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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um für einen
Betrieb eines Kraftfahrzeugs wichtige Eigenschaften zu bestimmen,
und ein entsprechend ausgestaltetes Kraftfahrzeug.
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Bestimmte
Eigenschaften, wie z. B. eine Höhe
des Kraftfahrzeugs über
einer Fahrbahn, auf welcher das Kraftfahrzeug fährt, eine Neigung des Kraftfahrzeugs,
ein nicht korrekt eingestellter Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs,
aber auch eine Beschaffenheit der Fahrbahn, sind für den Betrieb
des Kraftfahrzeugs wichtige Eigenschaften. Zum einen kann ein Fahrer
des Kraftfahrzeugs durch Kenntnis dieser Eigenschaften seine Fahrweise
auf diese Eigenschaften anpassen. Zum anderen kann ein entsprechend
ausgestaltetes Kraftfahrzeug den Fahrer entsprechend warnen, wenn
beispielsweise eine Eigenschaft, wie z. B. die Glätte der
Fahrbahn, unter einen vorbestimmten Schwellenwert gefallen ist.
Darüber hinaus
ist es möglich,
dass sich ein entsprechend ausgestaltetes Kraftfahrzeug an eine
spezielle Eigenschaft, wie z. B. die Neigung des Fahrzeugs, anpasst,
indem beispielsweise das Bremssystem des Kraftfahrzeugs entsprechend
eingestellt wird.
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Darüber hinaus
ist eine korrekte Einstellung von Scheinwerfern eines Kraftfahrzeugs
eine Grundvoraussetzung für
eine gute Sicht eines Fahrers dieses Kraftfahrzeugs, wobei gleichzeitig
ein Blenden anderer Verkehrsteilnehmer zu vermeiden ist. Insbesondere
moderne Scheinwerfertechnologien, wie z. B. das AFS (adaptives Frontbeleuchtungssystem), setzen
eine wesentlich genauere Einstellung der Scheinwerfer voraus, als
es bei dem herkömmlichen Abblendlicht
notwendig ist, da die Hell-Dunkel-Grenze (Grenze zwischen dem von
den Scheinwerfern beleuchteten Bereich und dem nicht beleuchteten Bereich)
bei der Ausleuchtung gegenüber
dem herkömmlichen
Abblendlicht angehoben wird. Daher führt schon eine kleine Fehleinstellung
der Scheinwerfer zu einem Blenden der anderen Verkehrsteilnehmer.
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Daher
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, um zumindest eine Eigenschaft
für den Betrieb
eines Kraftfahrzeugs zu bestimmen, wodurch dann beispielsweise ein
Scheinwerfer möglichst
genau eingestellt werden kann, ohne dass dazu eine Werkstatt aufgesucht
werden muss oder manuelle Eingriffe vorgenommen werden müssen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eigenschaft für den Betrieb
eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug nach
Anspruch 17 gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung
einer Eigenschaft für den
Betrieb eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Dabei wird von mindestens
einem Scheinwerfer ein Muster beispielsweise auf einer Straße vor dem Kraftfahrzeug
erzeugt. Ein Bild, in welchem das erzeugte Muster abgebildet ist,
wird dann von einer Bilderfassungsvorrichtung, z. B. einer Kamera,
des Kraftfahrzeugs aufgenommen. Abhängig davon, wie das Muster
in dem von der Bilderfassungsvorrichtung erfassten Bild vorliegt,
wird dann mindestens eine Eigenschaft für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs
abgeleitet.
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Dadurch
muss vorteilhafterweise zur Bestimmung einer für den Betrieb des Kraftfahrzeugs
wichtigen Eigenschaft nur ein Muster auf die Fahrbahn projiziert
werden, ein Bild, in welchem dieses Muster enthalten ist, von der
Kamera aufgenommen werden und das Bild analysiert werden. Diese
Aufgaben können
vorteilhafterweise mit seriennahem Aufwand durchgeführt werden,
da in den heutigen und vielmehr in den zukünftigen Kraftfahrzeugen beispielsweise
Kameras auch für
zahlreiche andere Funktionen, wie z. B. zur Fahrspurerkennung, verwendet werden.
Auch leistungsfähige
Prozessoren zur Analyse der aufgenommenen Bilder, in welchen das
Muster enthalten ist, sind häufig
schon Bestandteil von modernen Kraftfahrzeugen, so dass zur erfindungsgemäßen Bestimmung
der Eigenschaft eigentlich zusätzlich
zu einer Standardausstattung nur eine Vorrichtung zur Projektion
des Musters einzurichten ist.
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Mit
anderen Worten lässt
sich die mindestens eine Eigenschaft durch die vorliegende Erfindung
relativ preiswert bestimmen, da die Erfindung auf bereits vorhandene
On-Board-Mittel (z. B. Scheinwerfer) zurückgreift, so dass die nach
dem Stand der Technik dedizierten Sensoren vorteilhafterweise nicht
erforderlich sind, um beispielsweise einen Neigungswinkel des Kraftfahrzeugs
oder eine Beschaffenheit der Fahrbahn zu bestimmen.
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Das
auf die Fahrbahn projizierte Muster kann dabei eine vorbestimmte
Form aufweisen, welche mehrere Eckpunkte (mindestens zwei) aufweist.
In dem von der Bilderfassungsvorrichtung erfassten Bild wird dann
eine Größe und/oder
eine Form des Musters bestimmt. Abhängig von der Größe (z. B. Abständen zwischen
jeweils zwei Eckpunkten des Musters) und/oder der Form (z. B. Winkel
zwischen zwei Strecken) kann dann zumindest eine Eigenschaft aus
einer Gruppe von Eigenschaften ermittelt werden, wobei diese Gruppe
folgende Eigenschaften umfasst:
- • Eine Höhe des Kraftfahrzeugs über der
Fahrbahn, aus welcher eine Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs ermittelt
werden kann.
