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In zunehmenden Maße halten Automatisierungseinrichtungen
in modernen Fahrzeugen Einzug die neue Sicherheits- und Komfortstandards
setzen. So gehören
heute schon ABS und ESP zur Serienausstattung moderner Fahrzeugtechnik.
Im Interesse des Fahrzeugherstellers in Hinblick auf Kostenreduktion
und Fahrzeuggewicht muß es
daher sein aufwendige, bereits vorhandene elektronische Steuerungskomponenten
so sinnvoll und vielseitig wie möglich
einzusetzen, um z.B Redundanzen zu vermeiden.
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Modere Sicherheitssysteme wie Anit-Blockier-Systeme,
ESP, ASR und Artverwandte, sowie die herstellerspezifischen Sonderausführungen
dieser mittlerweile etablierten Komponenten sind mit einer anspruchsvollen
Messensorik ausgestattet, um eine Reihe von Signalen auszuwerten
und zu verrechnen, die auf die Fahrzeugdynamik zurückschließen lassen.
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So werden über Tachosensoren der einzelnen
Räder,
die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die Verzögerung des
Fahrzeuges gemessen und dem Anti-Blockier-System, dem Antischlupfsystem, dem elektronischen-Stabilitäts-Programm,
dem Navigationsystem und dem Fahrzeugtacho zur Verfügung gestellt.
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Trotz dieses enormen Aufwandes an
Fahrzeugsicherheit gibt es Bedieneinheiten wie den Fahrtrichtungsanzeiger,
deren manuelles Auslösen durch
einen primitiven Mitnehmermechanismus wieder zurückgesetzt wird, obwohl sich
im Fahrzeug eine Vielzahl von Sensoren befinden, die das Rückstellen
des Blinkers sehr viel zuverlässiger
und damit sicherer gestaltet.
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Moderne Blinkrelais die durch Halbleiterschalter
(High-Side-Switches) die entsprechenden Fahrtrichtungsanzeiger ansteuern,
werden durch das fehlende mechanisch, geräuschvolle Relaisklacken des
Blinkgebers akustisch kaum noch vom Fahrzeugführer wahrgenommen. So ist es
erforderlich, dass Fehlzurückstellungen
des Fahrtrichtungsanzeiger so selten als möglich vorkommen sollten.
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Allein die Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit
und der positiven oder negativen Fahrzeugbeschleunigungen kann verhindern,
dass bei ungünstigem
Fahrbahnverlauf vor der Abbiegesituation der Mitnehmermechanismus
den Blinkerhebel entweder zu früh
oder überhaupt
nicht zurückgeworfen
wird.
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Ähnlich
verhält
es sich mit der Fahrzeugbeleuchtung. Mit Ausnahme weniger Modelle
wie z.B. dem Citöen
DS aus den 70er Jahren, dessen Fahrzeugbeleuchtung mit dem Fahrkurs
des Fahrzeuges, durch Bowdenzüge
angetrieben, mitschwenkte.
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Obwohl die Vorraussetzung zur Steuerung einer
dynamische Fahrzeugbeleuchtung durch die bereits vorhandenen oben
beschriebenen Elektronik sehr günstig
ist, vermißt
man eine derartige Einrichtung an modernen Fahrzeugen immer noch.
Naheliegend wäre
es also die beiden fahrkursabhängigen Fahrzeugkomponenten
wie Fahrtrichtungsanzeiger und richtungssensitive Fahrzeugbeleuchtung
miteinander zu verknüpfen
und vorteilhaft an die vorhandenen Einzelradtachosensoren 5, 6,
oder 8 und 12 des ABS, ASR oder des ESP anzukoppeln.
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Entweder können die zur Auswertung benötigten Algorithmen
als Unterprogramme des Auswertemanagement 4 (1) des ABS, ASR oder ESP mitübernommen
werden, oder es befindet sich ein separater Baustein 27, 27' zur Auswertung
der Leuchtrichtungssteuerung und der Blinkersteuerung im Fahrzeug
und es werden lediglich die Einzelradtachosignale 7, 19,
oder 9, 20 in die Auswerteeinheit 27, 27' geführt und
ausgewertet.
