专利名称：用于校正和调整机动车环境传感器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对准如在机动车、尤其是汽车中用于校正或调整光电环境传感器的校正和调整工具的一种方法和一种装置。
背景技术：
对在机动车(汽车)中用于辅助驾驶员的传感器的校正和调整通常包括关于车架几何形状或所定义的机动车坐标系来确定环境传感器的位置。在车间中比如应该对用于驾驶员辅助功能(比如用于在离开车道时发出警告、物体探测或其他)的视频摄像机关于车架几何形状的位置在安装该摄像机之后或车架粗略变化之后重新进行校正。用于自动速度调节的雷达传感器、比如ACC (“Adaptive CruiseControl,自适应巡航控制”)由于其微小的开角而必须经常针对车架几何形状被进行机械调整。校正和调整用于辅助驾驶员的传感器的例子是:
基于雷达的距离传感器的检验和调整(“Adaptive Cruise Control,自适应巡航控
制”)
基于红外线的距离传感器的检验和调整(“Lidar，激光雷达”)
后视摄像机系统的检验和校正(“Rearview，后视”) 车道保持摄像机系统的检验和校正(“Lane departure Warning,车道脱离警告”)车道变换辅助的检验和校正(“Blind spot detection，盲点探测”)
红外夜视摄像(“Nightview,夜视”)
近距警告，停车传感器
环境摄像机系统(“Sideview,侧视”, “Topview,顶视”)。为了对用于辅助驾驶员的传感器进行校正和调整，提出如下前提:
已知的车架几何形状，以定义机动车坐标系
在要校正/调整的传感器的视场内把校正/调整工具对准到关于该车架坐标系的预先给定的位置。为了保证车架几何形状是已知的，并且为了降低成本和耗费，通常提供校正和调整装置来作为用于车架测量的测量设备的补充。下面参照图1来示例地描述用于校正视频摄像传感器的一种方法，其比如由DE10 2008 042 018 Al公开。在此，在还要解释的、用于确定车架几何形状的坐标系之间的关系通过光学3D测量技术来实现，其比如在Steffen Abraham、Axel Wendt> GiinterNobis、Volker Uffenkamp 和 Stefan Schommer 的“Optische 3D-Messtechnik zurFahrwerksvermessung in der Kfz-Werkstatt^,Oldenburger 3D_Tage,Wichmann 出版社，2010中进行了描述。为了进行车架测量，在机动车7的车轮12、14上安装了车轮夹具28、30，在所述车轮夹具上又固定有车轮测量板(目标)20、22，所述车轮测量板具有摄影测量的测量标记。在该机动车7的左边和右边分别设置有测量头32、46。每个测量头32、46都包含有两个立体摄像机系统，这些立体摄像机系统分别具有两个摄像机36、38、40、42、50、52、54、56和一个参照系统44、58。测量头32、46的两个立体摄像机系统的摄像机36、38、40、42、50、52、54、56的几何
布置不仅在内部、而且在外部都关于其彼此之间的相对定向而得到校正。通过校正，在车轮测量板20、22上的测量标记在相应测量头32、46的坐标系Xv (前)或Xh (后)中的3D坐标可以在共同的测量头坐标系\ (左)或Xk (右)中被确定。在此所使用的车轮测量板20、22不必是具有事先测量的测量点的高精确匹配点板。在车轮测量板20、22机械稳定地固定在车轮12、14上的前提下，车轮轴13的3D位置可以连续地在全部四个立体摄像机系统36、38 ;40、42 ;50、52 ;54、56中被确定。另外参照系统44、58连续地测量测量头32、46之间的轨道角以及测量头32、46在空间中的倾斜。这使得可以计算车架参量(比如轨道角和外倾角)以及车架的其他参量(比如具有偏向角和主随动角的转向几何布置)。几何机动车坐标系Xm最后通过机动车纵轴64来定义，该机动车纵轴由现在所测量的后车轮12、14的轨迹来预先给定。 校正的目的是确定环境传感器15的摄像机在机动车7的坐标系Xm中的位置和定向。