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DE102004045268B4 - Vorrichtung zur Ermittlung von Steuersignalen zur Ansteuerung von mindestens einem Scheinwerfer für die automatische Leuchtweitenregulierung bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zur Ermittlung von Steuersignalen zur Ansteuerung von mindestens einem Scheinwerfer für die automatische Leuchtweitenregulierung bei einem Kraftfahrzeug Download PDF

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DE102004045268B4
DE102004045268B4 DE200410045268 DE102004045268A DE102004045268B4 DE 102004045268 B4 DE102004045268 B4 DE 102004045268B4 DE 200410045268 DE200410045268 DE 200410045268 DE 102004045268 A DE102004045268 A DE 102004045268A DE 102004045268 B4 DE102004045268 B4 DE 102004045268B4
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Abstract

Vorrichtung zur Ermittlung von Steuersignalen zur Ansteuerung von mindestens einem Scheinwerfer (6) für die automatische Leuchtweitenregulierung bei einem Kraftfahrzeug (10), umfassend
– erste Erfassungsmittel (S1) zur Erfassung eines Karosserienickwinkels (α),
– und eine Steuereinrichtung (2) zur Erzeugung eines Steuersignals (A1; A2) zur Einstellung des mindestens einen Scheinwerfers (6) in Abhängigkeit vom Fahrzeugnickwinkel (α), gekennzeichnet durch
– zweite Erfassungsmittel (S2) zur Erfassung eines Fahrzeugwinkelsignals (β) zwischen Fahrzeuglängsachse (x, x') und der Lotrechten (z) in Richtung Erdmittelpunkt (M),
– einen ersten Differenzbildner (D1) zur Bildung eines ersten Differenzsignals (S) zwischen einem zu dem Fahrzeugwinkel (β) proportionalen Fahrzeugwinkelsignal (R) und einem zu dem Fahrzeugnickwinkel (α) proportionalen Fahrzeugnickwinkelsignal (H),
– eine Filtereinheit (4) zur Signalfilterung des ersten Differenzsignals (S) zur Bildung eines Filterausgangssignals (FS),
– und einem zweiten Differenzbildner (D2) zur Bildung eines zweiten Differenzsignals (N) zwischen dem Filterausgangssignal (FS) und dem Fahrzeugwinkelsignal (R),
– wobei die...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung von Steuersignalen zur Ansteuerung von mindestens einem Scheinwerfer für die automatische Leuchtweitenregulierung bei einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der nachveröffentlichten DE 10 2004 006 133 A1 ist bereits ein gattungsgemäßes Verfahren zur Leuchtweitenregulierung bekannt, bei dem eine Anpassung der Leuchtweite an eine Fahrzeugnickbewegung berechnet wird.
  • Aus der DE 44 37 949 C1 ist eine Leuchtweitenregelung bekannt, bei der die Änderungen des Bodenabstandes laufend ermittelt und in Abhängigkeit hiervon Nickbewegungen des Fahrzeugs bei der Leuchtweitenregulierung ausgeglichen werden.
  • In der DE 197 20 314 A1 , der DE 197 43 670 A1 , der DE 198 60 400 A1 , der DE 199 08 482 A1 ist jeweils eine Einrichtung zur Regelung der Leuchtweite beschrieben, bei der mittels Neigungssensoren die Fahrzeugneigung ermittelt und in Abhängigkeit hiervon eine Scheinwerferverstellung stattfindet.
  • Aus der DE 199 47 408 C2 sind bereits Systeme zur Leuchtweitenregulierung bekannt, die den Einfluss des Karosserienickwinkels auf die Leuchtweite eines Fahrzeugscheinwerfers minimieren. Beispielsweise sind hier bekannte Systeme beschrieben, die den statischen Nickwinkel der Karosserie (z.B. aufgrund von Beladung) ausgleichen oder dynamische Systeme, die auch auf kurzzeitige Nickwinkeländerungen (z.B. hervorgerufen durch Brems- oder Beschleunigungsvorgänge) reagieren. Die Eingangsdaten dieser Systeme werden in der Regel durch zwei in Fahrzeuglängsrichtung versetzt angeordnete Höhenstandssensoren geliefert, welche jeweils die Höhe der Fahrzeugkarosserie über der Fahrbahn messen. Über die Differenz der beiden Höhenstandssignale wird der Nickwinkel der Fahrzeugkarosserie gegenüber der Fahrbahn (als Fahrbahngerade angenommen) ermittelt und in Abhängigkeit hiervon in einem elektronischen Steuergerät ein Sollwert zur Scheinwerfereinstellung bestimmt. Die verwendeten Höhenstandssensoren sind meist in den Achsen oder an der Karosserie des Fahrzeugs angeordnet. Gegenstand der DE 199 47 408 C2 selbst ist ein System zur Leuchtweitenregelung der Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs, bei dem ein Sollwert für die Scheinwerferposition abhängig von der ersten zeitlichen Ableitung einer direkt gemessenen Höhendifferenz oder eines dynamischen Höhendifferenzwertes ermittelt wird.
  • Die beschriebenen Systeme zur Regelung der Leuchtweite liefern Daten, aus denen sich der Nickwinkel der Karosserie gegenüber der Fahrbahn berechnen lässt. Derartige Systeme mit Höhenstandssensoren reagieren allerdings nicht nur auf Nickbewegungen, sondern auch auf Bodenwellen und würden ohne Filterung zu unerwünschten Scheinwerterbewegungen führen. Aus diesem Grund sind Filtersysteme vorhanden, die unerwünschte Signale bzw. Signalanteile ausfiltern (z.B. Signale/Signalanteile, wie sie beim Überfahren von kurzfristigen Bodenwellen auftreten). Auf den Fahrbahnen sind allerdings ebenso Bodenwellen vorhanden, die einen Signalverlauf der Sensoren erzeugen, der dem eines Brems- oder Beschleunigungsvorganges entspricht. Eine vollständige Elimination dieser Bodenwellen aus den Sensordaten führt daher zwangsläufig zu einer Mindestlänge der Filterzeitkonstanten, was wiederum zu verzögerten Reaktionen der Scheinwerferverstellung bei tatsächlichen Nickbewegungen der Fahrzeugkarosserie führt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Leuchtweitenregelung zu schaffen, die eine verbesserte Unterscheidung von Nickbewegungen der Fahrzeugkarosserie aufgrund von kurzfristigen Fahrbahnkrümmungen oder aufgrund von Beschleunigungsvorgängen (positiv oder negativ) und damit eine schnellere Leuchtweitenregulierung in Fällen einer Beschleunigung gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und ferner in der nachfolgenden Figurenbeschreibung erläutert. Erfindungsgemäß wird zusätzlich zu den bekannten Höhenstandssensoren zur Bestimmung des Karosserienickwinkels (erste Erfassungsmittel) auf der Fahrbahn ein zusätzlicher Sensor verwendet, welcher den Winkel der Fahrzeuglängsachse im Raum bzw. den Winkel um die Fahrzeugquerachse im Raum gegenüber dem Lot zum Erdmittelpunkt (im Folgenden Fahrzeugwinkel genannt) ermittelt (zweite Erfassungsmittel). Ein derartiges Winkelsignal kann beispielsweise ausgehend von einer definierten Lage zur Lotrechten durch das integrierte Signal eines Drehratensensors zur Erfassung der Drehrate des Fahrzeugs um die Fahrzeugquerachse ermittelt werden.
  • Das Nickwinkelsignal aus den Höhenstandssensoren der ersten Erfassungsmittel zeigt sämtliche Nickbewegungen (bzw. dynamische und/oder statische Auslenkungen der Fahrzeuglängsachse gegenüber der Idealerweise als Gerade angenommenen Fahrbahnoberfläche) der Karosserie sowie kurzfristige Bodenwellen. Sehr langfristige Bodenwellen (Fahrbahnkrümmungen in Form von Kuppen und Wannen) lassen sich aus diesem Signal nur ungenügend ermitteln. Das Winkelsignal der zweiten Erfassungsmittel enthält Informationen über sämtliche Nickbewegungen eines Fahrzeugs sowie über langfristige Bodenwellen bzw. Fahrbahnkrümmungen. Bodenwellen, die durch die Federung des Fahrzeugs gedämpft werden, sind in diesem Signal nicht enthalten.
  • Aus den Ausgangssignalen von ersten und zweiten Erfassungsmitteln wird mittels dem ersten Differenzbildner eine Signaldifferenz gebildet. Diese Signaldifferenz, im Folgenden Straßensignal oder erstes Differenzsignal genannt, entspricht dem Längswinkel der Straße im Raum oder mit anderen Worten einer Winkelbeziehung zwischen Fahrbahnerstreckung und Lot zum Erdmittelpunkt. Dieses Signal enthält damit Informationen über kuzfristige (Bodenwellen) und langfristige (Kuppen und Wannen) vertikale Krümmungen der Fahrbahn. Das ermittelte Straßensignal wird über eine Filtereinheit gefiltert (z.B. Kalman-Filter mit Feder-Dämpfer-Modell des Fahrwerks und/oder IIR- bzw. FIR-Filter und/oder ein oder mehrere weitere bekannte Filtersysteme). Die Filterzeitkonstante(n) werden vorzugsweise so eingestellt, dass kurzfristige Bodenwellen eliminiert werden. Als Ergebnis der Filterung entsteht das gefilterte Straßensignal, welches ausschließlich Informationen über langfristige Fahrbahnkrümmungen aufweist. Dieses Straßensignal wird zur Berechnung der Sollwerte für die automatische Einstellung der Scheinwerfer verwendet, um die Leuchtweite an die vorliegende langfristige vertikale Fahrbahnkrümmung anzupassen.
  • Zur Ermittlung der Sollwerte für die Scheinwerfereinstellung zur Anpassung der Leuchtweite an Fahrzeugnickbewegungen (bzw. Fahrzeugauslenkungen) wird das gefilterte Straßensignal gemeinsam mit dem Ausgangssignal (Fahrzeugwinkelsignal i.R.) der zweiten Erfassungsmittel auf einen zweiten Differenzbildner geführt. Das Ausgangssignal des zweiten Differenzbildners dient als Basis für die Ermittlung der Sollwerte für eine schnelle Einstellung der Scheinwerfer, um den Einfluss des statischen (z.B. aufgrund von Beladung auftretende Auslenkung) und des dynamischen (z.B. aufgrund positiver oder negativer Fahrzeugbeschleunigung auftretende Auslenkung) Karosserienickwinkels auf die Leuchtweite zu minimieren.
    •
  • Die Erfindung wird anhand nachstehender Figuren weiter erläutert. Es zeigen:
  • 1: einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, und
  • 2a, 2b: eine schematische Darstellung von einem Fahrzeug und seiner Umgebung zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Gemäß der Erfindung umfasst die Vorrichtung zwei Erfassungsmittel S1 und S2 sowie eine Steuereinheit 2 mit einer Filtereinheit 4 und zwei Differenzbildnern D1 und D2. Dabei wird mittels dem ersten Differenzbildner D1 ein Differenzsignal S (erstes Differenzsignal) zwischen den Ausgangssignalen R; H der beiden Erfassungsmittel S1; S2 und mittels dem zweiten Differenzbildner D2 ein Differenzsignal N (zweites Differenzsignal) zwischen dem gefilterten ersten Differenzsignal S (Filterausgangssignal FS) und dem Fahrzeugwinkelsignal R gebildet. Das ermittelte erste Differenzsignal S beschreibt dabei den Fahrbahnwinkel γ der aktuell befahrenen Fahrbahn 12 im Raum (2a, γ = α – β).
  • Erfindungsgemäß ist die Steuereinheit 2 derart ausgebildet, dass sie auf der Basis des ersten Differenzsignals S nach Filterung (Filterausgangssignal FS) ein Steuersignal A1 (Sollwert) zur Einstellung mindestens eines Scheinwerfers 6 zur Anpassung der Leuchtweite an eine langfristige Fahrbahnkrümmung berechnet und dass sie auf der Basis des zweiten Differenzsignals N ein Steuersignal A2 zur Einstellung mindestens eines Scheinwerfers 6 zur Anpassung der Leuchtweite aufgrund von Fahrzeugnickbewegungen (bzw. Karosserieneigungen) berechnet.
  • Die in die Steuereinheit 2 integrierte Filtereinheit 4 filtert dabei das erste Differenzsignal S gemäß herkömmlicher Filtermethoden. Insbesondere findet ein Filter (vorzugsweise ein Kalman-Filter) mit einem Feder-Dämpfer-Modell des Fahrwerks des Kraftfahrzeugs Anwendung. Dieser Filter kann auch in Verbindung mit anderen bekannten Filtern eingesetzt werden. Zur Optimierung des Filterverhaltens können die Filterzeitkonstanten so eingestellt werden, dass kurzfristige Fahrbahnkrümmungen zumindest teilweise eliminiert werden. In einer Weiterbildung werden die Filterzeitkonstanten zumindest zum Teil in Abhängigkeit von der ersten oder zweiten zeitlichen Ableitung des ersten Differenzsignals S eingestellt. Insbesondere die erste zeitliche Ableitung kann dabei durch die Längsgeschwindigkeit v des Fahrzeugs 10 dividiert werden, um die gefilterte oder Krümmung der Fahrbahn als Signal zur Bestimmung der Filterzeitkonstanten zu verwenden.
  • In 2a ist schematisch ein Fahrzeug 10 auf einer ansteigenden Fahrbahnoberfläche 12 dargestellt. Das Fahrzeug 10 umfasst eine Vorrichtung zur automatischen Leuchtweitenregulierung gemäß der Erfindung.
  • Die ersten Erfassungsmittel S1, die der Erfassung des Karosserienickwinkels α dienen, umfassen beispielsweise zwei in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Höhenstandssensoren HS1, HS2 deren Ausgangssignale auf eine Verarbeitungslogik L geführt sind. Die zweiten Erfassungsmittel S2, die der Erfassung bzw. Bestimmung des Fahrzeugwinkels β (i.R.) dienen, umfassen beispielsweise einen Drehratensensor DR. Der Fahrzeugwinkel β im Raum wird beispielsweise ermittelt, indem die Signale eines Drehratensensors DR innerhalb des Fahrzeugs 10 aufintegriert werden. Der Fahrzeugwinkel β bezeichnet einen Winkel, welcher die Lage des Fahrzeugs 10 zu der Lotrechten z oder einer anderen in einer festen Beziehung zu der Lotrechten z stehenden Geraden z' beschreibt.
  • Die Ausgangssignale H; R der beiden Erfassungsmittel S1; S2 sind der Steuereinheit 2 zugeführt, die wie bereits vorstehend beschrieben (1) hieraus Sollwerte A1; A2 zur Ansteuerung der Scheinwerfer 6 für eine automatische Leuchtweitenregulierung generiert.
  • In 2a ist mit x die Längsachse des Fahrzeugs im Ruhezustand (ohne Karosserieauslenkung), mit x' die Längsachse des Fahrzeugs mit ausgelenkter bzw. geneigter Karosserie (z.B. aufgrund von Beladung und/oder positiver/negativer Fahrzeugbeschleunigung) dargestellt. Der zwischen diesen beiden Achsen x, x' eingeschlossene Winkel α ist der Karosserienickwinkel.
  • Ferner ist in 2b schematisch die Erdkugel mit einem auf der Oberfläche befindlichen Fahrzeug 10 sowie deren Lotrechten z zum Erdmittelpunkt M dargestellt. Ergänzend ist eine zur Lotrechten z in einem festen Winkelverhältnis (hier 90°) stehende Gerade z' dargestellt.
  • Die Achsen z und z' finden sich in 1 zu Erläuterungszwecken wieder. Hieran soll veranschaulicht werden. Um welche Winkelgröße es sich bei dem als Fahrzeugwinkel β definierten Winkel beispielsweise handeln kann. Und zwar um eine Winkelbeziehung zwischen der Lotrechten z oder einer hierzu in einem definierten Winkelverhältnis stehende Geraden z' und der Fahrzeuglängsachse x, x'.
  • Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst auch alle gleichwirkenden Ausführungsformen. Beispielsweise kann anstatt einer Erfassung des Fahrzeugwinkels im Raum auch die Fahrzeugdrehrate und anstatt des Karosserienickwinkels der Fahrzeuglängsachse zur Fahrbahn auch die Nickrate des Fahrzeugs erfasst und als Berechnungsgrundlage für die Steuersignale der Leuchtweitenregulierung herangezogen werden. Die Signale sind durch Integration beziehungsweise Differentiation ineinander umrechenbar.

Claims (7)

  1. Vorrichtung zur Ermittlung von Steuersignalen zur Ansteuerung von mindestens einem Scheinwerfer (6) für die automatische Leuchtweitenregulierung bei einem Kraftfahrzeug (10), umfassend – erste Erfassungsmittel (S1) zur Erfassung eines Karosserienickwinkels (α), – und eine Steuereinrichtung (2) zur Erzeugung eines Steuersignals (A1; A2) zur Einstellung des mindestens einen Scheinwerfers (6) in Abhängigkeit vom Fahrzeugnickwinkel (α), gekennzeichnet durch – zweite Erfassungsmittel (S2) zur Erfassung eines Fahrzeugwinkelsignals (β) zwischen Fahrzeuglängsachse (x, x') und der Lotrechten (z) in Richtung Erdmittelpunkt (M), – einen ersten Differenzbildner (D1) zur Bildung eines ersten Differenzsignals (S) zwischen einem zu dem Fahrzeugwinkel (β) proportionalen Fahrzeugwinkelsignal (R) und einem zu dem Fahrzeugnickwinkel (α) proportionalen Fahrzeugnickwinkelsignal (H), – eine Filtereinheit (4) zur Signalfilterung des ersten Differenzsignals (S) zur Bildung eines Filterausgangssignals (FS), – und einem zweiten Differenzbildner (D2) zur Bildung eines zweiten Differenzsignals (N) zwischen dem Filterausgangssignal (FS) und dem Fahrzeugwinkelsignal (R), – wobei die Steuereinheit (2) derart ausgebildet ist, dass sie auf der Basis des zweiten Differenzsignals (N) ein Steuersignal (A2) zur Einstellung mindestens eines Scheinwerfers (6) zur Anpassung der Leuchtweite an eine Fahrzeugnickbewegung berechnet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (2) derart ausgebildet ist, dass sie auf der Basis des Filterausgangssignals (FS) ein Steuersignal (A1) zur Einstellung mindestens eines Scheinwerfers (6) zur Anpassung der Leuchtweite an eine langfristige Straßenkrümmung berechnet.
  3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder die zweiten Erfassungsmittel (S1; S2) als Drehratensensor ausgebildet sind.
  4. Vorrichtung nach einem oder mehrerer der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Filterzeitkonstanten der Filtereinheit (4) derart werden, dass kurzfristige Fahrbahnkrümmungen zumindest teilweise eliminiert werden.
  5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (4) derart ausgebildet ist, dass durch sie das Feder-Dämpfer-Verhalten des Kraftfahrzeugs nachgebildet wird.
  6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (4) eine Filterzeitkonstante aufweist, deren Wert in Abhängigkeit von der ersten oder zweiten zeitlichen Ableitung des ersten Differenzsignals (S) veränderbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der ersten oder zweiten zeitlichen Ableitung des ersten Differenzsignals (S) durch den Wert der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit (v) dividiert wird.
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