DE102012216088A1

DE102012216088A1 - Verfahren sowie Auswerte- und Steuereinheit zum Anpassen einer Scheinwerferstrahlgrenze eines Scheinwerferkegels

Info

Publication number: DE102012216088A1
Application number: DE102012216088.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes Foltin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-13
Also published as: CN104822565A; CN104822565B; US9505340B2; US20150239391A1; WO2014040849A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen einer Scheinwerferstrahlgrenze (20) eines Scheinwerferkegels (14) zumindest eines Scheinwerfers (12) eines Fahrzeugs (10). Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: – Erfassen von mindestens einem Bereich (32) einer Fahrbahn (11), der in Fahrtrichtung (17) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist. – Bestimmen einer Topographie des mindestens einen Bereichs (32) der Fahrbahn (11). – Bereitstellen eines Steuersignals zum Anpassen der Scheinwerferstrahlgrenze (20) in Abhängigkeit der Topographie.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen einer Scheinwerferstrahlgrenze eines Scheinwerferkegels zumindest eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiter eine Auswerte- und Steuereinheit zum Anpassen einer Scheinwerferstrahlgrenze eines Scheinwerferkegels zumindest eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Computer-Programmprodukt.
Eine herkömmliche Leuchtweitenregelung eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs ermöglicht ein vertikales Schwenken zumindest eines strahlbildenden Teils des Scheinwerfers oder einer Lichtquelle des Scheinwerfers, um einen Lichtkegel – den Scheinwerferkegel – an eine Beladungssituation des Fahrzeugs anzupassen.
Eine automatische Leuchtweitenregelung kann über zumindest einen Fahrwerkssensor einen Federungszustand und Beladungszustand des Fahrzeugs erkennen. Beispielsweise kann die automatische Leuchtweitenregelung von Beschleunigungskräften wie Anfahren oder Bremsen hervorgerufene Nickbewegungen des Fahrzeugs ausgleichen, so dass der Lichtkegel trotz der Nickbewegung des Fahrzeugs eine voreingestellte Leuchtweite relativ zu dem Fahrzeug beibehält.
Die EP 2 119 592 A1 beschreibt ein Steuergerät zur Steuerung einer Lichtverteilung und einer horizontalen Hell-Dunkel-Grenze von Frontscheinwerfern eines Kraftfahrzeugs mit einem Signalverarbeitungsmittel zum Erzeugen von Steuersignalen für die Hauptscheinwerfer.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird ein Verfahren er eingangs genannten Art bereitgestellt, mit den Schritten: Erfassen von mindestens einem Bereich einer Fahrbahn, der in Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet ist, Bestimmen einer Topographie des mindestens einen Bereichs der Fahrbahn, und Bereitstellen eines Steuersignals zum Anpassen der Scheinwerferstrahlgrenze in Abhängigkeit der Topographie.
Weiter wird vor diesem Hintergrund eines Auswerte- und Steuereinheit der eingangs genannten Art bereitgestellt, mit einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von mindestens einem Bereich einer Fahrbahn, der in Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet ist, einer Einrichtung zum Bestimmen einer Topographie des mindestens einen Bereichs der Fahrbahn, und einer Einrichtung zum Bereitstellen eines Steuersignals zum Anpassen der Scheinwerferstrahlgrenze in Abhängigkeit der Topographie.
Schließlich wird vor diesem Hintergrund ein Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens zum Anpassen einer Scheinwerferstrahlgrenze eines Scheinwerferkegels zumindest eines Scheinwerfers eines Fahrzeugs der oben genannten Art bereitgestellt, wenn das Programm auf einer Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt wird.
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass eine Ausrichtung der Scheinwerferstrahlgrenze – insbesondere eines Frontscheinwerfers – zum Fahrzeug prädikativ in Abhängigkeit der Topographie der Fahrbahn geregelt werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass der Abstand der Scheinwerferstrahlgrenze während eines Betriebs des Fahrzeugs nachgeführt werden kann. Unter der Scheinwerferstrahlgrenze wird ein Übergang von einem Leuchtbereich in einen unbeleuchteten Bereich verstanden. Dieser ist meist parallel zur Querachse des Fahrzeugs ausgerichtet. Ferner ist die Scheinwerferstrahlgrenze typischerweise als Hell-Dunkel-Grenze identifizierbar. Vorzugsweise ist diese Hell-Dunkel-Grenze – in Fahrtrichtung betrachtet – ein Übergang von dem Leuchtbereich zu dem nicht ausgeleuchteten Bereich. Es handelt sich somit um eine obere Scheinwerferstrahlgrenze.
Die obere Scheinwerferstrahlgrenze wird vorzugsweise derart eingestellt, dass die Scheinwerferstrahlgrenze in Fahrtrichtung betrachtet möglichst weit vom Fahrzeug entfernt angeordnet ist. Somit wird einem Fahrer des Fahrzeugs ein größtmöglicher ausgeleuchteter Fahrbahnbereich bereitgestellt. Gleichzeitig muss die obere Scheinwerferstrahlgrenze so nah am Fahrzeug angeordnet sein, dass eine Blendung von vorausfahrenden Fahrern oder entgegenkommenden Fahrern verhindert wird.
