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DE2450777A1 - Einrichtung zur steuerung eines messstrahls und/oder eines lichtstrahls bei kraftfahrzeugen - Google Patents

Einrichtung zur steuerung eines messstrahls und/oder eines lichtstrahls bei kraftfahrzeugen

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DE2450777A1
DE2450777A1 DE19742450777 DE2450777A DE2450777A1 DE 2450777 A1 DE2450777 A1 DE 2450777A1 DE 19742450777 DE19742450777 DE 19742450777 DE 2450777 A DE2450777 A DE 2450777A DE 2450777 A1 DE2450777 A1 DE 2450777A1
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computer
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DE19742450777
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Manfred Dr Ing Burckhardt
Juergen Dipl Ing Paul
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Daimler Benz AG
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Daimler Benz AG
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Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 10 236 A
Stuttgart 23. Oktober
Einrichtung zur Steuerung eines Meßstrahls und/oder eines Lichtstrahls bei Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung eines Meßstrahls und/oder eines Lichtstrahls bei Kraftfahrzeugen, wobei mindestens ein vom Kraftfahrzeug ausgesendeter Meß- und/oder Lichtstrahl zur Abstandsmessung und/oder Beleuchtung von Gegenständen dienen, welche sich vor dem Kraftfahrzeug auf seiner eigenen Fahrbahn befinden.
Es sind Einrichtungen der obigen Art bekannt, wonach z. B. die Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges schwenkbar angeordnet sind und bei Kurvenfahrt in Abhängigkeit vom Lenkradeinschlag in die Kurve hineinschwenken. Alle diese Einrichtungen mit einer gewissermaßen stationären Beeinflussung vom Lenkeinschlag her haben neben aller Umständlichkeit der Steuer- und Übertragungsorgane - so ist z. B. der Einschlagwinkel am kurveninneren Rad ein anderer als am kurvenäußeren Rad - noch den grundsätzlichen Nachteil, daß sie nur bei Fahrgeschwindigkeit null einen theoretisch richtigen Wert ergeben. Bei einer endlichen Fahrgeschwindigkeit fährt aber das Fahrzeug eine Kurve, die beträchtlich vom Lenkradeinschlag abweichen kann. Dies ist auf die Eigenschaften der Achsauslegung (z. B. Unter- oder übersteuern) sowie auf die Reifendynamik zurückzuführen. Auch der Bremsvorgang spielt hierbei eine Rolle.
Infolge dieses grundsätzlichen Fehlers ergeben sich schwerwiegende Nachteile. So würde z. B. ein nach diesem Prinzip geschwenkter Scheinwerfer die Kurve nicht richtig ausleuchten
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wain
- 2 - Daim 10 236A
und unter Umständen den Gegenverkehr blenden, statt die eigene Fahrbahn auszuleuchten. Sinngemäß dasselbe würde für eine nach diesem bekannten Prinzip arbeitende Abstandswarnanlage gelten.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine solch· Einrichtung nach fahrzeugdynamischen Kriterien derart zu gestalten, daß die Steuerung exakt dem tatsächlich gefahrenen Kurvenradius angepaßt ist. Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten Einrichtungen gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Kraftfahrzeug Meßvorrichtungen angeordnet sind, welche mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung, sowie ggf. die Längsbeschleunigung (Verzögerung) zur Korrektur der angenommenen theoretischen Abbremsung und unter Umständen noch andere relevante. Fahrzeugkenngrößen ermitteln, und daß der Strahlsender hinsichtlich Strahlreichweite und/oder Strahlöffnungswinkel und/oder Winkelabweichung des Strahls zur Fahrzeuglängsachse durch einen Rechner in Abhängigkeit von diesen Meßwerten steuerbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung wird der Vorteil erreicht, daß nun der auszusendende Strahl nach dynamischen Gesichtspunkten steuerbar ist, und daß er infolgedessen stets dem tatsächlich, gefahrenen Kurvenradius entspricht. Ein derart gesteuerter Scheinwerfer, z.B. stellt keine Blendung des Gegenverkehrs mehr dar. Sinngemäß gilt dasselbe für eine so ausgelegte Abstandwarne inlage.