- • Einen
Neigungswinkel des Kraftfahrzeugs in der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs,
d. h. der Neigungswinkel gibt an, um welchen Winkel das Kraftfahrzeug,
beispielsweise aufgrund einer Ladung, nach vorn oder nach hinten
geneigt ist.
- • Ein
Wankwinkel des Kraftfahrzeugs in der Breitenrichtung des Kraftfahrzeugs,
d. h. der Wankwinkel gibt an, um welchen Winkel das Kraftfahrzeug,
beispielsweise aufgrund einer Kurvenfahrt, nach rechts oder nach
links gekippt ist.
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Aus
der Größe und/oder
Form des Musters bzw. der Kalibriermarken kann auf die Fahrzeugneigung,
den Wankwinkel oder die Höhe über der
Fahrbahn des Kraftfahrzeugs geschlossen werden. Werden die Kalibriermarken
beispielsweise größer, so nickt
das Kraftfahrzeug nach oben oder seine Höhe über dem Boden hat sich vergrößert. Bei
einem Wanken bzw. einer seitlichen Schräglage des Kraftfahrzeugs ändert sich
die Größe einer
linken Kalibriermarke unterschiedlich zu einer Größe einer
rechten Kalibriermarke.
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Es
ist auch möglich
als Muster ein Rechteck auf die Straße zu projizieren. Ein Seitenverhältnis bzw.
eine Verzerrung dieses Rechtecks ist dann ein Indiz für die Lage
des Kraftfahrzeugs.
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Der
Begriff Muster wird hier zum einen synonym mit dem Begriff Kalibriermarke
verwendet. Andererseits kann ein Muster auch aus mehreren Kalibriermarken
zusammengesetzt sein, wobei diese Kalibriermarken dann als Eckpunkte
des Musters (z. B. eines Rechtecks) aufgefasst werden können.
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Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird in dem von der Bilderfassungsvorrichtung erfassten Bild ein
Kontrast und/oder eine Helligkeit des Musters bestimmt. Abhängig von
dem Kontrast und/oder der Helligkeit wird dann ein Zustand der Fahrbahn
ermittelt.
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Je
nasser die Fahrbahn ist, desto geringer ist beispielsweise der Kontrast
zwischen dem auf die Fahrbahn projizierten Muster und dem Hintergrund bzw.
der Fahrbahn. Andersherum ist der Kontrast zwischen dem Muster und
dem Hintergrund umso höher,
je trockener die Fahrbahn ist. Dagegen ist der Kontrast zwischen
dem Muster und dem Hintergrund umso größer, je mehr Schnee auf der
Fahrbahn liegt und ein Nahbereich vor dem Kraftfahrzeug ist bei
eingeschalteten Scheinwerfern des Kraftfahrzeugs umso heller, je
mehr Schnee auf der Fahrbahn liegt.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
werden ein erstes und ein zweites Muster auf der Fahrbahn erzeugt.
Diese beiden Muster können
entweder von nur einem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs oder jeweils
von einem also insgesamt von zwei Scheinwerfern des Kraftfahrzeugs
auf die Fahrbahn projiziert werden. In dem von der Bilderfassungsvorrichtung
erfassten Bild wird dann ein Abstand zwischen diesen beiden Mustern
bestimmt und abhängig
von diesem Abstand wird dann zumindest eine Eigenschaft aus der
vorab beschriebenen Gruppe von Eigenschaften ermittelt.
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Wenn
die beiden Muster beispielsweise durch die vorderen Scheinwerfer
des Fahrzeugs auf die Straße
vor dem Kraftfahrzeug projiziert werden, verkleinert sich ein Abstand
zwischen den beiden Mustern im Vergleich zu einem normierten Kraftfahrzeug
mit einem Neigungswinkel von 0°,
wenn sich das Kraftfahrzeug nach vorn neigt.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird wiederum ein erstes und ein zweites Muster von demselben Scheinwerfer
oder von jeweils einem Scheinwerfer auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug
projiziert. Dabei wird das zweite Muster in der Breitenrichtung
des Kraftfahrzeugs links oder rechts neben dem ersten Muster auf
der Fahrbahn erzeugt. In dem von der Bilderfassungsvorrichtung erfassten
Bild wird ein erster Abstand zwischen dem ersten Muster und dem
Kraftfahrzeug und ein zweiter Abstand zwischen dem zweiten Muster
und dem Kraftfahrzeug ermittelt. In Abhängigkeit von einer Differenz
zwischen diesen beiden Abständen wird
dann ein Wankwinkel des Kraftfahrzeugs in der Breitenrichtung des
Kraftfahrzeugs ermittelt.
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Ausgehend
von einem normierten Kraftfahrzeug mit einem Wankwinkel von 0° wird sich
beispielsweise der Abstand zwischen dem ersten Muster, welches rechts
neben das zweite Muster vor das Kraftfahrzeug projiziert worden
ist, und dem Kraftfahrzeug gegenüber
dem Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem zweiten Muster verkleinern, wenn
das Kraftfahrzeug nach rechts kippt.