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Das Auto der Zukunft wird ohnehin über ein BUS-System
verfügen
bei dem die notwendigen Tacho-, GPS oder Giersignale dem BUS-System über entsprechende
Interfaces abzugreifen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe,
eine Einrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, mit der bei
einfachem kostengünstigen
Aufbau der klassische mechanische Mitnehmerkontakt des Blinkerlenkstockhebels
von Fahrzeugen überflüssig wird. Darüber hinaus
kann die Ansteuerung von fahrkursgebundenen Fahrzeugbeleuchtungssystemen 14, 15 (1) bzw. 14' (2) kombiniert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in
den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Anhand von Zeichnungen und der nachfolgenden
Beschreibung soll die Funktionsweise näher erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 schematisch
ein Fahrzeug mit den für die
Erfindung relevanten Einzelkomponenten.
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2 einen
Scheinwerfer mit Servoschwenkeinrichtung
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3 Steuerungseinheit
für Blinker
und Scheinwerfer
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Das Kernelement der Erfindung besteht
aus einer elektronischen Einheit 27', dem die Tachosignale 7', 19' oder 9', 20' (3) der rechten und linken Fahrzeugreifen
zugeführt
werden. Optimal wäre
die Ausnutzung der Tachosensoren des Anti-Blockier-Systems 5, 6 oder 8, 12 (1), da in diesem Fall keine
separate Sensoreinheit an den Rädern
angebracht werden muß.
Die Einheit 27 (3)
errechnet aus den Tachosignalen 7', 19' oder 9', 20' der gegenüberliegenden Fahrzeugseiten
den tendenziellen Fahrkurs, die Geschwindigkeit und die positive
oder negative Beschleunigung des Fahrzeuges.
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Am Beispiel der zum Betrieb des ABS
erforderlichen Tachogeneratoren soll gezeigt werden, wie sich der
Fahrkurs ohne mechanischen oder elektronischen Lenkstockwinkelsensor,
allein durch Auswertung der Radtachosensoren ermitteln läßt, in dem
der Unterschied der Radimpulse der kurveninneren Räder gegenüber den
kurvenäußeren Rädern zyklisch ermittelt
wird.
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Die Auswertung der Radtachosensoren
gibt Aufschluß über die
Geschwindigkeit, den zuückgelegten
Weg, die Beschleunigung bzw. der Verzögerung des Fahrzeuges. Der
durch die Differenz der linken und rechten Radimpulse errechnete
Fahrkurs kann der dynamischen Beleuchtungsrichtungssteuerung 14', 18 (2) zur Verfügung stehen
und die komfortable Zurückschaltung
der Blinker auslösen.
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Abgesehen von der theoretischen Geradeausfahrt,
bei der die Radtachosensoren der linken und der rechten Fahrzeugseite
in etwa die gleiche Umfangsgeschwindigkeit messen, ergibt sich für die Kreisfahrt
eines Autos mit dem Radius r1 des kurveninneren Rades und dem Radius
r2 = (r1 + A) des kurvenäußeren Rades
für den
zurückgelegten
Weg bu eines Rades mit dem Radabstand A:
bu1 = r1 * (α* π/180 °) zurückgelegter
Weg des kurveninneren Rades
bu2 = r2 * (α* π/180 °), mit r2 = r1 + A ergibt sich
das Verhältnis
b1/b2 bu1/bu2 = r1/r1 + A bu2 = (1 + (A/r1
)) * bu1 = > zurückgelegter
Weg des kurvenäußeren Rades
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Wird anstelle des zurückgelegten
Weges eines Rades die Anzahl der Radimpulse gezählt, die über den Umfang eines Rades
bei allen Rädern gleich
ist, so kann aus dem Verhältnis
bi2/bi1 = (1 + (A/r1)) auf den Radius des kurveninneren Rades geschlossen
werden. r1 = A /((bi2/bi1) – 1) bzw. r1 = A /((bu2/bu1) – 1).