为此把具有已知测量标记位置的校正/调整工具62定位在机动车7之前的位置XT_FIX处。为了进行校正过程，由该驾驶员辅助系统的环境传感器15的摄像机来观察该校正/调整工具62。由该驾驶员辅助系统来测量在该校正/调整工具62上的测量标记的图像坐标。通过空间反向交会来确定该摄像机关于校正/调整工具xT_FIX的绝对定向。该光学测量步骤由机动车7中的驾驶员辅助系统的控制设备17来执行。该校正步骤通过该机动车7中的控制设备17的诊断接口来启动。为了能够确定该 摄像 机关于机动车几何形状的安装角度(俯仰角度、偏航角和摆动角)和其他参数，校正/调整工具Χτ_ηχ在机动车7的坐标系Xm中的位置对于机动车7中的控制设备17必须是已知的。在该控制设备17中的软件假定该校正/调整工具62位于固定定义的、该控制设备17已知的位置XT_FIX处。仅当是上述情况，由该控制设备17确定的安装角度才是正确的。把该校正/调整工具62人工对准该位置XT_FIX带来一些时间耗费，并且需要汽车机械师对于校正过程有广泛的知识。对校正/调整工具62的不精确对准导致在校正和调整摄像机或环境传感器15时的精确度损失。
发明内容
因此本发明的任务是，提供用于在机动车中简单而可靠地调整和/或校正环境传感器的一种方法和一种装置。本发明的方法包含步骤:
al)把至少一个车轮目标设置在机动车的轴的至少一个车轮上；
a2)通过至少一个测量单元来拍摄车轮目标的至少一个图像；
a3)由所拍摄的车轮目标图像来确定机动车在空间中的位置和取向；
bl)把具有至少一个校正板目标的至少一个校正板放置在至少一个测量单元的视场中；
b2)利用测量单元来拍摄该校正板目标的至少一个图像；
b3)由所拍摄的校正板目标图像以及在步骤a3)中所确定的机动车在空间中的位置和取向来确定校正板关于机动车的位置；
Cl)利用机动车的环境传感器来拍摄校正板的至少一个图像；c2)由利用该环境传感器所拍摄的校正板图像来确定环境传感器关于校正板的位置和取向；
d)由在步骤c2)中所确定的环境传感器关于校正板的位置和取向以及在步骤b3)中所确定的校正板关于机动车的位置来确定环境传感器关于机动车的位置和取向。根据本发明的用于调整和/或校正机动车中的环境传感器的一种装置包含有: 至少一个车轮目标，其中车轮目标被构造用于安装到机动车的车轮上；
至少一个校正板，其具有至少一个校正板目标；
至少一个测量单元，其被构造用于拍摄车轮/校正板目标的至少一个图像，并用于由至少一个所拍摄的图像来确定该车轮/校正板目标的空间位置；以及控制设备，其与环境传感器相连，并被构造用于
(a)由环境传感器所拍摄的校正板的图像来确定环境传感器关于校正板的位置和取向，以及
(b)由之前所确定的环境传感器关于校正板的位置和取向以及由测量单元所确定的校正板和机动车的位置和取向来确定环境传感器关于机动车的位置和取向。确定校正板的位·置优选地还包括确定该校正板在空间中的取向。通过由之前所确定的环境传感器关于校正板的定向以及由测量单元之前所确定的校正板关于机动车的定向来确定环境传感器关于机动车的位置和取向(定向)，可以以高的精确度来确定环境传感器关于机动车的空间定向，而不必精确地把校正板人工对准到之前所设定的位置。该方法可以被快速地执行，因为省略了对校正板的耗费时间的精确人工对准。该方法具有高的精确度，因为可靠地避免了由不精确地对准校正板而产生的错误。在此通常没有全部省略对校正板的人工对准。但校正板仅需近似地根据机动车类型而被对准到环境传感器和测量单元的摄像机的视场。在一个实施方式中，由测量单元所确定的校正板的位置被传输到控制设备。这种传输可以无线或有线地、也即通过电缆来进行。无线传输尤其是容易的，因为不必敷设电缆，并且不会由于电缆而限制在校正过程期间机械师的移动自由。校正板的空间位置通过电缆的传输是特别简单、造价合理和可靠的。通过把校正板的位置传输到控制设备，该控制设备已知校正板的精确位置，并且控制设备可以精确确定环境传感器关于机动车的空间定向。在一个实施方式中，在校正板的位置已经通过至少一个测量单元被确定之后，该校正板通过至少一个机械的、由测量单元控制的调节工具而移动到预先给定的位置。