DE102017216945A1

DE102017216945A1 - Verfahren und System zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels eines Fahrzeugscheinwerfers

Info

Publication number: DE102017216945A1
Application number: DE102017216945.1A
Authority: DE
Inventors: Tomislav Pozaic; Alexander Buhmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-25
Filing date: 2017-09-25
Publication date: 2019-03-28
Also published as: US20190092223A1; US11084417B2; CN109552160B; CN109552160A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels eines Fahrzeugscheinwerfers (2), mit den Schritten: kontinuierliches Messen (S1) einer Drehrate des Fahrzeugscheinwerfers (2); Berechnen (S21) einer Veränderung eines Gravitationsbeschleunigungsvektors des Fahrzeugscheinwerfers (2) im Koordinatensystem des Fahrzeugscheinwerfers unter Verwendung der gemessenen Drehrate; Berechnen (S3) einer Neigungswinkelkorrektur unter Verwendung der Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors; und Einstellen (S4) des Neigungswinkels des Fahrzeugscheinwerfers (2) unter Verwendung der Neigungswinkelkorrektur.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels eines Fahrzeugscheinwerfers und ein System zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels.
Stand der Technik
Fahrzeugscheinwerfer strahlen Licht unter einem gewissen Neigungswinkel aus, welcher mit Bezug auf einen ebenen Untergrund gemessen wird. Der genaue Neigungswinkel ist oftmals gesetzlich vorgeschrieben, kann jedoch vom Typ des Fahrzeugscheinwerfers abhängen. Bei den meisten Scheinwerfern beträgt der Neigungswinkel 1,2 %. Das ausgesendete Licht senkt sich somit in einer Entfernung von 10 m um 12 cm ab. Ebenfalls verbreitet sind Neigungswinkel von 1,0 %, während Nebelscheinwerfer größere Neigungswinkel von 2 % aufweisen.
Der tatsächliche Neigungswinkel der Fahrzeugscheinwerfer darf während der Fahrt nicht zu stark von den vorgegebenen Werten abweichen. Zu niedrig eingestellte Fahrzeugscheinwerfer reduzieren die Sichtweite des Fahrers, während zu hoch eingestellte Scheinwerfer weitere Verkehrsteilnehmer blenden können.
Aus diesem Grund ist es notwendig, die Neigungswinkel der Fahrzeugscheinwerfer regelmäßig zu überprüfen und neu einzustellen. Dazu werden die Scheinwerfer üblicherweise in der Werkstätte mittels spezieller Scheinwerfereinstellgeräte vermessen. Die Messung muss unter vorgegebenen Bedingungen durchgeführt werden. So wird das Fahrzeug auf einem ebenen Untergrund platziert, die Reifen müssen den vorgeschriebenen Luftdruck aufweisen und der Fahrersitz wird mit einer Person oder einem entsprechenden Gewicht belastet.
Die Kalibrierung ist entsprechend relativ aufwendig und kann nur von Fachpersonen durchgeführt werden. Häufig ändert sich jedoch die Ausrichtung der Scheinwerfer während des Fahrbetriebs selbst. So haben die Tankfüllung, der Reifendruck, die Beladung des Fahrzeugs, die Beschleunigung des Fahrzeugs und die Neigung der Fahrbahn einen Einfluss auf die relative Orientierung zwischen einer vorgegebenen Achse durch das Fahrzeug und dem Untergrund. Entsprechend kann der Neigungswinkel während des Betriebes von den vorgegebenen Werten abweichen.
