DE19602005A1 - Vorrichtung zur automatischen Korrektur der Ausrichtung wenigstens eines Kraftfahrzeugscheinwerfers bei Lageänderungen des Fahrzeuges - Google Patents
Vorrichtung zur automatischen Korrektur der Ausrichtung wenigstens eines Kraftfahrzeugscheinwerfers bei Lageänderungen des FahrzeugesInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur
automatischen Korrektur der Ausrichtung wenigstens
eines Kraftfahrzeugscheinwerfers bei Lageänderungen
des Fahrzeugs.
Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt und
insbesondere in der EP-A-186 571 und in der FR-2 691
119 beschrieben worden.
Im allgemeinen umfaßt eine solche Vorrichtung mehrere
Photozellen, die Änderungen der Leuchtdichte in den
durch den Scheinwerfer ausgeleuchteten Bodenbereichen
vor dem Fahrzeug erfassen. Ausgehend von den Messungen
dieser Photozellen, erstellen Verarbeitungsmittel ein
Signal für ein Stellglied zur Verstellung der Neigung
des Scheinwerfers.
Die Erfahrung zeigt, daß die Funktionsweise derartiger
Vorrichtungen durch Außenbeleuchtungen, wie etwa
öffentliche Beleuchtungsanlagen, gestört wird. Außer
dem sind die Messungen der Photozellen von der Art des
Straßenbelags abhängig. Die herbeigeführte Einstellung
ist daher nicht konstant und kann je nach Umgebung
unterschiedlich ausfallen.
Um diese Nachteile abzustellen, schlägt die Erfindung
eine Vorrichtung zur automatischen Korrektur der Aus
richtung wenigstens eines Kraftfahrzeugscheinwerfers
bei Lageänderungen des Fahrzeugs vor, bestehend aus
wenigstens einem Beleuchtungsstärkesensor, einem
Stellglied zur Verstellung der Neigung des Schein
werfers im Verhältnis zum Fahrzeug, Verarbeitungs
mitteln zur Erstellung eines Steuersignals für das
Stellglied in Abhängigkeit von den durch den Sensor
erzeugten Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß sie
einen Strahler umfaßt, der einen Lichtfleck auf dem
Boden vor dem Fahrzeug bildet, und daß der Sensor und
der Strahler so am Fahrzeug angeordnet sind, daß der
Sensor bei einer Lageänderung des Fahrzeugs eine
Verschiebung des besagten Lichtflecks im Verhältnis zu
seinem Erfassungsfeld beobachtet, wobei die Verar
beitungsmittel das Steuersignal in Abhängigkeit von
der so durch den Sensor beobachteten Verschiebung
erstellen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der
Strahler von der Lichtquelle eines Scheinwerfers ver
schieden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung. Diese Be
schreibung dient nur zur Veranschaulichung und hat
keine einschränkende Wirkung. Sie ist unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen zu lesen, auf denen
folgendes dargestellt ist:
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen zwei schematische Dar
stellungen zur Veranschaulichung des Prinzips der
Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der
Frontpartie eines Fahrzeugs zur Veranschaulichung des
Prinzips der Erfindung bei einer anderen möglichen
Ausführungsart.
Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild zur
Veranschaulichung einer möglichen Steuerungsart des
Stellglieds einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen zwei Graphen zur Veran
schaulichung der Information, die durch die Steuer
schaltung einer Vorrichtung benutzt wird, die nach der
Steuerungsart von Fig. 4 funktioniert.
Fig. 7 veranschaulicht eine Steuerschaltung für ein
Stellglied nach einer anderen möglichen Ausführungsart
der Erfindung.
Fig. 8 veranschaulicht eine Anwendung der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung bei zwei Scheinwerfern, die
jeweils auf einer Seite eines Fahrzeugs angebracht
sind.
Die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten erfin
dungsgemäßen Vorrichtungen umfassen jeweils einen
Strahler 1, der hier - und vorzugsweise - unabhängig
von den Lichtquellen der Scheinwerfer ausgeführt ist
und einen dünnen Lichtstrahl L auf den Boden ab
strahlt, sowie einen Sensor 2 zur Beobachtung des
Lichtflecks, der durch den besagten Lichtstrahl L auf
dem Boden gebildet wird. Vor dem Sensor 2 ist eine
Sammellinse 3 angeordnet. Der Scheinwerfer, dessen
Ausrichtung durch eine derartige Vorrichtung korri
giert werden soll, wird mit P, das Fahrzeug mit V
bezeichnet.
