SERFLING, Matthias (Bergstrasse 1, Neudietendorf, 99192, DE)
THOM, Markus (Sedanstrasse 144, Ulm, 89077, DE)
SERFLING, Matthias (Bergstrasse 1, Neudietendorf, 99192, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren zumindest einer optischen Einheit eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kalibrieren ein Zielobjekt (O) in einer Lichtverteilung (LL, LR) positioniert wird, wobei die Lichtverteilung (LL, LR) mittels einer als Lichteinheit ausgebildeten ersten optischen Einheit erzeugt wird, und mittels zumindest eines kalibrierten Sensors eine relative Position des beleuchteten Zielobjekts (O) zum Fahrzeug ermittelt wird, wobei aus der relativen Position des Zielobjekts (O) und zu der jeweiligen Lichtverteilung (LL, LR) zugehörigen Parametern der Lichteinheit ein Kalibrierpunkt (K1 bis Kn) ermittelt wird, welcher eine relative Ist-Position des Zielobjekts (O) in Abhängigkeit von jeweils eingestellten Parametern der Lichteinheit darstellt. 2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Justieren anhand mehrerer Kalibrierpunkte (K1 bis Kn) und eines Modells von intrinsischen Parametern der Lichteinheit extrinsische Parameter der Lichteinheit derart eingestellt werden, dass eine Abweichung (A) der jeweiligen Lichtverteilung (LL, LR) von einer Soll- Lichtverteilung (SL) minimiert wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Justieren und Kalibrieren der ersten optischen Einheit eine als Kamera ausgebildete zweite optische Einheit kalibriert wird, wobei an dem Zielobjekt (O) eine Reflexionsvorrichtung angeordnet wird, welche bei einer Beleuchtung mittels der ersten optischen Einheit ein charakteristisches Signal erzeugt. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielobjekt (O) mit einem definierten Lichtmuster beleuchtet wird, welches in Abhängigkeit von einer Modellannahme von intrinsischen Parametern der Lichteinheit erzeugt wird. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren zumindest einer optischen Einheit eines Fahrzeugs.
Aus der DE 199 02 015 A1 ist eine Anordnung zur Anpassung eines
Beleuchtungssystems an einem Kraftfahrzeug, insbesondere eines Scheinwerfers des Kraftfahrzeuges, bekannt. Die Anordnung umfasst eine Vorrichtung zur Erfassung einer Verkehrssituation vor dem Kraftfahrzeug, eine Versteileinrichtung und/oder
Schaltvorrichtung für das Beleuchtungssystem. Die Vorrichtung zur Erfassung der Verkehrssituation vor dem Kraftfahrzeug ist eine Bilderfassungseinheit, die mit einer Bildauswerteeinrichtung verbunden ist, so dass von der Bilderfassungseinheit erfasste Bilder der Bildauswerteeinrichtung zuführbar sind und dass aufgrund der erfassten Bilder die VerStelleinrichtung und/oder Schaltvorrichtung für das Beleuchtungssystem zur Anpassung des Beleuchtungssystems ansteuerbar ist.
Weiterhin sind aus der DE 10 2007 049 619 A1 ein Verfahren zur automatischen Justage einer Lichteinheit eines Fahrzeugs und ein Leuchtsystem für ein Fahrzeug mit zumindest einer Lichteinheit bekannt. Dabei wird mittels zumindest einer aktivierten Basis-Lichtquelle zumindest eine, eine spezifische Lichtfunktion charakterisierende Lichtverteilung der Lichteinheit erzeugt, wobei zumindest eine optische Justage-Markierung im sichtbaren Spektralbereich für das menschliche Auge unsichtbar erzeugt wird. Die Justage- Markierung ist in einem Justagemodus der Lichteinheit mittels einer Detektoreinheit erfassbar. Abhängig von einem Erfassen und einem Vergleichen mit einer Referenz- Markierung wird die Lichteinheit justiert.
