DE102008000768B4 - Algorithmus einer prädiktiv-adaptiven Frontbeleuchtung bei verzweigter Straßengeometrie - Google Patents
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Abstract
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) 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.
- In der
DE 197 55 406 A1 wird eine Beleuchtungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Fahrzeug, welche eine Steuerung der Beleuchtungsvorrichtung nach Maßgabe des Straßenverlaufs, des Fahrzeugbetriebs und des Fahrzustands des Fahrzeugs umfasst, offenbart. Bei der Steuerung wird die vom Fahrer angestrebte Fahrzeugfahrtrichtung vorausbestimmt. Durch Vergleichen des Ergebnisses der Voraussage mit Informationen über den Verlauf der Straße, auf welcher das Fahrzeug gegenwärtig fährt, wird die Beleuchtungsreichweite gesteuert. Die Beleuchtungsvorrichtung weist eine Straßenprofilberechnungseinrichtung, um die Fahrtrichtung des Fahrzeugs, zum Beispiel anhand von Karteninformationen, zu bestimmen, und eine Voraussageeinrichtung für die Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf. Die vom Fahrer beabsichtigte Fahrtrichtung des Fahrzeugs wird durch ein vom Fahrer gegebenes Operationssignal vorausgesagt. - 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 bis8D sind Beispiele, die den Maximalabweichungspunkt für verschiedene Kurven-Szenarios darstellen. - Ausführliche Beschreibung
- In
1 ist ein die Prinzipien der Erfindung verkörperndes System dargestellt und mit10 allgemein gekennzeichnet. Zum System10 zählen eine Steuereinrichtung12 , mindestens zwei Scheinwerfer14 ,16 und mindestens zwei Schwenkmechanismen18 ,20 , von denen jeweils einer an einem der Scheinwerfer14 ,16 montiert ist. Die Steuereinrichtung12 empfängt Daten von einem oder mehreren Elementen der Elemente GPS22 , Giergeschwindigkeitssensor24 und Fahrzeuggeschwindigkeitssensor26 . Die Steuereinrichtung12 ist für die auf einer gespeicherten Kartendatenbank und den verschiedenen Inputs von GPS22 , Giergeschwindigkeitssensor24 und/oder Fahrzeuggeschwindigkeitssensor26 basierenden Vorausberechnung eines wahrscheinlichsten Fahrzeugwegs konfiguriert. Basierend auf dem vorausberechneten Weg betätigt die Steuereinrichtung12 die Schwenkmechanismen18 ,20 so, dass diese die Scheinwerfer14 ,16 zur Beleuchtung des wahrscheinlichsten Fahrzeugwegs entsprechend ausrichten. Die Schwenkmechanismen18 ,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 Schwenkmechanismen18 ,20 eine projizierte Position des von den Scheinwerfern14 ,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 bis2D dargestellten Szenarios vermag, wie zuvor beschrieben, ein herkömmliches AFS die Scheinwerfer nicht in die für den zukünftigen Fahrzeugweg optimale Position zu schwenken. In2A ist ein Kurveneinfahrt-Szenario dargestellt. In diesem Szenario fährt das Fahrzeug30 auf einer geraden Straße32 unmittelbar vor einer Kurve34 . Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel würden dem Anschein nach erkennen lassen, dass der Fahrzeugweg vor dem Fahrzeug30 einen geraden Verlauf hätte, wie durch Pfeil36 gekennzeichnet. Ein herkömmliches AFS würde folglich das Gebiet direkt vor dem Fahrzeug30 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 Pfeil38 gekennzeichnet. - In
2B ist ein Kurvenausfahrt-Szenario dargestellt. In diesem Szenario fährt ein Fahrzeug40 auf einer gekrümmten Straße42 unmittelbar vor dem Ausgang einer Kurve44 . Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel lassen erkennen, dass das Fahrzeug40 momentan einen Bogen mit einem bestimmten Bogenwinkel fährt. Ein herkömmliches AFS würde folglich das Gebiet direkt vor dem Fahrzeug30 jedoch um den Bogenwinkel versetzt beleuchten, wie durch Pfeil46 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 Pfeil48 gekennzeichnet. - In
