DE102007050374B4

DE102007050374B4 - Fahrzeugscheinwerfer und Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugscheinwerfers

Info

Publication number: DE102007050374B4
Application number: DE102007050374.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ackermann Ralf; Dr.-Ing. Frisch Arnulf; Dr.-Ing. Griesinger Manfred; Dr.rer.nat. Moisel Jörg; Ernst-Olaf Rosenhahn; Dr. Schlöder Ulrike
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: DE102007050374A1

Abstract

Fahrzeugscheinwerfer (2) mit einer optischen Abbildungsvorrichtung, die mindestens eine Freiformfläche (7) zur optischen Abbildung aufweist, und mit mindestens einem Leuchtdiodenfeld (4) als Lichtquelle, wobei die Leuchtdioden (5.1 bis 5.n) des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes (4) mittels einer elektronischen Steuereinheit (8) einzeln ansteuerbar sind, wobei eine Anzahl von Leuchtmustern des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes (4) in der Steuereinheit (8) speicherbar ist und mittels der Steuereinheit (8) eines dieser Leuchtmuster auswählbar und das Leuchtendiodenfeld (4) gemäß des jeweils ausgewählten Leuchtmusters ansteuerbar ist, wobei durch jedes Leuchtmuster eine Anzahl einzuschaltender Leuchtdioden (5.1 bis 5.n), deren Anordnung und jeweilige Helligkeit bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Abbildungsvorrichtung einen Reflektor mit einer als Freiformfläche (7) ausgebildeten Oberfläche umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugscheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Fahrzeugscheinwerfers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5. Ein solcher Fahrzeugscheinwerfer und ein solches Verfahren sind aus der DE 10 2004 018 957 A1 bekannt.
Aus DE 103 15 131 A1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge mit mindestens einem eine Mehrzahl von Leuchtelementen-Chips aufweisenden flächenhaften Leuchtfeld und mit einem sich im Strahlengang des von dem Leuchtfeld ausgesandten Lichtbündels angeordneten Optikelement bekannt. Dabei sind die Leuchtelementen-Chips des Leuchtfeldes in einer gemeinsamen Ausnehmung angeordnet und die Ausnehmung weist auf einer in Lichtabstrahlrichtung zugewandten Seite eine Randkante derart in räumlicher Anordnung zu den Leuchtelementen-Chips auf, dass ein vorgegebener Leuchtdichtegradient in einer Lichtverteilung des Scheinwerfers im Bereich der Randkanten ausgebildet wird. Unterschiedliche Geometrien der Leuchtfelder und/oder die Ausbildung des Optikelementes mit einer bogenförmigen Reflexionsfläche nach Art einer Freiformfläche können zur Generierung unterschiedlicher Lichtverteilungen, insbesondere jeweils zur Bildung von Basislicht, asymmetrischem Licht oder anderen Lichtkonfigurationen einzeln oder in Kombination eingesetzt werden. Der so gebildete Scheinwerfer kann beispielsweise zur Erzeugung einer Abblendlicht-, Fernlicht-, Autobahnlicht- und/oder Kurvenlichtfunktion dienen.
Aus DE 197 37 653 A1 sind eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Betriebsverfahren für eine derartige Beleuchtungseinrichtung bekannt, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Spiegelfläche aufweist, die aus einer Vielzahl elektronisch ansteuerbarer und zwischen mindestens zwei Spiegeleinstellungen umschaltbaren Mikrospiegeln aufgebaut ist und einer Lichtquelle beleuchtet wird. Durch Umschalten eines Teils der Mikrospiegel kann die Lichtverteilung des die Lichtaustrittsöffnung verlassenden Lichtes variiert werden. Insbesondere können auf diese Weise so unterschiedliche Beleuchtungsfunktionen wie Fernlicht, Abblendlicht, Nebellicht etc. mit nur einer Lichtquelle realisiert werden.
