DE102007021674B4

DE102007021674B4 - Verfahren zur Steuerung der optischen Achse eines Fahrzeugscheinwerfers

Info

Publication number: DE102007021674B4
Application number: DE102007021674.4A
Authority: DE
Inventors: Bernd Jahrsau; Karsten Dierks
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: DE102007021674A1; WO2008138434A1

Abstract

Verfahren zur Einstellung der optischen Achse (AO) eines Fahrzeugscheinwerfers, welches auf Basis eines Signals der Fahrzeugneigung (N) die optische Achse (AO) des Fahrzeugscheinwerfers in vertikaler Richtung einstellt, wobei die Fahrzeugneigung (N) aus wenigstens einem Signal eines Höhensensors, der die Lage des Fahrzeugs in Bezug zu einer Referenzebene misst, berechnet wird, wobei die Messdaten der Fahrzeughöhe und/oder die berechnete Fahrzeugneigung (N) und/oder ein Stellsignal für die Einstellung der optischen Achse gefiltert werden, wobei die Filterung mit unterschiedlichen, wählbaren Zeitkonstanten (T) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dassdie Signale von wenigstens zwei Drehzahlsensoren an verschiedenen Fahrzeugrädern aufgenommen werden, wobei die Differenz der Raddrehzahlen, der Radgeschwindigkeit oder der Radbeschleunigung der Einzelräder gebildet wird und auf Basis dieser Differenz die Zeitkonstante des Filters (T) gewählt wird, und dasszur Ermittelung der Differenz die Radbeschleunigung aller Fahrzeugräder ausgewertet und die größte Differenz (Diff) zwischen den jeweiligen Radbeschleunigungen zur Ermittelung der Filterzeitkonstante (T) genutzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der optischen Achse eines Fahrzeugscheinwerfers.
Es ist allgemein vorbekannt, die optische Achse von Fahrzeugscheinwerfern in Relation zur Fahrzeugachse vertikal zu verstellen, um eine gewünschte Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug zu erreichen, so dass ausreichend Sicht für den Fahrzeugführer gegeben ist und eine Blendung entgegenkommender Fahrzeuge vermieden wird. In zunehmendem Maße werden hierfür automatisch arbeitende Systeme verwendet, welche die optische Achse im Stillstand und während der Fahrt auf eine gewünschte Lage einregeln.
Vorbekannt ist aus der EP 0 825 063 B1 eine Einrichtung zur automatischen Steuerung der Lage der optischen Achse eines Scheinwerfers. Die Einrichtung berechnet die Fahrzeugneigung aus der Messung des jeweiligen Abstandes der Karosserie zur vorderen und zur hinteren Fahrzeugachse mittels zweier Höhensensoren. Aus der Fahrzeugneigung wird ein entsprechender Ansteuerwinkel für die Scheinwerfer generiert, um eine gleichmäßige Ausleuchtung im Falle unterschiedlicher Beladung und bei Brems- bzw. Beschleunigungsvorgängen zu erreichen. Problematisch ist bei automatischen Verstellsystemen die Verstellgeschwindigkeit der Scheinwerfer. Bei einer Änderung der Fahrzeugneigung durch Brems- und Beschleunigungsvorgänge sollte die Verstellung möglichst dynamisch erfolgen, während bei Vibrationen des Fahrzeuges, beispielsweise durch eine unebene Fahrbahn, die Scheinwerferverstellung möglichst nicht den Fahrzeugvibrationen folgen soll. Hierfür ist es bekannt, für Mess- oder Stellgrößen Datenfilter mit verschiedenen Filterkonstanten zu verwenden. Die EP 0 825 063 B1 beschreibt hierzu die Verwendung von 3 verschiedenen Filtern, welche in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung ausgewählt werden. Bei Fahrzeugstillstand bzw. bei sehr geringer Geschwindigkeit und bei starker aus der Geschwindigkeitsdifferenz berechneter Fahrzeugbeschleunigung wird ein entsprechend dynamisches Filter gewählt, so dass die Scheinwerfer demgemäss schnell der Fahrzeugneigung folgen können. Zusätzlich weist die Einrichtung eine Straßenzustandsbestimmungseinrichtung auf, welche in Abhängigkeit von den Werten wenigstens eines Höhensensors und eines vertikalen Beschleunigungssensors den Straßenzustand bewertet und ein weniger dynamisches Filter auswählt, wenn auf Basis der Varianz der Höhendaten bestimmt wird, dass das Fahrzeug auf einer unebenen Straße fährt. Für die Straßenzustandsbestimmung werden dabei die bereits erfolgten Regelvorgänge, z. B. die pro Intervall erzeugten Winkellageabweichungen bzw. die im Beurteilungsintervall gemessenen Höhenabweichungen, bewertet. Die Umschaltung der Filter erfolgt damit langsam und es bedarf einer Anzahl von Vibrationen, bis eine Umschaltung der Filter stattfindet. Einzelne Fahrbahnunebenheiten einer vorher eben verlaufenden Straße werden nicht ausgeregelt.
