DE102008000768A1

DE102008000768A1 - Algorithmus einer prädiktiv-adaptiven Frontbeleuchtung bei verzweigter Straßengeometrie

Info

Publication number: DE102008000768A1
Application number: DE102008000768A
Authority: DE
Inventors: Ibrahim Faroog Dearborn Heights Abdel-kareem
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Po Lighting Czech SRO Cz
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2028-03-20
Also published as: US20080239698A1; US7568822B2; DE102008000768B4

Abstract

Es wird ein System für prädiktive Frontbeleuchtung offenbart. Zum System zählen mindestens zwei Scheinwerfer, mindestens zwei Schwenkmechanismen und eine Steuereinrichtung. Der erste und der zweite Scheinwerfer projizieren ein Strahlmuster zur Beleuchtung des Fahrzeugwegs. Die Steuereinrichtung empfängt Fahrzeugpositionsdaten sowie Daten, die sich auf einen wahrscheinlichsten Weg und einen sekundären Weg beziehen. Die Steuereinrichtung berechnet anschließend, basierend auf dem wahrscheinlichsten Weg sowie dem sekundären Weg des Fahrzeugs, den Sollschwenkwinkel, und die Schwenkmechanismen betätigen jeweils jeden der Scheinwerfer zwecks entsprechender Änderung der Ausrichtung der Scheinwerfer, basierend auf dem Schwenkwinkel für jeden der Scheinwerfer.

