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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Mehrzahl von Leuchtmodulen eines Matrixscheinwerfers für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise einen Personenkraftwagen, wobei jedes Leuchtmodul mit einem zugeordneten Pulsweitenmodulations-Signal (PWM-Signal) beaufschlagt wird, wobei wenigstens zwei der PWM-Signale mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen beaufschlagt werden.
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Die Leuchtmodule weisen vorzugsweise ein einzelnes Leuchtmittel oder eine Gruppe von Leuchtmitteln auf, insbesondere lichtemittierende Dioden (LEDs) oder Laserdioden.
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Dabei beleuchten die einzelnen Leuchtmodule vorzugsweise unterschiedliche Bereiche der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug.
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DE 199 45 546 B4 beschreibt eine Ansteuerung von halbleiterbasierten Leuchtmitteln mittels Einstellung des Stroms und einer pulsweiten Modulation zur Dimmung.
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Die
DE 10 2008 060 042 A1 beschreibt eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung der LEDs, bei welcher hohe Spannungs- und Stromspitzen entstehen und die durch ein Verschieben der Einschaltzeiten von bestimmten LEDs vermieden werden. Hier ist die Aufgabe, wenig LEDs in einer Kette gleichzeitig vorzusehen, um Bauteile einzusparen und Größen und Kosten der Beleuchtungseinheiten zu minimieren.
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Das PWM-Signal weist eine Periode T auf und hat innerhalb der Periode T eine Einschaltdauer, die vorzugsweise zwischen 0 % und 100 % liegen kann. Das Verhältnis von Einschaltdauer zu einer Periode T definiert das sog. Tastverhältnis TV. Die Leuchtmodule sind durch eine entsprechende Wahl der Einschaltdauer dimmbar, wobei vorzugsweise vorgesehen sein kann, einzelne Leuchtmodule komplett dunkel zu schalten, um beispielsweise ein Blenden des Gegenverkehrs zu verhindern.
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Durch die Beaufschlagung von wenigstens zwei PWM-Signalen mit einer Phasenverschiebung können hohe Stromwerte beim Einschaltvorgang, sog. Einschaltspitzen, vermieden werden. Der zugeführte Strom kann also über die Zeit vorzugsweise gleichmäßiger verteilt sein.
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Die Beaufschlagung der Leuchtmodule mit PWM-Signalen ermöglicht eine technisch einfache Einstellung der geforderten Lichtmenge.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zum Ansteuern einer Mehrzahl von Leuchtmodulen eines Matrixscheinwerfers für ein Kraftfahrzeug.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass jedes der wenigstens zwei PWM-Signale mit der Zeit, also insbesondere wechselnd für jede Periode oder alle zwei, drei oder mehr Perioden, mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen beaufschlagt wird.
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Um ein Blenden des Gegenverkehrs oder eines vorausfahrenden Fahrzeugs zu verhindern, können die Fahrbahn und insbesondere die Ausleuchtung der Fahrbahn und vorzugsweise die Bereiche rechts und links neben der Fahrbahn mit einer Kamera überwacht werden.
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Bei einer festen, also nicht mit der Zeit wechselnden, Beaufschlagung mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen kann es in einer Kameraaufnahme zu Schwebungen kommen. Derartige Schwebungen können die Qualität der Kameraaufnahme negativ Beeinflussen und eine elektronische/automatisierte Analyse der Kameraaufnahme negativ beeinflussen.
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Durch die Beaufschlagung der wenigstens zwei PWM-Signale mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen mit der Zeit können Schwebungen in einer Kameraaufnahme reduziert werden.
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Die Beaufschlagung mit in der zeitlichen Folge unterschiedlichen Phasenverschiebungen erfolgt vorzugsweise so, dass keine Leuchtmodule gleichzeitig ein- und/oder ausgeschaltet werden, sodass Einschaltspitzen vermieden werden können.
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Die Beaufschlagung der unterschiedlichen Phasenverschiebungen auf ein PWM-Signal kann zufällig sein, insbesondere pseudostochastisch oder pseudostatistisch.
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Bei einem Matrixscheinwerfer können die Leuchtmodule unterschiedlich angesteuert werden, insbesondere können einzelne Module dunkel geschaltet werden. Dadurch kann der Ausleuchtungsbereich des Scheinwerfers, also der Lichtkegel, verändert werden.
