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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Ausleuchtung eines Straßenverlaufs, insbesondere mittels eines volladaptiven Scheinwerfers, insbesondere von einem Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Die
DE 10 2008 000 091 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Steuerung eines Beleuchtungswinkels von Scheinwerfern eines Fahrzeugs, bei welcher der Kurvenradius aus der aktuellen Position und einer Straßeninformation bestimmt wird und ein Beleuchtungswinkel anhand dieser Daten und eines Abstands ermittelt wird. Dadurch wird die Straße durch Verschwenken des Scheinwerfers als solches in der Kurve jedoch nur teilweise ausgeleuchtet.
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Die
DE 101 12 996 A1 offenbart ein Verfahren zur Einstellung eines Scheinwerferwinkels bei einer Kurvenfahrt, wobei nach Erreichen des Scheitelpunkts der Kurve die Rückstellung des Scheinwerfers schneller erfolgt als die der Kurvenradius abnimmt.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Steuerung Ausleuchtung eines Straßenverlaufs, insbesondere mittels eines volladaptiven Scheinwerfers, zu schaffen, welches eine verbesserte Ausleuchtung der Straße insbesondere in Kurven erlaubt.
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Die Gesamtlichtverteilung, im Folgenden nur Lichtverteilung genannt, entsteht aus der Überlagerung der einzelnen Lichtverteilungen der einzelnen Leuchtelemente.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung Ausleuchtung eines Straßenverlaufs, wobei der Scheinwerfer zumindest ein Leuchtelement, wobei das zumindest eine Leuchtelement individuell ansteuerbar ist, um einen individuellen Lichtstrom zu erzeugen, wobei das von dem zumindest einen Leuchtelement emittierte Licht eine Lichtverteilung aufweist, wobei die laterale Adaption der Lichtverteilung in Abhängigkeit eines ermittelten Straßenverlaufs, insbesondere als Funktion der Entfernung von dem Scheinwerfer, vorgenommen wird.
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Vorteilhaft ist es, wenn die laterale Adaption der Lichtverteilung in Abhängigkeit eines ermittelten Straßenverlaufs als Funktion der Entfernung des vom jeweiligen Leuchtelement beleuchteten Straßenbereichs von dem Scheinwerfer angepasst wird.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Lichtverteilung mittels einer vordefinierten dreidimensionalen Grundverteilung definiert wird, wobei eine Anpassung der Lichtverteilung an den Verlauf der Straße oder der prädizierten Trajektorie des eigenen Fahrzeugs oder einer geeigneten Kombination des Verlaufs der Straße und der Trajektorie anhand ausgewählter Parameter vorgenommen wird. Dabei wird die Grundverteilung entsprechend vorgebbarer Parameter dem Straßenverlauf oder der Trajektorie des Fahrzeugs oder beidem in lateraler Richtung angepasst. Weist beispielsweise die Straße oder die Trajektorie eine Kurve oder mehrere Kurven auf, so wird auch die adaptierte Lichtverteilung diesen Kurven bzw. Krümmungen angepasst werden und solche Kurven oder Krümmungen aufweisen oder diese nachbilden oder sich diesen annähern. Dadurch kann eine verbesserte Ausleuchtung der Straße oder der Fahrbahn erfolgen. Dabei wird Straße und Fahrbahn als synonym verwendet.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die dreidimensionale Lichtverteilung zumindest einem der nachfolgenden Parameter nachgeführt wird:
- – lateraler Spurverlauf,
- – vertikaler Spurverlauf,
- – Seitenversatz der Spur,
- – Winkel des Spurverlaufs,
- – Krümmung des Spurverlaufs,
- – Krümmungsänderung des Spurverlaufs,
- – Spurbreite,
- – Breitenverlauf der Spur und/oder
- – prädizierte Trajektorie des eigenen Fahrzeugs, insbesondere in einer 3D-Umgebung.
