DE10139010A1 - Verfahren zum Ansteuern eines Scheinwerfersystems zur Erzeugung eines Landstraßenlichts - Google Patents

Verfahren zum Ansteuern eines Scheinwerfersystems zur Erzeugung eines Landstraßenlichts

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Scheinwerfersystems für Fahrzeuge zur Erzeugung eines Landstraßenlichts. Das Scheinwerfersystem umfasst zwei Scheinwerfereinheiten (11, 12) mit je zwei im Querschnitt senkrecht zur Lichtabstrahlrichtung runden Lichtauskoppelelementen (1, 3) und zwei Lichtauskoppelelementen (2, 4) mit parallelen Seitenflächen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zum Erzeugen des Landstraßenlichts die Lichtauskoppelelemente so angesteuert, daß Licht nur über eines (2) der zwei Lichtauskoppelemente mit parallelen Seitenflächen und eines (3) der zwei runden Lichtauskoppelelemente abgestrahlt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Scheinwerfersystems für Fahrzeuge zur Erzeugung eines Landstraßenlichts. Das Scheinwerfersystem umfasst dabei zwei Scheinwerfereinheiten mit je zwei im Querschnitt senkrecht zur Lichtabstrahlrichtung runden Lichtauskoppelelementen und zwei Lichtauskoppelelementen mit parallelen Seitenflächen.
  • Bei herkömmlichen Scheinwerfersystemen kann eine begrenzte Anzahl von Lichtfunktionen von den einzelnen Lichtquellen des Scheinwerfersystems erzeugt werden. Diese Lichtfunktionen umfassen im wesentlichen ein Abblendlicht, ein Fernlicht sowie unter Umständen auch ein Nebellicht. Mit einem solchen bekannten Scheinwerfersystem läßt sich jedoch die Ausleuchtung der Umgebung nur sehr begrenzt an verschiedenartige Fahrsituationen und Wetterverhältnisse anpassen. Aufgrund der hohen Fahrzeugdichte kann das Fernlicht immer seltener benutzt werden, da durch dieses die Fahrer vorausfahrender und entgegenkommender Fahrzeuge geblendet werden. Daher wird inzwischen fast ausschließlich das Abblendlicht benutzt.
  • Aus diesem Grund gibt es das Bestreben, neue Scheinwerfersysteme einzuführen, mit denen Lichtfunktionen realisiert werden können, deren Lichtverteilung variabler ist und die besser den Fahr- und Umgebungsbedingungen angepaßt werden können. Solche neuen intelligenten Scheinwerfersysteme werden derzeit im Rahmen des sog. AFS- Projekts (Advanced Frontlightening System) von Fahrzeugherstellern und der Zulieferindustrie entwickelt. Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das ein im Rahmen dieses Projekts entwickeltes Scheinwerfersystem zur Erzeugung eines Landstraßenlichts ansteuert.
  • Bei einem bekannten Scheinwerfersystem, mit dem verschiedene Beleuchtungsfunktionen realisiert werden können, wurde die Blende eines Scheinwerfers mit Gasentladungslampe durch eine Walze ersetzt. Der Mantel der Walze ist in Abschnitte unterteilt, die jede eine andere Form aufweisen, und so die Hell-Dunkel-Grenze variabel gestaltet. Durch Drehung der Walze und Aktivierung von Halogenlampen in Zusatzreflektoren können verschiedene Lichtfunktionen realisiert werden.
  • Nachteilhaft an diesem System ist das hohe Gewicht des Scheinwerfersystems, insbesondere aufgrund der Walze und der zugehörigen Motorik. Außerdem stellen die begrenzten Lebensdauern der verschiedenen verwendeten Lichtquellen und der mit dem Auswechseln dieser Lichtquellen verbundene Aufwand ein Problem dar. Ferner führt die Summe der eingesetzten Lichtquellen bei einer Beschädigung des Scheinwerfers bei einem Unfall zu sehr hohen Reparaturkosten. Außerdem ist der Energiebedarf eines solchen Scheinwerfers sehr hoch.