Die Meßgeräte selbst können an sich beliebiger Art sein, wenn sie nur analoge oder ganz fein gestufte digitale Werte liefern, und zwar ssweckmäßigerweise in Form elektrischer Spannungen. So könnte z. B. die Fahrzeugge-
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- 3 - Daim 10 236A
schwindigkeit vom Tachometer abgeleitet sein. Für die Messung der Längs- bzw. ^uerbeschleunigung kommen Trägheitsbeschleunigungsmesser in Frage. Dabei müssen hinsichtlich der Längsbeschleunigung die negativen und positiven Werte berücksichtigt werden, d. h. also die Bremsverzögerung und Fahrzeugbeschleunigung. Für die Querbeschleunigung kann jeder Fahrzeugseite ein Gerät zugeordnet sein, welches dann für eine Kurvenrichtung gilt. Oder aber es ist für jede Achsrichtung ein gemeinsames Gerät vorgesehen, welches z. B. beide Kurvenrichtungen - unterschieden durch Vorzeichen - anzeigt. Beim Vorhandensein einer Bremsschlupfregelanlage wäre es auch denkbar, aus dieser die Werte für die Fahrzeuggeschwindigkeit und evtl. auch für die Längsbeschleunigung zu entnehmen.
Im einzelnen wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß durch den Rechner die Reichweite -des Meß- und/oder Lichtstrahls mittels der Strahlenergie derart steuerbar ist, daß sie proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zur Querbeschleunigung und umgekehrt proportional zur angenommenen oder gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung wächst. Eine solche Auslegung kommt in erster Linie für eine Abstandswarnanlage in Frage.
Ein anderer Vorschlag der Erfindung geht dahin, daß durch den Rechner der Ablenk- und/oder der Öffungswinkel des Meß- und/oder Lichtstrahls mittels Schwenkung und/oder Bündelung des Senders derart steuerbar ist, daß er proportional zur Querbeschleunigung und umgekehrt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zur angenommenen oder gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung wächst. Die Abhängigkeit von der Geschwindigkeit liefert dann gewissermaßen die Normaleinstellung für Geradeausfahrt, die dann von den Kurvenwerten überlagerbar ist.
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- h - Daim 10 236A
Es sei bei dieser Gelegenheit darauf hingewiesen, daß die Strahlschwenkung durch Schwenkungen des ganzen Senders, der Scheinwerfer, einer Richtantenne oder in ähnlicher Weise erfolgen kann, die vom Rechner aus über hilfskraftbetätigte Organe gesteuert wird. Die Bündelung des Strahls kann sinngemäß verändert werden, jedoch wäre bei Scheinwerfern, z. B. auch die geringfügige Schwenkung gegeneinander denkbar. Übrigens können alle Maßnahmen oder einige gemeinsam oder jede für sich angewendet werden.
Für eine Abstandswarnanlage mit Hilfe des reflektierten Meßstrahls wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daü die Meßvorrichtung mit dem Rechner verbunden sind, welcher aus den Meßwerten die Steuerimpulse od^er Steuerwerte für den Sender bildet und daß dieser Rechner zugleich auch zur Auswertung der ßmpfangswerte und zur Bildung der sich hieraus ergebenden Signale dient. Wenn davon ausgegangen werden kann, daß entgegenkommende Fahrzeuge auf der eigenen Fahrbahn nicht vorhanden sind, dann wird weiter vorgeschlagen, daß der Rechner alle Empfangssignale unterdrückt, die eine Differenzgeschwindigkeit anzeigen, welche die eigene Fahrgeschwindigkeit um einen festgesetzten Betrag übersteigt. Auf diese WeX1Se können alle störenden Einflüsse ausgeschaltet werden, die dadurch entstehen, daß bei Kurvenfahrt der Meßstrahl die Kurveninnenseite überschneidet und dadurch z. B. bei Rechtsverkehr in einer Linkskurve auch den Gegenverkehr erfaßt. Dazu wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, daß der Rechner diese Empfangssignale nur dann unterdrückt, wenn der Schwenk- und/oder Öffnungswinkel bestimmte, fest eingegebene Grenzwerte übersteigt.
