DE60012197T2

DE60012197T2 - Verfahren zur abschätzung der beleuchtungsqualität von fahrzeugscheinwerfern

Info

Publication number: DE60012197T2
Application number: DE60012197T
Authority: DE
Inventors: Tomasz Ski
Original assignee: INST TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO; INSTYTUT TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO
Current assignee: Instytut Transportu Samochodowego Warschau/warsza; Solaris Bus and Coach SA
Priority date: 1999-09-23
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2020-08-29
Also published as: EP1214574A1; EP1214574B1; PL190750B1; ATE271217T1; WO2001022047A1; DE60012197D1; PL335553A1

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 E_d 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 E_o ergibt. Auf der Basis dieser Ergebnisse werden einige Werte der Beleuchtungsqualität berechnet, diese sind im Falle der Beleuchtung der Straße die numerischen Werte M_k und im Falle der Augen geblendeter Fahrer die numerischen Werte N_I. Es erfolgen Berechnungen für einige Zahlen k von Sektoren S_k, welche für die Straßenoberfläche und deren Umgebung festgelegt werden, und für einige Zahlen I für Sektoren S_I, welche für die Oberfläche auf der Augenhöhe der geblendeten Fahrer festgelegt werden. Die erhaltenen Ergebnisse werden mit den Sollwerten verglichen.
Die numerischen Werte M_k werden aufgrund der folgenden mathematischen Formel berechnet:
worin E_rd der für die Berechnung verwendete Beleuchtungswert unter den Bedingungen ist, daß E_rd = E_d, wenn E_d ≥ E_pr oder alternativ E_rd = 0, wenn E_d < E_pr, wobei E_pr der Schwellenwert der Beleuchtung, bei der das menschliche Auge irgend etwas sehen kann, E_a 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, dS_k ein Differential der Fläche des getesteten Sektors k und S_k die gesamte Fläche des Sektors k ist.
Die numerischen Werte N_I werden nach der folgenden mathematischen Formel berechnet:
worin E_oe der für die Berechnung verwendete Beleuchtungswert unter den Bedingungen ist, daß E_oe = E_o, wenn E_o·cosα ≥ E_op oder alternativ E_oe = E_op, wenn E_o·cosα ≥ E_op, wobei α ein Winkel zwischen der Sichtlinie des Fahrers und dem die Blendung verursachenden Lichtstrahl, E_op der Schwellenwert der Blendungs beleuchtung auf der Oberfläche des Auges, dS_I ein Differential der Fläche des getesteten Sektors I und S_I die gesamte Fläche des Sektors I ist.
Der Wert des in der ersten Formel vorhandene Parameters E_a wird vorteilhafterweise aufgrund der folgenden mathematischen Formel:
oder alternativ auf der Grundlage einer anderen mathematischen Formel:
berechnet,
worin L_d 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, E_da die Beleuchtung auf der Straßenoberfläche, welche die für den Sichtadaptionswert des Fahrerauges ursächliche Beleuchtung verursacht, S_e 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 dS_e ein Differential der Fläche S_e 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 E_d 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 M_k nach der folgenden mathematischen Formel berechnet werden:
worin der konstante Faktor a als 1 festgelegt und der Wert E_rd unter den folgenden Bedingungen angewandt wurde: E_rd = E_d, wenn E_d ≥ E_pr oder alternativ E_rd = 0, wenn E_d < E_pr, wobei E_pr als Schwellenwert der Beleuchtung als E_pr = (0,05 × E_a) angewandt wurde, während der Wert E_a aufgrund der folgenden mathematischen Formel berechnet wurde:
worin der konstante Faktor b als 1000 angewandt wurde, der Wert E_da als gleich dem Wert E_d angewandt wurde, und der Wert S_e 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

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 E_d 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 E_o ergibt, und dadurch, daß aus den so erhaltenen Ergebnissen einige Meßwerte der Beleuchtungsqualität berechnet werden, welche die numerischen Werte M_k für die Beleuchtung der Straße und die numerischen Werte N_I für die Augen geblendeter Fahrer sind, wobei die genannten Berechnungen für einige Zahlen k von Sektoren S_k, welche für die Straßenoberfläche und ihre Umgebung festgelegt werden, und für einige Zahlen I für Sektoren S_I, welche für die Oberfläche auf der Augenhöhe der geblendeten Fahrer festgelegt werden, durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die numerischen Werte M_k aufgrund der folgenden mathematischen Formel berechnet werden:
worin E_rd der für die Berechnung verwendete Beleuchtungswert unter den Bedingungert ist, daß E_rd = E_d, wenn E_d ≥ E_pr oder alternativ E_rd = 0, wenn E_d < E_pr, wobei E_pr der Schwellenwert der Beleuchtung, bei der das menschliche Auge irgend etwas sehen kann, E_a 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, dS_k ein Differential der Fläche des getesteten Sektors k und S_k die gesamte Fläche des Sektors k ist, während die numerischen Werte N_I nach der folgenden mathematischen Formel berechnet werden:
worin E_oe der für die Berechnung verwendete Beleuchtungswert unter den Bedingungen ist, daß E_oe = E_o, wenn E_o·cosα ≥ E_op oder alternativ E_oe= E_op, wenn E_o·cosα ≥ E_op, wobei α ein Winkel zwischen der Sichtlinie des Fahrers und dem die Blendung verursachenden Lichtstrahl, E_op der Schwellenwert der Blendungsbeleuchtung auf der Oberfläche des Auges, dS_I ein Differential der Fläche des getesteten Sektors I und S_I die gesamte Fläche des Sektors I ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Parameters E_a aufgrund der folgenden mathematischen Formel:
oder alternativ auf der Grundlage einer anderen mathematischen Formel:
berechnet wird, worin L_d 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, E_da die Beleuchtung auf der Straßenoberfläche, welche die für den Sichtadaptionswert des Fahrerauges ursächliche Beleuchtung verursacht, S_e 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 dS_e ein Differential der Fläche S_e 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.