  • Ein neuerer Ansatz verschiedenartige Lichtfunktionen in einem Scheinwerfersystem zu realisieren ist der Einsatz der Lichtleittechnik. Ein solcher Einsatz wurde in einem Artikel von Karsten Eichhorn: Das Zukunfts-Potential von Scheinwerfern mit Lichtleittechnik, ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 100 (1998) 5, vorgeschlagen. Bei einem solchen Scheinwerfersystem wird als Lichtquelle eine leistungsstarke Halogen- oder Gasentladungslampe verwendet. Über einen elliptischen Reflektor wird das von dieser Lichtquelle emittierte Licht in einen Lichtleiter eingekoppelt. Der Lichtleiter überträgt das Licht von der Ein- zur Auskoppeleinheit. Als Lichtleiter werden anorganische oder organische Gläser im Kern als Glas- oder Kunststoff-Faser verwendet. Auf der Lichtauskoppelseite des Lichtleiters befindet sich ein Lichtauskoppelelement, in welches das Licht des Lichtleiters eingekoppelt wird. Das Lichtauskoppelelement besitzt eine Optik mit abbildenden und streuenden Eigenschaften. Ein Beispiel für ein solches Lichtauskoppelelement ist in der EP 0 857 913 A2 beschrieben. Der Linsenkörper dieses Auskoppelelements besteht aus einem sog. kartesischen Oval (im folgenden auch als Kartoval bezeichnet). Bei einem Scheinwerfersystem mit Lichtleittechnik können unterschiedliche Lichtverteilungen durch das situationsbedingte Umschalten einzelner Lichtleiterarme verwirklicht werden.
  • Weitere Scheinwerfersysteme, die Lichtleittechnik verwenden, sind in den EP 0 562 279 B1, DE 299 09 033 U1, DE 43 41 801 A1 und der EP 0 426 337 A2 beschrieben. Ein weiteres Scheinwerfersystem, bei welchem verschiedene Lichtfunktionen ohne die Verwendung der Lichtleittechnik verwirklicht werden, ist in der DE 198 43 817 A1 beschrieben.
  • Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein Scheinwerfersystem verwendet, das zwei Scheinwerfereinheiten umfasst (rechter und linker Scheinwerfer), die je zwei im Querschnitt senkrecht zur Lichtabstrahlrichtung runde Lichtauskoppelelemente und je zwei Lichtauskoppelelemente mit parallelen Seitenflächen aufweisen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines Scheinwerfersystems der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch das ein Landstraßenlicht erzeugt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen ergeben.
  • Erfindungsgemäß werden zum Erzeugen des Landstraßenlichts die Lichtauskoppelelemente so angesteuert, daß Licht nur über eines der zwei Lichtauskoppelelemente mit parallelen Seitenflächen und eines der zwei runden Lichtauskoppelelemente abgestrahlt wird. Durch diese Ansteuerung kann eine Lichtverteilung erzielt werden, die beim Befahren der Landstraße besonders vorteilhaft ist. Insbesondere ist der Übergang von Hell zu Dunkel sehr scharf abgegrenzt, wobei auch der Verkehrsraum neben der Straße gut ausgeleuchtet wird. Hierdurch können Objekte im Verkehrsraum, wie z. B. Fußgänger, Radfahrer oder Hindernisse, sehr gut erkannt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das abgestrahlte Licht eine bezüglich der Fahrtrichtung asymmetrische Verteilung auf, wobei eine Ausleuchtung mit größerer Reichweite auf der vom Gegenverkehr abgewandten Seite erzeugt wird. Durch die asymmetrische Lichtverteilung werden Fahrer entgegenkommender Fahrzeuge weniger geblendet.
  • Das runde Lichtauskoppelelement ist vorteilhaft eine Fresnellinse, es kann aber auch ein rotationssymmetrisches kartesisches Oval sein.
  • Außerdem kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise ein Kurvenlicht erzeugt werden. Hierfür wird das runde Lichtauskoppelelement in Richtung einer Änderung der Fahrtrichtung verschwenkt. Hierdurch kann der Straßenverlauf auch in Kurven sehr gut verfolgt werden. Außerdem wird bei Rechtsverkehr der Gegenverkehr in Rechtskurven, bei Linksverkehr in Linkskurven, weniger geblendet.