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Gemäß einer
anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird ein rechtes und ein linkes Muster von demselben oder von jeweils
einem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug
derart projiziert, dass sie sich von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs
gut erkennen lassen. Dabei ist das rechte Muster mit der rechten Seite
des Kraftfahrzeugs und das linke Muster mit der linken Seite des
Kraftfahrzeugs derart ausgerichtet, dass ein Abstand zwischen den
beiden Mustern auf der Fahrbahn im Wesentlichen der Breite des Kraftfahrzeugs
entspricht.
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Dadurch
können
die beiden Muster als Kalibriermarken zur Orientierungshilfe für den Fahrer eingesetzt
werden. Die beiden Muster, welche beispielsweise jeweils als ein
Strich in Längsrichtung des
Kraftfahrzeugs ausgeführt
sind, zeigen dem Fahrer auf der Fahrbahn die Breite seines Fahrzeugs
an. So wird beispielsweise das Fahren in engen Fahrspuren bei Nacht
erleichtert.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird ein erstes und ein zweites Muster von demselben oder jeweils
einem Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn erzeugt.
Dabei werden die beiden Muster derart erzeugt, dass das erste Muster
in der Längsrichtung
des Kraftfahrzeugs hinter dem zweiten Muster auf der Fahrbahn (also
dichter am Kraftfahrzeug) erzeugt wird. Ein erster Abstand zwischen
den beiden auf der Fahrbahn erzeugten Mustern wird zusammen mit
einem zweiten Abstand zwischen dem ersten Muster und dem Kraftfahrzeug
bestimmt. In Abhängigkeit
von dem ersten Abstand und dem zweiten Abstand wird dann eine Höhe des Kraftfahrzeugs über der
Fahrbahn und eine Neigung bzw. ein Neigungswinkel des Kraftfahrzeugs bestimmt.
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Natürlich kann
bei dieser Ausführungsform anstelle
des ersten oder zweiten Abstands auch ein Abstand zwischen dem zweiten
Muster und dem Kraftfahrzeug zur Bestimmung der Höhe des Kraftfahrzeugs
und der Neigung des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
wird der Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs, mit welchem das Muster
projiziert wird, in Abhängigkeit
von dem in dem Bild aufgenommenen Muster eingestellt.
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Indem
das Muster von dem Scheinwerfer erzeugt wird, z. B. indem es von
dem Scheinwerfer projiziert wird, ist vorteilhafterweise bekannt,
nach welchem Muster in dem Bild gesucht werden muss, um den Scheinwerfer
in Abhängigkeit
von diesem in dem Bild erfassten Muster einzustellen. Dies ist einfacher, als
z. B. in einem Bild die genaue Lage der Hell-Dunkel-Grenze des Scheinwerfers
zu ermitteln, welche sich typischerweise in einer Entfernung von
mehr als 60 m von dem Kraftfahrzeug befindet, so dass in der Regel
keine scharfe Hell-Dunkel-Grenze auf der Straße abgebildet wird. Eine Kante
des Musters, welche in der Regel im Nahbereich (1 m bis 10 m vor dem
Fahrzeug) auf die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug projiziert wird,
kann die Bilderfassungsvorrichtung jedoch erkennen. Der Scheinwerfer
wird also vorteilhafterweise nicht nur zum Ausleuchten der Fahrbahn,
sondern auch dazu verwendet, ein Muster (Kalibrierungsmuster) auf
die Straße
zu projizieren. Dieses Muster kann z. B. ein horizontaler schwarzer Strich,
ein Fadenkreuz oder ein beliebiges anderes Kalibrierungsmuster sein.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren können Fehler
bei der Scheinwerfereinstellung (z. B. durch Vibrationen oder Umwelteinflüsse) automatisch
im Betrieb (während
der Fahrt) des Kraftfahrzeugs korrigiert werden.
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In
Abhängigkeit
von dem Muster kann der Scheinwerfer beispielsweise derart eingestellt
werden, dass ein Abstand des erzeugten Musters in dem Bild zu einer
vorbestimmten Sollposition in dem Bild ermittelt wird und der Scheinwerfer
dann abhängig von
diesem Abstand derart eingestellt wird, dass dieser Abstand beispielsweise
einem vorbestimmten Sollabstand entspricht. Dabei ist der Abstand
nicht nur ein absoluter Wert, sondern besitzt auch eine Richtung
bzw. wird durch eine vertikale Abstandskomponente und eine horizontale
Abstandskomponente definiert. Dazu wird vorteilhafterweise während der
Scheinwerfer automatisch eingestellt wird, weiter das von dem Scheinwerfer
erzeugte Muster mittels der Bilderfassungsvorrichtung aufgenommen
und ständig
der Abstand zwischen dem erzeugten Muster und der Sollposition gemessen,
bis dieser Abstand dem Sollabstand entspricht.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird der Scheinwerfer derart eingestellt, dass das erzeugte Muster
in dem von der Bilderfassungsvorrichtung aufgenommenen Bild auf
einer Sollposition in dem Bild liegt. In diesem Fall ist der Sollabstand
zwischen dem erzeugten Muster und der Sollposition gleich 0.
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Selbstverständlich können der
Sollabstand und/oder die Sollposition an bestimmte Gegebenheiten,
wie z. B. Fahrbedingungen (z. B. Geschwindigkeit, Kurvenfahrt) des
Kraftfahrzeugs, an einen von der Bilderfassungsvorrichtung erfassten
Bildausschnitt, angepasst werden.
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Dabei
wird das Muster vorteilhafterweise derart erzeugt, dass ein Objekt
in einer Schärfeebene des
Scheinwerfers vorhanden ist, so dass dieses von dem Scheinwerfer
angestrahlte Objekt das Muster z. B. auf die Straße projiziert.