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Unter dem Breitenverlauf der Spur können dabei auch Abzweigungen und Kreuzungen verstanden werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Lichtverteilung dreidimensional für verschiedene Entfernungsbereiche angepasst bestimmt wird. Entsprechend kann ein Straßenverlauf in Entfernungsbereiche unterteilt werden, deren Ausleuchtung unterschiedlich angepasst oder ausgebildet sein kann.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn eine Bestimmung der Entfernung zwischen dem Scheinwerfer und der Straße für verschiedene vertikale Winkel erfolgt und für verschiedene aus dem jeweiligen vertikalen Winkel resultierende Entfernungen eine entsprechend angepasste Lichtverteilung ermittelt wird.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Lichtverteilung durch Verzerrung eines dreidimensionalen Parameterfeldes eines dreidimensionalen Lichtverteilungsmodells erfolgt.
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Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn ein definierter Helligkeitsverlauf einem detektierten gekrümmten Straßenverlauf folgend erzeugt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem Scheinwerfer zur Ausleuchtung der Fahrspur,
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2 eine Darstellung eins Blockschaltbilds zur Erläuterung des Verfahrens,
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3 eine Darstellung einer Lichtverteilung von oben auf eine Fahrbahn mit Ausleuchtung der Kurve der Fahrbahn,
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4 eine Darstellung einer Lichtverteilung aus Sicht des Fahrers des Fahrzeugs mit Ausleuchtung der Kurve der Fahrbahn,
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5 eine Darstellung einer Lichtverteilung aus Sicht des Fahrers des Fahrzeugs mit bei normaler Betriebssituation,
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6 eine Darstellung einer Lichtverteilung aus Sicht des Fahrers des Fahrzeugs mit Ablenkung um einen horizontalen Winkel,
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7 eine Darstellung einer Lichtverteilung aus Sicht des Fahrers des Fahrzeugs mit Ablenkung im Bereich einer Kurve nach links, und
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8 eine Darstellung einer Lichtverteilung aus Sicht des Fahrers des Fahrzeugs mit Ablenkung im Bereich einer Kurve nach rechts.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 auf einer Straße bzw. auf einer Fahrspur 2 der Straße, wobei das Kraftfahrzeug 1 zumindest einen Scheinwerfer 3 aufweist, zur Ausleuchtung der Fahrspur 2. Der Scheinwerfer dient dabei der Erzeugung einer Lichtverteilung 4, mittels welcher die Fahrspur 2 und gegebenenfalls in dem diesbezüglichen Umfeld liegende Bereiche.
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Dabei ist der Schweinwerfer vorzugsweise ein Scheinwerfer mit einem Leuchtmittel und/oder mit einer Vielzahl von Leuchtmitteln und/oder mit einer Blende und/oder mit einer Vielzahl von Blendenelementen, insbesondere ein Scheinwerfer mit einer Matrix 5 von Leuchtelementen und/oder mit einer Matrix von Blendenelementen, wobei die Leuchtelemente und/oder die Blendenelemente individuell ansteuerbar sind, um einen individuellen Lichtstrom eines Leuchtelements anzusteuern.
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Dabei wird die dreidimensionale Lichtverteilung des Scheinwerfers mittels einer vordefinierten Grundverteilung definiert wird, wobei aufgrund von Umgebungsbedingungen oder anderweitigen beeinflussenden Bedingungen die tatsächliche Lichtverteilung durch Adaption aus der Grundlichtverteilung erzeugt wird. Hierzu wird eine adaptierte Lichtverteilung auf Basis der Grundverteilung anhand ausgewählter Parameter variiert.
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Dabei werden die Leuchtelemente 5 insbesondere Matrix 6 der Leuchtelemente mittels einer Steuereinheit 7 angesteuert, Wobei die Steuereinheit die Grundlichtverteilung auf Basis eines diesbezüglichen Parametersatzes bestimmt bzw. kennt und die adaptierte Lichtverteilung auf Basis veränderter Parameter aus der Grundlichtverteilung bestimmt. Dabei werden die Leuchtelemente dann derart angesteuert, so dass die adaptierte Lichtverteilung resultiert.