Um sicherzustellen, dass der größtmögliche Bereich ausgeleuchtet wird, wobei gleichzeitig eine Blendung anderer Fahrer verhindert wird, ist es nunmehr vorgesehen, die Scheinwerferstrahlgrenze dann näher zum Fahrzeug zu verlagern, wenn aufgrund der Fahrbahntopographie Nickbewegungen des Fahrzeugs zu erwarten sind. Dies basiert auf der Erkenntnis, dass auch bei Nickbewegungen die Blendungen aus Sicherheitsgründen verhindert werden müssen. Durch das Verlagern der Scheinwerferstrahlgrenze entsteht somit ein Sicherheitswinkel zwischen einer Obergrenze des Scheinwerferkegels bei maximal entfernter Scheinwerfergrenze und der Obergrenze des Scheinwerferkegels bei aktueller Scheinwerferstrahlgrenze. Die Scheinwerferstrahlgrenze wird vorzugsweise über den Sicherheitswinkel des Scheinwerfers eingestellt. Er gibt auch den Winkel an, um den das Fahrzeug im Frontbereich eine Aufwärtsnickbewegung machen kann, ohne dass auf ebener Strecke ein Fremdfahrzeug geblendet wird.
Der Sicherheitswinkel ist somit ein gut zu definierendes Maß für eine Ausrichtung des Scheinwerferkegels. Er eignet sich insbesondere als Regelgröße zum Anpassen der Scheinwerferstrahlgrenze relativ zum Fahrzeug. Aufgrund des Sicherheitswinkels kann nunmehr das Kraftfahrzeug eine Nickbewegung ausführen, die den Scheinwerfer um den Sicherheitswinkel um eine Querachse herum verdreht, ohne dass eine Blendung anderer Fahrer erfolgt.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Nickbewegung in Abhängigkeit der Topographie zumindest quantitativ prädiziert wird. Somit ergibt sich die Möglichkeit einer differenzierten vorausschauenden Anpassung des Sicherheitswinkels und damit der Scheinwerferstrahlgrenze. Durch die vorausschauende Reaktion ist somit das Blendungsrisiko anderer Verkehrsteilnehmer gering oder vollständig beseitigt. Gleichzeitig kann der durchschnittliche Sicherheitswinkel möglichst klein gehalten und damit die Sichtweite besonders hoch gehalten werden.
Der Scheinwerferkegel beschreibt den räumlichen Bereich, in den der Scheinwerfer im Wesentlichen Licht entsendet. Der Scheinwerferkegel muss nicht zwangsläufig kegelförmig sein, sondern kann auch eine andere räumliche Geometrie aufweisen.
Unter der Topographie wird insbesondere ein Höhenverlauf der Fahrbahn verstanden, der eine Nickbewegung des Fahrzeugs hervorrufen kann. Derartige Höhenverläufe sind beispielsweise durch Straßenschäden und/oder Straßenreparaturstellen bedingt.
Das Steuersignal wird vorzugsweise dazu verwendet, einen Aktor zu steuern, der den Scheinwerferkegel in seiner relativen Ausrichtung zu dem Kraftfahrzeug verändern kann.
Ferner ist es denkbar, das Steuersignal zusätzlich in Abhängigkeit einer Nickbewegung des Fahrzeugs bereitzustellen. Hierdurch kann das Anpassen der Scheinwerferstrahlgrenze weiter verbessert und/oder verifiziert werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Bereitstellen des Steuersignals in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
In dieser Ausgestaltung wird für das Steuersignal zusätzlich zu der Topographie des Bereichs der Fahrbahn auch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs berücksichtigt. Da der Bereich der Fahrbahn in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, ist die Auswirkung dieses Bereichs und insbesondere seiner Topographie auf das Fahrzeug mit einer zeitlichen Verzögerung behaftet. In Abhängigkeit des Abstands von dem Bereich der Fahrbahn zu dem Fahrzeug und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann nunmehr ermittelt werden, wann die bereits bestimmte Topographie eine Nickbewegung des Fahrzeugs bedingt. Somit kann in Abhängigkeit der Geschwindigkeit die Scheinwerferstrahlgrenze hochgenau geregelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der mindestens eine Bereich der Fahrbahn mittels eines optischen Sensors erfasst, wobei die Topographie in Abhängigkeit von Messwerten des optischen Sensors bestimmt wird.
In dieser Ausgestaltung wird der Bereich der Fahrbahn optisch sensiert. Vorteilhaft hierbei ist es, dass optische Sensoren wirtschaftlich herzustellen sind und gleichzeitig eine relativ hohe Sensorreichweite haben. Weiter ist von Vorteil, dass unterschiedlichste Fahrbahnoberflächen erkannt und berücksichtigt werden können. Ferner kann zusammen mit Scheinwerfern des Fahrzeugs gewährleistet werden, dass der zu erfassende Bereich der Fahrbahn ausreichend ausgeleuchtet ist. Insgesamt werden somit genaue und robuste Messungen in verschiedensten Fahrsituationen möglich.
Als optische Sensoren eignen sich insbesondere Kameras, insbesondere Matrixkameras, die vorzugsweise als Videokameras ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, als optische Sensoren Fotozellen und/oder infrarotsensitive, bildgebende Sensoren einzusetzen.
In einer weiteren Ausgestaltung wird als optischer Sensor eine Matrixkamera verwendet, die als Messwert mindestens ein Bild erzeugen kann, wobei das Verfahren die zusätzlichen Schritte aufweist: Bestimmen von mindestens einem Topographiemerkmal in Abhängigkeit des mindestens einen Bildes, und Bestimmen der Topographie in Abhängigkeit des mindestens einen Topographiemerkmals.
In dieser Ausgestaltung wird die Topographie des Bereichs der Fahrbahn aus dem Bild bestimmt. Hierzu wird zumindest ein Topographiemerkmal in Abhängigkeit des Bildes bestimmt.
