, Positionen von Fahrzeugsensoren (46) in dem fahrzeugfesten Koordinatensystem aus einer Speichereinheit (21) abzurufen, und Positionen und Ausrichtungen der Fahrzeugsensoren (46) in dem raumfesten Koordinatensystem zu berechnen und zur Vorbereitung einer Sensorkalibrierung abzulegen.
10. System (18) nach Anspruch 9, ferner aufweisend eine Neigungsvorrichtung (50) zum Neigen des Fahrzeugs (20) in dem Kalibrierungsraum (22).
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