  • Der Schwenkwinkel ist dabei vorteilhafterweise abhängig vom Radius der gefahrenen Kurve. Die Verschwenkung kann in einem Bereich zwischen 10° und 30° erfolgen.
  • Gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die lichtabstrahlenden Lichtauskoppelelemente, die beim Erzeugen des Landstraßenlichts angesteuert werden, in einer Horizontalebene angeordnet. Das Licht wird in die Lichtauskoppelelemente vorteilhafterweise über Lichtleiter eingekoppelt. Hierdurch kann das Scheinwerfersystem sehr gut an die vorhandenen Bauraumverhältnisse des Fahrzeugs angepaßt werden. Außerdem können über die variable Einkopplung des Lichts einer Lichtquelle in verschiedene Lichtleiter mehrere Lichtfunktionen mit einer Lichtquelle realisiert werden. Vorteilhafterweise werden die sich entsprechenden Lichtauskoppelelemente der beiden Scheinwerfereinheiten, d. h. des rechten und des linken Scheinwerfers, je von einer gemeinsamen Lichtquelle angesteuert.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen erläutert.
  • Fig. 1 zeigt die Lichtauskoppelelemente bzw. die Linse, die bei dem Scheinwerfersystem verwendet wurden,
  • Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des Scheinwerfersystems mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wurde,
  • Fig. 3 zeigt die Lichtemission beim Erzeugen des Landstraßenlichts und
  • Fig. 4 zeigt die Lichtverteilung beim Erzeugen des Landstraßenlichts.
  • Das Scheinwerfersystem, welches über das erfindungsgemäße Verfahren angesteuert wird, ist schematisch in Fig. 2 gezeigt, die dabei verwendeten Lichtauskoppelelemente sind in Fig. 1 gezeigt. Es umfasst zwei Scheinwerfereinheiten 11 und 12, die den rechten und linken Scheinwerfer des Fahrzeugs bilden. Die Scheinwerfereinheiten 11 und 12 werden über die Lichtquellen 5 und 6 mit Licht versorgt. Als Lichtquellen werden leistungsstarke Gasentladungslampen verwendet. Außerdem ist auch der Einsatz von leistungsstarken Halogenlampen möglich.
  • Das von der Lichtquelle 5 emittierte Licht kann über eine Weiche 13 in den Lichtleiter 7 oder in den Lichtleiter 8 eingekoppelt werden. Außerdem kann das Licht auch in beide Lichtleiter 7 und 8 gleichzeitig eingekoppelt werden. Gleichermaßen kann das von der Lichtquelle 6 emittierte Licht über die Weiche 14 in den Lichtleiter 9 oder den Lichtleiter 10 oder in beide Lichtleiter 9 und 10 gleichzeitig eingekoppelt werden. Die Weichen 13 und 14 können beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß ein Motor den Reflektor der Lichtquelle 5 bzw. der Lichtquelle 6 verschwenkt und so Licht in den jeweiligen Lichtleiter eingekoppelt wird.
  • Die Lichtleiter 7 bis 10 bestehen aus einer großen Anzahl (bit zu 100 000) Zylindern, die sehr lang und biegsam sind. Die einzelnen Zylinder sind von einem Mantel umgeben, der das zu leitende Licht nicht austreten läßt. Als Material für die lichtleitende Faser des Lichtleiters kommt Glas oder Kunststoff, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA) in Frage. Ein Zylinder hat ungefähr eine Dicke von 50 bis 70 µm. Durch Bündeln der Zylinder ergibt sich ein flexibler lichtleitender Schlauch, der zum Schutz mit einem ebenfalls flexiblen Schlauch ummantelt ist. Für die Einkopplung des Lichts von den Lichtquellen 5 und 6 wird ein kreisrunder Querschnitt auf der Einkoppelseite der Lichtleiter 7 bis 10 verwendet. Der Auskoppelquerschnitt der Lichtleiter 7 bis 10 richtet sich nach dem Licht, das über die Lichtauskoppelelemente 1 bis 4 auf die Fahrbahn projiziert werden soll. Als Querschnitte wurden dabei ein Oval, ein Dreieck und ein Zwickel verwendet.