优选地校正板在此被对准到预先给定的取向中。因为预先给定的位置以及必要时的取向对于该控制设备是已知的，所以该控制设备可以精确确定环境传感器关于机动车的空间位置和取向，而不必把由测量单元所确定的校正板的位置传输到控制设备。在该实施方式中该控制设备不需要接收装置来接收由测量单元所发送的信号，并因此可以造价合理地来实现。在一个实施方式中，至少一个调节工具被构造为气动马达、液压马达或电动马达。这种马达特别适于可靠而高精确度地把校正板对准所期望的位置。液压和气动驱动装置是特别合适的，因为驱动装置的重要部件、比如压缩机可以布置在校正板以及承载该校正板的框架之外。因此在移动校正板时仅需要移动小的质量，如此使得仅需要微小的力来移动校正板，并且在定位时可能由质量惯性产生的不精确性被最小化。电动马达是简单可控的，并实现了要特别简单而造价合理实现的校正板机械移动。在一个实施方式中，在校正板和/或目标上设置有几何图样，其比如具有一定数量的点。具有这种图样的校正板和目标已被证实特别适于通过光学传感器来精确检测并适于确定其位置。在一个实施方式中，控制设备输出指令以通过操作者(汽车机械师)来人工定位校正板。校正板从而可以被特别快速而可靠地移动到由控制设备预先给定的位置上，而不需要机械调节工具来移动校正板。在一个实施方式中，在机动车两侧的每一侧上都分别设置了至少一个测量装置。通过在机动车两侧、也即机动车左侧和右侧进行图像拍摄和测量，可以以高的精确度来确定机动车以及校正板的位置和取向，如此使得能够精确地确定环境传感器关于机动车的位置和取向。在这种情况下尤其不需要把校正板对准到关于机动车纵轴的精确的直角，因为可以借助测量单元来确定校正板的与直角不同的空间取向，并可以在分析时加以考虑。下面借助实施例参照附图来详细解释本发明。
图1示出了根据本发明一个实施例的机动车环境传感器的调整/校正装置的原理草 图2示出了根据本发明第一实施例的机动车环境传感器的调整/校正装置的透视图； 图3示出了根据本发明第二实施例的机动车环境传感器的调整/校正装置的透视图。
具体实施例方式在图1中以示意性俯视图示出的机动车环境传感器的调整或校正装置包含有位于测量台2的行驶轨道4、6上的机动车7，该机动车7具有车架测量装置。为了简化图示，仅示出了机动车7的车轮8、10、12和14，并且机动车7的车体的尺寸通过虚线框来表示。机动车7的前轴11和后轴13通过虚横线来表示。几何机动车纵轴64被显示为虚线箭头，其从后轴11的中点延伸至前轴13的中点。机动车7大致在其前侧的中间具有机动车环境传感器15，借助本发明的机动车环境传感器的调整/校正装置来调整或校正该机动车环境传感器。车架测量装置包含有借助快速张紧单元28和30固定到机动车7的后轮12和14上的车轮目标20和22，车架测量装置还包含有左侧测量单元32和右侧测量单元46，它们借助固定适配器34和48关于行驶轨道4和6的纵向延长线大致在中间位置地固定在行驶轨道4和6上，并从行驶轨道4和6向外延伸。车轮目标20、22比如构造为盘状，并朝向外部。车轮目标20、22的主延伸方向在穿过车轮12和14的旋转轴的垂直平面中延伸。左侧测量单元32具有外侧的朝前的测量摄像机36、内侧的朝前的测量摄像机38、外侧的朝后的测量摄像机40以及内侧的朝后的测量摄像机42。按照对应的方式，右侧测量单元46包含有内侧的朝前的测量摄像机50、外侧的朝前的测量摄像机52、内侧的朝后的测量摄像机54和外侧的朝后的测量摄像机56。每两个测量摄像机36、38、40、42、50、52、54、56从而构成了朝前或朝后取向的立体摄像机系统。朝后的测量摄像机40、42、54、56的视场分别如此来确定，使得左侧车轮目标20或右侧车轮目标22完全位于其中。在图1中所示的测量单元32、46优选地是借助固定适配器悬浮在行驶轨道4和6上或与行驶轨道4和6相旋紧的移动测量单元32、46 ;所述测量单元也可以是磁适配器。原则上测量单元32和46可以以每种合适的方式与行驶轨道4和6相连接。可拆卸的连接所提供的优点是，测量单元32和46可以被容易地拆除并且也可以在其他的工作台上采用。测量单元32和46具有横向参照，其在图中通过横线参照摄像机44和58来实施，所述横线参照摄像机对准机动车横向，并检测在分别相对的行驶轨道或测量单元32、46上的光学特征34、48，以从而确定测量单元32、46彼此之间的相对位置。比如光学特征34、48可以作为LED或反射测量点标记来构造。从而横向参照摄像机44、58在此设置在行驶轨道