2C ist ein S-Kurven-Szenario dargestellt. Hierbei fährt das Fahrzeug50 auf einer Straße52 durch eine S-Kurve54 . Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel lassen erkennen, dass das Fahrzeug50 momentan einen Bogen mit einem bestimmten Bogenwinkel fährt. Außerdem lässt im Beispiel die Giergeschwindigkeit erkennen, dass das Fahrzeug50 nach links schwenkt. Ein herkömmliches AFS würde folglich das Gebiet direkt vor dem Fahrzeug50 jedoch nach links um den Bogenwinkel versetzt beleuchten, wie durch Pfeil56 gekennzeichnet. Die Scheinwerfer würden nicht nur den Gegenverkehr blenden, sondern eine Beleuchtung bieten, die vom Fahrzeug50 nach links gerichtet ist, während der zukünftige Fahrzeugweg nach rechts vom Fahrzeug50 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 Pfeil58 gekennzeichnet. - In
2D schließlich ist ein Fahrspurwechsel-Szenario dargestellt. Idealerweise hält das System10 den Strahl der Scheinwerfer parallel zur Straße, wie durch Pfeil69 gekennzeichnet, während das Fahrzeug60 auf einem geraden Abschnitt der Straße62 fährt und von einer ersten Fahrspur64 in eine zweite Fahrspur66 wechselt. Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel lassen erkennen, dass das Fahrzeug60 momentan einen Bogen mit einem bestimmten Bogenwinkel fährt, wie durch Pfeil68 gekennzeichnet. Der allgemeine Weg des Fahrzeugs60 führt jedoch geradeaus und sollte, wie durch Pfeil69 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 Strahlmuster72 für ein herkömmliches AFS (in diesem Szenario) und ein zweites projiziertes Strahlmuster74 für das System10 der Erfindung. Das erste Strahlmuster72 hat einen durch die überlappenden Muster vom ersten und zweiten Scheinwerfer14 ,16 geformten Knickpunkt76 . 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 Strahlmuster74 einen Knickpunkt78 . Das System10 schwenkt den Strahl der Scheinwerfer um einen Winkel ϕ, sodass sich der Knickpunkt78 des Strahlmusters74 in der Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur befindet, also der Fahrspur, die von dem mit dem erfindungsgemäßen System10 ausgestatteten Fahrzeug befahren wird. Um das zu erreichen, verwendet das System10 einen Algorithmus, der die aufkommenden Wegdaten (wie z. B. Krümmungsdaten) entlang des im Voraus ermittelten Fahrzeugwegs berechnet. Das System10 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 Steuereinrichtung12 zur Ansteuerung der Schwenkmechanismen18 ,20 verwendet wird. In Block102 wird die GPS-Position aus Block104 um den Giergeschwindigkeitsmesswert aus Block106 und den Geschwindigkeitsmesswert aus Block108 ergänzt. Die GPS-Position, die Giergeschwindigkeit und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit werden zur Berechnung der Fahrzeugposition110 in einem globalen Koordinatensystem verwendet. Mithilfe der Kartendatenbank112 erkennt der Kartenabgleich-Algorithmus114 die berechnete Fahrzeugposition116 auf einer Karte. Der Wegprognose-Algorithmus118 analysiert die Karte bezüglich der berechneten Position und der Richtung der Fahrzeugbewegung. Der Wegprognose-Algorithmus118 berechnet die Kandidatenliste der voraussichtlichen geplanten Fahrtwege. Aus der Liste ermittelt der Wegprognose-Algorithmus118 in Verbindung mit einer Vertrauensbewertung jedes Fahrtwegs auf der Liste den wahrscheinlichsten Weg. Ist der wahrscheinlichste Weg ermittelt, berechnet der Wegprognose-Algorithmus118 die Krümmung des wahrscheinlichsten Wegs. Die Wegdaten120 einschließlich der sich ergebenden Krümmungswerte werden dem Algorithmusblock des prädiktiv-adaptiven Frontbeleuchtungssystems (PAFS-Algorithmus)122 bereitgestellt. Der PAFS-Algorithmus122 verwendet die berechneten Wegdaten120 zur Bestimmung des Sollschwenkwinkels124 für jeden Scheinwerfer14 ,16 . Die Sollschwenkwinkel124 werden jeweils den Schwenkmechanismen18 ,20 bereitgestellt, wie durch Block126 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-Algorithmus122 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 Schwenkwinkel124 jedes Scheinwerfers berechnen. Die Herangehensweise des PAFS-Algorithmus kann aufgrund des Vertrauensniveaus des wahrscheinlichsten Wegs variieren, wie in5 dargestellt. - In