Die nicht veröffentliche 102010006190.5 der Anmelderin beschreibt ein Verfahren zum Justieren zumindest einer Lichteinheit eines Fahrzeugs, bei welchem mittels zumindest einer aktivierten Lichtquelle zumindest eine, eine spezifische Lichtfunktion charakterisierende Lichtverteilung der Lichteinheit erzeugt wird. Dabei wird zumindest ein Bild der Lichtverteilung mittels zumindest einer Bilderfassungseinheit des Fahrzeugs erfasst und durch eine Auswertung des zumindest einen erfassten Bildes in einer Bildauswerteeinheit wird eine horizontale und/oder vertikale Position zumindest eines vorgegebenen Teils der Lichtverteilung ermittelt und mit einer vorgegebenen horizontalen und/oder vertikalen Sollposition verglichen. Bei einer Abweichung der ermittelten Position von der vorgegebenen Sollposition wird eine Hinweismeldung an einen Fahrzeugführer generiert und/oder Mittel zum horizontalen und/oder vertikalen Justieren der Lichteinheit werden angesteuert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren zumindest einer Lichteinheit eines Fahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die im
Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren zumindest einer optischen Einheit eines Fahrzeugs wird erfindungsgemäß beim Kalibrieren ein Zielobjekt in einer
Lichtverteilung positioniert, wobei die Lichtverteilung mittels einer als Lichteinheit ausgebildeten ersten optischen Einheit erzeugt wird. Mittels zumindest eines kalibrierten Sensors wird eine relative Position des beleuchteten Zielobjekts zum Fahrzeug ermittelt, wobei aus der relativen Position des Zielobjekts und zu der jeweiligen Lichtverteilung zugehörigen Parametern der Lichteinheit ein Kalibrierpunkt ermittelt wird, welcher eine relative Ist-Position des Zielobjekts (O) in Abhängigkeit von jeweils eingestellten
Parametern der Lichteinheit darstellt.
Daraus ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise, dass eine sehr genaue und robuste Kalibration des Scheinwerfers realisierbar ist. Somit ist zum einen eine optimierte
Ausleuchtung der Umgebung des Fahrzeugs möglich und zum anderen wird bei einer Verwendung des Scheinwerfers zur Realisierung eines so genannten Gefahrenlichts eine optimierte Anstrahlung eines Gefahrenobjekts erreicht. Auch wird ein ruhiger und für den Fahrer des Fahrzeugs angenehmer Übergang zwischen verschiedenen Lichtverteilungen, wie einer Fernlicht-, Teilfernlicht- und/oder Abblendlichtverteilung ermöglicht. Aufgrund der Verwendung des bereits kalibrierten Sensors zur Kalibrierung des
Scheinwerfers ist eine Verwendung eines Fahrzeugachsprüfstandes nicht erforderlich, wodurch eine Reduzierung des Aufwands bei der Herstellung des Fahrzeugs erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei Einsatz des Verfahrens in der Qualitätssicherung. So können Fertigungsfehler (etwa Linsenfehler) leicht gefunden und frühzeitig behoben werden.
Die hohe Genauigkeit des Verfahrens ist besonders vorteilhaft in Verwendung mit einer nicht näher dargestellten automatischen Kalibration des Scheinwerfers während des Fahrbetriebes nach Auslieferung eines Fahrzeugs. Durch die exakte Ermittelung der Eigenschaften des Scheinwerfers ist dieser bereits im vollen Umfang einsatzfähig, so dass eine automatische Kalibrierung während des Fahrbetriebes nur geringe
Abweichungen korrigieren muss (etwa ein mechanisches Spiel der verwendeten
Bauteile), und sich nicht erst nach längerer Fahrt eine optimale Ausleuchtung einstellt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1A schematisch einen Erfassungsbereich eines Sensors sowie ein mittels einer ersten Lichteinheit beleuchtetes Zielobjekt,
Fig. 1 B schematisch einen Erfassungsbereich eines Sensors sowie ein mittels einer ersten Lichteinheit beleuchtetes Zielobjekt,
Fig. 2 schematisch ein Diagramm mit einer Abweichung einer mittels einer
Lichteinheit erzeugten Lichtverteilung von einer Soll-Lichtverteilung, und
Fig. 3 schematisch ein Modell einer Lichtverteilung einer Lichteinheit nach einer
Kalibrierung der Lichteinheit.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren 1 A und 1 B zeigen jeweils in einem linken Abschnitt einen Erfassungsbereich E eines nicht dargestellten Sensors sowie ein innerhalb dieses Erfassungsbereichs E angeordnetes Zielobjekt 0. Bei dem Sensor handelt es sich insbesondere um einen an einem ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeug angeordneten Radarsensor, welcher justiert und/oder kalibriert ist. Diese Justierung und/oder
Kalibrierung erfolgt beispielsweise während einer so genannten Bandende-Kalibrierung und/oder während des Betriebs des Fahrzeugs anhand einer so genannten Online- Kalibrierung. Der Sensor kann alternativ auch ein bereits kalibrierter Lidarsensor, Ultraschallsensor, Lasersensor oder ein anderer am Fahrzeug kalibrierter Sensor sein.