Im Allgemeinen wird der Strahlsender für sich in Abhängigkeit von den aus dem Rechner stammenden Steüerwerten geschwenkt bzw. die Strahlbündelung verändert. Man kann aber
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auch den Schwenkmechanismus mittels eines Getriebes mit veränderbarer Übersetzung an die Lenkung anbinden. In diesem Fall wird dann vom Rechner aus die Übersetzung des Getriebes gesteuert, wozu dann auch noch der Lenkeinschlag in den Rechner eingegeben werden muß.
Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert und zwar zeigt:
Fig. 1 und 2 zwei Schemabilder zur Erläuterung der Erfindung und
Fig. 3 das Aufbauschema einer solchen Anlage.
Das Prinzip der Erfindung wird anhand einer Abstandswarnanlage erläutert, bei der ein Mei3strahl ausgesendet wird, um vor dem Fahrzeug auf derselben Fahrbahn sich befindende Hindernisse bzw. fahrende Fahrzeuge zu erkennen und je nach Abstand und Differenzgeschwindigkeit entsprechende Signale oder Bremsimpulse auszulösen. Die Reichweite einer solchen Abstandswarneinrichtung sollte so groß sein, daß bei einer gegebenen Geschwindigkeit das Fahrzeug nach Eintritt der Vollwarnung vor einem stehenden Hindernis noch abgebremst werden kann. Daraus ergibt sich ein Bezugsabstand entsprechend der nachfolgenden Formel zu:
AB ~ bR + *R U +
2a
Darin bedeutet
S_ - den Restabstand nach Stillstand beider Fahr-Zeuge,
t - die Reaktionszeit
ty- - die Fahrgeschwindigkeit
a - die theoretisch mögliche Abbremsung bei den gegebenen Straßenzustand (wird als Konstante abhängig von den Witterungsbedingungen in den Rechner eingegeben). 609818/0579
- 6 - Daim IQ 236A
Der Maximalwert für einen solchen Bezugsabstand wird vorwiegend durch die Höhe der Geschwindigkeit, bei der die Warneinrichtung noch einen Sicherheitsgewinn bringt und durch den Jn Serienfahrzeugen möglichen Aufwand eingeschränkt .
Bei Kurvenfahrt wird der Meßstrahl gegenüber der Fahrzeuglängsachse geschwenkt, wie es aus der Fig. 1 ersichtlich ist. Das Fahrzeug 10 fährt einen Kreisbogen 11 und kommt nach einem entsprechenden Bremsweg an der Stelle E zum Stillstand. Damit der Meßstrahl M ein Hindernis an der Stelle E rechtzeitig erkennen kann, muß er gegenüber der Fahrzeuglängsachse 12 um einen Winkel ausgelenkt werden, Dieser Winkel steht zu dem dem Bremsweg zugeordneten Winkel in folgender Beziehung
Während der Kreisbogen, den das Fahrzeug als Bremsweg bis zur Stelle E zurücklegt durch die Formel
3B
gekennzeichnet ist. Bei einer Kurvenbremsung ist noch zu berücksichtigen, daß das Fahrzeug beim Durchfahren eines Kreisbogens mit dem Radius R der Querbeschleunigung
2
bQ = ^r
unterliegt. Man kann nun davon ausgehen, daß für das Reifenverhalten der Kamm'sehe Halbkreis Gültigkeit besitzt, was zumindest in erster Näherung der Fall ist. In diesem Fall gilt für die in der Kurve realisierbare Abbremsung die folgende Formel
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- 7 - Daim TQ 236/4
Hierbei wird davon ausgegangen, daß der Fahrer die zu Beginn der Kurvenbremsung zulässige Abbremsung bis zum Stand beibehält. Ein geübter Fahrer ist zwar in der Lage, bei sinkender Geschwindigkeit entsprechend der abnehmenden Querbeschleunigung die Abbremsung zu steigern, jedoch kann ein solches Verhalten nicht als Norm einer Sicherheitsrechnung zugrundegelegt werden. Aus diesem Wert für die in Kurve realisierbare Abbremsung ergibt sich aus der eingangs genannten Formel der Bremsweg zu
SB = ■ *R
Faßt man alle vorstehend genannten Beziehungen sinnvoll zusammen, so ergibt sich der Ablenkwinkel zu
Hieraus ist zu entnehmen, daß die Ablenkung des Meßstrahls von der augenblicklichen Querbeschleunigung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Abbrerasung abhängt. Dabei wird die Normalbremsung a entsprechend dem Fahrbahnzustand angenommen und in den Rechner eingegeben.
