CN103237682A - 提供白炽灯和发光二极管灯区分的实时计算机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种机动车辆电源系统，包括：光源，其从电源处供电。在点火时，光源被测试，以确定待运转状态和光源的类型。在点火时，开关被循环以向光源提供脉冲宽度调制通电。脉冲宽度调制信号的参考副本是可用的。具有第一和第二输入的比较器提供施加到光源上的脉冲宽度调制信号与参考的比较。光源上电压变化率的改变可与参考进行比较，来将光源表征为发光二极管或其它类型、通常是白炽灯泡的源。

Description

提供白炽灯和发光二极管灯区分的实时计算机控制系统

技术领域

技术领域大体上涉及阻抗测量，且更具体的，涉及阻抗测量的应用，用于从一组已知的可能负载中识别哪些与电源电路连接。

背景技术

机动车辆照明系统可能会使用不同类型的光源，包括白炽灯泡、弧光灯和发光二极管，以及其它的装置。低压光源，诸如某些类型的白炽灯泡和发光二极管，能直接从车身控制器通电，使得能容易实现电子开关和灯泡监控。然而，这样做引起了这样的可能，即由车身控制器支持的负载的特性在给定车辆的寿命中、或在装有类似编程的车身控制器的车辆之间改变。

白炽灯通过将灯泡与电压源连接而通电。它们的使用寿命可能会由于被施加过电压而受到不利的影响。光线的发射，从辐射流明的角度来说，可通过将附加辐射体与电路进行连接而进行调整。来自发光二极管的光发射可通过改变供电给该装置的电流来调整。白炽灯已经被认为是电阻负载，并且它们的操作状态已经通过检测流过它们电路的电流被容易地进行了确认。如果仅考虑操作的可行性，发光二极管也能以相同的方式进行检查。照明电路的完整性已通过至少在点火的车辆上给每个照明电路施加电压脉冲而在车辆上得到验证。至今为止，这被认为是局限于对与已知装置的操作可行性相当的电流进行简单验证。

然而，白炽灯和发光二极管一定程度上是合成的装置，其具有响应施加电压的虚轴分量。白炽灯泡是热的线圈，而发光二极管是冷的PN结。因此，白炽灯呈现一些电感。跨发光二极管施加电压导致产生了静电场，并因而装置应呈现一些电容器的特性。用于各个装置的复数的负载向量具有独特的、可检测的分量。

美国专利7,030,627 Ashley教导，复数阻抗通常用电子测试装置测量。任何特定频率下的复数阻抗由实际电阻式分量和反应性部分构成。

发明内容

机动车辆电力系统包括从电源处供电的光源。控制开关提供将光源连接到电源。对该连接的控制可以通过以脉冲宽度调制信号传递电力的方式来实现，以控制传递的总电流并由此控制照明强度。在车辆点火的点火时刻或某些其它定义的起始点，车辆的光源被测试，以确定待运转状态以及光源的类型。点火时，光源通过施加脉冲宽度调制通电信号来进行循环。该脉冲宽度调制信号的参考副本是可用的。具有第一和第二输入的比较器提供施加到给定光源的脉冲宽度调制信号与其参考信号的比较。光源上的电压变化率的改变可与参考值进行比较，来将光源定性为发光二极管或其它类型(通常是白炽灯泡)的光源。光源的操作可以被自动地调节，使得能够对装在车上的光源的类型进行改变，包括对脉冲宽度调制供能进行规定以提供照明度的控制。该系统以数字形式来实现，并且模数转换的分辨率控制受脉冲宽度调制信号持续时间的选择的影响。

附图说明

图1是车辆电力产生、存储和分配系统的高度示意图。

图2是发光二极管开关电路的详细示意图。

图3是白炽灯泡开关电路的详细示意图。

图4是示出系统实施例操作的高度流程图。

具体实施方式

参见图1，示出了与对多个灯12进行控制相关的车辆电气控制系统10的元件的高度示意图。跟内部灯相比，外部灯更多地被典型监控操作的完整性，然而，这里公开的系统的原理可以用于不同系统，只要可能负载的定性操作特性是已知的。示出的车辆电气控制系统10的元件包括车身控制器30、发动机控制器40和串行数据链路60，在该链路上，车身控制器30和发动机控制器40，以及其它控制器，分别采用控制器区域网络(CAN)接口44和43进行数据通信。车身控制器30和发动机控制器40都包括可编程微处理器。对于发动机控制器40，这是微控制器41。对于车身计算机30，它是微控制器31。

车身控制器30是高级控制器，其与其它功能一起提供对车辆灯12的开关控制，包括成组的：近光前灯灯丝61；远光前灯灯丝48；停车标识灯18；识别(ID)灯38；左前转向信号灯；右前转向信号灯；右后转向信号灯；以及左后转向信号灯；等等。

