DE102016004371A1 - Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsvorrichtung (2.1) eines Fahrzeugs (2) mit mindestens einem Scheinwerfer (2.1.1), wobei eine Vertikalausrichtung eines vom mindestens einen Scheinwerfer (2.1.1) abgestrahlten Lichtkegels (L) auf eine bestimmte Soll-Vertikalausrichtung eingestellt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass
– ein Höhenprofil eines dem Fahrzeug (2) vorausliegenden Fahrbahnbereichs (1.1) ermittelt wird und
– in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einer Ist-Leuchtweite des Lichtkegels (L) und einer vorgegebenen Soll-Leuchtweite unter Berücksichtigung des ermittelten Höhenprofils eine Soll-Vertikalausrichtung für den Lichtkegel (L) bestimmt und automatisch eingestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bekannte Beleuchtungsvorrichtungen für Fahrzeuge umfassen Scheinwerfer, bei denen verschiedene Abstrahlcharakteristiken, z. B. „Abblendlicht” oder „Fernlicht” einstellbar sind. Weiterhin können bekannte Beleuchtungsvorrichtungen derart ausgeführt sein, dass ein vom Scheinwerfer abgestrahlter Lichtkegel horizontal und vertikal verstellbar ist. Letzteres ist auch als Leuchtweitenregulierung bekannt, wobei der vom Scheinwerfer abgestrahlte Lichtkegel in vertikaler Richtung relativ zur Fahrbahn verstellt wird. D. h., der Lichtkegel wird an einen Nickwinkel des Fahrzeugs angepasst, damit vorausfahrende oder entgegenkommende Verkehrsteilnehmer nicht geblendet werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeugs anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeugs mit mindestens einem Scheinwerfer wird eine Vertikalausrichtung eines vom mindestens einen Scheinwerfer abgestrahlten Lichtkegels auf eine bestimmte Soll-Vertikalausrichtung eingestellt.
  • Bei der Vertikalausrichtung wird der Lichtkegel um eine Querachse des Fahrzeugs gedreht. Dies ist auch als Leuchtweitenregulierung bekannt, welche insbesondere beim Befahren von Senken und Kuppen innerhalb der Fahrstrecke vorgenommen wird.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Höhenprofil eines dem Fahrzeug vorausliegenden Fahrbahnbereichs ermittelt wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einer Ist-Leuchtweite des Lichtkegels und einer vorgegebenen Soll-Leuchtweite unter Berücksichtigung des ermittelten Höhenprofils eine Soll-Vertikalausrichtung für den Lichtkegel bestimmt und automatisch eingestellt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht mittels der vorausschauenden Ermittlung der Fahrbahn eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Leuchtweitenregulierung der Scheinwerfer. Daraus resultierend wird eine Beleuchtung des vorausliegenden Fahrbahnbereichs und somit eine Sicht für einen Fahrer des Fahrzeugs verbessert. Des Weiteren werden mittels der verbesserten Leuchtweitenregulierung vorausfahrende und/oder entgegenkommende Verkehrsteilnehmer in vorteilhafter Weise weniger stark geblendet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine Profillinie einer Fahrbahn mit einem Fahrzeug in verschiedenen Positionen relativ zur Fahrbahn,
  • 2 schematisch ein Amplituden-Zeit-Diagramm mit einer Funktion einer Ist-Leuchtweite bei einem Regelalgorithmus mit kleiner Schrittgröße,
  • 3 schematisch ein weiteres Amplituden-Zeit-Diagramm mit einer Funktion einer Ist-Leuchtweite bei einem Regelalgorithmus mit großer Schrittgröße,
  • 4 schematisch ein weiteres Amplituden-Zeit-Diagramm mit einer Funktion einer Ist-Leuchtweite bei einem Regelalgorithmus mit variabler Schrittgröße,
  • 5 schematisch ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeugs und
  • 6 schematisch einen Regelkreis einer Regeleinheit der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt schematisch eine Profillinie einer Fahrbahn 1 mit einem Fahrzeug 2 in verschiedenen Positionen Pos1 bis Pos3 relativ zur Fahrbahn 1.
  • Das Fahrzeug 2 stellt im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Personenkraftwagen dar und umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung 2.1 mit mindestens zwei Scheinwerfern 2.1.1, wobei aufgrund der seitlichen Darstellung des Fahrzeugs 2 nur einer der Scheinwerfer 2.1.1 sichtbar ist.