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Erkennt man den durchfahrenen Streckenabschnitt
vor einer Abbiegesituation als die Aneinanderreihung viele kleiner
Streckenabschnitte mit jeweils eigenen Radien, so läßt die Auswertung
(auszählen)
der Radimpulse auf die Tendenz des Fahrkurses schließen. bi2 = (1 + (A / r1 )) * bi1
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Werden anstelle von Tachoinkrementsensoren
dynamische oder codierte Drehwinkelgeber als Tachosensoren verwendet,
geschieht die Auswertung ähnlich.
Arbeiten Gleichstrommotoren, als Tachgeneratoren an beiden Fahrzeugseiten,
so kann die Auswertung der zur Umfangsgeschwindigkeit proportionalen
Ausgangsspannung beider Seiten auf den Fahrkurs, die Geschwindigkeit
und den zurückgelegten
Weg führen.
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Wird der Fahrkurs eines Fahrzeuges
auf diese Art und Weise bestimmt, kann die Methode den mechanischen
Lenkstock, egal ob mit elektronischen oder mechanischen Schaltern
ausgerüstet,
vollständig
ersetzen. Anstelle des mechanisch aufwendigen Blinkerhebels mit
seiner fahrzeuggebundenen Rückstellmechanik
können
einfache elektrische Taster 2 (1) 21, 22, (3) verwendet werden, die
zudem neuen, komfortablen Bedienungs-Komfort ermöglichen.
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Da bei der beschriebenen Methode
das Rückstellen
des Blinkers nicht durch die mechanische Bewegung des Lenkrades 3 (1) allein erfolgt, ist es
mit Hilfe intelligenter Auswertealgorithmen auszuschließen, dass
wie häufig
beobachtet der Blinkstock im Stand vor der Abbiegung durch unbeabsichtigte
Lenkradbewegungen 3 (1),
oder durch den kurvenreichen Straßenverlauf vor der Abbiegesituation
zurückgestellt
wird. Durch die Auswertung des zurückgelegten Weges, der Beschleunigung,
der Verzögerung
und der Geschwindigkeit als Rückstellkriterium
des Blinkers bei Abbiegevorgängen
oder Überholvorgängen lassen
sich vielfältige Möglichkeiten
realisieren, die der konventionellen mechanischen Lösung weitaus überlegen
sind.
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Zusätzlich zur der Bewertung des
Fahrkurses können
in der Auswerteschaltung 27 (1) 27' (3) auf Grund der Informationsfülle Konklusionen
berücksichtigt
werden, die ein unbeabsichtigtes Zurückschalten des Blinkers verhindern.
Folgende Informationen stehen durch der Auswertung der Radimpulse
bzw. der Umfangsgeschwindigkeiten der Räder zu Verfügung:
- 1. Zurückgelegte
Wegstrecke s = v * t
- 2. Tendenzieller Fahrkurs als Anzahl von gezählten Einzelimpulsen der rechten
und linken Radseite im Auswertemodul abgebildet bu1 / bu2 bzw. r1
= A /((bu2/bu1) – 1).
- 3. Fahrzeuggeschwindigkeit v = ds/dt
- 4. Positive oder negative Fahrzeugbeschleunigung +/– a = +/–dv/dt
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Optional kann die Auswertung des
Bremslichtschalters 30 (3)
mit als Rückstellkriterium berücksichtigt
werden. Da fast alle eingeleiteten Abbiegevorgänge mit einer Fahrzeugverzögerung eingeleitet
werden, auf die ein Beschleunigung oder ein erneutes Anfahren folgt,
kann die sehr einfache Konklusion formuliert werden: "Wenn sich das Fahrzeug nach
dem Einschalten des Blinkers in einer Verzögerungsphase befindet (Bremslicht
an !), dann dann der Blinker ungeachtet des Fahrkurses und der Fahrzeuggeschwindigkeit
nicht ausgeschaltet werden. Erst in der Phase einer erneuten Beschleunigung darf
der Fahrkurs oder der zurückgelegt
Weg als Ausschaltkriterium wieder herangezogen werden."