5 erfolgt in Block152 der Start des Verfahrens150 . In Block154 empfängt der PAFS-Algorithmus122 Vertrauenswerte und Wegdaten für die Wegliste. In Block156 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 Verfahren150 der Linie158 zu Block160 . In Block160 berechnet der PAFS-Algorithmus122 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 Block162 wird der Schwenkwinkel für den rechten und für den linken Scheinwerfer basierend auf dem für die Scheinwerfer zugelassenen maximalen Trennwinkel begrenzt. Danach endet das Verfahren150 in Block176 . - Wieder bezugnehmend auf Block
156 folgt das Verfahren150 der Linie164 , wenn das Vertrauensniveau des wahrscheinlichsten Wegs hoch ist. In Block166 berechnet der PAFS-Algorithmus122 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 Block168 berechnet der PAFS-Algorithmus122 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-Algorithmus122 einen gewichteten Mittelwert des Schwenkwinkels aus dem in Block166 berechneten Schwenkwinkel und dem in Block168 berechneten Schwenkwinkel. Zur weiteren Verdeutlichung sei angemerkt, dass dann, wenn der PAFS-Algorithmus122 feststellt, dass der wahrscheinlichste Weg rechts vom sekundären Weg verläuft, der PAFS-Algorithmus122 den gewichteten Mittelwert des Schwenkwinkels aus dem in Block166 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 Block166 eingestellt, wie in Block172 gekennzeichnet ist. In Block174 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 Verfahren150 endet, wie in Block176 gekennzeichnet. - Durch Begrenzung der Genauigkeiten der Karten- und der GPS-Position ist es möglich, dass der Kartenabgleich-Algorithmus
114 in der Nahe des Verzweigungspunkts Schwierigkeiten mit der exakten Platzierung des Fahrzeugs auf der Karte hat. Folglich ändert, wenn sich die Fahrzeugposition in der Nahe 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 und166 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; αL als der linke Schwenkwinkel; αR als der rechte Schwenkwinkel; und S als der maximal zugelassene Trennwinkel. - Mit β1 und β2 als gegeben werden βR als das Maximum von β1 und β2 und βL als das Minimum von β1 und β2 definiert. Die Schwenkwinkel αR und αL 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 Darstellung202 der im Voraus berechneten Wegdaten204 . Die geometrische Darstellung202 in der Kartendatenbank112 wird mithilfe von Knotenpunkten206 und Formpunkten208 durchgeführt. Jeder Straßenabschnitt auf der Karte beginnt und endet mit einem Knotenpunkt206 . Formpunkte208 sind zwecks Erfassung der Straßenabschnittgeometrie zwischen den Knotenpunkten206 angeordnet. Der Wegprognose-Algorithmus118 ermittelt den wahrscheinlichsten Fahrtweg und berechnet die Krümmung an jedem der Formpunkte208 und Knotenpunkte206 innerhalb des Bereichs der Vorausschauentfernung210 . Der Wegprognose-Algorithmus118 berechnet außerdem, basierend auf einem Straßenmodell, die Krümmung zwischen den Formpunkten208 . In dem erläuternden Beispiel überspannen zwanzig Krümmungspunkte212 die Vorausschauentfernung210 , und die jedem Krümmungspunkt212 von der Fahrzeugposition214 zum Krümmungspunkt212 gemessenen zugehörigen Entfernungen werden dem PAFS-Algorithmus122 bereitgestellt. Der PAFS-Algorithmus122 verwendet einige dieser zwanzig Krümmungspunkte212 und Entfernungswerte zur Bestimmung des optimalen Scheinwerferschwenkwinkels124 . Selbstverständlich könnten eine größere oder kleinere Anzahl von Krümmungspunkten212 verwendet werden. - Wie voranstehend dargelegt, stellt der Wegprognose Algorithmus
118 beispielsweise zwanzig Krümmungspunkte212 entlang der Vorausschauentfernung210 bereit. Zusätzlich stellt der Wegprognose-Algorithmus118 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 in2 dargestellten Knickpunkts78 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 (ϕL), der verwendet werden kann, ohne den Gegenverkehr zu blenden oder die Verteilung der Sichtverhältnisse negativ zu beeinflussen.