  • Mittels der Scheinwerfer 2.1.1 ist ein Fahrlicht in Form eines Lichtkegels L entlang einer Längsachse x (Fahrtrichtung) des Fahrzeugs 2 abstrahlbar, wobei verschiedene Abstrahlcharakteristiken, z. B. „Abblendlicht” und „Fernlicht”, einstellbar sind. Die Abstrahlcharakteristiken unterscheiden sich beispielsweise in der Leuchtweite und im Muster des abgestrahlten Lichtkegels L. Die Leuchtweite des Lichtkegels L ist hierbei als ein Abstand zwischen dem Fahrzeug 2 und einem am weitesteten, mittels des Lichtkegels L beleuchteten Punkts in einem dem Fahrzeug 2 vorausliegenden Fahrbahnbereich 1.1 definiert (Kleinwinkelnäherung). Des Weiteren sei hier angemerkt, dass die Bezeichnung „Lichtkegel” vereinfacht für das aus den Scheinwerfern 2.1.1 austretende Licht bezeichnet wird.
  • Der Lichtkegel L kann weiterhin in Bezug auf eine Vertikalausrichtung und in eine Horizontalausrichtung verändert werden. Die Änderung der Horizontalausrichtung des Lichtkegels L entspricht einer Drehung des Lichtkegels L um eine Hochachse z des Fahrzeugs 2 und ist somit für einen horizontal veränderlichen Verlauf, z. B. Kurven, vorteilhaft. Eine Änderung der Vertikalausrichtung des Lichtkegels L entspricht einer Drehung des Lichtkegels L um eine Querachse y des Fahrzeugs 2 und ist somit beim Befahren eines vertikal veränderlichen Fahrbahnverlaufs, z. B. Kuppen oder Senken, vorteilhaft. Die Änderung der Vertikalausrichtung des Lichtkegels L erfolgt mittels einer Leuchtweitenregulierung der Beleuchtungsvorrichtung 2.1.
  • Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt ein Höhenprofil der Fahrbahn 1 und somit einen vertikal veränderlichen Verlauf der Fahrbahn 1. Eine Leuchtweite des Lichtkegels L in einer ersten Position Pos1 des Fahrzeugs 2 ist konstant und beträgt beispielsweise 65 Meter. Aufgrund der vorausliegenden Steigung der Profillinie der Fahrbahn 1 ist die Leuchtweite des Lichtkegels L in einer zweiten Position Pos2 des Fahrzeugs 2 verringert. In einer dritten Position Pos3 des Fahrzeugs 2 ist die Leuchtweite des Lichtkegels L an den vertikalen Verlauf der Fahrbahn 1 angepasst. Als Abstrahlcharakteristik der Scheinwerfer 2.1.1 in allen drei Positionen Pos1 bis Pos3 des Fahrzeugs 2 ist beispielsweise das Abblendlicht eingeschaltet.
  • Die Anpassung der Leuchtweite an den vertikalen Verlauf der Fahrbahn 1 erfolgt mittels einer Einstellung einer Ist-Vertikalausrichtung des Lichtkegels L auf eine bestimmte Soll-Vertikalausrichtung. Die Leuchtweite eines Lichtkegels L bei eingeschaltetem Abblendlicht auf einer eben verlaufenden (horizontalen) Fahrbahn 1 beträgt beispielsweise 65 Meter. Dies ist davon abhängig, in welcher Höhe die Scheinwerfer 2.1.1 im Fahrzeug 2 angeordnet sind und wie stark diese relativ zum Fahrzeug 2 geneigt sind. Beispielsweise sind die Scheinwerfer 2.1.1 in einer Höhe von 65 Zentimeter – ausgehend von einem Fahrzeugboden – montiert und weisen in ihrer Grundeinstellung einen Neigungswinkel von –1% auf. Der Neigungswinkel entspricht hierbei einem Winkel der Scheinwerfer 2.1.1 um die Querachse y des Fahrzeugs 2. Da der Scheinwerfer 2.1.1 ausgehend von der Querachse y nach unten verstellt wird, z. B. in einem Winkel von ca. 0,375°, ergibt sich ein negativer Neigungswinkel von –1%. Hieraus ergibt sich zudem eine Leuchtweite von 65 Metern. D. h., eine Sollleuchtweite bei eingeschaltetem Abblendlicht beträgt 65 Meter.
