DE60012197T2 - Verfahren zur abschätzung der beleuchtungsqualität von fahrzeugscheinwerfern - Google Patents
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Description
- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Abschätzung der Beleuchtungsqualität von Fahrzeugscheinwerfern, insbesondere Automobilscheinwerfern.
- Die Erfindung findet Anwendung in Kraftfahrzeugprüfstellen und auch in Laboratorien für das Testen von Fahrzeugscheinwerfern, insbesondere Automobilscheinwerfern, während des Prozesses von deren Entwicklung, Bau und Nutzung.
- In der Verordnung Nr. 20 der Organisation der Vereinten Nationen – Europäische Wirtschaftskommission – E/ECE/324-E/ECE/TRANS/505/Rev. 1/Add. 19/Rev.2 – wird ein Verfahren zur Schätzung der Beleuchtungsqualität von Kraftfahrzeugscheinwerfern beschrieben. Das Verfahren stützt sich auf die Tatsache, daß der von dem geprüften Fahrzeugscheinwerfer abgegebene Lichtstrahl auf eine Leinwand projiziert wird, die zur optischen Achse des Scheinwerfers senkrecht und in einer bestimmten Entfernung von demselben angeordnet ist. Anschließend wird in definierten Punkten und Bereichen der genannten Leinwand mit einem Luxmeter die Beleuchtung gemessen, und die Ergebnisse dieser Messungen werden in einer Tabelle eingetragen und mit Sollwerten verglichen. Es gibt eine Variante dieses Verfahrens, bei der die Werte der getesteten Scheinwerferbeleuchtung dadurch erhalten werden, daß die Leuchtdichte des Scheinwerfers in einem rechten Winkel zum abgegebenen Lichtstrahl durch ein Goniophotometer gemessen wird.
- Der Hauptnachteil der beschriebenen Verfahren liegt darin, daß die Schätzung der Beleuchtungsqualität der Fahrzeugscheinwerfer lediglich für einen Scheinwerfer erfaßt wird, und daß die Beleuchtungswerte von der Oberfläche einer senkrecht zum abgegebenen Lichtstrahl angeordneten Leinwand erhalten werden. Jedoch entspricht die Oberfläche des Bildschirms nicht der durch einen Fahrer beobachteten Straßenoberfläche. Der Fahrer beobachtet die Straße und ihre unmittelbare Umgebung auf einer Fläche, die zur optischen Achse von Fahrzeugscheinwerfern parallel ist. Darüber hinaus wird die Beleuchtungsqualität bei den beschriebenen Verfahren für einen konstanten Abstand zwischen dem geprüften Schweinwerfer und der Meßvorrichtung geschätzt, und unter diesen Bedingungen werden die Sollwerte definiert, während sich die beleuchteten Punkte der beleuchteten Straße Sollwerte definiert, während sich die beleuchteten Punkte der beleuchteten Straße abhängig von der Einstellung der Scheinwerfer des Fahrzeuges in unterschiedlichen Entfernungen befinden. Demzufolge entsprechen die beschriebenen Verfahren nicht den tatsächlichen Bedingungen beleuchteter, auf der Straße beobachteter Objekte, und sie geben nicht die echten Beleuchtungseigenschaften eines Fahrzeugscheinwerfers und insbesondere nicht einer Gruppe von Scheinwerfern wieder, die in einem Fahrzeug eingebaut sind. In der Tat ist die Beleuchtungsverteilung von Fahrzeugscheinwerfern auf der Straßenoberfläche vollständig unterschiedlich zu derjenigen auf der Leinwand. Demzufolge entsprechen die gemessenen Ergebnisse nicht den tatsächlichen Beleuchtungsbedingungen, wie sie auf der Straße bestehen, und demzufolge ist die Schätzung der Beleuchtungsqualität des getesteten Scheinwerfers nicht korrekt.
- Ein Verfahren nach der Erfindung ist von den oben beschriebenen Nachteilen frei.