灯12通常是发光二极管(LED)或白炽灯泡。这里，仅作为示例，停车标识灯18和ID灯38是LED，并且双灯丝前照灯48和61是白炽灯泡。前照灯当然并不限于白炽灯泡。光辐射器32、33、34和35，特征上为LED或白炽灯，可用于提供转向信号灯或其它外部灯。停车标识灯18、ID灯38、近光灯丝61、远光灯丝48和光辐射器32-35通过多个结合进车身控制器30的开关/开关电路的导通状态的切换而被打开和关闭。多个开关可在微控制器31的控制下，以场效应晶体管(FET)开关电路52、53、54、55、56、57和58来实现。

电力可从电力系统供给至灯12，电力系统包括电池14和发动机驱动的交流发电机20。电池上的电压水平和来自交流发电机20的功率输出可由发动机控制器进行监控。

车身控制器30可直接通过控制器区域网络串行数据链路60从计量控制器(未示出)或通过串行数据链路60从发动机控制器40接收来自点火开关22的信号。车身计算机包括微控制器31，可对该微控制器31进行编程以在点火从关到开的状况改变之后测试与车身控制器30连接的外部灯。微控制器31可构造为在点火开的时候给每个外部灯施加电脉冲，并与之响应地检查电流(参见图2和图3)。

图2和图3提供了FET开关电路52-58的更多细节。采用FET开关电路56、57作为代表性的示例，示出了FET开关电路52-58至微控制器31以及至光辐射器33、34之间的连接。FET开关电路52-58为灯12提供电源，并能循环以提供脉冲宽度调制(PWM)信号，该信号根据负载是否是白炽灯泡、二级管、荧光装置的镇流器、某些其它类型的负载或该负载是否已操作失败，来从负载产生特性响应。该响应可以与参考信号作比较，并用于产生信号返回给微控制器31，代表每个连接到FET开关电路的光辐射器的特性和待运转状态。

特别参见FET开关电路56(FET开关电路57是相似的，除了是连接到白炽灯辐射器34)，基于LED的光辐射器33连接到MOSFET82的源极，并通过MOSFET82从直流电源接收通电。第二MOSFET84通过其漏极被连接到该相同的电源，并通过其源极连接到比较器78的参考输入。MOSFET82的源极连接到比较器78的第二输入，且作为电阻器的方式。

FET开关电路56通过控制输入线24和时钟输入线26接收来自微控制器31的输入信号。FET开关电路56包括逻辑电路76，逻辑电路76接收来自电池输入的电力，并经连接以接收来自微控制器31的控制输入和时钟信号输入。逻辑电路76操作信号，以提供栅极信号，栅极信号随即控制两个电力开关MOSFET82、84的导通状态，并通过时钟线88为比较器78提供时钟信号。MOSFET84的源极相对地与MOSFET82的源极在PWM信号短时间内隔离，并且MOSFET82源极上的信号电平将会反映负载的响应，它可能是LED光辐射器33或白炽灯辐射器34。MOSFET84的输出变为参考信号，光源负载到循环信号的响应与该参考信号作比较。

比较器78的输出连接到场效应晶体管(FET)86的栅极。FET86的漏极连接到MOSFET84的源极，且由此FET86漏极上的信号电平追踪比较器78参考输入上的信号电平。FET86的漏极连接一包括晶体管的反馈线64，至微控制器31。集电式比较器78和FET86形成模数(A/D)转换器70，该模数转换器70以串行输出的方式提供光辐射器33响应通电的数字化表示。

反馈线64和接地端之间连接的是A/D增益控制电路62，该A/D增益控制电路62包括一对晶体管72、74，并联在反馈线64和增益控制MOSFET68之间，增益控制MOSFET68与电阻器74串联，该增益控制MOSFET68控制电阻器74的导通。换句话说，有两个增益值用于A/D转换器70，而且该增益是通过使增益控制MOSFET68导通从而使电流流过电阻器74、由此减小反馈线64和接地端之间的阻抗来改变的，使增益控制MOSFET68导通从而使电流流过电阻器74，这减小了A/D增益控制电路62的阻抗。微控制器31通过在增益控制线66上设定值，来选择用于增益控制电路62的增益。