Aus der Druckschrift US 2015/0367771 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Anpassung des Neigungswinkels eines Fahrzeugscheinwerfers bekannt, wobei Beschleunigungen des Fahrzeugs gemessen werden und zur Anpassung des Neigungswinkels herangezogen werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels eines Fahrzeugscheinwerfers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein System zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 bereit.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels eines Fahrzeugscheinwerfers, wobei kontinuierlich eine Drehrate des Fahrzeugscheinwerfers gemessen wird. Die Veränderung eines Gravitationsbeschleunigungsvektors des Fahrzeugscheinwerfers wird im Koordinatensystem des Fahrzeugscheinwerfers berechnet, wobei die gemessene Drehrate herangezogen wird. Weiter wird eine Neigungswinkelkorrektur unter Verwendung der Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors berechnet. Der Neigungswinkel des Fahrzeugscheinwerfers wird unter Verwendung der Neigungswinkelkorrektur eingestellt.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein System zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels, mit einem Fahrzeugscheinwerfer eines Fahrzeugs mit einstellbaren Neigungswinkel und einer Sensoreinrichtung, welche eine Drehrate des Fahrzeugscheinwerfers misst. Eine Recheneinrichtung berechnet unter Verwendung der gemessenen Drehrate eine Veränderung eines Gravitationsbeschleunigungsvektors des Fahrzeugscheinwerfers im Koordinatensystem des Fahrzeugscheinwerfers. Unter Verwendung der Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors berechnet die Recheneinrichtung weiter eine Neigungswinkelkorrektur. Eine Steuereinrichtung stellt den Neigungswinkel des Fahrzeugscheinwerfers unter Verwendung der Neigungswinkelkorrektur ein.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt eine kostengünstige Lösung zur Anpassung der Scheinwerferorientierung bereit. Da der Neigungswinkel des Fahrzeugscheinwerfers automatisch angepasst wird, entfällt eine zeitintensive manuelle Einstellung in der Werkstätte. Weiter können durch das automatische Einstellen des Neigungswinkels auch dynamische Einflüsse berücksichtigt werden. Falls sich aufgrund variierenden Reifendrucks, einer hohen oder ungleichmäßigen Beladung, einer Fahrt über ein Hindernis oder einer Bergfahrt die Neigung des Scheinwerfers verändert, so wird durch die erfindungsgemäße Anpassung der Neigungswinkel wieder auf einen vorgegebenen Wert eingestellt. Eine stets korrekte Ausleuchtung der Straße wird dadurch sichergestellt, sodass weder die Sichtweite verringert wird, noch der Gegenverkehr geblendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird eine Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers gemessen. Anhand der gemessenen Gesamtbeschleunigung wird ein Fehler der gemessenen Drehrate berechnet und die Drehrate wird entsprechend korrigiert. Die Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors wird unter Berücksichtigung der korrigierten Drehrate berechnet. Der Fehler der Drehrate kann beispielweise durch Berechnen des Kreuzprodukts der Gesamtbeschleunigung und des Gravitationsbeschleunigungsvektors ermittelt werden. Dadurch ist eine noch genauere Anpassung des Neigungswinkels möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird die Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers gemessen und unter Verwendung der gemessenen Gesamtbeschleunigung und des gemessenen Gravitationsbeschleunigungsvektors wird eine lineare Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers berechnet. Anhand der berechneten linearen Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers wird eine horizontale Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers berechnet. Die Neigungswinkelkorrektur wird unter Verwendung der berechneten horizontalen Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers berechnet. So kann die lineare Beschleunigung durch Subtrahieren des Gravitationsbeschleunigungsvektors von der Gesamtbeschleunigung ermittelt werden. Die horizontale Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers kann anschließend durch Integration der linearen Beschleunigung berechnet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird die Neigungswinkelkorrektur anhand eines Vergleichs der berechneten horizontalen Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers mit einer anhand von GPS-Daten ermittelten Geschwindigkeit berechnet. Die anhand von GPS-Daten ermittelte Geschwindigkeit ist im Wesentlichen parallel zur Straße ausgerichtet. Das Verhältnis von horizontaler Geschwindigkeit zur anhand von GPS-Daten ermittelten Geschwindigkeit entspricht dem Kosinus der Neigungswinkelkorrektur.