Aus DE 199 23 187 A1 ist ein Beleuchtungssystem bekannt, das mehrere unbeweglich angeordnete Leuchtmittel zur Erzeugung unterschiedlicher Abbiegelichtbündel und eine Steuereinrichtung umfasst, die in Abhängigkeit von der Fahrsituation die einzelnen Leuchtmittel unabhängig voneinander zu- oder abschaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Fahrzeugbeleuchtung mit veränderbarer Ausleuchtungscharakteristik, insbesondere für Kurvenlicht, anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Fahrzeugscheinwerfer mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Fahrzeugscheinwerfers mit den in Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung sieht einen Fahrzeugscheinwerfer und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Fahrzeugscheinwerfers vor. Der Fahrzeugscheinwerfer weist mindestens ein Leuchtdiodenfeld als Lichtquelle und eine optische Abbildungsvorrichtung mit mindestens einer Freiformfläche zur optischen Abbildung auf. Dabei sind die Leuchtdioden des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes mittels einer elektronischen Steuereinheit einzeln ansteuerbar. In der Steuereinheit wird eine Anzahl von Leuchtmustern des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes gespeichert. Diese Leuchtmuster und die Freiformfläche werden vorab in Abhängigkeit voneinander bestimmt, so dass jedes Leuchtmuster einer vorgebbaren Ausleuchtungscharakteristik des Fahrzeugscheinwerfers entspricht.
Im Betrieb des Fahrzeugscheinwerfers wird mittels der Steuereinheit von den gespeicherten Leuchtmustern eines ausgewählt und das Leuchtendiodenfeld gemäß des ausgewählten Leuchtmusters angesteuert. Dabei wird durch jedes Leuchtmuster eine Anzahl einzuschaltender Leuchtdioden, deren Anordnung und jeweilige Helligkeit bestimmt und vorgegeben.
Dadurch wird in kostengünstiger Weise eine veränderbare Ausleuchtungscharakteristik des Fahrzeugscheinwerfers erreicht, so dass eine der jeweiligen Fahrsituation entsprechende Ausleuchtungscharakteristik eingestellt werden kann. Insbesondere weist der erfindungsgemäße Fahrzeugscheinwerfer keine empfindlichen und kostspieligen mechanisch zu bewegenden Bauteile auf. Die verschiedenen Ausleuchtungscharakteristiken werden dabei präzise den Erfordernissen angepasst, indem die Freiformfläche der optischen Abbildungsvorrichtung und die Leuchtmuster des Leuchtendiodenfeldes gezielt für die einzelnen Ausleuchtungscharakteristiken des Fahrzeugscheinwerfers ermittelt werden.
Durch den erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfer und das beschriebene Verfahren zu seinem Betrieb lassen sich insbesondere von optischen Abbildungsfehlern verursachte Unzulänglichkeiten vermeiden, die insbesondere bei Beleuchtungssystemen mit nur einer optischen Linse und veränderbarer Ausleuchtungscharakteristik auftreten. Unter anderem können optische Abbildungsfehler dazu führen, dass gesetzliche Vorschriften zur Ausleuchtungscharakteristik verletzt werden. Beispielsweise kann bei einer Verwischung der Hell-Dunkel-Grenze des Abblendlichtes der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte für die Lichtstärke an einem zu dem Grenzwert gehörenden Messpunkt überschritten werden. Dies kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine Reduzierung der Helligkeit einer oder mehrerer der Leuchtdioden des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes vermieden werden.
Außerdem kann die räumliche Auflösung der Pixel des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes in kritischen Bereichen, die einer Hell-Dunkel-Grenze einer Ausleuchtungscharakteristik entsprechen, durch Reduzierung der Pixelgröße und Erhöhung der Pixeldichte erhöht werden. Dadurch können Unzulänglichkeiten der optischen Abbildung im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze beispielsweise durch Abschalten einzelner Pixel gezielt kompensiert werden.
