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Die
Erfindung betrifft einen Helligkeitssensor zum Erkennen einer Beleuchtungsstärke sowie
ein Kraftfahrzeug mit einem Helligkeitssensor.
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Stand der Technik
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Helligkeitssensoren
zur Verwendung in Kraftfahrzeugen sind aus dem Stand der Technik
bekannt. Solche Helligkeitssensoren haben die Aufgabe, bei einsetzender
Dunkelheit selbständig
einen oder mehrere Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs einzuschalten.
Außerdem
soll der Helligkeitssensor ein Durchfahren eines Tunnels erkennen,
damit die Scheinwerfer ebenfalls automatisch eingeschaltet werden
können.
Zusätzlich
soll auch ein Verlassen des Tunnels erkannt und die Scheinwerfer
selbsttätig wieder
abgeschaltet werden.
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Bekannte
Helligkeitssensoren messen hierzu eine Beleuchtungsstärke eines
von vorne auf das Kraftfahrzeug scheinenden Lichts und weisen eine festgelegte
Verstärkereinstellung
auf. Allerdings kann die Umgebungshelligkeit je nach Jahreszeit
und Wetterlage erheblich variieren. Dies hat zur Folge, dass der
Helligkeitssensor für
einen großen
Messbereich ausgelegt werden muss. Es hat sich als schwierig erwiesen,
den Helligkeitssensor so einzustellen, dass Brücken, Tunnel und andere die
Helligkeit beeinflussende Besonderheiten der Umgebung bei allen
Lichtverhältnissen
sicher erkannt werden. Dies kann beispielsweise zur Folge haben,
dass bei einer Durchfahrt unter einer Brücke die Scheinwerfer des Kraftfahrzeuges
kurz ein- und wieder ausgeschaltet werden (Blinkeffekt).
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Helligkeitssensor
zum Erkennen einer Beleuchtungsstärke bereitzustellen. Diese
Aufgabe wird durch einen Helligkeitssensor gemäß Anspruch 1 gelöst. Es ist
weiter Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einem verbesserten
Helligkeitssensor bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug
gemäß Anspruch
9 gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßer Helligkeitssensor zum
Erkennen einer dritten Beleuchtungsstärke weist einen Richtungssensor
zum Erkennen einer ersten Beleuchtungsstärke in einem festgelegten ersten
Raumwinkel und einen Globalsensor zum Erkennen einer zweiten Beleuchtungsstärke in einem zweiten
festgelegten Raumwinkel auf. Vorteilhafterweise kann dadurch die
Beleuchtungsstärke
aus zwei unterschiedlichen Raumwinkeln bestimmt werden.
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Zweckmäßigerweise
ist der zweite Raumwinkel größer als
der erste Raumwinkel. Dies ermöglicht
es, eine globale und eine anisotrope Beleuchtungsstärke zu ermitteln.
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Zweckmäßig weisen
der erste und der zweite Raumwinkel in unterschiedliche Raumrichtungen. Dies
erlaubt es beispielsweise, eine Beleuchtungsstärke von oben und eine Beleuchtungsstärke von vorne
zu ermitteln.
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In
einer Weiterbildung weist der Helligkeitssensor eine Auswertschaltung
zum Auswerten des Signals des Richtungssensor und/oder des Signals des
Globalsensors auf. Vorteilhafterweise können die derart ausgewerteten
Signale an anderem Ort weiterverarbeitet werden.
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Zweckmäßig ist
es, die Auswertschaltung so auszubilden, dass ein Parameter zum
Auswerten des Signals des Richtungssensors in Abhängigkeit
des Signals des Globalsensors angepasst wird. Vorteilhafterweise
kann dadurch der Richtungssensor bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen
jeweils an seinem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden.
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Bevorzugt
ist der anzupassende Parameter ein Verstärkungswert. Dadurch wird die
Empfindlichkeit des Richtungssensors an unterschiedliche Lichtverhältnisse
angepasst.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Helligkeitssensor zur Verwendung in einem
Kraftfahrzeug vorgesehen. Vorteilhafterweise ermöglicht dies, einen Scheinwerfer
des Kraftfahrzeugs automatisch ein- oder auszuschalten.