Die Topographie des Bereichs der Fahrbahn ist typischerweise abhängig von Straßenschäden und/oder Reparaturstellen. Reparaturstellen, die auf einen Teil einer Fahrspur begrenzt sind, bedingen besonders starke topographische Veränderungen. Eine über eine gesamte Fahrspurbreite ausgeführte Reparaturstelle hingegen weist typischerweise in Fahrtrichtung betrachtet am Beginn der Reparaturstelle eine topographisch kritische Stelle und am Ende eine weitere topographisch kritische Stelle auf.
Weiter ist es vorteilhaft zu ermitteln, ob die Reparaturstelle auf einen Teil der Fahrspur begrenzt ist oder sich über die gesamte Fahrspurbreite erstreckt. Je mehr Reparaturstellen in dem Bereich detektiert werden, umso stärker sind die zu vermutenden topographischen Änderungen in diesem Bereich. Somit kann beispielsweise aus der Anzahl und/oder Erstreckung der Reparaturstellen gefolgt werden, wie groß die Nickbewegungen in diesem Bereich zu erwarten sind und somit wie die Scheinwerferstrahlgrenze zu verlagern ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Scheinwerferstrahlgrenze in Abhängigkeit der Veränderung der Fahrbahn geregelt werden. Beispielsweise kann dann von einer Verringerung der Nickbewegungen ausgegangen werden, wenn sich die Zahl der Reparaturstellen in dem erfassten Bereich verringert. Umgekehrt kann dann von einer Vergrößerung der Nickbewegungen ausgegangen werden, wenn sich die Zahl der Reparaturstellen in dem erfassten Bereich vergrößert. Somit kann die Scheinwerferstrahlgrenze beispielsweise von einem absoluten Maß – wie der Anzahl an Reparaturstellen – oder einem relativen Maß – wie der Änderung der Anzahl an Reparaturstellen – geregelt werden.
Als ein Topographiemerkmal kann beispielsweise eine Textur des Bereichs der Fahrbahn analysiert werden. In Abhängigkeit der Analyse der Texturen ist es möglich zu ermitteln, ob Reparaturstellen in dem Bereich vorhanden sind, da sich diese strukturell und/oder farblich von einer unbeschädigten Fahrbahn unterscheiden.
Als alternatives oder zusätzliches Topographiemerkmal ist es denkbar, eine Dichte eines optischen Flusses in dem Bereich zu bestimmen. Die Dichte des optischen Flusses ist bei Kanten in der Fahrbahn, wie sie beispielsweise bei Reparaturstellen auftreten, stärker als bei homogenen Fahrbahnflächen. Somit kann in Abhängigkeit des optischen Flusses die Scheinwerferstrahlgrenze dann näher zum Fahrzeug verlagert werden, wenn dieser dichter wird und umgekehrt.
Als alternatives oder zusätzliches Topographiemerkmal ist es denkbar, eine Farbe der Fahrbahn auszuwerten. Hierbei ist bei einer sehr dunklen Farbe der Fahrbahn davon auszugehen, dass es sich um neuen Straßenbelag handelt. Hieraus lässt sich wiederum schließen, dass Änderungen der Topographie nur geringfügig sein werden. Folglich kann die Scheinwerferstrahlgrenze von dem Fahrzeug wegverlagert werden. Ist die Farbe der Fahrbahn relativ hell und/oder ausgeglichen, deutet dies auf einen veralteten Straßenbelag hin, auf dem viele topographische Änderungen zu erwarten sind. Somit ist in diesem Fall die Scheinwerferstrahlgrenze vorzugsweise zum Fahrzeug hin zu verlagern, und somit den Sicherheitswinkel zu vergrößern.
Als alternatives oder zusätzliches Topographiemerkmal kann eine Güte einer Straßenmarkierung verwendet werden. Hierbei ist ähnlich wie bei der Fahrbahn dann von einem veralteten Straßenbelag und damit von starken topographischen Änderungen auszugehen, wenn die Straßenmarkierung undeutlich zu erkennen ist, beispielsweise durch Verschleiß und/oder Verschmutzung. Eine deutlich und kontraststark zu erkennende Straßenmarkierung deutet umgekehrt auf einen neuen Straßenbelag und somit auf niedrige topographische Änderungen in dem Bereich der Fahrbahn hin. Somit ist vorzugsweise dann die Scheinwerferstrahlgrenze näher zum Fahrzeug zu verlagern, wenn eine schwache Straßenmarkierung erfasst wird. Umgekehrt ist vorzugsweise die Scheinwerferstrahlgrenze dann weg von dem Fahrzeug zu verlagern, wenn die Straßenmarkierung gut und/oder kontraststark erkannt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist eine Kombination von zwei oder mehr unterschiedlichen Topographiemerkmalen, so dass eine noch höhere Robustheit des Verfahrens gewährleistet wird. Ferner können somit Hinweise auf topographische Änderungen validiert werden, so dass fehlerhafte Regelungen der Scheinwerferstrahlgrenze weiter verhindert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird als Topographiemerkmal mindestens ein Gradient in dem mindestens einen Bilde bestimmt.
In dieser Ausgestaltung wird als Topographiemerkmal mindestens ein Gradient aus dem Bild verwendet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn „horizontale“ Gradienten ausgewertet werden. Unter horizontalen Gradienten werden Gradienten verstanden, die eine Änderung der Bildinformation in Fahrrichtung beschreiben und somit im Bild quer – insbesondere orthogonal zur Fahrtrichtung – angeordnet sind. Gleichzeitig ist es bevorzugt, wenn die Gradienten im Bild in einer Fahrbahnebene liegen.