Die obige Beziehung gilt natürlich nicht nur für den Meßstrahl einer Abstandswarnanlage, sondern auch für den Lichtstrahl von Scheinwerfern, die eine Kurve optimal ausleuchten sollen.
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Die Figur 1 läßt erkennen, daß durch diese Maßnahme u. U. der Gegenverkehr in der Kurve verstärkt erfaßt wird. Dies läßt sich aber bei einer Abstandswarnanlage dadurch vermeiden, daß der Rechner alle diejenigen Signale unterdrückt, die eine Differenzgeschwindigkeit anzeigen, welch« die eigene Fahrgeschwindigkeit um einen festgesetzten Betrag - der relativ oder absolut sein kann - übertrifft. Eine solche Differenzgeschwindigkeit wäre - wie leicht einzusehen ist - nur dann möglich, wenn sich der angepeilte Gegenstand entgegen der eigenen Fahrtrichtung bewegt.
Nach Figur 2 sollte der vom Fahrzeug 10 ausgehende Meßstrahl M bzw. der Lichtstrahl im Bezugsabs*tand AB gerade die Straßenbreite B erfassen. Der Öffnungswinkel gibt sich danach zu
B
AB
Wenn man hier nun die eingangs genannte Formel für den Bezugsabstand einführt und dabei den Restabstand und die Reaktionszeit vernachlässigt, so ergibt sich
Der Öffnungswinkel des Meßstrahls ist somit direkt der Fahrzeugverzögerung und der Straßenbreite proportional sowie umgekehrt zum Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit. Dieser Meßstrahl kann nun in der weiter oben angegebenen Art und Weise geschwenkt werden und zwar derart, daß die Mittelachse MA des Meßstrahle MS um den Winktel "«.' entsprechend den vorstehend erläuterten Bedingungen geschwenkt wird. Eine andere Möglichkeit liegt darin, den Meßstrahl nicht so weit zu schwenken bis seine Mittelachse MA die in Fig. 1 gezeichnete ausgeschwenkte Lage erreicht, sondern nur so weit, bis die Jeweils
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kurveninnere Begrenzung des Meßstrahls die in der Figur 1 mit MS bezeichnete Lage erreicht. Und schließlich ist es auch denkbar, dem Meßstrahl MS überhaupt nicht zu schwenken, d. h. also seine Achse MA verbleibt in der Lage nach Fig. 2, sondern lediglich seine Öffnungsweite, d. h. den Winkel <■ zu verändern, und zwar wiederum so weit, daß die äußerste Seitenbegrenzung die Lage nach Fig. 1 erreicht, d. h. es wäre dann in diesem Fall der Öffnungswinkel
β 2 · ,' . Wahrscheinlich wird aber das Prinzip der Schwenkung zu bevorzugen sein, da bei der Veränderung des Öffnungswinkels, insbesondere bei Scheinwerfern, möglicherweise Intensitätsverluste in Kauf genommen werden müßten.
Nach Fig. 3 ist im Fahrzeug 10 ein Meßstrahlsender 13 schwenkbar angeordnet. Auch die Scheinwerfer 14 sind Schwenkbar angeordnet und diese beiden schwenkbaren Teile sind über entsprechende Übertragungsgestänge mit Betätigungsorganen 16 verbunden, welche hilfskraftgesteuert sind. Die Hilfskraft selbst wird durch ein Steuerelement 17 gesteuert, welches z. B. durch Magnetventile gebildet werden kann. Dieses Steuerelement 17 erhält seine Impulse von einem Rechner 18, der im Übrigen auch über nicht mehr dargestellte Verbindungsleitungen bzw. Organe die Auswertung des reflektierten Meßstrahls übernimmt und die Warnsignale bzw. Brenssignale steuert.