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In
einer Weiterbildung ist der Helligkeitssensor mit einem Regensensor
in einem gemeinsamen Bauteil integriert. Vorteilhafterweise ermöglicht dies eine
platzsparende und kostengünstige
Ausführung.
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Ein
erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug
weist einen Helligkeitssensor gemäß der obigen Beschreibung auf.
Dabei ist ein Steuergerät
vorgesehen, um einen Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs abhängig von einer
durch den Helligkeitssensor ermittelten Beleuchtungsstärke ein-
oder auszuschalten. Dies bietet den Vorteil eines erhöhten Komforts.
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Zweckmäßigerweise
ist der Helligkeitssensor an einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs
angeordnet. Vorteilhafterweise wird dadurch sichergestellt, dass
die durch den Helligkeitssensor registrierte Helligkeit etwa der
durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs registrierten Helligkeit entspricht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Helligkeitssensors;
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2 zeigt
eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem Helligkeitssensor.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines Helligkeitssensors 100.
Der Helligkeitssensor 100 umfasst einen Richtungssensor 110 und
einen Globalsensor 120. Der Richtungssensor 110 ist
dazu ausgebildet, die Helligkeit eines aus einem ersten Raumwinkel 115 auf
den Helligkeitssensor 100 fallenden Lichts zu ermitteln.
Der Globalsensor 120 ist dazu ausgebildet, die Helligkeit
eines aus einem zweiten Raumwinkel 125 auf den Helligkeitssensor 100 fallenden
Lichts zu ermitteln.
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Bei
dem Richtungssensor 110 und dem Globalsensor 120 handelt
es sich um prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannte Bauelemente,
mit deren Aufbau ein Fachmann vertraut ist. In der hier beschriebenen
Ausführungsform
der Erfindung werden exemplarisch Sensoren verwendet, die zur Messung der
physikalischen Beleuchtungsstärke
(SI-Einheit Lux bzw. lx) ausgelegt sind. Der Richtungssensor 110 und
der Globalsensor 120 können
hierzu Fotodioden oder andere lichtempfindliche Bauteile aufweisen.
In alternativen Ausführungsformen
können
die Sensoren 110, 120 eine Leuchtdichte oder eine
andere mit der Helligkeit in Zusammenhang stehende Messgröße erfassen.
Die Sensoren 110, 120 registrieren lediglich die
aus einem als Raumwinkel bezeichneten Richtungsbereich auf die Sensorfläche treffende
Beleuchtung. Dieser Raumwinkel kann beispielsweise durch eine oder
mehrere optische Linsen festgelegt sein. Es können auch Blenden, Gitter,
Spiegel und andere optische Elemente auf einem Fachmann bekannte
Weise Verwendung finden.
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Im
in 1 dargestellten Beispiel weisen der erste Raumwinkel 115 und
der zweite Raumwinkel 125 in unterschiedliche Raumrichtungen.
Im dargestellten Beispiel sind die beiden Raumwinkel etwa senkrecht
zueinander orientiert. Es sind jedoch auch andere relative Orientierungen
möglich.
Außerdem ist
der erste Raumwinkel 115 in der Ausführungsform der 1 kleiner
als der zweite Raumwinkel 125. In anderen Ausführungsformen
können
der erste und der zweite Raumwinkel 115, 125 aber
auch gleich groß sein.
Der erste Raumwinkel 115 kann auch größer als der zweite Raumwinkel 125 sein.
In einer weiteren Ausführungsform
kann der zweite Raumwinkel 125 einen kompletten Halbraum
oder einen noch größeren Winkelbereich
umfassen.
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Der
in 1 dargestellte Helligkeitssensor 100 umfasst
außerdem
eine Auswertschaltung 130, die mit dem Richtungssensor 110 und
dem Globalsensor 120 verbunden ist. Der Richtungssensor 110 liefert
ein der durch den Richtungssensor 110 detektierten Helligkeit
entsprechendes Signal an die Auswertschaltung 130. Der
Globalsensor 120 liefert ein der durch den Globalsensor 120 ermittelten
Helligkeit entsprechendes Signal an die Auswertschaltung 130. Die
Auswertschaltung 130 ist dazu ausgebildet, die vom Richtungssensor 110 und
vom Globalsensor 120 bereitgestellten Signale zu empfangen,
weiterzuverarbeiten und an externe, in 1 nicht
dargestellte, Komponenten weiterzureichen. Die Auswertschaltung 130 kann
beispielsweise einen Mikrocontroller aufweisen. Die Auswertschaltung 130 kann
auch Verstärkerschaltungen
zur Verstärkung
der durch den Richtungssensor 110 und den Globalsensor 120 gelieferten
Signale aufweisen.