Weiterhin vorbekannt ist aus der EP 0 803 401 B1 eine Einrichtung zur automatischen Steuerung der optischen Achse eines Scheinwerfers. Die Ermittlung der Fahrzeugneigung erfolgt dabei auf Basis des Messwertes lediglich eines Höhensensors an einer Fahrzeuglängsseite, wobei der Höhenwert an der anderen Fahrzeuglängsseite auf Basis des ersten gemessenen Wertes geschätzt wird. Eine Erkennung des Fahrbahnzustandes ist nicht vorgesehen. Bei Einrichtungen zur automatischen Steuerung der optischen Achse von Scheinwerfern, die mit einem einzelnen Höhensensor zur Erkennung der Fahrzeugneigung ausgestattet sind, ist eine Erkennung von Fahrbahnunebenheiten ohne zusätzliche Sensorik zur Messung der Vertikalbeschleunigung schwierig, da sich die Fahrbahnunebenheiten in lediglich einem Sensorsignal abbilden und eine Neigungsschätzung nicht über die Höhendaten eines weiteren Sensors verifiziert werden kann.
Vorbekannt ist aus der EP 1 527 950 A1 ein Verfahren zur Einstellung der optischen Achse eines Scheinwerfers. Ein Fahrzeuglagesignal wird mit Filtern verschiedener Zeitkonstanten gefiltert und als Basis für die Einstellung der optischen Achse der Scheinwerfer verwendet. Ein für die Straßenunebenheiten repräsentatives Signal wird zur Festlegung der Filterzeitkonstanten genutzt. Die Beurteilung des Straßenzustandes erfolgt durch Ermittlung der Abweichung des ungefilterten vom gefilterten Fahrzeuglagesignals.
Vorbekannt ist aus der DE 196 26 398 B4 , mittels einer Varianzanalyse der Radbeschleunigungen und der Filterung der hochfrequenten Anteile eine Fahrbahnzustandserkennung durchzuführen, um für das ABS einer Fahrzeugbremse optimierte Daten für den Fahrbahnuntergrund bereitzustellen.
Vorbekannt ist aus der DE 38 12 600 A1 eine Antischlupfregelung, bei der Raddrehzahlen verschiedener Räder ausgewertet werden und eine Erkennung von Fahrbahnunebenheiten auf Basis der Radgeschwindigkeiten vorgenommen wird. Vorzugsweise werden dabei die Radgeschwindigkeiten jeweils einer Achse voneinander subtrahiert. Die Bewertung der Differenz der Radgeschwindigkeiten einer Achse führt zu einem Maß für die Fahrbahnunebenheit. Aus der Differenz der Radgeschwindigkeiten der vorderen zur hinteren Achse wird ein Schlupfwert gebildet, welcher für die Antischlupfregelung verwendet wird. Eine Neigungsberechnung oder eine Auswertung einzelner Fahrbahnunebenheiten aus der Differenz der Geschwindigkeiten der vorderen und hinteren Räder findet nicht statt.
