DE102006039182A1

DE102006039182A1 - Adaptives Kurvenlicht ohne bewegliche Teile

Info

Publication number: DE102006039182A1
Application number: DE102006039182A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Förstl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-03-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichttechnische Vorrichtung zur Realisierung eines adaptiven Kurvenlichts für Kraftfahrzeuge, bei dem die Abstrahlung von Licht in einen Raumwinkel stattfindet, dessen Größe und dessen Richtung relativ zur Fahrzeuglängsachse entsprechend einer veränderten Fahrsituation veränderbar sind. Die lichttechnische Vorrichtung (100) umfasst hierbei eine lichtabstrahlende Einrichtung (10) mit zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten (1, 2, 3, 4), die so angeordnet sind, dass die Abstrahlrichtung des Lichts von zumindest einem der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) von der des anderen Lumineszenzdiodensegments oder denen der anderen Lumineszenzdiodensegmente abweicht, und eine Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) zur Steuerung der von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten (1, 2, 3, 4) abgestrahlten Lichtintensität. Die lichttechnische Vorrichtung (100) zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, eine Änderung von Größe und Richtung des Raumwinkels, in den die lichttechnische Vorrichtung (100) Licht abstrahlt, durch eine Änderung der von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten (1, 2, 3, 4) abgegebenen Strahlungsintensität in Abhängigkeit von Fahrparametern, die eine Fahrsituation kennzeichnen, zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft Scheinwerfer mit veränderlichen Abstrahlwinkeln und bezieht sich insbesondere auf Fahrzeugscheinwerfer, die ein adaptives Kurvenlicht ermöglichen.
Scheinwerfer strahlen Licht gezielt innerhalb eines begrenzten Raumwinkels, einem so genannten Licht- bzw. Leuchtkegel ab. Ein Licht- bzw. Leuchtkegel weist dabei keine streng kegelförmige Geometrie auf; vielmehr kann sein Querschnitt eine von einem Kreis oder einer Ellipse stark abweichende Form annehmen. Charakteristisch für einen Leuchtkegel ist jedoch, dass er mit zunehmendem Abstand von der Lichtquelle einen größeren Umfang einnimmt. Bei Kraftfahrzeugen bilden Scheinwerfer einen wesentlichen Bestandteil dessen lichttechnischer Einrichtungen. Zum Ausleuchten einer vor dem Fahrzeug befindlichen Fahrbahn bei Dunkelheit oder schlechten Lichtverhältnissen werden bei Kraftfahrzeugen Frontscheinwerfer verwendet. Bei nahezu allen Kraftfahrzeugen sind außerdem Rückfahrtscheinwerfer zum Ausleuchten der rückwärtigen Fahrbahn bei Rückwärtsfahrten vorgesehen.
Entsprechende Scheinwerfer sind üblicherweise starr mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden. Der von ihnen ausgesandte Leuchtkegel folgt damit den Bewegungen der Fahrzeuglängsachse. Bei Kurvenfahrten befindet sich die Fahrbahn jedoch nicht in direkter Verlängerung der Fahrzeuglängsachse, so dass die Scheinwerfer eher den Bereich außerhalb der äußeren Kurvenbegrenzung als die vorausliegende Fahrbahn selbst beleuchten. Abgesehen davon, dass die Fahrbahn hierdurch nur mehr unzureichend ausgeleuchtet wird, ist der Leuchtkegel eines auf der Innenfahrbahn einer Kurve fahrenden Kraftfahrzeugs in die Gegenverkehrsbahn gerichtet und kann dort zu einem verkehrsgefährdenden Blenden des Gegenverkehrs führen.
Zur Verbesserung der Fahrsicherheit werden Scheinwerfer mit schwenkbaren Leuchtkegeln verwendet, die eine bessere Ausleuchtung der Fahrbahn entlang des Kurvenverlaufs ermöglichen. Die optimale Ausleuchtung der Fahrbahn ist dabei nicht bloß eine Funktion des Kurvenradius, sondern auch der jeweiligen Fahrsituation; bei schneller Geradeausfahrt ist beispielsweise ein weiter reichender Leuchtkegel angesagt, während in urbaner Umgebung ein möglichst breiter Leuchtkegel Gefahrenquellen ins Blickfeld des Fahrers rücken sollte. Die für die Ermittlung des erforderlichen Lichtkegel-Schwenkwinkels und der geeigneten Leuchtkegelöffnung notwendigen Parameter werden üblicherweise mittels Sensoren bestimmt, die z.B. den Lenkwinkel, die Gierrate (Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs um seine Hochachse) und die Fahrgeschwindigkeit erfassen. Eine mit entsprechenden Scheinwerfern ausgebildete Fahrbahnbeleuchtung wird adaptives Kurvenlicht genannt.
Zur Realisierung des adaptiven Kurvenlichts werden gegenwärtig die Scheinwerfer oder die in ihnen befindliche Lichtquelle elektromechanisch in Abhängigkeit der ermittelten Parameter gesteuert. Diese Steuerung erfordert eine aufwändige Mechanik, mit in der Regel Schrittmotoren, die wesentlich zu den Kosten der lichttechnischen Einrichtung eines Kraftfahrzeugs beiträgt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Scheinwerfer anzugeben, der ein adaptives Kurvenlicht ohne aufwändige Mechanik ermöglicht.
Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der Erfindung gelöst.
Die Erfindung umfasst eine lichttechnische Vorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Abstrahlung von Licht in einen Raumwinkel dessen Größe und dessen Richtung relativ zur Fahrzeuglängsachse entsprechend einer veränderten Fahrsituation veränderbar sind. Hierbei umfasst die lichttechnische Vorrichtung eine lichtabstrahlende Einrichtung mit zwei oder mehr Lumines zenzdiodensegmenten die so angeordnet sind, dass die Abstrahlrichtung des Lichts von zumindest einem der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente von der des anderen Lumineszenzdiodensegments oder denen der anderen Lumineszenzdiodensegmente abweicht, und eine Lichtintensitäts-Steuereinrichtung zur Steuerung der von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten abgestrahlten Lichtintensität. Die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung ist dabei ausgebildet, eine Änderung von Größe und Richtung des Raumwinkels, in den die lichttechnische Vorrichtung Licht abstrahlt, durch eine Änderung der von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten abgegebenen Strahlungsintensität in Abhängigkeit von Fahrparametern, die eine Fahrsituation kennzeichnen, zu bewirken.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten" und "mit", sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell das Vorhandensein von Merkmalen, wie z.B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen mehr angeben, jedoch in keiner Weise das Vorhandensein von anderen oder zusätzlichen Merkmalen oder von Gruppierungen anderer oder zusätzlicher Merkmale ausschließen.
Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zur Änderung der Lichtabstrahlung einer lichtabstrahlenden Einrichtung eines Kraftfahrzeugs entsprechend einer Veränderung der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs, wobei die lichtabstrahlende Einrichtung zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmente umfasst, die so angeordnet sind, dass die Abstrahlrichtung des Lichts von zumindest einem der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente von der des anderen Lumineszenzdiodensegments oder denen der anderen Lumineszenzdiodensegmente abweicht. Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte:

– Erfassen von Fahrparametern, die eine Fahrsituation kennzeichnen,
– Berechnen des Anteils des von einem Lumineszenzdiodensegment zu emittierenden Lichtstroms an dem insgesamt von der lichtabstrahlenden Einrichtung abzustrahlenden Lichtstrom für jede der zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmente auf der Grundlage der erfassten Fahrparameter,
– periodisches Einschalten eines Lumineszenzdiodensegments für eine Zeitdauer, deren Verhältnis zur Periodendauer dem Anteil des von dem Lumineszenzdiodensegment emittierten Lichtstroms am insgesamt von der lichtabstrahlenden Einrichtung abgestrahlten Lichtstrom entspricht.

Die erfindungsgemäße lichttechnische Einrichtung ermöglicht eine Steuerung der Breite und Richtung des von der lichttechnischen Einrichtung abgestrahlten Leuchtkegels, indem die von den einzelnen LED-Segmenten der Einrichtung in unterschiedliche Raumrichtungen und -winkel abgestrahlte Helligkeit moduliert wird. Damit lässt sich ein adaptives Kurvenlicht ohne teure mechanische Komponenten und auch mit wesentlich kürzeren Steuerungszeiten realisieren.
Die Erfindung wird in ihren Unteransprüchen weitergebildet.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die von einem der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente abgestrahlte Lichtintensität mittels eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals zu steuern, das den Versorgungsstroms für das Lumineszenzdiodensegment entsprechend dem Impulsverlauf des Ansteuersignals ein und ausschaltet. Damit lässt sich die Helligkeit eines LED-Segments bequem über das Taktverhältnis von eingeschaltetem und ausgeschaltetem Diodenstrom steuern, sodass das Segment in seinem optimalen Arbeitspunkt mit einer minimalen Verlustleistung betrieben werden kann. Zweckmäßig ist die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung dabei so ausgebildet, dass sie die von jedem der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente abgestrahlte Lichtintensität mittels eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals steuert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten abgestrahlte Lichtintensität so zu steuern, dass die Summe der Versorgungsströme für die zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente konstant ist, womit die lichttechnische Einrichtung vorteilhaft eine konstante Last für das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs darstellt.
Ferner kann die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung vorteilhaft ausgebildet sein, die von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten abgestrahlte Lichtintensität so zu steuern, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt genau eines der zwei oder der mehreren Lumineszenzdiodensegmente Licht abstrahlt. Zu einem beliebigen Zeitpunkt ist daher genau eines der zwei oder mehreren Lumineszenzdioden eingeschaltet, wodurch sich eine einfache Steuerung der Lichtintensitätsverteilung durch Zuteilung von Einschalt-Zeitabschnitten ergibt, bei der Überlagerungseffekte zwischen den Leuchtkegeln der einzelnen LED-Segmente vermieden werden.