Der Sensor 2 ist so ausgerichtet, daß er wenigstens zu
einer gegebenen Position des Fahrzeugs den Lichtfleck
erfaßt, der durch den Lichtstrahl L auf dem Boden
gebildet wird.
Der Strahler 1 und der Sensor 2 sind an zwei ver
schiedenen Stellen des Fahrzeugs angebracht, wodurch
zwischen dem Sensor 2 und dem Strahler 1 ein "Winkel
hebel"-Effekt entsteht: Wenn am Fahrzeug eine Lage
änderung eintritt, verschieben sich der Lichtfleck auf
dem Boden und das Erfassungsfeld C des Sensors 2
unterschiedlich, so daß der Sensor 2 die Verschiebung
des Lichtflecks erfaßt, wohingegen dies nicht der Fall
wäre, wenn sich der Strahler 1 und der Sensor 2 an der
jeweils gleichen Stelle des Fahrzeugs V befänden.
In der Variante von Fig. 1 befindet sich der Strahler
1 im Scheinwerfer P, während der Sensor 2 und die
Linse 3 im Innern des Fahrzeugs V, an dessen Dach,
beispielsweise an der Deckenleuchte PL oder in deren
Nähe angeordnet sind.
Bei der Variante von Fig. 2 befindet sich der Sensor
2 im Scheinwerfer P, während der Strahler 1 darunter,
beispielsweise an einem zusätzlichen Nebelscheinwerfer
oder Weitstrahler, oder im Stoßfänger des Fahrzeugs V,
beispielsweise in einem Fahrtrichtungsanzeiger, ange
ordnet ist.
In diesen beiden Figuren wird der Bodenabstand zwi
schen dem Lichtfleck des Lichtstrahls L und dem Strah
ler 1 mit dem Bezugsbuchstaben d bezeichnet, während
der Bodenabstand zwischen dem besagten Lichtfleck und
dem Sensor 2 mit d′ bezeichnet wird.
Eine durch den Beladezustand bedingte Lageänderung des
Fahrzeugs V bewirkt eine Verschiebung des Lichtflecks
vor dem Fahrzeug V um einen Abstand Δd, während sich
die Achse des Sensors 2 um einen Abstand Δd′ ver
schiebt, der von Δd verschieden ist.
Die durch den Sensor 2 erfaßte Nutzinformation ist das
Maß dieser Differenz Δd - Δd′.
Damit dieser Winkelhebel-Effekt optimal ausfällt, be
steht vorteilhafterweise die Möglichkeit, den Abstand
d so gering wie möglich zu wählen.
Der Sensor 2 kann aus einer Mehrzahl von Photoele
menten bestehen.
In diesem Falle besteht die Nutzinformation beispiels
weise aus der Position des Energiepeaks am Sensor 2.
Der Sensor 2 kann allenfalls auch aus einem einzigen
Photoelement bestehen. In diesem Falle betrifft die
Korrekturvorrichtung ausschließlich die Amplitude des
durch den Sensor erfaßten Signals. Die Korrekturrich
tung wird dabei durch die Sensoren für die Be- oder
Entladung des Fahrzeugs V vorgegeben.
Als Variante können, wie in Fig. 3 veranschaulicht,
der Sensor 2 und der Strahler 3 auch beide am Reflek
tor R des Scheinwerfers P angeordnet sein, wobei sich
der Strahler 1 im unteren Bereich und der Sensor 2 im
oberen Bereich befinden.
Im Gehäuse B des Scheinwerfers P ist eine Stellvor
richtung 4 angeordnet, die das Kippen des Reflektors R
im Verhältnis zu einem Festpunkt PF des Gehäuses B
betätigt, wodurch die Neigung des Scheinwerfers P
entsprechend verändert wird.
Diese Stellvorrichtung 4 wird durch eine Steuerschal
tung 5 gesteuert, die im Gehäuse B oberhalb des Re
flektors R angeordnet ist.
Der Sensor 2 kann beispielsweise, wie in Fig. 4
veranschaulicht, aus einer oder mehreren linearen
Anordnungen von N Photoelementen 6 bestehen.