Zur Auswertung der Topographiemerkmale ist es bevorzugt, die Anzahl unterschiedlicher und/oder die Stärke der Gradienten auszuwerten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anzahl von Gradienten ausgewertet wird, die oberhalb eines vordefinierten Schwellenwerts liegen. Dabei kann es sich um eine absolute Anzahl an Gradienten in dem Bereich oder um eine relative Dichte an Gradienten in dem Bereich handeln. Vorteil der relativen Dichte ist es, dass der Bereich in seiner Größe dynamisch gehandhabt werden kann, wobei eine Regelgüte des Verfahrens beibehalten werden kann. Weiter ist es von Vorteil, wenn zum Anpassen der Scheinwerferstrahlgrenze die Änderung der Topographiemerkmale über mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Bereiche verwendet wird. Somit muss auch keine absolute Scheinwerferstrahlgrenze bestimmt werden. Die Scheinwerferstrahlgrenze kann dann weiter vom Fahrzeug wegverlagert werden, wenn zu vermuten ist, dass die Straßenqualität steigt, beispielsweise durch eine Verringerung der Anzahl der Gradienten und/oder der Dichte. Eine Verlagerung der Scheinwerferstrahlgrenze zum Fahrzeug hin kann bei einer entsprechend umgekehrten Änderung der Topographiemerkmale über mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Bereiche erfolgen. Als Strassenqualität wird hier die Eigenschaft der Fahrbahn bezeichnet, die Nickbewegungen des Fahrzeugs von der Fahrbahnoberfläche anregt. Die Strassenqualität steigt somit dann, wenn sie geringere Nickbewegung des Fahrzeugs anregt.
Wie bereits oben beschrieben, sind topographische Änderungen häufig durch Reparaturstellen bedingt. Diese Reparaturstellen weisen meist eine dunklere Farbe auf als die ältere Fahrbahnoberfläche, die die Reparaturstelle umgibt.
Hieraus ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Farbgebung und/oder Materialien gut detektierbare Gradienten aus dem Bild. Eine hohe Straßenqualität kann somit insbesondere dann angenommen werden, wenn wenig Gradienten und/oder Gradienten mit geringem Wert erfasst werden. Eine niedrige Straßenqualität kann dann bei einer hohen Anzahl an Gradienten und/oder bei einem hohen Wert der Gradienten angenommen werden. Bezüglich des Werts der Gradienten ist zudem denkbar, einen Mittelwert anzunehmen, der über dem gesamten Bereich der Fahrbahn bestimmt wird. Im einfachsten Fall wird bei wenigen Gradienten ein kleiner Sicherheitswinkel eingestellt und bei großen Gradienten ein großer Sicherheitswinkel.
Besonders bevorzugt ist es, wenn zum Bestimmen der Gradienten Teile des Bereichs der Fahrbahn ausgespart werden, in denen Fahrbahnmarkierungen ermittelt werden, da diese das Bestimmen der Topographie erschweren und verfälschen können. Ferner könnte beispielsweise bei Kreuzungen und/oder Abbiegespuren die Anzahl der Gradienten aufgrund der vielen Fahrbahnmarkierungen stark steigen, ohne dass sich die Topographie der Fahrbahn zwangsläufig ändert.
Somit ergibt sich ein Verfahren, in dem die Scheinwerferstrahlgrenze und damit der Sicherheitswinkel vorausschauend angepasst werden, wenn sich die Anzahl und/oder der Wert der Gradienten in dem Bereich der Fahrbahn ändert. Beispielsweise wird der Sicherheitswinkel dann verkleinert, wenn sich die Zahl der Gradienten über die Zeit in dem Bereich der Fahrbahn verringert. Steigt die Anzahl der Gradienten in dem Bereich der Fahrbahn über die Zeit an, wird der Sicherheitswinkel vorzugsweise vergrößert. Somit kann die Änderung der Gradientenzahl und/oder -werte dafür verwendet werden, um die Homogenität der Fahrbahn zu bewerten. Somit ist es möglich, die aktuell eingestellte Scheinwerferstrahlgrenze relativ anzupassen und in Abhängigkeit einer aktuellen Scheinwerferstrahlgrenze die neue Scheinwerferstrahlgrenze einzustellen.
Insgesamt ergibt sich somit ein besonders einfaches und robustes Verfahren, zum Anpassen der Scheinwerferstrahlgrenze.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die zusätzlichen Schritte vorgesehen: Speichern von ersten Topographiemerkmalen an einem bestimmten geographischen Ort, Bestimmen einer Nickbewegung des Fahrzeugs an dem bestimmten geographischen Ort, Ermitteln einer Sollstrahlgrenze in Abhängigkeit der Nickbewegung und Zuordnen der Sollstrahlgrenze zu den ersten Topographiemerkmalen.
In dieser Ausgestaltung ist ein zusätzlicher Regelkreis vorgesehen, der eine Sollstrahlgrenze stetig anpasst. Mit anderen Worten: Die Sollstrahlgrenze wird während des Betriebs des Fahrzeugs angepasst und somit „erlernt“. Die Sollstrahlgrenze ist vorzugsweise dabei der Sollwert auf den die Scheinwerferstrahlgrenze und/oder der Sicherheitswinkel eingestellt werden soll.