Ferner kann ein Absinken der Lichtintensität und/oder eine Verzerrung der Lichtverteilung infolge von Abbildungsfehlern bei einer Umschaltung von einer auf eine andere Ausleuchtungscharakteristik durch eine Erhöhung der Helligkeit einzelner Leuchtdioden ausgeglichen werden.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugscheinwerfer und zwei Ausleuchtungscharakteristiken des Fahrzeugscheinwerfers,
2 ein Leuchtdiodenfeld mit einer ersten Anzahl eingeschalteter Leuchtdioden,
3 ein Leuchtdiodenfeld mit einer zweiten Anzahl eingeschalteter Leuchtdioden, und
4 einen Fahrzeugscheinwerfer und eine Steuereinheit.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Fahrzeugscheinwerfer 2 und zwei verschiedenen Ausleuchtungscharakteristiken 3.1, 3.2 des Fahrzeugscheinwerfers 2. Die erste Ausleuchtungscharakteristik 3.1 eignet sich beispielsweise für eine Geradeausfahrt mit Abblendlicht.
Bei der ersten Ausleuchtungscharakteristik 3.1 wird ein Bereich in Fahrtrichtung rechts etwas weiter ausgeleuchtet als ein Bereich in Fahrtrichtung links. Dadurch wird eine Blendung eines entgegenkommenden Fahrzeuges vermieden, wobei ein Verkehrsraum mit Rechtsverkehr angenommen wurde.
Die zweite Ausleuchtungscharakteristik 3.2 eignet sich für ein Linksabbiegen des Kraftfahrzeuges 1. Dazu sind bei der zweiten Ausleuchtungscharakteristik 3.2 die Hell-Dunkel-Grenzen des Lichtbündels weiter nach links gedreht als bei der ersten Ausleuchtungscharakteristik 3.1. Dabei ist die zweite Ausleuchtungscharakteristik 3.2 bevorzugt von dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeuges abhängig, so dass der ausgeleuchtete Raumbereich mit wachsendem Lenkwinkel weiter nach links verlagert wird. Außerdem weist die zweite Ausleuchtungscharakteristik 3.2 eine geringere Leuchtweite als die erste Ausleuchtungscharakteristik 3.1 auf, da ein Abbiegevorgang mit einer geringen Fahrgeschwindigkeit ausgeführt wird und daher der auszuleuchtende Raumbereich bei einem Abbiegevorgang kleiner als bei einer typischen Geradeausfahrt ist.
Weitere nicht dargestellte Ausleuchtungscharakteristiken des Fahrzeugscheinwerfers 2 sind beispielsweise solche für eine Geradeausfahrt mit Fernlicht, für ein Rechtsabbiegen, für Rechts- oder Linkskurvenfahrten mit Abblendlicht oder Fernlicht. Auch dabei sind die Ausleuchtungscharakteristiken für Rechtsabbiegen und Kurvenfahrten bevorzugt von dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeuges 1 abhängig.
Die 2 und 3 zeigen jeweils ein Leuchtdiodenfeld 4 mit Leuchtdioden 5.1 bis 5.n. Die Leuchtdioden 5.1 bis 5.n sind einzeln ansteuerbar, so dass sie unabhängig voneinander ein- und ausschaltbar sind und auch eine Helligkeit der jeweils eingeschalteten Leuchtdioden 5.1 bis 5.n unabhängig voneinander einstellbar ist. In den 2 und 3 sind die jeweils eingeschalteten Leuchtdioden 5.1 bis 5.n schraffiert dargestellt, wobei eine intensivere Schraffierung eine höhere Helligkeit darstellt. Die 2 und 3 stellen zwei verschiedene Leuchtmuster des Leuchtdiodenfeldes 4 dar, durch die jeweils eine Anzahl, Anordnung und jeweilige Helligkeit eingeschalteter Leuchtdioden 5.1 bis 5.n beschrieben wird.
4 zeigt schematisch einen Fahrzeugscheinwerfer 2, dessen Lichtquelle ein Leuchtdiodenfeld 4 ist. Von dem Leuchtdiodenfeld 4 erzeugtes Licht durchläuft eine optische Linse 6 und wird an deren Oberflächen gebrochen. Dabei ist eine Oberfläche der optischen Linse 6 eine Freiformfläche 7. Ein von dem Fahrzeugscheinwerfer 2 abgestrahltes Lichtbündel 9 entsteht somit durch eine optische Abbildung des von dem Leuchtdiodenfeld 4 erzeugten Lichtes mittels der optischen Linse 6.
