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1. WO2020114952 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR KALIBRIERUNG EINES UMFELDSENSORS EINES FAHRZEUGS

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]
Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung eines Umfeldsensors eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Kalibrierung eines Umfeldsensors eines Fahrzeugs, insbesondere eines

Kraftfahrzeugs.

Ein Fahrzeug weist vermehrt Umfeldsensoren, wie z.B. eine Bildkamera, einen Radarsensor, einen Lidarsensor, einen Ultraschallsensor, etc., auf, insbesondere um ein teil- oder hochautomatisiertes Fahren des Fahrzeugs zu ermöglichen. Die einzelnen Umfeldsensoren müssen typischerweise bei der Inbetriebnahme und/oder im Rahmen der Wartung des Fahrzeugs kalibriert werden, um zu gewährleisten, dass die Umfeldsensoren während des Betriebs des Fahrzeugs präzise Sensordaten in Bezug auf das Umfeld des Fahrzeugs bereitstellen.

Die Ausrichtung und/oder die Fage eines Umfeldsensors in einem Fahrzeug können aufgrund von Fertigungstoleranzen bei unterschiedlichen Fahrzeugen unterschiedlich sein. Eine Kalibrierung eines Umfeldsensors kann daher darauf ausgerichtet sein, die Toleranzen in Bezug auf die Fage und/oder Ausrichtung des Umfeldsensors zumindest teilweise zu kompensieren, z.B. durch eine

physikalische Änderung der Fage und/oder Ausrichtung des Umfeldsensors und/oder durch eine Berücksichtigung der spezifischen Fage und/oder

Ausrichtung des Umfeldsensors bei der Auswertung des Sensordaten des

Umfeldsensors.

Die Kalibrierung eines Umfeldsensors ist meist mit einem relativ hohen

Messaufwand verbunden, und weist typischerweise auch manuelle und damit fehlerbehaftete Messtätigkeiten auf. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine effiziente und präzise Kalibrierung eines

Umfeldsensors eines Fahrzeugs zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem

unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs

unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.

Gemäß einem Aspekt wird eine (Fahrzeug-externe oder Fahrzeug-interne) Vorrichtung zur Kalibrierung eines Umfeldsensors eines Fahrzeugs beschrieben. Dabei kann der Umfeldsensor eingerichtet sein, Sensordaten in Bezug auf das Umfeld des Fahrzeugs zu erfassen. Die Sensordaten können sich dabei auf ein (kartesisches) Koordinatensystem des Umfeldsensors beziehen. Die Lage und/oder die Ausrichtung des Koordinatensystems des Umfeldsensors hängen typischerweise von dem Verbau des Umfeldsensors innerhalb des Fahrzeugs ab. Des Weiteren können die Lage und/oder die Ausrichtung des Koordinatensystems von der Ausrichtung des Fahrzeugs, insbesondere von einem Nickwinkel und/oder von einem Rollwinkel des Fahrzeugs, abhängen.

Der Umfeldsensor kann eingerichtet sein, zur Erfassung von Sensordaten zumindest ein Sensorsignal auszusenden (z.B. ein pulsförmiges Sensorsignal).

Des Weiteren kann der Umfeldsensor eingerichtet sein, ein von dem Sensorsignal abhängiges Reflektionssignal zu empfangen, das Anteile des Sensorsignals

umfasst, die an ein oder mehreren Objekten im Umfeld des Fahrzeugs reflektiert wurden. Der Umfeldsensor kann insbesondere einen Radarsensor, einen

Lidarsensor und/oder einen Ultraschallsensor umfassen.

Das Fahrzeug kann mehrere Höhenstandssensoren zur Erfassung von

Höhenstandsdaten in Bezug auf den Höhenstand des Fahrzeugs an

unterschiedlichen Stellen (insbesondere an unterschiedlichen Rädern und/oder Radkästen und/oder Achsen) des Fahrzeugs umfassen. Die Höhenstandsdaten können dabei automatisch (ggf. wiederholt und/oder periodisch) erfasst und in einem Kommunikationsnetz des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Insbesondere können die Höhenstandsdaten über eine Fahrzeug-Schnittstelle (etwa eine OBD-Schnittstelle) für eine Fahrzeug-externe Vorrichtung zur Kalibrierung

bereitgestellt werden.