Description

Hintergrund
1. Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System für adaptive Frontbeleuchtung bei verzweigten Straßengeometrien.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Herkömmliche adaptive Frontbeleuchtungs-Systeme (AFS) verwenden den Lenkeinschlagwinkel und die Fahrzeuggeschwindigkeit als Kerndaten zur Berechnung des Sollschwenkwinkels der Scheinwerfer. Dementsprechend reagiert das System nur auf den erfassten momentanen Weg des Fahrzeugs. In einigen Fällen ist der erfasste momentane Fahrzeugweg kein vollkommener Indikator des Straßenverlaufs vor dem Fahrzeug oder selbst des Sollstraßenverlaufs. Das kann oftmals zutreffen, unmittelbar bevor das Fahrzeug in eine Kurve hinein oder aus einer Kurve heraus fährt, bei einem sich ändernden Krümmungsradius der Kurve oder in einem S-Kurven-Szenario. Häufig kann es für die Wirksamkeit der Scheinwerfer von Vorteil sein, dass die aufkommende Straße (vorauseilend) zu beleuchtet wird, wenn diese vom momentanen Fahrzeugweg abweicht. Das kann beispielsweise an einer Straßenverzweigung oder einer Kreuzung erwünscht sein. Bei diesen Szenarios wäre deshalb eine durch konventionelle AFS realisierte Beleuchtung nicht optimal. Ein anderer Nachteil der konventionellen AFS besteht in ihrem Unvermögen, die aufkommende Straßengeometrie vorauszuberechnen. Das kann ein besonderes Problem bei Annäherung an Verzweigungen, Auf-/Abfahrten oder Kreuzungen sein.
Angesichts des Voranstehenden ist es offensichtlich, dass ein Bedarf für ein verbessertes adaptives Beleuchtungssystem für Kraftfahrzeuge besteht.
Zusammenfassung
Zur Befriedigung dieses Bedarfs sowie zur Überwindung der aufgezählten Nachteile und anderer Einschränkungen des Stands der Technik stellt die Erfindung ein verbessertes adaptives Beleuchtungssystem für ein Fahrzeug bereit. Entsprechend der Erfindung berechnet das System zwecks optimaler Einstellung des Strahls der Scheinwerfer die Daten des aufkommenden Fahrzeugwegs im Voraus.
Zum System zählen mindestens zwei Scheinwerfer, mindestens zwei Schwenkmechanismen und eine Steuereinrichtung. Die Scheinwerfer projizieren zusammenwirkend ein Strahlmuster zur Beleuchtung des Fahrzeugwegs. Die Schwenkmechanismen betätigen jeweils einen Scheinwerfer zwecks Änderung des Schwenkwinkels der Scheinwerfer.
Im Betrieb empfängt die Steuereinrichtung Fahrzeugpositionsdaten beispielsweise von einem GPS. Die Steuereinrichtung kann auf eine Kartendatenbank zugreifen und die Fahrzeugpositionsdaten zur Identifizierung eines Kartenstandorts des Fahrzeugs verwenden. Die Steuereinrichtung analysiert die Karte, um den wahrscheinlichsten Weg basierend auf dem Kartenstandort und anderen Fahrzeugkursparametern zu bestimmen. Die Steuereinrichtung kann außerdem einen sekundären Weg in der Straßengeometrie ermitteln. Anschließend berechnet die Steuereinrichtung basierend auf dem wahrscheinlichsten Weg und dem sekundären Weg den Sollschwenkwinkel des ersten und des zweiten Scheinwerfers und bewirkt, dass die Scheinwerfer entsprechend bewegt werden, dass der wahrscheinlichste Fahrzeugweg beleuchtet wird.
Der erste Sollschwenkwinkel kann, basierend auf dem Verzweigungswinkel des wahrscheinlichsten Wegs, aus einer Entfernung bis zur Verzweigung und einer Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung berechnet werden. Analog kann ein zweiter Sollschwenkwinkel, basierend auf dem Verzweigungswinkel des sekundären Wegs, aus einer Entfernung bis zur Verzweigung und einer Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung berechnet werden. Außerdem kann die Steuereinrichtung für die Berechnung eines Nominalschwenkwinkels so konfiguriert sein, dass ein (nachfolgend näher beschriebener) Knickpunkt des ersten Scheinwerferstrahls in einem vorher festgelegten Abstand zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur gelegen sein wird. Demzufolge kann die Steuereinrichtung einen gewichteten Durchschnittswinkel aus dem ersten Sollschwenkwinkel und dem Nominalschwenkwinkel berechnen. Danach wird der mit dem wahrscheinlichsten Weg verbundene Scheinwerfer basierend auf dem gewichteten Durchschnittswinkel betätigt.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nach Prüfung der nachfolgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Zeichnungen und einen Teil dieser Spezifikation bildenden Patentansprüche für Fachleute leicht erkennbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines die Prinzipien der Erfindung verkörpernden adaptiven Frontbeleuchtungs-Systems für ein Fahrzeug.
2A ist eine Draufsicht eines Kurveneinfahrt-Szenarios.
2B ist eine Draufsicht eines Kurvenausfahrt-Szenarios.
2C ist eine Draufsicht eines S-Kurven-Szenarios.
2D ist eine Draufsicht eines Fahrspurwechsel-Szenarios.
3 ist eine Draufsicht, die die Wirkung des Schwenkwinkels auf das Strahlmuster darstellt.
4 ist ein Blockschaubild eines Verfahrens zur Bestimmung eines Sollschwenkwinkels.
5 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zur Berechnung des Sollschwenkwinkels.
6 ist eine grafische Darstellung der Fahrzeugwegkartendaten.
7 ist eine Draufsicht, die die Berechnung des Sollschwenkwinkels darstellt.
8A bis 8D sind Beispiele, die den Maximalabweichungspunkt für verschiedene Kurven-Szenarios darstellen.
Ausführliche Beschreibung
In 1 ist ein die Prinzipien der Erfindung verkörperndes System dargestellt und mit 10 allgemein gekennzeichnet. Zum System 10 zählen eine Steuereinrichtung 12, mindestens zwei Scheinwerfer 14, 16 und mindestens zwei Schwenkmechanismen 18, 20, von denen jeweils einer an einem der Scheinwerfer 14, 16 montiert ist. Die Steuereinrichtung 12 empfängt Daten von einem oder mehreren Elementen der Elemente GPS 22, Giergeschwindigkeitssensor 24 und Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 26. Die Steuereinrichtung 12 ist für die auf einer gespeicherten Kartendatenbank und den verschiedenen Inputs von GPS 22, Giergeschwindigkeitssensor 24 und/oder Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 26 basierenden Vorausberechnung eines wahrscheinlichsten Fahrzeugwegs konfiguriert. Basierend auf dem vorausberechneten Weg betätigt die Steuereinrichtung 12 die Schwenkmechanismen 18, 20 so, dass diese die Scheinwerfer 14, 16 zur Beleuchtung des wahrscheinlichsten Fahrzeugwegs entsprechend ausrichten. Die Schwenkmechanismen 18, 20 können viele Formen annehmen, einschließlich beispielsweise eines Linearantriebs zur Steuerbewegung, der an einer Seite des Scheinwerfers befestigt ist, wodurch dieser um einen Drehpunkt herum geschwenkt wird, oder eines Antriebs zur direkten rotatorischen Ansteuerung. Ungeachtet der Implementierung stellen die Schwenkmechanismen 18, 20 eine projizierte Position des von den Scheinwerfern 14, 16 ausgesendeten Lichtstrahls vor dem Fahrzeug ein. Diese Einstellung kann in einer gemeinsamen Ebene oder in mehr als einer Ebene erfolgen.
Die Steuereinrichtung 12 berechnet im Voraus den aufkommenden Fahrzeugweg unter Annahme eines einzigen Wegs zwecks optimaler Schwenkung des Strahls der Scheinwerfer. Wie voranstehend erwähnt, kann es in vielen Szenarios sein, dass die momentanen Fahrzeugkurs- oder Lenkparameter den zukünftigen Fahrzeugweg und/oder das für den Fahrer optimale Beleuchtungsmuster nicht exakt erkennen lassen.
In den in den 2A bis 2D dargestellten Szenarios vermag, wie zuvor beschrieben, ein herkömmliches AFS die Scheinwerfer nicht in die für den zukünftigen Fahrzeugweg optimale Position zu schwenken. In 2A ist ein Kurveneinfahrt-Szenario dargestellt. In diesem Szenario fährt das Fahrzeug 30 auf einer geraden Straße 32 unmittelbar vor einer Kurve 34. Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel würden dem Anschein nach erkennen lassen, dass der Fahrzeugweg vor dem Fahrzeug 30 einen geraden Verlauf hätte, wie durch Pfeil 36 gekennzeichnet. Ein herkömmliches AFS würde folglich das Gebiet direkt vor dem Fahrzeug 30 beleuchten. Dadurch können die Scheinwerfer den Gegenverkehr blenden. Es ist jedoch erstrebenswert, dass die Scheinwerfer vor der Kurve zu schwenken beginnen, sodass sich die Einsehbarkeit der vorausliegenden Kurve verbessert und ein Blenden des Gegenverkehrs vermieden wird, wie durch Pfeil 38 gekennzeichnet.