Um das Anpassen zu erreichen wird zunächst der Bereich der Fahrbahn an dem geographischen Ort erfasst und dessen Topographiemerkmale gespeichert. Sobald das Fahrzeug diesen geographischen Ort erreicht hat und die Nickbewegungen ausführt, die durch den Ort bedingt werden, können die tatsächlich benötigte Ausrichtung des Scheinwerfers und damit die Scheinwerferstrahlgrenze oder des Sicherheitswinkels bestimmt werden. Weiter kann die Konfiguration der Topographiemerkmale, die an dem geographischen Ort ermittelt worden ist, mit der Sollstrahlgrenze datentechnisch verbunden werden. Dies kann beispielsweise durch eine Datenbank oder eine Look-Up-Table erfolgen. Wird zu einem späteren Zeitpunkt eine Ähnliche Konfiguration an Topographiemerkmalen erfasst, kann sofort die angepasste Sollstrahlgrenze eingesetzt werden. Somit ergibt sich, dass die Regelgüte stetig weiter verbessert wird, wobei die Sollstrahlgrenze an aktuelle Fahrsituationen stetig angepasst wird. Dabei werden in vorteilhafter Weise aktuelle Bedingungen wie Lichtverhältnisse, Beladung des Fahrzeugs, Fahrbahnbelag und/oder eine Fahrdynamik des Fahrzeugs berücksichtigt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Bereich der Fahrbahn in Abhängigkeit eines Bereichkriteriums aus den Messwerten ausgewählt.
In dieser Ausgestaltung beschreiben die Messwerte einen größeren Teil der Fahrzeugumgebung, so dass der Bereich innerhalb der Messwerte ausgewählt werden kann. Im Falle eines optischen Sensors, insbesondere einer Matrixkamera, kann somit ein Teil des Bildes ausgewählt werden, der als der Bereich dient.
Hierzu kann beispielsweise eine Freiflächenerkennung eingesetzt werden, die verdeckte Fahrbahnbereiche unberücksichtigt lässt. Somit wird sichergestellt, dass lediglich die Fahrbahn, nicht jedoch verdeckende Objekte ausgewertet werden. Ferner ist es denkbar Außenbereich von Fahrspuren besonders auszuwerten. Dies hat den Vorteil, dass diese Bereiche von Rädern des Fahrzeugs überfahren werden, so dass insbesondere die Außenbereiche Nickbewegungen des Fahrzeugs hervorrufen. Vorteilhaft hierbei ist es, dass das Verfahren besonders recheneffizient ausgeführt werden kann und gleichzeitig besonders genaue Ergebnisse erzielt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung wird eine aktuelle Scheinwerfereinstellung zumindest für eine Zeitspanne gespeichert.
In dieser Ausgestaltung erfolgt zumindest eine temporäre Speicherung einer aktuellen Scheinwerfereinstellung. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn lediglich kurzzeitige Änderungen der Topographie der Fahrbahn vorkommen. Dies kann beispielsweise bei einem mit Kopfsteinpflaster gekennzeichneten Fußgängerüberweg oder bei einer Brücke der Fall sein. Die Speicherung dient dann vorzugsweise dazu, nach dem entsprechenden Fahrbahnabschnitt die gespeicherte Scheinwerfereinstellung als Anfangsbedingung zu nehmen. Somit kann sehr schnell ein sinnvoller Zustand des Scheinwerfers erreicht werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Fahrzeug auf einer Fahrbahn,
2 eine schematische Darstellung relevanter Parameter des Verfahrens, und
3 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform des Verfahrens.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, das auf einer Fahrbahn 11 fährt. Das Fahrzeug 10 weist einen Scheinwerfer 12 auf, der einen Scheinwerferkegel 14 zur Beleuchtung der Fahrbahn 11 aussendet. Hieraus ergibt sich ein von dem Scheinwerferkegel 14 beleuchteter Leuchtbereich 16 auf der Fahrbahn 11. Der in Fahrtrichtung 17 betrachtete erste Übergang von einem nicht beleuchteten Bereich in den Leuchtbereich 16 definiert eine erste Scheinwerferstrahlgrenze 18. Der in Fahrtrichtung zweite Übergang von dem Leuchtbereich 16 in einen unbeleuchteten Bereich definiert eine zweite Scheinwerferstrahlgrenze 20. Im Folgenden wird auf die zweite Scheinwerferstrahlgrenze 20 abgestellt, die vom Fahrzeug 10 in Fahrtrichtung aus betrachtet am entferntesten ist.
Das Fahrzeug 10 weist zusätzlich eine Videokamera 22 auf. Die Videokamera 22 ist über eine Datenleitung 24 mit einer Auswerte- und Steuereinheit 26 datentechnisch verbunden. Die Auswerte- und Steuereinheit 26 wertet von der Videokamera 22 aufgenommene Bilder der Umgebung des Fahrzeugs 10 aus. In Abhängigkeit dieser Auswertung wird dann ein Steuersignal über eine Steuerleitung 28 bereitgestellt. Die Steuerleitung 28 verbindet die Auswerte- und Steuereinheit 26 mit dem Scheinwerfer 12. In Abhängigkeit des Steuersignals kann dann die Scheinwerferstrahlgrenze 20 zu dem Fahrzeug 10 hin- oder wegverlagert werden. Dies erfolgt im Rahmen der Möglichkeit, die durch die Konstruktion des Scheinwerfers 12 bedingt sind. Das Umfeld des Fahrzeugs 10 wird von der Kamera 22 nur teilweise erfasst. Dies erfolgt innerhalb eines durch eine Kameraoptik der Videokamera 22 bestimmten Sichtfelds 30. Aufgrund der Ausgestaltung der Videokamera 22 ergibt sich so ein Bereich 32 der Fahrbahn 11, der von der Videokamera 22 erfasst wird. Der Bereich 32 beginnt in Fahrtrichtung 17 betrachtet dort, wo das Sichtfeld 30 die Fahrbahn 11 schneidet.