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Der Erfindung liegt zugrunde, dass
neben der Auswertung des Fahrkurses, wie es durch den Lenkstockwinkelgeber
auf mechanische oder neuerdings elektronische Weise erfolgt, andere
zusätzliche Abschaltkriterien
folgen, die als Konklusionen und logische Bedingungen verknüpft werden
können.
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Die Abschaltung erfolgt aus einer
Bewertung des Fahrkurses, der Wegstrecke, der Geschwindigkeit, und
der Beschleunigung.
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Der Fahrkurs kann wie zuvor beschrieben durch
das Verhältnis
bu1/bu2 (Verhältnis
zurückgelegter
Weg der kurveninneren und kurvenäußeren Räder) oder
bi1/bi2 (Verhältnis
der Anzahl der Radimpulse der kurveninneren und kurvenäußeren Räder) errechnet
werden, oder durch einen konventionellen elektrischen oder mechanischen
Lenkstockwinkelgeber erfolgen.
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Im Folgenden werden beispielhaft
einige empirisch ermittelte Bedingungen beschrieben, die sich im
Prototypen als sehr zuverlässig
erwiesen haben. Die angegebenen Werte sollten dem verwendeten Fahrzeugtyp
(LKW, PKW, Transporter) angepaßt werden.
Sie lassen sich durchaus durch weitere Bedingungen verbessern.
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Konklusionen und Bedingungen
für die
Blinkerabschaltelektronik:
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- 1. Fahrkurstendenzen werden erst ab einer festgelegten Geschwindigkeitsschwelle
als Abbiegekurs gewertet, um Fahrzeugschlenker oder Fahrbahnverläufe mit
großen
Radien und hohen Geschwindigkeiten als Abbiegesituation auszuschließen.
- 2. Das Impulsverhältnis
der rechten Rad- zur linken Radseite bi1/bi2 ≈ 1 wird als Geradeausfahrt gewertet.
- 3. Das Verhältnis
bi1/bi2, das zum Bereich Abbiegekurs zählt, wird erst bei einer Mindestgeschwindigkeit von
ca. 10km/h als Rückstellkriterium
bewertet.
- 4. Im Verlauf einer starken Verzögerung oder beim Betätigen des
Bremspedal ( Abfrage des Bremslichtschalters 30 (3)) bis hin zum Fahrzeugstillstand wird
das Rückstellen
des Blinkers zurückgehalten, obwohl
das Verhältnis
bi1/bi2 im Fenster liegt, das einem Abbiegekurs zugeordnet wird.
- 5. Liegt das Verhältnis
bi1/bi2 im Bereich dessen, welches als Abbiegekurs gewertet wird,
und fährt
das Fahrzeug in diesem Moment langsamer als ca. 30km/h, so schaltet
der Blinker nach etwa 15m ab, bewegt sich das Fahrzeug schneller
als 30km/h um die Kurve, die als Abbiegekurs gewertet wird, verlängert sich
die Abschaltung um weiterere 15m.
- 6. Wird der Blinker während
einer zum Abbiegekriterium zählenden
Kurvenfahrt betätigt,
so geschieht das Abschalten des Blinkers etwa nach 50m. Wird während dieser
Wegstrecke das Fahrzeug verzögert oder
gar angehalten, verkürzt
sich das Abschalten der Blinker um 30m, nachdem die Verzögerung gemessen
wurde bei der Weiterfahrt.
