DE102021133055A1

DE102021133055A1 - Verfahren zum Steuern eines Pixelscheinwerfersystems eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021133055A1
Application number: DE102021133055.6A
Authority: DE
Inventors: Nico Rüddenklau; Ansgar Trächtler
Original assignee: Universitaet Paderborn
Current assignee: Universitaet Paderborn
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines einen Pixelscheinwerfer aufweisenden Pixelscheinwerfersystems eines Kraftfahrzeugs während dessen Fahrt, wobei der Pixelscheinwerfer eine Vielzahl an Einzellichtquellen mit einer jeweiligen Einzellichtverteilung umfasst, die Lichtstärke der Einzellichtquelle über ein Dimmen der Einzellichtquelle beeinflussbar ist und die Summe der Einzellichtverteilungen die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfers ergibt. Auf diese Weise wird ein Verfahren zum Steuern eines Pixelscheinwerfersystems bereitgestellt, das es erlaubt, die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfersystems abhängig von Objekten in verschiedenen Bereichen des ausgeleuchteten Bereichs vollständig automatisiert und in Echtzeit zu steuern. Ferner wird es ermöglicht, in besonders einfacher Weise verschiedene Pixelscheinwerfer implementieren zu können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines einen Pixelscheinwerfer aufweisenden Pixelscheinwerfersystems eines Kraftfahrzeugs während dessen Fahrt, wobei der Pixelscheinwerfer eine Vielzahl an Einzellichtquellen mit einer jeweiligen Einzellichtverteilung umfasst, die Lichtstärke der Einzellichtquelle über ein Dimmen der Einzellichtquelle beeinflussbar ist und die Summe der Einzellichtverteilungen die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfers ergibt.
Als Pixelscheinwerfer werden vorliegend derartige Scheinwerfer für den automobilen Sektor bezeichnet, die eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Einzellichtquellen aufweisen. Die Gesamtlichtverteilung der Einzellichtquellen ist durch das Zusammenwirken aller Einzellichtquellen über weite Bereiche frei konfigurierbar und innerhalb weniger Millisekunden adaptierbar. Als Einzellichtquellen werden in der Regel LED-Chips verwendet, die eine Vielzahl an einzeln ansteuerbaren Lichtpunkten, den sogenannten Pixeln, aufweisen. Da in der Regel mindestens zwei Scheinwerfer je Auto verbaut sind, weisen typische Pixelscheinwerfersystem im Allgemeinen mindestens zwei Pixelscheinwerfer auf, die im räumlichen Abstand zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Gesamtlichtverteilung bilden.
Derartige Pixelscheinwerfer ermöglichen es, eine Einzellichtquelle einzeln anzusteuern, sodass es möglich ist, die Beleuchtungsstärke in einzelnen Bereichen gezielt anzupassen. Zur Nutzung der neu gewonnenen Potentiale werden sogenannte Lichtfunktionen entwickelt. Hierbei handelt es sich um Steueralgorithmen, welche auf einem Scheinwerfer-Steuergerät ausgeführt werden. Diese Steueralgorithmen bestimmen auf Basis von Sensorwerten und den Zuständen der Vergangenheit Dimmwerte für die einzelnen Einzellichtquellen, die der vorliegenden Fahrsituation angemessen sind. Beispiele für solche Lichtfunktionen sind Kurvenlicht, blendfreies Fernlicht, Baustellenlicht, Symbolprojektion oder Markierungslicht. Da die Anzahl der Einzellichtquellen die Dimension der Ausgangsgröße der Lichtsteueralgorithmen definiert, wächst die Komplexität der Implementierung von Lichtfunktionen proportional mit der Einzellichtquellenzahl.
Um diese Lichtfunktionen kontrolliert umsetzen zu können, ist eine präzise Steuerung jeder einzelnen Einzellichtquelle z.B. abhängig von der Fahrsituation, dem Zustand des eignen Fahrzeugs und den Einflüssen aus der Umwelt von Vorteil. Die Berechnung der Dimmwerte für jede einzelne Einzellichtquelle, die eine Änderung der Lichtstärke der Einzellichtquelle hervorrufen, soll daher hochdynamisch und die ständige Neuberechnung der Dimmwerte mit einer hohen Taktrate erfolgen, sodass die Gesamtlichtverteilung dynamisch angepasst werden kann, um auf Änderungen der äußeren Einflüsse direkt reagieren zu können.
Die Berechnung der Dimmwerte aller Einzellichtquellen stellt folglich eine hochkomplexe Herausforderung dar. Zum Entwerfen neuer Lichtfunktionen für Pixelsysteme ist die implementierte Nachtfahrsimulation „Hyperion“ bekannt. In Kombination mit der Nachtfahrtsimulation „Hyperion“ ist ein Design-Tool bekannt, mit dem die Lichtverteilungen in der 3D-Szene intuitiv angepasst werden können. Es kann als ein WYSIWYG-Editor (What you see is what you get) für Lichtverteilungen angesehen werden. Die gewünschte Lichtverteilung wird manuell angepasst und die zur Realisierung der gewünschten Lichtverteilung erforderlichen Dimmwerte werden sofort ermittelt.
Dabei ergibt sich einerseits der Nachteil, dass die Einstellung der Dimmwerte sehr situationsabhängig ist. Bei der Festlegung der Dimmwerte müssen eine Vielzahl von Fahrzeugzuständen und Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden. Eine manuelle Einstellung in jeder Situation ist nicht möglich. Stattdessen kann dieses Lichtdesign-Tool nur für stichprobenartige Überprüfungen und zur Abstimmung bestehender Lichtsteuerungsalgorithmen verwendet werden. Andererseits können bezüglich der quantitativen Ausleuchtung der Umgebung nur relative Anpassungen eines vordefinierten Standardwerts vorgenommen werden. Die Angabe von konkreten photometrischen Zielwerten innerhalb der Auswahl ist nicht möglich.