In 2B ist ein Kurvenausfahrt-Szenario dargestellt. In diesem Szenario fährt ein Fahrzeug 40 auf einer gekrümmten Straße 42 unmittelbar vor dem Ausgang einer Kurve 44. Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel lassen erkennen, dass das Fahrzeug 40 momentan einen Bogen mit einem bestimmten Bogenwinkel fährt. Ein herkömmliches AFS würde folglich das Gebiet direkt vor dem Fahrzeug 30 jedoch um den Bogenwinkel versetzt beleuchten, wie durch Pfeil 46 gekennzeichnet. In diesem Szenario ist es erstrebenswert, dass die Scheinwerfer vor dem Ende der Kurve beginnen, in die gerade Position zurückzuschwenken, sodass sich die Einsehbarkeit des vorausliegenden geraden Straßenabschnitts verbessert und ein Blenden des Gegenverkehrs vermieden wird, wie durch Pfeil 48 gekennzeichnet. In 2C ist ein S-Kurven-Szenario dargestellt. Hierbei fährt das Fahrzeug 50 auf einer Straße 52 durch eine S-Kurve 54. Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel lassen erkennen, dass das Fahrzeug 50 momentan einen Bogen mit einem bestimmten Bogenwinkel fährt. Außerdem lässt im Beispiel die Giergeschwindigkeit erkennen, dass das Fahrzeug 50 nach links schwenkt. Ein herkömmliches AFS würde folglich das Gebiet direkt vor dem Fahrzeug 50 jedoch nach links um den Bogenwinkel versetzt beleuchten, wie durch Pfeil 56 gekennzeichnet. Die Scheinwerfer würden nicht nur den Gegenverkehr blenden, sondern eine Beleuchtung bieten, die vom Fahrzeug 50 nach links gerichtet ist, während der zukünftige Fahrzeugweg nach rechts vom Fahrzeug 50 weist. Deshalb ist es erstrebenswert, dass die Scheinwerfer vor Erreichen des Sattelpunkts beginnen, in die Richtung der aufkommenden Kurve zu schwenken, sodass sich die Einsehbarkeit der vorausliegenden Kurve verbessert und ein Blenden des Gegenverkehrs vermieden wird, wie durch Pfeil 58 gekennzeichnet.
In 2D schließlich ist ein Fahrspurwechsel-Szenario dargestellt. Idealerweise hält das System 10 den Strahl der Scheinwerfer parallel zur Straße, wie durch Pfeil 68 gekennzeichnet, während das Fahrzeug 60 auf einem geraden Abschnitt der Straße 62 fährt und von einer ersten Fahrspur 64 in eine zweite Fahrspur 66 wechselt. Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel lassen erkennen, dass das Fahrzeug 60 momentan einen Bogen mit einem bestimmten Bogenwinkel fährt, wie durch Pfeil 68 gekennzeichnet. Der allgemeine Weg des Fahrzeugs 60 führt jedoch geradeaus und sollte, wie durch Pfeil 69 dargestellt, beleuchtet werden. Das herkömmliche AFS kann die zuvor beschriebenen erstrebenswerten Funktionalitäten nicht erreichen, weil es die momentanen (an der momentanen Fahrzeugposition vorhandenen) Lenkwinkel- und Fahrzeuggeschwindigkeitsmesswerte zur Betätigung der Scheinwerfer 14, 16 verwendet. Selbst wenn die Momentwertmessung gefiltert und zur Überwindung etwaiger aus den Fahrspurkorrekturen durch den Fahrer resultierender Instabilitäten der Lenkwinkelmessung Totbereiche angesetzt werden, ist die Beleuchtung noch nicht optimal. Filter- und Totbereichsfunktionen mindern die Funktionalität eines herkömmlichen AFS bei den zuvor beschriebenen Straßenszenarios. Außerdem wird die Leistungsfähigkeit eines herkömmlichen AFS durch viele typische Verhaltensweisen, wie beispielsweise Fahrspurwechsel, negativ beeinflusst. Es ist erstrebenswert, dass in diesem Szenario die Scheinwerfer nicht in ihrer geradeaus gerichteten Position verharren.
3 zeigt in einem Kurveneinfahrt-Szenario ein erstes projiziertes Strahlmuster 72 für ein herkömmliches AFS (in diesem Szenario) und ein zweites projiziertes Strahlmuster 74 für das System 10 der Erfindung. Das erste Strahlmuster 72 hat einen durch die überlappenden Muster vom ersten und zweiten Scheinwerfer 14, 16 geformten Knickpunkt 76. Ein Knickpunkt ist ein Wendepunkt im Abblendlichtstrahl und kann einen Beleuchtungsstärkewert von etwa 1 Lux haben. Außerdem kann der Knickpunkt die Stelle im Abblendlichtstrahl sein, an der sich die Längsachse des Fahrzeugs und die Schnittlinie zwischen dem Fern- und dem Abblendlichtstrahl kreuzen. Idealerweise ist der Knickpunkt in der Mitte des Sollbeleuchtungsgebiets angeordnet. Analog hat das zweite Strahlmuster 74 einen Knickpunkt 78. Das System 10 schwenkt den Strahl der Scheinwerfer um einen Winkel ϕ, sodass sich der Knickpunkt 78 des Strahlmusters 74 in der Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur befindet, also der Fahrspur, die von dem mit dem erfindungsgemäßen System 10 ausgestatteten Fahrzeug befahren wird. Um das zu erreichen, verwendet das System 10 einen Algorithmus, der die aufkommenden Wegdaten (wie z. B. Krümmungsdaten) entlang des im Voraus ermittelten Fahrzeugwegs berechnet. Das System 10 ist so konfiguriert, dass optimale Sichtverhältnisse für die Fahrt auf der Wirtsfahrzeug-Fahrspur unter der Bedingung erreicht werden, dass das Blenden des Gegenverkehrs bestmöglich minimiert wird.
Bedauerlicherweise haben in Straßen befindliche Kurven keine konstante Krümmung. Im Ergebnis kann das Schwenken eines Scheinwerferstrahlmusters konstanter Form zwecks optimaler Überdeckung der Wirtsfahrzeug-Fahrspur ohne Blendung des Gegenverkehrs oder Verbesserung der Sichtverhältnisse auf einem Teil der Fahrspur auf Kosten des anderen Teils ein Problem bedeuten. Außerdem kann die Geometrie einiger Straßen besondere Schwierigkeiten mit sich bringen. Beispielsweise ändert sich bei einer S-Kurven-Straßengeometrie die Richtung (das Vorzeichen) der Krümmung rasch über eine relativ kurze Entfernung. Ähnliche Schwierigkeiten treten auf, wenn das Fahrzeug Fahrspuren wechselt.
4 stellt ein Blockschaubild dar, das erfindungsgemäß von der Steuereinrichtung 12 zur Ansteuerung der Schwenkmechanismen 18, 20 verwendet wird. In Block 102 wird die GPS-Position aus Block 104 um den Giergeschwindigkeitsmesswert aus Block 106 und den Geschwindigkeitsmesswert aus Block 108 ergänzt. Die GPS-Position, die Giergeschwindigkeit und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit werden zur Berechnung der Fahrzeugposition 110 in einem globalen Koordinatensystem verwendet. Mithilfe der Kartendatenbank 112 erkennt der Kartenabgleich-Algorithmus 114 die berechnete Fahrzeugposition 116 auf einer Karte. Der Wegprognose-Algorithmus 118 analysiert die Karte bezüglich der berechneten Position und der Richtung der Fahrzeugbewegung. Der Wegprognose-Algorithmus 118 berechnet die Kandidatenliste der voraussichtlichen geplanten Fahrtwege. Aus der Liste ermittelt der Wegprognose-Algorithmus 118 in Verbindung mit einer Vertrauensbewertung jedes Fahrtwegs auf der Liste den wahrscheinlichsten Weg. Ist der wahrscheinlichste Weg ermittelt, berechnet der Wegprognose-Algorithmus 118 die Krümmung des wahrscheinlichsten Wegs. Die Wegdaten 120 einschließlich der sich ergebenden Krümmungswerte werden dem Algorithmusblock des prädiktiv-adaptiven Frontbeleuchtungssystems (PAFS-Algorithmus) 122 bereitgestellt. Der PAFS-Algorithmus 122 verwendet die berechneten Wegdaten 120 zur Bestimmung des Sollschwenkwinkels 124 für jeden Scheinwerfer 14, 16. Die Sollschwenkwinkel 124 werden jeweils den Schwenkmechanismen 18, 20 bereitgestellt, wie durch Block 126 gekennzeichnet.
Manchmal kann die Vertrauensbewertung zwischen zwei oder mehreren Fahrtwegen knapp ausfallen. Bei diesem Szenario werden die resultierenden Krümmungswerte und andere Wegdaten, wie z. B. Verzweigungswinkel, Entfernung bis zur Verzweigung, an den PAFS-Algorithmus 122 übergeben. Dieser verwendet die berechneten Wegdaten, um die Sollschwenkwinkel der Scheinwerfer zu bestimmen. Fällt die Vertrauensbewertung zwischen zwei Wegen knapp aus, kann der PAFS-Algorithmus 122 die zwei möglichen Fahrtwege, nämlich den wahrscheinlichsten Weg und einen sekundären Weg beleuchten, und zwar den einen Weg mit dem einen Scheinwerfer und den anderen mit dem anderen Scheinwerfer. Der PAFS-Algorithmus 122 kann, basierend auf einer Funktion des in jeden Weg gesetzten Vertrauens, der Krümmungsverteilung jedes Wegs, dem Verzweigungswinkel zwischen den zwei Wegen, der Entfernung zwischen der Fahrzeugposition und dem Straßenverzweigungspunkt sowie der zum Erreichen der Verzweigung erforderlichen Zeit den Schwenkwinkel 124 jedes Scheinwerfers berechnen. Die Herangehensweise des PAFS-Algorithmus kann aufgrund des Vertrauensniveaus des wahrscheinlichsten Wegs variieren, wie in 5 dargestellt.