Wie aus 1 deutlich wird, weist die Fahrbahn 11 topographische Änderungen in Fahrtrichtung 17 auf. Aufgrund der topographischen Änderungen führt das Fahrzeug 10 während der Fahrt Nickbewegungen aus, wobei gleichzeitig der Scheinwerfer 12 eine translatorische Bewegung in Richtung einer Hochachse sowie eine rotatorische Bewegung um eine Querachse ausführt. Die Hoch- und Querachse sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Somit wird der Scheinwerferkegel 14 ebenfalls mit einer Nickbewegung beaufschlagt, so dass sich der Abstand der Scheinwerferstrahlgrenze 20 zu dem Fahrzeug 10 während der Fahrt unerwünscht ändert.
Vorteil des Verfahrens ist es, dass trotz der Nickbewegungen der Abstand zwischen Scheinwerferstrahlgrenze 20 und dem Fahrzeug 10 derart angepasst wird, dass ein möglichst großer Leuchtbereich 16 erzeugt wird, wobei gleichzeitig Blendungen von anderen Verkehrsteilnehmern reduziert oder ganz verhindert werden.
2 zeigt ein Koordinatensystem 34 mit einer Abszisse 36 und einer Ordinate 38. Die Abszisse 36 ist einem Weg zugeordnet, den das Fahrzeug 10 zurücklegt. Die Ordinate 38 entspricht einem entsprechenden Wert für einzelne in dem Koordinatensystem 34 dargestellte Kurven der horizontalen Abschnitte B bis F. Die Abszisse 36 ist zudem in drei vertikale Abschnitte 40, 42 und 44 unterteilt, die unterschiedliche Fahrbahnzustände beschreiben. Die Fahrbahnzustände werden unten mit Bezug zu Abschnitt A beschrieben. Zudem sind die einzelnen Abschnitte A bis F der Übersicht halber mit Hilfslinien 46 und 48 verbunden, so dass die Auswirkungen der Fahrbahngegebenheiten auf die Kurven der unterschiedlichen horizontalen Abschnitte leichter erkennbar sind.
In Abschnitt A ist die Fahrbahn 11‘ in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Die Fahrtrichtung 17 verläuft in Richtung der Abszisse 36. In Abschnitt 40 ist ein Teil der Fahrbahn 11‘ dargestellt, der eine relativ hohe Fahrbahnqualität aufweist, was hier exemplarisch durch zwei Schlaglöcher 52 dargestellt ist. In Abschnitt 42 weist die Fahrbahn 11‘ eine sehr niedrige Straßenqualität auf, was durch mehrere Schlaglöcher 52 und Straßenschäden 54 exemplarisch dargestellt ist. Der Übersicht halber sind nur einige Schlaglöcher 52 und Schäden 54 mit Bezugsziffern versehen. Schäden sind beispielsweise Spurrillen, Risse und Nahtstellen von Reparaturstellen. In Abschnitt 44 weist die Fahrbahn 11‘ wiederum eine relativ hohe Fahrbahnqualität auf, was mittels drei Schlaglöchern 52 exemplarisch dargestellt ist.
Abschnitt B zeigt eine Kurve 56, die eine Nickbewegung des Fahrzeugs 10 beschreibt. Diese Nickbewegung entsteht, wenn das Fahrzeug 10 in Fahrtrichtung 17 über die Fahrbahn 11‘ fährt. In Abschnitt 40 der Kurve 56 ist gezeigt, dass aufgrund der hohen Fahrbahnqualität nur geringe Nickbewegungen des Fahrzeugs 10 erfolgen. In Abschnitt 42 wird deutlich, dass die Nickbewegungen des Fahrzeugs 10 sowohl in Frequenz als auch Amplitude ansteigen. Dies ist durch die Vielzahl an Schlaglöchern 52 und Schäden 54 bedingt. Schließlich ist in Abschnitt 44 ein deutliches Absinken der Nickbewegungen des Fahrzeugs 10 gegenüber Abschnitt 42 zu erkennen. Dies ist wiederum durch die relativ hohe Fahrbahnqualität im Abschnitt 44 bedingt. Insgesamt ergibt sich also, dass das Fahrzeug 10 zunächst relativ geringe Nickbewegungen macht, wodurch der Sicherheitswinkel gering gehalten werden kann. Mit anderen Worten: Je weniger das Fahrzeug nickt, je weniger „Reserve“ von der Scheinwerferstrahlgrenze zu Verkehrsteilnehmern wird benötigt. In Abschnitt 42 hingegen wird ein wesentlich höherer Sicherheitswinkel benötigt, da sehr hohe Nickbewegungen erfolgen. Somit muss die „Reserve“ stark erhöht werden.
In Abschnitt C ist dies mittels einer Kurve 58 exemplarisch dargestellt. Aus der Kurve 58 geht hervor, dass der Sicherheitswinkel in Abschnitt 40 nach einer Initiationsphase zunächst relativ gering gehalten wird. Somit ist die Scheinwerferstrahlgrenze relativ weit vom Fahrzeug 10, in Fahrtrichtung 17 gesehen, entfernt. In Abschnitt 42 wird dieser Sicherheitswinkel aufgrund der starken Nickbewegungen deutlich erhöht. Schließlich wird in Abschnitt 44 der Sicherheitswinkel wieder auf den Wert aus Abschnitt 40 zurückgesetzt, da die Nickbewegungen verringert werden.