- Der Erfindungsgegenstand stützt sich darauf, daß bei jedem getesteten Scheinwerfer die erhaltene Beleuchtungsverteilung auf einer Leinwand oder die Leuchtdichte in einem rechten Winkel zunächst durch an sich bekannte geometrische Verfahren in die echte Verteilung vertikaler Beleuchtung auf der Straßenfläche umgewandelt wird, wobei die vertikale Beleuchtung die Beleuchtung auf einer zur Fahrzeugachse senkrechten Ebene bedeutet, und dann werden alle in dieser Weise erhaltenen Verteilungen vertikaler Beleuchtung bei jedem Scheinwerfer der getesteten Gruppe summiert, was eine endgültige Verteilung vertikaler Beleuchtung Ed ergibt. In der gleichen Weise wird die wirkliche Verteilung der vertikalen Beleuchtung auf der parallel zur Straße verlaufenden Fläche, die auf Augenhöhe der geblendeten Fahrer liegt, berechnet, und dann werden alle auf diese Weise erhaltenen Beleuchtungsverteilungen für jeden Scheinwerfer der getesteten Gruppe summiert, was eine endgültige Verteilung vertikaler Beleuchtung Eo ergibt. Auf der Basis dieser Ergebnisse werden einige Werte der Beleuchtungsqualität berechnet, diese sind im Falle der Beleuchtung der Straße die numerischen Werte Mk und im Falle der Augen geblendeter Fahrer die numerischen Werte NI. Es erfolgen Berechnungen für einige Zahlen k von Sektoren Sk, welche für die Straßenoberfläche und deren Umgebung festgelegt werden, und für einige Zahlen I für Sektoren SI, welche für die Oberfläche auf der Augenhöhe der geblendeten Fahrer festgelegt werden. Die erhaltenen Ergebnisse werden mit den Sollwerten verglichen.
- Die numerischen Werte Mk werden aufgrund der folgenden mathematischen Formel berechnet: worin Erd der für die Berechnung verwendete Beleuchtungswert unter den Bedingungen ist, daß Erd = Ed, wenn Ed ≥ Epr oder alternativ Erd = 0, wenn Ed < Epr, wobei Epr der Schwellenwert der Beleuchtung, bei der das menschliche Auge irgend etwas sehen kann, Ea die Beleuchtung der Oberfläche des Fahrerauges, welche durch das Licht der geprüften Scheinwerfer verursacht wird und für den Sichtadaptionswert des Auges des Fahrers ursächlich ist, α eine konstante Zahl, welche für das Verhältnis zwischen der Beleuchtung auf der Oberfläche des Auges und der Beleuchtung in der Nähe der Straßenoberfläche charakteristisch ist, dSk ein Differential der Fläche des getesteten Sektors k und Sk die gesamte Fläche des Sektors k ist.
- Die numerischen Werte NI werden nach der folgenden mathematischen Formel berechnet: worin Eoe der für die Berechnung verwendete Beleuchtungswert unter den Bedingungen ist, daß Eoe = Eo, wenn Eo·cosα ≥ Eop oder alternativ Eoe = Eop, wenn Eo·cosα ≥ Eop, wobei α ein Winkel zwischen der Sichtlinie des Fahrers und dem die Blendung verursachenden Lichtstrahl, Eop der Schwellenwert der Blendungs beleuchtung auf der Oberfläche des Auges, dSI ein Differential der Fläche des getesteten Sektors I und SI die gesamte Fläche des Sektors I ist.
- Der Wert des in der ersten Formel vorhandene Parameters Ea wird vorteilhafterweise aufgrund der folgenden mathematischen Formel: oder alternativ auf der Grundlage einer anderen mathematischen Formel: berechnet,
worin Ld die vom Fahrer beobachtete und von den geprüften Scheinwerfern verursachte Beleuchtungsstärke der Straße, ω ein Raumwinkel, dessen Spitze im Fahrerauge liegt, soweit die beleuchtende Oberfläche der Straße vorhanden ist, oder ein Teil dieses Winkels, in dem die größte, für den Sichtadaptionswert des menschlichen Auges ursächliche Beleuchtungsstärke der Straße befindlich ist, b eine konstante Zahl, welche für das Verhältnis zwischen der Beleuchtung auf der Straßenoberfläche und der Beleuchtung der Oberfläche des Auges charakteristisch ist, θ ein Winkel zwischen der zur Oberfläche des Fahrerauges senkrechten Linie und dem auftreffenden Lichtstrahl, Eda die Beleuchtung auf der Straßenoberfläche, welche die für den Sichtadaptionswert des Fahrerauges ursächliche Beleuchtung verursacht, Se die Fläche einer Ebene, die zur Richtung der Sichtlinie des Fahrers senkrecht ist und durch die von der Straßenoberfläche reflektierten Lichtstrahlen auf die Augen auftreffen, und dSe ein Differential der Fläche Se ist. - Es ist vorteilhaft, wenn alle Beleuchtungs- und Leuchtdichtewerte, die für die Berechnungen herangezogen werden, durch proportionale nicht-lineare Funktionen, am besten durch die logarithmische Funktion, ersetzt werden. Es ist auch vorteilhaft, daß alle oben erwähnten mathematischen Berechnungen mittels computergestützter numerischer Verfahren ausgeführt werden.
- Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß es die Evaluierung der tatsächlichen Beleuchtung auf der Straßenoberfläche sowohl für einen einzelnen getesteten Scheinwerter als auch für eine Gruppe von zwei oder mehr im Fahrzeug eingebauten Scheinwerfern ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Schätzung der tatsächlichen Beleuchtungsqualität der Fahrzeugscheinwerfer auf der Straße und ihrer Umgebung. Das Verfahren verwendet einen sehr wichtigen Faktor, wie den Sichtadaptionswert der Fahreraugen gegenüber der beleuchteten Straßenoberfläche und Gegenständen. Mit diesem Verfahren kann die tatsächliche Beleuchtungsqualität für die Gruppe geprüfter Fahrzeugscheinwerfer geschätzt werden.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird wie folgt beschrieben:
- Eine Gruppe von zwei Scheinwerfern wird getestet. Für jeden Scheinwerfer aus dieser Anordnung wird mittels eines Goniophotometers die Beleuchtungsverteilung auf der in einem Abstand von 25 m liegenden Leinwandoberfläche gemessen. Die Ergebnisse in digitaler Form werden auf einer Computerfestplatte gespeichert. Anschließend werden die Ergebnisse mittels eines Computerprogramms nach an sich bekannten geometrischen Verfahren in die Verteilung vertikaler Beleuchtung auf der Straßenoberfläche umgewandelt, wogegen die vertikale Beleuchtung für die zur Fahrzeugachse senkrechte Ebene definiert wird. Die für jeden der beiden Scheinwerfer erhaltenen Werte werden summiert, was die endgültige Verteilung vertikaler Beleuchtung Ed ergibt. Anschließend wird auf der Straßenoberfläche eine gewisse Anzahl von k-Sektoren vorgegeben, im vorliegenden Beispiel acht; S1, S2,..., S8, für die die numerischen Werte Mk nach der folgenden mathematischen Formel berechnet werden: worin der konstante Faktor a als 1 festgelegt und der Wert Erd unter den folgenden Bedingungen angewandt wurde: Erd = Ed, wenn Ed ≥ Epr oder alternativ Erd = 0, wenn Ed < Epr, wobei Epr als Schwellenwert der Beleuchtung als Epr = (0,05 × Ea) angewandt wurde, während der Wert Ea aufgrund der folgenden mathematischen Formel berechnet wurde: worin der konstante Faktor b als 1000 angewandt wurde, der Wert Eda als gleich dem Wert Ed angewandt wurde, und der Wert Se als eine plane, zur Richtung der Sichtlinie des Fahrers senkrechte Oberfläche, aufgrund des Verhältnisses zwischen der beleuchteten Straßenoberfläche und dem Beobachtungswinkel des Fahrers berechnet wurde.
- In analoger Weise wurden aus der mathematischen Formel die Schätzwerte einer blendenden Beleuchtung für die beiden festgelegten Sektoren S9 und S10 der Fahreraugen berechnet, der erste auf der linken Seite für den entgegenkommenden Fahrer und der zweite auf der rechten Seite für den vorausfahrenden Fahrer.
- Sämtliche obigen Berechnungen erfolgten mittels des Computerprogramms. Das Endergebnis dieser Berechnungen waren die numerischen Werte der Beleuchtungsschätzung M1, M2,... M8, passend für die Sektoren S1, S2,... S8, der beleuchteten Straßenoberfläche, und die numerischen Werte der Beleuchtungsschätzung N1, N2 entsprechend den Sektoren S9, S10 der Blendfläche. Die erhaltenen Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle dargestellt:
- Durch Vergleich der erhaltenen Ergebnisse mit den Sollwerten ist es möglich, die Beleuchtungsqualität der beiden getesteten Scheinwerfer zu schätzen. Bei diesem Beispiel entspricht die geprüfte Anordnung von Scheinwerfern den vorgegebenen Anforderungen.