Weitere Beispiele für bekannte Leuchtweitenregelungsverfahren sind in der EP 0 355 539 A2 und in der DE 44 37 949 C1 offenbart.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die optische Achse eines Scheinwerfers so zu steuern, dass eine gleichbleibend gewünschte Ausleuchtung vor dem Fahrzeug erzielt wird, wobei die Auswirkung von Beladungsänderungen und Fahrzeugneigungen durch Brems- und Beschleunigungsvorgänge ausgeregelt werden. Die Anpassung der optischen Achse des Scheinwerfers an die aktuelle Fahrzeugneigung soll dabei hochdynamisch erfolgen und ohne zusätzliche Beschleunigungsaufnehmer auskommen, wobei sporadische Neigungsänderungen des Fahrzeuges durch Fahrbahnunebenheiten keinen Stelleingriff zur Verstellung der optischen Achse des Fahrzeugscheinwerfers verursachen sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Figuren anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.
Hierbei zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges mit einer Leuchtweitenregulierung,
2 eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Einstellung der optischen Achse eines Scheinwerfers,
3 ein Diagramm der Filterzeitkonstante in ihrem zeitlichen Verlauf.

Anhand von 1 sind in einer Prinzipskizze die geometrischen Zuordnungen der einzelnen Größen für die Leuchtweitenregulierung dargestellt. Eine schematisch dargestellte Straße S bildet dabei mit ihrer Oberfläche eine Bezugsebene. Anhand dieser Bezugsebene wird die Fahrzeughöhe zu einem definierten Punkt an der Fahrzeugkarosserie bestimmt. Für die Ermittlung der Neigung einer horizontalen Fahrzeugachse FA wird eine Höhe an der hinteren Fahrzeugkarosserie H_hinten und eine Höhe an der vorderen Fahrzeugkarosserie H_vorn bestimmt. In einer bevorzugten Ausführung wird die hintere Höhe H_hinten gemessen und die vordere Höhe H_vorn aus der Beschleunigung des Fahrzeuges, beispielsweise über eine Kennlinie, bestimmt.
Die Höhe der Fahrzeugkarosserie kann gegenüber der Oberfläche der Straße S als Bezugsebene gemessen werden, es kann gleichfalls in einer nicht dargestellten Ausführung eine Messung der Höhe der Karosserie gegenüber der jeweiligen Fahrzeugachse F_Achse erfolgen. Weiterhin dargestellt ist die optische Achse AO des Scheinwerfers. Die Neigung dieser optischen Achse AO wird gegenüber der horizontalen Achse des Fahrzeuges FA bestimmt. Ziel der Leuchtweitenregulierung ist es, auf der Straße S vor dem Fahrzeug eine gewünschte Ausleuchtung gleichmäßig sicherzustellen. Bei einer Änderung der Fahrzeugachse FA gegenüber der Oberfläche der Straße S wird über Aktoren die Neigung der optischen Achse AO des Scheinwerfers angepasst, um eine gleichmäßige Ausleuchtung sicherzustellen.