In 5 erfolgt in Block 152 der Start des Verfahrens 150. In Block 154 empfängt der PAFS-Algorithmus 122 Vertrauenswerte und Wegdaten für die Wegliste. In Block 156 stellt das System fest, ob das Vertrauensniveau des wahrscheinlichsten Wegs hoch ist, beispielsweise entweder unabhängig oder relativ zu den Vertrauenswerten für die anderen Wege in der Wegliste über einem Schwellenwert liegt. Ist das Vertrauensniveau nicht hoch, folgt das Verfahren 150 der Linie 158 zu Block 160. In Block 160 berechnet der PAFS-Algorithmus 122 die Schwenkwinkel für den rechten und den linken Scheinwerfer getrennt als eine Funktion des Verzweigungswinkels zwischen dem wahrscheinlichsten Weg und dem sekundären Weg, der Entfernung zur Verzweigung und der Zeit zum Erreichen der Verzweigung. In Block 162 wird der Schwenkwinkel für den rechten und für den linken Scheinwerfer basierend auf dem für die Scheinwerfer zugelassenen maximalen Trennwinkel begrenzt. Danach endet das Verfahren 150 in Block 176.
Wieder bezugnehmend auf Block 156 folgt das Verfahren 150 der Linie 164, wenn das Vertrauensniveau des wahrscheinlichsten Wegs hoch ist. In Block 166 berechnet der PAFS-Algorithmus 122 den Schwenkwinkel für den rechten und für den linken Scheinwerfer getrennt als eine Funktion des Verzweigungswinkels zwischen dem wahrscheinlichsten Weg und dem sekundären Weg, der Entfernung zur Verzweigung und der Zeit zum Erreichen der Verzweigung. In Block 168 berechnet der PAFS-Algorithmus 122 einen Schwenkwinkel, der einen Knickpunkt des Strahlmusters in der Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur des wahrscheinlichsten Wegs lokalisiert. Für den mit dem wahrscheinlichsten Weg verbundenen Scheinwerfer berechnet der PAFS-Algorithmus 122 einen gewichteten Mittelwert des Schwenkwinkels aus dem in Block 166 berechneten Schwenkwinkel und dem in Block 168 berechneten Schwenkwinkel. Zur weiteren Verdeutlichung sei angemerkt, dass dann, wenn der PAFS-Algorithmus 122 feststellt, dass der wahrscheinlichste Weg rechts vom sekundären Weg verläuft, der PAFS-Algorithmus 122 den gewichteten Mittelwert des Schwenkwinkels aus dem in Block 166 berechneten Schwenkwinkel des rechten Scheinwerfers und dem Schwenkwinkel, der den Knickpunkt auf der Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur des wahrscheinlichsten Wegs lokalisiert, berechnet. Anschließend wird der gewichtete Mittelwert des Schwenkwinkels am zugehörigen Scheinwerfer eingestellt, in diesem Fall am rechten Scheinwerfer. Am Scheinwerfer, der nicht mit dem wahrscheinlichsten Weg verbunden ist, d. h. in diesem Fall der linke Scheinwerfer, wird der individuell berechnete Schwenkwinkel aus Block 166 eingestellt, wie in Block 172 gekennzeichnet ist. In Block 174 werden der rechte und der linke Scheinwerferschwenkwinkel basierend auf dem für die Scheinwerfer zugelassenen maximalen Trennwinkel begrenzt. Anschließend werden der rechte und der linke Scheinwerfer durch die Schwenkmechanismen betätigt, sodass die berechneten Schwenkwinkel eingestellt werden, und das Verfahren 150 endet, wie in Block 176 gekennzeichnet.
Durch Begrenzung der Genauigkeiten der Karten- und der GPS-Position ist es möglich, dass der Kartenabgleich-Algorithmus 114 in der Nähe des Verzweigungspunkts Schwierigkeiten mit der exakten Platzierung des Fahrzeugs auf der Karte hat. Folglich ändert, wenn sich die Fahrzeugposition in der Nähe des Verzweigungspunkts befindet, nur einer der Scheinwerfer seinen Schwenkwinkel hinter der Verzweigung. Dieser Scheinwerfer ist derjenige, der in die Richtung des einzigen Wegs nach der Verzweigung zeigt. Ein anderer Vorschlag zur Verringerung der Auswirkung des Kartenabgleichfehlers besteht darin, die Scheinwerfer weiter um denselben Winkel wie vor der Verzweigung zu schwenken. In jedem Fall sollte es eine Zeitspanne T geben, in der das System zum Ein-Fahrweg-Modus nach der Verzweigung zurückkehrt.
Zum weiteren Verständnis der Berechnung der Schwenkwinkel des rechten und des linken Scheinwerfers in den Blöcken 160 und 166 wird das folgende Beispiel gegeben. Das Beispiel verwendet die folgenden definierten Parameter: R als die Entfernung zur Verzweigung; β1 als der erste Verzweigungswinkel; β2 als der zweite Verzweigungswinkel; V als die Fahrzeuggeschwindigkeit; TR als die Zeitspanne zum Erreichen der Verzweigung; α_L als der linke Schwenkwinkel; α_R als der rechte Schwenkwinkel; und S als der maximal zugelassene Trennwinkel.
Mit β1 und β2 als gegeben werden β_R als das Maximum von β1 und β2 und β_L als das Minimum von β1 und β2 definiert. Die Schwenkwinkel α_R und α_L können aus den folgenden Gleichungen berechnet werden:
wobei l die Knickpunktentfernung ist. Um zu verstehen, wie diese Gleichungen funktionieren, werden sie nachfolgend Ausdruck für Ausdruck analysiert. Die zwei Minimumausdrücke (min(1)), die in den Gleichungen zur Berechnung des rechten und des linken Schwenkwinkels vorkommen, haben einen Wert stets zwischen 0 und 1. Folglich ergibt eine Multiplikation dieser beiden Ausdrücke zwischen 0 und 1. Daraus folgt zwangsläufig, dass der Wert von α stets kleiner als oder gleich β ist. Aus dem ersten Ausdruck ist zu erkennen, dass der rechte und der linke Schwenkwinkel gleich null sind, solange R als Wert der Entfernung zur Verzweigung kleiner als die Knickpunktentfernung l ist. Die Schwenkwinkel sollten null sein, da das Schwenken der Scheinwerfer wenig nützt, wenn der Strahl den Verzweigungspunkt noch nicht erreicht hat. Dieser Ausdruck zeigt außerdem, dass sich bei Annäherung des Fahrzeugs an die Verzweigung der Schwenkwinkel α vergrößert, wenn R abnimmt. Die Addition des Ausdrucks 0.6·V zur Knickpunktentfernung l erfolgt zur Kompensation der Systemlatenz. Der zweite Ausdruck ist ein Zeitausdruck. Aus ihm folgt zwangsläufig, dass sich mit der Verringerung der Zeitspanne bis zum Erreichen der Verzweigung der Schwenkwinkel vergrößert. Der Schwenkwinkel nimmt über der Zeit aus zwei Gründen zu: Der erste Grund besteht darin, dass die Notwendigkeit zum Schwenken der Scheinwerfer geringer ist, wenn die Geschwindigkeit sehr niedrig ist, und der zweite Grund besteht darin, dass mit dem Ablaufen der Zeit in den wahrscheinlichsten Weg des Fahrzeugs immer mehr Vertrauen gesetzt wird.
6 zeigt eine geometrische Darstellung 202 der im Voraus berechneten Wegdaten 204. Die geometrische Darstellung 202 in der Kartendatenbank 112 wird mithilfe von Knotenpunkten 206 und Formpunkten 208 durchgeführt. Jeder Straßenabschnitt auf der Karte beginnt und endet mit einem Knotenpunkt 206. Formpunkte 208 sind zwecks Erfassung der Straßenabschnittgeometrie zwischen den Knotenpunkten 206 angeordnet. Der Wegprognose-Algorithmus 118 ermittelt den wahrscheinlichsten Fahrtweg und berechnet die Krümmung an jedem der Formpunkte 208 und Knotenpunkte 206 innerhalb des Bereichs der Vorausschauentfernung 210. Der Wegprognose-Algorithmus 118 berechnet außerdem, basierend auf einem Straßenmodell, die Krümmung zwischen den Formpunkten 208. In dem erläuternden Beispiel überspannen zwanzig Krümmungspunkte 212 die Vorausschauentfernung 210, und die jedem Krümmungspunkt 212 von der Fahrzeugposition 214 zum Krümmungspunkt 212 gemessenen zugehörigen Entfernungen werden dem PAFS-Algorithmus 122 bereitgestellt. Der PAFS-Algorithmus 122 verwendet einige dieser zwanzig Krümmungspunkte 212 und Entfernungswerte zur Bestimmung des optimalen Scheinwerferschwenkwinkels 124. Selbstverständlich könnten eine größere oder kleinere Anzahl von Krümmungspunkten 212 verwendet werden.
Wie voranstehend dargelegt, stellt der Wegprognose-Algorithmus 118 beispielsweise zwanzig Krümmungspunkte 212 entlang der Vorausschauentfernung 210 bereit. Zusätzlich stellt der Wegprognose-Algorithmus 118 auch andere Daten bereit, wie z. B. die entsprechende geometrische Entfernung, die Fahrstreckenentfernung, die Koordinatenposition und den beispielsweise von Norden aus gemessenen Fahrzeugkurswinkel.
In einer optimalen Konstruktion kann der Scheinwerferstrahl 74 selbst verformt werden, um der Straßengeometrie zu folgen. In vielen Implementierungen reicht jedoch der für ein Formen des Strahls gegebene Freiheitsgrad nicht aus, um eine solche Verformung zu erreichen. Einige Lösungen könnten deshalb suboptimal sein. Einer der Ansätze basiert auf dem Platzieren des in 2 dargestellten Knickpunkts 78 in einem Solllateralabstand zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur. Dieser Ansatz unterliegt jedoch der Einschränkung, dass die Blendung minimiert wird und die Sichtverhältnisse auf der Wirtsfahrzeug-Fahrspur gleichmäßig verteilt sind. Die mindestens auszuführenden Schritte bei Betrieb eines Ein-Fahrweg-PAFS umfassen also:

1. Berechnung des Nominalschwenkwinkels (ϕ), durch den der Knickpunkt in einem Lateralabstand D zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur platziert wird.
2. Berechnung des maximalen Schwenkwinkels (ϕ_L), der verwendet werden kann, ohne den Gegenverkehr zu blenden oder die Verteilung der Sichtverhältnisse negativ zu beeinflussen.
3. Berechnung des Sollschwenkwinkels (ϕ_f) als das Minimum von ϕ und ϕ_L im absoluten Sinn oder eines gewichteten Mittelwerts von ϕ und ϕ_L. Die ϕ und ϕ_L erteilten Wichtungen können eine Funktion der Differenz zwischen den zwei Winkeln sein.

Die Berechnung des Schwenkwinkels ϕ basiert auf den Krümmungs- und Entfernungsdaten. Wie in 6 dargestellt, erstreckt sich der Scheinwerferstrahl 74 über einen Straßenabschnitt mit nicht-konstantem Krümmungsradius. Obwohl der Wegprognose-Algorithmus 118 das Krümmungsverhalten zwischen dem Gebiet 301 und dem Gebiet 302 ausführlich beschreibt, wird der Einfachheit dieses Beispiels halber angenommen, dass sich die Krümmung (ρ) zwischen dem Gebiet 301 und dem Gebiet 302 linear ändert. Das Gebiet 301 erstreckt sich zwischen den Krümmungspunkten cp1, cp2 und cp3. Da die Separation zwischen Krümmungspunkten eine Funktion der Geschwindigkeit ist, hilft diese Punkteseparation, die Verzögerung zu beseitigen. Deshalb gilt:
wobei

