CN108471650B - 用于机动车辆的脉冲式光通量光源的方法和控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种方法和一种控制模块，它们适用于控制向带有电致发光半导体元件的光源供应电流。根据本发明，供电电流以预定的频率脉冲，并符合光通量或电流的预定设定值。

Description

用于机动车辆的脉冲式光通量光源的方法和控制模块

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的照明系统。特别地，其涉及用于具有脉冲电源的光源的方法和控制模块。

背景技术

具有诸如发光二极管或LEDs的半导体元件的光源的使用对于机动车辆上的各种照明功能的执行日益普遍。这些功能可包括，例如行驶灯、位置灯、方向指示器或近光前大灯。以已知的方式，供电控制装置对于供给执行给定照明功能的一组LEDs是必要的。这种类型的控制装置通常包括电压转换器，该电压转换器能够从车辆中的车载电源，如电池，供应的直流输入电压，产生供应一组LEDs适当等级的输出电压。LED在至少等于阈值(被描述为直流电压)的电压施加到其端子时发光。由LED发射的光通量的强度通常与在其中流动的电流的平均强度成比例地增加，超过直流的阈值。然而，当超过给定阈值的电流流入LED时，后者的半导体结暴露在严重和永久性损坏的风险中。

已知的转换器包括SEPIC型(来自英文：“Single-Ended Primary InductorConverter单端初级电感转换器”)、反激型、升压型(“升压”)或降压型(“降压”)的转换器。这样的转换器使用周期性地在打开和闭合状态之间切换的开关元件，例如晶体管。施加到开关的截止频率影响输出电压值和输出电流的平均值。

还已知的是，通过向开关转换器施加具有已知占空比和峰值电流的PWM(“脉冲宽度调制”)信号，由此被供电的光源的发光强度被调节。脉宽调制信号的频率对占空比有影响。通过调整脉宽调制信号的频率，可以在转换器中实现平均的预定电流强度。在这样提供的光源中，这意味着对应于在其中流动的电流的平均强度相的强度的光通量被发射。在光源中流动的电流的平均强度越大，由所述光源发射的光通量的强度越大。由于PWM信号的频率通常很高，所发射的光通量将会以相同的频率脉冲，而脉冲对于人眼来说是不可感知的。人类的视觉系统的特征在于整体类型的感知，其中，对于恒定且非脉冲的光通量，感知到发光强度恒定但减小的通量。

在涉及道路安全的系统中，已经提出使用具有脉冲光通量的机动车辆前照灯，其中通量由PWM类型的信号控制。车辆的驾驶员佩戴具有快门的眼镜，该快门以与前照灯相同步的方式由相同的PWM信号控制。在PWM信号的频率下，眼镜从透明状态切换到不透明状态或透明度降低的状态。由于封闭的频率与驾驶员的车辆上的前灯所发出的光通量的脉冲频率同步，所以眼镜不会对前照灯发出的通量的感知产生影响。驾驶员感觉到前方的道路被脉冲式前照灯完全照亮。然而，由在相反方向上接近的道路交通发出的光通量与驾驶员所佩戴的眼镜的闭合频率不同步，其概率接近1。因此，眼镜的快门对于朝向驾驶员的眼睛的光通量的至少一部分不透明。具有脉冲快门的眼镜因此降低了来自其他机动车辆的前照灯的发光强度的感知，从而降低驾驶员眩目的风险，并且总体上提高安全性。

在这种应用中，为了确保高强度的光通量的输送，用于供给前照灯的LEDs的峰值电流的显然很高。显然，通量必须在所有情况下都是脉冲的。在短路或PWM控制信号的占空比变化的情况下，峰值电流因此可能在较长的时间段内被提供给LEDs，由此导致LEDs损坏。

发明内容

本发明的目的是纠正现有技术中的至少一个问题。更具体地说，本发明的目的是提出一种用于控制机动车辆上的光源的方法和模块，其降低了与用于控制向所述光源的电力供应的装置的控制信号中出现的虚假变化相关联的光源损坏的风险。