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Die oben genannte Schwebung oder Verzerrung einer Kameraaufnahme, die insbesondere dadurch auftritt, dass der Bildsensor zeilen- oder spaltenweise ausgelesen wird (sog. Rolling-Shutter-Modus), kann eine auf der Kameraaufnahme basierende Erkennung der Hell-Dunkel-Grenze des Scheinwerferlichtkegels nachteilig beeinflussen.
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Unter der Hell-Dunkel-Grenze ist vorliegend der Übergang von einem durch den Scheinwerfer ausgeleuchteten Bereich zu einem durch den Scheinwerfer nicht ausgeleuchteten Bereich, oder umgekehrt, zu verstehen.
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Durch die Beaufschlagung der PWM-Signale mit über der Zeit unterschiedlichen Phasenverschiebungen ist die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Kamera bei einer Einzelbildaufnahme einer Videosequenz zumindest teilweise Licht eines mittels eines PWM-Signals gesteuerten Leuchtmoduls erfasst. Dadurch kann eine Schwebung/Bildverzerrung reduziert werden.
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Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verteilung von unterschiedlichen Phasenverschiebungen auf jedes der wenigstens zwei PWM-Signale als Gleichverteilung ausgebildet.
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Dadurch können Schwebungen in einer Kameraaufnahme weiter reduziert werden.
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Unter Gleichverteilung ist vorliegend zu verstehen, dass die Verteilung der unterschiedlichen Phasenverschiebungen auf die PWM-Signale mit der gleichen Wahrscheinlichkeit erfolgt. Es soll also eine Häufung/Bevorzugung der Beaufschlagung eines bestimmten PWM-Signals mit einer bestimmten Phasenverschiebung vermieden werden.
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Die Anzahl der möglichen Phasenverschiebungen kann vorzugsweise gleich der Anzahl der Leuchtmodule sein. Sie kann jedoch auch größer oder kleiner sein.
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In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat jedes der wenigstens zwei PWM-Signale innerhalb einer zeitlichen PWM-Periode eine Einschaltdauer, wobei die Einschaltdauer von wenigstens einem der PWM-Signale auf wenigstens zwei Unter-Einschaltdauern aufgeteilt wird, die innerhalb der PWM-Periode zeitlich versetzt sind und zusammengenommen der Einschaltdauer entsprechen.
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Hierdurch können die Schwebungen in einer Kameraaufnahme weiter reduziert werden, da die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, während einer Einzelbildaufnahme einer Videoaufnahme wenigstens einen Teil der Einschaltdauer bzw. Unter-Einschaltdauer aufzunehmen.
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Eine zeitliche PWM-Periode ist vorliegend definiert als T = 1/f, wobei f die Basisfrequenz der PWM-Signale ist.
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Die Unter-Einschaltdauern entsprechen in der zeitlichen Summe zusammengenommen vorzugsweise der Einschaltdauer, so dass das Tastverhältnis TV für die PWM-Periode vorzugsweise gleich ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Ansteuerung von Leuchtmodulen, vorzugsweise LEDs, bei einem Matrix-Scheinwerfer, der eine Straßenausleuchtung durch mehrere dimmbare Segmente ermöglicht. Hierbei werden die Leuchtmodule vorzugsweise durch eine feste Phasenverschiebung zeitlich verzögert ein- und ausgeschaltet, so dass ein durchschnittlicher Strom möglichst kleine Stromspitzen aufweist. Der Stromverlauf wird also geglättet.
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Durch eine mit der Zeit festen Phasenverschiebung kann im Stand der Technik bei einer Aufnahme mit einer (Fahrassistenz-)Kamera im Rolling-Shutter-Modus eine Schwebung im Ausleuchtungsbereich der gedimmten Leuchtmodule (LEDs) durch die Aufnahme „wandern“. Durch das „Flackern“ der gedimmten Leuchtmodule ist die Erkennung der Hell-Dunkel-Grenze eines Scheinwerferlichtkegels erschwert.
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Die vorgeschlagene Steuerung der Leuchtmodule mit wenigstens zwei PWM-Signalen, die mit der Zeit mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen beaufschlagt werden, und vorzugsweise durch die Aufteilung der Einschaltdauer auf wenigstens zwei Unter-Einschaltdauern, können die Schwebungen in einer Kameraaufnahme reduziert werden.
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Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann eine Schwebung vorzugsweise einfach reduziert werden, ohne eine gesonderte Stromeinstellung vornehmen zu müssen, da der Strom nur zwei Zustände, nämlich „an“ und „aus“, annehmen muss.