Sollen dagegen Überlagerungseffekte zwischen den Leuchtkegeln der einzelnen LED-Segmente zu bestimmten Zwecken, wie z.B. einer Korrektur der Lichtintensitätsverteilung der gesamten lichttechnischen Einrichtung, genutzt werden, so ist die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung vorteilhaft so ausgebildet, dass sie die von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmente abgestrahlte Lichtintensität so steuert, dass eine erste Zeitspanne, während der ein erstes der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente Licht abstrahlt, sich mit einer zweiten Zeitspanne, während der ein zweites der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente Licht abstrahlt, zeitlich überlappt. Dabei sind vorteilhaft höchstens zwei der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente gleichzeitig eingeschaltet.
Eine flackerfreie Beleuchtungssituation wird erreicht, imdem die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung ausgebildet ist, dass sie die von den zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente abgestrahlte Lichtintensität so steuert, dass die zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente Licht in einer bestimmten Reihenfolge aussenden, die sich bei einer gegebenen Fahrsituation wiederholt.
Da sich der von einem Lumineszenzdioden-Segment ausgestrahlte Lichtstrom am einfachsten über den, durch die Dioden des Segments fließenden Diodenstrom steuern lässt, weist die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung vorteilhaft eine steuerbare bzw. einstellbare Konstantstromquelle auf. Zur gezielten Ansteuerung jedes einzelnen LED-Segments weist die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung vorteilhaft für jedes der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente eine separate steuerbare bzw. einstellbare Konstantstromquelle auf.
Zum effektiven Austausch von Daten mit weiteren Einrichtungen eines Kraftfahrzeugs weist die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung vorteilhaft eine hierfür ausgebildete Schnittstelle auf.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung je für sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
1 den Aufbau einer, zur Frontbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs geeigneten, lichttechnischen Einrichtung in einer schematischen Darstellung zeigt,
2 die Ansteuersignale für verschiedene Segmente der lichttechnischen Einrichtung von 1 bei Geradeausfahrt zeigt,
3 die Ansteuersignale für verschiedene Segmente der lichttechnischen Einrichtung von 1 bei moderater Kurvenfahrt zeigt,
4 die Ansteuersignale für verschiedene Segmente der lichttechnischen Einrichtung von 1 bei enger Kurvenfahrt zeigt,
5 die Ansteuersignale für verschiedene Segmente der lichttechnischen Einrichtung von 1 für eine Spotlichtansteuerung zeigt, und
6 die grundlegenden Schritte eines Verfahrens zur Änderung der Lichtabstrahlung einer lichttechnischen Einrichtung nach 1 zeigt.
1 zeigt eine lichttechnische Einrichtung 100 für ein Kraftfahrzeug, die die Abstrahlung eines adaptiven Kurvenlichts ermöglicht. Die lichttechnische Einrichtung 100 kann als Frontscheinwerfer oder als Rückfahrtscheinwerfer ausgebildet sein. Sie umfasst eine lichtabstrahlende Einrichtung 10 und eine Lichtintensitäts-Steuereinrichtung 20.
Als Leuchtmittel werden in der lichtabstrahlenden Einrichtung 10 Lumineszenz- bzw. Leuchtdioden (Abkürzung: LED für Licht emittierende Dioden) verwendet. Zur Verringerung des Montageaufwands sind Lumineszenzdioden für Scheinwerfer zu LED-Baugruppen zusammengefasst erhältlich, bei denen die einzelnen LEDs über eine Versorgungsleitung oder eine Steuerleitung gemeinsam versorgt bzw. angesteuert werden. Lumineszenzdioden bzw. LED-Baugruppen strahlen Licht in einen begrenzten Raumwinkel ab, so dass sie sich hervorragend für eine gerichtete Lichtabstrahlung eignen. Im Allgemeinen werden mehrere LEDs oder mehrere LED-Baugruppen in einem Scheinwerfer zu LED-Segmenten gruppiert und darin so angeordnet, dass ein bestimmter Leuchtkegel, d.h. eine Lichtabstrahlung des Segments in eine bestimmte Richtung und mit einer definierten räumlichen Ausdehnung um die Abstrahlrichtung, erzielt wird. Dies bedeutet, dass nicht alle Leuchtdioden eines Segments notwendigerweise in eine Richtung ausgerichtet sein müssen; vielmehr kann ein größerer Raumwinkel bestrahlt werden, wenn Abstrahlrichtungen der Dioden eines Segments eine gewisse Divergenz aufweisen. In der 1 sind die LED-Segmente der lichtabstrahlenden Einrichtung schematisch als Komponenten 1, 2, 3 und 4 veranschaulicht.
Die gerichtete Lichtabstrahlung der Segmente 1, 2, 3 und 4 kann darüber hinaus auch durch optische Systeme wie z.B. die Komponenten 5, 6 und 7 in der 1 beeinflusst werden. Als geeignete optische Systeme finden vor allem Reflektoren oder Linsen, oft auch eine Kombination von einem oder mehreren Reflektoren mit einer oder mehreren Linsen Anwendung. Natürlich können die optischen Systeme auch andere optische Komponenten wie z.B. Glasfasern oder weitere zur Beeinflussung eines Lichtwegs geeignete Einrichtungen aufweisen.