Dabei ist es möglich,
dass das Objekt nur dann in die Schärfeebene des Scheinwerfers
geschoben wird, wenn der Scheinwerfer eingestellt wird. Dies bietet
den Vorteil, dass das Muster auch nur dann auf die Straße projiziert
wird, wenn der Scheinwerfer eingestellt wird, so dass das Muster auch
nur dann möglicherweise
dem Fahrer des Kraftfahrzeugs auffallen könnte.
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Bei
einer bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird der Scheinwerfer nur dann eingestellt, wenn das Kraftfahrzeug
fährt.
Anders ausgedrückt
wird der Scheinwerfer vorteilhafterweise nicht eingestellt, wenn
das Kraftfahrzeug steht.
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Indem
die Einstellung des Scheinwerfers nur dann ausgeführt wird,
wenn das Fahrzeug fährt
ist nur das von dem Scheinwerfer erzeugte Muster ständig an
derselben Stelle in dem Bild vorhanden, während alle anderen Objekte
sich in dem Bild bewegen oder abhängig von einer Belichtungszeit
der Bilderfassungsvorrichtung und einer Fahrbewegung des Kraftfahrzeugs
unscharf werden, so dass das Muster aus Gesichtspunkten einer Bildverarbeitung
sehr gut von anderen Objekten in dem Bild (z. B. Fugen in der Fahrbahn
oder Markierungen auf der Fahrbahn) unterschieden werden kann.
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Es
ist erfindungsgemäß auch möglich, die Einstellung
des Scheinwerfers nur vorzunehmen, wenn es trocken genug ist und/oder
wenn es dunkel genug ist, damit das Muster möglichst gut erkannt wird.
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Darüber hinaus
kann die Einstellung des Scheinwerfers auch nur dann vorgenommen
werden, wenn das Kraftfahrzeug schneller als eine vorbestimmte Geschwindigkeit
(z. B. 100 km/h) fährt.
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Wichtig
für die
Qualität
der mittels der Bilderfassungsvorrichtung erfassten Ergebnisse von
dem erzeugten Muster in dem Bild ist die Lage und die Form der Projektionsfläche, also
der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug, auf welcher das Muster erzeugt wird.
Normalerweise ist nicht bekannt, welcher Beschaffenheit die Fahrbahn
vor dem Kraftfahrzeug aufweist. Wenn das Kraftfahrzeug jedoch schnell
geradeaus fährt
ist davon auszugehen, dass die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug eben
ist, so dass auch die Projektionsfläche vorteilhafterweise eben
ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann auch derart ausgelegt sein, dass während oder direkt nach der
Einstellung der Scheinwerfer beispielsweise durch Niveausensoren
Unebenheiten erfasst werden und die gewonnenen Ergebnisse verworfen
werden, wenn diese Unebenheiten über
einem vorbestimmten Schwellenwert liegen, so dass in diesem Fall
keine Einstellung des Scheinwerfers vorgenommen wird oder eine bereits
veranlasste Einstellung rückgängig gemacht
wird.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
dass die Position des Musters derart bestimmt wird, dass für mehrere
Bilder, welche von der Bilderfassungsvorrichtung aufgenommen worden
sind, jeweils eine vorläufige
Position des Musters bestimmt wird, und ausgehend von diesen mehreren
vorläufigen
Positionen dann beispielsweise über
eine Mittelwertbildung die (endgültige)
Position des Musters bestimmt wird.
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Vorteilhafterweise
wird die Bilderfassungsvorrichtung vor einer Einstellung des Scheinwerfers oder
vor einer Bestimmung von Eigenschaften derart kalibriert, dass sich
die Bilderfassungsvorrichtung relativ zu dem Kraftfahrzeug in einer
vorbestimmten Sollposition befindet, so dass der von der Bilderfassungsvorrichtung
aufgenommene Bildausschnitt relativ zu dem Kraftfahrzeug festliegt,
so dass wiederum eine vorbestimmte Sollposition in diesem Bild relativ
zu dem Kraftfahrzeug festliegt.
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Dabei
kann die Bilderfassungsvorrichtung beispielsweise mit Hilfe des
Fluchtpunktes der Fahrbahnmarkierungen relativ zur Fahrbahn kalibriert werden.
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Es
sei angemerkt, dass es dann, wenn dieselbe Bilderfassungsvorrichtung
eingesetzt wird, um Objekte zu detektieren, um den Scheinwerfer
auf oder relativ zu diesen Objekten auszurichten, ausreicht, den
Scheinwerfer nur relativ zu der Bilderfassungsvorrichtung zu kalibrieren.
In diesem Fall kann beispielsweise die oben beschriebene Kalibrierung der
Bilderfassungsvorrichtung relativ zur Fahrbahn entfallen.
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Des
Weiteren ist es möglich,
dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein erster und ein zweiter Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs eingestellt werden.
Dabei ist es möglich,
dass der erste Scheinwerfer ein anderes Muster erzeugt als der zweite Scheinwerfer.
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Wenn
die beiden Scheinwerfer unterschiedliche Muster erzeugen, ist es
möglich
zwischen dem von dem ersten Scheinwerfer erzeugten Muster und dem
von dem zweiten Scheinwerfer erzeugten Muster zu unterscheiden,
um jeweils den entsprechenden Scheinwerfer mit Hilfe des von ihm
erzeugten Musters einzustellen, wie es vorab ausgeführt ist.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
dass der erste Scheinwerfer in einer Normalstellung das von dem zweiten
Scheinwerfer erzeugte Muster überstrahlt und/oder
dass der zweite Scheinwerfer in der Normalstellung das von dem ersten
Scheinwerfer erzeugte Muster überstrahlt.