Im rechten Abschnitt der Figuren 1A und 1 B ist schematisch ein Kamerabild dargestellt. Die Kamerabilder zeigen das Zielobjekt O, welches von einem linken Scheinwerfer (Figur 1A) und einem rechten Scheinwerfer (Figur 1B) des Fahrzeugs beleuchtet wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zum Justieren und/oder Kalibrieren zumindest einer nicht dargestellten optischen Einheit eines Fahrzeugs das Zielobjekt O in einer Lichtverteilung L L , L R positioniert wird. Bei der optischen Einheit handelt es sich um eine Lichteinheit des Fahrzeugs, welche die Lichtverteilung L L , L R erzeugt. Mittels des Sensors wird eine relative Position des beleuchteten Zielobjekts O zum Fahrzeug ermittelt, wobei aus jeweils einer relativen Position des Zielobjekts O und zugehörigen Parametern der Lichteinheit ein in Figur 3 näher dargestellter Kalibrierpunkt K1 bis Kn gebildet wird. Ein Kalibrierpunkt stellt dabei die relative Position des Zielobjekts O in Abhängigkeit der zugehörigen aktuell eingestellten Parameter der Lichteinheit dar.
Die Lichteinheit umfasst zumindest zwei Frontscheinwerfer des Fahrzeugs, wobei die Frontscheinwerfer als LED-Scheinwerfer, als Scheinwerfer mit zumindest einer
Gasentladungslampe, als Scheinwerfer mit einer Glühlampe oder als Kombination dieser ausgebildet sind. Mittels der Lichteinheit, d. h. der Frontscheinwerfer, wird die
Beleuchtung des Zielobjekts O mit Lichtverteilungen L L , L R realisiert. Das
erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dazu, eine vertikale und/oder horizontale Ausrichtung des Frontscheinwerfers und dessen exakte Einbauposition in besonders einfacher Weise zu bestimmen und zu korrigieren.
In den folgenden Ausführungen wird die Ausrichtung eines der Scheinwerfer allein anhand einer Veränderung eines Parameters in Form eines Gierwinkels Ψ beschrieben, wobei die Ausrichtung zusätzlich Änderungen weiterer vertikaler und/oder horizontaler Parameter bzw. Ausrichtungswinkel des Scheinwerfers umfasst.
Ein Einbau des Scheinwerfers, der beispielsweise für ein so genanntes
Gefahrenmarkierungslicht verwendet wird, erfolgt mit einer mechanischen Toleranz von etwa ± 3° . Um ein für den Fahrer des Fahrzeugs als angenehm empfundenes Lichtbild und eine optimierte Beleuchtung von Gefahrenpunkten zu erzielen, ist jedoch eine sehr geringe Toleranz von weniger als + 1° erforderlich. Anhand einer mechanischen
Justierung des Scheinwerfers, beispielsweise an einer Stellschraube, ist jedoch lediglich eine Toleranz von etwa + 1° erzeugbar. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dagegen sehr geringe Toleranzwerte von weniger als ±1° realisierbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zwei Phasen. In der ersten Phase werden zur Kalibrierung des Scheinwerfers während einer Datenakquise Daten der Umgebung, insbesondere das Zielobjekt O, erfasst. In der zweiten Phase wird gemäß Figur 2 eine aktuelle Ausrichtung des Scheinwerfers ermittelt.