Des Weiteren zeigt beispielsweise die Software „ALiSiA“ der Hella KGaA einen Lösungsansatz zur simulationsbasierten Steuerung von Pixelscheinwerfer auf. Zur Visualisierung der Lichtverteilung beider Scheinwerfer wird die Lichtverteilung je Scheinwerfer auf eine vertikal vor dem jeweiligen Scheinwerfer stehende Messfläche projiziert. Dabei ist die Lichtverteilung von einstellbaren Parametern beeinflussbar. Die Projektion auf eine vertikale Messfläche der Gesamtlichtverteilung wird mit einer realen Nachtfahrt-Videoaufnahme überlagert. Durch Variieren der einstellbaren Parameter kann die projizierte Gesamtlichtverteilung so weit angepasst werden, bis sie in der Videoaufnahme der realen Nachtfahrt entsprechend der gewünschten Lichtfunktion geeignet erscheint. Durch die Überlagerung der Projektion der Gesamtlichtverteilung mit der Videoaufnahme einer realen Nachtfahrt entstehen Unsicherheiten bezüglich der Genauigkeit der Gesamtlichtverteilung in der Umgebung der Videoaufnahme. Dies liegt einerseits daran, dass die Gesamtlichtverteilung lediglich auf eine vor den Scheinwerfern stehende vertikale Messfläche projiziert wird und somit der reale Lichteindruck nicht dargestellt werden kann. Andererseits können Umwelteinflüsse, wie beispielsweise reflektierende Oberflächen oder distanzabhängige Abschwächungen, nicht für die Darstellung der Gesamtlichtverteilung berücksichtigt werden. Somit kann die Software „ALiSiA“ lediglich eine Annäherung an die reale Gesamtlichtverteilung visuell darstellen.
Ein wesentlicher Nachteil ergibt sich aus der engen Verknüpfung mit dem konkreten Pixelscheinwerfersystem. Ändert sich das Pixelscheinwerfersystem hinsichtlich der Anzahl der Einzellichtquellen oder deren Beleuchtungsflächen, reicht es nicht aus, die Parameter neu zu justieren. Vielmehr muss zunächst der zugrunde liegende Beleuchtungssteuerungsalgorithmus ausgetauscht werden, bevor eine neue Parameterabstimmung beginnen kann.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ermöglichen bisher keine physikalisch korrekte Darstellung des Scheinwerferlichts innerhalb des Fahrszenarios und keine automatisierte und generalisierte Steuerung von Pixelscheinwerfersystemen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren zum Steuern eines Pixelscheinwerfersystems anzugeben, das es erlaubt, die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfersystems abhängig von Objekten verschiedener Bereiche eines ausgeleuchteten Bereichs vollständig automatisiert und in Echtzeit zu steuern. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Pixelscheinwerfersystems anzugeben, bei dem in besonders einfacher Weise verschiedene Pixelscheinwerfer implementiert werden können.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist somit ein Verfahren zum Steuern eines einen Pixelscheinwerfer aufweisenden Pixelscheinwerfersystems eines Kraftfahrzeugs während dessen Fahrt vorgesehen, wobei der Pixelscheinwerfer eine Vielzahl an Einzellichtquellen mit einer jeweiligen Einzellichtverteilung umfasst, die Lichtstärke der Einzellichtquelle über ein Dimmen der Einzellichtquelle beeinflussbar ist und die Summe der Einzellichtverteilungen die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfers ergibt, umfassend die Verfahrensschritte:

a) Bereitstellen eines pixelscheinwerferspezifischen Datensatzes für die Leuchtcharakteristik des Pixelscheinwerfers, wobei der Datensatz die Einzellichtverteilungen des Pixelscheinwerfers ohne Dimmung der Einzellichtquellen in einer solchen Form angibt, gemäß der die Einzellichtverteilungen auf ein zweidimensionales Raster mit einer Vielzahl von Zellen abgebildet sind und für jede Zelle der Anteil einer jeden Einzellichtverteilung an der gesamten Lichtstärke in einer jeweiligen Zelle angegeben ist,
b) Erfassen eines Fahrszenarios hinsichtlich im Fahrszenario enthaltener Objekte,
c) Einordnen der einzelnen im Fahrszenario erfassten Objekte in eine jeweilige Objektklasse aus einer Mehrzahl vordefinierter Objektklassen, wobei jeder Objektklasse eine Zielbeleuchtungsstärke zugeordnet ist, die die Beleuchtungsstärke angibt, mit der die Objekte dieser Objektklasse beleuchtet werden sollen,
d) Übertragen einer zweidimensionalen Projektion des erfassten Fahrszenarios auf das zweidimensionale Raster, sodass die zweidimensionale Projektion des Fahrszenarios (5) in dieselben Zellen (3) des Rasters (2) eingeteilt wird wie die Gesamtlichtverteilung (4) des Pixelscheinwerfers (1),
e) Zuordnen genau einer Objektklasse zu jeder Zelle (3) des Rasters (2) abhängig von dem von einer jeweiligen Zelle umfassten Objekt (6, 7) bzw. von den von einer jeweiligen Zelle umfassten Objekten (6, 7),
f) Bestimmen eines jeweiligen Dimmwertes für jede Einzellichtquelle durch Ermitteln des Minimums der Summe der Quadrate der jeweiligen Differenz der Zielbeleuchtungsstärke und der tatsächlichen Beleuchtungsstärke in einer jeweiligen Zelle für alle Zellen (3), wobei die tatsächliche Beleuchtungsstärke in einer jeweiligen Zelle die ist, die sich durch die gewählten Dimmwerte ergibt, und
g) Anpassen der Lichtstärke jeder Einzellichtquelle entsprechend den zuvor bestimmten Dimmwerten.