Dabei liegt die Normalstellung der Scheinwerfer dann vor, wenn keiner
der beiden Scheinwerfer eingestellt wird.
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Indem
die Muster von dem jeweils anderen Scheinwerfer überstrahlt werden, sind sie
vorteilhafterweise von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs weniger sichtbar.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
werden die beiden Scheinwerfer im Rahmen der Scheinwerfereinstellung
derart eingestellt, dass das von dem ersten Scheinwerfer projizierte
Muster mit dem von dem zweiten Scheinwerfer projizierte Muster deckungsgleich übereinander
fällt oder
dass die beiden Muster zueinander ausgerichtet sind. Dabei kann
z. B. jeweils einer der beiden Scheinwerfer solange verfahren werden,
bis die Muster der beiden Scheinwerfer in Deckung bzw. zueinander
ausgerichtet sind.
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Nachdem
beide Scheinwerfer jeweils einmal solange verfahren worden sind,
bis die beiden Muster übereinander
liegen, ist bekannt, wie die beiden Scheinwerfer relativ zueinander
stehen. Eine absolute Lage der beiden Scheinwerfer kann dann über die Position
des Musters in dem von der Bilderfassungsvorrichtung aufgenommenen
Bild ermittelt werden. Die zur Einstellung bzw. Kalibrierung der
Scheinwerfer benötigten
Verstellschritte sollten dabei derart beschaffen sein, dass die
Ausleuchtung der Fahrbahn durch den kurzen Kalibrierungsvorgang
bzw. die Einstellung der Scheinwerfer nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
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Das
Muster oder die Muster können
so vor dem Fahrzeug auf die Straße projiziert werden, dass sie
zwar von der Bilderfassungsvorrichtung auf der Straße erfasst
werden, jedoch nicht von einem normal großen Fahrer gesehen werden können, da
das oder die Muster für
den Fahrer beispielsweise von einem Vorderteil des Kraftfahrzeugs
verdeckt werden.
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Dies
bietet den Vorteil, dass das oder die Muster zu keiner Irritierung
des Fahrers führen
können.
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Bei
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird das oder die Muster beispielsweise motorisch in eine Schärfeebene
des oder der Scheinwerfer geschwenkt, wann immer eine vorbestimmte
Bedingung erfüllt
wird, so dass die Muster nicht ständig auf die Fahrbahn projiziert
werden, auch wenn die Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs aktiviert
sind. Dabei kann die vorbestimmte Bedingung beispielsweise dann
vorliegen, wenn ein Fernlicht des Kraftfahrzeugs oder wenn ein Autobahnlicht
des Kraftfahrzeugs aktiviert ist. Dabei ist das Autobahnlicht ein
spezielles Licht, welches vorzugsweise bei Fahrten auf einer Autobahn
eingesetzt wird und welches durch eine spezielle Einstellung eines
Abblendlichtscheinwerfers erzeugt wird.
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Die
Bestimmung, ob die vorbestimmte Bedingung vorliegt oder nicht, kann
dabei durch eine Kopplung an eine vorhandene Aktuatorik zur Betätigung des
Fernlichtschalters oder zur Betätigung
des Schalters für
das Autobahnlicht vorgenommen werden.
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Bei
einer Verwendung eines LED-Matrixscheinwerfers als Scheinwerfer
für das
Kraftfahrzeug könnte
ein (Kalibrier)Muster über
ein Ein- oder Ausschalten einzelner Segmente (LEDs) erzeugt werden.
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Das
Muster, welches von dem mindestens einen Scheinwerfer auf der Fahrbahn
erzeugt wird, kann auch ein Logo, wie z. B. das VW-Logo oder die vier
Audi-Ringe, darstellen.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug bereitgestellt,
welches einen Scheinwerfer, eine Bilderfassungsvorrichtung und eine
Steuereinrichtung umfasst. Dabei erzeugt der Scheinwerfer ein Muster,
welches in einem Bild vorhanden ist, das über oder mittels der Bilderfassungsvorrichtung
aufgenommen wird. Die Steuereinrichtung bestimmt dann eine Eigenschaft
für den
Betrieb des Kraftfahrzeugs aus dem in dem Bild erfassten Muster.
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Darüber hinaus
kann das Kraftfahrzeug einen oder mehrere Niveausensoren aufweisen.
Die Steuereinrichtung kann nun derart ausgestaltet sein, dass ihr
Signale von dem Niveausensor zugeführt werden können und
dass die Steuereinrichtung nur dann eine Einstellung des Scheinwerfers
vornimmt, wenn sie über
den oder die Niveausensoren erfasst, das eine Ebenheit einer Fahrbahn,
auf welcher das Kraftfahrzeug fährt,
unterhalb einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Mit anderen Worten
ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass sie die Einstellung
des Scheinwerfers nur dann vornimmt, wenn die Fahrbahn und damit
die Projektionsfläche,
auf welcher das Muster erzeugt wird, eben genug ist bzw. wenig Unebenheiten
aufweist.
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Eine
ebene Projektionsfläche
erleichtert einer Bildverarbeitung das Erkennen des von dem Scheinwerfer
erzeugten Musters. Eine Modellannahme basiert darauf, dass eine
Projektionsfläche
vor dem Fahrzeug möglichst
eben ist. Je weniger diese Annahme zutrifft, desto fehlerbehafteter
ist die Kalibrierung.
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Das
Kraftfahrzeug kann auch zwei Scheinwerfer umfassen und derart ausgestaltet
sein, dass jeder der beiden Scheinwerfer ein entsprechendes Muster
erzeugt und dass die Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs beide
Scheinwerfer abhängig
von diesen beiden Mustern einstellt.
