DE102010039399A1

DE102010039399A1 - Prädiktiv-adaptive Frontbeleuchtung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102010039399A1
Application number: DE102010039399A
Authority: DE
Inventors: Christoph Schmidt; Dömötör Gulyas
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Po Lighting Czech SRO Cz
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2012-02-23
Also published as: US8511872B2; US20120044708A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines prädiktiv-adaptiven Frontbeleuchtungssystems für ein Fahrzeug (9) mit Scheinwerfern (2a, 2b) und einer Steuereinrichtung (4). Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte: – Empfangen einer Fahrzeugposition (35), – Ermittlung eines Kartenstandortes des Fahrzeuges (9), – auf dem Kartenstandort basierende Bestimmung eines wahrscheinlichsten Weges des Fahrzeuges (9), – Anordnen eines Zielpunktes auf dem wahrscheinlichsten Fahrweg des Fahrzeuges (9), – adaptives Verändern der Entfernung (l) zwischen dem Fahrzeug (9) und dem Zielpunkt, – auf dem wahrscheinlichsten Weg des Fahrzeuges (9) basierende Berechnung eines Sollschwenkwinkels (39) des Scheinwerfers(2a, 2b) nach dem Sollschwenkwinkel (39).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine prädiktiv-adaptive Frontbeleuchtung für ein Fahrzeug mit Scheinwerfern, welche in ihrer Zusammenwirkung eine Lichtverteilung erzeugen, sowie einer Steuereinrichtung. Die Scheinwerfer sind jeweils mit einem Schwenkmechanismus zur Änderung eines Schwenkwinkels gekoppelt. Die optimale Einstellung der Lichtverteilung der Scheinwerfer wird auf der Grundlage von Daten des aufkommenden beziehungsweise des vorausliegenden, demnächst zu befahrenden Fahrweges des Fahrzeuges bestimmt. Mittels der Steuereinrichtung wird dabei ein Kartenstandort des Fahrzeuges ermittelt, um den wahrscheinlichsten Fahrweg des Fahrzeuges und darauf wiederum basierend jeweils einen Sollschwenkwinkel der Scheinwerfer zu berechnen.
Im Stand der Technik sind adaptive Frontbeleuchtungssysteme, im Weiteren auch AFS genannt, von Kraftfahrzeugen bekannt, bei denen die Bestimmung der Schwenkwinkel der Scheinwerfer auf den Werten des Lenkradeinschlagwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit basieren. Damit beruhen die Schwenkwinkel der Scheinwerfer lediglich auf dem erfassten momentanen Fahrweg des Fahrzeuges. Bei bestimmten Fahrszenarien, wie beispielsweise unmittelbar bevor das Fahrzeug in eine Kurve hinein oder aus einer Kurve heraus fährt, beim Durchfahren einer Kurve mit einem sich ändernden Krümmungsradius oder mit einem S-förmigen Verlauf, ist der derart erfasste momentane Fahrzeugweg jedoch kein vollkommener Indikator des Straßenverlaufs vor dem Fahrzeug. Insbesondere beim Ablauf solcher Fahrszenarien, bei denen der Straßenverlauf vom momentanen Fahrzeugweg abweicht, ist es für die Wirksamkeit der Scheinwerfer von Vorteil, wenn die aufkommende Straße vorausschauend beleuchtet wird.
Gattungsgemäße AFS, die zur optimalen Einstellung der Lichtverteilung der Scheinwerfer Daten des aufkommenden Fahrzeugweges im Voraus berechnen, umfassen wenigstens zwei Scheinwerfer mit jeweils einem Schwenkmechanismus sowie eine Steuereinrichtung. Die Scheinwerfer projizieren zusammenwirkend eine Lichtverteilung zur Beleuchtung der vor dem Fahrzeug aufkommenden Straße. Die Schwenkmechanismen verändern den jeweiligen Schwenkwinkel der Scheinwerfer.
Den im Stand der Technik bekannten, zur Betätigung der Scheinwerfer lediglich auf dem Lenkradeinschlagwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit basierenden AFS, ist somit zueigen, dass die Scheinwerfer nicht in die für den zukünftigen Fahrzeugweg optimale Position verschwenkbar sind, sondern vielmehr das Gebiet direkt vor dem Fahrzeug ausleuchten, was zudem zum Blenden des Gegenverkehrs führen kann. Selbst mit Hilfe der Filterung von Momentanwertmessungen und aus den Fahrspurkorrekturen durch den Fahrer resultierender Instabilitäten des Lenkradeinschlagwinkels angesetzter Totbereiche, ist die Beleuchtung nicht optimal. Filterfunktionen und Totbereichsfunktionen mindern zudem die Funktionalität des herkömmlichen AFS.
Weiterentwicklungen der AFS haben dazu geführt, die Scheinwerfer bereits vor dem Einfahren in die Kurve zu schwenken, sodass sich die Einsehbarkeit der vorausliegenden Kurve verbessert. Ebenso werden die Scheinwerfer bereits während des Ausfahrens aus der Kurve wieder in die Ausgangsposition, das heißt in die gerade Position, zurückgeschwenkt, sodass der vorausliegende gerade Straßenabschnitt besser einsehbar ist. Dabei wird zwar jeweils das Blenden des Gegenverkehrs vermieden, die Ausleuchtung der Straße ist jedoch nicht optimal.