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Zur Ermittlung der vorliegenden Bedingungen kann die Steuereinheit 7 Daten oder Signale von Sensoren 10 und/oder anderen Vorrichtungen 8 oder Steuereinheiten 9 empfangen. So kann beispielsweise von einer verbauten Kamera 8 Daten oder Signale empfangen werden, um die Umfeldbedingungen zu ermitteln.
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Die 2 zeigt ein Blockschaltbild 20 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Dabei betrifft das Verfahren ein Verfahren zur Steuerung einer Lichtverteilung eines Scheinwerfers, wobei der Scheinwerfer zumindest ein Leuchtelement oder eine Vielzahl von Leuchtelementen, vorzugsweise eine Matrix von Leuchtelementen aufweist, die individuell ansteuerbar sind. Dadurch wird ein individueller ansteuerbarer Lichtstrom erzeugt um eine adaptierbare Lichtverteilung vor dem Kraftfahrzeug 1 erzeugen zu können.
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Erfindungsgemäß wird die Lichtverteilung mittels einer vordefinierten dreidimensionalen Grundverteilung auf der Basis von Parametern definiert. In Block 21 wird auf Basis eines Parametersatzes von Parametern ein dreidimensionales Beleuchtungsmodell erzeugt, wobei mittels einer Design-3D-Grundlichtverteilung nach Block 22 auf Basis des Beleuchtungsmodells gemäß Block 21 eine dreidimensionale Grundlichtverteilung mit den diesbezüglichen Parametern gemäß Block 23 definiert wird.
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Eine adaptierte Lichtverteilung wird erfindungsgemäß auf Basis der Grundverteilung gemäß Block 23 anhand ausgewählter veränderter Parameter variiert wird.
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Zur Bestimmung der Grundlichtverteilung wird entsprechend ein dreidimensionales Beleuchtungsmodell zur Ausleuchtung der zu beleuchtenden Umgebung herangezogen, siehe Block 21, wobei die Parameter der Grundlichtverteilung an den Anforderungen an die Ausleuchtung der Umgebung ermittelt werden.
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Dabei werden als Parameter der Grundverteilung zumindest einer oder mehrere der nachfolgenden Parameter verwendet werden:
- – der definierte Verlauf der longitudinalen Ausleuchtung vor dem Scheinwerfer bis zu einem vordefinierten Entfernung,
- – der definierte Verlauf der lateralen Ausleuchtung vor dem Scheinwerfer,
- – laterales und/oder longitudinales Beleuchtungsmodell im Vorfeld, wie insbesondere im Nahbereich des Fahrzeugs,
- – die Definition eines Fernlichtspots,
- – Richtung und Charakteristik von Fernlichtspots, Abhängigkeit davon vom Spurverlauf und dessen diesbezügliche Positionsänderung und Verformung,
- – Verlauf der zu beleuchtenden Spur unter Berücksichtigung des Straßenverlaufs, wie insbesondere des vertikalen und/oder des lateralen Verlaufs und des Verlaufs der Trajektorie des eigenen Fahrzeugs und/oder eine Kombination der Verläufe des Straßenverlaufs und/oder der Trajektorie,
- – stetige Parametrierung des Übergangsbereichs zwischen Fernlichtspot und Vorfeld als Funktion des Raumwinkels,
- – Definition eines Übergangsbereichs zwischen Ausleuchtung der Fahrbahn und dem Fernlichtspot, und/oder
- – einzelne oder multiple Entblendungsbereiche und -formen zur Reduktion der Intensität des Lichts als Funktion der Raumwinkel, der Objektentfernung und der lokalen Scheinwerferintensität.