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden zur Berechnung der linearen Beschleunigung mittels eines Tiefpassfilters Rauschanteile eliminiert. So kann zur Berechnung der linearen Beschleunigung der Gravitationsbeschleunigungsvektor von der gemessenen Beschleunigung subtrahiert werden und das Ergebnis kann anschließend mittels eines Tiefpassfilters zeitlich gemittelt werden, um Rauschbeiträge, insbesondere von weißem Rauschen, zu eliminieren. Dadurch wird die Genauigkeit der Anpassung des Neigungswinkels weiter verbessert.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die Drehrate und/oder die Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers mittels einer Sensoreinrichtung gemessen, welche eine feste Orientierung relativ zum Fahrzeugscheinwerfer aufweist. Besonders bevorzugt ist die Sensoreinrichtung mit dem Fahrzeugscheinwerfer fest verbunden. Die Sensoreinrichtung kann insbesondere in oder an einem Gehäuse des Fahrzeugscheinwerfers angeordnet sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird ein anfänglicher Beschleunigungsvektor während einer Kalibrierung des Fahrzeugscheinwerfers unter vorgegebenen Normalbedingungen gemessen. Die Berechnung der Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors erfolgt relativ zu dem anfänglichen Gravitationsbeschleunigungsvektor. Unter den vorgegebenen Normalbedingungen kann verstanden werden, dass das Fahrzeug auf einem ebenen und horizontalen, d. h. nicht abschüssigen Untergrund abgestellt wird. Der Luftdruck der Reifen wird auf vorgegebene Standardwerte eingestellt und der Fahrersitz wird mit einer Person oder einem entsprechenden Gewicht beladen. Der Gravitationsbeschleunigungsvektor zeigt senkrecht zum Untergrund. Die Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors wird durch kontinuierliches Messen ausgehend von dem anfänglichen Gravitationsbeschleunigungsvektor nachverfolgt. Ändert sich etwa die Beladung des Fahrzeugs, bewegt sich das Fahrzeug jedoch weiterhin auf einem horizontalen Untergrund, dann entspricht der Kosinus der Neigungswinkelkorrektur dem Verhältnis des senkrechten Anteils des aktuell gemessenen Gravitationsbeschleunigungsvektors und dem Betrag des anfänglichen Gravitationsbeschleunigungsvektors.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Systems ist die Sensoreinrichtung dazu ausgebildet, eine Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers zu messen. Die Recheneinrichtung berechnet unter Verwendung der gemessenen Gesamtbeschleunigung und des Gravitationsbeschleunigungsvektors eine lineare Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers. Die Recheneinrichtung berechnet weiter anhand der berechneten linearen Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers eine horizontale Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers und berechnet die Neigungswinkelkorrektur unter Verwendung der berechneten horizontalen Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das System eine GPS-Einrichtung zum Erfassen von GPS-Daten auf, wobei die Recheneinrichtung dazu ausgelegt ist, die Neigungswinkelkorrektur anhand eines Vergleichs der berechneten horizontalen Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers mit einer anhand von GPS-Daten ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein schematisches Szenario eines Fahrzeugs unter Normalbedingungen;
3 ein schematisches Szenario eines Fahrzeugs unter von den Normalbedingungen abweichenden Bedingungen;
4 eine Erläuterung der Berechnung der Neigungswinkelkorrektur anhand des Gravitationsbeschleunigungsvektors;
5 eine Erläuterung der Berechnung der Neigungswinkelkorrektur anhand der horizontalen Geschwindigkeit; und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels eines Fahrzeugscheinwerfers.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist ein Blockschaltbild eines Systems 1 zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels illustriert.
Das System 1 weist einen in einem Fahrzeug installierten Fahrzeugscheinwerfer 2 auf, welcher einen einstellbaren Neigungswinkel aufweist.
In oder an einem Gehäuse des Fahrzeugscheinwerfers 2 bzw. in einer Nähe des Fahrzeugscheinwerfers 2 ist eine Sensoreinrichtung 3 angeordnet, welche sich gemeinsam mit dem Fahrzeugscheinwerfer 2 bewegt, d. h. relativ zu dem Fahrzeugscheinwerfer 2 räumlich fixiert ist.