Ähnlich ungünstige Ausleuchtungen der Straße ergeben sich beim Durchfahren von S-förmigen-Straßenverläufen oder bei Fahrspurwechseln. Beim Durchqueren von S-Kurven ist es notwendig, die Scheinwerfer vor Erreichen des Sattelpunkts der S-Kurve in die Richtung der aufkommenden Kurve zu schwenken, sodass sich die Einsehbarkeit der vorausliegenden Kurve verbessert.
Ein derart weiterentwickeltes prädiktiv-adaptives Frontbeleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug geht beispielsweise aus der DE 10 2008 000 769 A1 hervor. Die Steuereinrichtung des Systems empfängt dabei Fahrzeugpositionsdaten, beispielsweise von einem GPS, sowie Daten, die sich auf einen wahrscheinlichsten Weg und einen sekundären Weg des Fahrzeuges beziehen und berechnet daraus den Sollschwenkwinkel der Scheinwerfer. Auf den Werten der Schwenkwinkel jeden Scheinwerfers basierend, bewirken die Schwenkmechanismen die jeweilige Änderung der Ausrichtung der Scheinwerfer.
Die Steuereinrichtung greift dabei auf eine Kartendatenbank zu und identifiziert in Kombination mit den Fahrzeugpositionsdaten den Standort des Fahrzeuges. Anschließend analysiert die Steuereinrichtung die Karte, um basierend auf dem Kartenstandort und Fahrzeugkursparametern einen wahrscheinlichsten Fahrzeugweg vorauszubestimmen. Danach bestimmt die Steuereinrichtung anhand der berechneten Geometriedaten des wahrscheinlichsten Weges die Sollschwenkwinkel der Scheinwerfer und bewirkt gegebenenfalls die Änderung der Schwenkwinkel, dass heißt die Ausrichtung der Scheinwerfer, um den als wahrscheinlichsten Fahrzeugweg bestimmten Straßenverlauf auszuleuchten.
Die derart erzeugte Lichtverteilung weist einen definierten Knickpunkt auf, dessen Position bezüglich des wahrscheinlichsten Weges von der Steuereinrichtung ermittelt wird. Dabei ist die Steuereinrichtung für die Berechnung eines Nominalschwenkwinkels konfiguriert, sodass sich der Knickpunkt in einem vorher festgelegten Abstand zur Mitte der vom Fahrzeug befahrenen Fahrspur befindet.
Zudem berechnet die Steuereinrichtung einen maximalen Schwenkwinkel der Scheinwerfer, der keine Blendung des Gegenverkehrs hervorruft, sodass die Bestimmung des Sollschwenkwinkels auf dem maximalen Schwenkwinkel und dem Nominalschwenkwinkel beruht.
Bei dem in der DE 10 2008 000 769 A1 offenbarten prädiktiv-adaptiven Frontbeleuchtungssystem wird das Licht auf einen sich in konstanter Entfernung vor dem Fahrzeug auf dem Fahrzeugweg befindenden Punkt gesteuert. Dieser Punkt wird aus der geometrischen Beschreibung des unmittelbar bevorstehenden Straßenverlaufs, ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition, ermittelt.
Allerdings besteht die Möglichkeit, dass abhängig vom Höhenprofil der Straßenumgebung und eventueller Hindernisse in Form von Leitplanken, Bebauungen, Bäumen oder Ähnlichem, die aus dem AFS resultierende Lichtverteilung behindert wird. infolge der daraus resultierenden Abschattungen kann keine optimale Straßenausleuchtung erzielt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines prädiktiv-adaptiven Frontbeleuchtungssystems für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, das auch bei veränderlichem Höhenprofil der Straßenumgebung und Hindernissen innerhalb der Straßenumgebung eine optimale Straßenausleuchtung gewährleistet.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines prädiktiv-adaptiven Frontbeleuchtungssystems für ein Fahrzeug, im Weiteren auch als PAFS bezeichnet, gelöst. Das PAFS umfasst dabei einen ersten Scheinwerfer und einen zweiten Scheinwerfer, die dafür konfiguriert sind, zusammenwirkend eine Lichtverteilung zu projizieren. Dabei sind die Scheinwerfer jeweils an einen Schwenkmechanismus zur Änderung eines jeweiligen Schwenkwinkels des Scheinwerfers gekoppelt. Das PAFS weist zudem eine Steuereinrichtung auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren für ein prädiktiv-adaptives Frontbeleuchtungssystem für ein Fahrzeug umfasst die Schritte des Empfangens einer Fahrzeugposition, der Ermittlung eines Kartenstandortes des Fahrzeuges sowie die Bestimmung eines wahrscheinlichsten Weges des Fahrzeuges, wobei die Bestimmung des Weges auf dem Kartenstandort basiert.
Nach einer Konzeption der Erfindung wird auf dem wahrscheinlichsten Fahrweg des Fahrzeuges ein Zielpunkt angeordnet und die Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Zielpunkt adaptiv verändert. Der Zielpunkt ist damit dynamisch. Die Position des Zielpunktes ist variierbar und wird dynamisch angepasst.
Innerhalb des Verfahrens wird ein Sollschwenkwinkel eines Scheinwerfers berechnet, welcher auf dem wahrscheinlichsten Weg des Fahrzeuges basiert. Der Scheinwerfer wird anschließend nach dem berechneten Sollschwenkwinkel geschwenkt.
Die Erfindung beinhaltet damit eine Ansteuerungsstrategie für ein PAFS, bezogen auf einen Einzelpfad unter zu Hilfenahme eines adaptiven dynamischen Zielpunktes.
Die adaptive Veränderung der Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Zielpunkt basiert vorteilhaft auf der Straßengeometrie und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges.
Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Geschwindigkeit der Veränderung der Entfernung zwischen dem Fahrzeug und dem Zielpunkt abhängig von der Straßengeometrie und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges adaptiv verändert. Die Geschwindigkeit der Veränderung der Entfernung ist somit variabel anpassbar.
Der Sollschwenkwinkel und ein Nominalschwenkwinkel eines Scheinwerfers werden bevorzugt derart berechnet, dass sich der Zielpunkt in einem vorher festgelegten Abstand zur Mitte einer Wirtsfahrzeug-Fahrspur befindet. Zudem wird innerhalb des Verfahrens ein maximaler Schwenkwinkel eines Scheinwerfers berechnet, sodass keine Blendung des Gegenverkehrs hervorgerufen wird. Die Berechnung des Sollschwenkwinkels basiert dabei bevorzugt auf dem Nominalschwenkwinkel und dem maximalen Schwenkwinkel.
Außerdem wird der Sollschwenkwinkel vorteilhaft basierend auf einer Krümmung des wahrscheinlichsten Weges berechnet.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der erste und der zweite Scheinwerfer in Kurvendurchfahrtszenarien geschwenkt, wobei die Scheinwerfer innerhalb eines Kurveneinfahrt-Szenarios vor einer Kurve beginnend geschwenkt sowie innerhalb eines Kurvenausfahrt-Szenarios vor Beendigung der Kurvenfahrt des Fahrzeuges, das heißt am Ende einer Kurve, beginnend zurück in eine Geradeaus-Position geschwenkt werden.
Innerhalb eines S-Kurven-Szenarios beginnt das Schwenken der Scheinwerfer vorteilhaft vor dem Sattelpunkt in Richtung der aufkommenden Kurve.
Neben dem Schwenken der Scheinwerfer des PAFS, um ein Blenden des Gegenverkehrs zu vermeiden und die Einsehbarkeit der vorausliegenden, aufkommenden Straße in Kurven sowie an sich an Kurven anschließenden geraden Straßenführungen zu verbessern, ist es besonders vorteilhaft, zusätzlich am Fahrzeug angebrachte Leuchten bevorzugt in Kombination mit der Kurvenbeleuchtung zu- und abzuschalten. Die zusätzlichen Leuchten dienen dabei insbesondere der besseren Ausleuchtung von Seitenbereichen des Fahrzeuges.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird als Zielpunkt ein Knickpunkt einer Lichtverteilung bezüglich des wahrscheinlichsten Weges des Fahrzeuges verwendet. Die Lichtverteilung wird dabei durch das Zusammenwirken eines ersten Scheinwerfers und eines zweiten Scheinwerfers projiziert.
Die erfindungsgemäße Lösung weist diverse Vorteile auf:

– verbesserte Ausleuchtung der Straße und damit erhöhter Fahrkomfort,
– Lichtführung für den Fahrzeugführer – das adaptive Licht zeigt beim Ausleuchten der Straße dem Fahrzeugführer den Weg und
– hohe Sicherheit beim Fahren in der Dunkelheit.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: prädiktiv-adaptives Frontbeleuchtungssystem eines Kraftfahrzeuges,
2a: Kurveneinfahrt-Szenario,
2b: Kurvenausfahrt-Szenario,
2c: S-Kurven-Szenario,
2d: Fahrspurwechsel-Szenario,
3: Wirkung des Schwenkwinkels der Scheinwerfer auf die Lichtverteilung,
4: Blockschaubild eines Verfahrens zur Bestimmung eines Sollschwenkwinkels,
5: grafische Darstellung der Fahrzeugwegkartendaten,
6: Berechnung des Sollschwenkwinkels,
7: Maximalabweichungspunkt für verschiedene Kurven-Szenarios und
8: dynamischer Zielpunkt während einer Kurvendurchfahrt.
1 zeigt ein prädiktiv-adaptives Frontbeleuchtungssystem 1 eines Kraftfahrzeuges. Das PAFS 1 umfasst einen ersten Scheinwerfer 2a, einen zweiten Scheinwerfer 2b, einen ersten Schwenkmechanismus 3a, einen zweiten Schwenkmechanismus 3b und eine Steuereinrichtung 4. Die Steuereinrichtung 4 empfängt Daten von einem der Elemente GPS 5, Giergeschwindigkeitssensor 6, Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 7 sowie einer Kartendatenbank 8. Die Steuereinrichtung 4 ist für die auf der gespeicherten Kartendatenbank 8 und den verschiedenen Daten von GPS 5, Giergeschwindigkeitssensor 6 und/oder Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 7 basierenden Vorausberechnung eines wahrscheinlichsten Fahrzeugweges konfiguriert. Auf der Grundlage des vorausberechneten Weges betätigt die Steuereinrichtung 4 den ersten und den zweiten Schwenkmechanismus 3a, 3b derart, dass diese den ersten und den zweiten Scheinwerfer 2a, 2b zur Beleuchtung des vorausberechneten Fahrzeugweges entsprechend ausrichten. Der erste und der zweite Schwenkmechanismus 3a, 3b können verschieden ausgebildet sein, zum Beispiel als Linearantriebe zur Steuerbewegung, der an einer Seite des Scheinwerfers befestigt ist, wodurch dieser um einen Drehpunkt herum geschwenkt wird, oder als Antrieb zur direkten rotatorischen Ansteuerung. Die Schwenkmechanismen 3a, 3b stellen eine projizierte Position der von den Scheinwerfern 2a, 2b ausgesendeten Lichtverteilung vor dem Fahrzeug ein. Die Einstellung kann in einer Ebene oder in mehreren Ebenen erfolgen.
Unter der Annahme eines einzigen Weges berechnet die Steuereinrichtung 4 den aufkommenden Fahrzeugweg im Voraus, um die Lichtverteilung der Scheinwerfer 2a, 2b optimal zu schwenken. In vielen Szenarien lassen die momentanen Fahrzeugkurs- oder Lenkparameter herkömmlicher Systeme den zukünftigen Fahrzeugweg und/oder die für den Fahrer optimale Lichtverteilung nicht exakt erkennen.
In den in den 2a bis 2d gezeigten Szenarien vermag ein herkömmliches AFS die Scheinwerfer nicht in die für den zukünftigen Fahrzeugweg optimale Position zu schwenken. In 2a ist ein Kurveneinfahrt-Szenario dargestellt. Dabei fährt das Fahrzeug 9 auf einer geraden Straße 10 unmittelbar vor einer Kurve 11. Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel würden dem Anschein nach erkennen lassen, dass der Fahrzeugweg vor dem Fahrzeug 9 einen geraden Verlauf hätte, wie durch Pfeil 12 gekennzeichnet. Ein herkömmliches AFS würde demzufolge den Bereich direkt vor dem Fahrzeug 9 ausleuchten. Dadurch können die Scheinwerfer den Gegenverkehr blenden. Es ist jedoch wünschenswert, die Scheinwerfer 2a, 2b bereits vor der Einfahrt in die Kurve 11 beginnend in die anstehende Fahrtrichtung in Richtung des Pfeils 13 zu schwenken, sodass sich die Einsehbarkeit der vorausliegenden Kurve 11 verbessert und ein Blenden des Gegenverkehrs vermieden wird.
In. 2b ist ein Kurvenausfahrt-Szenario dargestellt, in dem ein Fahrzeug 9 auf einer gekrümmten Straße 14 unmittelbar vor dem Ausgang einer Kurve 15 fährt. Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel lassen erkennen, dass das Fahrzeug 9 momentan einen Bogen mit einem bestimmten Bogenwinkel durchfährt. Ein herkömmliches AFS würde dabei den Bereich direkt vor dem Fahrzeug 9, jedoch um den Bogenwinkel versetzt, ausleuchten, wie durch Pfeil 13 gekennzeichnet. In diesem Szenario ist es jedoch wünschenswert, die Scheinwerfer 2a, 2b vor dem Ende der Ausfahrt aus der Kurve 15 beginnend in die anstehende Fahrtrichtung in Richtung des Pfeils 12, dass heißt in die gerade Position, zurückzuschwenken, sodass sich die Einsehbarkeit des vorausliegenden geraden Straßenabschnitts verbessert und ein Blenden des Gegenverkehrs vermieden wird.
In 2c ist ein S-Kurven-Szenario dargestellt. Das Fahrzeug 9 fährt auf einer Straße 16 durch eine S-Kurve 17. Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel deuten darauf hin, dass das Fahrzeug 9 momentan einen Bogen mit einem bestimmten Bogenwinkel durchfährt. Zudem lässt die Giergeschwindigkeit erkennen, dass das Fahrzeug 9 nach links schwenkt. Ein herkömmliches AFS würde folglich den Bereich direkt vor dem Fahrzeug 9, jedoch nach links um den Bogenwinkel versetzt, ausleuchten, wie durch Pfeil 18 gekennzeichnet. Die Scheinwerfer 2a, 2b würden nicht nur den Gegenverkehr blenden, sondern eine Beleuchtung bieten, die vom Fahrzeug 9 nach links gerichtet ist, während der zukünftige Fahrzeugweg nach rechts weist. Deshalb ist es erstrebenswert, die Scheinwerfer 2a, 2b vor Erreichen des Sattelpunkts der S-Kurve 17 beginnend in die anstehende Fahrtrichtung in Richtung des Pfeils 19 zu schwenken, sodass sich die Einsehbarkeit des vorausliegenden Kurvenabschnittes verbessert und ein Blenden des Gegenverkehrs vermieden wird.
2d zeigt ein Fahrspurwechsel-Szenario. Das AFS hält die Lichtverteilung der Scheinwerfer zu Beginn des Szenarios parallel zur Straße, während das Fahrzeug 9 auf einem geraden Abschnitt der Straße 20 fährt und von einer ersten Fahrspur 21 in eine zweite Fahrspur 22 wechselt. Das Fahrzeuggieren sowie der Lenkradwinkel lassen erkennen, dass das Fahrzeug 9 momentan einen Bogen mit einem bestimmten Bogenwinkel fährt, wie durch Pfeil 23 gekennzeichnet. Der allgemeine Weg des Fahrzeuges 9 führt jedoch geradeaus.
Das herkömmliche AFS kann die zuvor beschriebenen, gewünschten Funktionalitäten allerdings nicht erreichen, da es die momentanen, innerhalb der momentanen Fahrzeugposition eingestellten Lenkradwinkel- und Fahrzeuggeschwindigkeitsmesswerte zur Betätigung der Scheinwerfer 2a, 2b verwendet. Auch bei Filterung der Momentanwertmessung und zur Überwindung etwaiger aus den Fahrspurkorrekturen durch den Fahrer resultierender Instabilitäten der Lenkradwinkelmessung angesetzter Totbereiche, ist die Beleuchtung des Bereiches vor dem Fahrzeug 9 nicht optimal. Filter- und Totbereichsfunktionen mindern die Funktionalität eines herkömmlichen AFS bei den zuvor beschriebenen Straßenszenarien. Außerdem wird die Leistungsfähigkeit eines herkömmlichen AFS durch viele typische Verhaltensweisen, wie beispielsweise einen Fahrspurwechsel, negativ beeinflusst. Es ist sinnvoll, die Scheinwerfer 2a, 2b im Fahrspurwechsel-Szenario nicht in ihrer geradeaus gerichteten Position zu belassen.
3 zeigt in einem Kurveneinfahrt-Szenario eine erste projizierte Lichtverteilung 24 für ein herkömmliches AFS (in diesem Szenario) und eine zweite projizierte Lichtverteilung 26 des PAFS 1. Die erste Lichtverteilung 24 hat einen durch die überlappenden Verteilungen vom ersten und zweiten Scheinwerfer 2a, 2b geformten Knickpunkt 25. Der Knickpunkt 25 ist ein Wendepunkt in der Abblendlichtverteilung und kann einen Beleuchtungsstärkewert von etwa 1 Lux aufweisen. Außerdem kann der Knickpunkt 25 die Stelle in der Abblendlichtverteilung sein, an der sich die Längsachse des Fahrzeuges und die Schnittlinie zwischen der Fern- und der Abblendlichtverteilung kreuzen. Der Knickpunkt 25 ist vorteilhaft in der Mitte des Sollbeleuchtungsgebiets angeordnet. Analog dazu hat die zweite Lichtverteilung 26 einen Knickpunkt 27. Das PAFS 1 schwenkt den Lichtstrahl der Scheinwerfer 2a, 2b um einen Winkel ϕ, sodass sich der Knickpunkt 27 der Lichtverteilung 26 in der Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur befindet, das heißt der Fahrspur, die von dem mit dem PAFS 1 ausgestatteten Fahrzeug 9 befahren wird. Das PAFS 1 verwendet dabei einen Algorithmus, der die aufkommenden Wegdaten, wie zum Beispiel Krümmungsdaten, entlang des im Voraus ermittelten Fahrzeugweges berechnet. Das PAFS 1 ist derart konfiguriert, dass optimale Sichtverhältnisse für die Fahrt auf der Wirtsfahrzeug-Fahrspur unter der Bedingung erreicht werden, dass das Blenden des Gegenverkehrs bestmöglich minimiert wird.
Bedauerlicherweise haben Kurven in Straßen keine konstante Krümmung. Im Ergebnis kann das Schwenken einer Scheinwerferlichtverteilung konstanter Form, zwecks optimaler Überdeckung der Wirtsfahrzeug-Fahrspur, ohne Blendung des Gegenverkehrs oder Verbesserung der Sichtverhältnisse auf einem Teil der Fahrspur auf Kosten des anderen Teils, ein Problem bedeuten. Außerdem kann die Geometrie einiger Straßen besondere Schwierigkeiten mit sich bringen. Beispielsweise ändert sich bei einer S-Kurven-Straßengeometrie das Vorzeichen beziehungsweise die Richtung der Krümmung über eine kurze Distanz rasch. Ähnliche Schwierigkeiten treten auf, wenn das Fahrzeug die Fahrspuren wechselt.
4 stellt ein Blockschaubild dar, das erfindungsgemäß von der Steuereinrichtung 4 zur Ansteuerung der Schwenkmechanismen 3a, 3b der Schweinwerfer 2a, 2b verwendet wird. In Block 28 wird die GPS-Position aus Block 29 um den Messwert der Giergeschwindigkeit aus Block 30 und den Messwert der Fahrzeuggeschwindigkeit aus Block 31 ergänzt. Die GPS-Position, die Giergeschwindigkeit und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit werden zur Berechnung der Fahrzeugposition 32 in einem globalen Koordinatensystem verwendet. Mit Hilfe der Kartendatenbank 33 erkennt der Kartenabgleich-Algorithmus 34 die berechnete Fahrzeugposition 35 auf einer Karte. Der Wegprognose-Algorithmus 36 analysiert die Karte bezüglich der berechneten Position und der Richtung der Fahrzeugbewegung. Der Wegprognose-Algorithmus 36 berechnet die Kandidatenliste der voraussichtlich geplanten Fahrtwege. Aus der Liste ermittelt der Wegprognose-Algorithmus 36, in Verbindung mit einer Vertrauensbewertung jedes Fahrtweges aus der Liste, den wahrscheinlichsten Weg. Ist der wahrscheinlichste Weg ermittelt, berechnet der Wegprognose-Algorithmus 36 die Krümmung des wahrscheinlichsten Weges. Die Wegdaten 37, einschließlich der sich ergebenden Krümmungswerte, werden dem PAFS-Algorithmus 38 bereitgestellt. Der PAFS-Algorithmus 38 verwendet die berechneten Wegdaten 37 zur Bestimmung des Sollschwenkwinkels 39 für jeden Scheinwerfer 2a, 2b. Die Sollschwenkwinkel 39 werden jeweils den Schwenkmechanismen 3a, 3b bereitgestellt, wie durch Block 40 gekennzeichnet.
5 zeigt eine geometrische Darstellung der im Voraus berechneten Wegdaten 37. Die geometrische Darstellung in der Kartendatenbank 33 basiert auf Knotenpunkten 41 und Formpunkten 42. Jeder Straßenabschnitt auf der Karte beginnt und endet mit einem Knotenpunkt 41. Die Formpunkte 42 sind wegen der Erfassung der Straßenabschnittsgeometrie zwischen den Knotenpunkten 41 angeordnet. Der Wegprognose-Algorithmus 36 ermittelt den wahrscheinlichsten Fahrtweg und berechnet die Krümmung an jedem der Formpunkte 42 und Knotenpunkte 41 innerhalb des Bereichs der Vorausschauentfernung 43. Der Wegprognose-Algorithmus 36 berechnet außerdem, basierend auf einem Straßenmodell, die Krümmung zwischen den Formpunkten 42. In 5 überspannen beispielsweise zwanzig Krümmungspunkte 44 die Vorausschauentfernung 43, und die bei jedem Krümmungspunkt 44 von der Fahrzeugposition 45 zum Krümmungspunkt 44 gemessenen zugehörigen Entfernungen werden dem PAFS-Algorithmus 38 bereitgestellt. Der PAFS-Algorithmus 38 verwendet einige der zwanzig Krümmungspunkte 44 und Entfernungswerte zur Bestimmung des optimalen Schwenkwinkels 39 der Scheinwerfer. Die Anzahl der Krümmungspunkte 44 innerhalb der Darstellung ist je nach Bedarf veränderbar.
Der Wegprognose-Algorithmus 36 stellt neben den beispielsweise zwanzig Krümmungspunkten 44 entlang der Vorausschauentfernung 43 zusätzlich auch andere Daten bereit, wie beispielsweise die entsprechende geometrische Entfernung, die Fahrstreckenentfernung, die Koordinatenposition und den, beispielsweise von Norden aus gemessenen, Fahrzeugkurswinkel.
In einer optimalen Konstruktion ist die Lichtverteilung 26 verformbar, um der Straßengeometrie zu folgen. In vielen Implementierungen reicht jedoch der für ein Formen der Lichtverteilung 26 gegebene Freiheitsgrad nicht aus, um eine solche Verformung zu erreichen, sodass einige Lösungen nicht optimal sind. Ein Ansatz zur Lösung basiert auf dem Platzieren des in 2 dargestellten Knickpunkts 27 in einem Solllateralabstand zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur, der jedoch der Einschränkung unterliegt, die Blendung zu minimieren und die Sichtverhältnisse auf der Wirtsfahrzeug-Fahrspur gleichmäßig zu verteilen.
Die mindestens auszuführenden Schritte bei Betrieb eines Ein-Fahrweg-PAFS umfassen nunmehr:

1. Berechnung des Nominalschwenkwinkels ϕ, durch den der Knickpunkt 27 in einem Lateralabstand D zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur angeordnet wird,
2. Berechnung des maximalen Schwenkwinkels, ausgelegt ohne den Gegenverkehr zu blenden oder die Verteilung der Sichtverhältnisse negativ zu beeinflussen,
3. Berechnung des Sollschwenkwinkels 39 als das Minimum des Nominalschwenkwinkels ϕ und des maximalen Schwenkwinkels im absoluten Sinn oder eines gewichteten Mittelwerts aus Nominalschwenkwinkel ϕ und maximalem Schwenkwinkel.

Die Berechnung des Winkels ϕ basiert auf den Krümmungs- und Entfernungsdaten. Wie in 6 gezeigt, erstreckt sich die Lichtverteilung 26 über einen Straßenabschnitt mit nicht konstantem Krümmungsradius. Obwohl der Wegprognose-Algorithmus 36 das Krümmungsverhalten zwischen dem Bereich 46 und dem Bereich 47 ausführlich beschreibt, wird angenommen, dass sich die Krümmung zwischen dem Bereich 46 und dem Bereich 47 linear ändert.
Soll der Knickpunkt 27 in einem Lateralabstand D, das heißt nach links zur Mitte der Straße platziert werden, kann der Winkel ϕ näherungsweise zum Kurswinkel des Fahrzeuges hinsichtlich der Straße, der geometrischen Entfernung l zwischen dem Fahrzeug 9 und dem Knickpunkt 27 sowie der Krümmung der Straße in Beziehung gesetzt werden. D stellt einen vorher festgelegten Lateralabstand zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur dar.
Die Berechnung des Kurswinkels befähigt den PAFS-Algorithmus 38 zur Fahrverhaltenskompensation, wie beispielsweise bei der Durchführung eines Fahrspurwechsels. Mit Hilfe eines herkömmlichen AFS würde die Schwenkrichtung der Lichtverteilung 26 der Scheinwerfer 2a, 2b dem Lenkwinkel folgen, sodass der Gegenverkehr geblendet sowie die Einsehbarkeit der aufkommenden Straße verringert würden.
D repräsentiert eine Schutzzone gegen mangelhafte Genauigkeit der Krümmungswerte. Im Linkskurven-Szenario ist es beispielsweise erstrebenswert, den Lateralabstand D so zu definieren, dass der Knickpunkt 27 im Außenbereich der Kurve, rechts von der Fahrspurmitte platziert ist. Dadurch wird die Blendwirkung infolge etwaiger Fehler in den Krümmungswerten minimiert.
Zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Sichtverhältnisse entlang des Fahrtweges und zur Vermeidung von Blendung des Gegenverkehrs wird der maximale Schwenkwinkel berechnet. Um jedoch zu garantieren, dass die Gleichmäßigkeit der Sichtverhältnisse nicht negativ beeinflusst wird und das Blenden unter Kontrolle bleibt, wird der folgende Ansatz verwendet.
Die Steuereinrichtung 4 ermittelt den Krümmungspunkt zwischen dem Bereich 46 und dem Bereich 47, bei dem die die Lichtverteilung 26 mit der Lichtverteilungsmittellinie 48 in gleiche Teile teilende Senkrechte ihre maximale Lateralabweichung 49 von der Mitte der Straße 50 aufweist, wie in den 7a bis 7d dargestellt.
Wie aus den 7a bis 7d hervorgeht, liegt der Punkt der Maximalabweichung 51 immer näher zum Maximum der Krümmungen beim Bereich 46 und Bereich 47, wenn beide Krümmungen dasselbe Vorzeichen haben. Deshalb wird der Punkt der Maximalabweichung 51 derart angenähert, dass er bei einer Entfernung l liegt.
In 8 wird die erfindungsgemäße prädiktiv-adaptive Frontbeleuchtung 1 bezogen auf einen Einzelpfad MLP unter zu Hilfenahme eines adaptiven dynamischen Zielpunktes 53 gezeigt.
Das Fahrzeug 9 befindet sich auf einer geraden Straße 10 unmittelbar vor dem Eingang einer Kurve 15. Wie in 6 beschrieben, basiert die Berechnung des Winkels ϕ auf Krümmungs- und Entfernungsdaten der Straße 16 beziehungsweises des wahrscheinlichsten Fahrweges MLP des Fahrzeuges 9. Bei bekannten PAFS wird dabei die geometrische Entfernung l zum Zielpunkt 52 als konstanter Wert l_kon vorgegeben, wobei der Wert l_kon im Bereich von 60 m bis 70 m liegt und bevorzugt mit 65 m angenommen wird. Aus diesem Grund wird der Zielpunkt 52 auch als konstanter Zielpunkt 52 beziehungsweise konstanter Knickpunkt 52 der Lichtverteilung des Fahrzeuges 9 bezeichnet.
Erfindungsgemäß wird nunmehr, ähnlich der Sichtweite des Fahrers des Fahrzeuges 9, die Entfernung l zum Zielpunkt 53 für die Ausleuchtung der Straße 16 adaptiv verändert. Die Entfernung l_dyn zum dynamischen Zielpunkt 53 wird abhängig von der Straßengeometrie und der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit variiert.
Nähert sich das Fahrzeug 9 einer Kurve 15 mit sehr hoher Kurvigkeit, das heißt einem kleinen Radius, wird die Entfernung l_dyn zwischen dem Fahrzeug 9 und dem Zielpunkt 53 bis auf eine minimale Entfernung reduziert. Beim Verlassen des kurvigen Bereichs der Straße 16 erhöht sich die Entfernung l_dyn des Zielpunktes 53 bis auf einen Maximalwert.
Abhängig von der aktuellen Kurvigkeit am Zielpunkt 53, das heißt der Straßengeometrie, und der Fahrzeuggeschwindigkeit wird zudem die Geschwindigkeit der Veränderung der Entfernung l_dyn variabel angepasst und damit verändert. Durch die unterschiedliche Erscheinung in Bezug auf die Ausleuchtungsmöglichkeiten von Links- und Rechtskurven oder S-Kurven 17 und zudem des Hinein- und Herausfahrens in und aus den Kurven sind alle Entfernungsanpassungen individuell einstellbar.
Je nach der vorausliegenden Straßengeometrie beziehungsweise der Kurvigkeit am Zielpunkt 53 und der Fahrzeuggeschwindigkeit unterliegt die Position des Zielpunktes 53 im definierten Bereich 54 einer dynamischen Anpassung 55. Die Position des dynamischen Zielpunktes 53 ist adaptiv variierbar.
Bezugszeichenliste

1: Prädiktiv-adaptives Frontbeleuchtungssystem, PAFS
2a, 2b: Scheinwerfer
3a, 3b: Schwenkmechanismus
4: Steuereinrichtung
5: GPS (global positioning system), globales Navigationssatellitensystem
6: Giergeschwindigkeitssensor
7: Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
8: Kartendatenbank
9: Fahrzeug
10: gerade Straße
11: Kurve
12, 13: Pfeil
14: gekrümmte Straße
15: Kurve
16: Straße
17: S-Kurve
18, 19: Pfeil
20: Straße
21, 22: Fahrspur
23: Pfeil
24, 26: Lichtverteilung
25, 27: Knickpunkt
28–31: Block
32: Fahrzeugposition
33: Kartendatenbank
34: Kartenabgleich-Algorithmus
35: Fahrzeugposition
36: Wegprognose-Algorithmus
37: Wegdaten
38: PAFS-Algorithmus
39: Schwenkwinkel, Sollschwenkwinkel
40: Block
41: Knotenpunkt
42: Formpunkte
43: Vorausschauentfernung
44: Krümmungspunkt
45: Fahrzeugposition
46, 47: Bereich
48: Lichtverteilungsmittellinie
49: maximale Lateralabweichung
50: Straße
51: Punkt der Maximalabweichung
52: konstanter Zielpunkt/konstanter Knickpunkt
53: dynamischer Zielpunkt/dynamischer Knickpunkt
54: Bereich
55: dynamische Anpassung
ϕ: Winkel, Nominalschwenkwinkel
D: Lateralabstand
l: Entfernung vom Fahrzeug 9 zum Knickpunkt 27
MLP: (Most Likely Path) – wahrscheinlichster Weg/Einzelpfad
l_kon: konstanter Wert der Entfernung l
l_dyn: dynamischer Wert der Entfernung l, Entfernung zum dynamischen Zielpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008000769 A1 [0007, 0011]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines prädiktiv-adaptiven Frontbeleuchtungssystems für ein Fahrzeug (9) mit Scheinwerfern (2a, 2b) und einer Steuereinrichtung (4), umfassend die Schritte: – Empfangen einer Fahrzeugposition (35), – Ermittlung eines Kartenstandortes des Fahrzeuges (9), – auf dem Kartenstandort basierende Bestimmung eines wahrscheinlichsten Weges des Fahrzeuges (9), – Anordnen eines Zielpunktes auf dem wahrscheinlichsten Fahrweg des Fahrzeuges (9), – adaptives Verändern der Entfernung (l) zwischen dem Fahrzeug (9) und dem Zielpunkt, – auf dem wahrscheinlichsten Weg des Fahrzeuges (9) basierende Berechnung eines Sollschwenkwinkels (39) des Scheinwerfers (2a, 2b) und – Schwenken des Scheinwerfers (2a, 2b) nach dem Sollschwenkwinkel (39).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das adaptive Verändern der Entfernung (l) zwischen dem Fahrzeug (9) und dem Zielpunkt auf der Straßengeometrie und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges (9) basiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Veränderns der Entfernung (l) zwischen dem Fahrzeug (9) und dem Zielpunkt abhängig von der Straßengeometrie und der Geschwindigkeit des Fahrzeuges (9) adaptiv verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass – der Sollschwenkwinkel (39) derart berechnet wird, dass sich der Zielpunkt in einem vorher festgelegten Abstand zur Mitte einer Wirtsfahrzeug-Fahrspur befindet, – ein Nominalschwenkwinkel ϕ des Scheinwerfers (2a, 2b) derart berechnet wird, dass sich der Zielpunkt in einem vorher festgelegten Abstand zur Mitte der Wirtsfahrzeug-Fahrspur befindet, und – ein maximaler Schwenkwinkel des Scheinwerfers (2a, 2b) derart berechnet wird, dass keine Blendung des Gegenverkehrs hervorgerufen wird, wobei die Berechnung des Sollschwenkwinkels (39) auf dem Nominalschwenkwinkel ϕ und dem maximalen Schwenkwinkel basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Zielpunkt ein Knickpunkt (27) einer Lichtverteilung (26) verwendet wird, wobei die Lichtverteilung (26) durch das Zusammenwirken eines ersten Scheinwerfers (2a) und eines zweiten Scheinwerfers (2b) projiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollschwenkwinkel (39) basierend auf einer Krümmung des wahrscheinlichsten Weges berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kurveneinfahrt-Szenario das Schwenken des ersten und des zweiten Scheinwerfers (2a, 2b) vor einer Kurve (11) beginnt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kurvenausfahrt-Szenario das Schwenken des ersten und des zweiten Scheinwerfers (2a, 2b) zurück in eine Geradeaus-Position vor Beendigung der Kurvenfahrt des Fahrzeuges (9) beginnt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem S-Kurven-Szenario das Schwenken des ersten und des zweiten Scheinwerfers (2a, 2b) vor dem Sattelpunkt in Richtung der aufkommenden Kurve (17) beginnt.