In Abschnitt D ist eine Kurve 60 dargestellt, die den Sicherheitswinkel für den Fall beschreibt, dass der Sicherheitswinkel in Abhängigkeit der Nickbewegungen des Fahrzeugs 10 direkt geregelt wird. Hier ist gegenüber der Kurve 58 eine Totzeit in Abschnitt 42 und in Abschnitt 44 zu erkennen. Somit ergibt sich eine Fläche 62 zu Beginn des Abschnitts 42, in der eine hohe Blendgefahr für weitere Verkehrsteilnehmer des Fahrzeugs 10 vorliegt. Weiter ergibt sich eine Fläche 64 zu Beginn des Abschnitts 44, in der eine zu geringe Ausleuchtung für einen Fahrer des Fahrzeugs 10 vorliegt. Erst nach der abfallenden Flanke des Sicherheitswinkels ergibt sich wieder ein optimierter Leuchtbereich 16.
In Abschnitt E ist eine weitere Kurve 66 dargestellt, die einen Verlauf einer Gradientendichte bezogen auf die Fahrbahn 11 darstellt. Hierbei ist zunächst ein rampenförmig ansteigender Teil in Abschnitt 40 zu erkennen, in dem die Gradientendichte erhöht wird. Dies weist auf die relativ schlechte Fahrbahnqualität in Abschnitt 42 hin. Zudem ergibt sich am Ende des Abschnitts 42 ein rampenförmiger Abfall der Gradientendichte, was wiederum auf eine Verbesserung der Fahrbahnqualität hinweist. Dieses Signal, das hier mit der Kurve 66 dargestellt ist, bildet ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Verwendung von Topographiemerkmalen zur Regelung der Scheinwerferstrahlgrenze. Alternativ ist es denkbar, ein inverses Signal der Gradientendichte zu verwenden.
Das Signal wird mit der Videokamera 22 in Abhängigkeit der Fahrbahn 11 ermittelt. Durch die Möglichkeit der vorausschauenden, also prädizierenden, Regelung kann den Wirkungen der Totzeiten, wie sie in Abschnitt D entstehen, entgegengewirkt werden. In anderen Worten, das Fahrzeug 10 kann bereits auf die sich verschlechternde Fahrbahnqualität reagieren, bevor es die Fahrbahn 11 in dem entsprechenden Bereich überfährt. Hieraus ergibt sich eine besonders schnelle und hochgenaue Regelung der Scheinwerferstrahlgrenze.
In Abschnitt F ist eine Kurve 68 gezeigt, die einen Verlauf des Sicherheitswinkels beschreibt, der in Abhängigkeit der Kurve 66 geregelt ist. Hierbei ergibt sich wiederum in Abschnitt 40, dass ein relativ niedriger Sicherheitswinkel eingestellt ist. Dieser steigt zum Ende des Abschnitts 40 bereits präventiv an, da die Verschlechterung der Fahrbahnqualität detektiert wurde. In Abschnitt 42 ist zunächst eine etwas geringere Erhöhung dargestellt, die nach Ablauf der Totzeit an einer Hilfslinie 70 durch eine kombinierte Regelung in Abhängigkeit der Nickbewegung selbst kompensiert wird. Hieraus ergibt sich eine Fläche 72, die mittels einer weiteren Hilfslinie 74 zum Verständnis eingegrenzt ist. Die eingegrenzte Fläche 72 stellt die verbleibende Gefahr einer Blendung des Gegenverkehrs dar. Durch Vergleich der Flächen 72 und 62 wird deutlich, dass die Gefahr einer Blendung weiterer Verkehrsteilnehmer aufgrund der Regelung deutlich minimiert wurde. In entsprechender Weise ergibt sich mit einer weiteren Hilfslinie 78 eine Fläche 80, die von einer zusätzlichen Hilfslinie 82 in Abschnitt 44 begrenzt wird. Auch hier wird durch Vergleich der Fläche 80 mit der Fläche 64 deutlich, dass eine Gefahr eines zu geringen Leuchtbereichs 16 verringert wurde.
Somit wird klar, dass die Regelung des Sicherheitswinkels und damit der Scheinwerferstrahlgrenze innerhalb der Zeitspanne zwischen der Hilfslinie 46 und einer Hilfslinie 70, sowie der Hilfslinie 48 und einer Hilfslinie 78 verbessert wird. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der Sicherheit für den Fahrer und für die Verkehrsteilnehmer des Fahrzeugs 10.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Wert des Sicherheitswinkels im Bereich der Totzeiten mit dem nachfolgenden Wert des Sicherheitswinkels, der in Abhängigkeit der Nickbewegung bestimmt worden ist, verglichen. Auf diese Weise kann durch Speichern und Zuordnen der Gradientendichten zu den entsprechenden Sicherheitswinkeln die Regelung kalibriert werden. In anderen Worten: Die Regelung in Abhängigkeit der Topographie wird mittels einer zweiten Regelung der Scheinwerferstrahlgrenzen in Abhängigkeit des Nickwinkels stetig kalibriert. Hierdurch kann eine besonders genaue und dynamische Regelung erzeugt werden.
Die Schätzung des neuen benötigten Sicherheitswinkels mittels Bildern aus der Videokamera 22 hat einen großen Einfluss auf eine Rechenleistung der Auswerte- und Steuereinheit 26. So kann das Gesamtsystem durch Änderung von Regelparametern unterschiedlich ausgelegt werden. Zum einen ist es denkbar, die Regelung offensiv auszulegen. Dann wird ein größeres Blendrisiko für andere Verkehrsteilnehmer mit gleichzeitig größerem Leuchtbereich 16 für den Fahrer des Fahrzeugs 10 eingestellt. Alternativ ist es denkbar, die Regelung defensiv auszulegen. Dann wird ein geringes Blendrisiko für weitere Verkehrsteilnehmer bei gleichzeitig geringem Leuchtbereich 16 für den Fahrer des Fahrzeugs 10 eingestellt. Im Idealfall wird die Änderung des Sicherheitswinkels optimal aus der Fahrbahnqualität bestimmt, sodass der tatsächlich eingestellte Sicherheitswinkel einem idealen Sicherheitswinkel entspricht.