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Das
Kraftfahrzeug kann auch einen Regensensor und/oder einen Lichtsensor
umfassen. Dann ist es möglich,
eine Einstellung des oder der Scheinwerfer insbesondere dann vorzunehmen,
wenn es möglichst
trocken und/oder dunkel ist, da sich das Muster am besten bei Dunkelheit
und Trockenheit erkennen lässt.
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Die
vorliegende Erfindung eignet sich vorzugsweise dazu, um Eigenschaften
für den
Betrieb von Kraftfahrzeugen, wie z. B. einem Motorrad oder einem
Automobil, zu bestimmen. Darüber
hinaus ist es durch die vorliegende Erfindung auch möglich, bei Kraftfahrzeugen
automatisch während
des Fahrbetriebs, d. h. auch während
der Fahrt, den Scheinwerfer einzustellen. Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diese bevorzugten Anwendungsbereiche
beschränkt,
sondern kann auch eingesetzt werden, um beispielsweise eine für den Betrieb
wichtige Eigenschaft bei einem Flugzeug zu bestimmen oder um bei
dem Flugzeug einen Scheinwerfer einzustellen.
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Mit
der vorliegenden Erfindung lässt
sich die Leuchtweite (vertikale Neigung bzw. Ausrichtung der Scheinwerfer)
bei allen motorisch vertikal verstellbaren Scheinwerfern ohne einen
zusätzlichen
Aktuator einstellen. Die horizontale Ausrichtung der Scheinwerfer
kann dabei mit einem weiteren Aktuator durchgeführt werden, welcher den Scheinwerfer
sonst während
einer Kurvenfahrt derart einstellt, dass der Scheinwerfer in die
Kurve und nicht geradeaus leuchtet. Mit anderen Worten können zur
Durchführung
der Erfindung bereits in vielen modernen Kraftfahrzeugen eingesetzte
Aktuatoren verwendet werden, so dass vorteilhafterweise keine Aktuatoren
extra bzw. nur für
die erfindungsgemäße Einstellung
der Scheinwerfer benötigt
werden, wodurch mit einem seriennahen Aufwand eine präzise automatische Scheinwerferausrichtung
erreicht wird.
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Mit
der vorliegenden Erfindung kann ein Scheinwerfer eines Fahrzeugs
wie folgt eingestellt werden:
- • relativ
zu einer Bilderfassungsvorrichtung des Fahrzeugs,
- • relativ
zu dem Fahrzeug (wenn vorher die Bilderfassungsvorrichtung relativ
zu dem Fahrzeug kalibriert worden ist),
- • relativ
zu einer Fahrbahn, auf welcher das Fahrzeug fährt (wenn vorher die Bilderfassungsvorrichtung
relativ zur Fahrbahn kalibriert worden ist).
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die angehängte Zeichnung
im Detail erläutert.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug
mit zwei Scheinwerfern und von diesen Scheinwerfern projizierten
Kalibrierungsmustern dargestellt.
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2 stellt
ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug
mit einer Kamera dar.
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In 3 sind
verschiedene Formen von Kalibrierungsmustern dargestellt.
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In 4 ist dargestellt, wie sich Abstände zwischen
zwei Mustern oder einem Muster und dem Kraftfahrzeug abhängig von
der Höhe
des Kraftfahrzeugs oder dem Neigungswinkel des Kraftfahrzeugs verändern.
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In 5 ist dargestellt, wie sich vier auf die Straße projizierte
Muster abhängig
von dem Neigungswinkel, der Höhe
und dem Wankwinkel des Kraftfahrzeug verändern.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 10 mit
einem ersten Scheinwerfer 1 und einem zweiten Scheinwerfer 2 dargestellt.
Der erste Scheinwerfer 1 weist einen ersten Lichtkegel 21 und der
zweite Scheinwerfer 2 weist einen zweiten Lichtkegel 22 auf.
Der erste Scheinwerfer 1 projiziert ein erstes Kalibrierungsmuster 11 auf
die Fahrbahn ungefähr
5 m vor das Kraftfahrzeug 10, während der zweite Scheinwerfer 2 ein
zweites Kalibrierungsmuster 12 ebenfalls ungefähr 5 m vor
das Kraftfahrzeug 10 auf die Fahrbahn projiziert. Die Form
der Kalibrierungsmuster 11, 12 ist gleich, da
jedes Kalibrierungsmuster 11, 12 aus zwei gleich
langen Strichen besteht, welche kreuzförmig senkrecht aufeinander
stehen. Man erkennt in 1 auch, dass sich beide Kalibrierungsmuster 11, 12 sowohl
in dem ersten Lichtkegel 21 als auch in dem zweiten Lichtkegel 22 befinden.
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Um
einen relativen Versatz des einen Scheinwerfers 1, 2 zu
dem anderen Scheinwerfer 2, 1 zu ermitteln, wird
nun der eine Scheinwerfer 1, 2 solange verfahren,
bis sein Kalibrierungsmuster 11, 12 auf dem Kalibrierungsmuster 12, 11 des
anderen Scheinwerfers 2, 1 zu liegen kommt. Man
erkennt in 1, dass dazu der erste Scheinwerfer 1 derart
verfahren bzw. eingestellt werden muss, das sein Kalibrierungsmuster 11 sowohl
nach vorn als auch nach rechts bewegt wird, um das Kalibrierungsmuster 12 des
zweiten Scheinwerfers zu überdecken.