Die Sensoreinrichtung 3 ist eine initiale Messeinheit, IMU, mit einem Drehratensensor 31 und einem Beschleunigungssensor 32. Der Drehratensensor 31 misst kontinuierlich die Drehratenkomponenten eines Drehratenvektors. Diese können als ein vierdimensionaler quaternionischer Vektor dargestellt werden, d. h. in folgender Form: $ω_{m} = [\begin{matrix} 0 & ω_{X} & ω_{Y} & ω_{Z} \end{matrix}]$
Der Beschleunigungssensor 32 misst die Gesamtbeschleunigung a des Fahrzeugscheinwerfers 2, welche wiederum als vierdimensionaler quaternionischer Vektor dargestellt werden kann.
Die Abtastraten des Drehratensensors 31 und des Beschleunigungssensors 32 sind vorzugsweise gleich. Alternative können die Signale mit kleinerer Abtastrate linear interpoliert werden (Upsampling) oder die Signale mit der höheren Abtastrate können durch Downsampling auf die niedrigere Abtastrate transformiert werden. Die Sensoreinrichtung 3 kann über einen CAN-Bus oder ein anderes Protokoll mit weiteren Einrichtungen, etwa eine (nicht gezeigte) GPS-Einrichtung kommunizieren.
Das System 1 weist weiter eine Recheneinrichtung 4 auf, welche die Sensordaten der Sensoreinrichtung 3 auswertet. Die Recheneinrichtung 4 bestimmt hierzu die Änderung der Orientierung des Fahrzeugscheinwerfers 2.
Die Recheneinrichtung 4 stellt die Änderung der Orientierung des Fahrzeugscheinwerfers 2 durch einen quaternionischen Vektor q mit entsprechenden Komponenten q_i dar, d. h. in folgender Form: $q = [\begin{matrix} q_{1} & q_{2} & q_{3} & q_{4} \end{matrix}]$
Weiter wird ein anfänglicher Gravitationsbeschleunigungsvektor bzw. G-Vektor g_NORM vorgegeben, dessen Komponenten durch die entsprechenden Komponenten der Gravitationsbeschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers 2 unter vorgegebenen Normalbedingungen gegeben sind. Zur Bereitstellung der Normalbedingungen wird das Fahrzeug auf einem ebenen und horizontalen Untergrund abgestellt, der Luftdruck der Reifen wird auf vorgegebene Standardwerte eingestellt und der Fahrersitz wird mit einer Person oder einem entsprechenden Gewicht beladen, beispielweise von 75 kg. Der anfängliche Gravitationsbeschleunigungsvektor g_NORM kann als quaternionischer Vektor mit Realteil 0 dargestellt werden.
Sämtliche Komponenten der Vektoren werden vorzugsweise in einem Koordinatensystem des Fahrzeugscheinwerfers 2, d. h. in einem mit dem Fahrzeugscheinwerfer 2 mitrotierenden Koordinatensystem angegeben.
Anhand der von der Sensoreinrichtung 3 gemessenen Drehrate berechnet die Recheneinrichtung 4 die zeitliche Veränderung des quaternionischen Vektors q. Die zeitliche Ableitung des quaternionischen Vektors q_n zu einem Schritt n ist gegeben durch das quaternionische Produkt ⊗ des quaternionischen Vektors q_n-1 zum vorherigen Schritt n-1 mit den aktuellen gemessenen Drehraten: ${\dot{q}}_{n} = \frac{1}{2} {\hat{q}}_{n - 1} \otimes ω_{m, n} .$
Durch Integration dieser Gleichungen berechnet die Recheneinrichtung 4 den Wert des quaternionischen Vektors q_n: ${\hat{q}}_{n} = {\hat{q}}_{n - 1} + {\dot{q}}_{n} Δ t .$
Hierbei ist der quaternionische Vektor q_n auf 1 normiert: $‖ {\hat{q}}_{n} ‖ = 1.$
Einen möglichen Fehler kann die Recheneinrichtung 4 mittels einer Pseudomessgleichung für die Berechnung des quaternionischen Vektors berücksichtigen.