  • Ziel der Erfindung ist es dabei, dass die Leuchtweite des Lichtkegels L unabhängig vom vertikalen Verlauf der Fahrbahn 1 konstant bleibt. Dies erfolgt mittels eines Verfahrens, bei dem eine Ist-Vertikalausrichtung des Lichtkegels L in Abhängigkeit eines vertikalen Fahrbahnverlaufs auf eine bestimmte Soll-Vertikalausrichtung eingestellt wird.
  • Das Verfahren soll dabei bestimmte Anforderungen erfüllen, die Im Folgenden kurz beschrieben werden. Mittels des Verfahrens soll eine Ausleuchtung beim Durchfahren von Kuppen und/oder Senken gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden.
  • Insbesondere soll dabei die Leuchtweite des Lichtkegels L bei eingeschaltetem Abblendlichts konstant bleiben. Ein mittlerer Fehler der Leuchtweite soll zwischen 8 Meter und 12 Meter betragen. Des Weiteren soll die Ausleuchtung eines vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1 möglichst in keiner Situation verschlechtert werden. insbesondere ist ein unberechtigtes Absenken der Scheinwerfer 2.1.1 zu vermeiden. Eine Abweichung einer minimalen Leuchtweite sollte maximal 10 Meter betragen.
  • Eine weitere Anforderung ist, dass möglichst kein vorausfahrender oder entgegenkommender Verkehrsteilnehmer geblendet wird. Eine Abweichung einer maximalen Leuchtweite sollte hierbei maximal 10 Meter betragen. Des Weiteren sollen Sicherheitsschwellen implementiert werden, wobei ein maximaler Soll-Neigungswinkel des Lichtkegels L von +1° und ein minimaler Soll-Neigungswinkel von –1° vorgegeben wird. Vorzugsweise ist der Soll-Neigungswinkel ungleich Null. Zudem soll die Durchführung des Verfahrens für den Fahrer nachvollziehbar sein.
  • Nachfolgend wird das Verfahren näher beschrieben, wobei einleitend drei mathematische Ansätze zur Beurteilung der Leuchtweite erläutert werden.
  • Ein erster Ansatz basiert auf der Grundfunktion eines sogenannten P-Reglers. Hierbei soll die Leuchtweite des Lichtkegels L in einer aktuellen Position des Fahrzeugs 2 ermittelt werden und anschließend mit Hilfe des P-Reglers auf einen festen vorgegebenen Wert geregelt werden.
  • Die Leuchtweite des Lichtkegels L wird anhand bekannter geometrischer Daten ermittelt, insbesondere aus einer Einbauhöhe der Scheinwerfer 2.1.1, einer Steigung eines momentan vom Fahrzeug 2 befahrenen Fahrbahnabschnitts, einem aktuell mittels der Leuchtweitenregulierung eingestellten Neigungswinkel der Scheinwerfer 2.1.1 und aus einem vertikalen Verlauf eines dem Fahrzeug 2 vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1. Ein horizontaler Verlauf des vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1 wird nicht betrachtet.
  • Der vertikale Verlauf des vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1 kann anhand von Daten einer im Fahrzeug 2 angeordneten Fahrerassistenzvorrichtung ermittelt werden, wobei die Daten Werte für Steigungen an bestimmten Punkten des vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1 umfassen. Wird dabei ein beliebiger Nullpunkt gewählt, so kann in Relation zu diesem Nullpunkt ein Höhenprofil des vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1 ermittelt werden.
  • Darüber hinaus wird ein Verlauf des Lichtkegels L ermittelt, wobei dieser in Form einer einfachen Gerade dargestellt wird. Die Steigung der Geraden ist die Summe aus einer Steigung der Fahrbahn 1 unter dem Fahrzeug 2 und einer Neigung des Lichtkegels L relativ zur Querachse y. Sind diese Parameter bekannt, so kann aus den geometrischen Zusammenhängen ein Schnittpunkt zwischen dem Lichtkegel L und der Profilinie der Fahrbahn 1 ermittelt werden. Wie bereits zuvor erwähnt, ist die Leuchtweite als der horizontale Abstand zwischen dem Fahrzeug 2 und dem am weitesten noch beleuchteten Punkt, hierbei der ermittelte Schnittpunkt, definiert. Da der Schnittpunkt ermittelbar ist, kann daraus resultierend auch eine Ist-Leuchtweite ermittelt werden, die in einer den P-Regler umfassenden Regeleinheit mit einer vorgegebenen Soll-Leuchtweite verglichen wird. Weicht die ermittelte Ist-Leuchtweite um mehr als einen Meter von der Soll-Leuchtweite ab, so wird eine Vertikalausrichtung des Lichtkegels L schrittweise verändert, so dass sich die Ist-Leuchtweite schrittweise an die Soll-Leuchtweite annähert. Die Schritte zur Annäherung der Ist-Leuchtweite an die Soll-Leuchtweite sind in ihrer Größe fest definiert. Dies dient dazu, einen Regelalgorithmus einfach und leicht veränderbar zu gestalten.