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Die zu beleuchtende Umgebung wird mittels eines vordefinierten Umgebungsmodells beschrieben. Dieses Umgebungsmodell wird in Block 24 auf Basis eines diesbezüglichen Parametersatzes entsprechender Parameter beschrieben. Die Eingangsdaten für das Umgebungsmodell erhält das Modell von Sensoren, Steuereinheiten oder anderen Vorrichtungen, siehe die Blöcke 25, 26. Dabei repräsentiert Block 25 als Sensorikmodul beispielsweise Sensoren und Steuereinheiten und der Block 26 als Kommunikationsmodul Steuereinheiten und andere Vorrichtungen, wie Kamera, Navigationsvorrichtung, Radarvorrichtung etc. Die Daten und/oder Signale der Blöcke 25, 26 werden dem Umgebungsmodell in Block 24 zugeführt.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Umgebungsmodell folgende Faktoren berücksichtigt:
- – die 3D-Oberflächen im umgebenden Raum, wie lateraler und vertikaler Verlauf der Fahrbahn bzw. der prädizierten Trajektorie des eigenen Fahrzeugs, Straßenrand, Randbebauung oder -bewuchs,
- – Anteil der Reflexion des ausgestrahlten Lichts zurück in Richtung des Fahrerauges, insbesondere unter Berücksichtigung der Parallaxe zwischen Beleuchtungs- und Blickwinkel und der Winkeldifferenz zwischen Flächennormale und Beleuchtungswinkel, insbesondere in Abhängigkeit von Material, Farbe, evtl. Beschlag,
- – die Position und Dynamik von Objekten, die zu entblenden wären, und/oder
- – die Position und Dynamik von Retroreflektoren.
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Entsprechend werden bei der Bestimmung der adaptierten Lichtverteilung Umgebungsparameter als Parameter zur Beschreibung der zu beleuchtenden Umgebung berücksichtigt.
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Erfindungsgemäß beschreibt das Umgebungsmodell die Umgebung durch Parameter, die mittels Sensoreingangsdaten und/oder Kommunikationseingangsdaten ermittelt werden können, siehe die Blöcke 25, 26. Als Parameter werden dabei Umgebungsparameter, Fahrzeugparameter und/oder Entblendungsparameter verwendet.
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Zur Bestimmung der Umgebung anhand des Umgebungsmodells in Block 24 sind als Umgebungsparameter verwendbar:
- – Vorhandensein eines Straßentyps (Autobahn, Straße innerorts, Straße außerorts),
- – Straßenverlauf (relativ zum Fahrzeug, lateral und/oder vertikal),
- – prädizierte Fahrzeugtrajektorie,
- – Fahrdynamik des Fahrzeugs,
- – Verkehrssituation,
- – Gefahren,
- – Witterungsbedingungen,
- – Sichtbedingungen,
- – Fremdbeleuchtung,
- – Kontrast,
- – Tageslicht, und/oder
- – Umgebungshelligkeit.
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Als Fahrzeugparameter sind verwendbar:
- – Fahrzeugposition,
- – Fahrzeugorientierung,
- – Geschwindigkeit,
- – eingestellte Fahrparameter
- – Fahrerprofil, und/oder
- – Fahrzeugtrajektorie.
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In Block 27 wird anhand des Entblendungsmodells bestimmt, wie die Lichtverteilung entblendet werden sollte, weil beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer o. ä. ermittelt wurden, die nicht zu blenden sind. Dabei wird in Block 27 ein dreidimensionales Entblendungsmodell bestimmt, welches auf einem Parametersatz von Entblendungsparametern beruht. Das Entblendungsmodell erhält aus den Blöcken 25 und 26 Daten und/oder Signale, wie auch bereits das Umgebungsmodell.
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Als Entblendungsparameter sind verwendbar:
- – Position von Fremdfahrzeugen,
- – Position von Fremdfahrzeuggruppe,
- – Position von Verkehrsteilnehmern,
- – Position von Retroreflektoren,
- – Dynamik von Fremdfahrzeugen,
- – Dynamik von Fremdfahrzeuggruppe,
- – Dynamik von Verkehrsteilnehmern, und/oder
- – Dynamik von Retroreflektoren.
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Aus dem Entblendungsmodell gemäß Block 27 werden die zu entblendenden Bereiche in Block 29 definiert. Dabei wird auch deren Gestalt definiert. Ebenso werden aus dem Entblendungsmodell die Bereiche definiert, die in ihrer Beleuchtung reduziert werden, also Beleuchtungsreduktionsbereiche, um eine reduzierte Blendung zu erreichen, siehe Block 28.