Das Leuchtdiodenfeld 4 ist mittels einer Steuereinheit 8 ansteuerbar. In der Steuereinheit 8 sind verschiedene Leuchtmuster des Leuchtdiodenfeldes 4 speicherbar. Im Betrieb des Fahrzeugscheinwerfers 2 wird in Abhängigkeit von der Fahrsituation automatisch oder manuell eines dieser Leuchtmuster ausgewählt und die von diesem Leuchtmuster bestimmte Anzahl, Anordnung und jeweilige Helligkeit von Leuchtdioden 5.1 bis 5.n des Leuchtdiodenfeldes 4 eingeschaltet. Die Ausleuchtungscharakteristik 3.1, 3.2 des Fahrzeugscheinwerfers 2 hängt daher von dem jeweils ausgewählten Leuchtmuster und der optischen Linse 6, insbesondere von deren Freiformfläche 7 ab.
Die Freiformfläche 7 und die Leuchtmuster werden vorab für eine Anzahl vorgebbarer Zielausleuchtungscharakteristiken ermittelt, beispielsweise jeweils eine Zielausleuchtungscharakteristik für Geradeausfahrten mit Abblendlicht, Geradeausfahrten mit Fernlicht, Rechtskurvenfahrten mit Abblendlicht, Rechtskurvenfahrten mit Fernlicht, Linkskurvenfahrten mit Abblendlicht, Linkskurvenfahrten mit Fernlicht, Rechtsabbiegen und Linksabbiegen, wobei die Zielausleuchtungscharakteristiken für die verschiedenen Kurvenfahrten und für das Rechts- und Linksabbiegen bevorzugt zusätzlich noch in Abhängigkeit von dem Lenkwinkel differenziert werden.
Um eine Freiformfläche 7 und Leuchtmuster für die gewählten Zielausleuchtungscharakteristiken zu ermitteln, sieht die Erfindung ein zweischrittiges Verfahren vor. Dabei wird in einem ersten Schritt zunächst ein erstes Leuchtmuster für eine erste Zielausleuchtungscharakteristik, beispielsweise für eine Ausleuchtungscharakteristik 3.1 für eine Geradeausfahrt mit Abblendlicht vorgegeben. Ein derartiges erstes Leuchtmuster ist beispielsweise das in 2 dargestellte, wobei sechs der Leuchtdioden 5.1 bis 5.n mit jeweils 80 Prozent ihrer maximalen Helligkeit eingeschaltet sind. Für das erste Leuchtmuster wird dann eine Freiformfläche 7 bestimmt, so dass die vorgegebene erste Zielausleuchtungscharakteristik möglichst genau erreicht wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses Verfahrens wird dessen erster Schritt derart erweitert, dass anschließend iterativ das erste Leuchtmuster und die Freiformfläche 7 optimiert werden, bis die vorgegebene Zielausleuchtungscharakteristik erreicht wird.
In dem zweiten Schritt wird dann für jede der weiteren Zielausleuchtungscharakteristiken ein Leuchtmuster ermittelt, so dass mit diesem Leuchtmuster und der in dem ersten Schritt ermittelten Freiformfläche 7 die jeweilige Zielausleuchtungscharakteristik möglichst genau erreicht wird.
Alternative nicht dargestellte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfers 2 sehen mehrere Leuchtdiodenfelder 4 und/oder eine optische Linse 6 mit mehr als einer Freiformfläche 7 vor. Ferner kann der Fahrzeugscheinwerfer 2 anstelle oder zusätzlich zu der optischen Linse 6 einen Reflektor mit einer Freiformfläche 7 zur optischen Abbildung des von dem mindestens einen Leuchtdiodenfeld 4 erzeugten Lichtes umfassen. Entsprechend wird das oben beschriebene Verfahren zur Ermittlung der Freiformfläche 7 und der Leuchtmuster des Leuchtdiodenfeldes 4 auf die weiteren Freiformflächen 7 der optischen Linse 6 und/oder des Reflektors und/oder die weiteren Leuchtdiodenfelder 4 erweitert, so dass von dem erweiterten Fahrzeugscheinwerfer 1 vorgebbare Zielausleuchtungscharakteristiken möglichst genau erreicht werden.