MOSFET82用于通过MOSFET的源极将LED光辐射器33连接到直流电源、特别是车辆电池或交流发电机，从而产生光，或将光辐射器从直流电源断开从而停止光的产生。此外，MOSFET82连接到比较器78的一个输入，并且在该输入上接收的信号反映光辐射器33作为负载的响应。MOSFET84通过其源极连接到比较器78的参考输入，并通过其漏极连接到直流电源。在MOSFET84导通的状态下，直流电源连接到比较器78的参考输入，至直流电源。如果光辐射器33没导通，可能由于其故障，则当功率MOSFET导通时，出现在由MOSFET82、84(以及到比较器78的输入)提供的电源处的信号应该是同步并相同的。功率MOSFET82、84的导通可通过在栅极输出线94采用来自控制逻辑76的脉冲宽度调制信号来驱动，用于确定由光辐射器代表的负载是否具有电感性分量或电容性分量。在具有与白炽灯负载相关联的电感分量的情况下，当与流过发光二极管的初始电流(其具有电容性分量)相比，初始电流应该低点，而电压则高一点。将光辐射器到施加到功率MOSFET82的栅极脉冲的响应的串行化与通过功率MOSFET84的参考值作比较，功率MOSFET84具有足够程度的分辨率，从而在不确定电感性和电容性负载的量值下，就能把白炽灯负载从二极管负载中区分出来。脉冲持续时间的改变(换句话说，是PWM)，可以用于隔离特定类型的负载，尤其根据用于特定应用的光辐射器的输出特性。

连接在功率MOSFET82、84的漏极到保护电路98之间的稳压二极管42保护MOSFET和控制逻辑电路76发生过电压情形。功率MOSFET82的漏极通过电阻器连接到保护电路98。反馈线64包括电阻器和电容器，用于脉冲成形网络67。电容器36在功率MOSFET82、84接通时支持来自直流电源的电压电平。

图4是示出在按键开关/IGN位置变为打开后执行例程的高度流程图。用于说明性的目的，假设每个要被检查的照明位置被示出，作为索引号的参考，并且至少两个不同类型的光辐射器可安装在某个位置。光辐射器的类型呈现不同的复数阻抗。经过例程初始化，索引值设定为等于1(步骤100)，且流程开始。在步骤102，脉冲宽度值适合于测试在给定位置处可能的复数负载(参见索引值)。选择步骤102还包括选择用于A/D转换器62的增益值。这可包括用于控制增益控制MOSFET68的简单状态值。如果给定位置的测试运行超过一次，则可不只使用脉冲宽度值(以及增益值)以产生用于评估负载的额外数据。接着，在步骤104，测试信号(以及增益)被应用于FET开关电路56和A/D增益调整电路62。在步骤106，结果(A/D转换器的输出)被采集。

步骤108提供了故障检测。通常故障将用一串来自A/D转换器70的全“1’”或全“0’”来表示。如果这发生了，那代表发生了故障(步骤110)。于是，索引增值，且例程回到步骤102。另一结果可能是指示数据，其可以用于确定哪种类型的光辐射器安装在索引位置。

在步骤112，数据串被分析，以确定连接了哪种类型的光辐射器。这里给出了两种可能性，白炽灯和发光二极管。步骤114和116提供了将光辐射器的类型存储到存储装置。功率MOSFET82可根据连接于其上的辐射器的类型不同地进行操作。通常，白炽光源采用电压源通电，且在操作期间，功率MOSFET82容易被保持。然而，LED装置表征为恒定电压降，且其通过电流源通电。为了能够控制提供至LED的电流，功率MOSFET82可循环地导通和截止，因此装置的特性被存储，以通知稍候对功率MOSFET82的控制。在存储了结果后，索引增值(步骤118)，并确定操作是否已完成(步骤120)。如果没有，流程回到步骤102。

与负载的特定类型相关联的复数阻抗能采用多种技术定性地检测出来。虽然已经讨论了一种特定的受数字控制环境作用的方法，但也可应用其它技术，并且在负载的定性特征是已知的情况下，也可将其它技术用于定量评估。

被期望呈现电容性特性(诸如发光二极管所呈现的)的复数阻抗，可以采用多路复用器和串联电阻器来检测，以产生戴维南正弦波源。电容器上电流与电压的相位关系是众所周知的，并可以检测串联电阻器上电流与电压的相位关系。

灯丝(白炽)灯检测的模拟定量分析可通过在控制器模块中包括与灯串联的已知电阻的电阻器、以及改变频率来找到电路的串联RL谐振频率来实现。找到谐振频率将能够确定通过电流的最大值，并且将指示灯的电感。类似地，已知的电感可与LED串联布置，且串联RLC电路的谐振频率找到后提供电流最大值，并由此指示LED的电容。

并联或串联谐振频率测量可允许接通升压变压器，以在检测到合适负载的情况下提供内部110或220伏AC。车身控制器可用于提供在60或50赫兹下操作的AC逆变器。

可调电容器和电感器可用于实现上述的谐振频率检测。类似可调电感的特性可采用回转器来实现(电压可调节的复数阻抗)。

电可擦除可编程存储器(EEPROM)或其他长期存储系统可用于记录测量，用作将来参考。寿命测试可通过将部件的当前值与安装时呈现的特性进行比较来实现。

Claims (18)

