DE10112996A1 - Adaptive Richtmittelsteuerung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft insbesondere eine adaptive Steuerung eines Fahrzeugscheinwerfers (ALC), wobei die horizontale Ausrichtung des Scheinwerfers beim Durchfahren einer Kurve des Fahrweges (7) verändert wird. Nachdem das Fahrzeug (1) beim Durchfahren der Kurve einen Bereich (9) maximaler Krümmung erreicht hat, wird der Scheinwerfer zumindest während eines Teils der weiteren Kurvendurchfahrt so zurückgestellt, daß der Betrag des Verstellwinkels (alpha) oder dessen Sinuswertes schneller verkleinert wird als bei einer Rückstellung proportional zu der momentanen Kurvenkrümmung des Fahrweges (7).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Steuerung der Ausrichtung von Richtmitteln von Fahrzeugen, ins
besondere zur Steuerung der Ausrichtung von Fahrzeugschein
werfern.
Fahrzeugscheinwerfer weisen Richtmittel auf, mit denen das er
zeugte Licht gerichtet von dem Fahrzeug aus abgestrahlt wird.
Eine Hauptausleuchtungsrichtung soll dabei so eingestellt sein,
daß ein ausreichend großer Abschnitt auf dem Fahrweg vor dem
Fahrzeug gut ausgeleuchtet wird.
Es sind ALC (Adaptive Light Control)-Systeme bekannt, die der
Ansteuerung von in horizontaler Richtung drehbaren Scheinwer
fern in Kraftfahrzeugen dienen. Insbesondere ist es bekannt,
bei Kurvendurchfahrten des Fahrzeugs die Frontscheinwerfer ho
rizontal zu verschwenken, um den Weg vor dem Fahrzeug besser
auszuleuchten. Zur Erzeugung der Schwenkbewegung ist z. B. pro
Scheinwerfer ein Aktuator, etwa ein Elektromotor, vorgesehen.
Eine Steuereinrichtung errechnet fortlaufend einen Winkel, um
den die Hauptausleuchtungsrichtung der Scheinwerfer in der ho
rizontalen Ebene von der Längsachse des Fahrzeugs abweichen
soll. Hierzu erfaßt die Steuereinrichtung für die Steuerung er
forderliche Größen, insbesondere die momentane Kurvenkrümmung
und/oder die Gierrate des Fahrzeugs (die üblicherweise in rad/s
angegeben wird) und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Aus der
Gierrate und der Geschwindigkeit kann wiederum die Kurvenkrüm
mung bzw. der Kurvenradius bestimmt werden.
Bei den bekannten Systemen wird bei der Einstellung des Winkels
zwischen der Hauptausleuchtungsrichtung und der Fahrzeuglängsachse
von einer Geradeausstellung der Hauptausleuchtungsrich
tung ausgegangen, die bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs einge
stellt ist. Zur Vereinfachung wird im folgenden davon ausgegan
gen, daß die Hauptausleuchtungsrichtung in Geradeausstellung
mit der Richtung der Fahrzeuglängsachse übereinstimmt.
Es ist bekannt, bei einer Kurvendurchfahrt des Fahrzeugs die
Hauptausleuchtungsrichtung auf einen Winkel α gegenüber der
Längsachse einzustellen, wobei der Winkel α nach der im folgen
den beschriebenen Vorschrift berechnet wird. Zur Erläuterung
wird dabei auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnung Bezug genommen.
In Fig. 1 sind das Fahrzeug 1 und seine Längsachse 3 darge
stellt. Das Fahrzeug 1 durchfährt eine Kurve, die hier als
Kreisbahn mit einem Kreisradius R dargestellt ist. Der Winkel α
wird nun so eingestellt, daß die Hauptausleuchtungsrichtung 5
der Scheinwerfer die Kreisbahn in einer Entfernung D vom Fahr
zeug schneidet. Dem entspricht die Berechnungsvorschrift für α:
α = arcsin(κ.D/2),
wobei κ die Kurvenkrümmung ist. Sie ist als Kehrwert des Kur
venradius definiert. Wird die Entfernung D - wie in Fig. 1 dar
gestellt - entlang des Kreisbogens gemessen, vereinfacht sich
die Formel zu:
α = κ.D/2
Im allgemeinen Fall weicht die Fahrzeuglängsachse aufgrund von
fahrdynamischen Einflüssen von der Tangente an die Kreisbahn
ab. Zur Korrektur dieser Abweichung kann der Winkel α um den
Wert des Winkels zwischen der Tangente und der Fahrzeuglängs
achse korrigiert werden.