- 3. Berechnung des Sollschwenkwinkels (ϕf) als das Minimum von ϕ und ϕL im absoluten Sinn oder eines gewichteten Mittelwerts von ϕ und ϕL. Die ϕ und ϕL 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 Scheinwerferstrahl74 über einen Straßenabschnitt mit nicht-konstantem Krümmungsradius. Obwohl der Wegprognose-Algorithmus118 das Krümmungsverhalten zwischen dem Gebiet301 und dem Gebiet302 ausführlich beschreibt, wird der Einfachheit dieses Beispiels halber angenommen, dass sich die Krümmung (ρ) zwischen dem Gebiet301 und dem Gebiet302 linear ändert. Das Gebiet301 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:ρv = ρ₁ + ρ₂ + ρ₃ / 3 (1), - ρ
- die Krümmung an der Fahrzeugposition;
- ρv
- die Krümmung bei cp1,
- ρ2
- die Krümmung bei cp2 und
- ρ3
- die Krümmung bei cp3 sind.
- Das Gebiet
302 erstreckt sich zwischen dem Krümmungspunkt cpl (ρl) bei der geometrischen Entfernung l (Entfernung zum Knickpunkt304 ) und den nächsten zwei Krümmungspunkten cp (ρnext1, ρnext2). 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,
- ρl
- die Krümmung in der geometrischen Entfernung,
- ρnext1
- die Krümmung am ersten Krümmungspunkt hinter cpl (cpnext1) und
- ρnext2
- die Krümmung am zweiten Krümmungspunkt hinter cpl (cpnext2) sind.
-
- 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 ρk und ρv wie folgt in Beziehung gesetzt werden: wobei - ϕ
- der Nominalschwenkwinkel,
- ψ
- ein Kurswinkel,
- ρv
- die Krümmung an der Fahrzeugposition,
- ρk
- 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 – ψcp1_2 (5), - 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 (ϕL) berechnet. Die Einführung des Ausdrucks ρv 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 Gebiet301 und dem Gebiet302 , bei dem die den Strahl (Strahlmittellinie402 ) in gleiche Teile teilende Senkrechte ihre maximale Lateralabweichung404 von der Mitte der Straße405 aufweist (siehe8A bis8D ). - Wie aus den
8A bis8D zu erkennen ist, liegt der Punkt der Maximalabweichung406 immer näher zum Maximum der Krümmungen bei Gebiet301 und Gebiet302 , wenn beide Krümmungen das selbe Vorzeichen haben. Deshalb kann der Punkt der Maximalabweichung406 so angenähert werden, dass er bei einer Entfernung L liegt, die wie folgt berechnet wird: - Die dieser Gleichung zugrundeliegende Idee ist, dass dann, wenn ρv größer als ρk ist und beide das selbe Vorzeichen haben, der Punkt der Maximalabweichung kleiner als l/2 ist, was mit dem in den
8A bis8D dargestellten Konzept in Einklang steht. Wenn andererseits ρk größer als ρv 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 Steuereinrichtung12 ρk = 0, das heißt:L = l / 4. (7) -
- ρL ist die Krümmung bei der Entfernung L. Der endgültige Sollschwenkwinkel (ϕf) kann das Minimum von ϕ und ϕL 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.