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Höhenstandsdaten von unterschiedlichen Höhenstandsensoren an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs zu ermitteln. Insbesondere können die Höhenstandsdaten über eine Fahrzeug-Schnittstelle, z.B. über eine OBD-Schnittstelle, von dem Fahrzeug empfangen werden. Dabei können die Höhenstandsdaten z.B. den Höhenstand an einer Vorderachse und den Höhenstand an einer Hinterachse des Fahrzeugs anzeigen. Alternativ oder ergänzend können die Höhenstandsdaten den Höhenstand an unterschiedlichen Seiten des Fahrzeugs anzeigen.

Außerdem ist die Steuereinheit eingerichtet, den Umfeldsensor des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den Höhenstandsdaten zu kalibrieren. Insbesondere kann die Vorrichtung eingerichtet ist, auf Basis der Höhenstandsdaten (in Bezug auf den Höhenstand an der Vorderachse und an der Hinterachse des Fahrzeugs) einen Wert eines Nickwinkels des Fahrzeugs zu ermitteln, und den Umfeldsensor in Abhängigkeit von dem Wert des Nickwinkels zu kalibrieren. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, auf Basis der Höhenstandsdaten (in Bezug auf den Höhenstand an unterschiedlichen Seiten des Fahrzeugs) einen Wert eines Rollwinkels des Fahrzeugs zu ermitteln, und den Umfeldsensor in Abhängigkeit von dem Wert des Rollwinkels zu kalibrieren.

Durch die Berücksichtigung der Höhenstandsdaten von zwei oder mehr

Höhenstandsensoren eines Fahrzeugs kann in effizienter Weise die Güte der Kalibrierung eines Umfeldsensors des Fahrzeugs erhöht werden.

Wie bereits oben dargelegt, kann der Umfeldsensor eingerichtet sein, zur Erfassung von Sensordaten in Bezug auf das Umfeld des Fahrzeugs ein

Sensorsignal auszusenden. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, ein

Reflektionselement (zur Reflektion des Sensorsignals), das zur Kalibrierung des Umfeldsensors verwendet wird, in Abhängigkeit von den Höhenstandsdaten einzustellen. Insbesondere kann die Vorrichtung eingerichtet sein, zumindest eine Reflektionseigenschaft des Reflektionselements in Abhängigkeit von den Höhenstandsdaten einzustellen. Beispielhafte Reflektionseigenschaften sind dabei: ein horizontaler und/oder vertikaler Reflektionswinkel des

Reflektionselements; eine Drehung einer Reflektionsfläche des

Reflektionselements um eine horizontale und/oder um eine vertikale Achse; ein Abstand des Reflektionselements zum Fahrzeug; und/oder eine Reflektivität des Reflektionselements (wobei die Relektivität ggf. an unterschiedlichen Stellen des Reflektionselements unterschiedlich eingestellt werden kann). Durch die

Einstellung eines Reflektionselements in Abhängigkeit von den

Höhenstandsdaten, insbesondere in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert des Nickwinkels und/oder des Rollwinkels des Fahrzeugs, kann die Güte der Kalibrierung des Umfeldsensors weiter erhöht werden.

Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, zu veranlassen, dass von dem

Umfeldsensor Sensordaten erfasst werden (z.B. Sensordaten in Bezug auf ein Reflektionselement, das zur Kalibrierung des Umfeldsensors verwendet wird). Der Umfeldsensor kann dann (ggf. auch) in Abhängigkeit von den erfassten Sensordaten kalibriert werden. Beispielsweise kann das Reflektionselement ein oder mehrere Objekte bzw. Muster in dem Umfeld des Fahrzeugs simulieren, die z.B. an bekannten Soll-Positionen angeordnet sind. Es können dann auf Basis der Sensordaten die Ist-Positionen der ein oder mehreren Objekte bzw. Muster ermittelt werden. Durch Vergleich der Ist-Positionen mit den Soll-Positionen können dann die Lage und/oder die Ausrichtung des Umfeldsensors bzw. des Koordinatensystems des Umfeldsensors ermittelt werden (unter Berücksichtigung des Wertes des Nickwinkels und/oder des Rollwinkels des Fahrzeugs). Es wird somit eine präzise Kalibrierung des Umfeldsensors ermöglicht.