Die Fahrt des Kraftfahrzeugs beinhaltet insbesondere auch Situationen, in denen das Kraftfahrzeug steht, beispielsweise an einer Kreuzung oder an einer Ampel, sodass das Bestimmen der Dimmwerte und das Anpassen der Lichtstärke für jede einzelne Einzellichtquelle auch im Stand erfolgen kann.
Das Fahrszenario kann statische Objekte und/oder dynamische Objekte und/oder wetterbedingte Merkmale aufweisen, wie beispielsweise regenbedingte Reflexionen. Ist vorliegend die Rede von „statischen Objekten“, so sind damit nicht bewegbare Objekte und/oder Anordnungen, wie beispielsweise eine Straße bzw. die jeweiligen Straßenseiten, sowie die Straßenumgebung, wie insbesondere Gebäude, Straßenschilder, Straßenmarkierungen, Bepflanzungen, Bordsteine und ähnliches, gemeint. Unter „dynamische Objekte“ werden vorzugsweise bewegbare und/oder veränderbare Objekte, wie beispielsweise ein vorausfahrendes Auto, ein entgegenkommendes Auto, Fußgänger, Tiere und/oder weitere Verkehrsteilnehmer sowie wetterbedingt veränderbare Oberflächen, verstanden. Ist vorliegend die Rede von „wetterbedingten Merkmale“, werden darunter Eigenschaften und/oder Charakteristika mit Einfluss auf die Umgebung bzw. auf die Umgebungsdaten verstanden. Dabei kann es sich beispielsweise um spiegelnde und/oder nasse Oberflächen handeln.
Als scheinwerferspezifischer Datensatz wird vorliegend die Gesamtheit aller Einzellichtverteilungen der Einzellichtquellen, auch Pixellichtquellen genannt, bei maximaler Bestromung bzw. ohne Dimmung aufgefasst. Eine Lichtverteilung ist dabei eine diskrete Repräsentation des ausgestrahlten Lichts der jeweiligen Einzellichtquelle. Sie ordnet Paaren aus Polar- und Azimutwinkel einen Lichtstärkewert zu.
Unter „Lichtstärke“ wird eine Leuchteigenschaft der Einzellichtquelle verstanden. Die Lichtstärke ist als der Quotient von Lichtstrom und Raumwinkel, welchen der Lichtstrom durchscheint, definiert und wird in Lumen pro Steradianten bzw. Candela angegeben. Unter „Beleuchtungsstärke“ wird die Beleuchtung eines beleuchteten Bereichs und/oder Objektes unter Berücksichtigung weiterer Faktoren, wie insbesondere der Abschwächung der Lichtstärke über die Distanz, verstanden. Die Beleuchtungsstärke wird als Quotient von Lichtstrom und Fläche, auf welche der Lichtstrom auftrifft, definiert und in der Einheit Lux (Lumen pro m²) angegeben.
Unter „Objektklasse“ wird ein Oberbegriff für eine Gruppierung von Objekten mit ähnlichen Eigenschaften bzw. Charakteristika verstanden. So werden beispielsweise Häuser, Hallen, Hütten sowie ähnliche Bauten unter der Objektlasse „Gebäude“ zusammengefasst.
Das Erkennen der Objekte und/oder der wetterbedingten Merkmale erfolgt vorzugsweise mittels Bildauswertesoftware und/oder mittels eines auf das Erkennen von Obj ekten und/oder wetterbedingten Merkmalen trainierten neuronalen Netzwerkes.
Die Einzellichtverteilungen (engl. luminous intensity distribution, LID) werden vorzugsweise unter Berücksichtigung der aktuellen Dimmwerte zu der Gesamtlichtverteilung des jeweiligen Scheinwerfers zusammengeführt (engl. LID Combining).
Zu diesem Zweck wird die meist sehr hohe Winkelauflösung der Einzellichtverteilungen in ein gröberes Winkelraster mit m Zeilen und n Spalten überführt, sodass die Gesamtlichtverteilung in m x n Zellen unterteilt werden kann. Eine einzelne Zelle erstreckt sich dann über ein Polar- und Azimutwinkelintervall, der vorzugsweise mehrere Datenpunkte einer Einzellichtverteilungen überdeckt.
Insbesondere werden für jede Einzellichtverteilung k für jede Zelle (m, n) aggregierte Daten ermittelt. Konkret sind das der durch die Zelle beleuchtete Raumwinkel Ω_mn,k und die mittlere emittierte Lichtstärke innerhalb der Zelle Φ_mn,k. Die geeignete Wahl der Zellengröße hängt von dem jeweiligen Scheinwerfersystem ab. Vorzugsweise ist die Zellengröße in Bezug auf den Polar- und Azimutwinkel halb so groß zu wählen wie der Lichtkegel der kleinsten Einzellichtquelle.
Schritt f) stellt die Lösung einer Optimierungsaufgabe dar, bei der die Dimmwerte die Optimierungsvariablen darstellen. Diese Optimierungsaufgabe kann in eine Standardform für ein quadratisches Optimierungsproblem mit Box-Beschränkungen (engl. box constraints) überführt werden, so dass bekannte Lösungsverfahren (engl. solver) verwendet werden können. Details dazu, wie der Nachweis der Konvexität des Optimierungsproblems und die damit einhergehende sichere Ermittlung des globalen Optimums, folgen in der Figurenbeschreibung.
Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, dass sowohl die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfers als auch das Fahrszenario mittel des gleichen Rasters in Zellen eingeteilt wird und sich für jede Zelle, abhängig von den Objekten, die von der Zelle umfasst werden, eine vorbestimmte Beleuchtungsstärke durch automatisiertes und gezieltes Ansteuern der Einzellichtquellen, die einen Anteil an der Lichtstärke in der betroffenen Zelle haben, einstellen lässt. Dazu muss ein pixelscheinwerferspezifischer Datensatz zur Verfügung gestellt werden.
Es ist somit ein maßgeblicher Punkt der Erfindung, dass aufgrund der Einteilung des Fahrszenarios und der Gesamtlichtverteilung in Zellen und das Zuordnen der Zellen zu einzelnen Objektklassen, genau die Einzellichtquellen gezielt und automatisiert abhängig von den Objektklassen angesteuert werden können, dessen Lichtstärken geändert werden müssen, um eine Zielbeleuchtungsstärke für die jeweilige Objektklasse zu erhalten. In anderen Worten: Es werden die Objekte und/oder die wetterbedingten Merkmale in einer Fahrszene automatisch erkannt. Für jede Gruppierung von Objekten, also für jede Objektklasse, wird eine Beleuchtungsvorschrift bzw. eine Zielbeleuchtungsstärke definiert. Wird also ein Objekt erkannt, werden die Einzellichtquellen, die auf das Objekt strahlen, entsprechend den Zielbeleuchtungsstärken angepasst. Somit kann beispielsweise gewährleistet werden, dass ein entgegenkommendes Auto gar nicht beleuchtet wird, ein am Straßenrand stehendes Gebäude nur schwach beleuchtet wird und die eigene Fahrbahn voll ausgeleuchtet wird.
Ferner ist es in besonders einfacher Weise möglich, unterschiedliche Pixelscheinwerfer in die Steuerung zu implementieren, da lediglich der pixelscheinwerferspezifische Datensatz ausgetauscht werden muss. Die Verfahrensschritte des Algorithmus bleiben davon unberührt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird beim Bestimmen eines jeweiligen Dimmwertes für jede Einzellichtquelle durch Ermitteln des Minimums der Summe der Quadrate der jeweiligen Differenz der Zielbeleuchtungsstärke und der tatsächlichen Beleuchtungsstärke in einer jeweiligen Zelle das Quadrat der Differenz der Zielbeleuchtungsstärke und der tatsächlichen Beleuchtungsstärke in einer jeweiligen Zelle für jede Zelle mit einem jeweiligen Gewichtungsfaktor gewichtet.
Das Bestimmen von Dimmwerten für jede Einzellichtquelle abhängig von den Zielbeleuchtungsstärke der Objektklasse der jeweiligen Zelle erfolgt demnach in einem Optimierungsprozess. Für die bestmögliche Realisierung der Dimmwerte kann vorzugsweise ein Optimierungsproblem formuliert werden, das auf Klassifikation und Merkmalsextraktion beruht. Bei der Optimierung werden insbesondere die tatsächliche mittlere Beleuchtungsstärke in der Zelle (m, n), die Anzahl der Einzellichtquellen im Pixelscheinwerfer und die mittlere Entfernung vom Pixelscheinwerfer zum ausgeleuchteten Bereich der Zelle berücksichtigt. Es ist auch möglich, die Orientierung des Objekts in der Zelle relativ zur Lichtquelle zu berücksichtigen. So wird z.B. eine Straße unter einem flachen Winkel bestrahlt, während eine Wand unter einem Winkel von ungefähr 90° bestrahlt wird. Wenn die Umfeldsensorik diese Informationen liefert, kann eine noch adäquatere Lichtverteilung erzeugt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Gewichtungsfaktor für eine jeweilige Zelle umso kleiner je weiter das Objekt, aufgrund dessen einer jeweiligen Zelle eine Objektklasse zugeordnet ist, von dem Pixelscheinwerfer entfernt ist.
Durch Gewichtungsfaktoren können die einzelnen Zellen in unterschiedlichem Maße berücksichtigt werden. Diejenigen Zellen, die aufgrund der Entfernung oder des Lichtstroms kaum von den vorhandenen Einzellichtquellen beeinflusst werden, sollten weniger berücksichtigt werden. Dadurch kann das Ergebnis der Optimierung verbessert werden.
Die optimierten Lichtstärkewerte der Einzellichtquellen stellen insbesondere einen Kompromiss dar. Dadurch, dass eine Einzellichtquelle im Allgemeinen in mehrere Zellen strahlt, ist es insbesondere nicht möglich in allen Zellen die gewünschte Beleuchtungsstärke zu erreichen, da eine Änderung der Lichtstärke einer einzelnen Einzellichtquelle zum Erreichen einer Zielbeleuchtungsstärke in einer bestimmten Zelle auch eine Auswirkung auf die Beleuchtungsstärke in benachbarten Zellen hat. Demnach wird vorzugsweise im Rahmen der Optimierung zwischen mehreren Zielbeleuchtungsstärken in benachbarten Zellen abgewogen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Gewichtungsfaktor für eine jeweilige Zelle durch die Beleuchtungsstärke in der jeweiligen Zelle gegeben, wenn alle Einzellichtquellen ungedimmt sind.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfassen die Objektklassen: eigene Fahrbahn, andere Fahrbahn, Gebäude, entgegenkommendes Fahrzeug und/oder vorausfahrendes Fahrzeug.
Für jede der Objektklassen wird eine Zielbeleuchtungsstärke definiert. Für eine Straße liegt die Zielbeleuchtungsstärke beispielsweise bei 100 lx, für ein Gebäude und/oder ein vorausfahrendes Fahrzeug liegt die Zielbeleuchtungsstärke beispielsweise bei 20 lx, für ein entgegenkommendes Fahrzeug liegt die Zielbeleuchtungsstärke beispielsweise bei 0 lx. Somit kann eine bestimmte Objektklasse, wie beispielsweise ein entgegenkommendes Fahrzeug beim blendfreien Fernlicht, nicht nur vollständig ausgeblendet werden, vielmehr können unterschiedliche Objektklassen unterschiedlich stark beleuchtet bzw. abgedunkelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jeder Objektklasse jeweils eine Priorität zugeordnet, und in dem Fall, dass eine Zelle Objekte aufweist, die in unterschiedliche Objektklassen eingeordnet sind, wird dieser Zelle diejenige Objektklasse zugeordnet, die die höchste Priorität hat.