Der Ausgang 7 jedes Elements 6 ist mit dem Eingang
eines Verstärkers 8 verbunden, dessen Ausgang an den
Eingang eines Vergleichers 9 angeschlossen ist, der an
seinem anderen Eingang eine Schwellenspannung Vs
empfängt. Der Ausgang des Vergleichers 9 ist ein
Binärsignal, das entweder auf dem Logikpegel 0 steht,
wenn die Eingangsspannung kleiner als die Schwellen
spannung ist, oder im umgekehrten Fall auf dem Logik
pegel 1. Dieses Binärsignal wird an den Eingang der
Steuerschaltung 5 geleitet.
Wie in den Graphen der Fig. 5 und 6 veranschaulicht
wird, in denen als Ordinate die ausgangsseitigen
Logikpegel der Vergleicher 9 und als Abszisse die
Bezugsnummern 1 bis N der Photoelemente 6 eingetragen
sind, ermöglichen die so gebildeten N logischen Aus
gänge die Lokalisierung des Lichtflecks im Verhältnis
zu den N Photoelementen 6. Der Lichtfleck am Sensor 2
entspricht den Photoelementen N1 bis N2 (Fig. 5) bzw.
N′1 bis N′2 (Fig. 6), die auf dem Pegel 1 stehen.
Fig. 5 entspricht dem Lichtfleck, der beobachtet
wird, wenn sich das Fahrzeug in seinem unbeladenen
Bezugszustand mit entsprechend eingestellten Schein
werfern befindet.
Fig. 6 veranschaulicht ein Beispiel zur Scheinwerfer
Verstellung, wobei diese Verstellung beispielsweise
durch eine Lageänderung des Fahrzeugs in beladenem
Zustand bedingt ist.
Der Lichtfleck verschiebt sich von dem Bereich zwi
schen den Photoelementen N1 und N2 zu dem Bereich
zwischen den Photoelementen N′1 und N′2.
Die Verstellrichtung wird dabei durch das Vorzeichen
von N1 - N′1 bzw. von N2 - N′2 angegeben
Die Amplitude der Verstellung hängt mit der Differenz N′2 - N1 zusammen.
Die Amplitude der Verstellung hängt mit der Differenz N′2 - N1 zusammen.
Bei einer ersten möglichen Ausführungsart bestimmt die
Steuerschaltung 5 nach der Ermittlung dieser Differenz
N′2 - N1 in Abhängigkeit von deren Wert den Winkel α,
um den das Stellglied den Reflektor R des Schein
werfers P kippen soll. Die Steuerschaltung 5 ist mit
Speichern ausgeführt, in denen die Werte N2 und N1
sowie eine Rechenoperation zur Berechnung des Winkels
α in Abhängigkeit von der Differenz N′2 - N1 abgespei
chert sind. Diese Funktionsweise mit offenem Regel
kreis ist beispielsweise auf Anbringungsstellen des
Strahlers 1 und des Sensors 2 abgestimmt, wie sie
unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben
werden.
Bei der bevorzugten Variante, die in Fig. 3 darge
stellt ist, wird die Ausrichtung des Reflektors R so
gesteuert, daß die Verteilung des Lichtflecks an den N
Photoelementen 6 mit der Idealverteilung (N1 bis N2)
zusammenfällt, die in Fig. 5 dargestellt ist (Funk
tionsweise mit geschlossenem Regelkreis).
Als Beispiel werden im folgenden die Dimensionierungs
werte für die bevorzugte Variante von Fig. 3 ange
geben:
- - Der Strahler 1 ist 58 cm über dem Boden angeordnet, während sich der Sensor 2 66 cm über dem Boden befin det.
- - Der Sensor 2 ist eine Kamera in der Ausführung als lineares CCD mit Pixels von 6 µm.
- - Die Brennweite der Linse 3 beträgt 47,5 mm.
- - Der Strahler 1 hat einen Höhenwinkelöffnung von ± 0,143°.
- - Die Achsen des Sensors 2 und des Strahlers 1 sind mit einem Abstand d von 12 cm vor das Fahrzeug V gerichtet.
- - Der Bezugsbereich N1 bis N2 beträgt 44 Pixel.