1.一种车辆电气系统，包括：

电源；

可更换负载，其具有可预期的定性特性；

所述可更换负载到所述电源的开关控制连接；

用于响应于所述开关在状态上的改变、向所述可更换负载循环施加通电信号的装置；

比较器，其具有第一和第二输入，所述第一输入连接到光源的输入，用于监控所述光源对施加所述通电信号的响应；以及

所述比较器的第二输入连接到参考信号源。

2.如权利要求1所述的车辆电气系统，其特征在于，所述车辆电气系统进一步包括：

所述可更换负载是光源；以及

用于循环的装置包括用于产生脉冲宽度调制通电信号的装置。

3.如权利要求2所述的车辆电气系统，其特征在于，所述车辆电气系统进一步包括：

串行模数转换器，其连接到来自所述比较器的输出；

增益控制子电路，其连接到所述串行模数转换器的输出。

4.如权利要求3所述的车辆电气系统，其特征在于，所述车辆电气系统进一步包括：

所述参考信号源是在所述用于循环的装置控制下的第二开关。

5.如权利要求4所述的车辆电气系统，其特征在于，所述车辆电气系统进一步包括：

用于所述开关和所述增益控制子电路的控制器，用于提供为所述脉冲宽度调制信号设定周期以及为所述串行模数转换器设定增益水平的信号。

6.如权利要求5所述的车辆电气系统，其特征在于，所述用于循环的装置进一步包括：

微控制器；以及

逻辑电路，其经连接以接收来自所述微控制器的控制信号和时钟信号，该逻辑控制器提供门信号，用于控制所述第一和第二开关。

7.如权利要求6所述的车辆电气系统，其特征在于，所述车辆电气系统进一步包括：

所述第一和第二开关是功率MOSFET。

8.如权利要求7所述的车辆电气系统，其特征在于，所述车辆电气系统进一步包括：

所述光源在被施加所述脉冲宽度调制信号时呈现电容性或电感性特性，或可选择地呈现电容性或电感性特性，呈现故障模式。

9.如权利要求8所述的车辆电气系统，其特征在于，所述车辆电气系统进一步包括：

用于对检测到光源呈现电容性特性作出响应的装置，用于配置所述微控制器在当被通电用于照明期间控制传递给所述光源的电流。

10.如权利要求3所述的车辆电气系统，其特征在于，所述串行模数转换器的分辨率响应于所述时钟信号。

11.一种基于电感性或电容性属性对连接到车辆电气控制系统的负载进行表征的方法，该方法包括如下步骤：

选择脉冲宽度调制测试信号的持续时间；

向所述负载施加所选持续时间的至少第一脉冲宽度调制测试信号；

提供所选持续时间的参考脉冲宽度调制信号；

将在所述负载的输入处测量的所述第一脉冲宽度调制测试信号与所述第一参考脉冲宽度调制信号进行比较；

响应于所述第一脉冲宽度调制测试信号相对于所述第一参考脉冲宽度调制信号的电压上升速率下的相对延迟，将连接到所述车辆电气控制系统的所述负载表征为发光二极管；

响应于所述第一脉冲宽度调制测试信号与所述参考脉冲宽度调制信号的匹配，指示负载故障；以及

否则，将所述负载表征为除发光二极管之外的源。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：

施加其它所选持续时间的额外的脉冲宽度调制测试信号。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括如下步骤：

提供所述比较步骤的结果的模数转换；以及

响应于所述脉冲宽度调制测试信号的所选持续时间，调整所述提供步骤的分辨率。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法被应用于机动车辆，并响应于点火而发生。

15.一种机动车辆电源系统，包括：

光源；

电电源，用于给所述光源通电；

功率MOSFET，其连接在所述电源和所述光源之间，以对所述光源至所述电源的连接进行控制；

车辆点火键；

微控制器，其响应于所述车辆点火键的点火，用于选择施加于所述光源的脉冲宽度调制测试信号和脉冲宽度调制参考信号的至少第一持续时间；

控制器，其响应于第一脉冲宽度调制测试信号的所述持续时间的选择，用于向所述功率MOSFET施加门信号以产生所述第一脉冲宽度调制测试信号；以及

比较器，其经连接以接收所述第一脉冲宽度调制测试信号和所述参考信号，并产生返回给所述微控制器的比较信号。

16.如权利要求15所述的机动车辆电源系统，其特征在于，所述机动车辆电源系统进一步包括：

串行模数转换器，其经连接以接收所述比较信号；且

所述控制器响应于所述持续时间提供所述串行数字转换器的分辨率控制。

17.如权利要求16所述的机动车辆电源系统，其特征在于，所述机动车辆电源系统进一步包括：

增益控制电路，其连接在所述微控制器和所述串行模数转换器之间。

18.如权利要求16所述的机动车辆电源系统，其特征在于，所述机动车辆电源系统进一步包括：

所述微控制器响应于所述比较信号，用于选择脉冲调制信号设定，用以照明的光源的通电。

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