Während der ersten Phase, d. h. während der Datenakquise wird der Scheinwerfer derart angesteuert, dass das Zielobjekt O mit einem definierten Lichtmuster beleuchtet wird. Dieses Lichtmuster wird in Abhängigkeit von einer Modellannahme von intrinsischen Parametern der Lichteinheit, d. h. des Scheinwerfers, erzeugt. Die intrinsischen
Parameter des Scheinwerfers sind durch eine Konstruktion und Eigenschaften des Scheinwerfers selbst vorgegeben. Intrinsische Parameter eines LED-Scheinwerfers sind beispielsweise eine Anzahl von LED-Pixeln, ein jeweiliger Öffnungswinkel der LED-Pixel und ein Öffnungswinkel des gesamten Scheinwerfers. Das definierte Lichtmuster wird am Beispiel des LED-Scheinwerfers beispielsweise durch Aktivierung einer Spalte, einer Zeile oder anderer Kombinationen aktivierter LED-Pixel erzeugt. Weist der Scheinwerfer als Leuchtmittel beispielsweise eine Gasentladungslampe auf, ist das Lichtmuster insbesondere durch eine Ausrichtung einer oder mehrerer Blenden und/oder Walzen erzeugbar.
Weiterhin wird das Zielobjekt O, bei welchem es sich im dargestellten
Ausführungsbeispiel um ein Radarziel, auch als Radarcorner bekannt, handelt, in der Mitte der zur Erzeugung des Lichtmusters mittels des Scheinwerfers ausgegebenen Lichtverteilung L L oder L R positioniert, wobei eine Position des Radarziels mittels des Radarsensors erfasst wird.
Anschließend werden anhand der Positionsbestimmung des Zielobjekts O und der aus den intrinsischen Parametern des Scheinwerfers abgeleiteten Modellannahme über die Lichtverteilung L L oder L R die Eigenschaften der Lichtverteilung L L oder L R bestimmt. Bei den Eigenschaften handelt es sich insbesondere um eine Leuchtweite, Leuchtbreite, einen Ausbreitungswinkel, den Gierwinkel Ψ und einen vertikalen Winkel.
Die Ausrichtung bzw. Positionierung des Radarziels erfolgt dabei manuell oder automatisch, beispielsweise anhand eines Schienensystems. Dabei wird eine
Überlagerung des Radarziels mit Reflektionen einer metallischen Vorrichtung oder anderen Fremdobjekten in der näheren Umgebung des Radarziels vermieden, so dass die Objektpositionsvermessung nicht beeinträchtigt wird.
Zur automatischen Positionierung des Radarziels ist zusätzlich eine automatische Vorrichtung zur Scheinwerfererkennung, wie z. B. eine Fotodiode, eine
Kameravorrichtung oder ein anderer optischer Sensor, erforderlich.
Aus der Position des Radarziels und der Ansteuerung des Scheinwerfers, d. h. dessen zur Beleuchtung des Radarziels eingestellten Parametern, ergibt sich ein
Kalibrierpunkt K1 bis Kn.
Der Radarsensor weist dabei beispielsweise eine Messtoleranz von 0,1 ° im Ablagewinkel und in einer Entfernung von 0,25 m auf. Anhand einer zusätzlichen zeitlichen Mittelung der Position des Radarziels wird die Messung zusätzlich stabilisiert. Weiterhin sind über Kenngrößen, wie beispielsweise die Standardabweichung der zeitlichen Messung, auch Aussagen über eine Zuverlässigkeit der Positionsmessung möglich.
Figur 2 zeigt ein Diagramm, welches eine Abweichung der Lichtverteilung L L des linken Scheinwerfers von einer Soll-Lichtverteilung SL darstellt und zur Ermittlung der
Scheinwerferausrichtung in der zweiten Phase des Verfahrens verwendet wird. Die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise gilt für die Einstellung der Lichtverteilung L R des rechten Scheinwerfers analog. In dieser zweiten Phase werden extrinsische Parameter des Scheinwerfers anhand eines Optimierungsverfahrens derart eingestellt, dass eine Abweichung A der jeweiligen
Lichtverteilung L L von einer Soll-Lichtverteilung SL minimiert wird. Bei den extrinsischen Parametern des Scheinwerfers handelt es sich um Parameter, welche durch äußere Einflüsse veränderbar sind. Dies sind beispielsweise eine Höhe der erzeugten
Lichtverteilung L L , die exakte Einbauposition des Scheinwerfers, ein vertikaler
Einbauwinkel und ein horizontaler Einbauwinkel des Scheinwerfers sowie eine vertikale Verstellung des Scheinwerfers oder dessen Leuchtmittel mittels einer
Leuchtweitenregulierung.