Mittels der Lösung für den quaternionischen Vektor q_n berechnet die Recheneinrichtung 4 den Gravitationsbeschleunigungsvektor g_n zum Schritt n basierend auf dem Gravitationsbeschleunigungsvektor g_n-1 zum Schritt n-1 gemäß folgender Formel: ${\hat{g}}_{n} = {\hat{q}}_{n} \otimes {\hat{g}}_{n - 1} \otimes \hat{q} *_{n} .$
Als Anfangswerte für die Rekursionsgleichungen wird für den quaternionischen Vektor q_0 ein reellwertiges Einheitsquaternion (1,0,0,0) gewählt und für den Gravitationsbeschleunigungsvektor der anfängliche Gravitationsbeschleunigungsvektor g NORM.
Optional kann die Recheneinrichtung 4 durch Berechnen des Kreuzprodukts der von dem Beschleunigungssensor 33 zum Schritt n gemessenen Gesamtbeschleunigung a_n und des Gravitationsbeschleunigungsvektors g_n einen Fehlervektor e_n berechnen: $e_{n} = a_{n} \times {\hat{g}}_{n} .$
Dieser Fehlervektor e_n kann von der Recheneinrichtung 4 zur Korrektur der Messungen des Drehratensensors 31 herangezogen werden.
Anstelle des soeben beschriebenen Gradientenverfahrens kann alternativ zur Berechnung des quaternionischen Vektors q_n ein Kalman-Filter oder ein vergleichbarer Algorithmus eingesetzt werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann das System 1 einen Magnetfeldsensor aufweisen, welcher ein magnetisches Feld in der Nähe der Sensoreinrichtung 3 misst. Anhand des gemessenen magnetischen Feldes können magnetische Störeinflüsse auf den Gravitationsbeschleunigungsvektor g_n kompensiert werden.
Der Gravitationsbeschleunigungsvektor weist eine horizontale, eine vertikale und eine laterale Komponente auf, welche im Koordinatensystem des Fahrzeugscheinwerfers 2 bestimmt werden. Die senkrechte Komponente steht bei korrekter Ausrichtung des Fahrzeugscheinwerfers 2 senkrecht zum Untergrund. Bei einem ebenen Untergrund ohne Neigung verschwinden die vertikalen und horizontalen Komponenten des Gravitationsbeschleunigungsvektors. Bei einer nicht korrekten Ausrichtung ändert sich die Orientierung des Fahrzeugscheinwerfers 2 zum Untergrund und die senkrechte Komponente wird im Allgemeinen nicht mehr senkrecht zum Untergrund stehen. Im Folgenden wird diese Komponente jedoch weiterhin als „senkrechte Komponente“ bezeichnet. Analoges gilt für die laterale und horizontale Komponente.
Die Recheneinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, eine erste Neigungswinkelkorrektur durch Berechnen des Arkuskosinus des Quotienten aus einer senkrechten Komponente des Gravitationsbeschleunigungsvektors g_S,n und des anfänglichen Gravitationsbeschleunigungsvektors g_NORM zu berechnen: $ψ_{k o r, n} = {cos}^{- 1} \frac{{\hat{g}}_{S, n}}{g_{NORM, n}} .$
Das System 1 umfasst weiter eine Steuervorrichtung 5, welche den Neigungswinkel des Fahrzeugscheinwerfers 2 unter Verwendung der berechneten ersten Neigungswinkelkorrektur einstellt. So wird die Ausrichtung des Fahrzeugscheinwerfers 2 um die erste Neigungswinkelkorrektur verändert, sodass der Neigungswinkel wiederum dem vorgegebenen Neigungswinkel entspricht. Die Steuervorrichtung 5 kann den Fahrzeugscheinwerfer 2 in vertikaler und/oder horizontaler Richtung auslenken.