In diesem Zusammenhang ist folgendes zu beachten: Wenn
die Durchführung eines Schwellenwertvergleichs des
Ausgangspegels der Photoelemente 6 vermieden werden
soll, besteht die Möglichkeit, die ausgangsseitigen
Signale dieser Elemente 6 direkt zu erfassen und einer
Verarbeitung zu unterziehen, um die maximale Intensi
tät an diesen N Elementen 6 zu lokalisieren. Die
Präzision einer solchen Bestimmung kann durch die
Anwendung einer zeitlich gestaffelten Wiederholung der
Messungen sowie von statischen Bearbeitungen und von
Filterbearbeitungen verbessert werden.
Wie in Fig. 7 veranschaulicht, kann der Sensor 2
außerdem aus einer einzigen Differentialzelle 10
ausgeführt werden, die aus zwei nebeneinander angeord
neten Photozellen besteht, deren Ausgänge nach ihrer
Verstärkung (Verstärker 12) an einem Vergleicher 11
miteinander verglichen werden. Der Ausgang des Ver
gleichers 11 ist an die Steuerschaltung 5 des Stell
glieds 4 angeschlossen.
Wenn die Ausrichtung des Reflektors R richtig einge
stellt ist, empfängt jedes der beiden Elemente 10a,
10b der Zelle 10 die gleiche Lichtmenge.
Wenn eine Verstellung eintritt, empfängt eines der
beiden Elemente 10a, 10b eine größere Lichtmenge als
das andere, und die Steuerschaltung 5 wirkt auf das
Stellglied 4 ein, um diese Verstellung auszugleichen.
Um nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt zu verhin
dern, daß eine erhebliche Verstellung der Ausrichtung
des Reflektors R auftritt, wenn vor dem Fahrzeug V ein
vertikales Hindernis auftaucht, so daß der Lichtstrahl
L den Boden nicht erreichen kann, wird darüber hinaus
am Fahrzeug V vorteilhafterweise eine zusätzliche (in
den Zeichnungen nicht dargestellte) Zelle angeordnet,
die in etwa horizontal ausgerichtet ist und einen
unverhältnismäßig hohen Lichtpegel in einem Bereich
von weniger als 12 oder 15 m vor dem Fahrzeug erfaßt.
Wenn diese Zelle ein vertikales Hindernis erfaßt, wird
die Steuerung der Ausrichtung des Reflektors R des
Scheinwerfers P kurzzeitig unterbrochen, wobei zum
Beispiel der Strahler 1 abgeschaltet wird.
Als weitere Variante können der Strahler 1 und der
Sensor 2, wie in Fig. 8 veranschaulicht, in zwei
verschiedenen Scheinwerfern P1 und P2 auf jeder Seite
des Fahrzeugs V1 angebracht sein, wobei die Ausrich
tung dieser beiden Scheinwerfer durch ein und dieselbe
Vorrichtung korrigiert wird. Beim Fahren auf der
rechten Seite der Straße befindet sich beispielsweise
der Sensor 2 im linken Scheinwerfer, während der
Strahler 1 am rechten Scheinwerfer angeordnet ist (wo
bei die Ausdrücke "rechts" und "links" oder ähnliche
unter Bezugnahme auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs
zu verstehen sind). Ebenso wie bei der Ausführungsart
von Fig. 6 wird für die Stellglieder der beiden
Scheinwerfer eine Regelung mit geschlossenem Regel
kreis verwendet. Eine gute Lageeinstellung des Fahr
zeugs V wird durch eine bestimmte Verteilung des
Lichtflecks auf dem Boden, bezogen auf die entspre
chende Beobachtung durch den Sensor 2, erfaßt.
Wenn am Fahrzeug V eine Lageänderung auftritt, wird
eine neue Verteilung durch den Sensor 2 erfaßt. Die
Steuerschaltung wirkt sowohl auf die Stellglieder des
rechten Scheinwerfers als auch des linken Scheinwer
fers ein, um die Anfangsverteilung wiederherzustellen.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden außerdem
vorteilhafterweise die verschiedenen, nachstehend
genannten vorteilhaften Merkmale ergänzt:
- - Der Strahler 1 kann zeitlich moduliert werden, wobei eine Demodulierung am Sensor 2 erfolgt.