Die Vorrichtung kann somit eingerichtet sein, im Rahmen der Kalibrierung des Umfeldsensors die Lage und/oder die Ausrichtung des Koordinatensystems des Umfeldsensors in dem Umfeld des Fahrzeugs zu ermitteln. Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, im Rahmen der Kalibrierung zu ermitteln, wie die Lage und/oder die Ausrichtung des Umfeldsensors zu ändern sind (z.B. durch eine mechanische Justierung des Umfeldsensors), damit der Umfeldsensor eine vordefinierte Soll-Lage und/oder Soll- Ausrichtung aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Kalibrierung eines Umfeldsensors eines Fahrzeugs beschrieben, wobei das Fahrzeug

Höhenstandssensoren zur Erfassung von Höhenstandsdaten in Bezug auf den Höhenstand an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs umfasst. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Höhenstandsdaten von unterschiedlichen

Höhenstandsensoren an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Kalibrieren des Umfeldsensors des Fahrzeugs in Abhängigkeit von den Höhenstandsdaten.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug (insbesondere ein

Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figur 1 ein beispielhaftes System zur Kalibrierung eines Umfeldsensors eines Fahrzeugs; und

Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Kalibrierung eines Umfeldsensors eines Fahrzeugs.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der zuverlässigen und effizienten Kalibrierung eines Umfeldsensors eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein beispielhaftes System 100 zur

Kalibrierung eines Umfeldsensors 112 eines Fahrzeugs 110. Der Umfeldsensor 112 kann z.B. ein Radarsensor, ein Fidar (Fight Detection and Ranging) Sensor, und/oder ein Ultraschallsensor sein. Insbesondere kann der Umfeldsensor 112 eingerichtet sein, ein Sensorsignal 115 auszusenden, und Sensordaten in Bezug auf das Umfeld des Fahrzeugs 110 auf Basis einer Reflektion des Sensorsignals 115 zu ermitteln.

Das von dem Umfeldsensor 112 ausgesendete Sensorsignal 115 kann von der Einbaulage und/oder der Ausrichtung bzw. Orientierung des Umfeldsensors 112 in dem Fahrzeug 110 abhängen. Insbesondere hängt typischerweise die Richtung des ausgesendeten Sensorsignals 115 von der Einbaulage und/oder der

Ausrichtung des Umfeldsensors 112 ab. Als Folge daraus hängen auch der Erfassungsbereich und das Koordinatensystem des Umfeldsensors 112 von der Einbaulage und/oder der Ausrichtung des Umfeldsensors 112 ab. Die Einbaulage und/oder die Ausrichtung des Umfeldsensors 112 können dabei aufgrund von Herstellungstoleranzen in unterschiedlichen Fahrzeugen 110 unterschiedlich sein (innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs).

Um das Umfeld des Fahrzeugs 110 in präziser Weise auf Basis der Sensordaten des Umfeldsensors 112 erfassen zu können und/oder um die Sensordaten des Umfeldsensors 112 in präziser Weise mit den Sensordaten von anderen

Umfeldsensoren des Fahrzeugs 110 fusionieren zu können, sollte das

Koordinatensystem, insbesondere die Lage und/oder Orientierung bzw.

Ausrichtung des Koordinatensystems, des Umfeldsensors 112 genau bekannt sein. Zu diesem Zweck kann eine Kalibrierung des Umfeldsensors 112 erfolgen. Die Kalibrierung kann z.B. im Rahmen der Fertigung und/oder der Wartung eines Fahrzeugs 110 erfolgen.

