DE102013203925B4 - Steuersystem für Fahrzeugscheinwerfer - Google Patents

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Abstract

Steuersystem für Scheinwerfern (360, 370) an einem Fahrzeug (350) mit einer PMD-Kamera (1), die derart angeordnet ist, dass zumindest ein Kopfbereich eines Fahrers (230) des Fahrzeugs (350) erfassbar ist, mit mindestens einem Umfeldsensor (500) zur Erfassung von Objekten (40) in einer Umgebung des Fahrzeugs (350), mit Scheinwerfern (360, 370) oder Lichteinheiten zur Beleuchtung unterschiedlicher Beleuchtungsbereiche (400), dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (100) mit der PMD-Kamera (1), dem mindestens einen Umfeldsensor (500) und den Scheinwerfer (360, 370) verbunden ist, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass anhand des erfassten Kopfbereiches eine Blickrichtung (260) des Fahrers (230) und in dieser Blickrichtung (260) liegende Objekte (40) ermittelt werden, und dass die Scheinwerfer (360, 370) derart angesteuert werden, dass ein Beleuchtungsbereich (400) aufgespannt wird, der die in Blickrichtung (260) liegenden Objekte (40) beleuchtet.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Steuersystem für Fahrzeugscheinwerfer, das einen durch die Scheinwerfer aufgespannten Beleuchtungsbereich blickrichtungsabhängig steuert.
  • Aus der DE 10 2005 036 002 A1 ist bereits ein Verfahren zur Steuerung einer Beleuchtungseinrichtung bekannt, bei dem in Abhängigkeit einer Blickrichtung des Fahrers mindestens ein Parameter eines einstellbaren und verstellbaren Scheinwerfers eingestellt wird. Über eine Verarbeitungseinrichtung werden die Form, der Fokus und die Lichtintensität der Scheinwerfer eingestellt. Die Scheinwerfer werden derart gesteuert, dass diejenigen Bereiche, die jeweils in der momentanen Blickrichtung der Bedienperson liegen, beleuchtet werden. Hierbei sind bestimmte Bereiche des Blickfelds der Bedienperson ausgenommen um beispielsweise den Gegenverkehr vor ungünstigen Lichteinstellungen zu schützen. Die Einstellung oder Verstellung der Scheinwerfer in einer bestimmten Blickrichtung erfolgt erst dann, wenn die Blickrichtung für eine bestimmte Mindestzeit innerhalb eines bestimmten Raumwinkels verblieben ist.
  • Aus der DE 10 2009 048 619 A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrlichts eines Fahrzeugs bekannt, bei dem bei einer Kollisionsgefahr mit einem Objekt eine Sonderfunktion des Fahrlichts aktiviert wird. Hierzu sind mehrere Lichtquellen am Fahrzeug so ausgestaltet, dass das mögliche Kollisionsobjekt mit einem Blink- und Blitzlicht angestrahlt wird, um den Fahrer auf dieses Objekt aufmerksam zu machen. In einer besonderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass eine Blickrichtung des Fahrers erfasst und das Blink- und Blitzlicht nur ausgesendet wird, wenn die Blickrichtung des Fahrers nicht in Richtung des möglichen Kollisionsobjekts zeigt.
  • Die DE 10 2011 089 195 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Erfassung von Gegenständen und insbesondere Personen und von diesen ausgeführten Gesten in einem Fahrzeug, mit Hilfe einer 3D-Kamera, beispielsweise eine Stereo- oder TOF-Kamera. Ferner ist eine Erfassungseinheit derart ausgestaltet, dass ausgehend von einer erfassten Kopfbewegung des Fahrers u.a. eine Ablenkung des Fahrers vom aktuellen Verkehrsgeschehen erfasst werden kann.
  • Hinsichtlich der Gestaltung von Scheinwerfern ist aus der DE 198 43 817 A1 eine Scheinwerfereinheit für Kraftfahrzeuge bekannt, die zur Erzeugung eines Abblendlichtes, eines Fernlichts und eines Kurvenlichts mit mindestens zwei Lichteinheiten ausgebildet ist.
  • Aus der DE 103 42 927 A1 ist ein Verfahren zur Optimierung eines Fahrzeuglichtes bekannt, bei dem die Lichtverteilung eines Abblendlichtes und/oder Kurvenlichts in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgt.
  • Aus der DE 10 2007 001 266 A1 sind ferner Head-up-displays bekannt, die einen optischen Sensor mit einer Infrarotlichtquelle aufweisen, und auf Grundlage der Bildinformationen des optischen Sensors Gesten der wahrgenommenen Person erkennen.
  • Aus der EP 1 284 432 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bedienung eines Fahrerunterstützungssystems bekannt, bei dem über das Head-up-display dargebotene Menüoptionen allein durch die Blickrichtung und Augenposition des Fahrers ausgewählt werden können. Zur Erfassung der Blickrichtung ist im Innenspiegel des Fahrzeugs eine Kamera angeordnet.
  • Im Hinblick auf Umfeldsensoren sind vorzugsweise Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kameras und hier insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u.a. in den Anmeldungen EP 1 777 747 A1 , US 6 587 186 B2 und auch DE 197 04 496 A1 beschrieben und beispielsweise von der Firma ‚ifm electronic gmbh’ als Frame-Grabber O3D zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können.
  • Aufgabe der Erfindung ist, die Lichtverteilung eines Fahrzeuglichts situationsabhängig zu steuern.
  • Vorteilhaft ist ein Steuersystem für Scheinwerfern an einem Fahrzeug vorgesehen, mit einer PMD-Kamera, die derart angeordnet ist, dass zumindest ein Kopfbereich eines Fahrers des Fahrzeugs erfassbar ist, mit mindestens einem Umfeldsensor zur Erfassung von Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs, mit Scheinwerfern oder Lichteinheiten zur Beleuchtung unterschiedlicher Beleuchtungsbereiche, mit einem Steuergerät, das mit der PMD-Kamera, dem mindestens einen Umfeldsensor und den Scheinwerfern verbunden ist, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass anhand des erfassten Kopfbereiches eine Blickrichtung des Fahrers ermittelt wird, und dass die Scheinwerfer derart angesteuert werden, dass ein Beleuchtungsbereich aufgespannt wird, der die in Blickrichtung erfassten Objekte beleuchtet.
  • Bevorzugt ist die PMD-Lichtquelle ein integraler Bestandteil der Projektionslichtquelle des Informationsanzeigesystems. Durch dieses Vorgehen ist es möglich in einfacher Art und Weise ein Beleuchtungspanel bereitzustellen, das unterschiedliche Systeme mit funktionsadäquatem Licht versorgt.
  • Besonders praktisch ist es, die PMD-Kamera bzw. die PMD-Lichtquelle und den PMD-Sensor in einem Gehäuse des Informationsanzeigesystems anzuordnen.
  • Vorteilhaft ist auch möglich die PMD-Kamera im Bereich des Fahrzeugscockpits angeordnet. Aufgrund der Trennung von Kamera und Beleuchtung ist es möglich, die PMD-Kamera in einer sehr kleinen Bauform zu realisieren und an geeigneten Positionen im Fahrgastraum zu platzieren.
  • Bevorzugt ist der Erfassungsbereich der PMD-Kamera derart ausgelegt, dass sowohl eine virtuelle Eingabezone des Informationsanzeigesystems als zumindest auch der Kopf des Fahrers erfasst wird. Vorzugsweise wird neben der Kopfposition auch die Augenposition des Fahrers erfasst. Durch dieses Vorgehen werden nicht nur die Eingaben des Fahrers, sondern auch die Aufmerksamkeit bzw. der Wachzustand des Fahrers überwacht. Darüber hinaus kann durch die bekannte Kopf und/oder Augenposition auch die Darstellung der Informationsanzeige optimiert werden, insbesondere bei autostereoskopischen Projektionen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 das schematisch grundlegende Prinzip eines PMD-Kamerasystems,
  • 2 eine Anordnung einer PMD-Kamera in einem Fahrzeuginnenraum,
  • 3 mögliche blickrichtungsabhängige Ausleuchtungsbereiche,
  • 4 eine Kombination von Blickrichtung- und Objekterkennung,
  • 5 eine Seitenansicht eines Cockpits mit einem erfindungsgemäßen Informationsanzeigesystems,
  • 6 eine Seitenansicht eines Cockpits mit einer PMD-HUD-Kombination,
  • 7 schematisch eine Variante einer PMD-HUD-Kombination,
  • 8 schematisch eine Projektionslichtquelle.
  • 1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 bekannt ist.
  • Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtung bzw. PMD-Lichtquelle 12 und einer Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitfotosensor 22. Der Lichtlaufzeitfotosensor 22 bzw. Lichtlaufzeitsensor 22 weist ein Pixel-Array auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 ist vorzugsweise als Reflektor ausgebildet.
  • Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle 12 und der Lichtlaufzeitfotosensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einer bestimmten Modulationsfrequenz M(p1) mit einer ersten Phasenlage p1 beaufschlagt. Entsprechend der Modulationsfrequenz sendet die Lichtquelle 12 ein amplitudenmoduliertes Signal S(p1) mit der ersten Phaselage p1 aus. Dieses Signal bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben mit einer zweiten Phasenlage p2 als Empfangssignal S(p2) auf den Lichtlaufzeitfotosensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal M(p1) mit dem empfangenen Signal S(p2), gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrzeuginnenraumes. Im oberen Bereich einer Windschutzscheibe 300 ist ein Rückspielgel 310 sowie eine Lichtlaufzeitkamera 1, insbesondere PMD-Kamera, angeordnet. Die Kamera 1 ist so ausgerichtet, dass zumindest der Oberkörper eines Fahrers 230 erfasst werden kann. Ferner ist ein Steuergerät 100 vorgesehen, das mit der PMD-Kamera 1, mit mindestens einem Umfeldsensor 500 und Scheinwerfern 360 des Fahrzeugs verbunden ist. Das Steuergerät 100 ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass ausgehend von der über die PMD-Kamera 1 erfassten Kopf- und Augenposition eine Blickrichtung 260 des Fahrers 230 ermittelt werden kann.
  • 3 zeigt das erfindungsgemäße Vorgehen anhand einer typischen Straßenszene. Das Fahrzeug 350 weist zwei Frontscheinwerfer 360 und zwei in den Seitenspiegeln eingebauten Seitenscheinwerfer 370 auf. Ferner sind im Frontbereich des Fahrzeugs 350 und in den Seitenspiegeln Umfeldsensoren 500 zur Erfassung der Umgebung des Fahrzeugs 350 angeordnet. Als Umfeldsensoren 500 kommen beispielsweise Radar- oder Ultraschallsensoren, Videokameras, Lichtlaufzeitkameras, insbesondere PMD-Kameras einzeln und in Kombination sowie in unterschiedlichen Anordnungen in Betracht. Die Umfeldsensoren 500 können insbesondere für die Objekterkennung in der Umgebung des Fahrzeugs 350 verwendet werden.
  • Ferner sind beispielhaft drei Ausleuchtungsbereiche 400.1, 400.2, 400.3 dargestellt, die in Abhängigkeit der Blickrichtung 260 des Fahrers aktiv geschaltet werden können. Im dargestellten Fall blickt der Fahrer in Richtung eines Verkehrsschildes 45. Das Scheinwerfersteuergerät 100 ist nun so ausgebildet, dass in Abhängigkeit der Blickrichtung 260 des Fahrers und der in dieser Richtung erkannten Objekte 40 die Szene optimal ausgeleuchtet wird.
  • Blickt der Fahrer beispielsweise in die eingezeichnete Straßenmündung, so kann der Mündungsbereich sowohl durch eine Lichteinheit des Frontscheinwerfers 360 als auch mit dem Seitenscheinwerfer 370 beleuchtet werden. Durch die Umfeldsensoren 500 wird die Größe der einmündenden Straße erkannt, so dass die Scheinwerfer vorzugsweise so eingestellt werden können, dass der gesamte Einmündungsbereich beleuchtet werden kann. Wird darüber hinaus in diesem Bereich ein singuläres Objekt erkannt, beispielsweise ein Fußgänger, und richtet sich der Blick des Fahrers auf dieses Objekt, so kann dieser Bereich gegebenenfalls mit einer höheren Intensität beleuchtet werden.
  • Die Scheinwerfer 360 weisen zur Generierung unterschiedlicher Lichtkeulen mindestens zwei Lichteinheiten auf, die unabhängig voneinander gesteuert werden können. Eine erste Lichteinheit ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die gesetzlich vorgeschriebenen Lichtverteilungen eingehalten werden, während die zweite Lichteinheit oder weitere Lichteinheiten für eine individuelle und insbesondere blickrichtungsabhängige Lichtverteilung genutzt werden können. Derartige Lichtsysteme sind beispielsweise aus der genannten DE 198 43 817 A1 bekannt.
  • Ferner gibt es Bereiche, die aus sicherheitsrelevanten Gründen nicht zusätzlich beleuchtet werden dürfen. So zeigt 3 ein entgegenkommendes Fahrzeug 351, das von den Umfeldsensoren 500 erfasst wird. Um eine Blendung dieses Fahrzeugs 351 zu vermeiden, wird eine Zuschaltung eines Hilflichtes in diese Richtung unterdrückt.
  • 4 zeigt einen Straßenverlauf mit zwei Verkehrsschildern 45, die als ein erstes und zweites Objekt 40.1, 40.2 durch die Umfeldsensoren erkannt werden. Im dargestellten Fall fokussiert der Fahrer das erste Objekt 40.1, so dass die Lichtsteuerung die Lichtverteilung 400.1 auf dieses in Blickrichtung 260 liegende erste Objekt 40.1 ausrichtet. Die Fahrbahn und auch das zweite Objekt werden standardmäßig durch die übliche Abblendlichtkeule 450 beleuchtet.
  • Je nach erfasstem Objekt 40, kann die Lichtkeule 400.1 in der Intensität, Breite aber auch in der Höhe zur besseren Beleuchtung des Objekts 40 beeinflusst werden
  • 5 zeigt einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs und skizzenhaft einen Querschnitt durch ein Fahrzeugcockpit 210 und eine Variante für die Anordnung eines PMD-Kamerasystems. Auf bzw. im Fahrzeugcockpit 210 sind ein PMD-Kamerasystem und ein Head-up-display 120 angeordnet. Das Head-up-display 120 projiziert auf die Windschutzscheibe 300 ein Bild in einen Projektionsbereich 125 und ist zusätzlich mit einer PMD-Beleuchtung 12, 10 zur Ausleuchtung des Kopfbereiches des Fahrers 230 ausgebildet.
  • Im dargestellten Fall werden vom Head-up-Display auf die Projektionsfläche 125 virtuelle Eingabefelder 130 projiziert. Der Fahrer 230 gewinnt den Eindruck, dass sich diese Eingabefelder 130 über dem Lenkrad 210 schwebend befinden. Dieser Eindruck kann insbesondere durch eine autostereoskopische Projektion zusätzlich verstärkt werden. Die im Cockpit angeordnete PMD-Kamera 20 ist in Richtung des Fahrers 230 ausgerichtet und überwacht sowohl den Kopf des Fahrers als auch die virtuelle Eingabezone 130 oberhalb des Lenkrades 220. Eine Auswerteeinheit der PMD-Kamera bzw. des Informationsanzeigesystems 120 ist derart ausgestaltet, dass nur in einem wohldefinierten Raumbereich, der virtuellen Eingabezone 130 Gesten bzw. Handpositionen als gültige Eingabe erfasst werden.
  • Blickrichtungen des Fahrers, die in Richtung des Head-up-Displays bzw. deren virtuelle Eingabezone zeigen werden selbstverständlich nicht für die Lichtausrichtung berücksichtigt.
  • 6 zeigt eine Variante bei der die PMD-Kamera bzw. das Kamerasystem 1 integraler Bestandteil des Infomationsanzeigesystems 120 bzw. des Head-up-displays ist. Hierbei kann beispielsweise der PMD-Sensor 22 mitsamt seiner PMD-Lichtquelle 12 auf einer Ebene mit der Projektionslichtquelle 121 des HUD angeordnet sein, wobei sowohl der Projektionslichtquelle 121 als auch das PMD-Kamerasystem 1 über eine gemeinsame Optik 123 Licht sendet und empfängt.
  • 7 zeigt eine weitere mögliche Variante der Kombination eines PMD-Kamerasystems 1 mit einer Projektionslichtquelle 121 über einen Strahlteiler 124. Im dargestellten Fall sendet und empfängt das PMD-Kamerasystem 1 Licht über Reflektion am Strahlteiler 124, während die Projektionslichtquelle 121 den Strahlteiler 124 durchleuchtet.
  • In einer weiteren nicht gezeigten Ausführung umfasst die Projektionslichtquelle 121 auch die PMD-Lichtquelle 12.
  • 8 zeigt eine mögliche gemeinsame Anordnung des PMD-Kamerasystems 1 mit Projektionslichtquelle 121 auf einer gemeinsamen Ebene. Im dargestellten Beispiel ist der PMD-Sensor 22 in einem mittleren Bereich der Projektionslichtquelle 121 sowie der PMD-Lichtquelle 12 eingebettet. Beispielsweise kann die Projektionslichtquelle 121 als LED-Matrix aufgebaut sein. Ein Teil der LED-Matrix bzw. einzelne LEDs können insbesondere auch als Infrarot-LEDs ausgebildet sein und somit für die PMD-Lichtquelle 12 zur Verfügung stehen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Projektionslichtquelle 121 sowohl Informationen an den Fahrer übermitteln kann als auch in einem für den Fahrer 230 nicht sichtbaren Spektrum als PMD-Lichtquelle 12 für den PMD-Sensor 22 dienen kann.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann der PMD-Sensor 22 zur Verbesserung der optischen Abbildung ein zusätzlich zur gemeinsamen Optik 123 eine eigene Linse bzw. Linsenssystem 25 aufweisen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    PMD-Kamerasystem
    10
    Sendeeinheit, Beleuchtungsmodul
    12
    PMD-Lichtquelle
    15
    Strahlformungsoptik
    20
    PMD-Kamera
    22
    PMD-Sensor
    25
    Empfangsoptik
    40, 40.1, 40.2
    Objekt
    45
    Straßenschild
    120
    Informationsanzeigesystem, Head-up-display,
    121
    Projektionslichtquelle
    123
    HUD-Optik
    124
    Strahlteiler
    125
    Projektionsbereich,
    128
    Informationseinblendungen,
    130
    virtuelle Eingabezone,
    131
    virtuelle Eingabefelder,
    210
    Cockpit,
    215
    Cockpit-Instrumente
    220
    Lenkrad,
    230
    Fahrer
    300
    Windschutzscheibe,
    310
    Rückspiegel
    350
    Fahrzeug
    360
    Scheinwerfer
    370
    Seitenlicht
    500
    Umfeldsensor

Claims (6)

  1. Steuersystem für Scheinwerfern (360, 370) an einem Fahrzeug (350) mit einer PMD-Kamera (1), die derart angeordnet ist, dass zumindest ein Kopfbereich eines Fahrers (230) des Fahrzeugs (350) erfassbar ist, mit mindestens einem Umfeldsensor (500) zur Erfassung von Objekten (40) in einer Umgebung des Fahrzeugs (350), mit Scheinwerfern (360, 370) oder Lichteinheiten zur Beleuchtung unterschiedlicher Beleuchtungsbereiche (400), dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (100) mit der PMD-Kamera (1), dem mindestens einen Umfeldsensor (500) und den Scheinwerfer (360, 370) verbunden ist, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass anhand des erfassten Kopfbereiches eine Blickrichtung (260) des Fahrers (230) und in dieser Blickrichtung (260) liegende Objekte (40) ermittelt werden, und dass die Scheinwerfer (360, 370) derart angesteuert werden, dass ein Beleuchtungsbereich (400) aufgespannt wird, der die in Blickrichtung (260) liegenden Objekte (40) beleuchtet.
  2. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die PMD-Lichtquelle (12) zur Aussendung eines modulierten Lichts für die PMD-Kamera (20) derart angeordnet ist, dass das Licht der PMD-Lichtquelle (12) über eine Optik (123) eines Informationsanzeigesystems (120) geleitet wird.
  3. Steuersystem nach Anspruch 2, bei dem die PMD-Lichtquelle (12) ein integraler Bestandteil einer Projektionslichtquelle (121) des Informationsanzeigesystems (120) ist.
  4. Steuersystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Informationsanzeigesystem (120), die PMD-Lichtquelle (12) und die PMD-Kamera (20) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
  5. Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Erfassungsbereich der PMD-Kamera (1) derart ausgelegt ist, dass sowohl die virtuelle Eingabezone (130) als zumindest auch der Kopf des Fahrers (230) erfasst wird.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Steuersystems für Scheinwerfer (360, 370) an einem Fahrzeug (350), bei dem eine PMD-Kamera (1, 20) einen Kopfbereich eines Fahrers (230) und Umfeldsensoren (500) Objekte (40, 45) in einer Umgebung des Fahrzeugs (350) erfassen, wobei anhand der erfassten Kopf- und Augenausrichtungen eine Blickrichtung (260) des Fahrers (230) und in dieser Blickrichtung (260) liegende Objekte (40) ermittelt werden, und die Scheinwerfer (360, 370) in Abhängigkeit der ermittelten Blickrichtung derart angesteuert werden, dass in dieser Blickrichtung (260) liegenden Objekte (40.1, 40.2) beleuchtet werden.
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