Die beschriebene Berechnung der ersten Neigungswinkelkorrektur liefert exakte Ergebnisse für eine ebene Straße. Bei geneigten Flächen muss der Neigungswinkel mit einberechnet werden, da in diesem Fall der G-Vektor nicht mehr senkrecht zum Untergrund steht.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Anpassung des Neigungswinkels des Fahrzeugscheinwerfers anhand der ersten Neigungswinkelkorrektur nur dann ausgeführt werden, falls sich das Fahrzeug auf einem ebenen Untergrund befindet, das heißt keine geneigte Ebene hinauf oder hinab fährt. Dies kann beispielsweise anhand von GPS-Daten bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Neigung der Straße bestimmt werden, etwa anhand von GPS-Daten. Diese Neigung der Straße wird zur Bestimmung der ersten Neigungswinkelkorrektur mit einberechnet, indem der Winkel zwischen dem G-Vektor und der Normalrichtung zur Straße bestimmt wird.
Optional kann die Recheneinrichtung 4 weiter dazu ausgebildet sein, eine lineare Beschleunigung a_1 zu berechnen. Die gemessenen Gesamtbeschleunigung a_m entspricht der Summe aus der linearen Beschleunigung a_1, dem Gravitationsbeschleunigungsvektor g und einem Rauschanteil n a, welche sämtlich als quaternionische Vektoren dargestellt werden können: $a_{m} = a_{l} + g + n_{a} .$
Der Rauschanteil n_a kann beispielsweise mittels eines Tiefpassfilters eliminiert werden. Die Recheneinrichtung 4 berechnet die lineare Beschleunigung a_1 durch Subtrahieren des Gravitationsbeschleunigungsvektors g von der gemessenen Beschleunigung a_m.
Die Recheneinrichtung 4 ist weiter dazu ausgebildet, die berechnete lineare Beschleunigung a_1 über die Zeit zu integrieren, um einen Geschwindigkeitsvektor v zu berechnen. Die Recheneinrichtung 4 berechnet eine zweite Neigungswinkelkorrektur als den Arkuskosinus des Quotienten aus der horizontalen Komponente v_H,n der linearen Geschwindigkeit und einer weiteren Geschwindigkeitskomponente v_NORM,n: $ψ_{k o r, n} = {cos}^{- 1} \frac{{\hat{v}}_{H, n}}{v_{NORM, n}} .$
Die weitere Geschwindigkeitskomponente v_NORM,n wird vorzugsweise aus GPS-Daten extrahiert, und entspricht der mittels GPS ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugs und verläuft im Wesentlichen parallel zur Straße.
Die zweite Neigungswinkelkorrektur liefert auch bei Bergfahrten korrekte Ergebnisse.
Die GPS-Daten können zur Plausibilisierung oder Verbesserung der ersten Neigungswinkelkorrektur herangezogen werden.
Die Steuereinrichtung 5 kann den Neigungswinkel des Fahrzeugscheinwerfers 2 anstelle unter Verwendung der ersten Neigungswinkelkorrektur auch unter Verwendung der berechneten zweiten Neigungswinkelkorrektur einstellen. Weiter ist es möglich, die erste Neigungswinkelkorrektur und die zweite Neigungswinkelkorrektur zu kombinieren und beispielsweise den Neigungswinkel des Fahrzeugscheinwerfers 2 anhand eines gemittelten Wertes anzupassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der durch zeitliche Integration der linearen Beschleunigung a_1 erhaltene Geschwindigkeitsvektor v über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg beobachtet werden. Der vorgegebene Zeitraum kann beispielsweise einige Minuten, einige Stunden oder einige Tage umfassen. Der Geschwindigkeitsvektor v wird über die Zeit gemittelt. Der gemittelte Wert sollte bei einer optimalen Einstellung die Form v = (v_H, 0, 0) aufweisen, das heißt lediglich eine horizontale Komponente aufweisen. Bei einer nicht korrekten Anpassung weist er jedoch auch eine laterale Komponente v_L und eine vertikale Komponente v_V auf, das heißt v = (v_H, v_L, v_V). Mit anderen Worten verläuft die „horizontale Komponente“ aufgrund der Drehung nicht horizontal. Durch Regeln des Neigungswinkels des Fahrzeugscheinwerfers wird dieser derart eingestellt, dass der Geschwindigkeitsvektor v lediglich eine horizontale Komponenten aufweist, das heißt v_L = 0 und v_V = 0. Dadurch ist eine kostengünstige Anpassung möglich, da auf die Auswertung zusätzlicher GPS-Daten verzichtet werden kann.