Bei Einsatz als Frontscheinwerfer oder Rückfahrtscheinwerfer werden bevorzugt so genannte weiße LEDs, beispielsweise Lumineszenzkonversions-LEDs, verwendet. Es können aber auch andere LED-Lichtquellen verwendet werden, die weißes Licht aussenden, z.B. eine passende Kombinationen verschiedenfarbiger Leuchtdioden deren additive Farbsynthese weißes Licht ergibt. Die inzwischen erreichte hohe Leuchtdichte von Lumineszenzdioden gestattet die Konstruktion von Scheinwerfern mit einem Lichtstrom, der dem entspricht, der von herkömmlichen Scheinwerfern mit Xenonlampen erreicht wird. Damit kann eine lichttechnische Einrichtung 100 bei Kraftfahrzeugen sowohl für Fernlicht, Abblendlicht und Tagfahrlicht, als auch als Rückfahrtscheinwerfer verwendet werden.
Die Ansteuerung der LEDs erfolgt über die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung 20. Diese umfasst in der Regel zumindest eine Stromquelle zum Betrieb der Lumineszenzdioden. Um verschiedene Lumineszenzdioden unterschiedlich anzusteuern, umfasst die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung 20 zweckmäßig mehrere Stromquellen. In dem Beispiel der 1 umfasst die lichttechnische Einrichtung 100 vier Leuchtsegmente 1, 2, 3 und 4, die jeweils von einzelnen LED-Baugruppen, von schaltungstechnisch gruppierten LED-Baugruppen oder von einzelnen oder gruppierten Einzel-LEDs gebildet werden. Die zu einem der Leuchtsegmente 1, 2, 3 und 4 zusammengefassten Lumineszenzdioden und/oder LED-Baugruppen werden jeweils gemeinsam so angesteuert, dass jede der darin enthaltenen Leuchtdioden im Wesentlichen denselben Lichtstrom aussendet, d.h. innerhalb gewisser Streuungen gleich hell strahlt wie die anderen Lumineszenzdioden des entsprechenden Segments 1, 2, 3 und 4. Selbstverständlich kann eine lichttechnische Einrichtung 100 auch mit einer von 1 verschiedenen Anzahl von Segmenten realisiert werden.
Die Helligkeit einer Lumineszenzdiode, d.h. der von ihr ausgesandte Lichtstrom, bestimmt sich durch den sie durchfließenden Diodenstrom. Die Helligkeit einer Leuchtdiode kann daher über die Steuerung bzw. Einstellung ihres Diodenstroms gesteuert werden. Damit die Helligkeit der LED Segmente 1, 2, 3 und 4 unabhängig voneinander gesteuert werden kann, ist in der Lichtintensitäts-Steuereinrichtung 20 für jedes der Lumineszenzdioden-Segmente 1, 2, 3 und 4 jeweils eine eigene steuerbare Stromquelle 21, 22, 23 bzw. 24 vorgesehen. Jede der steuerbaren Stromquellen 21, 22, 23 bzw. 24 steuert die das ihm zugeordnete LED-Segment 1, 2, 3, oder 4 über die entsprechende Versorgungsleitung 11, 12, 13 oder 14 an. Als Ansteuersignal dient dabei in der Regel der Versorgungsstrom des jeweiligen Segments.
Die Steuerung der einzelnen Stromquellen erfolgt anhand eines Steuersignals, das von der Einstelleinrichtung 25 auf der Grundlage von physikalischen Fahrparametern, wie beispielsweise Lenkwinkeleinschlag, Fahrgeschwindigkeit und dergleichen mehr, erzeugt wird. Jede der steuerbaren Stromquellen 21, 22, 23 und 24 erhält dabei von der Einstelleinrichtung 25 ein individuell für diese jeweilige Stromquelle erzeugtes Steuersignal.
Die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung 20 umfasst ferner einen Busanschluss 26 zum Datenaustausch mit anderen Geräten des Fahrzeugs, beispielsweise Fahrassistenzsystemen oder sensorischen Systemen. Der Busanschluss 26 ist mit einer digitalen Einrichtung 27 verbunden, die den Datenaustausch zwischen der Einstelleinrichtung 25 und den anderen Systemen des Fahrzeugs über den Busanschluss abwickelt und darüber hinaus auch weitere Aufgaben, z.B. diagnostischer Art, wahrnimmt. Die, über die von der Einrichtung 27 und dem Busanschluss 26 gebildete Schnittstelle, empfangenen Daten können von der Einstelleinrichtung 25 als Parameter zur Berechnung der Steuersignale verwendet werden.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass in der 1 nur diejenigen Komponenten der lichttechnischen Einrichtung 100 dargestellt sind, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. Auf die Darstellung weiterer Komponenten, die für den Betrieb der Einrichtung erforderlich sind oder einen erweiterten Funktionsumfang derselben bestimmen, wurde im Interesse einer übersichtlichen Darstellung verzichtet. Entsprechende Komponenten sind aber dennoch als vorhanden angenommen.
Die Steuerung des von einem LED-Segment 1, 2, 3 oder 4 abgestrahlten Lichtstroms erfolgt mittels Pulsweitenmodulation des Versorgungsstroms. Mit anderen Worten wird die Helligkeit eines LED-Segments nicht mittels der Höhe des Versorgungsstroms, sondern über das Tastverhältnis von eingeschaltetem und ausgeschaltetem Versorgungsstrom eingestellt. Die Frequenz mit der die Segmente angesteuert werden, muss dabei hoch genug sein, damit das menschliche Auge eine durch den zeitlich gemittelten Lichtstrom bestimmte flackerfreie Helligkeit wahrnimmt. Auf diese Weise können die Leuchtdioden unabhängig von der zu erzielenden Helligkeit im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden.
Für das in der 1 veranschaulichte Ausführungsbeispiel sei im Folgenden angenommen, dass der von dem Segment 1 abge strahlte Leuchtkegel in Richtung der Fahrzeuglängsachse ausgerichtet ist. Die von den anderen Segmente 2, 3 und 4 abgestrahlten Leuchtkegel nehmen dagegen einen Winkel zur Fahrzeuglängsachse ein. Dieser Winkel sei dabei für das Segment 4 größer als für das Segment 3 und für dieses wiederum größer, als für das Segment 2. Ferner wird im vorgestellten Beispiel angenommen, dass sich die Leuchtkegel benachbarter Segmente berühren oder gar überlappen, und dass alle Leuchtkegel zur selben Seite von der Fahrzeuglängsachse weg weisen. Mit anderen Worten leuchten alle Segmente außer dem zur Fahrzeuglängsachse ausgerichteten im Verhältnis entweder mehr nach rechts oder mehr nach links, wobei die Höheneinstellungen der einzelnen Leuchtkegel durchaus unterschiedlich sein können. Insgesamt wird so ein resultierender Leuchtkegel erzielt, der sich stetig von einem Bereich um die Fahrzeuglängsachse bis zu einem bestimmten Winkel seitlich dieser Achse erstreckt.
In der Praxis enthalten die weiter zur Seite strahlenden Segmente oft weniger Lumineszenzdioden als die der näher zur Fahrzeuglängsachse ausgerichteten, da außerhalb des Fahrbahnrands gelegenen Gegenstände im Allgemeinen nur dann der Aufmerksamkeit eines Fahrzeugführers bedürfen, wenn sie sich nahe der Fahrbahn befinden. Es kann jedoch zweckmäßig sein, die zur Seite ausgerichteten LED-Segmente mit in etwa genauso vielen Lumineszenzdioden auszustatten, wie die entlang der Fahrzeuglängsachse ausgerichteten.
Bei einer Geradeausfahrt wird das Licht im Wesentlichen in Fahrtrichtung ausgestrahlt, wobei die Breite des Leuchtkegels, wie oben bereits erwähnt wurde, von der Fahrsituation, beispielsweise schneller Fahrt außerhalb von Ortschaften oder moderater Fahrt innerhalb von Ortschaften abhängt. Bei schneller Geradeausfahrt müssen auch in Fahrtrichtung weit entfernte Gegenstände gut ausgeleuchtet werden. Daher wird der Großteil des Lichts von dem in Richtung der Fahrzeuglängsachse und damit entlang der Fahrtrichtung ausgerichteten Segment 1 abgestrahlt. Bei in der Regel langsameren Fahrten innerhalb von Ortschaften ist ein breiterer Aufmerksamkeits winkel gefordert, wobei die Aufmerksamkeit gleichzeitig auf Gegenstände in kürzerer Distanz gerichtet ist. Folglich kann die zentrale, d.h. die in Richtung der Fahrzeuglängsachse erfolgende, Lichtabstrahlung zugunsten einer Erhöhung der seitlichen Lichtabstrahlung mittels der Segmente 2, 3 und eventuell 4 zurückgenommen werden. Dies erfolgt vorteilhaft jedoch so, dass sich das Auge nicht an eine neue Gesamthelligkeit adaptieren muss, da dies zu einem kurzzeitigen Blenden des Fahrzeugführers bzw. umgekehrt zu einer vorübergehenden zu schwachen Ausleuchtung des Verkehrsgeschehens führen würde.
In den Diagrammen der 2 ist ein Beispiel für die Ansteuerung der Segmente 1, 2, 3 und 4 der lichttechnischen Einrichtung 100 von 1 bei Geradeausfahrt vorgestellt, die durch einen Lenkeinschlagwinkel um 0 Grad gekennzeichnet ist. Die zu den Segmenten 1, 2, 3 und 4 jeweils gehörigen Ansteuersignale 201, 202, 203 und 204 sind normiert auf ihren jeweiligen Maximalwert dargestellt. Sie sind ferner zweckmäßig so gewählt, dass die LED-Segmente, unabhängig vom Taktverhältnis mit der die einzelnen Segmente angesteuert werden, eine konstante Last für das elektrische Bordsystem eines Kraftfahrzeugs darstellen. Damit bleibt die von der lichttechnischen Einrichtung 100 abgestrahlte Lichtintensität wie oben gefordert unabhängig vom resultierenden Abstrahlwinkel erhalten.
Die einzelnen Segmente 1, 2, 3 und 4 werden im vorgestellten Beispiel sequentiell, d.h. nacheinander angesteuert. Die Frequenz, mit der die hierdurch definierte Ansteuersequenz wiederholt wird, bestimmt sich durch die gewünschte Strahlungsintensität der einzelnen LED-Segmente sowie der Akkomodationsschwäche des menschlichen Auges. Die Wiederholfrequenz liegt typischerweise zwischen 2 kHz und 4 kHz.
Das Ansteuersignal 201 für das zur Lichtausstrahlung entlang der Fahrzeuglängsachse ausgerichtete LED-Segment 1 nimmt den Großteil einer, die Periodendauer T aufweisende, Ansteuersequenz ein. Das Ansteuersignal 201 nimmt für einen Zeitraum t_on, der kürzer als die Dauer T einer einzelnen Ansteuersequenz ist, den Wert Î₂₀₁ und für einen Zeitraum t_off = T-t_on den Wert 0 an. Nach dem Abschalten des Versorgungsstroms für das Segment 1 (gekennzeichnet durch den Abfall des Ansteuersignals 201 auf den Wert 0) wird das LED-Segment 2 über das Ansteuersignal 202 für einen vergleichsweise wesentlich kürzeren Zeitraum in den leuchtenden Zustand versetzt. Für den verbleibenden Zeitraum nach Abfall des Ansteuersignals 202 wird schließlich noch das LED-Segment 3 innerhalb des durch die Periodendauer T gegebenen Zeitraums mittels des Ansteuersignals 203 angeschaltet. Die Ansteuersequenz ist dabei so gewählt, dass das Segment 3 wesentlich kürzer leuchtet als das Segment 2. Anders als die angeführten LED-Segmente 1, 2 und 3 bleibt das Segment 4 im vorgestellten Beispiel während des gesamten Zeitraums T dunkel. Damit konzentriert sich die von der lichttechnischen Einrichtung 100 abgegebene Strahlungsintensität im Wesentlichen auf einen durch den Abstrahlwinkel des Segments 1 gegebenen Winkel um die Fahrzeuglängsachse mit einer schwachen Aufhellung zum Rande hin. Innerhalb geschlossener Ortschaften kann, um das effektive Gesichtsfeld des Fahrzeugführers zu erweitern, der Anteil der Segmente 2 und 3 erhöht und unter Umständen auch Segment 4 angesteuert werden. Der Großteil des abgestrahlten Lichts muss bei einer Geradeausfahrt jedoch stets in Fahrtrichtung in Fahrtrichtung weisen, so dass t_on in dieser Fahrtsituation stets wesentlich größer ist als t_off.
In 3 ist ein Beispiel für die Ansteuerung der Segmente 1, 2, 3 und 4 der lichttechnischen Einrichtung 100 von 1 bei einer moderaten Kurvenfahrt mit einem Lenkeinschlagwinkel von beispielsweise weniger als 30 Grad vorgestellt. Hier werden während einer Ansteuersequenz der Dauer T alle LED-Segmente 1, 2, 3 und 4 nacheinander angesteuert. Ein beträchtlicher Teil des von der lichttechnischen Einrichtung 100 abgestrahlten Lichts ist nun zur Seite gerichtet. Im vorgestellten Beispiel werden die Segmente 1 und 2 in etwa gleich lange angesteuert. Auch Segment 3 wird verhältnismäßig lange und nur geringfügig kürzer als die Segmente 1 und 2 an gesteuert. Das Ansteuersignal für Segment 4 ist dagegen deutlich kürzer, da sonst der rechte Fahrbahnrand stärker ausgeleuchtet werden würde, als es der Aufmerksamkeitswinkel des Fahrzeugführers bei moderater Kurvenfahrt erfordert.
Bei einer engen Kurvenfahrt mit einem Lenkeinschlagwinkel von z.B. mehr als 40 Grad rückt jedoch die Fahrbahn selbst in den Abstrahlbereich der äußeren LED-Segmente 3 und 4. Daher muss ein beträchtlicher Teil des von der lichttechnischen Einrichtung abgestrahlten Lichtstroms von diesen beiden Segmenten 3 und 4 erzeugt werden um die zur Seite gekrümmte Fahrbahn auszuleuchten. Da der Gesamtlichtstrom jedoch im Wesentlichen konstant bleiben soll, wird die Helligkeit des LED-Segments 1 durch eine kürzere Ansteuerzeit t_on als zuvor entsprechend reduziert, während die Ansteuerzeit für das seitlich strahlende LED-Segment deutlich verlängert wird. Die Ansteuerzeit für Segment 4 kann dabei wie dargestellt länger als die Ansteuerzeit für die anderen Segmente sein.
Während die bisher vorgestellte, pulweitenmodulierte Ansteuerung der LED-Segmente 1, 2, 3 und 4 stets so ausgebildet war, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur gerade ein LED-Segment Licht abstrahlt, kann die pulweitenmodulierte Ansteuerung prinzipiell auch mit einer zeitlichen Überlappung der einzelnen Ansteuersignale 201, 202, 203 und 204 ausgeführt werden. Mithilfe einer zeitlichen Überlappung der Ansteuersignale zweier in benachbarte Raumsegmente abstrahlender LED-Segmente können bestimmte beleuchtungstechnische Effekte erzielt werden.
Überlappen sich die Leuchtkegel zweier LED-Segmente, so wird bei gleichzeitiger Ansteuerung ein so genanntes Spotlicht erzeugt, d.h. eine besonders helle Abstrahlung in einen kleinen Raumwinkel. Dieser Effekt kann aber auch zur Korrektur einer ungleichmäßigen, d.h. abnehmenden Leuchtdichte am Übergang zweier benachbarter Leuchtkegel eingesetzt werden, die beispielsweise von der Ausrichtung der verschiedenen LED- Segmente selbst und/oder von den für diese Segmente verwendeten optischen Systemen herrühren.
Eine Ansteuersequenz zum Aufhellen des räumlichen Überlappungsbereichs der Leuchtkegel von Segment 1 und 2 ist in der 5 dargestellt. Die Ansteuersignale 201 für das erste LED-Segment und 202 für das zweite LED-Segment überlappen sich hierzu in der Zeit. Auch wenn in 5 nur eine Überlagerung der Ansteuersignale 201 und 202 gezeigt ist, kann eine entsprechende Überlagerung selbstverständlich auch zwischen den Ansteuersignalen 202 und 203 und/oder 203 und 204, d.h. zwischen den Ansteuersignalen beliebiger Segmente vorgenommen werden, deren Leuchtkegel sich räumlich überlappen.
Die grundlegenden Schritte eines Verfahrens zum Ansteuern der LED-Segmente einer lichttechnischen Einrichtung 100 sind in dem Flussdiagramm der 6 veranschaulicht. Nach dem Beginn des Verfahrens in Schritt S0, werden in Schritt S1 zunächst die Fahrparameter erfasst, die die gegenwärtige Fahrsituation bezüglich der Fahrbahnbeleuchtung charakterisieren. Zu diesen Fahrparametern gehören insbesondere der Lenkradeinschlag, der beispielsweise mittels eines Lenkwinkelsensors erfasst werden könnte, und die Fahrgeschwindigkeit, deren Wert z.B. von einem Tachometer über die digitale Einrichtung 27 und den Busanschluss 26 abgefragt werden kann. Auf der Grundlage der in Schritt 51 erfassten Fahrparameter werden in Schritt S2 die Anteile berechnet, mit denen jedes der LED-Segmente 1, 2, 3 und 4 zum Gesamtlichtstrom der lichttechnischen Einrichtung 100 beiträgt. In Schritt S3 werden die einzelnen LED-Segmente periodisch ein- und ausgeschaltet, wobei der Einschaltdauer eines LED-Segments im Verhältnis zur Summe der Einschaltdauern aller LED-Segmente der lichttechnischen Einrichtung 100 dem in Schritt S2 berechneten Anteil am Gesamtlichtstrom für dieses LED-Segment entspricht.
Falls keine weitere Beleuchtung, d.h. Lichtabstrahlung durch die lichttechnische Einrichtung 100 erforderlich ist, eine Abfrage, die in Schritt S4 vorgenommen wird, werden in Schritt S5 alle LED-Elemente abgeschaltet, bevor das Verfahren in Schritt S6 endet. Fall in Schritt S4 jedoch festgestellt wird, dass die Beleuchtung weiterhin erforderlich ist, so wird das Verfahren mit dem erfassen der aktuellen Fahrparameter in Schritt S1 fortgeführt.
Entsprechend dem oben mit Bezug auf die Lichtintensitätssteuereinrichtung 20 ausgeführten, kann das periodische Einschalten der LED-Segmente in Schritt S3 so ausgebildet sein, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt höchstens eins oder höchstens zwei der Lumineszenzdiodensegmente eingeschaltet sind. Zwei LED-Segmente werden bevorzugt nur dann für zumindest eine überlappende Zeitspanne gleichzeitig eingeschaltet, wenn sie in aneinander grenzende Raumsegmente abstrahlen, d.h. wenn sich ihre jeweiligen Leuchtkegel berühren oder überlappen.
Die vorgestellte pulsweitenmodulierte Ansteuerung unterschiedlich ausgerichteter LED-Segmente einer lichttechnischen Einrichtung ermöglicht eine Steuerung der Breite und Richtung des von der lichttechnischen Einrichtung abgestrahlten Leuchtkegels ohne Verwendung mechanischer Elemente. Damit lässt sich ein adaptives Kurvenlicht kostengünstig und mit kurzen Steuerungszeiten realisieren. Auch wenn die Erfindung nur unter Bezugnahme auf eine lichttechnische Einrichtung mit vier LED-Segmenten erläutert wurde, ist es für den Fachmann doch selbstverständlich, dass eine entsprechende Einrichtung unter Verwendung der für das Beispiel verwendeten Prinzipien jederzeit auch mit mehr oder auch weniger LED-Segmenten und/oder einer anderen Anordnung der einzelnen Ansteuersignale innerhalb einer Sequenz realisiert werden kann.

1: LED-Segment 1
2: LED-Segment 2
3: LED-Segment 3
4: LED-Segment 4
5: optische Komponente für LED-Segment 1
6: optische Komponente für LED-Segment 2
7: optische Komponente für LED-Segment 3
8: optische Komponente für LED-Segment 4
10: lichtabstrahlende Einrichtung
11: Versorgungsleitung
12: Versorgungsleitung
13: Versorgungsleitung
14: Versorgungsleitung
20: Lichtintensitäts-Steuereinrichtung
21: regelbare Konstantstromquelle
22: regelbare Konstantstromquelle
23: regelbare Konstantstromquelle
24: regelbare Konstantstromquelle
25: Regeleinrichtung
26: Busanschluss
27: digitale Einrichtung
201: Ansteuersignal für LED-Segment 1
202: Ansteuersignal für LED-Segment 2
203: Ansteuersignal für LED-Segment 3
204: Ansteuersignal für LED-Segment 4
51 bis S6: Verfahrensschritte

Claims

Lichttechnische Vorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Abstrahlung von Licht in einen Raumwinkel dessen Größe und dessen Richtung relativ zur Fahrzeuglängsachse entsprechend einer veränderten Fahrsituation veränderbar sind, wobei die lichttechnische Vorrichtung (100) umfasst: – eine lichtabstrahlende Einrichtung (10) mit zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten (1, 2, 3, 4) die so angeordnet sind, dass die Abstrahlrichtung des Lichts von zumindest einem der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) von der des anderen Lumineszenzdiodensegments oder denen der anderen Lumineszenzdiodensegmente abweicht, und – eine Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) zur Steuerung der von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten (1, 2, 3, 4) abgestrahlten Lichtintensität, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, eine Änderung von Größe und Richtung des Raumwinkels, in den die lichttechnische Vorrichtung (100) Licht abstrahlt, durch eine Änderung der von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten (1, 2, 3, 4) abgegebenen Strahlungsintensität in Abhängigkeit von Fahrparametern, die eine Fahrsituation kennzeichnen, zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, die von einem der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) abgestrahlte Lichtintensität mittels eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals (201, 202, 203, 204) zu steuern, das den Versorgungsstroms für das Lumineszenzdiodensegment (1, 2, 3, 4) entsprechend dem Impulsverlauf des Ansteuersignals ein und ausschaltet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, die von jedem der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) abgestrahlte Lichtintensität mittels eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, die von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten (1, 2, 3, 4) abgestrahlte Lichtintensität so zu steuern, dass die Summe der Versorgungsströme für die zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) konstant ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, die von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmenten (1, 2, 3, 4) abgestrahlte Lichtintensität so zu steuern, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt genau eines der zwei oder der mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) Licht abstrahlt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, die von den zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) abgestrahlte Lichtintensität so zu steuern, dass eine erste Zeitspanne, während der ein erstes der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) Licht abstrahlt, sich mit einer zweiten Zeitspanne, während der ein zweites der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) Licht abstrahlt, zeitlich überlappt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, die von den zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) abgestrahlte Lichtintensität so zu steuern, dass die zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) Licht in einer bestimmten Reihenfolge aussenden, die sich bei einer gegebenen Fahrsituation wiederholt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) eine steuerbare Konstantstromquelle (21, 22, 23, 24) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) für jedes der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) eine steuerbare Konstantstromquelle (21, 22, 23, 24) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtintensitäts-Steuereinrichtung (20) eine Schnittstelle (26, 27) zum Austausch von Daten mit weiteren Einrichtungen eines Kraftfahrzeugs aufweist.
Verfahren zur Änderung der Lichtabstrahlung einer lichtabstrahlenden Einrichtung (10) eines Kraftfahrzeugs entsprechend einer Veränderung der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs, wobei die lichtabstrahlende Einrichtung (10) zwei oder mehr Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) umfasst, die so angeordnet sind, dass die Abstrahlrichtung des Lichts von zumindest einem der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) von der des anderen Lumineszenzdiodensegments oder denen der anderen Lumineszenzdiodensegmente abweicht und wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – erfassen (S1) von Fahrparametern, die eine Fahrsituation kennzeichnen, – Berechnen (S2) des Anteils des von einem Lumineszenzdiodensegment zu emittierenden Lichtstroms an dem insgesamt von der lichtabstrahlenden Einrichtung (10) abzustrahlenden Lichtstrom für jede der zwei oder mehr Lumineszenzdioden segmente (1, 2, 3, 4) auf der Grundlage der erfassten Fahrparameter, – periodisches Einschalten (S3) eines Lumineszenzdiodensegments für eine Zeitdauer, deren Verhältnis zur Periodendauer dem Anteil des von dem Lumineszenzdiodensegment emittierten Lichtstroms am insgesamt von der lichtabstrahlenden Einrichtung (10) abgestrahlten Lichtstrom entspricht.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt höchsten zwei der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) eingeschaltet sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt genau eins der zwei oder mehreren Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) eingeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Lumineszenzdiodensegmente (1, 2, 3, 4) die in aneinander grenzende Raumwinkel abstrahlen während einer bestimmten Zeitspanne gleichzeitig eingeschaltet sind.