Fig. 1 zeigt eine beispielhafte (Fahrzeug-externe) Vorrichtung 101, die

eingerichtet ist, über eine Fahrzeug-Schnittstelle 113 (z.B. über eine OBD (On-Board Diagnose) Schnittstelle) mit dem Fahrzeug 110 (insbesondere mit einer Steuereinheit 111 des Fahrzeugs 110) Daten auszutauschen. Des Weiteren kann die Vorrichtung 101 eingerichtet sein, ein Reflektionselement 102 zu steuern. Das Reflektionselement 102 kann eingerichtet sein, das Sensorsignal 115 im Rahmen eines Kalibrierungsvorgangs zu reflektieren. Dabei können (z.B. über einen Aktor 103) ein oder mehrere Reflektionseigenschaften des Reflektionselements 102 eingestellt werden. Beispielhafte Reflektionseigenschaften sind:

• eine Orientierung des Reflektionselements 102 (z.B. in horizontaler

und/oder in vertikaler Richtung); und/oder

• ein Abstand des Reflektionselements 102 zu dem Fahrzeug 110 bzw. zu dem Umfeldsensor 102; und/oder

• eine (ggf. orts abhängige) Reflektivität des Refelektionselements 102.

Eine weitere Einflussgröße für die Ab Strahlrichtung des Sensorsignals 115 des Umfeldsensors 112 sind der Nickwinkel (um die Quer- bzw. y- Achse) und/oder der Roll- bzw. Wankwinkel (um die Längs- bzw. x-Achse) des Fahrzeugs 110. Der Nickwinkel und/oder der Roll- bzw. Wankwinkel können von der Beladung und/oder von der Auslegung der Dämpfungselemente des Fahrzeugs 110 abhängen. Dabei können unterschiedliche Fahrzeuge 110 auch bei fehlender Beladung aufgrund von Fertigungstoleranzen unterschiedliche Nickwinkel und/oder unterschiedliche Roll- bzw. Wankwinkel aufweisen. Diese

unterschiedlichen Winkel führen zu unterschiedlichen Lagen und/oder

Ausrichtungen des Koordinatensystems von Umfeldsensoren 112 in

unterschiedlichen Fahrzeugen 110 (zusätzlich zu den Auswirkungen auf das Koordinatensystem, die von der jeweilige Lage und/oder Ausrichtung des Umfeldsensors 112 in dem jeweiligen Fahrzeug 110 bewirkt werden).

Zur Ermittlung des Nickwinkels und/oder des Roll- bzw. Wankwinkels bei einem bestimmten Fahrzeug 110 können die Höhenstände an allen (typischerweise vier) Rädern 116 bzw. Radkästen 117 des Fahrzeugs 110 manuell vermessen werden. Aus den Höhenständen an den unterschiedlichen Rädern 116 bzw. Radkästen 117 können dann Werte für den Nickwinkel und/oder den Roll- bzw. Wankwinkel ermittelt werden. Das manuelle Vermessen der Höhenstände ist jedoch mit einem relativ hohen Aufwand verbunden und darüber hinaus fehlerbehaftet.

Das Fahrzeug 110 kann Höhenstandssensoren 114 aufweisen, die eingerichtet sind, Höhenstandsdaten in Bezug auf den Höhenstand einzelner Räder 116 bzw. einzelner Radkästen 117 zu erfassen. Insbesondere kann ein Fahrzeug 110 zumindest einen Höhenstandssensor 114 an einer Hinterachse und zumindest einen Höhenstandssensor 114 an einer Vorderachse des Fahrzeugs 110 aufweisen (um die Ermittlung eines Wertes des Nickwinkels zu ermöglichen). Alternativ oder ergänzend kann ein mehrspuriges Fahrzeug 110 an jeder Fahrzeugseite jeweils zumindest einen Höhenstandssensor 114 aufweisen (um die Ermittlung eines Wertes des Roll- bzw. Wankwinkels zu ermöglichen).

Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, die Höhenstandsdaten der

Höhenstandssensoren 114 des Fahrzeugs 110 zu ermitteln. Die Höhenstandsdaten können insbesondere über die Fahrzeug-Schnittstelle 113 empfangen werden. Des Weiteren kann die Vorrichtung 101 eingerichtet sein, die Höhenstandsdaten bei der Kalibrierung des Ehnfeldsensors 112 zu berücksichtigen. Beispielsweise kann eine der o.g. Reflektionseigenschaften des Reflektionselements 102 derart in Abhängigkeit von den Höhenstandsdaten verändert werden, dass die spezifischen Werte des Nickwinkels und/oder des Roll- bzw. Wankwinkels des Fahrzeugs 110 zumindest teilweise kompensiert werden. Alternativ oder ergänzend können die Werte des Nickwinkels und/oder des Roll- bzw. Wankwinkels des Fahrzeugs 110 bei der Ermittlung der Fage und/oder der Ausrichtung des Koordinatensystems des Ehnfeldsensors 112 berücksichtigt werden.