Die Kurvenkrümmung κ kann z. B. aus dem Lenkradwinkel und/oder
aus der Gierrate und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermit
telt werden.
Es ist weiterhin möglich, bei der Berechnung der Krümmung Ver
fahren anzuwenden, die eine Mehrzahl von Eingangswerten für die
Krümmung berücksichtigen, etwa mehrere in einem bestimmten
Zeitintervall liegende Eingangswerte. Hierbei können insbe
sondere Filterverfahren angewendet werden, z. B. Kalman-Filter
sowie Filter zur Aufbereitung der Ein- und Ausgangsgrößen.
Nachteilig an der zuvor geschilderten Vorgehensweise ist die
Annahme einer über den Kurvenverlauf konstanten Krümmung
(Kreisbahn). Bei realen Kurven kommt es daher unter Umständen
zu einer schlechten Ausleuchtung des Fahrweges vor dem Fahr
zeug.
Ziel der Erfindung ist es, die Steuerung der Ausrichtung eines
Richtmittels, insbesondere die Steuerung eines Fahrzeugschein
werfers, so vorzunehmen, daß beim Durchfahren von realen Kurven
ein vor dem Fahrzeug liegender Bereich entlang dem Fahrweg gut
mit dem Zielbereich des Richtmittels übereinstimmt.
Reale Kurven weisen üblicherweise einen Bereich auf, der einen
maximalen Krümmungswert hat. Vor und nach diesem Bereich ist
die Krümmung geringer. Beschränkt sich der Bereich maximaler
Krümmung auf eine Stelle der Kurve, spricht man vom Scheitel
punkt.
Bei dem oben beschriebenen bekannten Verfahren ist der Winkel α
oder sein Sinuswert proportional zur Krümmung der Kurve. Beim
Durchfahren einer realen Kurve ist der Winkel α oder sein Si
nuswert folglich zu jedem Zeitpunkt proportional zur momentan
gültigen Kurvenkrümmung, d. h. der Scheinwerfer wird bzw. die
Scheinwerfer werden proportional zur Kurvenkrümmung in die
Hauptausleuchtungsrichtung bei Geradeausfahrt zurückgestellt.
Als Folge davon wird der Fahrweg ungenügend ausgeleuchtet, ins
besondere wenn sich das Fahrzeug noch in der Kurve befindet,
der durch den oder die Scheinwerfer auszuleuchtende Bereich je
doch schon größtenteils außerhalb der Kurve liegt. Dies liegt
daran, daß der Winkel α entsprechend der momentanen Kurvenkrüm
mung noch einen großen Wert hat, der Straßenverlauf vor dem
Fahrzeug jedoch schon geringer oder nicht mehr in die Kurven
richtung der Kurve (Rechtskurve oder Linkskurve) gekrümmt ist.
Vor allem wenn die Kurve in eine Kurve mit entgegengesetzter
Kurvenrichtung übergeht (S-Kurve), kann es zu gefährlichen Dun
kelbereichen auf dem vorausliegenden Fahrweg kommen.
Es wird daher vorgeschlagen, nachdem das Fahrzeug den Bereich
maximaler Krümmung erreicht hat, das zumindest eine Richt
mittel, insbesondere den oder die Scheinwerfer, so in die Ziel
richtung für Geradeausfahrt zurückzustellen, daß der Winkel α
oder dessen Sinuswert während eines Teils der weiteren Kurven
durchfahrt schneller verkleinert wird als es bei einer Rück
stellung proportional zu der momentanen Kurvenkrümmung des
Fahrweges der Fall wäre.
Eine einfach mit Hilfe einer entsprechenden Steuerungsvorrich
tung umzusetzende Vorschrift erhält man, wenn der Winkel α zu
mindest während dieses Teils der weiteren Kurvendurchfahrt vom
Quadrat der momentanen Kurvenkrümmung abhängt. Insbesondere
kann das schnellere Zurückstellen beginnen, sobald das Fahrzeug
den Bereich oder die Stelle maximaler Krümmung verläßt. Insbe
sondere kann in dem Kurvenbereich, bei dessen Durchfahrt das
Richtmittel schneller zurückgestellt wird, die Krümmung stetig
abnehmen.
Der Vorschlag ist nicht darauf beschränkt, daß die Zielrichtung
in Geradeausstellung gleich der Richtung der Fahrzeuglängsachse
ist. Die Nullrichtung des Winkels α kann auch von der Richtung
der Fahrzeuglängsachse abweichen.
Es wird bevorzugt, den Bereich maximaler Krümmung zu detek
tieren. Dabei wird z. B. die zeitliche Ableitung der Krümmung
beobachtet. Während einer Kurvendurchfahrt findet somit im Be
reich maximaler Krümmung ein Vorzeichenwechsel der zeitlichen
Ableitung statt.