4、6的上方或下 方，但在任何情况下都设置在机动车7的底座的下方，如此使得形成无阻碍的横向视线联系。在图1中通过点横线59来显示在横向参照摄像机44和58之间用于横向参照的横向视线联系。另外测量单元32、46还可以具有在图1中未示出的倾斜传感器，借助该倾斜传感器可以确定测量单元32、46的倾斜。在机动车7之前设置有框架60，其基本垂直于机动车纵轴64来取向，并从左侧行驶轨道4左边的一个宽度位置延伸至右侧行驶轨道6右边的一个宽度位置。在框架60的侧面端部处设置有在图1中未示出的、用于要设置在该端部处的目标的容纳器，在所述容纳器中分别固定有一个目标16、18。在框架60的朝着机动车7方向的那一侧上设置有校正板62,该校正板大致从与左侧行驶轨道4的右端部对应的一个宽度位置延伸到与右侧行驶轨道6的左端部对应的一个宽度位置。左侧测量单元32的朝前的测量摄像机36、38的焦距和右侧测量单元46的朝前的测量摄像机50、52的焦距分别如此来调节，使得设置在框架60侧面容纳器上的目标16、18完全位于如在图1中用点线所显示的视场中。机动车环境传感器15与控制和分析设备17相连，该控制和分析设备获得并分析机动车环境传感器15的信号，以由机动车环境传感器15的信号来确定对于机动车环境传感器15的校正和调整重要的参数。控制和分析设备17通过比如作为无线或红外线连接来构造的无线连接、或者通过在图中未示出的电缆连接与测量单元32和46相连接，如此使得由测量单元32和46所确定的目标16、18、20、22的位置可以被传输到控制和分析设备17。替换的，测量单元32和46可以与在图1中未示出的外部分析单元(比如个人计算机)相连接，该分析单元分析测量摄像机36、38、40、42、50、52、54、56的图像，以确定目标16、18、20、22的空间位置。在这种情况下，分析单元被构造用于把所确定的目标16、18、20、22的空间位置传输到控制和分析设备17。为了能够确定摄像机关于车架几何形状的、涉及校正板62已知位置的安装角度(俯仰角度、偏航角和摆动角)和其他参数，必须考虑校正板62关于机动车7的坐标系Xm的位置。要考虑的3D变换如下所述，所述3D变换被示例性地针对一个点从摄像机坐标系Xe到机动车7的坐标系Xm的变换来用公式表示:
权利要求
1.用于在机动车(7)中调整和/或校正环境传感器(15)的方法，其具有以下的步骤: al)把至少一个车轮目标(20，22)设置在机动车(7)的至少一个车轮(12，14)上； a2)通过至少一个测量单元(32，46)来拍摄车轮目标(20，22)的至少一个图像； a3)通过由测量单元(32，46)所拍摄的车轮目标(20，22)的图像来确定机动车(7)在空间中的位置和取向； bl)把具有至少一个校正板目标(16，18)的至少一个校正板(62)放置在至少一个测量单元(32，46)的视场中； b2)利用测量单元(32，46)来拍摄所述至少一个校正板目标(16，18)的至少一个图像；b3)由所拍摄的校正板目标(16，18)的图像以及在步骤a3)中所确定的机动车(7)的位置和取向来确定校正板(62)关于机动车(7)的位置； Cl)利用机动车(7)的环境传感器(15)来拍摄校正板(62)的至少一个图像；c2)由利用环境传感器(15)所拍摄的校正板(62)的图像来确定环境传感器(15)关于校正板(62)的位置和取向； d)由在步骤c2)中所确定的环境传感器(15)关于校正板(62)的位置和取向以及在步骤a3)中所确定的校正板(62)关于机动车(7)的位置来确定环境传感器(15)关于机动车 (7)的位置和取向。
2.根据权利要求1所述的方法，其另外还包括，把在步骤b3)中所确定的校正板(62)的位置传输到控制设备。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过至少一个电缆(74)或无线地来把校正板(62)的位置传输到控制设备(17)。