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Die
unter freiem Himmel vorherrschende Beleuchtungsstärke unterliegt
abhängig
von Wetter, Jahres- und Tageszeit erheblichen Schwankungen. An einem
hellen Sommertag kann eine Beleuchtungsstärke von 100.000 Lux (lx) vorliegen.
An einem bedeckten Sommertag sind es etwa 20.000 lx, an einem bedeckten
Wintertag lediglich 3.500 lx. Je nach Einstellung der Arbeitspunkte
des Richtungssensors 110 und des Globalsensors 120 bieten
der Richtungssensor 110 und der Globalsensor 120 in
einem bestimmten Wertebereich der Beleuchtungsstärke eine höhere Empfindlichkeit und in
anderen Wertebereichen der Beleuchtungsstärke eine reduzierte Empfindlichkeit.
Die Arbeitspunkte des Richtungssensors 110 und des Globalsensors 120 können beispielsweise über einen
Verstärkungswert
einer Verstärkerschaltung
der Auswertschaltung 130 eingestellt werden. Ist der Arbeitspunkt
des Richtungssensors 110 hoch eingestellt, so ist dieser
empfindlich für Änderungen
der Beleuchtungsstärke
bei hoher Beleuchtungsstärke,
jedoch unempfindlich für Änderungen
der Beleuchtungsstärke
bei geringer Beleuchtungsstärke.
Ist der Arbeitspunkt des Richtungssensors 110 niedrig eingestellt,
so ist dieser empfindlich für Änderungen
der Beleuchtungsstärke
bei geringer Beleuchtungsstärke,
jedoch unempfindlich für Änderungen
der Beleuchtungsstärke
bei hoher Beleuchtungsstärke.
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Beim
Helligkeitssensor
100 der Ausführungsform der
1 wird
die durch den Globalsensor
120 ermittelte Beleuchtungsstärke zur
Einstellung des Arbeitspunktes des Richtungssensor
110 verwendet.
Hierzu hält
die Auswertschaltung
130 eine Tabelle vor, anhand derer
eine durch den Globalsensor
120 ermittelte Umgebungshelligkeit
einer Helligkeitsklasse zugeordnet wird. Diese Tabelle kann beispielsweise
wie folgt aussehen:
| Umgebungshelligkeit | Helligkeitsklasse |
| 100.000
lx–50.000
lx | 1 |
| 50.000
lx–30.000
lx | 2 |
| 30.000
lx–20.000
lx | 3 |
| 20.000
lx–10.000
lx | 4 |
| 10.000
lx–5.000
lx | 5 |
| 5.000
lx–1.000
lx | 6 |
| 1.000
lx–500
lx | 7 |
| 500
lx–50
lx | 8 |
| unter
50 lx | 9 |
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Weiter
hält die
Auswertschaltung 130 für jede
Helligkeitsklasse einen Wert für
einen anzupassenden Parameter bereit. Beispielsweise kann die Auswertschaltung 130 für jede Helligkeitsklasse
einen Verstärkungswert
bereithalten, der den Arbeitspunkt des Richtungssensors 110 bestimmt.
Die Auswertschaltung 130 kann für jede Helligkeitsklasse auch
Werte für
mehrere anzupassende Parameter bereithalten. Die Auswertschaltung 130 stellt
somit den Arbeitspunkt des Richtungssensors 110 entsprechend
der durch den Globalsensor 120 ermittelten Umgebungshelligkeit
ein. Dadurch ist gewährleistet, dass
der Richtungssensor 110 bei jeder möglichen Umgebungshelligkeit
nahe seines idealen Arbeitspunktes betrieben wird.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges 200.
Das Kraftfahrzeug 200 weist eine Frontscheibe 220 auf.