  • Pro Scheinwerfereinheit 10 und 11 wurden vier Lichtauskoppelelemente 1 bis 4 verwendet. Sie sind in Fig. 1 gezeigt.
  • Das Lichtauskoppelelement 1 ist ein rotationssymmetrisches kartesisches Oval. Es wird im folgenden als rotationssymmetrisches Kartoval 1 bezeichnet. Es weist eine senkrecht zur Lichtemissionsrichtung angeordnete Lichteinkoppelfläche auf, die mit der Auskoppelfläche des Lichtleiters 7 in Verbindung steht, wobei der Lichtleiter 7 sowohl das rotationssymmetrische Kartoval 1 der rechten Scheinwerfereinheit 11 als auch das rotationssymmetrische Kartoval der linken Scheinwerfereinheit 12 mit Licht der Lichtquelle 5 versorgt, sofern diese über die Weiche 13 angesteuert werden. Der Linsenkörper des rotationssymmetrischen Kartovals 1 ist im Querschnitt senkrecht zur Lichtabstrahlrichtung rund. Dabei ist die Lichtaustrittsfläche bezüglich einer vertikalen Ebene konvexförmig ausgebildet. Das rotationssymmetrische Kartoval 1 kann auch von einer sog. Fresnellinse ersetzt werden.
  • Ferner umfasst das Scheinwerfersystem zwei planparallele kartesische Ovale 2 und 4, die im folgenden als großes planparalleles Kartoval 2 und als kleines planparalleles Kartoval 4 bezeichnet werden. Die großen planparallelen Kartovale 2 der rechten und linken Scheinwerfereinheit 11, 12 werden über den Lichtleiter 8 mit Licht der Lichtquelle 5 versorgt. Hierzu besitzt es eine senkrecht zur Lichtabstrahlrichtung angeordnete Lichteinkoppelfläche. Außerdem besitzt das große planparallele Kartoval 2 voneinander beabstandete parallele Seitenflächen, die vorderseitig einen bogenförmigen Kantenverlauf aufweisen. Die Vorderkante dieses Kartovals 2 ist konvex. Über sie erfolgt die Lichtabstrahlung.
  • Die kleinen planparallelen Kartovale 4 der rechten und linken Scheinwerfereinheit 11, 12 werden über den Lichtleiter 9 mit Licht der Lichtquelle 6 versorgt. Der Aufbau des kleinen planparallelen Kartovals 4 entspricht dem des großen planparallelen Kartovals 2, außer daß es kleiner ist.
  • Außerdem weist das Scheinwerfersystem ein weiteres rundes Lichtauskoppelelement 3 auf. Dieses kann entweder von einem weiteren rotationssymmetrischen Kartoval gebildet werden oder von einer Fresnellinse. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wurde eine Fresnellinse 3 verwendet.
  • Die Lichtauskoppelelemente 1 bis 4 bestehen aus einem hochtransparenten Material, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA).
  • Die Lichtauskoppelelemente 1, 2 und 3 sind in einer horizontalen Ebene angeordnet, das Lichtauskoppelelement 4 ist unterhalb dieser Ebene angeordnet. Durch die planparallelen Kartovale 2 und 4 wird eine symmetrische Lichtverteilung erzeugt, durch das rotationssymmetrische Kartoval 1 und die Fresnellinse 3 werden hingegen asymmetrische Komponenten für eine gewünschte Lichtverteilung erzeugt. Im folgenden wird die erfindungsgemäße Ansteuerung der vier Lichtauskoppelelemente 1 bis 4 zur Erzeugung eines Landstraßenlichts erläutert.