In 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockschaltbildes dargestellt. Einem ersten Block B1 liegt ein gemessenes Höhensignal der Fahrzeugkarosserie gegenüber einer Bezugsebene, vorzugsweise der Fahrzeughöhe des Fahrzeughecks H_hinten gegenüber der Straßenoberfläche an. Weiterhin liegt dem Block B1 der Radstand und ein Beschleunigungssignal des Fahrzeuges a_Fzg an. Aus dem Beschleunigungssignal des Fahrzeuges a_Fzg wird über eine vorher bestimmte Kennlinie die Höhe der vorderen Fahrzeugkarosserie H_vorn gegenüber derselben Bezugsebene wie für die Messung des Höhensignals angenommen ermittelt. Weiterhin liegt dem Block B1 der Radstand des Fahrzeuges an. Bei einer Messung der Karosseriehöhe über den Fahrzeugachsen F_Achse wird diese genutzt, um die Fahrzeugneigung zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform wird aus dem gemessenen Höhensignal des Fahrzeughecks H_hinten zur Bezugsebene und aus der Höhe eines vorderen Fahrzeugkarosserieteils H_vorn, welche aus der Fahrzeugbeschleunigung a_Fzg ermittelt wird, die Neigung des Fahrzeugs gegenüber der Bezugsebene berechnet. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann die Neigung des Fahrzeugs N_Fzg durch Messung der vorderen H_vorn und der hinteren Fahrzeughöhe H_hinten berechnet werden. In einem Block B2, dem die berechnete Fahrzeugneigung N_Fzg am Eingang anliegt, wird aus dieser eine für die gewünschte Ausleuchtung der Fahrbahn notwendige Neigung der optischen Achse des Scheinwerfers N_{opt_Achse} ermittelt. Die Neigung der optischen Achse des Scheinwerfers N_{opt_Achse} wird nachfolgend mit einem Filter mit einer Zeitkonstante T_Filter geglättet, wobei die Zeitkonstante des Filters T_Filter die Dynamik eines am Ausgang des Blocks B3 erzeugten Signals N_Filter_{opt_Achse} bestimmt. Das gefilterte Signal der Scheinwerferneigung N_Filter_{opt_Achse} dient als Stellgröße für die Ansteuerung der Aktoren des Scheinwerfers. Entsprechend dieses Neigungswertes werden die Verstellaktoren des Scheinwerfers angesteuert. Das Filter besteht in einem einfachen Fall aus einem Mittelwertbilder, wobei die Zeitkonstante den Zeitraum und damit die Anzahl der in die Mittelwertbildung eingehenden Abtastpunkte bestimmt. In einer weiteren Ausführungsform besteht das Filter aus einem digitalen PT1-Tiefpass-Filter. Eine große Filterzeitkonstante T_Filter bewirkt dabei eine hohe Signalglättung, so das sich einzelne kurzzeitige Änderungen der Fahrzeugneigung N_Fzg, welche beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten hervorgerufen werden, nicht spürbar auf das gefilterte Signal N_Filter_{opt_Achse} auswirken. Das Filter kann in einer äquivalenten Ausführungsform einen gewichteten Mittelwert bilden. Für die erfindungsgemäße Lösung ist es notwendig, dass das Filter eine einstellbare Filterzeitkonstante T_Filter aufweist oder parallel nebeneinander Filter mit verschiedenen Zeitkonstanten T_Filter berechnet werden, wobei zwischen diesen umgeschaltet werden kann. Mit der Umschaltung der Filterzeitkonstante T_Filter werden verschiedene Signalglättungen eingestellt. Zur Auswahl der wirksamen Filterzeitkonstante T_Filter wird in einem Block B4 die Differenz der Radbeschleunigung der Einzelräder, welche aus den Raddrehzahlen oder Radgeschwindigkeiten der Räder vorn links n_{Rad_vl}, vorn rechts n_{Rad_vr}, hinten links n_{Rad_hl}, hinten rechts n_{Rad_hr} gebildet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Raddrehzahlen aller vier Räder genutzt und es wird eine maximale Differenz der Radbeschleunigungen Diff_{max_a} gebildet. In einer äquivalenten Ausführung werden wenigstens die Signale zweier Raddrehzahlsensoren ausgewertet, um die aus den Raddrehzahlen gewonnene Differenz der Radbeschleunigungen Diff_{max_a} zu bilden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung stammt dabei wenigstens ein Signal von einem vorderen Fahrzeugrad, da sich Fahrbahnunebenheiten zuerst in einer Änderung der Beschleunigung der vorderen Fahrzeugräder abbilden. Wenn eine Fahrbahnunebenheit bereits anhand der Abweichung der Radbeschleunigung der vorderen Fahrzeugräder erkannt wird, ist die Zeit ausreichend, um das Filter auf eine größere Filterzeitkonstante T_Filter zu schalten, bevor sich die Höhenänderung der Fahrzeugkarosserie im Stellsignal zur Betätigung des Aktors, welcher die optische Achse des Fahrzeugscheinwerfers verstellt, auswirkt. Die Nutzung der Radbeschleunigung zur Bildung eines Kriteriums für die Festlegung der Filterzeitkonstante T_Filter stellt hierbei eine bevorzugte Ausführungsform dar. In einer äquivalenten Ausführungsform können in gleicher Weise die Raddrehzahlen selbst oder die Radgeschwindigkeiten genutzt werden. Die Radgeschwindigkeit kann beispielsweise direkt über die Auswertung der ABS-Sensoren gewonnen werden, indem die zeitlich aufeinanderfolgenden Impulse der den ABS-Sensoren zugeordneten Geberräder ausgewertet werden. Die Raddrehzahlen sind ebenfalls über die Auswertung der ABS-Sensoren ermittelbar. Die Radbeschleunigung wird bevorzugt durch Differentiation der Radgeschwindigkeit erhalten.