- 7. Die angegebenen beispielhaften Wegstreckenzählungen
der Zwangsabschaltung werden von der Auswerteelektronik nur bei
gleichbleibender, oder zunehmender Geschwindigkeit, nicht aber bei
dem verzögerten
Fahrzeug gemessen und aufsummiert. D.h. die angegeben Wegstrecken
der Zwangsabschaltung verlängern
sich um den Zeitraum, in dem das Fahrzeug verzögert wird. Die Wegstrecke bis
zum Abschalten des Blinkers wird in dem Moment gezählt, wo
das Verhältnis
bi1/bi2 einem Abbiegekurs zugerechnet wird, oder der Lenkstockwinkelgeber
den Winkel erreicht hat, der in die vorher angezeigten Richtung
führt und
zum Abbiegeradius gehört.
- 8. Wird der Blinker bei einer Geschwindigkeit unter ca. 50 km/h
betätigt,
so sollte eine Zwangsabschaltung des Blinkers nach spätestens
120m erfolgen, auch wenn bis dahin noch kein Abbiegefahrkurs erkannt
wurde.
- 9. Wird der Blinker über
50 km/h betätigt
so sollte eine Zwangsabschaltung des Blinkers nach spätestens
160m erfolgen, auch wenn bis dahin noch kein Abbiegefahrkurs erkannt
wurde.
- 10. Wird der Blinker bei einer Geschwindigkeit unter 80 km/h
betätigt,
so sollte eine Zwangsabschaltung des Blinkers nach spätestens
200m erfolgen, auch wenn bis dahin noch kein Abbiegefahrkurs erkannt wurde.
- 11. Ab einer Geschwindigkeit im Bereich von über 80km/h bleibt die Auswertung
des Fahrkurses als Abschaltkriterium unberücksichtigt, da man davon ausgehen
kann das Abbiegesituationen in den seltensten Fällen über einer Geschwindigkeit von
80km/h stattfinden.
- Ab dieser Schwelle wird nur noch die Geschwindigkeit, die Wegstrecke
und die positive oder negative Beschleunigung als Abschaltkriterium
zugelassen. Der Fahrkurs bleibt unberücksichtigt.
- 12. Wird der Blinker über
80 km/h betätigt
so sollte eine Zwangsabschaltung des Blinkers nach spätestens
360m erfolgen. (Überholsituation)
- 13. Wird der Blinker bei einer Geschwindigkeit unter 120 km/h
betätigt
so sollte eine Zwangsabschaltung des Blinkers nach spätestens
450m erfolgen. (Autobahnsituation)
- 14. Wird der Blinker über
120 km/h betätigt
so soll eine Zwangsabschaltung des Blinkers nach spätestens
600m erfolgen. (Autobahnsituation)
- 15. Wird der Blinker bei einer Geschwindigkeit unter 160 km/h
betätigt
so sollte eine Zwangsabschaltung des Blinkers nach spätestens
800m erfolgen. (Autobahnsituation)
- 16. Wird der Blinker über
160 km/h betätigt
so sollte eine Zwangsabschaltung des Blinkers ungeachtet des Fahrkurses
nach spätestens
1100m erfolgen. (Autobahnsituation)
- 17. Diese Konklusionen können
auch dynamisch erfolgen mit dem Ziel, je höher die Geschwindigkeit im Moment
des Einschaltens der Blinker ist, desto größer wird der Weg nachdem die
Zwangsabschaltung eintritt.
- 18. Wird nach dem Einschalten eine starke Beschleunigung und
große
Geschwindigkeitszunahme registriert, so kann man davon ausgehen,
dass es sich um einen angezeigten Überholvorgang handelt, dem eine
Zwangsabschaltung nach einer definierten Wegstrecke folgen sollte
oder nachdem eine nahezu gleichbleibende Geschwindigkeit erreicht
wurde.