4.根据权利要求2或3之一所述的方法,其中控制设备(17)在传输了校正板(62)的位置之后输出用于定位该校正板(62)的指令。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其另外还包括，控制作用于校正板(62)的至少一个调节工具(70)，使得该校正板(62)被移动到预先给定的位置XT_FIX处和/或移动到预先给定的空间取向中。
6.用于在机动车(7)中调整和/或校正环境传感器(15)的装置，其具有: 至少一个车轮目标(20 )，其中车轮目标(16，18 )被构造用于安装在该机动车(7 )的车轮(12，14)上； 至少一个校正板(62)，其具有至少一个校正板目标(16，18)； 至少一个测量单元(32，46)，其被构造用于拍摄车轮/校正板目标(16，18，20，22)的至少一个图像，并用于由所拍摄的图像来确定车轮/校正板目标(16，18，20，22)的空间位置；控制设备(17)，其与环境传感器(15)相连接，并被构造用于 (a)通过由环境传感器(15)所拍摄的校正板(62)的图像来确定校正板(62)关于环境传感器(15)的空间位置，以及 (b)由环境传感器(15)关于校正板(62)的位置和取向以及通过测量单元(32，46)所确定的校正板(62)关于机动车(7)的位置来确定环境传感器(15)关于机动车(7)的位置和取向。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述至少一个测量单元(32，46)和控制设备(17)被构造用于把由测量单元(32，46)所确定的、被拍摄的校正板目标(20，22)的位置传输到控制设备(17)。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其具有至少一个调节工具(70)，所述至少一个调节工具与校正板(62)相连接，使得校正板(62)的位置和/或取向能够通过驱动该调节工具(70)而被改变。
9.根据权利要求8所述的装置，其中至少一个测量单元(32，46)与调节工具(70)相耦合，并被构造用于控制调节工具(70 )，使得校正板(62 )通过驱动该调节工具(70 )而能够移动到预先给定的空间位置处和/或移动到预先给定的空间取向中。
10.根据权利要求6至9之一所述的装置，其中在机动车(7)的两侧分别设置有至少一个测量装置( 32，46)。
全文摘要
用于在机动车(7)中调整和/或校正环境传感器(15)的一种方法，其包含有步骤a1)把至少一个车轮目标(20，22)设置在机动车(7)的至少一个车轮(12，14)上；a2)通过至少一个测量单元(32，46)来拍摄车轮目标(20，22)的至少一个图像；a3)通过由测量单元(32，46)所拍摄的车轮目标(20，22)的图像来确定机动车(7)的空间定向；b1)把具有至少一个校正板目标(16，18)的至少一个校正板(62)放置在至少一个测量单元(32，46)的视场中；b2)利用测量单元(32，46)来拍摄校正板目标(16，18)的至少一个图像；b3)由所拍摄的校正板目标(16，18)的图像来确定校正板(62)的位置；c1)利用机动车(7)的环境传感器(15)来拍摄校正板(62)的至少一个图像；c2)由利用环境传感器(15)所拍摄的校正板(62)的图像来确定环境传感器(15)关于校正板(62)的空间定向；d)由在步骤c2)中所确定的环境传感器(15)关于校正板(62)的定向以及在步骤a3)中所确定的校正板(62)关于机动车(7)的定向来确定环境传感器(15)关于机动车(7)的空间定向。
文档编号G01S7/52GK103250069SQ201180058991
公开日2013年8月14日 申请日期2011年12月5日 优先权日2010年12月9日
发明者S.肖默, C.瓦格曼, A.温特 申请人:罗伯特·博世有限公司
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