Je nach Dimensionierung der Zellen kann es vorkommen, dass eine Zelle Objekte unterschiedlicher Objektklassen umfasst. Da jedoch jede Objektklasse vorzugsweise eine andere Zielbeleuchtungsstärke aufweisen kann, ist es erforderlich, die Objektklassen zu priorisieren. Umfasst eine Zelle beispielsweise ein entgegenkommendes Fahrzeug und ein Gebäude, ist es wichtiger, das Fahrzeug auszublenden als das Gebäude schwach zu beleuchten. Die Objektklasse „entgegenkommendes Fahrzeug“ hat demnach eine höhere Priorität als die Objektklasse „Gebäude“. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Priorität in absoluten Zahlen von 1 bis n angegeben wird, wobei n die Anzahl der verschiedenen Objektklassen ist, 1 die niedrigste Priorität und n die höchste Priorität angibt. Hinsichtlich des bereits erläuterten Beispiels hätte demnach die Objektklasse „entgegenkommendes Fahrzeug“ vorzugsweise die Priorität 4, die Objektklasse „vorausfahrendes Fahrzeug“ vorzugsweise die Priorität 3, die Objektklasse „Straße“ vorzugsweise die Priorität 2 und die Objektklasse „Gebäude“ vorzugsweise die Priorität 1.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird zum Erfassen des Fahrszenarios wenigstens eine Umfeldkamera und/oder wenigstens ein Radarsensor und/oder wenigstens ein Lidarsensor und/oder wenigstens ein Helligkeitssensor verwendet.
Mit einem zusätzlichen Helligkeitssensor kann die Lichtverteilung der Umgebung, die beispielsweise durch Lichtreflexionen oder Schatten beeinflusst wird, erfasst und für die Bestimmung der Dimmwerte zum Erreichen der jeweiligen Zielbeleuchtungsstärke berücksichtigt werden. Beispielsweise muss die Lichtstärke einer betroffenen Einzellichtquelle für eine bestimmte Zielbeleuchtungsstärke weniger stark erhöht werden, wenn aufgrund eventueller Lichtreflexionen die Gesamtbeleuchtungsstärke im gewünschten Bereich erhöht ist. Insbesondere die Umfeldkamera, der Radarsensor und/oder der Lidarsensor werden bei Fahrzeugen der SAE-Level 3 bis 5 verbaut, sodass diese Sensoren für das vorliegende Verfahren mitbenutzt werden können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Zielbeleuchtungsstärken der jeweiligen Objektklassen von einer angestrebten zweidimensionalen Gesamtlichtverteilung bestimmt, die abhängig von der gewünschten Lichtfunktion, insbesondere blendfreies Fernlicht und/oder gezieltes Ausleuchten dunkler Bereiche, ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Schritte b) bis g) sukzessive wiederholt, vorzugsweise mit einer vorbestimmten Frequenz.
Somit kann es gewährleistet werden, dass Beleuchtungsverhältnisse auch bei dynamischen Prozessen beibehalten werden können, da die Zellen in jeder Szene neu klassifiziert werden und ein Objekt, das sich zu Beginn der Fahrt am rechten Rand der Gesamtlichtverteilung befand während der Fahrt an den linken Rand der Gesamtlichtverteilung wandert auf Grund der wiederholenden Klassifizierung der Zellen nachverfolgt werden kann. Je höher die vorbestimmte Frequenz, desto dynamischer kann die Gesamtlichtverteilung der sich verändernden Umgebung angepasst werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt in einem Schritt f), der einem vorher durchgeführten Schritt f) nachfolgt, das Bestimmen eines jeweiligen Dimmwertes für jede Einzellichtquelle unter Berücksichtigung desjenigen jeweiligen Dimmwertes für die jeweilige Einzellichtquelle, der im direkt vorhergehenden Schritt f) bestimmt worden ist.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die jeweiligen Dimmwerte für die jeweilige Einzellichtquelle, die im direkt vorhergehenden Schritt f) bestimmt worden sind, als Startwerte für die jeweils neu zu berechnenden Dimmwerte verwendet werden, sodass die Optimierung schneller in das neue Optimum konvergiert. Dadurch, dass für die Optimierung Startwerte vorgegeben werden, können die einzelnen Optimierungsschritte effizienter und zeitsparender durchgeführt werden, sodass eine Bestimmung der Dimmwerte auch hochdynamisch in Echtzeit erfolgen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Zellen des Rasters in mittleren Bereichen des Rasters kleiner und in Randbereichen des Rasters größer. Dem liegt die Einsicht zu Grunde, dass es sinnvoll sein kann, die Zellen des Rasters in hinsichtlich der Beleuchtungsstärke kritischen Bereichen kleiner und in hinsichtlich der Beleuchtungsstärke weniger kritischen Bereichen größer zu machen. Dabei geht es darum, dass es Winkelbereiche gibt, die hinsichtlich der Ausleuchtung von besonderem Interesse sind und in denen die Lichtverteilung daher fein angepasst werden muss. Das gilt vor allem für den Bereich zentral vor dem eigenen Fahrzeug, in welchem sich vorausfahrende und entgegenkommende Fahrzeuge, Radfahrer, Fußgänger usw. befinden, so dass dieser Bereich im vorliegenden Sinne „kritisch“ ist. Weniger kritisch sind in der Regel die Randbereiche des ausgeleuchteten Feldes. Diese bevorzugte Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass die Steuerung der Beleuchtungsstärke in kritischen Bereichen präziser erfolgt als in weniger kritischen Bereichen und damit eine effiziente Steuerung der Gesamtlichtverteilung gewährleistet werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter im Detail erläutert.