Während des Optimierungsverfahrens wird ein Fehler zwischen der Modellannahme und der in einem vorhergehenden Schritt bestimmten Messung minimiert, wobei die
Modellannahme die intrinsischen und die extrinsischen Scheinwerferparameter beinhaltet. Unter Variation der extrinsischen Scheinwerferparameter, in Figur 2 als Variation des Einbaugierwinkels des Scheinwerfers dargestellt, wird die optimale Ausprägung der extrinsischen Scheinwerferparameter durch Vergleich der Abweichung der gemessenen Eigenschaften des vorliegenden Scheinwerfers mit den Eigenschaften eines Soll- Scheinwerfers festgestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der optimale Einbaugierwinkel Ψ ορ ι des Scheinwerfers 1 ,9°. Der Wert der Fehlerfunktion an der optimalen Stelle gibt weiterhin Auskunft über eine Qualität bzw. Güte der Messung bzw. der durchgeführten Kalibrierung. Die Qualität ist abhängig von der Qualität der
Sensordaten des bereits kalibrierten Sensors. Im Ausführungsbeispiel bei Verwendung oben genannten Radarsensors ist durch Mittelung eine Genauigkeit von etwa 0,1° möglich.
Am Beispiel eines LED-Scheinwerfers stellt eine Abweichung von eine Obergrenze dar, da dieser Wert zusammen mit der Tatsache, dass die Lichtverteilung eines LED-Pixel einen Öffnungswinkel von 1° aufweist, bedeutet, dass im Mittel jeweils ein Versatz von einer Pixelspalte zum Sollwert auftritt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weicht die Lichtverteilung L L bei einem optimalen Gierwinkel Ψ ορ1 im Mittel mit einem Fehler von 0° von der Soll-Lichtverteilung SL ab, so dass jeder Kalibrierpunkt K1 bis Kn durch
Übernehmen des optimalen Gierwinkels Ψ ορ( korrekt beleuchtet wird.
Figur 3 zeigt ein Modell einer Gesamt-Lichtverteilung L ges eines der Scheinwerfer, einer Scheinwerferausrichtung und der Kalibrierpunkte K1 bis Kn nach einer Kalibrierung des Scheinwerfers in einer Draufsicht. Die Darstellung entspricht dabei der DIN-70000, wobei eine Längsposition POS L über einer Querposition POS Q abgetragen ist und ein
Fahrzeugursprung als Mitte der Fahrzeugvorderachse angenommen wird.
Die durchgezogenen Linien stellen einen idealisierten Kegel jeweils einer Pixelspalte dar, wobei die gestrichelt dargestellten Linien jeweils die Winkelhalbierende dieses Kegels zeigen. Die Winkelhalbierende zeigt somit den Ort, an welchem das Radarziel vorzugsweise positioniert wird.
Vorzugsweise werden die Kalibrierpunkte K1 bis Kn in nicht näher dargestellter Weise farbig markiert ausgegeben, wobei beispielsweise eine grüne zeigt, dass sich das jeweilige Radarziel im richtigen Kegel befindet. Eine Rotmarkierung kennzeichnet die Kalibrierpunkte K1 bis Kn dahingehend, dass sich ein Radarziel im falschen Kegel befindet.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich weiterhin nach dem Justieren und
Kalibrieren der ersten optischen Einheit, d. h. des Scheinwerfers, zur Kalibrierung einer als Kamera ausgebildeten zweiten optischen Einheit. Dabei wird an dem Zielobjekt O in nicht dargestellter Weise eine Reflexionsvorrichtung angeordnet, welche bei einer Beleuchtung mittels des Scheinwerfers ein charakteristisches Signal erzeugt, das mittels der Kamera erfasst wird. Anhand einer Ermittlung von Pixelkoordinaten dieser
Reflexionsvorrichtung im Kamerabild ist gleichzeitig eine Information über eine
Ausrichtung der Kamera gegeben.