ρ: die Krümmung an der Fahrzeugposition;
ρ_v: die Krümmung bei cp₁,
ρ₂: die Krümmung bei cp₂ und
ρ₃: die Krümmung bei cp₃ sind.

Das Gebiet 302 erstreckt sich zwischen dem Krümmungspunkt cp_l (ρ_l) bei der geometrischen Entfernung/(Entfernung zum Knickpunkt 304) und den nächsten zwei Krümmungspunkten cp (ρ_next1, ρ_next2). Da die Separation zwischen den Krümmungspunkten cp eine Funktion der Geschwindigkeit ist, hilft dies bei der Beseitigung der Verzögerung. Deshalb gilt:
wobei

ρk: die Krümmung am Knickpunkt,
ρ_l: die Krümmung in der geometrischen Entfernung,
ρ_next1: die Krümmung am ersten Krümmungspunkt hinter cp_l (cp_next1) und
ρ_next2: die Krümmung am zweiten Krümmungspunkt hinter cp_l (cp_next2) sind.

Die Krümmungsänderungsrate (κ) zwischen dem Gebiet 301 und dem Gebiet 302 wird berechnet als
wobei l die geometrische Entfernung zwischen cp₁ und cp_l ist.
Soll der Knickpunkt 304 in einem Lateralabstand D (positiv bedeutet nach links) zur Mitte der Straße platziert werden, kann der Winkel ϕ näherungsweise zum Kurswinkel (ψ) des Fahrzeugs hinsichtlich der Straße, der geometrischen Entfernung l, der Krümmungen ρ_k und ρ_ν wie folgt in Beziehung gesetzt werden:
wobei

ϕ: der Nominalschwenkwinkel,
ψ: ein Kurswinkel,
ρ_ν: die Krümmung an der Fahrzeugposition,
ρ_k: die Krümmung am Knickpunkt,
l: die Entfernung vom Fahrzeug zum Knickpunkt und
D: ein vorher festgelegter Lateralabstand zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur sind.