In den Zeichnungen zeigen

1 schematisch ein Flussdiagramm mit dem Ablauf eines Verfahrens zum Steuern eines Pixelscheinwerfersystems gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung,
2 schematisch eine virtuelle Szene eines simulierten Fahrszenarios gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.

Aus 1 ist schematisch ein Flussdiagramm mit dem Ablauf eines Verfahrens zum Steuern eines Pixelscheinwerfersystems gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ersichtlich.
Für jeden verwendeten Pixelscheinwerfer muss zuerst ein pixelscheinwerferspezifischer Datensatz bereitgestellt werden S1. Dem pixelscheinwerferspezifischen Datensatz kann die Leuchtcharakteristik des Pixelscheinwerfers ohne Dimmung der Einzellichtquellen entnommen werden. Anhand der Leuchtcharakteristik können die Einzellichtverteilungen auf ein zweidimensionales Raster mit einer Vielzahl von Zellen abgebildet werden. Ferner kann anhand der Leuchtcharakteristik für jede Zelle der Anteil einer jeden Einzellichtverteilung an der gesamten Lichtstärke in einer jeweiligen Zelle entnommen werden. Diese Informationen sind notwendig, um im Laufe des Verfahrens diejenigen Einzellichtquellen ansteuern zu können, die einen Einfluss auf eine Zelle haben, in der die Beleuchtungsstärke angepasst werden muss. Ist der pixelscheinwerferspezifische Datensatz und somit alle notwendigen Informationen bereitgestellt, kann mit dem ersten Durchlauf begonnen werden.
Zuerst wird das Fahrszenario erfasst S2. Das bedeutet, dass sämtliche Objekte in dem Fahrszenario erfasst bzw. erkannt werden. Danach werden die in dem Fahrszenario erfassten Objekte in die jeweilige Objektklasse eingeordnet S3. Es sind mehrere Objektklassen definiert, wobei jeder Objektklasse eine vorbestimmte Zielbeleuchtungsstärke zugeordnet wird. Als Zielbeleuchtungsstärke ist die Beleuchtungsstärke gemeint, die für die jeweilige Objektklasse angestrebt wird bzw. mit der die jeweiligen Objekte beleuchtet werden sollen.
Danach oder zeitgleich wird eine zweidimensionale Projektion des erfassten Fahrszenarios auf das zweidimensionale Raster der Gesamtlichtverteilung übertragen S4. Die zweidimensionale Projektion des Fahrszenarios wird in dieselben Zellen des Rasters eingeteilt wie die Gesamtlichtverteilung des Pixelscheinwerfers.
Sind das Fahrszenario und die Gesamtlichtverteilung in dasselbe Raster eingeteilt, wird jeder Zelle des Rasters eine Objektklasse zugeordnet S5. Die Objektklasse ergibt sich dabei aus den in der jeweiligen Zelle erkannten Objekten.
Danach werden für jede Einzellichtquelle Dimmwerte bestimmt S6, die zu der für die Objektklasse gewünschte Beleuchtungsstärke führen. Das Bestimmen der Dimmwerte erfolgt mittels eines Optimierungsprozesses.
Für jede Zelle wird die Differenz der Zielbeleuchtungsstärke und der tatsächlichen Beleuchtungsstärke gebildet. Die Differenzen werden quadriert, um in jedem Fall einen positiven Wert zu erhalten. Die Quadrate werden dann summiert. Ziel der Optimierung ist es, dass die Summe gegen null konvergiert. Im optimalen Zustand entsprechen alle Ist-Beleuchtungsstärken den Soll-Beleuchtungsstärken, sodass alle Differenzen gleich null sind und somit die Summe der Quadrate der Differenzen auch null ist. Dieser optimale Zustand ist jedoch bei komplexen Lichtfunktionen rein theoretisch. Dadurch, dass eine Einzellichtquelle aufgrund des Strahlengangs im Allgemeinen in mehrere Zellen strahlt, ist es insbesondere nicht möglich in allen Zellen die gewünschte Beleuchtungsstärke zu erreichen, da eine Änderung der Lichtstärke einer einzelnen Einzellichtquelle zum Erreichen einer Zielbeleuchtungsstärke in einer bestimmten Zelle auch eine Auswirkung auf die Beleuchtungsstärke in benachbarten Zellen hat. Demnach können unter realistischen Bedingungen nicht alle Ist-Beleuchtungsstärken unterschiedlicher Zellen exakt den Soll-Beleuchtungsstärken entsprechen. Im Rahmen der Optimierung und unter Berücksichtigung etwaiger Gewichtungsfaktoren wird zwischen mehreren Zielbeleuchtungsstärken in benachbarten Zellen abgewogen, sodass die Summe der Quadrate der Differenzen der Soll-Beleuchtungsstärken und der Ist-Beleuchtungsstärken minimal wird.
Sind die Dimmwerte bestimmt, werden in einem letzten Schritt die Lichtstärken der einzelnen Einzellichtquellen entsprechend der Dimmwerte angepasst S7.