An oder in der Frontscheibe 220 ist ein Helligkeitssensor 100 entsprechend
der obigen Beschreibung angeordnet. Der Helligkeitssensor 100 kann
beispielsweise in einem hinter einem Rückspiegel gelegenen Bereich
der Frontscheibe 220 in die Frontscheibe 220 integriert sein.
In der Ausführungsform
der 2 ist der dem Richtungssensor 110 des
Helligkeitssensors 100 zugeordnete erste Raumwinkel 115 in
Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 200 und der dem Globalsensor 120 des
Helligkeitssensors 100 zugeordnete zweite Raumwinkel 125 nach
oben orientiert. Dies erlaubt es, mittels des Globalsensors 120 eine
Umgebungshelligkeit zu detektieren und mittels des Richtungssensors 110 eine
Beleuchtungsstärke
in Fahrtrichtung zu detektieren. Die Auswertschaltung 130 des Helligkeitssensors
passt den Arbeitsbereich des Richtungssensors 110 je nach
der durch den Globalsensor 120 ermittelten Umgebungshelligkeit
an.
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Die
Auswertschaltung 130 des Helligkeitssensors 100 ist über einen
Datenbus mit einem Steuergerät 230 des
Kraftfahrzeugs 200 verbunden, um dem Steuergerät 230 eine
durch den Helligkeitssensor 100 ermittelte Beleuchtungsstärke mitzuteilen. Das
Steuergerät 230 kann
je nach ermittelter Beleuchtungsstärke unterschiedliche Aktionen
vornehmen. Beispielsweise kann das Steuergerät 230 des Kraftfahrzeugs 200 unterhalb
eines festgelegten Grenzwertes der Beleuchtungsstärke automatisch Scheinwerfer 210 des
Kraftfahrzeugs 200 einschalten.
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Durch
den Richtungssensor 110 kann eine reduzierte Beleuchtungsstärke in Fahrtrichtung
frühzeitig
erkannt werden. Eine solche reduzierte Beleuchtungsstärke kann
beispielsweise von einem nahen Tunnel herrühren. Ein Steuergerät 230 kann dann
rechtzeitig die Scheinwerfer 210 des Kraftfahrzeugs 200 einschalten.
Durch die Anpassung des Arbeitspunktes des Richtungssensors 110 entsprechend
der durch den Globalsensor 120 detektierten Umgebungshelligkeit
funktioniert die Erkennung der reduzierten Beleuchtungsstärke in Fahrtrichtung
bei allen Tageshelligkeiten.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung werden sowohl das durch den Richtungssensor 110 als
auch das durch den Globalsensor 120 bereitgestellte Signal
zur Erkennung der Beleuchtungssituation herangezogen. Beispielsweise
können
Brücken
dadurch erkannt werden, dass die in Richtung des zweiten Raumwinkels 125 detektierte
Beleuchtungsstärke
reduziert, die in Richtung des ersten Raumwinkels 115 detektierte
Beleuchtungsstärke
jedoch bereits wieder erhöht
ist. In diesem Fall kann auf ein Einschalten der Scheinwerfer 210 verzichtet
werden. Entsprechend können
auch andere die Beleuchtungssituation beeinflussende Hindernisse
wie Waldschneisen oder vorausfahrende Lastkraftwagen erkannt werden.
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In
einer zusätzlichen
Weiterbildung der Erfindung können
bei eingeschaltetem Fernlicht des Kraftfahrzeugs 200 mittels
des Richtungssensors 110 entgegenkommende Fahrzeuge oder
beleuchtete Straßen,
beispielsweise innerhalb von Ortschaften, erkannt werden. In diesem
Fall kann das Fernlicht automatisch ausgeschaltet werden. Es ist
auch möglich,
das Einschalten des Fernlichts erst unterhalb einer festgelegten
Umgebungshelligkeit zu gestatten. Beispielsweise kann das Steuergerät 230 des
Kraftfahrzeugs 200 ein Einschalten des Fernlichts erst
erlauben, wenn die ermittelte Umgebungshelligkeit der Helligkeitsklasse 9 zugeordnet
werden kann.
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Der
Helligkeitssensor kann mit weiteren Funktionsgruppen, beispielsweise
mit einem Regensensor, zu einem gemeinsamen Bauteil zusammengefasst
sein.