  • Die Weiche 13 wird so geschaltet, daß das Licht der Lichtquelle 5 in den Lichtleiter 8 eingespeist wird, so daß das Licht der Lichtquelle 5 über das große planparallele Kartoval 3 abgestrahlt wird. Die Weiche 14 wird so geschaltet, daß das Licht der Lichtquelle 6 in den Lichtleiter 10 eingekoppelt wird, so daß das Licht dieser Lichtquelle über die Fresnellinse 3 abgestrahlt wird. In Fig. 3 ist das Nachtdesign gezeigt, das durch diese Ansteuerung erzielt wird. In Fig. 4 ist die Lichtverteilung gezeigt, die in Bezug auf die Straße 15 erzeugt wird. Dabei ist die Hell-Dunkel-Grenze mit 16 bezeichnet. Man erkennt, daß die außenliegenden Fresnellinsen 3 sowie das in der gleichen Horizontalebene liegende große planparallele Kartoval 2 leuchten.
  • Die in Fig. 4 gezeigte Lichtverteilung weist dabei folgende Merkmale auf: Der Straßenverlauf sowie im Verkehrsraum befindliche Verkehrszeichen und andere Objekte, wie z. B. Fußgänger, Radfahrer oder Hindernisse, sind gut erkennbar. Dabei ist die Blendung anderer Verkehrsteilnehmer gering. Die Lichtverteilung ist asymmetrisch und weist auf der Beifahrerseite eine Reichweite von ca. 150 m auf.
  • Außerdem wird bei einer Kurvenfahrt ein dynamisches Kurvenlicht realisiert. Hierfür wird die Halterung der Fresnellinse 3 so angesteuert, daß sie um eine vertikale Achse in Richtung der Änderung der Fahrtrichtung verschwenkt wird. Die Richtung des über die Fresnellinse 3 abgestrahlten Lichts weicht somit um einen bestimmten Winkel von der Fahrtrichtung ab, so daß die befahrene Kurve ausgeleuchtet wird. Der Schwenkwinkel liegt dabei in einem Bereich zwischen 10° und 30°, insbesondere bei 20° in kurveninnere Richtung. Vorteilhafterweise erfolgt die Ansteuerung so, daß der Schwenkwinkel vom Lenkradwinkel abhängig ist. Das große planparallele Kartoval 2 kann dabei entweder unbeeinflußt bleiben oder über eine mechanische Kopplung an die Fresnellinse 3 zusammen mit dieser verschwenkt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Ansteuern eines Scheinwerfersystems für Fahrzeuge zur Erzeugung eines Landstraßenlichts, wobei das Scheinwerfersystem zwei Scheinwerfereinheiten (11, 12) umfasst mit je zwei im Querschnitt senkrecht zur Lichtabstrahlrichtung runden Lichtauskoppelelementen (1, 3) und zwei Lichtauskoppelelementen (2, 4) mit parallelen Seitenflächen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen des Landstraßenlichts die Lichtauskoppelelemente so angesteuert werden, daß Licht nur über eines (2) der zwei Lichtauskoppelelemente mit parallelen Seitenflächen und eines (3) der zwei runden Lichtauskoppelelemente abgestrahlt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgestrahlte Licht eine bezüglich der Fahrtrichtung asymmetrische Verteilung (16) aufweist, wobei eine Ausleuchtung mit größerer Reichweite auf der vom Gegenverkehr abgewandten Seite erzeugt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das runde lichtabstrahlende Lichtauskoppelelement eine Fresnellinse (3) ist.
4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das runde lichtabstrahlende Lichtauskoppelelement (3) zum Erzeugen eines Kurvenlichts in Richtung einer Änderung der Fahrtrichtung verschwenkt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel vom Radius der gefahrenen Kurve abhängig ist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkung in einem Bereich zwischen 10° und 30° erfolgt.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabstrahlenden Lichtauskoppelelemente (3, 2) in einer Horizontalebene angeordnet sind.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht in die Lichtauskoppelelemente (1 bis 4) über Lichtleiter (7 bis 10) eingekoppelt wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich entsprechenden Lichtauskoppelelemente (1 bis 4) der beiden Scheinwerfereinheiten (11, 12) je von einer gemeinsamen Lichtquelle (5 bzw. 6) angesteuert werden.
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