3 zeigt in einem Diagramm die Umschaltung der Filterzeitkonstanten T_Filter in ihrem zeitlichen Verlauf. Auf der Abszisse ist dabei die Zeit t aufgetragen, wobei die einzeln markierten Zeitpunkte t₁-t₄ Ereignisse bezeichnen, an welchen die Differenz der Radbeschleunigungen Diff_{max_a} gegenüber einem Schwellwert SW diesen übersteigt bzw. unter den Schwellwert SW fällt. Zum Zeitpunkt t₁ überschreitet die Differenz der Radbeschleunigungen Diff_{max_a} den Schwellwert SW und die Filterzeitkonstante T_Filter wird sprunghaft erhöht. Es erfolgt dadurch eine starke Glättung des Ansteuersignals für die Einstellung der optischen Achse AO der Scheinwerfer. Eine Änderung der Fahrzeugneigung N_Fzg und der darauf basierend berechneten Neigung der optischen Achse N_{opt_Achse} wirkt sich damit nur gering auf das durch das gefilterte Neigungssignal N_Filter_{opt_Achse} bestimmte Stellsignal für die Stellung der Fahrzeugscheinwerfer aus. Einzelne kurzzeitige Änderungen der Fahrzeughöhe zur Oberfläche der Straße, welche durch den Einfluss von Fahrbahnunebenheiten hervorgerufen werden, wirken sich damit nur sehr gering im gefilterten Neigungssignal N_Filter_{opt_Achse} zur Einstellung der optischen Achse der Scheinwerfer aus. Zum Zeitpunkt t₂ unterschreitet die Differenz der Radbeschleunigungen Diff_{max_a} den Schwellwert SW. Um nicht zwischen zwei Fahrbahnunebenheiten das Filter auf geringere Filterzeitkonstanten T_Filter zu schalten, wird die Filterzeitkonstante T_Filter nur langsam, vorzugsweise nach einer Rampenfunktion erniedrigt. Zum Zeitpunkt t₃ überschreitet die Differenz der Radbeschleunigungen Diff_{max_a} den Schwellwert SW erneut und die Filterzeitkonstante T_Filter wird wieder auf einen Wert gesetzt, der eine stärkere Glättung des Neigungssignals der optischen Achse N_{opt_Achse} bewirkt. In der Folgezeit unterschreitet ab dem Zeitpunkt t₄ die Differenz der Radbeschleunigungen Diff_{max_a} den Schwellwert SW und wird gemäß der Rampenfunktion auf einen Wert geringerer Zeitkonstanten T_Filter zurückgeführt, so dass nach einer Zeitspanne, welche durch den Anstieg der Rampe bedingt ist, die Filterzeitkonstante T_Filter wieder auf einen kleineren Wert abgesunken ist, so dass sich Änderungen der Fahrzeugneigung N_Fzg schneller im gefilterten Neigungssignal N_Filter_{opt_Achse} niederschlagen. Beispielhaft kann ein PT1-Tiefpass-Filter mit der komplexen Übertragungsfunktion im Bildbereich $G (s) = \frac{K}{1 + T_{F i l t e r} \cdot s}$
verwendet werden, wobei K der Verstärkungsfaktor der Übertragungsfunktion ist. Die Dynamik des Filters wird durch die Filterzeitkonstante T_Filter bestimmt, wobei in einem bevorzugten Bereich die Filterzeitkonstanten zwischen 0,01 und 2 Sekunden gewählt werden, um in Abhängigkeit von der Differenz der Radbeschleunigungen der Einzelräder eine gewünschte Verstelldynamik für die Scheinwerfer zu erreichen.