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In Block 30 wird aus der dreidimensionalen Grundlichtverteilung und dem dreidimensionalen Umgebungsmodell eine adaptierte Grundlichtverteilung bestimmt.
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In Block 31 wird aus der dreidimensionalen Grundlichtverteilung gemäß Block 30 und den zu entblendenden Bereichen gemäß Block 29 und den Bereichen reduzierter Beleuchtung gemäß Block 28 eine adaptierte dreidimensionale Lichtverteilung bestimmt.
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Zur Bestimmung einer adaptierten Lichtverteilung wird somit die Grundlichtverteilung an die auszuleuchtende Umgebung, die Entblendungsbereiche und/oder an die Beleuchtungsreduktionsbereiche angepasst, wobei die adaptierte Lichtverteilung aus der Grundverteilung durch Adaption von Parametern hervorgeht.
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Dabei werden die Parameter der Umgebung auf die Parameter und/oder die veränderlichen Größen der Grundlichtverteilung abgebildet, um eine ideale situationsadäquate dreidimensionale Lichtverteilung zu bestimmen.
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In Block 32 erfolgt optional dann eine virtuelle Projektion der adaptierten dreidimensionalen Lichtverteilung auf die Messebene.
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Besonders zu berücksichtigen ist es, wenn unterschiedliche Parameter beispielsweise des Umgebungsmodells unterschiedliche Auswirkungen auf zumindest einen Parameter der Lichtverteilung haben können. In diesem Fall kann beispielsweise ein Parameter die Reduktion der Helligkeit in einem bestimmten Raumwinkel erfordern, während ein anderer Parameter die Erhöhung der Helligkeit erfordern könnte. In einem solchen Fall, wird eine gemeinsame Parameteränderung durchgeführt, wobei die beiden betroffenen Parameter beispielsweise kombiniert berücksichtigt werden. Hierzu kann eine Mittelung der Effekte oder eine Gewichtung vorgenommen werden oder ein Parameter wird unberücksichtigt gelassen, Während der andere Parameter voll berücksichtigt wird etc. kombiniert werden. Auch können die einzelnen Auswirkungen individuell gewichtet werden bei der Bestimmung der gemeinsamen Parameteränderung.
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Gemäß Block 33 hat der jeweilige Scheinwerfer individuelle Attribute, die auf der Grundlage seiner Herstellung und Machart beruhen. Diese Attribute können Einfluss auf die zu erzeugende Lichtverteilung haben, weil beispielsweise gewisse Helligkeiten oder Lichtfarben nicht oder nur beschränkt darstellbar sind. In Block 34 wird die aufgrund des Scheinwerfers und seinen Attributen geschuldete Beeinflussung der adaptierten Lichtverteilung die bezüglich des Scheinwerferdesigns geschuldete reale Lichtverteilung erzeugt, so dass in Block 35 die reale adaptierte Lichtverteilung mit ihren Parametern resultiert.
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Dabei sind Übergänge zwischen verschiedenen adaptierten Lichtverteilungen hinsichtlich Wahrnehmbarkeit und Design unterschiedlich gestaltbar, wie insbesondere die Geschwindigkeit des Übergangs.
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Das Verfahren weist weiterhin die Eigenschaft auf, dass die laterale Adaption der Lichtverteilung in Abhängigkeit eines ermittelten Straßenverlaufs, insbesondere als Funktion der Entfernung von dem Scheinwerfer, vorgenommen wird.
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Dabei wird die Lichtverteilung mittels einer vordefinierten dreidimensionalen Grundverteilung definiert wird, wobei eine Anpassung der Lichtverteilung an den Verlauf der Straße oder der prädizierten Trajektorie des eigenen Fahrzeugs oder einer geeigneten Kombination des Verlaufs der Straße und der Trajektorie anhand ausgewählter Parameter vorgenommen wird. Dabei wird die dreidimensionale Lichtverteilung zumindest einem der nachfolgenden Parameter nachgeführt:
- – lateraler Spurverlauf
- – vertikaler Spurverlauf
- – Seitenversatz der Spur
- – Winkel des Spurverlaufs
- – Krümmung des Spurverlaufs
- – Krümmungsänderung des Spurverlaufs
- – Spurbreite
- – Breitenverlauf der Spur
- – prädizierte Trajektorie des eigenen Fahrzeugs, insbesondere in einer 3D-Umgebung.