Die Vorrichtung 101 kann somit eingerichtet sein, die Messwerte und/oder Signale (d.h. die Höhenstandsdaten) der Höhenstandssensoren 114 oder ähnlicher Sensoren, die in einem Fahrzeug 110 verbaut sein, abzugreifen (z.B. über die Fahrzeug-Schnittstelle 113) und daraus den Nickwinkel und/oder den Roll- bzw. Wankwinkel des Fahrzeugs 110 zu berechnen. Dadurch entfällt die manuelle Messung der Höhenstands werte und es entfallen die damit einhergehenden Fehlerquellen. Die Messwerte (d.h. die Höhenstandsdaten) können bei einer automatisierten Kalibrierung des Ehnfeldsensors 112 verwendet werden, so dass die Kalibrierung des Umfeldsensors 112 wesentlich beschleunigt wird, und so dass die Zuverlässigkeit der Kalibrierung erhöht wird.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur

Kalibrierung eines Umfeldsensors 112 eines Fahrzeugs 110. Dabei weist das Fahrzeug 110 Höhenstandssensoren 114 zur Erfassung von Höhenstandsdaten in Bezug auf den Höhenstand des Fahrzeugs 110 an unterschiedlichen Stellen 116, 117 des Fahrzeugs 110 auf. Die Höhenstandsensoren 114 können insbesondere an bzw. in der Nähe von Radkästen 117 und/oder an bzw. in der Nähe von Rädern 116 und/oder an bzw. in der Nähe von Radaufhängungen des Fahrzeugs 110 angeordnet sein. Das Verfahren 200 kann durch eine Fahrzeug-externe Mess-bzw. Kalibrierungsvorrichtung 101 ausgeführt werden.

Das Verfahren 200 umfasst das Ermitteln 201 von Höhenstandsdaten von unterschiedlichen Höhenstandsensoren 114 an unterschiedlichen Stellen 116, 117 des Fahrzeugs 110. Insbesondere können Höhenstandsdaten in Bezug auf den Höhenstand an einer Vorderachse und an einer Hinterachse des Fahrzeugs 110 ermittelt werden. Die Höhenstandsdaten können dabei über eine Fahrzeug-Schnittstelle 113 an die Vorrichtung 101 gesendet und von der Vorrichtung 101 empfangen werden.

Außerdem umfasst das Verfahren 200 das Kalibrieren 202 des Umfeldsensors 112 des Fahrzeugs 110 in Abhängigkeit von den Höhenstandsdaten. Insbesondere können auf Basis der Höhenstandsdaten Werte für den Nickwinkel und/oder für den Rollwinkel des Fahrzeugs 110 ermittelt werden. Die Fage bzw. die Position und/oder die Ausrichtung bzw. die Orientierung des Umfeldsensors 112 kann dann unter Berücksichtigung des Nickwinkels und/oder des Rollwinkels des Fahrzeugs 110 angepasst werden.

Alternativ oder ergänzend können die Fage bzw. die Position und/oder die Ausrichtung bzw. die Orientierung des Koordinatensystems des Umfeldsensors 112 (in dem z.B. die Sensordaten des Umfeldsensors 112 angezeigt werden) unter Berücksichtigung des Nickwinkels und/oder des Rollwinkels des Fahrzeugs 110 ermittelt werden. Die Sensordaten des Umfeldsensors 112 können z.B. dazu verwendet werden, ein Objekt im Umfeld des Fahrzeugs 110 zu detektieren. Die präzise Kenntnis der Lage und/oder der Ausrichtung des Koordinatensystems, in dem die Position eines detektieren Objektes angezeigt wird, ermöglicht eine präzise Umfelderfassung des Fahrzeugs 110 (was z.B. für das zumindest teilweise automatisierte Fahren des Fahrzeugs 110 vorteilhaft ist).

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.