  • Mittels des beschriebenen ersten Ansatzes können alle Situationen zur Anpassung der Leuchtweite abgedeckt werden, für die ausreichend genaue Daten des Fahrerassistenzsystems vorliegen. Die Ausgangswerte des Verfahrens sind hierbei die jeweiligen Vertikalausrichtungen des Lichtkegels L, die mittels der Regeleinheit ermittelt werden, um die Leuchtweite konstant zu halten.
  • Ein zweiter Ansatz vereinfacht das zuvor beschriebene geometrische Problem auf die Betrachtung zweier Punkte. Die Annahme, die dieser Vereinfachung zu Grunde liegt, ist die, dass innerhalb des vom Fahrzeug 2 beleuchteten vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1, welche sich ca. 65 Meter vom Fahrzeug 2 in Fahrtrichtung nach vorn erstreckt, Höhenunterschiede derart gering sind, dass diese von der Leuchtweitenregulierung nicht betrachtet werden müssen. Diese Annahme wird als gültig angenommen, da keine Fahrbahnverläufe bekannt sind, die in einem Abschnitt von 65 Meter derart große Höhenunterschiede aufweisen, dass eine Anpassung der Leuchtweite erforderlich wäre.
  • Beim zweiten Ansatz wird – ähnlich wie beim ersten Ansatz – ein interpoliertes Höhenprofil eines vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1 herangezogen. Hierbei ist jedoch nur der berechnete Punkt relevant, welcher genau in Entfernung der Soll-Leuchtweite vor dem Fahrzeug 2 liegt. Zudem wird eine Höhe des Lichtkegels L in der gleichen Entfernung zum Fahrzeug 2 berechnet. Allerdings genügt hier im Gegensatz zum zuvor vorgestellten Algorithmus die Berechnung eines Punktes aus der gebildeten Geradengleichung. Die beiden berechneten Höhenwerte werden verglichen und es wird ein Soll-Neigungswinkel bestimmt, um welchen der Lichtkegel L geneigt werden muss, so dass die ermittelte Höhe des Lichtpunktes in Entfernung der Soll-Leuchtweite und eine Höhe eines dazugehörigen Punkts der Fahrbahn 1 gleich sind. Auch hierbei ist das Resultat ein Soll-Neigungswinkel, der an die Leuchtweitenregulierung der Beleuchtungsvorrichtung 2.1 zur Anpassung der Vertikalausrichtung des Lichtkegels L übermittelt wird, so dass die Ist-Leuchtweite an die Soll-Leuchtweite angepasst wird.
  • Ein dritter Ansatz basiert auf der Grundfunktion eines sogenannten PI-Reglers. Im Unterschied zum ersten Ansatz erfolgen hierbei keine fest definierten Schritte zur Annäherung der Ist-Leuchtweite an die Soll-Leuchtweite. Dies resultiert aus dem zusätzlichen I-Anteil (integraler Anteil) des PI-Reglers gegenüber dem P-Regler. Jedoch wird auch hier auf Basis der Differenz zwischen Soll-Leuchtweite und Ist-Leuchtweite die Ist-Vertikalausrichtung des Lichtkegels L beeinflusst. Die Ausgangsgrößen im Regelkreis beim dritten Ansatz, also hierbei die Stellgröße, welche eine Soll-Vertikalausrichtung des Lichtkegels L beschreibt, verlaufen im Wesentlichen kontinuierlich und weisen viel häufiger Steigungen kleiner unendlich auf. Im Gegensatz dazu können die Ausgangsgrößen der beiden ersten beschriebenen Ansätze starke Sprünge aufweisen.