- - Der Strahler 1 kann nur in einem begrenzten Teil des Spektrums strahlen (beispielsweise Infrarotdiode), wobei ein Bandsperrfilter vor dem Sensor 2 angeord net ist, um das Umgebungsrauschen bestmöglich auszu filtern.
- - Der Strahler 1 kann als lineares CCD ausgeführt sein, wodurch eine größere Raumauflösung ermöglicht wird.
- - Für den Fall, daß der Sensor 2 nur ein einziges Photoelement umfaßt, können auf den Sensor 2 oder den Strahler 1 Winkelabtastschwingungen einwirken, die ständig die Ermittlung des Signalmaximums und somit eine gute Einstellung ermöglichen. Damit eine geringe Schwingungsamplitude verwendet werden kann, wird im Vergleich zu den natürlichen Schwingungen des Fahr zeugaufbaus eine hohe Schwingungsfrequenz gewählt. Eine vollständige Winkelauslenkung bleibt dabei not wendig, um das Maximum bei der Einschaltung zu loka lisieren.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur automatischen Korrektur der Aus
richtung wenigstens eines Scheinwerfers eines Kraft
fahrzeugs (V) bei Lageänderungen des besagten Fahr
zeugs (V), bestehend aus wenigstens einem Beleuch
tungsstärkesensor (2), einem Stellglied (4) zur Ver
stellung der Neigung des Scheinwerfers (P, R) im
Verhältnis zum Fahrzeug, Verarbeitungsmitteln (5) zur
Erstellung eines Steuersignals für das Stellglied (4)
in Abhängigkeit von den durch den Sensor (2) erzeugten
Signalen, dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen Strahler (1) umfaßt, der einen Licht
fleck (L) auf dem Boden vor dem Fahrzeug (V) bildet,
und daß der Sensor (2) und der Strahler (1) so am
Fahrzeug (V) angeordnet sind, daß der Sensor (2) bei
einer Lageänderung des Fahrzeugs (V) eine Verschiebung
des besagten Lichtflecks im Verhältnis zu seinem
Erfassungsfeld (C) beobachtet, wobei die Verarbei
tungsmittel (5) das Steuersignal in Abhängigkeit von
der so durch den Sensor (2) beobachteten Verschiebung
erstellen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Strahler (1) von der
Lichtquelle eines Scheinwerfers (P) verschieden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (2) und
der Strahler (1) zum einen in dem korrigierten Schein
werfer (P) und zum anderen im Innern des Fahrzeugs, an
dessen Dach, beispielsweise an der Deckenleuchte (PL)
oder in deren Nähe angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (2) und
der Strahler (1) zum einen an dem korrigierten Schein
werfer und zum anderen darunter, beispielsweise an
einem zusätzlichen Nebelscheinwerfer oder Weitstrah
ler, oder im Stoßfänger des Fahrzeugs (V), beispiels
weise in einem Fahrtrichtungsanzeiger, angeordnet
sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (2) und
der Strahler (1) in einem (oder in) korrigierten
Scheinwerfer(n) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Verarbeitungsmittel (5) Speichermittel umfassen, in
denen eine Korrekturoperation mit offenem Regelkreis
(α = f(N′2)N1)) zur Bestimmung des Steuersignals für
das Stellglied (4) in Abhängigkeit von der beobachte
ten Verschiebung abgespeichert ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die
Verarbeitungsmittel (5) die Ausrichtung des Schein
werfers (P) so steuern, daß der Lichtfleck auf einer
Bezugsposition im Erfassungsfeld des Sensors (2)
gehalten wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
zwei Scheinwerfer (P1, P2) korrigiert, die jeweils auf
einer Seite des Fahrzeugs eingebaut sind, wobei der
Sensor in einem dieser Scheinwerfer und der Strahler
(1) in dem jeweils anderen angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Sensor (2) eine Differentialzelle (10) ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor (2) eine Mehrzahl von Photoelementen um
faßt, wobei die Position des Lichtflecks im Verhältnis
zum Erfassungsfeld des Sensors (2) in Abhängigkeit von
der Lichtverteilung auf diesen Photoelementen bestimmt
wird.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß
sie Mittel zur Erfassung eines vertikalen Hindernisses
vor dem Fahrzeug umfaßt, wobei die Ausrichtungskorrek
tur unterbrochen wird, wenn ein solches Hindernis
erfaßt wird.
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