In diesem dargestellten Beispiel ist ψ nach rechts positiv. Die Berechnung des Kurswinkels befähigt den PAFS-Algorithmus 122 zur Fahrverhaltenskompensation, wie beispielsweise bei der Durchführung eines Fahrspurwechsels. Mithilfe eines herkömmlichen AFS würde die Schwenkrichtung des Strahls der Scheinwerfer dem Lenkwinkel folgen, und als Folge würde der Gegenverkehr geblendet sowie die Einsehbarkeit der aufkommenden Straße verringert.
Die Berechnung des Kurswinkels kann mithilfe folgender Gleichung ausgeführt werden: ψ = ψgps – ψcpl_2 (5),wobei ψ_gps der von der Nordachse aus gemessene GPS-Positionskurswinkel und ψ_gps der von der Nordachse des durch die Krümmungspunkte cp1 und cp2 verlaufenden Vektors aus gemessene Kurswinkel ist.
D repräsentiert eine Schutzzone gegen mangelhafte Genauigkeit der Krümmungswerte. Im Linkskurven-Szenario beispielsweise ist es erstrebenswert, den Lateralabstand D so zu definieren, dass der Knickpunkt 304 im außenseitigen Teil der Kurve (rechts von der Fahrspurmitte) platziert ist. Dadurch wird die Blendwirkung infolge etwaiger Fehler in den Krümmungswerten minimiert. Zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Sichtverhältnisse und zur Vermeidung von Blendung wird der maximale Schwenkwinkel (ϕ_L) berechnet. Die Einführung des Ausdrucks ρ_ν hilft, die Sichtverhältnisse entlang des Fahrtwegs annähernd gleichmäßig zu machen und das Blenden des Gegenverkehrs zu verringern. Um jedoch zu garantieren, dass die Gleichmäßigkeit der Sichtverhältnisse nicht negativ beeinflusst wird und Blenden unter Kontrolle bleibt, wird der folgende Ansatz verwendet.
Die Steuereinrichtung 12 ermittelt den Krümmungspunkt zwischen dem Gebiet 301 und dem Gebiet 302, bei dem die den Strahl (Strahlmittellinie 402) in gleiche Teile teilende Senkrechte ihre maximale Lateralabweichung 404 von der Mitte der Straße 405 aufweist (siehe 8A bis 8D).
Wie aus den 8A bis 8D zu erkennen ist, liegt der Punkt der Maximalabweichung 406 immer näher zum Maximum der Krümmungen bei Gebiet 301 und Gebiet 302, wenn beide Krümmungen das selbe Vorzeichen haben. Deshalb kann der Punkt der Maximalabweichung 406 so angenähert werden, dass er bei einer Entfernung L liegt, die wie folgt berechnet wird:
Die dieser Gleichung zugrundeliegende Idee ist, dass dann, wenn ρ_ν größer als ρ_k ist und beide das selbe Vorzeichen haben, der Punkt der Maximalabweichung kleiner als l/2 ist, was mit dem in den 8A bis 8D dargestellten Konzept in Einklang steht. Wenn andererseits ρ_k größer als ρ_ν ist und beide dasselbe Vorzeichen haben, ist der Punkt der Maximalabweichung größer als l/2. Wenn sich das Vorzeichen der zwei Krümmungen unterscheidet, setzt die Steuereinrichtung 12 ρ_k = 0, das heißt:
Unter der Annahme, dass eine Lateralabweichung von D_L (beispielsweise ein Fünftel der Fahrspurbreite) akzeptabel ist, kann der Winkelschwellenwert wie folgt berechnet werden:
ρ_L ist die Krümmung bei der Entfernung L. Der endgültige Sollschwenkwinkel (ϕ_f) kann das Minimum von ϕ und ϕ_L sein. |ϕf| = min(|ϕL|, |ϕ|) (9)
Eine mit dem Fachgebiet vertraute Person wird leicht erkennen, dass die voranstehende Beschreibung als eine erläuternde Darstellung der Implementierung der Erfindung aufzufassen ist. Diese Beschreibung ist nicht als Eingrenzung des Geltungsbereichs oder der Anwendung der Erfindung gedacht, insofern als die Erfindung einer Modifikation, Variation oder Änderung unterworfen werden kann, ohne dass vom Sinn der durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Erfindung abgewichen wird.

10: System
12: Steuereinrichtung
14: Scheinwerfer
16: Scheinwerfer
18: Schwenkmechanismus
20: Schwenkmechanismus
22: GPS
24: Giergeschwindigkeitssensor
26: Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
30: Fahrzeug
32: gerade Straße
34: Kurve
36: Pfeil
38: Pfeil
40: Fahrzeug
42: gekrümmte Straße
44: Kurve
46: Pfeil
48: Pfeil
50: Fahrzeug
52: Straße
54: S-Kurve
56: Pfeil
58: Pfeil
60: Fahrzeug
62: Straße
64: erste Fahrspur
66: zweite Fahrspur
68: Pfeil
69: Pfeil
72: erstes projiziertes Strahlmuster
74: zweites projiziertes Strahlmuster bzw. Scheinwerferstrahl
76: Knickpunkt
78: Knickpunkt
102: Block
104: Block
106: Block
108: Block
110: Fahrzeugposition
112: Kartendatenbank
114: Kartenabgleich-Algorithmus
116: Fahrzeugposition
118: Wegprognose-Algorithmus
120: Wegdaten
122: PAFS-Algorithmus
124: Sollschwenkwinkel
126: Block
150: Verfahren
152: Block
154: Block
156: Block
158: Linie
160: Block
162: Block
164: Linie
166: Block
168: Block
172: Block
174: Block
176: Block
202: geometrische Darstellung
204: Wegdaten
206: Knotenpunkte
208: Formpunkte
210: Vorausschauentfernung
212: Krümmungspunkte
214: Fahrzeugposition
301: Gebiet
302: Gebiet
304: Knickpunkt
402: Strahlmittellinie
404: Lateralabweichung
405: Straße
406: Punkt der Maximalabweichung

Legende zu Fig. 5

152	Start
154	Empfangen der Vertrauenswerte für die Wegliste.
156	Ist das Vertrauensniveau des wahrscheinlichsten Wegs hoch?
158	Nein
160	Berechnung des Schwenkwinkels für den rechten und für den linken Scheinwerfer getrennt als eine Funktion des Verzweigungswinkels, der Entfernung zur Verzweigung und der Zeit zum Erreichen der Verzweigung.
162	Begrenzung des rechten und des linken Scheinwerferwinkels basierend auf dem für die Scheinwerfer zugelassenen maximalen Trennwinkel.
164	Ja
166	Berechnung des Schwenkwinkels für den rechten und für den linken Scheinwerfer getrennt als eine Funktion des Verzweigungswinkels, der Entfernung zur Verzweigung und der Zeit zum Erreichen der Verzweigung.
168	Berechnung des Schwenkwinkels, der den Knickpunkt in der Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur des wahrscheinlichsten Wegs lokalisiert.
170	Für den mit dem wahrscheinlichsten Weg assoziierten Scheinwerfer Berechnung eines gewichteten Durchschnittswinkels aus den Winkeln.
172	Für den nicht mit dem wahrscheinlichsten Weg assoziiert Scheinwerfer wird der individuell berechnete Schwenkwinkel verwendet.
174	Begrenzung des rechten und des linken Scheinwerferwinkels basierend auf dem für die Scheinwerfer zugelassenen maximalen Trennwinkel.
176	Ende