Die schnellere Rückstellung als proportional zur gegenwärtigen
Kurvenkrümmung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zumin
dest zeitweise keine Informationen über den weiteren, noch vor
dem Fahrzeug liegenden Fahrweg zur Verfügung stehen oder ver
wendet werden sollen. Solche Informationen, die z. B. mit Hilfe
eines Navigationssystems oder einer Kamera erhalten werden kön
nen, stehen unter Umständen nicht kontinuierlich und/oder nicht
immer genau genug zur Verfügung. Auch erhöht die Komplexität
technischer Systeme deren Fehleranfälligkeit. Aus den gleichen
Gründen ist es vorteilhaft, wenn bei der Bestimmung der Kurven
krümmung Informationen über den tatsächlichen (auch früheren)
Fahrzustand verwendet werden, etwa über die Lenkradstellung.
Andere Fälle, in denen Richtmittel vorkommen, die auf einen
vorausliegenden Bereich entlang bzw. auf dem Fahrweg einge
stellt werden sollen, bilden die Verwendung einer Kamera, ins
besondere einer Infrarot-Kamera, und Vorrichtungen zur Aus
strahlung und/oder zum Empfang bestimmter Meßstrahlung oder
Meßsignale, etwa Radar-, Sonar- oder Lidarsysteme zur Abstands-
oder Geschwindigkeitssteuerung.
Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden anhand
der beigefügten Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren
der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines bekann
ten Verfahrens zur Berechnung des Winkels α,
Fig. 2 zwei Diagramme, in denen die Kurvenkrümmung und der
Winkel α über dem Fahrzeugweg aufgetragen sind, und
Fig. 3 eine Veranschaulichung der Wirkung des vorgeschlage
nen Verfahrens.
Fig. 2 zeigt in dem oberen Diagramm einen typischen Verlauf der
Kurvenkrümmung κ aufgetragen über dem durch das Fahrzeug zu
rückgelegten Fahrweg s. Am Anfang der Kurve (linker Bereich des
Diagramms) hat die Kurve eine linear mit dem Weg s zunehmende
Krümmung κ. Die Krümmung κ steigt linear bis zu dem Maximalwert
κmax an. Nach Erreichen des maximalen Krümmungswertes κmax wird
dieser über den Kurvenbereich maximaler Krümmung beibehalten.
Danach fällt die Kurvenkrümmung κ wieder linear bis auf den
Wert 0 ab.
Fig. 3 zeigt einen Fahrweg 11, auf dem sich ein Fahrzeug 1 in
die durch eine Pfeilspitze am Fahrweg 11 angedeutete Richtung
bewegt. Der Verlauf des Fahrweges 11 entspricht der Kurvenkrüm
mung κ im oberen Diagramm nach Fig. 2, wobei der Fahrweg 11 nur
ab dem Beginn des Bereichs maximaler Krümmung eingezeichnet
ist. Der Fahrweg 11 verläuft auf einer Fahrbahn 7. Der Bereich
maximaler Krümmung ist mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet.
Es sind drei verschiedene Fahrzeugpositionen auf dem Fahrweg 11
bezeichnet, die Position A, die dem Ende des Bereichs 9 ent
spricht und die das Fahrzeug 1 bereits hinter sich gelassen
hat, die Position B, an der sich das Fahrzeug 1 momentan befin
det, und die Position C, die dem Ende dem Kurve entspricht.
In Fig. 2, unteres Diagramm, ist der Winkel α über dem Fahrweg
s aufgetragen. Bis zu der Position A ist der Winkel α proporti
onal zur Kurvenkrümmung. Ab der Position A sind zwei Verläufe
des Winkels α dargestellt. Der lineare Verlauf entspricht dem
bekannten Verfahren, das eingangs beschrieben wurde. An der Po
sition B nimmt der Winkel α danach einen Wert α1 an. Zur Veran
schaulichung der Hauptausleuchtungsrichtung in diesem Fall ist
in Fig. 3 ein an dem Fahrzeug 1 ansetzender Pfeil dargestellt,
der mit der Fahrzeuglängsachse 3 den Winkel α1 einschließt. Es
wird deutlich, daß die Hauptausleuchtungsrichtung und der Fahr
bahnverlauf vor dem Fahrzeug 1 divergieren.