Danach werden die Schritte S2 bis S7 wiederholt S8. Je schneller die Schritte wiederholt werden, also je höher die Taktrate ist, desto dynamischer kann die Gesamtlichtverteilung auf die sich ändernde Umgebung angepasst werden. Bei der Bestimmung der Dimmwerte werden die Dimmwerte bei der Wiederholung der Schritte S2 bis S7 jedoch nicht komplett neu bestimmt. Vielmehr werden die Dimmwerte aus dem vorherigen Durchlauf insbesondere als neue Startwerte verwendet S6`. Dies ist jedoch nur möglich, wenn auch zuvor bereits ein Durchlauf erfolgt ist, also frühestens ab dem zweiten Durchlauf. Dadurch kann Rechenzeit eingespart werden, da die Optimierung effizienter erfolgt und schneller zu einem Ziel gelangt, wenn Startwerte vorgegeben sind, welche nah an dem neuen Optimum liegen.
2 zeigt eine Szene eines Fahrszenarios 5 mit entsprechendem Raster 2 gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung. Sowohl das Fahrszenario 5 als auch die Gesamtlichtverteilung 4 des Pixelscheinwerfers 1, die einen Bereich 10 ausleuchtet, werden über das gleiche Raster 2 mit n Zeilen und m Spalten eingeteilt. Das Raster 2 umfasst n mal m Zellen 3. Die Zellen sind Raumwinkelausschnitte, die durch Polarkoordinaten (Polar- und Azimutwinkel) beschrieben sind. Jede Zelle beschreibt also einen Raumwinkelausschnitt aus dem insgesamt relevanten Raumwinkelbereich. Jeder Raumwinkelausschnitt wird dabei durch einen minimalen und einen maximalen Polar- bzw. Azimutwinkel definiert.
Das Fahrszenario 5 zeigt ein Kraftfahrzeug 8 mit entsprechenden Pixelscheinwerfern 1 und einen Umgebungssensor 9. Auf der gegenüberliegenden Fahrbahn fährt ein weiteres Fahrzeug in entgegengesetzter Richtung. Es ist demnach ein dynamisches Objekt 7. An den Straßenrändern sind zwei Häuser angeordnet. Die Häuser bewegen sich nicht und sind demnach statische Objekte 6.
Über den Umgebungssensor 9 werden die Objekte 6, 7 erkannt und jeweils der Objektklasse „Gebäude“ bzw. „entgegenkommendes Fahrzeug“ zugeordnet. Der Umgebungssensor 9 ist vorliegend eine Umfeldkamera. Darüber hinaus können als weitere Umgebungssensoren z.B. ein Radarsensor und/oder ein Lidarsensor und/oder ein Helligkeitssensor vorgesehen sein. Die Zellen C, in denen das Haus 6 abgebildet ist, werden entsprechend der Objektklasse „Gebäude“ klassifiziert. Die Zellen B, in denen das weitere Fahrzeug abgebildet ist, werden entsprechend der Objektklasse „entgegenkommendes Fahrzeug“ klassifiziert. Ferner werden die Zellen, die die eigene Straßenseite, auf der das Kraftfahrzeug 8 fährt, abbilden, entsprechend der Objektklasse „eigene Fahrbahn“ klassifiziert. Jede der klassifizierten Zellen A, B, C hat eine eigene zuvor definierten Zielbeleuchtungsstärke. Die Zellen B mit der Objektklasse „entgegenkommendes Fahrzeug“ haben beispielsweise die Zielbeleuchtungsstärke 0 lx, weil das entgegenkommende Fahrzeug nicht geblendet werden soll. Die Zellen C mit der Objektklasse „Gebäude“ haben beispielsweise die Zielbeleuchtungsstärke 20 lx, damit das Gebäude zwar erkennbar ist, aber nicht vollständig ausgeleuchtet wird. Die Zellen A mit der Objektklasse „Straße“ hingegen haben beispielsweise die Zielbeleuchtungsstärke 100 lx, damit die befahrene Straße bei dunklen Lichtverhältnissen bestmöglich ausgeleuchtet wird. Sämtliche Einzellichtquellen, die einen Anteil an der Beleuchtungsstärke in den klassifizierten Zellen A, B, C haben, werden durch eine Änderung des Bestromungswertes, insbesondere durch Multiplikation mit einem Dimmwert, derart angepasst, dass die Zielbeleuchtungsstärken in den klassifizierten Zellen A, B, C erreicht werden.