Claims

System (10) für adaptive Frontbeleuchtung eines Fahrzeugs (30, 40, 50, 60), umfassend: einen ersten Scheinwerter (14) und einen zweiten Scheinwerfer (16), die dafür konfiguriert sind, zusammenwirkend ein Strahlmuster (74) zu projizieren; einen an den ersten Scheinwerfer (14) gekoppelten ersten Schwenkmechanismus (18) zur Änderung eines Schwenkwinkels des ersten Scheinwerfers (14); einen an den zweiten Scheinwerfer (16) gekoppelten zweiten Schwenkmechanismus (20) zur Änderung eines Schwenkwinkels des zweiten Scheinwerfers (16); und eine für die Bestimmung eines wahrscheinlichsten Wegs und eines sekundären Wegs des Fahrzeugs (30, 40, 50, 60) konfigurierte Steuereinrichtung (12), die dafür konfiguriert ist, einen ersten Sollschwenkwinkel (124) des ersten Scheinwerfers (14), basierend auf dem wahrscheinlichsten Weg des Fahrzeugs (30, 40, 50, 60), und einen zweiten Sollschwenkwinkel (124) des zweiten Scheinwerfers (16), basierend auf dem sekundären Weg des Fahrzeugs (30, 40, 50, 60), zu berechnen.
System (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (12) für die auf dem Verzweigungswinkel des wahrscheinlichsten Wegs des Fahrzeugs (30, 40, 50, 60), einer Entfernung zur Verzweigung und einer Zeit zum Erreichen der Verzweigung basierenden Bestimmung des ersten Sollschwenkwinkels konfiguriert ist.
System (10) nach Anspruch 2, wobei der erste Sollschwenkwinkel nach folgernder Beziehung berechnet wird:
wobei: α der erste Sollschwenkwinkel, β der Verzweigungswinkel des wahrscheinlichsten Wegs, l die Knickpunktentfernung, V die Fahrzeuggeschwindigkeit, R die Entfernung zur Verzweigung und TR die Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung sind.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (12) für die auf dem Verzweigungswinkel des sekundären Wegs, einer Entfernung zur Verzweigung und einer Zeit zum Erreichen der Verzweigung basierenden Bestimmung des zweiten Sollschwenkwinkels konfiguriert ist.
System (10) nach Anspruch 4, wobei der zweite Sollschwenkwinkel nach folgernder Beziehung berechnet wird:
wobei: α der zweite Sollschwenkwinkel, β der Verzweigungswinkel des sekundären Wegs, l die Knickpunktentfernung, V die Fahrzeuggeschwindigkeit, R die Entfernung zur Verzweigung und TR die Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung sind.
System (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (12) für die Berechnung eines Nominalschwenkwinkels konfiguriert ist, sodass ein vom ersten Scheinwerfer (14) erzeugter Knickpunkt (78, 304) einen vorher definierten Abstand zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur aufweist.
System (10) nach Anspruch 6, wobei der Nominalschwenkwinkel nach folgender Beziehung berechnet wird:
wobei: ϕ der Nominalschwenkwinkel, ψ der Kurswinkel, ρ_ν die Krümmung an der Fahrzeugposition, ρ_k die Krümmung am Knickpunkt (78, 304), l die Entfernung zum Knickpunkt (78, 304) und D ein vorher definierter Lateralabstand sind.
System (10) nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (12) für die Berechnung eines gewichteten Mittelwertwinkels aus erstem Sollschwenkwinkel und Nominalschwenkwinkel konfiguriert ist.
Verfahren (150) für adaptive Frontbeleuchtung eines Fahrzeugs (30, 40, 50, 60), umfassend: Bestimmung eines wahrscheinlichsten Wegs; Bestimmung eines sekundären Wegs; auf dem wahrscheinlichsten Weg des Fahrzeugs (30, 40, 50, 60) basierende Berechnung eines ersten Sollschwenkwinkels für einen ersten Fahrzeugscheinwerfer (14); und auf dem sekundären Weg des Fahrzeugs (30, 40, 50, 60) basierende Berechnung eines zweiten Sollschwenkwinkels für einen zweiten Fahrzeugscheinwerfer (16).
Verfahren (150) nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung 12 für die auf dem Verzweigungswinkel des wahrscheinlichsten Wegs des Fahrzeugs (30, 40, 50, 60), einer Entfernung zur Verzweigung und einer Zeit zum Erreichen der Verzweigung basierenden Berechnung des ersten Sollschwenkwinkels konfiguriert ist.
Verfahren (150) nach Anspruch 10, wobei der erste Sollschwenkwinkel nach folgender Beziehung berechnet wird:
wobei: α der erste Sollschwenkwinkel, β der Verzweigungswinkel des wahrscheinlichsten Wegs, l die Knickpunktentfernung, V die Fahrzeuggeschwindigkeit, R die Entfernung zur Verzweigung und TR die Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung sind.
Verfahren (150) nach Anspruch 10, wobei die Steuereinrichtung (12) für die auf dem Verzweigungswinkel des sekundären Wegs, einer Entfernung zur Verzweigung und einer Zeit zum Erreichen der Verzweigung basierenden Berechnung des zweiten Sollschwenkwinkels konfiguriert ist.
Verfahren (150) nach Anspruch 12, wobei der zweite Sollschwenkwinkel nach folgender Beziehung berechnet wird:
wobei: α der zweite Sollschwenkwinkel, β der Verzweigungswinkel des sekundären Wegs, l die Knickpunktentfernung, V die Fahrzeuggeschwindigkeit, R die Entfernung zur Verzweigung und TR die Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung sind.
Verfahren (150) nach Anspruch 12, wobei die Steuereinrichtung (12) für die Berechnung eines Nominalschwenkwinkels derart konfiguriert ist, dass der Knickpunkt (78, 304) einen vorher definierten Abstand zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur aufweist.
Verfahren (150) nach Anspruch 14, wobei der Nominalschwenkwinkel nach folgender Beziehung berechnet wird:
wobei: ϕ der Nominalschwenkwinkel, ψ der Kurswinkel, ρ_ν die Krümmung an der Fahrzeugposition, ρ_k die Krümmung am Knickpunkt (78, 304), l die Entfernung zum Knickpunkt (78, 304) und D ein vorher definierter Lateralabstand sind.
Verfahren (150) nach Anspruch 14, wobei die Steuereinrichtung (12) für die Berechnung eines gewichteten Mittelwertwinkels aus dem erstem Sollschwenkwinkel und Nominalschwenkwinkel konfiguriert ist.