- 19. Wird einer der Auslösetaster 21, 22 (3) links oder rechts der
Blinkerbedienung 2 (l) nur
kurz betätigt,
so folgt die Abschaltung den beschrieben Bedingung,
- 20. Wird einer der Auslösetaster 21, 22 (3) links oder rechts der
Blinkerbedienung länger
als ca. 0.6 Sekunden betätigt,
so erfolgt die Abschaltung der Blinker der angezeigten Fahrtrichtung
erst nach dem Wiederloslassen des Tasters – (Bulb-Modus !) –. Diese
Option kann noch dadurch erweitert werden, indem der Blinker erst
nach dem Wiederloslassen des Tasters verlöscht, oder aber danach mindestens 3mal
aufblinkt.
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Mit diesem Bedienmerkmal lässt sich
erreichen, dass z.B. Spurwechsel angezeigt werden können denen
vorraussichtlich keine große
Radien (Abbiegekurs) folgen, oder die nur für einen kurzen Moment (3-5
maliges Aufblinken) einen Fahrtrichtungswechsel anzeigen sollen,
z.B. beim Überholen
eines am Fahrbahnrand geparkten Fahrzeuges.
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Beim konventionellen Blinkerhebel
erreicht man das, in dem der Blinkstock bis zu dem Punkt betätigt wird,
an dem er gerade noch nicht in die Mitnehmermechanik einrastet,
um ihn nach dem Spurwechsel einfach 'zurückpflichten' zu lassen.
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Da die elektronische Auswertung der
Fahrsituation aber Taster 21, 22 anstatt einrastente
Schalter fordert, läßt sich
dieses übliche
Vorgehen beim Spurwechsel gut auf die beschriebene Weise realisieren.
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Vorteilhaft ist es der Auswerteelektronik 27' die einem intelligenten
Blinkgeber entspricht, dass Management der Warnblinkeinrichtung
mit zu übergeben.
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Der durch die Auswertung bu1/bu2
ermittelte augenblickliche Fahrkurs und der durch das Auslösen einer
Blinkrichtung zu erwartende Fahrkurs ist für die Beleuchtungsrichtung
der Scheinwerfer und Zusatzscheinwerfer von Bedeutung und sollte
kombiniert werden.
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Es können dynamische, von Servomotoren 18 (2) gesteuerte Scheinwerfer 14' dem Fahrkurs
als Sollgröße folgen.
Es sind aber auch richtungsfeste Einzelscheinwerfer denkbar die
abhängig vom
Fahrkurs, der Blinkerbetätigung
und der Fahrzeugdynamik zu oder abgeschaltet werden.
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Auch hier können Konklusionen und Bedingungen
formuliert werden, die die Fahrbahnausleuchtung vorteilhafter und
sicherer gestalten.
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Nachfolgend einige beispielhafte
Bedingungen und Konklusionen zur Kombination von intelligentem Blinkgeber
und Scheinwerfersteuerung:
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- 1. Wenn sich das Fahrzeug langsam bewegt, dann soll der
Nahbereich der Scheinwerfer günstig
ausgeleuchtet werden. Bewegt sich das Fahrzeug schnell so soll der
Fernbereich günstig
ausgeleuchtet werden.
- 2. Die Scheinwerferrichtung soll bis zu einer Geschwindigkeitsuntergrenze
dem Fahrkurs folgen.
- 3. Bewegt sich das Fahrzeug langsamer als diese Untergrenze
und ist einer der Blinker gesetzt, so liegt der Schwerpunkt der
Ausleuchtung durch Zusatzscheinwerfer, die sich jetzt einschalten,
auf den Fahrzeugseiten links und rechts, da eine Abbiegesituation zu
erwarten ist, bei der Fußgängerüberwege
und Fahrradwege günstig
auszuleuchten sind.
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Wichtig ist zu erwähnen, dass
auch hier alle notwendigen Informationen über Fahrkurs, Fahrzeuggeschwindigkeit
und Fahrzeugbeschleunigung den Radtachosignalgebern 7, 19 oder 9 und 20 (1) entnommen werden könnnen. Aus
diesem Grund ist es sinnvoll intelligente Blinkerelektronik 27, 27' und Scheinwerfersteuerung
(14, 15 1)
zu kombinieren.