Es wird vorgeschlagen, den Winkel α ab Erreichen der Position
A, d. h. ab dem Verlassen des Bereichs 9 nach einer Vorschrift
zu berechnen, die für den Betrag des Winkels α zu kleineren
Werten führt als das bekannte Verfahren. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform wird folgende Vorschrift vorgeschlagen:
α = (aκ2 + bκ + c).D/2
Dabei sind wiederum κ die Kurvenkrümmung und D die Entfernung
vom Fahrzeug, in der eine gute Ausleuchtung des vor dem Fahr
zeug liegenden Fahrweges vorhanden sein soll. Die Entfernung D
kann als zeitlich konstante Größe in die Berechnungsvorschrift
einbezogen werden. Bei einer Variante wird die Entfernung D
ständig an die momentante Fahrsituation angepaßt.
Die Koeffizienten a, b und c erlauben eine Anpassung der Be
rechnungsvorschrift an Fahrsituationen und/oder andere Verhält
nisse.
Bevorzugtermaßen gehorchen die Koeffizienten folgenden Vor
schriften:
a = (p - 1)/κmax
b = 2 - p
c = 0
Dabei sind κmax der Maximalwert der Kurvenkrümmung (siehe Fig.
2) und p ein Parameter, der die Einstellung der Wirksamkeit der
oben angegebenen Vorschrift zur Berechnung des Winkels α ist.
Sinnvoll sind insbesondere Werte für p in dem halboffenen In
tervall ]1, 2]. Bei Fahrversuchen hat sich der Wert p = 2 als
sehr geeignet bewährt. Diesem Fall entspricht in dem unteren
Diagramm von Fig. 2 der gekrümmte Verlauf für den Winkel α zwi
schen den Positionen A und C. An der Position B hat der Winkel
α somit den Wert α2. Dem entspricht in Fig. 3 der an der Front
des Fahrzeugs 1 ansetzende Pfeil, welcher mit der Fahrzeug
längsachse 3 den Winkel α2 einschließt. Man erkennt, daß die
Fahrbahn 7 vor dem Fahrzeug 1 gut ausgeleuchtet wird. Das Ende
des genannten Pfeils, dessen Länge der Entfernung D entspricht,
liegt rechts im Zentralbereich der Fahrbahn 7.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich wie
folgt zusammenfassen:
- - Straßen werden im Kurvenausgangsbereich gut ausgeleuchtet.
- - Der Fahrer wird nicht durch Scheinwerferlicht neben der Straße irritiert.
- - S-Kurven können in dem Kurvenübergangsbereich gut ausge leuchtet werden und der Fahrer erkennt derartige Kurven rechtzeitig.
- - Bei Fahrversuchen mit Probanden ergab sich eine deutlich bessere Beurteilung und Akzeptanz durch die Probanden gegen über bekannten ALC-Steuerverfahren.
- - Eine Umrüstung von Fahrzeugsystemen, die bereits eine ALC- Steuerung aufweisen, ist problemlos mit geringen Kosten mög lich. Neue Systeme können gegenüber dem bekannten Verfahren ohne Mehrkosten nach dem neuen Verfahren arbeiten.
1
Fahrzeug
3
Längsachse
5
Hauptausleuchtungsrichtung
7
Fahrbahn
9
Kurvenbereich maximaler Krümmung
11
Fahrweg
A, B, C Positionen auf dem Fahrweg
D Entfernung
R Kurvenradius
α Winkel
κ Kurven krümmung
A, B, C Positionen auf dem Fahrweg
D Entfernung
R Kurvenradius
α Winkel
κ Kurven krümmung
Claims (7)
1. Verfahren zur Steuerung der Ausrichtung zumindest eines
Richtmittels eines Fahrzeugs (1), insbesondere zumindest
eines Fahrzeugscheinwerfers, wobei
ein Ausrichtungswinkel (α) zwischen einer tatsäch lichen Zielrichtung (5) des Richtmittels und einer Zielrichtung für andauernde Geradeausfahrt des Fahr zeugs (1), der in einer zur Ebene des Fahrweges (11) des Fahrzeugs (1) parallelen Ebene bestimmbar ist, abhängig von einem Kurvenverlauf des Fahrweges (11) verändert wird,
die Kurve einen Bereich (9) maximaler Krümmung auf weist,
ein Ausrichtungswinkel (α) zwischen einer tatsäch lichen Zielrichtung (5) des Richtmittels und einer Zielrichtung für andauernde Geradeausfahrt des Fahr zeugs (1), der in einer zur Ebene des Fahrweges (11) des Fahrzeugs (1) parallelen Ebene bestimmbar ist, abhängig von einem Kurvenverlauf des Fahrweges (11) verändert wird,
die Kurve einen Bereich (9) maximaler Krümmung auf weist,
- - bevor das Fahrzeug (1) beim Durchfahren der Kurve den Bereich (9) erreicht hat, der Ausrichtungswinkel (α) verändert wird und,
- - zumindest während eines Teils der weiteren Kurven durchfahrt, nachdem das Fahrzeug (1) den Bereich (9) erreicht hat, das Richtmittel so zurückgestellt wird, daß der Betrag des Ausrichtungswinkels (α) oder des sen Sinuswertes schneller verkleinert wird als bei einer Rückstellung proportional zu der momentanen Kurvenkrümmung des Fahrweges.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
der Ausrichtungswinkel (α) oder dessen Sinuswert während
des Teils der weiteren Kurvendurchfahrt oder während der
gesamten weiteren Kurvendurchfahrt von der zweiten Potenz
der momentanten Kurvenkrümmung des Fahrweges (11) abhängt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
der Ausrichtungswinkel (α) oder dessen Sinuswert während
des Teils der weiteren Kurvendurchfahrt oder während der
gesamten weiteren Kurvendurchfahrt proportional zu einem
Parameter ist, wobei der Parameter jedoch abhängig von der
Fahrsituation des Fahrzeugs (1) ist, insbesondere abhängig
von der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
der Kurvenbereich (9) maximaler Krümmung und/oder die ei
ner bestimmten Position des Fährzeugs (1) entsprechende
Kurvenkrümmung ohne Verwendung von Information über den
weiteren, noch von dem Fahrzeug (1) zurückzulegenden Fahr
weg bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
der Kurvenbereich (9) maximaler Krümmung und/oder die ei
ner bestimmten Position des Fahrzeugs (1) entsprechende
Kurvenkrümmung durch Auswertung von Information über den
tatsächlichen Fahrzustand des Fahrzeugs (1) bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
zur Detektion des Kurvenbereichs (9) maximaler Krümmung
das Vorzeichen der zeitlichen Ableitung der Kurvenkrümmung
beobachtet wird.
7. Vorrichtung zur Steuerung der Ausrichtung zumindest eines
Richtmittels eines Fahrzeugs (1), wobei durch eine Stell
einrichtung ein Ausrichtungswinkel (α) zwischen einer tat
sächlichen Zielrichtung (5) des Richtmittels und einer
Zielrichtung für andauernde Geradeausfahrt des Fahrzeugs
(1), der in einer zur Ebene des Fahrweges (11) des Fahr
zeugs (1) parallelen Ebene bestimmbar ist, abhängig von
einem Kurvenverlauf des Fahrweges (7) veränderbar ist, mit
einer Detektionseinrichtung zum Detektieren, ob das Fahrzeug (1) beim Durchfahren einer Kurve einen Kur venbereich (9) maximaler Krümmung erreicht hat,
einer Steuereinrichtung, die über eine Signalver bindung mit der Detektionseinrichtung verbunden ist und die die Ausrichtung des Richtmittels derart steu ert, daß,
bevor das Fahrzeug (1) beim Durchfahren der Kurve den Kurvenbereich (9) erreicht hat der Ausrichtungswinkel (α) verändert wird und,
nachdem die Detektionseinrichtung das Erreichen des Kurvenbereichs (9) detektiert und ein Sig nal an die Steuereinrichtung ausgegeben hat, zumindest während eines Teils der weiteren Kur vendurchfahrt das Richtmittel so zurückgestellt wird, daß der Betrag des Ausrichtungswinkels (α) oder dessen Sinuswertes schneller verklei nert wird als bei einer Rückstellung propor tional zu der momentanen Kurvenkrümmung des Fahrweges.
einer Detektionseinrichtung zum Detektieren, ob das Fahrzeug (1) beim Durchfahren einer Kurve einen Kur venbereich (9) maximaler Krümmung erreicht hat,
einer Steuereinrichtung, die über eine Signalver bindung mit der Detektionseinrichtung verbunden ist und die die Ausrichtung des Richtmittels derart steu ert, daß,
bevor das Fahrzeug (1) beim Durchfahren der Kurve den Kurvenbereich (9) erreicht hat der Ausrichtungswinkel (α) verändert wird und,
nachdem die Detektionseinrichtung das Erreichen des Kurvenbereichs (9) detektiert und ein Sig nal an die Steuereinrichtung ausgegeben hat, zumindest während eines Teils der weiteren Kur vendurchfahrt das Richtmittel so zurückgestellt wird, daß der Betrag des Ausrichtungswinkels (α) oder dessen Sinuswertes schneller verklei nert wird als bei einer Rückstellung propor tional zu der momentanen Kurvenkrümmung des Fahrweges.
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