  • Die zuvor beschriebenen Ansätze sind jeweils mittels eines bestimmten Algorithmus durchführbar, wobei die Algorithmen in einer Entwicklungsumgebung, z. B. Matlab/Simulink, eingebunden werden können.
  • Im Folgenden wird auf die Ermittlung oder Bestimmung der Soll-Vertikalausrichtung des Lichtkegels L zur Annäherung der Ist-Leuchtweite an die Soll-Leuchtweite unter Berücksichtigung des vertikalen Fahrbahnverlaufs und den am Fahrzeug 2 eingestellten Neigungswinkel des Lichtkegels L eingegangen.
  • Hier soll insbesondere die bereits zuvor erwähnte Kleinwinkelnäherung gelten, bei welcher die Leuchtweite als horizontaler Abstand zwischen dem Fahrzeug 2 und des Aufsetzpunktes des Lichtkegels L auf der Fahrbahn 1 definiert wird. Die Kleinwinkelnäherung gilt dabei, wenn: α ≤ 10°, wobei α einem Steigungswinkel der Fahrbahn 1 entspricht. Damit ergibt sich ein maximaler Fehler wie folgt, wobei gilt x = 10° = π / 18:
    Figure DE102016004371A1_0002
    mit frel = relativer Fehler.
  • Wie zu erkennen ist, sind die relativen Fehler derart gering, dass sie das Verfahren nicht signifikant beeinflussen. D. h., Bezug nehmend auf die Leuchtweite von 65 Metern entspricht ein relativer Fehler von 1,5% ca. einen Meter. Diese Differenz kann in der Praxis als vernachlässigbar klein betrachtet werden.
  • Mit Hilfe dieser Aussagen darf die Kleinwinkelnäherung nur global auf alle Berechnungen im Verfahren angewendet werden, da ein Steigungswinkel von 10° einer Steigung oder einem Gefälle von ca. 18% entspricht und eine Mehrzahl aller bekannten Fahrbahnen 1 Steigungen und Gefälle jeweils bis ca. 10% aufweisen. Damit deckt das System auch unter Benutzung der Kleinwinkelnäherung die Mehrzahl an Situationen ab.
  • Grundsätzlich umfasst das Verfahren somit die Ermittlung des vertikalen Verlaufs des vor dem Fahrzeug 2 befindlichen Fahrbahnbereichs 1.1 und die Ermittlung des Verlaufs des Lichtkegels L mit Hilfe geometrischer Berechnungen in einem zweidimensionalen Modell, wobei die Leuchtweite des Lichtkegels L ermittelt und mit einem Sollwert verglichen wird und daraus entsprechende Regelmaßnahmen zur Bestimmung der Soll-Vertikalausrichtung des Lichtkegels L generiert werden. Das Modell, das diesen Berechnungen zu Grunde liegt, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 1 dargestellt.
  • Zur Ermittlung oder Bestimmung der Soll-Vertikalausrichtung des Lichtkegels L zur Annäherung der Ist-Leuchtweite werden die zuvor beschriebenen Ansätze herangezogen. Eine erste Variante zur Bestimmung der Soll-Vertikalausrichtung umfasst einen P-Regler, wie er bereits im ersten Ansatz beschrieben wurde.
  • Hierbei wird die aktuelle Leuchtweite des Lichtkegels L bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt sind Steigungsdaten in einem Array mit zugehörigen Positionsdaten bekannt. Außerdem sind geometrische Daten, wie z. B. die Einbauhöhe der Scheinwerfer 2.1.1, bekannt. Zur Bestimmung der Ist-Leuchtweite wird aus den Steigungsdaten zunächst ein tatsächliches Höhenprofil eines vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1 interpoliert. Da nur der direkt vor dem Fahrzeug 2 liegende Fahrbahnbereich 1.1 relevant ist, werden die vorhandenen Daten metergenau bis zu einer Entfernung von 200 Metern vor dem Fahrzeug 2 interpoliert. Als Startpunkt wird die aktuelle Position des Fahrzeugs 2 gewählt, wobei einem dieser Position zugeordneter Punkt auf der Fahrbahn 1 eine Höhe von Null Metern zugewiesen wird. Das Ergebnis ist ein 200-elementiges Array, das alle 200 Höhenwerte in Relation zur Fahrzeugposition enthält. Dieses Array bildet die Grundlage für alle folgenden Berechnungen.