Claims

Verfahren zur Einstellung der optischen Achse (AO) eines Fahrzeugscheinwerfers, welches auf Basis eines Signals der Fahrzeugneigung (N_Fzg) die optische Achse (AO) des Fahrzeugscheinwerfers in vertikaler Richtung einstellt, wobei die Fahrzeugneigung (N_Fzg) aus wenigstens einem Signal eines Höhensensors, der die Lage des Fahrzeugs in Bezug zu einer Referenzebene misst, berechnet wird, wobei die Messdaten der Fahrzeughöhe und/oder die berechnete Fahrzeugneigung (N_Fzg) und/oder ein Stellsignal für die Einstellung der optischen Achse gefiltert werden, wobei die Filterung mit unterschiedlichen, wählbaren Zeitkonstanten (T_Filter) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale von wenigstens zwei Drehzahlsensoren an verschiedenen Fahrzeugrädern aufgenommen werden, wobei die Differenz der Raddrehzahlen, der Radgeschwindigkeit oder der Radbeschleunigung der Einzelräder gebildet wird und auf Basis dieser Differenz die Zeitkonstante des Filters (T_Filter) gewählt wird, und dass zur Ermittelung der Differenz die Radbeschleunigung aller Fahrzeugräder ausgewertet und die größte Differenz (Diff_{max_a}) zwischen den jeweiligen Radbeschleunigungen zur Ermittelung der Filterzeitkonstante (T_Filter) genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Differenz der Raddrehzahlen, der Radgeschwindigkeiten oder der Radbeschleunigung der jeweiligen Einzelräder zwischen wenigstens zwei Filterzeitkonstanten (T_Filter) umgeschalten wird, wobei beim Überschreiten eines definierbaren Schwellwertes der Differenz eine Filterfrequenz mit größerer Filterzeitkonstante (T_Filter) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Differenz der Raddrehzahlen, der Radgeschwindigkeiten oder der Radbeschleunigung der Einzelräder die Filterzeitkonstanten (T_Filter) verändert wird, wobei bei ansteigender Differenz die Filterfrequenz in Richtung größerer Filterzeitkonstanten (T_Filter) verschoben wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erhöhung der Differenz die Filterzeitkonstante schnell erhöht wird und bei einer Verringerung der Differenz die Filterzeitkonstante langsamer, vorzugsweise nach einer abklingenden Rampenfunktion, vermindert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal der Fahrzeugneigung (N_Fzg) aus lediglich einem Höhensensor ermittelt wird, wobei zur Berechnung der Neigung ein zweiter Höhenwert des Fahrzeugs zu einer Referenzebene aus der Fahrzeugbeschleunigung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhensensor am in Fahrtrichtung hinteren Fahrzeugende einen Höhenwert (H_hinten) gegenüber einer Referenzebene misst und die Fahrzeughöhe vorn (H_vorn) gegenüber derselben Referenzebene aus der Fahrzeugbeschleunigung abgeleitet wird, wobei zur Ermittelung der Differenz der Raddrehzahlen, Radgeschwindigkeiten oder Radbeschleunigung wenigstens ein Messwert eines Radsensors an den vorderen Rädern genutzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittelung der Differenz die Radbeschleunigung der jeweiligen Fahrzeugräder ausgewertet werden.