1: Kraftfahrzeug
2: Fahrzeugscheinwerfer
3.1: erste Ausleuchtungscharakteristik
3.2: zweite Ausleuchtungscharakteristik
4: Leuchtdiodenfeld
5.1 bis 5.n: Leuchtdioden
6: optische Linse
7: Freiformfläche
8: Steuereinheit
9: Lichtbündel

Claims

Fahrzeugscheinwerfer (2) mit einer optischen Abbildungsvorrichtung, die mindestens eine Freiformfläche (7) zur optischen Abbildung aufweist, und mit mindestens einem Leuchtdiodenfeld (4) als Lichtquelle, wobei die Leuchtdioden (5.1 bis 5.n) des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes (4) mittels einer elektronischen Steuereinheit (8) einzeln ansteuerbar sind, wobei eine Anzahl von Leuchtmustern des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes (4) in der Steuereinheit (8) speicherbar ist und mittels der Steuereinheit (8) eines dieser Leuchtmuster auswählbar und das Leuchtendiodenfeld (4) gemäß des jeweils ausgewählten Leuchtmusters ansteuerbar ist, wobei durch jedes Leuchtmuster eine Anzahl einzuschaltender Leuchtdioden (5.1 bis 5.n), deren Anordnung und jeweilige Helligkeit bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Abbildungsvorrichtung einen Reflektor mit einer als Freiformfläche (7) ausgebildeten Oberfläche umfasst.
Fahrzeugscheinwerfer (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Freiformfläche (7) in Abhängigkeit von einem vorgebbaren ersten Leuchtmuster und einer vorgebbaren ersten Zielausleuchtungscharakteristik (3.1) des Fahrzeugscheinwerfers (2) ausgebildet ist.
Fahrzeugscheinwerfer (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Freiformfläche (7) und ein vorgebbares erstes Leuchtmuster in Abhängigkeit von einer vorgebbaren ersten Zielausleuchtungscharakteristik (3.1) des Fahrzeugscheinwerfers (2) ausgebildet sind.
Fahrzeugscheinwerfer (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der weiteren Leuchtmuster in Abhängigkeit von der mindestens einen Freiformfläche (7) und einer vorgebbaren weiteren Zielausleuchtungscharakteristik (3.2) des Fahrzeugscheinwerfers (2) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugscheinwerfers (2) mit einer optischen Abbildungsvorrichtung, die mindestens eine Freiformfläche (7) zur optischen Abbildung aufweist, und mit mindestens einem Leuchtdiodenfeld (4) als Lichtquelle, wobei die Leuchtdioden (5.1 bis 5.n) des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes (4) mittels einer elektronischen Steuereinheit (8) einzeln ansteuerbar sind, wobei eine Anzahl von Leuchtmustern des mindestens einen Leuchtdiodenfeldes (4) in der Steuereinheit (8) gespeichert wird und mittels der Steuereinheit (8) eines dieser Leuchtmuster ausgewählt und das Leuchtendiodenfeld (4) gemäß des jeweils ausgewählten Leuchtmusters angesteuert wird, wobei durch jedes Leuchtmuster eine Anzahl einzuschaltender Leuchtdioden (5.1 bis 5.n), deren Anordnung und jeweilige Helligkeit vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Abbildungsvorrichtung einen Reflektor mit einer als Freiformfläche (7) ausgebildeten Oberfläche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Freiformfläche (7) in Abhängigkeit von einem vorgebbaren ersten Leuchtmuster derart bestimmt wird, dass mit der mindestens einen Freiformfläche (7) und dem ersten Leuchtmuster eine erste vorgebbare Ausleuchtungscharakteristik (3.1) erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Freiformfläche (7) und ein vorgebbares erstes Leuchtmuster in einem iterativen Optimierungsverfahren derart bestimmt werden, dass mit der mindestens einen Freiformfläche (7) und dem ersten Leuchtmuster eine erste vorgebbare Ausleuchtungscharakteristik (3.1) erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes weitere Leuchtmuster in Abhängigkeit von der mindestens einen Freiformfläche (7) derart bestimmt werden, dass mit der mindestens einen Freiformfläche (7) und diesem Leuchtmuster eine vorgebbare weitere Ausleuchtungscharakteristik (3.2) erzielt wird.