  • In einem nächsten Schritt wird der Schnittpunkt zwischen dem Lichtkegel L und der Fahrbahn 1 bestimmt. Dazu muss jedoch zunächst der Verlauf des Lichtkegels L in einem Zwischenschritt ermittelt werden. Auch dies wird in Relation zur Fahrzeughöhe ermittelt, jedoch unter Berücksichtigung der Einbauhöhe der Scheinwerfer 2.1.1. D. h. beispielweise, bei einer Einbauhöhe von 65 Zentimeter beträgt ein erster Wert des Lichtkegelverlaufs 0,65 Meter. Der Verlauf des Lichtkegels L wird in einem Array, insbesondere in Form von metergenauen Höhenwerten, festgehalten. Daraus resultierend kann anschließend der Schnittpunkt berechnet werden. Da sowohl der Verlauf der Fahrbahn 1 als auch des Lichtkegels L diskrete Werte umfassen, muss der Schnittpunkt mit Hilfe eines bestimmten Algorithmus bestimmt werden.
  • Dieser Algorithmus durchläuft schrittweise beide Arrays und vergleicht die Höhenwerte vom Lichtkegel L und von der Fahrbahn 1. Stellt der Algorithmus fest, dass die Werte des Verlaufs des Lichtkegels L plötzlich kleiner sind als die Werte des Verlaufs der Fahrbahn 1, wird ein Index des ersten Werts des Lichtkegelverlaufs gemerkt oder hinterlegt, welcher unterhalb der Fahrbahn 1 liegt. Da beide Arrays diskrete Werte enthalten, die metergenau sind, entspricht der Index dieses ersten Wertes des Lichtkegelverlaufs der Ist-Leuchtweite. D. h. beispielsweise, der 50. Wert im Array ist auch der Wert, welcher sich 50 Meter vor dem Fahrzeug 2 im vorausliegenden Fahrbahnbereich 1.1 befindet.
  • 2 zeigt ein Amplituden-Zeit Diagramm mit einer Funktion LWIST einer Ist-Leuchtweite bei einem Regelalgorithmus eines P-Reglers mit kleiner Schrittgröße.
  • Die Funktion LWIST zeigt den zeitlichen Verlauf der Ist-Leuchtweite, wobei der Algorithmus mit einer kleinen Schrittgröße durchgeführt wird. Dabei ist zu erkennen, dass je kleiner ein Wert eines Schrittes ist, den der Algorithmus addieren oder subtrahieren kann, desto genauer kann die Ist-Leuchtweite auf die gewünschte Soll-Leuchtweite geregelt werden. Ist die Differenz zwischen der Soll-Leuchtweite und der Ist-Leuchtweite jedoch zu Beginn sehr hoch, werden viele Rechenschritte und somit viel Zeit zur Regelung der Ist-Leuchtweite benötigt.
  • Alternativ könnte eine Schrittgröße sehr groß gewählt werden, so dass ein einziger Schritt ausreichend groß ist, damit die Ist-Leuchtweite die Soll-Leuchtweite annähernd erreicht. Dies ist in 3 gezeigt.
  • 3 zeigt ein weiteres Amplituden-Zeit-Diagramm mit einer Funktion LWIST einer Ist-Leuchtweite bei einem Regelalgorithmus eines P-Reglers mit großer Schrittgröße.
  • Hierbei wird zwar annähernd die Soll-Leuchtweite mit einem Schritt erreicht. Jedoch ergibt sich dabei das Problem, dass die Soll-Leuchtweite nicht genau, sondern nur annähernd erreicht wird. Dadurch verbleibt eine bestimmte Differenz zwischen der Ist-Leuchtweite und der Soll-Leuchtweite. Ab einer bestimmten Schrittgröße kann dies zu einem Schwingungsverhalten im Verfahren führen, da der Algorithmus jeweils zwischen einem Wert größer als die Soll-Leuchtweite und einem Wert kleiner als die Soll-Leuchtweite hin- und herschaltet, wie es 3 beispielhaft zeigt.
  • Der logische Kompromiss, der sich aus den beiden zuvor vorgestellten Möglichkeiten ergibt, wird in 4 gezeigt.
  • 4 zeigt dazu ein weiteres Amplituden-Zeit-Diagramm mit einer Funktion LWIST einer Ist-Leuchtweite bei einem Regelalgorithmus eines P-Reglers mit variabler Schrittgröße.
  • In Abhängigkeit eines Betrags der Differenz zwischen der Soll-Leuchtweite und der Ist-Leuchtweite, wählt der Algorithmus eine vorteilhafte Schrittgröße, so dass bei großen Differenzen ein Abstand schnell verringert werden kann und bei kleinen Differenzen das Schwingungsverhalten minimiert wird.
  • Zur Minimierung des Schwingungsverhaltens wird vorzugsweise weiterhin eine Hysterese definiert, mittels welcher der Ausgangswert des P-Reglers nicht mehr oder zumindest verringert schwingt, wenn die Ist-Leuchtweite annähernd den Sollwert erreicht hat. Des Weiteren wird eine Änderungsrate der Ausgangsgröße des P-Reglers begrenzt, so dass der Verlauf der Ausgangsgröße mehrere aufeinander folgende Rampen aufweist. Dadurch werden Bewegungen des Lichtkegels L als weniger sprunghaft, insbesondere als stetig, empfunden.
  • Eine zweite Variante zur Bestimmung der Soll-Vertikalausrichtung umfasst die Ermittlung einer Höhendifferenz, wie es bereits im zweiten Ansatz beschrieben wurde.
  • Hierbei wird eine Höhendifferenz ermittelt, wobei das komplexe, dreidimensionale, geometrische Problem auf die Betrachtung zweier Punkte vereinfacht wird. Folgende Annahme liegt hier zu Grunde: Sind eine Höhe des Lichtkegels L und eine Höhe der Fahrbahn 1 in der Entfernung der Soll-Leuchtweite vor dem Fahrzeug 2 bekannt, so kann daraus resultierend ein Winkel des Lichtkegels L relativ zur Fahrbahn 1 ermittelt werden. Ein Wert der Höhe der Fahrbahn 1 ist auf einfache Art und Weise aus dem Array, welches den Höhenverlauf der Fahrbahn 1 beschreibt, ermittelbar. Die Werte aus dem Array werden dabei interpoliert, wenn für die Entfernung der Soll-Leuchtweite vor dem Fahrzeug 2 kein Wert vorliegt. Die Höhe des Lichtkegels L muss dazu erst ermittelt werden. Hierfür wird eine Geradengleichung für den Verlauf des Lichtkegels L aufgestellt. Diese berücksichtigt alle relevanten Parameter, wie z. B. die Einbauhöhe des Scheinwerfers 2.1.1, die Steigung der Fahrbahn 1 für die aktuelle Position des Fahrzeugs 2, und die Höhe der Fahrbahn 1 für die aktuelle Position des Fahrzeugs 2. Insbesondere der letzte Parameter ist zwingend notwendig, um eine Relation zwischen dem Lichtkegel L und dem vertikalen Verlauf der Fahrbahn 1 herzustellen.
  • Mittels dieser Geradengleichung kann der Höhenwert des Lichtkegels L auf die gleiche Weise interpoliert oder ermittelt werden, wie der Höhenwert für die Fahrbahn 1. Sind diese beiden Werte bekannt, so kann deren Differenz berechnet werden. Diese Differenz wird dann auf einen Winkel umgerechnet, so dass der betrachtete Fahrbahnpunkt und der betrachtete Lichtkegelpunkt einen Schnittpunkt bilden. Zum Erreichen der Soll-Leuchtweite ist also zu jeder Situation ein Neigungswinkel des Lichtkegels L um die Querachse y zu ermitteln. Bei dieser Variante wird nicht die Ist-Leuchtweite betrachtet, so dass keine Regelung, sondern eine Steuerung der Ist-Leuchtweite erfolgt. Eine Regelung erfolgt mittels der bereits im Fahrzeug 2 angeordneten Leuchtweitenregulierung der Beleuchtungsvorrichtung 2, welche beispielsweise auf bestimmte Verstellgeschwindigkeiten begrenzt ist, wodurch ruckartige Bewegungen oder Sprünge gedämpft werden können.
  • Darüber hinaus ist eine dritte Variante zur Bestimmung der Soll-Vertikalausrichtung möglich, die – wie im dritten Ansatz beschrieben – auf den Grundfunktionen eines PI-Reglers basiert. Mittels des PI-Reglers können dabei sowohl eine Geschwindigkeit des Reglers als auch eine Genauigkeit im stationären Fall sehr gut eingestellt werden.