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In 2 ist
das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 auf
einer Fahrbahn 6 dargestellt, auf welche die Kalibrierungsmuster 11, 12 von
den Scheinwerfern 1, 2 projiziert werden (sowohl
Kalibrierungsmuster 11, 12 als auch Scheinwerfer 1, 2 sind
in 2 nicht dargestellt). Das Kraftfahrzeug 10 umfasst
eine Kamera 3, welche nicht nur zur Einstellung der Scheinwerfer 1, 2 eingesetzt
wird, sondern Bestandteil eines Fahrerassistenzsystems (nicht dargestellt) des
Kraftfahrzeugs 10 ist. Diese Kamera 3 befindet sich
hinter der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs 10. Darüber hinaus
umfasst das Kraftfahrzeug 10 einen Niveausensor 5,
einen Regensensor 7, ein Navigationssystem 8 und
einen Lichtsensor 9, welche jeweils mit einer Steuereinrichtung 4 des
Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Dadurch erfasst die Steuereinrichtung 4 über den
Niveausensor 5, ob die Fahrbahn 6, auf welcher
das Kraftfahrzeug 10 fährt, ausreichend
eben ist, damit die von den Scheinwerfern 1, 2 auf
die Fahrbahn 6 projizierten Kalibrierungsmuster 11, 12 ohne
Probleme in einem von der Kamera 3 aufgenommenen Bild mittels
einer Bildverarbeitung von der Steuereinrichtung 4 erfasst
werden können.
Anhand dieser Kalibrierungsmuster 11, 12 in dem
von der Kamera 3 aufgenommenen Bild werden dann die Scheinwerfer 1, 2 mittels
der Steuereinrichtung 4 eingestellt.
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Es
sei angemerkt, dass der Regensensor 7 und der Lichtsensor 9 häufig auch
in einem gemeinsamen Sensor (nicht dargestellt) integriert sind,
welcher hinter der Windschutzscheibe am Fuß eines Innenspiegels angeordnet
ist.
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Auch
das Navigationssystem 8 kann dazu beitragen, dass die Einstellung
der Scheinwerfer 1, 2 möglichst auf einer ebenen Fahrbahn
vorgenommen wird, indem die Einstellung möglichst dann vorgenommen wird,
wenn das Navigationssystem 8 meldet, dass das Kraftfahrzeug 10 auf
einer Straße 6 (z. B.
einer Autobahn) fährt,
bei welcher in der Regel bekannt ist, dass sie einen ebenen Untergrund
aufweist.
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Untersuchungen
haben gezeigt, dass die Kalibrierungsmuster 11–16 am
besten bei Dunkelheit und Trockenheit erkannt werden. Daher wird
die Einstellung der Scheinwerfer 1, 2 insbesondere
dann vorgenommen, wenn der Steuereinrichtung 4 über den
Regensensor 7 gemeldet wird, dass es trocken ist. Ob es
dunkel ist, kann dabei über
das von der Kamera aufgenommene Bild oder über einen Lichtsensor 9 des
Kraftfahrzeugs 10 erfasst werden.
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Die
Einstellung bzw. Kalibrierung der Scheinwerfer 1, 2 wird
dabei zyklisch ausgeführt,
z. B. alle zwei Stunden, sofern es dunkel und trocken genug ist.
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In 3 sind
verschiedene Kalibrierungsmuster 13–16 dargestellt. Dabei
sind die in 3 oben dargestellten Kalibrierungsmuster 13, 15 die Kalibrierungsmuster
des rechten Scheinwerfers 1 und die in 3 unten
dargestellten Kalibrierungsmuster 14, 16 die Kalibrierungsmuster
des linken Scheinwerfers 2. Da die Kalibrierungsmuster 13, 15 des
rechten Scheinwerfers 1 unterschiedlich zu den Kalibrierungsmustern 14, 16 des
zweiten Scheinwerfers 2 sind, ist es einfach, das dem jeweiligen
Scheinwerfer 1, 2 entsprechende Kalibrierungsmuster 13–16 in
dem von der Kamera 3 aufgenommenen Bild aufzufinden.
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Darüber hinaus
sind die Kalibrierungsmuster 13–16 derart beschaffen,
dass sie einfach zueinander ausgerichtet werden können. Wenn
beispielsweise das Kalibrierungsmuster 13 des ersten Scheinwerfers 1 genau
zu dem Kalibrierungsmuster 14 des zweiten Scheinwerfers 2 ausgerichtet
ist, befindet sich das Kalibrierungsmuster 14 genau innerhalb
des Kalibrierungsmuster 13, so dass die jeweiligen Ränder der
Quadrate parallel zueinander angeordnet sind und ein Abstand von
jeweils zueinander angeordneten Rändern der beiden Quadrate gleich
ist. Wenn dagegen das Kalibrierungsmuster 15 des ersten
Scheinwerfers 1 genau zu dem Kalibrierungsmuster 16 des
zweiten Scheinwerfers 2 ausgerichtet ist, bilden die beiden
Kalibrierungsmuster 15, 16 einen Vollkreis.
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In 4a ist
ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Kamera 3 und einem
Scheinwerfer 1 im Grundzustand, d. h. mit einem Neigungswinkel
von 0° und
einer vorbestimmten Höhe,
dargestellt. Durch den Scheinwerfer 1 (oder durch zwei
Scheinwerfer 1 des Kraftfahrzeugs) werden eine erste Kalibriermarke 31 und
eine zweite Kalibriermarke 32 auf die Straße 6 vor
das Kraftfahrzeug projiziert.