Die oben genannte Anpassung soll anhand der folgenden Figuren näher erläutert werden.
So ist in 2 ein Fahrzeug 6 mit einem Fahrzeugscheinwerfer 2 unter Normalbedingungen illustriert, d. h. eine Achse X durch das Fahrzeug verläuft parallel zur Oberfläche der Fahrbahn. Das von dem Fahrzeugscheinwerfer 2 ausgesendete Licht Y weist einen Neigungswinkel ψ auf, welcher beispielsweise 12 % entspricht.
In 2 ist dasselbe Fahrzeug 6 illustriert, wobei etwa aufgrund einer starken Beladung, eines ungleichmäßigen Reifendrucks oder einer Bergfahrt die Achse X' durch das Fahrzeug 6 relativ zur Achse X durch das Fahrzeug 6 unter Normalbedingungen verdreht ist. Entsprechend unterscheidet sich auch der Neigungswinkel ψ' des Fahrzeugscheinwerfers 2 von dem korrekten Neigungswinkel ψ unter Normalbedingungen. Entsprechend muss der Neigungswinkel ψ' um eine Neigungswinkelkorrektur ψ_kor verändert werden, sodass das ausgesendete Licht Y' unter demselben Winkel auf die Fahrbahnfläche abgestrahlt wie das unter Normalbedingungen ausgesendete Licht Y.
In 4 sind die senkrechte Komponente des berechneten Gravitationsbeschleunigungsvektors g_S sowie der anfängliche Gravitationsbeschleunigungsvektor g_NORM eingezeichnet. Wie sich der Zeichnungen entnehmen lässt, entspricht der Kosinus der Neigungswinkelkorrektur ψ_kor dem Quotienten der senkrechten Komponente des berechneten Gravitationsbeschleunigungsvektors g_S und des ursprünglichen Gravitationsbeschleunigungsvektors g_NORM, in Übereinstimmung mit der Berechnung der oben beschriebenen ersten Neigungswinkelkorrektur ψ_kor. Wie oben beschrieben, weicht die Richtung der „senkrechten Komponente“ aufgrund der nicht korrekten Orientierung des Fahrzeugscheinwerfers 2 von der Normalen zum Untergrund ab.
In 5 sind die horizontale Komponente v_H der linearen Beschleunigung sowie die zusätzliche Geschwindigkeit v_NORM eingezeichnet. Der Kosinus der Neigungswinkelkorrektur ψ_kor entspricht dem Quotienten von der horizontalen Komponente v_H der linearen Beschleunigung und der zusätzlichen Geschwindigkeit v_NORM, in Übereinstimmung mit der Berechnung der oben beschriebenen zweiten Neigungswinkelkorrektur ψ_kor.
In 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels eines Fahrzeugscheinwerfers 2 illustriert.
In Einem Verfahrensschritt S1 wird unter Normalbedingungen ein anfänglicher Gravitationsbeschleunigungsvektor g_NORM gemessen.
In einem Verfahrensschritt S21 wird kontinuierlich eine Drehrate des Fahrzeugscheinwerfers 2 gemessen. Parallel kann optional zusätzlich die Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers 2 gemessen werden, S22.
In einem Verfahrensschritt S3 wird eine Veränderung eines Gravitationsbeschleunigungsvektors des Fahrzeugscheinwerfers 2 im Koordinatensystem des Fahrzeugscheinwerfers unter Verwendung der gemessenen Drehrate berechnet.
In einem Verfahrensschritt S4 wird unter Verwendung der Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors eine Neigungswinkelkorrektur berechnet. Insbesondere können gemäß den oben beschriebenen Schritten eine erste Neigungswinkelkorrektur und/oder eine zweite Neigungswinkelkorrektur berechnet werden.