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Die pseudostochastische oder pseudostatistische, also quasi zufällige, zeitliche Verteilung und die Trennung der Einschaltdauer in wenigstens zwei Unter-Einschaltdauern erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Kamera im Durchschnitt eine bestimmte Zeit lang den „An-Zustand“ aufnimmt. Dadurch ist ein Flackern des Ausleuchtungsbereichs eines Leuchtmoduls in der Kameraaufnahme reduziert.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Matrixscheinwerfer, der durch das erfindungsgemäße Verfahren angesteuert wird, und zwar in stark vereinfachter, schematischer Darstellung; und
- 2 einen zeitlichen Verlauf eines PWM-Signals gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in stark vereinfachter, schematischer Darstellung.
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In 1 ist die Front eines Kraftfahrzeugs 10, vorzugsweise eines Personenkraftwagens, in Draufsicht schematisch gezeigt. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen linken Scheinwerfer 12 und einen rechten Scheinwerfer 14 auf. In Vorwärtsfahrtrichtung vor dem rechten Scheinwerfer 14 ist schematisch ein Scheinwerferlichtkegel 16 gestrichelt dargestellt. Der Scheinwerferlichtkegel 16 entspricht dem Ausleuchtungsbereich des Scheinwerfers in Fahrtrichtung vor dem Kraftfahrzeug. Der den äußeren Bereich des Lichtkegels 16 umrandende Bereich wird im Allgemeinen als Hell-Dunkel-Grenze 18 bezeichnet.
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Die Hell-Dunkel-Grenze 18 kann dabei je nach Scheinwerfer 12, 14 ein harter Übergang von Hell nach Dunkel sein. Es kann jedoch auch ein stetiger Übergang von Hell nach Dunkel im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze 18 stattfinden.
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An dem linken Scheinwerfer 12 sind schematisch vier Leuchtmodule 20 dargestellt, die mit M1, M2, M3 und M4 bezeichnet sind. Die Anzahl der Leuchtmodule 20 ist aus Gründen der Übersicht gewählt, generell ist es auch denkbar, einen Scheinwerfer 12, 14 mit mehr oder weniger Leuchtmodulen 20 aufzubauen.
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In Fahrtrichtung vor dem linken Scheinwerfer 12 sind zeitliche Verläufe von PWM-Signalen 22 dargestellt. Es sind vier Perioden T1 bis T4 von vier PWM-Signalen 22 gezeigt. Die PWM-Signale 22 weisen jeweils eine Einschaltdauer 24 pro Periode T auf, wobei eine Einschaltdauer 24 jeweils innerhalb einer Periode T phasenverschoben sein kann.
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Im vorliegenden Beispiel werden die Leuchtmodule M1 bis M4 mit jeweils einem PWM-Signal 22(M1) bis 22(M4) beaufschlagt.
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In der 1 sind die Einschaltdauern 24 jeweils mit Phasenverschiebungen V0 bis V3 beaufschlagt. Die Phasenverschiebung V0 beträgt hierbei im Wesentlichen 0°, die Phasenverschiebung V1 ist von der Phasenverschiebung V0 verschieden und beträgt beispielhaft im Wesentlichen 45°, die Phasenverschiebung V2 ist von den Phasenverschiebungen V0 und V1 verschieden und beträgt beispielhaft im Wesentlichen 90° und die Phasenverschiebung V3 ist von den Phasenverschiebungen V0, V1 und V2 verschieden und beträgt beispielhaft im Wesentlichen 135°. Die Anzahl der unterschiedlichen Phasenverschiebungen V0 bis V3 kann gleich der Anzahl der Leuchtmodule M1 bis M4 sein, kann jedoch auch deutlich höher sein.
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Am Beispiel von T1 ist zu erkennen, dass die Leuchtmodule 22 jeweils phasenverschoben angesteuert werden, um Einschaltstromspitzen zu reduzieren. Während im Stand der Technik diese Phasenverschiebungen für jedes der PWM-Signale gleich bleiben, wird vorliegend vorgeschlagen, dass jedes der PWM-Signale mit der Zeit (also von einer Periode T zu einer folgenden Periode) mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen beaufschlagt wird.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel wird das Leuchtmodul M1 mit Einschaltdauern 24 beaufschlagt, die in der zeitlichen Folge innerhalb der Perioden T1 bis T4 wie folgt phasenverschoben sind: V0-V1-V2-V3. Die Einschaltdauern 24 des Leuchtmoduls M2 sind in diesem Beispiel innerhalb der Perioden T1 bis T4 wie folgt phasenverschoben: V1-V3-VO-V2. Die Einschaltdauern 24, mit denen das Leuchtmodul M3 beaufschlagt wird, weisen innerhalb der Perioden T1 bis T4 die folgenden Phasenverschiebungen auf: V2-VO-V3-V1. Die Einschaltdauern 24 mit denen das Leuchtmodul M4 beaufschlagt wird sind innerhalb der Perioden T1 bis T4 wie folgt phasenverschoben: V3-V2-V1-V0.
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Aus Gründen der Übersicht ist in 1 lediglich die Einschaltdauer der Periode T4 des PWM-Signals 22(M1), mit den das Leuchtmodul M1 beaufschlagt wird, mit dem Bezugszeichen 24 versehen.
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Die oben genannten Werte für die Phasenverschiebung sind lediglich zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens so gewählt. Die Erfindung ist weder auf den Wert der Phasenverschiebungen noch auf die Abfolge in den einzelnen PWM-Signalen 22 beschränkt.
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In 2 sind in vergrößerter Ansicht die Einschaltdauern 24 der Periode T2 der vier PWM-Signale 22 in der Periode T2 aus 1 und in einer weiteren Periode T3I gezeigt. In der Periode T3I ist schematisch und beispielhaft gezeigt, wie eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens umgesetzt sein kann.
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In der Darstellung in 2 sind in der Periode T3I die Einschaltdauern 24 gemäß der Periode T3 in 1 gestrichelt dargestellt.
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In einem PWM-Signal 22(M1I) ist in der Periode T3I die Einschaltdauer 24 in zwei Unter-Einschaltdauern 26 aufgeteilt, die mit EM1I und EM2I bezeichnet sind. Die beiden Unter-Einschaltdauern EMII und EM2I weisen zusammengenommen die gleiche zeitliche Länge auf wie die Einschaltdauer EM1. Das Tastverhältnis TV bleibt also unverändert. Die Phasenverschiebung der Unter-Einschaltdauer EMII entspricht in diesem Beispiel der Phasenverschiebung V2 wie in der Periode T3 des PWM-Signals 22(M1) der 1. Die Unter-Einschaltdauer EM2I ist gegenüber der Unter-Einschaltdauer EM1I phasenverschoben. Das mit dem PWM-Signal 22(M1I) beaufschlagte Leuchtmodul leuchtet folglich in der Periode T3I in diesem Beispiel zweimal und zeitlich gleich lang.
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In der Periode T3I des PWM-Signals 22(M2I), das in diesem Beispiel das Leuchtmodul M2 beaufschlagt, ist die Einschaltdauer 24 auf die Unter-Einschaltdauern EM2I, EM2II, EM2III aufgeteilt, wobei die Unter-Einschaltdauern EM2I und EM2II die gleiche zeitliche Länge aufweisen und die Unter-Einschaltdauer EM2III eine von den Unter-Einschaltdauern EM2II und EM2I verschiedene zeitliche Länge aufweist. Die Unter-Einschaltdauer EM2I ist dabei um einen anderen Wert phasenverschoben als die Einschaltdauer 24 der Periode T3 des PWM-Signals 22(M2) der 1. Das Leuchtmodul M2 leuchtet demnach dreimal auf, wobei das dritte Aufleuchten zeitlich länger dauert als das erste Aufleuchten und das zweite Aufleuchten, und wobei das erste Aufleuchten und das zweite Aufleuchten zeitlich gleich lang dauern.
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In der Periode T3I des PWM-Signals 22(M3I), das in diesem Beispiel das Leuchtmodul M3 beaufschlagt, ist die Einschaltdauer auf zwei Unter-Einschaltdauern EM3I und EM3II aufgeteilt, wobei die Unter-Einschaltdauern EM3I und EM3II eine verschiedene zeitliche Länge aufweisen. Die Unter-Einschaltdauer EM3I ist dabei um einen anderen Wert phasenverschoben als die Einschaltdauer 24 des PWM-Signals 22(M2) in der Periode T3 in 1. Das Leuchtmodul M3 leuchtet also zweimal auf, wobei das erste Aufleuchten zeitlich länger dauert als das zweite Aufleuchten und innerhalb der Periode T3I zeitlich später stattfindet als das Aufleuchten in der Periode T3 gemäß dem PWM-Signal 22(M3) in 1.