Die Objektklassen sowie die Zielbeleuchtungsstärken in den Objektklassen können frei konfiguriert bzw. definiert werden, sodass sich daraus eine Vielzahl diverser Lichtfunktionen ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Pixelscheinwerfer
2: zweidimensionales Raster
3: Zelle
4: Gesamtlichtverteilung
5: Fahrszenario
6: statisches Objekt
7: dynamisches Objekt
8: Kraftfahrzeug
9: Umgebungssensor
10: ausgeleuchteter Bereich
n: Zeilen
m: Spalten
A: Zelle einer ersten Objektklasse
B: Zelle einer zweiten Objektklasse
C: Zelle einer dritten Objektklasse
S1: Bereitstellen eines pixelscheinwerferspezifischen Datensatzes
S2: Erfassen eines Fahrszenarios
S3: Einordnen der erfassten Objekte in eine jeweilige Objektklasse
S4: Übertragen einer zweidimensionalen Projektion des erfassten Fahrszenarios auf das zweidimensionale Raster
S5: Zuordnen genau einer Objektklasse zu jeder Zelle des Rasters
S6: Bestimmen eines jeweiligen Dimmwertes für jede Einzellichtquelle
S6': Bestimmens eines jeweiligen Dimmwertes für jede Einzellichtquelle unter Berücksichtigung des zuvor bestimmten Dimmwertes
S7: Anpassen der Lichtstärke jeder Einzellichtquelle entsprechend den zuvor bestimmten Dimmwerten
S8: Wiederholen der Schritte S2 bis S7

Claims

Verfahren zum Steuern eines einen Pixelscheinwerfer (1) aufweisenden Pixelscheinwerfersystems eines Kraftfahrzeugs (8) während dessen Fahrt, wobei der Pixelscheinwerfer (1) eine Vielzahl an Einzellichtquellen mit einer jeweiligen Einzellichtverteilung umfasst, die Lichtstärke der Einzellichtquelle über ein Dimmen der Einzellichtquelle beeinflussbar ist und die Summe der Einzellichtverteilungen die Gesamtlichtverteilung (4) des Pixelscheinwerfers (1) ergibt, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen eines pixelscheinwerferspezifischen Datensatzes für die Leuchtcharakteristik des Pixelscheinwerfers (1), wobei der Datensatz die Einzellichtverteilungen des Pixelscheinwerfers (1) ohne Dimmung der Einzellichtquellen in einer solche Form angibt, gemäß der die Einzellichtverteilungen auf ein zweidimensionales Raster (2) mit einer Vielzahl von Zellen (3) abgebildet sind und für jede Zelle (3) der Anteil einer jeden Einzellichtverteilung an der gesamten Lichtstärke in einer jeweiligen Zelle (3) angegeben ist; b) Erfassen eines Fahrszenarios (5) hinsichtlich im Fahrszenario (5) enthaltener Objekte (6, 7); c) Einordnen der einzelnen im Fahrszenario (5) erfassten Objekte (6, 7) in eine jeweilige Objektklasse aus einer Mehrzahl vordefinierter Objektklassen, wobei jeder Objektklasse eine Zielbeleuchtungsstärke zugeordnet ist, die die Beleuchtungsstärke angibt, mit der die Objekte (6, 7) dieser Objektklasse beleuchtet werden sollen; d) Übertragen einer zweidimensionalen Projektion des erfassten Fahrszenarios (5) auf das zweidimensionale Raster (2), sodass die zweidimensionale Projektion des Fahrszenarios (5) in dieselben Zellen (3) des Rasters (2) eingeteilt wird wie die Gesamtlichtverteilung (4) des Pixelscheinwerfers (1); e) Zuordnen genau einer Objektklasse zu jeder Zelle (3) des Rasters (2) abhängig von dem von einer jeweiligen Zelle (3) umfassten Objekt (6, 7) bzw. von den von einer jeweiligen Zelle (3) umfassten Objekten (6, 7); f) Bestimmen eines jeweiligen Dimmwertes für jede Einzellichtquelle durch Ermitteln des Minimums der Summe der Quadrate der jeweiligen Differenz der Zielbeleuchtungsstärke und der tatsächlichen Beleuchtungsstärke in einer jeweiligen Zelle für alle Zellen (3), wobei die tatsächliche Beleuchtungsstärke in einer jeweiligen Zelle die ist, die sich durch die gewählten Dimmwerte ergibt; und g) Anpassen der Lichtstärke jeder Einzellichtquelle entsprechend den zuvor bestimmten Dimmwerten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Bestimmen eines jeweiligen Dimmwertes für jede Einzellichtquelle durch Ermitteln des Minimums der Summe der Quadrate der jeweiligen Differenz der Zielbeleuchtungsstärke und der tatsächlichen Beleuchtungsstärke in einer jeweiligen Zelle das Quadrat der Differenz der Zielbeleuchtungsstärke und der tatsächlichen Beleuchtungsstärke in einer jeweiligen Zelle für jede Zelle (3) mit einem jeweiligen Gewichtungsfaktor gewichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Gewichtungsfaktor für eine jeweilige Zelle (3) umso kleiner ist, je weiter das Objekt (6, 7), aufgrund dessen einer jeweiligen Zelle (3) eine Objektklasse zugeordnet ist, von dem Pixelscheinwerfer (1) entfernt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gewichtungsfaktor für eine jeweilige Zelle (3) gegeben ist durch die Beleuchtungsstärke in der jeweiligen Zelle, wenn alle Einzellichtquellen ungedimmt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Objektklassen umfassen: eigene Fahrbahn, andere Fahrbahn, Gebäude, entgegenkommendes Fahrzeug und/oder vorausfahrendes Fahrzeug.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Objektklasse jeweils eine Priorität zugeordnet ist, und in dem Fall, dass eine Zelle (3) Objekte (6, 7) aufweist, die in unterschiedliche Objektklassen eingeordnet sind, dieser Zelle (3) diejenige Objektklasse zugeordnet wird, die die höchste Priorität hat.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zum Erfassen des Fahrszenarios (5) wenigstens eine Umfeldkamera und/oder wenigstens ein Radarsensor und/oder wenigstens ein Lidarsensor und/oder wenigstens ein Helligkeitssensor verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zielbeleuchtungsstärken der jeweiligen Objektklassen von einer angestrebten zweidimensionalen Gesamtlichtverteilung (4) bestimmt werden, die abhängig von der gewünschten Lichtfunktion, insbesondere blendfreies Fernlicht und/oder gezieltes Ausleuchten dunkler Bereiche, ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte b) bis g) sukzessive wiederholt werden, vorzugsweise mit einer vorbestimmten Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei in einem Schritt f), der einem vorher durchgeführten Schritt f) nachfolgt, das Bestimmen eines jeweiligen Dimmwertes für jede Einzellichtquelle unter Berücksichtigung desjenigen jeweiligen Dimmwertes für die jeweilige Einzellichtquelle erfolgt, der im direkt vorhergehenden Schritt f) bestimmt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die jeweiligen Dimmwerte für die jeweilige Einzellichtquelle, die im direkt vorhergehenden Schritt f) bestimmt worden sind, als Startwerte für die jeweils neu zu berechnenden Dimmwerte verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zellen (3) des Rasters (2) in hinsichtlich der Beleuchtungsstärke kritischen Bereichen kleiner und in hinsichtlich der Beleuchtungsstärke weniger kritischen Bereichen größer sind.