3 zeigt ein Flussdiagramm 86 eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens.
Das Verfahren beginnt in einem Startschritt 88.
In einem ersten Schritt 90 wird eine Scheinwerferstrahlgrenze aus einem vergangenem Fahrbahnabschnitt berechnet. Alternativ hierzu kann statt der Scheinwerferstrahlgrenze ein Sicherheitswinkel berechnet werden.
In einem weiteren Schritt 92 wird eine Topographie der Fahrbahn vor dem Fahrzeug analysiert. Dies ermöglicht Rückschlüsse auf eine Homogenität und auf Topographieänderungen der Fahrbahn und kann beispielsweise durch Auswerten von Topographiemerkmalen, insbesondere Gradienten- und Gradientendichte erfolgen.
In einem weiteren Schritt 94 werden die Topographie und/oder die Topographiemerkmale zwischengespeichert.
In einem weiteren Schritt 96 wird die vorausliegende Topographie, die in Schritt 94 zwischengespeichert wurde, mit einer Topographie einer vorhergehenden Zwischenspeicherung verglichen. Wenn sich die Topographie und/oder Topographiemerkmale nicht oder nicht wesentlich unterscheiden, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Fahrbahnqualität gleich bleibt. Somit wird direkt in den Endschritt 98 verfahren. Eine Änderung der Scheinwerferstrahlgrenze ist dann nicht notwendig. Unterscheiden sich die Topographien und/oder Topographiemerkmale maßgeblich, so wird in einen weiteren Schritt 100 verfahren.
In Schritt 100 wird bestimmt, ob die vorausliegende Fahrbahnqualität höher oder geringer ist als die aktuelle Fahrbahnqualität. Dies kann durch qualitativen Vergleich von Topographiemerkmalen und/oder der Topographien selbst erfolgen.
Verschlechtert sich die Fahrbahnqualität, so wird in einem weiteren Schritt 102 die Scheinwerferstrahlgrenze von dem Fahrzeug wegverlagert und/oder also der Sicherheitswinkel verkleinert.
Verbessert sich in Schritt 100 die Fahrbahnqualität, so wird in einem weiteren Schritt 104 die Scheinwerferstrahlgrenze zu dem Fahrzeug hin verlagert und/oder der Sicherheitswinkel vergrößert.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2119592 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Anpassen einer Scheinwerferstrahlgrenze (20) eines Scheinwerferkegels (14) zumindest eines Scheinwerfers (12) eines Fahrzeugs (10) mit den Schritten: – Erfassen von mindestens einem Bereich (32) einer Fahrbahn (11), der in Fahrtrichtung (17) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist, – Bestimmen einer Topographie des mindestens einen Bereichs (32) der Fahrbahn (11), und – Bereitstellen eines Steuersignals zum Anpassen der Scheinwerferstrahlgrenze (20) in Abhängigkeit der Topographie.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des Steuersignals in Abhängigkeit einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs (10) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bereich (32) der Fahrbahn (11) mittels eines optischen Sensors (22) erfasst wird, wobei die Topographie in Abhängigkeit von Messwerten des optischen Sensors (22) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als optischer Sensor eine Matrixkamera (22) verwendet wird, die als Messwert mindestens ein Bild erzeugen kann, mit den zusätzlichen Schritten: – Bestimmen von mindestens einem Topographiemerkmal (66) in Abhängigkeit des mindestens einen Bildes, und – Bestimmen der Topographie in Abhängigkeit des mindestens einen Topographiemerkmals (66).
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Topographiemerkmal (66) mindestens ein Gradient (66) in dem mindestens einen Bild bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte: – Speichern von ersten Topographiemerkmalen (66), die an einem bestimmten geographischen Ort bestimmt wurden, – Bestimmen einer Nickbewegung (56) des Fahrzeugs (10) an dem bestimmten geographischen Ort, – Ermitteln einer Sollstrahlgrenze in Abhängigkeit der Nickbewegung (56), und – Zuordnen der Sollstrahlgrenze zu den ersten Topographiemerkmalen (66).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (32) der Fahrbahn (11) in Abhängigkeit eines Bereichkriteriums aus den Messwerten ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktuelle Scheinwerfereinstellung zumindest für eine Zeitspanne gespeichert wird.
Auswerte- und Steuereinheit (26) zum Anpassen einer Scheinwerferstrahlgrenze (20) eines Scheinwerferkegels (14) zumindest eines Scheinwerfers (12) eines Fahrzeugs (10), mit: – einer Erfassungseinrichtung (26) zum Erfassen von mindestens einem Bereich (32) einer Fahrbahn (11), der in Fahrtrichtung (17) des Fahrzeugs (10) angeordnet ist, – einer Einrichtung (26) zum Bestimmen einer Topographie des mindestens einen Bereichs (32) der Fahrbahn (11) und – einer Einrichtung (26) zum Bereitstellen eines Steuersignals zum Anpassen der Scheinwerferstrahlgrenze in Abhängigkeit der Topographie.
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens zum Anpassen einer Scheinwerferstrahlgrenze (20) eines Scheinwerferkegels (14) zumindest eines Scheinwerfers (12) eines Fahrzeugs (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm auf einer Auswerte- und Steuereinheit (26) ausgeführt wird.