In einem Verfahrensschritt S5 wird der Neigungswinkel des Fahrzeugscheinwerfers 2 unter Verwendung der Neigungswinkelkorrektur angepasst bzw. korrigiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0367771 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels eines Fahrzeugscheinwerfers (2), mit den Schritten: kontinuierliches Messen (S21) einer Drehrate des Fahrzeugscheinwerfers (2); Berechnen (S3) einer Veränderung eines Gravitationsbeschleunigungsvektors des Fahrzeugscheinwerfers (2) im Koordinatensystem des Fahrzeugscheinwerfers (2) unter Verwendung der gemessenen Drehrate; Berechnen (S4) einer Neigungswinkelkorrektur unter Verwendung der Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors; und Einstellen (S5) des Neigungswinkels des Fahrzeugscheinwerfers (2) unter Verwendung der Neigungswinkelkorrektur.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei weiter eine Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers (2) gemessen wird (S22), wobei anhand der gemessenen Gesamtbeschleunigung ein Fehler der gemessenen Drehrate berechnet wird und die Drehrate korrigiert wird, und wobei die Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors unter Berücksichtigung der korrigierten Drehrate berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei weiter eine Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers (2) gemessen wird, wobei unter Verwendung der gemessenen Gesamtbeschleunigung und des gemessenen Gravitationsbeschleunigungsvektors eine lineare Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers (2) berechnet wird, wobei anhand der berechneten linearen Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers (2) eine horizontale Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers (2) berechnet wird, und wobei die Neigungswinkelkorrektur unter Verwendung der berechneten horizontalen Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers (2) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Neigungswinkelkorrektur anhand eines Vergleichs der berechneten horizontalen Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers (2) mit einer anhand von GPS-Daten ermittelten Geschwindigkeit berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 der 4, wobei zur Berechnung der linearen Beschleunigung Rauschanteile mittels eines Tiefpassfilters eliminiert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Drehrate und/oder die Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers (2) mittels einer Sensoreinrichtung (3) gemessen werden, welche eine feste Orientierung relativ zum Fahrzeugscheinwerfer (2) aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein anfänglicher Gravitationsbeschleunigungsvektor während einer Kalibrierung des Fahrzeugscheinwerfers (2) unter vorgegebenen Normalbedingungen gemessen wird, und wobei die Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors relativ zu dem anfänglichen Gravitationsbeschleunigungsvektor erfolgt.
System (1) zum automatischen Einstellen eines Neigungswinkels, mit: einem Fahrzeugscheinwerfer (2) eines Fahrzeugs mit einstellbarem Neigungswinkel; einer Sensoreinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, eine Drehrate des Fahrzeugscheinwerfers (2) zu messen; einer Recheneinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, eine Veränderung eines Gravitationsbeschleunigungsvektors des Fahrzeugscheinwerfers (2) im Koordinatensystem des Fahrzeugscheinwerfers unter Verwendung der gemessenen Drehrate zu berechnen, und unter Verwendung der Veränderung des Gravitationsbeschleunigungsvektors eine Neigungswinkelkorrektur zu berechnen; und einer Steuereinrichtung (4), welche dazu ausgebildet ist, den Neigungswinkels des Fahrzeugscheinwerfers (2) unter Verwendung der Neigungswinkelkorrektur einzustellen.
System (1) nach Anspruch 8, wobei die Sensoreinrichtung (3) weiter dazu ausgebildet ist, eine Gesamtbeschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers (2) zu messen, und wobei die Recheneinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, unter Verwendung der gemessenen Gesamtbeschleunigung und des Gravitationsbeschleunigungsvektors eine lineare Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers (2) zu berechnen, anhand der berechneten linearen Beschleunigung des Fahrzeugscheinwerfers (2) eine horizontale Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers (2) zu berechnen, und die Neigungswinkelkorrektur unter Verwendung der berechneten horizontalen Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers (2) zu berechnen.
System (1) nach Anspruch 9, weiter mit einer GPS-Einrichtung zum Erfassen von GPS-Daten, wobei die Recheneinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, die Neigungswinkelkorrektur anhand eines Vergleichs der berechneten horizontalen Geschwindigkeit des Fahrzeugscheinwerfers (2) mit einer anhand der GPS-Daten ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen.