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Optimization of Automotive Light Distributions for Different Real Life Traffic Situations

Kobbert, Jonas :
Optimization of Automotive Light Distributions for Different Real Life Traffic Situations.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2019)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Optimization of Automotive Light Distributions for Different Real Life Traffic Situations
Language: English
Abstract:

The major goal of this thesis is to find a way to optimize current automotive headlamps in order to provide safer nighttime driving. While this has already been done in the past with the works by Damasky and Huhn, the current approach combines methods previously not used in one single study. In the first steps, the influence of different headlamp parameters on viewing distance of the driver is evaluated in field tests. In the second step, the current German traffic space is analysed before in the third step, the gaze behaviour of drivers is recorded and investigated for different situations. The combination of these studies is then used to propose new light distributions.

In the first part, field tests are conducted in order to investigate detection distances with different lighting conditions. The gained data is used to provide recommended luminous intensity values for certain detection distances. Furthermore, the data is used to extract luminous intensity recommendations for different angular positions relative to the hot spot. These investigations show, that the current limits set by the ECE for high beam headlamps are sufficient to provide safe detection distances for nearly all situations. However, the data also shows, that low beam should be disregarded for any situation and only be used if high beam cannot be used at all.

The traffic space analysis in the second part of this thesis shows, that there are significant differences between different road categories in terms of object location and frequency. For these situations, optimized segment distributions are proposed, leading to significant benefits over the conventional high beam setup. The difference between the proposed segment partitioning and the standard setup is, that the segments are not set equal in size. The segments at the centre of the distribution are set to be smaller in order to better mask out traffic that is further away. Furthermore, it is shown, that the benefit of additional segments is limited at around 280 segments, where a performance identical to a 10000 pixel headlamp is achieved.

In the last section, regarding the gaze analysis a large driving test, including 54 test subjects is performed. Here the findings by Diem, Damasky, Brückmann and Weber are confirmed. New approaches regarding the correlation between the driver’s gaze and objects in the traffic space are tested. On a general level, no correlation between the object distribution and the gaze is found. However, a large databank containing object positions as well as driver’s gaze, speed, lighting condition and position in the world is set up for further, more detailed information. The data from all presented studies is then used to propose new, optimized light distributions.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, einen Weg zu finden, aktuelle Kfz-Scheinwerfer zu optimieren, um eine sicherere Nachtfahrt zu ermöglichen. Während dies bereits in der Vergangenheit durch Arbeiten von z.B. Damasky und Huhn geschehen ist, kombiniert der vorgestellte Ansatz Methoden, die bisher nicht in einer einzigen Studie verwendet wurden. In den ersten Schritten wird der Einfluss verschiedener Scheinwerferparameter auf die Sichtweite des Fahrers in Feldtests bewertet. Im zweiten Schritt wird der deutsche Verkehrsraum analysiert, bevor im dritten Schritt das Blickverhalten der Fahrer erfasst und für verschiedene Situationen untersucht wird. Die Kombination dieser Studien wird abschließend genutzt, um neue, optimierte Lichtverteilungen zu generieren. Im ersten Teil der Arbeit werden Feldtest durchgeführt, die Detektionsabstände bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen analysieren. Aus den gewonnenen Daten werden empfohlene Lichtstärkewerte für bestimmte Sichtbarkeitsweiten abgeleitet. Darüber hinaus werden die Daten verwendet, um Lichtstärkeempfehlungen für verschiedene Winkelpositionen relativ zum Fahrer zu extrahieren. Diese Untersuchungen zeigen, dass die von der ECE für Fernlichtscheinwerfer festgelegten Lichtstärkegrenzen ausreichen, um sichere Detektionsabstände für fast alle Situationen zu gewährleisten. Die Daten zeigen aber auch, dass das Abblendlicht nur dann eingesetzt werden sollte, wenn das Fernlicht überhaupt nicht genutzt werden kann, da die Sichtbarkeitsweiten deutlich niedriger sind als für eine sichere Fahrt notwendig. Die Verkehrsraumanalyse im zweiten Teil der Arbeit zeigt, dass es signifikante Unterschiede zwischen verschiedenen Straßenkategorien in Bezug auf Lage und Häufigkeit von Objekten gibt. Für diese Situationen werden optimierte Segmentverteilungen vorgeschlagen, die zu signifikanten Vorteilen gegenüber dem konventionellen Aufbau von blendfreiem Fernlicht führen. Der Vorteil wird dadurch generiert, dass die Segmente in ihrer Größe variabel angeordnet werden. Segmente in der Mitte der Verteilung sind kleiner eingestellt, um weiter entfernten Verkehr besser abzudecken zu können. Außerdem wird gezeigt, dass der Nutzen zusätzlicher Segmente auf etwa 280-Segmente begrenzt ist, wo eine identische Fahrbahnausleuchtung wie mit einem 10000-Segment-Scheinwerfer erzielt wird. Im letzten Abschnitt wird bezüglich des Blickverhaltens von Autofahrern ein Fahrversuch mit 54 Testpersonen durchgeführt. Hier werden die Ergebnisse von Diem, Damasky, Brückmann und Weber bestätigt. Neue Ansätze zur Korrelation zwischen dem Blick des Fahrers und Objekten im Verkehrsraum werden erprobt. Auf einer allgemeinen Ebene wird keine Korrelation zwischen der Objektverteilung und dem Blick gefunden. Eine große Datenbank mit Objektpositionen sowie Blickwinkel, Geschwindigkeit und Lichtverhältnisse relativ zum Autofahrer ist jedoch für weitere, detailliertere Informationen eingerichtet. Die Daten, die in allen Teilen der Thesis erarbeitet wurden werden im letzten Abschnitt zu einer neuen, beispielhaften Lichtverteilung kombiniert und diese wird mit herkömmlichen Lichtverteilungen verglichen und Hauptunterschiede zwischen diesen Lichtverteilungen werden herausgearbeitet.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Light Technology
Date Deposited: 25 Jan 2019 12:29
Last Modified: 25 Jan 2019 12:29
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-83828
Referees: Khanh, Prof. Dr. Tran Quoc and Neumann, Prof. Dr. Cornelius
Refereed: 7 December 2018
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8382
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