  • 5 zeigt dazu ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung 2.1 des Fahrzeugs 2 mit einer als PI-Regler ausgeführten Reglereinheit 2.2, die erfindungsgemäß um einen vorausschauenden Anteil 2.2.1 erweitert ist, mittels welchem ein vor dem Fahrzeug 2 befindlicher Fahrbahnbereich 1.1 betrachtet wird.
  • 6 zeigt einen Regelkreis der in 5 beschriebenen Reglereinheit 2.2, wobei der Regelalgorithmus mit aktuellen Zustandsgrößen Z1, hierbei mittels aktueller Leuchtweitenermittlung, und prognostizierten Zustandsgrößen Z2, hierbei mittels prognostizierter Leuchtweitenermittlung, durchgeführt wird. Dazu wird eine Regeldifferenz Rdiff1 gebildet, die mittels einer Gewichtung Gew in eine tatsächliche Regeldifferenz Rdiff2 eingebunden wird.
  • Zur Auslegung dieser Reglereinheit 2.2 wird die sogenannte Schwingungsmethode nach Ziegler-Nichols angewandt. Dies ist dadurch begründet, dass der PI-Regler in einem komplexen Algorithmus eingebunden ist und somit nicht oder nur schwer getrennt von anderen Algorithmus-Bestandteilen betrachtet werden kann.
  • Mittels der dritten Variante ist in vorteilhafter Weise ein vorausschauendes System möglich, welches eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Leuchtweitenregulierung der Scheinwerfer 2.1.1 ermöglicht. Daraus resultierend wird eine Beleuchtung des vorausliegenden Fahrbahnbereichs 1.1 und somit eine Sicht für einen Fahrer des Fahrzeugs 2 verbessert. Des Weiteren werden mittels der verbesserten Leuchtweitenregulierung vorausfahrende und/oder entgegenkommende Verkehrsteilnehmer in vorteilhafter Weise weniger stark geblendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrbahn
    1.1
    vorausliegender Fahrbahnbereich
    2
    Fahrzeug
    2.1
    Beleuchtungsvorrichtung
    2.1.1
    Scheinwerfer
    2.2
    Reglereinheit
    2.2.1
    vorausschauender Anteil
    L
    Lichtkegel
    LWIST
    Funktion Ist-Leuchtweite
    Gew
    Gewichtung
    Rdiff1
    Regeldifferenz
    Rdiff2
    tatsächliche Regeldifferenz
    Pos1 bis Pos3
    Position
    Z1
    aktuelle Zustandsgröße
    Z2
    prognostizierte Zustandsgröße
    x
    Längsachse
    y
    Querachse
    z
    Hochachse

Claims (4)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Beleuchtungsvorrichtung (2.1) eines Fahrzeugs (2) mit mindestens einem Scheinwerfer (2.1.1), wobei eine Vertikalausrichtung eines vom mindestens einen Scheinwerfer (2.1.1) abgestrahlten Lichtkegels (L) auf eine bestimmte Soll-Vertikalausrichtung eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Höhenprofil eines dem Fahrzeug (2) vorausliegenden Fahrbahnbereichs (1.1) ermittelt wird und – in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einer Ist-Leuchtweite des Lichtkegels (L) und einer vorgegebenen Soll-Leuchtweite unter Berücksichtigung des ermittelten Höhenprofils eine Soll-Vertikalausrichtung für den Lichtkegel (L) bestimmt und automatisch eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtweite als ein Abstand zwischen dem Fahrzeug (2), insbesondere dem Scheinwerfer (2.1.1), und einem am weitesten entfernten Punkt des Lichtkegels (L) im vorausliegenden Fahrbahnbereich (1.1) definiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermittlung eines zunehmend ansteigenden Höhenprofils die Soll-Vertikalausrichtung für den Lichtkegel (L) automatisch korrespondierend weiter nach oben gerichtet eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermittlung eines zunehmend abfallenden Höhenprofils die Soll-Vertikalausrichtung für den Lichtkegel (L) automatisch korrespondierend weiter nach unten gerichtet eingestellt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022248105A1 (de) * 2021-05-28 2022-12-01 Mercedes-Benz Group AG Verfahren zur anpassung eines scheinwerfersystems

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WO2022248105A1 (de) * 2021-05-28 2022-12-01 Mercedes-Benz Group AG Verfahren zur anpassung eines scheinwerfersystems

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