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Diese Parameter sind vorteilhaft über eine Beobachtungsvorrichtung, wie Kamera, Laserscanner oder ähnliches ermittelbar oder sie sind aus Fahrdynamikdaten und/oder aus der Fahrzeugposition und Kartendaten ermittelbar.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Lichtverteilung dreidimensional für verschiedene Entfernungsbereiche angepasst bestimmt wird. So kann die Lichtverteilung als Funktion der Entfernung auch einem stark modulierten Verlauf nachfolgend adaptiert werden.
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Dabei erfolgt eine Bestimmung der Entfernung zwischen dem Scheinwerfer und der Straße für verschiedene vertikale Winkel, so dass für verschiedene aus dem jeweiligen vertikalen Winkel resultierende Entfernungen eine entsprechend angepasste Lichtverteilung ermittelt werden kann.
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So wird als Adaption die Lichtverteilung durch Verzerrung eines dreidimensionalen Parameterfeldes eines dreidimensionalen Lichtverteilungsmodells gewonnen.
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Die adaptierte Lichtverteilung erlaubt es daher, dass ein definierter Helligkeitsverlauf einem detektierten gekrümmten Straßenverlauf folgend erzeugt wird.
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Die 3 bis 8 zeigen jeweils eine Lichtverteilung.
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In 3 ist eine Lichtverteilung anhand einer Farb- bzw. Graustufendarstellung dargestellt. Die jeweiligen Farben bzw. Graustufen stellen Bereiche gleicher Helligkeit dar. Man erkennt den gekrümmten Verlauf der Bereiche gleicher Helligkeit bei einer Adaption der Lichtverteilung bei einer Kurvenfahrt nach links.
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In 4 ist eine Lichtverteilung anhand einer Farb- bzw. Graustufendarstellung dargestellt, wobei die Darstellung aus der Sicht des Fahrers des Fahrzeugs bzw. aus der Sicht des Scheinwerfers selbst erfolgt. Die jeweiligen Farben bzw. Graustufen stellen Bereiche gleicher Helligkeit dar. Man erkennt den gekrümmten Verlauf der Bereiche gleicher Helligkeit bei einer Adaption der Lichtverteilung bei einer Kurvenfahrt nach links.
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In 5 ist eine Lichtverteilung anhand einer Linienstellung dargestellt. Dabei sind die Linien 51 Linien gleicher Helligkeit, wobei das Zentrum 50 der hellste Bereich ist und nach außen hin zu den Bereichen 55 bzw. 60 die Helligkeit abnimmt. In 5 ist eine Standardlichtverteilung dargestellt, wie sie beispielsweise für ein Abblendlicht, Fernlicht oder Autobahnlicht verwendbar wäre. Man erkennt eine rechts-links symmetrische Lichterteilung, die in einer definierten Entfernung vor dem Fahrzeug ihre maximale Helligkeit hat.
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In 6 ist eine adaptierte Lichtverteilung anhand eines Linienmodells dargestellt, die eine Lichtverteilung bei einem horizontalen Schwenkwinkel darstellt. Dabei ist die Lichtverteilung aus der mittigen Lage um einen Schwenkwinkel der Mittellinie nach rechts geschwenkt.
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In den 7 und 8 ist eine adaptierte Lichtverteilung anhand eines Linienmodells dargestellt, die jeweils eine Lichtverteilung bei einer Adaption einer Kurve nach links bzw. nach rechts darstellt. Dabei ist die Lichtverteilung aus der mittigen Lage einer Kurve nach links bzw. nach rechts nachgeführt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008000091 A1 [0002]
- DE 10112996 A1 [0003]