Claims (6)
- Verfahren zur Schätzung der Beleuchtungsqualität von Fahrzeugscheinwerfern, insbesondere Automobilscheinwerfern, wobei für jeden geprüften Scheinwerfer die Beleuchtungsverteilung auf einer Leinwand oder die Lichtstärkeverteilung in einem Raumwinkel des abgegebenen Lichtstrahls gemessen wird und die erhaltenen Ergebnisse mit Sollwerten verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Beleuchtungs- oder Lichtstärkeverteilung für jeden geprüften Scheinwerfer zunächst durch bekannte geometrische Verfahren in die echte Verteilung vertikaler Beleuchtung auf der Straßenoberfläche umgewandelt wird und anschließend sämtliche so erhaltenen Lichtverteilungen für sämtliche Scheinwerfer der geprüften Anordnung summiert werden, womit eine endgültige Verteilung vertikaler Beleuchtung Ed erhalten wird, und dadurch, daß in der gleichen Weise die echte Verteilung der vertikalen Beleuchtung auf der zur Straße parallelen, auf Augenhöhe der geblendeten Fahrer liegenden Fläche berechnet wird und anschließend die so erhaltenen Beleuchtungsverteilungen für jeden Scheinwerfer der geprüften Anordnung summiert werden, was eine endgültige Verteilung vertikaler Beleuchtung Eo ergibt, und dadurch, daß aus den so erhaltenen Ergebnissen einige Meßwerte der Beleuchtungsqualität berechnet werden, welche die numerischen Werte Mk für die Beleuchtung der Straße und die numerischen Werte NI für die Augen geblendeter Fahrer sind, wobei die genannten Berechnungen für einige Zahlen k von Sektoren Sk, welche für die Straßenoberfläche und ihre Umgebung festgelegt werden, und für einige Zahlen I für Sektoren SI, welche für die Oberfläche auf der Augenhöhe der geblendeten Fahrer festgelegt werden, durchgeführt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die numerischen Werte Mk aufgrund der folgenden mathematischen Formel berechnet werden: worin Erd der für die Berechnung verwendete Beleuchtungswert unter den Bedingungert ist, daß Erd = Ed, wenn Ed ≥ Epr oder alternativ Erd = 0, wenn Ed < Epr, wobei Epr der Schwellenwert der Beleuchtung, bei der das menschliche Auge irgend etwas sehen kann, Ea die Beleuchtung der Oberfläche des Fahrerauges, welche durch das Licht der geprüften Scheinwerfer verursacht wird und für den Sichtadaptionswert des Auges des Fahrers ursächlich ist, α eine konstante Zahl, welche für das Verhältnis zwischen der Beleuchtung auf der Oberfläche des Auges und der Beleuchtung in der Nähe der Straßenoberfläche charakteristisch ist, dSk ein Differential der Fläche des getesteten Sektors k und Sk die gesamte Fläche des Sektors k ist, während die numerischen Werte NI nach der folgenden mathematischen Formel berechnet werden: worin Eoe der für die Berechnung verwendete Beleuchtungswert unter den Bedingungen ist, daß Eoe = Eo, wenn Eo·cosα ≥ Eop oder alternativ Eoe= Eop, wenn Eo·cosα ≥ Eop, wobei α ein Winkel zwischen der Sichtlinie des Fahrers und dem die Blendung verursachenden Lichtstrahl, Eop der Schwellenwert der Blendungsbeleuchtung auf der Oberfläche des Auges, dSI ein Differential der Fläche des getesteten Sektors I und SI die gesamte Fläche des Sektors I ist.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Parameters Ea aufgrund der folgenden mathematischen Formel: oder alternativ auf der Grundlage einer anderen mathematischen Formel: berechnet wird, worin Ld die vom Fahrer beobachtete und von den geprüften Scheinwerfern verursachte Beleuchtungsstärke der Straße, ω ein Raumwinkel, dessen Spitze im Fahrerauge liegt, soweit die beleuchtende Oberfläche der Straße vorhanden ist, oder ein Teil dieses Winkels, in dem die größte, für den Sichtadaptionswert des menschlichen Auges ursächliche Beleuchtungsstärke der Straße befindlich ist, b eine konstante Zahl, welche für das Verhältnis zwischen der Beleuchtung auf der Straßenoberfläche und der Beleuchtung der Oberfläche des Auges charakteristisch ist, θ ein Winkel zwischen der zur Oberfläche des Fahrerauges senkrechten Linie und dem auftreffenden Lichtstrahl, Eda die Beleuchtung auf der Straßenoberfläche, welche die für den Sichtadaptionswert des Fahrerauges ursächliche Beleuchtung verursacht, Se die Fläche einer Ebene, die zur Richtung der Sichtlinie des Fahrers senkrecht ist und durch die von der Straßenoberfläche reflektierten Lichtstrahlen auf die Augen auftreffen, und dSe ein Differential der Fläche Se ist.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Werte der Beleuchtung und Beleuchtungsdichte, welche für die Berechnungen herangezogen werden, durch proportionale nichtlineare Funktionen ersetzt werden.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der nichtlinearen Funktionen die logarithmische Funktion ist.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche obigen mathematischen Berechnungen mittels computerisierter numerischer Verfahren durchgeführt werden.
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