Zur Ermittlung der Eingangswerte für den Rechner 18 ist im Fahrzeug zunächst ein Meßgerät 19 für die Fahrgeschwindigkeit angeordnet. Ferner ist das Fahrzeug mit zwei Meßgeräten 20 für die Längsbeschleunigung und für die Bremsverzögerung sowie mit zwei Meßgeräten 21 und 21a für die Quer beschleunigung ausgerüstet. Von den beiden letzteren spricht das «in·, z. B. da· Meßgerät 21 auf die Fliehkraft in Links-
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- 10 - Dai« 10 236/k
kurven, das andere z.B. 21a auf die Fliehkraft in Rechtskurven an. Alle Meßgeräte sind über Leitungen alt den Rechner 18 verbunden, der dann aus den eingegebenen Meßwerten in der vorstehend näher erläuterten Art und Weise die Ausgangsimpulse zur Steuerung der Schwenkung von Sender 13 und Scheinwerfer 1^ errechnet. Diese Ausgangsimpulse werden im Steuerelement 17 und den Betätigungsorganen 16 über eine z.B. hydraulische oder pneumatische Hilfskraft in entsprechende Schwenkbewegungen umgesetzt. Es sei in diesen Zusammenhang darauf aufmerksam gemacht, daß in der Fig. 3 keineswegs etwa die tatsächliche Anordnung der Anlage in Fahrzeug dargestellt werden soll. Vielmehr geht es hier lediglich darum, den Aufbau einer solchen Anlage an einen Schema zu erklären. Lage, Größe und gegenseitige Zuordnung der einzelnen Teile werden sich nach den Gegebenheiten des jeweiligen Fahrzeugs richten.
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- ii -

Claims (6)

  1. - 11 - Pain 1O 236 A
    Daimler-Benz Aktiengesellschaft 23. Oktober
    Stuttgart
    Ansprüche
    Einrichtung zur Steuerung eines Meßstrahle und/oder eine· Lichtstrahls bei Kraftfahrzeugen, wobei Mindestens ein VOBi Kraftfahrzeug ausgesendeter Meß- und/ .oder Lichtstrahl zur Abstandsmessung und/oder Beleuchtung von Gegenständen dienen, welche eich vor den Kraftfahrzeug auf seiner eigenen Fahrbahn befinden, dadurch gekennzeichnet, daß am Kraftfahrzeug (10).Meßvorrichtungen (19, 20, 21, 21a) angeordnet sind, welche mindestens die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Querbeschleunigung sowie ggf. die Längsbeschleunigung (Verzögerung) zur Korrektur der angenommenen theoretischen Abbremsung und unter Umständen noch anderer relevanter Fahrzeugkenngrößen ermitteln, und daß der Strahlsender (13) hinsichtlich Strahlreichweite und/oder Strahlöffnungswinkel und/oder Winkelabweichung des Strahls zur Fahrzeuglängsachee durch einen Rechner (18) in Abhängigkeit von diesen Meßwerten steuerbar ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichne t, daß durch den Rechner (18) die Reichweite des Meß- und/oder Lichtstrahls mittels der Strahlenergie derart steuerbar ist, daß sie proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit und zur Querbeschleunigung und umgekehrt proportional zur angenommenen oder gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung wächst.
    6Q9818/0579 - 12 -
    - 12 - Daim 10 236A
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß durch den Rechner (18)der Ablenk- und/oder der Öffnungswinkel des Meß- und/oder Lichstrahle mittels Schwenkung und/oder Bündelung des Senders (13) derart steuerbar ist, daß er proportional zur Querbeschleunigung und umgekehrt proportional zur FahrZeuggeschwindigkeit und zur angenommenen oder gemessenen Fahrzeuglängsbeschleunigung wächst.
  4. h. Einrichtung zur Abstandswarnung mit" Hilfe des reflektierten Meßetrahls nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtungen (19, 20, 21, 21a) mit dem Rechner (18) verbunden sind, welcher aus den Meßwerten die Steuerimpulse oder Steuerwerte für den Sender (13) bildet, und daß dieser Rechner (18) zugleich auch zur Auswertung der Empfangswerte und zur Bildung der sich hieraus ergebenden Signale dient.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch k, dadurch gekenn« zeichnet, daß der Rechner(18) alle Empfangssignale unterdrückt, die eine Differenzgeschwindigkeit anzeigen, welche die eigene Fahrgeschwindigkeit um einen festgesetzten Betrag übersteigt.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (18) diease Etnpfangssignale nur dann unterdrückt, wenn der Schwenk- und/ oder Öffnungswinkel bestimmte, eingegebene Grenzwerte übersteigt.
    ORIGINAL INSPECTED
    609818/0579 onmw»-
    Leerseite
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