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In 4b ist
dasselbe Kraftfahrzeug 10 in einem eingeknickten Zustand,
d. h. das Vorderteil des Kraftfahrzeugs 10 neigt sich nach
unten und das Hinterteil des Kraftfahrzeugs 10 neigt sich
nach oben, dargestellt. Da das Kraftfahrzeug 10 in 4b einen größeren Neigungswinkel
als in 4a aufweist, hat sich der Abstand
sowohl zwischen der ersten Kalibriermarke 31 und dem Kraftfahrzeug 10 als
auch der Abstand zwischen der zweiten Kalibriermarke 32 und dem
Kraftfahrzeug 10 verkleinert.
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In 4c ist
das Kraftfahrzeug 10 in einem abgesenkten Zustand dargestellt,
d. h. sowohl das Vorderteil als auch das Hinterteil des Kraftfahrzeugs 10 haben
sich im Vergleich zu dem in 4a dargestellten
Zustand beispielsweise aufgrund einer Beladung des Kraftfahrzeugs
zur Straße 6 abgesenkt. Auch
in diesem Fell hat sich der Abstand sowohl zwischen der ersten Kalibriermarke 31 und
dem Kraftfahrzeug 10 als auch der Abstand zwischen der
zweiten Kalibriermarke 32 und dem Kraftfahrzeug 10 verkleinert.
Während
allerdings der Abstand zwischen der ersten Kalibriermarke 31 und
dem Kraftfahrzeug 10 in der 4b im
Wesentlichen gleich dem Abstand zwischen der ersten Kalibriermarke 31 und dem
Kraftfahrzeug 10 in 4c ist,
hat sich der Abstand zwischen der zweiten Kalibriermarke 32 und dem
Kraftfahrzeug 10 in 4b stärker verkleinert als
der Abstand zwischen der zweiten Kalibriermarke 32 und
dem Kraftfahrzeug 10 in 4c. Dadurch kann
vorteilhafterweise zwischen einem eingeknickten Fahrzeug 10 (d.
h. zwischen einem Fahrzeug mit einem Neigungswinkel, welcher ungleich
0° ist)
und einem abgesenkten Fahrzeug unterschieden werden.
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In 5 sind für vier verschiedene Zustände des
Kraftfahrzeugs 10 jeweils vier Kalibriermarken 33–36 aus
der Kameraperspektive auf der Straße vor dem Kraftfahrzeug 10 dargestellt.
Dabei werden jeweils die beiden linken Kalibriermarken 33, 34 von dem
linken Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs 10 und die beiden
rechten Kalibriermarken 35, 36 von dem rechten
Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs 10 auf die Straße projiziert.
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In 5a ist
dabei ein Grundzustand des Kraftfahrzeugs, d. h. ein Zustand des
Kraftfahrzeugs 10, in welchem der Neigungswinkel 0° und der
Wankwinkel 0° sowie
die Höhe
des Kraftfahrzeugs 10 einen vorbestimmten Wert aufweist,
dargestellt.
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In 5b ist
das Kraftfahrzeug 10 in einem eingeknickten Zustand dargestellt,
welcher dem in 4b dargestellten Zustand entspricht.
Da sich die Abstände
der beiden linken Kalibriermarken 33, 34 zu dem
Kraftfahrzeug 10 genauso verhalten wie die Abstände der beiden
rechten Kalibriermarke in 35, 36 zu dem Kraftfahrzeug 10,
weist der Wankwinkel des Kraftfahrzeugs 10 0° auf.
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In 5c ist
das Kraftfahrzeug 10 in einem abgesenkten Zustand dargestellt,
welcher dem in 4c dargestellten Zustand des
Kraftfahrzeugs 10 entspricht. Da sich wiederum die Abstände der
beiden linken Kalibriermarken 33, 34 zu dem Kraftfahrzeug 10 genauso
verhalten wie die Abstände
der beiden rechten Kalibriermarken 35, 36 zu dem
Kraftfahrzeug 10, ist der Wankwinkel bei dem in 5c dargestellten
Zustand ebenfalls 0°.
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In 5d ist
das Kraftfahrzeug 10 in einer Schräglage nach links dargestellt.
Man erkennt diese Schräglage
am besten daran, dass der Abstand zwischen der vorderen rechten
Kalibriermarke 35 zu dem Kraftfahrzeug 10 deutlich
größer ist
als der Abstand zwischen der vorderen linken Kalibriermarke 34 und
dem Kraftfahrzeug 10, so dass der Wankwinkel bei der in 5d dargestellten
Schräglage
des Kraftfahrzeugs 10 nach links ungleich 0° ist.
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Mit
Hilfe der vier Kalibriermarken 33–36 kann also nicht
nur die Höhe
und der Neigungswinkel des Kraftfahrzeugs 10, sondern auch
der Wankwinkel des Kraftfahrzeugs 10 bestimmt werden. Es
kann also zwischen Nickbewegungen und Niveauänderungen (Höhenänderungen)
eindeutig unterschieden werden.
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Es
sei daraufhingewiesen, dass die in 5 jeweils
dargestellten vier Punkte 33–36 erfindungsgemäß auch zu
nur einem Muster gehören
könnten, welches
durch einen Scheinwerfer 1 auf die Straße 6 projiziert wird.
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- 1,
2
- Scheinwerfer
- 3
- Kamera
- 4
- Steuereinrichtung
- 5
- Niveausensor
- 6
- Fahrbahn
- 7
- Regensensor
- 8
- Navigationssystem
- 9
- Lichtsensor
- 10
- Kraftfahrzeug
- 11–16
- Muster
- 21,
22
- Lichtkegel
- 31–36
- Muster