- Bezugszeichenliste
- 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 (12)
- System (
10 ) für adaptive Frontbeleuchtung eines Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ), umfassend: – einen ersten Scheinwerfer (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 ) und – einen an den zweiten Scheinwerfer (16 ) gekoppelten zweiten Schwenkmechanismus (20 ) zur Änderung eines Schwenkwinkels des zweiten Scheinwerfers (16 ), dadurch gekennzeichnet, dass eine für die Bestimmung eines wahrscheinlichsten Wegs und eines sekundären Wegs des Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ) konfigurierte Steuereinrichtung (12 ) ausgebildet ist, welche derart 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, wobei – das Bestimmen des ersten Sollschwenkwinkels (124 ) auf einem Verzweigungswinkel des wahrscheinlichsten Wegs des Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ), einer Entfernung zur Verzweigung und einer Zeit zum Erreichen der Verzweigung basiert und – das Bestimmen des zweiten Sollschwenkwinkels (124 ) auf einem Verzweigungswinkel des sekundären Wegs des Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ), einer Entfernung zur Verzweigung und einer Zeit zum Erreichen der Verzweigung basiert. - System (
10 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sollschwenkwinkel (124 ) nach folgender Beziehung berechnet wird: wobei: α erster Sollschwenkwinkel (124 ), β Verzweigungswinkel des wahrscheinlichsten Wegs, l Knickpunktentfernung, V Fahrzeuggeschwindigkeit, R Entfernung zur Verzweigung und TR Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung sind. - System (
10 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sollschwenkwinkel (124 ) nach folgernder Beziehung berechnet wird: wobei: α zweiter Sollschwenkwinkel (124 ), β Verzweigungswinkel des sekundären Wegs, l Knickpunktentfernung, V Fahrzeuggeschwindigkeit, R Entfernung zur Verzweigung und TR Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung sind. - System (
10 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass 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 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nominalschwenkwinkel nach folgender Beziehung berechnet wird: wobei: ϕ Nominalschwenkwinkel, ψ Kurswinkel, ρv Krümmung an der Fahrzeugposition, ρk Krümmung am Knickpunkt (78 ,304 ), l Entfernung zum Knickpunkt (78 ,304 ) und D vorher definierter Lateralabstand sind. - System (
10 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass 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 folgende Schritte: – Bestimmung eines wahrscheinlichsten Wegs des Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ), – Bestimmung eines sekundären Wegs des Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ), – auf dem wahrscheinlichsten Weg des Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ) basierende Berechnung eines ersten Sollschwenkwinkels (124 ) für einen ersten Fahrzeugscheinwerfer (14 ) und – auf dem sekundären Weg des Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ) basierende Berechnung eines zweiten Sollschwenkwinkels (124 ) für einen zweiten Fahrzeugscheinwerfer (16 ), dadurch gekennzeichnet, dass – der erste Sollschwenkwinkel (124 ) basierend auf einem Verzweigungswinkel des wahrscheinlichsten Wegs des Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ), einer Entfernung zur Verzweigung und einer Zeit zum Erreichen der Verzweigung berechnet wird und – der zweite Sollschwenkwinkel (124 ) basierend auf einem Verzweigungswinkel des sekundären Wegs des Fahrzeugs (30 ,40 ,50 ,60 ), einer Entfernung zur Verzweigung und einer Zeit zum Erreichen der Verzweigung berechnet wird. - Verfahren (
150 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sollschwenkwinkel (124 ) nach folgender Beziehung berechnet wird: wobei: α erster Sollschwenkwinkel (124 ), β Verzweigungswinkel des wahrscheinlichsten Wegs, l Knickpunktentfernung, V Fahrzeuggeschwindigkeit, R Entfernung zur Verzweigung und TR Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung sind. - Verfahren (
150 ) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sollschwenkwinkel (124 ) nach folgender Beziehung berechnet wird: wobei: α zweiter Sollschwenkwinkel (124 ), β Verzweigungswinkel des sekundären Wegs, l Knickpunktentfernung, V Fahrzeuggeschwindigkeit, R Entfernung zur Verzweigung und TR Zeit bis zum Erreichen der Verzweigung sind. - Verfahren (
150 ) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nominalschwenkwinkel derart berechnet wird, dass ein Knickpunkt (78 ,304 ) einen vorher definierten Abstand zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur aufweist. - Verfahren (
150 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Nominalschwenkwinkel nach folgender Beziehung berechnet wird: wobei: ϕ Nominalschwenkwinkel, ψ Kurswinkel, ρv Krümmung an der Fahrzeugposition, ρk Krümmung am Knickpunkt (78 ,304 ), l Entfernung zum Knickpunkt (78 ,304 ) und D vorher definierter Lateralabstand sind. - Verfahren (
150 ) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem erstem Sollschwenkwinkel (124 ) und dem Nominalschwenkwinkel ein gewichteter Mittelwertwinkel berechnet wird.
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