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In der Periode T3I des PWM-Signals 22(M4I), das in diesem Beispiel das Leuchtmodul M4 beaufschlagt, ist die Einschaltdauer 24 auf vier Unter-Einschaltdauern EM4I, EM4II, EM4III und EM4IV aufgeteilt, wobei die Unter-Einschaltdauern EM4I und EM4II die gleiche zeitliche Dauer aufweisen und die Unter-Einschaltdauern EM4III, EM4IV eine gleiche und von EM4I und EM4II verschiedene, insbesondere kürzere, Einschaltdauer aufweisen. Die Unter-Einschaltdauer EM4I ist dabei um V1 phasenverschoben. In diesem Beispiel leuchtet das Leuchtmodul M4 in der Periode T3I insgesamt viermal auf, wobei das erste Aufleuchten und das zweite Aufleuchten zeitlich gleich lang sind und zeitlich länger als das dritte Aufleuchten und das vierte Aufleuchten, wobei das dritte Aufleuchten und das vierte Aufleuchten zeitlich gleich lang sind.
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Die hier gewählten Aufteilungen der Einschaltdauern 24 auf Unter-Einschaltdauern 26 sind nur exemplarisch. Die Einschaltdauern 24 können beliebig auf Unter-Einschaltdauern 26 innerhalb einer Periode T aufgeteilt werden, wobei vorzugsweise die Summe der zeitlichen Längen der Unter-Einschaltdauern der Länge der Einschaltdauer 24 entspricht. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass ein Leuchtmodul 20 innerhalb einer Periode T im Wesentlichen die gleiche Lichtmenge abstrahlt. Dadurch kann das Leuchtmodul 20 gleich hell erscheinen, unabhängig davon wie die Phasenverschiebung gewählt ist und unabhängig davon wie die Einschaltdauer 24 auf Unter-Einschaltdauern 26 verteilt ist.
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Die Phasenverschiebung einer Einschaltdauer 24 innerhalb einer PWM-Periode T kann also beliebig und im Wesentlichen zufällig gewählt werden. Auch die Aufteilung einer Einschaltdauer 24 innerhalb einer Periode T auf Unter-Einschaltdauern 26 kann beliebig, also zufällig, gewählt werden. Die Anzahl der Unter-Einschaltdauern 26, die Phasenverschiebung einer jeweiligen Unter-Einschaltdauer 26 sowie die zeitliche Länge der Unter-Einschaltdauern 26 können innerhalb einer PWM-Periode T beliebig, also zufällig, gewählt werden, wobei die zeitliche Länge der Unter-Einschaltdauern 26 bevorzugt so gewählt ist, dass sie der Einschaltdauer 24 entspricht. Das Tastverhältnis TV bleibt folglich bevorzugt gleich.
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Die Einschaltdauern 24 eines PWM-Signals 22, mit dem ein Leuchtmodul 20 eines Matrixscheinwerfers 12, 14 beaufschlagt wird, können mit zufälligen, also insbesondere pseudostochastischen oder pseudostatistischen, Phasenverschiebungen beaufschlagt werden.
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Zudem wird eine Aufteilung einer Einschaltdauer 24 auf beliebig viele Unter-Einschaltdauern 26 vorgeschlagen, wobei die Unter-Einschaltdauern 26 beliebig phasenverschoben sein können, wobei die Unter-Einschaltdauern 26 eine beliebige zeitliche Länge aufweisen können, und wobei die Summe der zeitlichen Längen der Unter-Einschaltdauern 26 der Einschaltdauer 24 entspricht.
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Die Verteilung der unterschiedlichen Phasenverschiebungen der PWM-Signale 22 und/oder der Anzahl der Unter-Einschaltdauern 26 und/oder der unterschiedlichen Phasenverschiebungen der Unter-Einschaltdauern 26 ist vorzugsweise eine Gleichverteilung.
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Insgesamt kann in einer Kameraaufnahme ein Flackern des durch ein Leuchtmodul 20 ausgeleuchteten Bereichs reduziert und vorzugsweise unterdrückt werden, so dass eine bessere Unterscheidung des Hell-Dunkel-Bereichs in der Kameraaufnahme, vorzugsweise elektronisch bzw. automatisiert, erfolgen kann.