本发明的目的是一种用于机动车辆上的至少一个光源的控制方法。该方法的区别在于它包括以下步骤：

a)在用于所述光源的控制模块的控制单元中提供将由光源发射的光通量的设定值；

b)在所述控制单元中接收第一控制信号，其中所述第一信号旨在控制用于控制向所述光源的电力供应的装置；

c)在控制单元中验证第一控制信号控制所述控制装置从而遵从光通量的设定值的能力；

d)如果控制信号没有示出这种能力，则在控制单元中产生第二控制信号，其中所述第二信号旨在代替所述第一信号控制用于控制电力供应装置的所述装置。

根据本发明的有利形式，第一控制信号在第一频率是周期性的和/或第二控制信号在第二频率是周期性的。第二频率有利地等于第一频率。可替代地，第一和/或第二控制信号可以是非周期性的。

有利地，第一控制信号和/或第二控制信号显示方波形式。

光通量设定值可以由表示平均电流强度值的电流设定值代替或补充。

光通量设定值可以优选地包括发光强度设定值。

该方法可以优选地包括以下步骤：

e)如果第一控制信号显示出所期望的能力，则采用所述第一信号来控制用于控制电力供应的装置。

第二控制信号的上升沿可以优选地在时间上与第一控制信号的上升沿同步。通过术语“同步”，可以理解，第一和第二信号的上升沿完全同步，或者被配置为具有恒定的相互偏移。

在步骤c)中，恒定电流设定值可以优选由中央单元通过确定实现光通量设定值所需的平均电流强度来建立；如果控制装置根据由所述第一信号执行的控制的而产生的第一控制信号的占空比和峰值电流将允许传送等于所述电流设定值的平均电流，则第一控制信号可以优选地适于实现设定值。

在优选的方式中，第二控制信号可以表示与第一控制信号不同的占空比。

优选地，由第二控制信号控制的控制装置可以产生与响应于第一控制信号的控制而产生的峰值电流不同的峰值电流。

该方法的步骤a)和d)可以优选在时间上偏移两个信号的至少一个周期。

优选地，第一频率可以是预定频率。

可替代地，第一频率可以由中央单元确定。

本发明的另一个目的是用于控制机动车辆上的至少一个光源的模块。该模块包括用于控制向光源的电力供应的装置，以及控制单元。该模块的区别在于，控制单元包括：

用于接收第一控制信号的装置，

存储部件，用于存储将由光源发射的光通量的设定值或者电流设定值；

用于处理数据的装置，被配置为验证第一控制信号(2)用于控制所述控制装置从而遵从所述光通量的设定值的能力；

发生装置，被配置为如果第一控制信号没有显示出该能力则生成第二控制信号，其中所述第二信号旨在代替所述第一信号控制用于控制电力供应的装置。

用于在中央单元中处理数据的装置可以优选地被配置用于实现根据本发明的方法。

优选地，处理装置可以包括微控制器元件。

最后，本发明的另一目的是用于机动车辆的照明系统。照明系统的特征在于它包括：

-至少一个光源；

-屏幕，包括用于接收控制信号的装置，以及由所接收的控制信号控制的光封闭装置；

-用于第一控制信号的发生的装置，

-根据本发明的控制模块。

发生装置被配置为将第一控制信号以同步的方式经由第一数据传输信道传输到屏幕，并经由第二数据传输信道传输到控制模块。

屏幕可以安装到眼镜、挡风玻璃、防晒罩和/或头盔的遮阳板上。

第一数据传输信道优选无线信道。

以优选的方式，第二数据传输通道可以是有线通道。

光源优选包括具有电致发光半导体元件的源。这些包括例如发光二极管(LEDs)或激光二极管。

通过应用根据本发明的措施，可以提出一种用于控制例如LED类型的光源的方法和模块，其在响应于用于控制对LEDs的电力供应的装置的控制信号的虚假变化中强健。用作智能滤波器的控制模块的使用允许检测将在LEDs中产生过度强度的供应电流的控制信号，其中该强度将导致对LEDs的损坏。控制模块修改或校正这样的控制信号以保护LEDs。同时，修改或替换控制信号具有与原始控制信号相同的频率，并且优选与后者同步。该配置使得该解决方案特别适用于照明系统，其中原始信号也被用于控制快门眼镜。实际上，只有当快门(即原始信号)和光源(即由控制模块修改的信号)各自的控制信号具有相同的频率时，这种系统才能正确运行。

附图说明

通过参照示例性说明和附图将清楚本发明的其它特征和优点，其中：

图1示出了从现有技术已知的用于LED类型的光源的电力供应架构的示意图；

图2示出了从如图1所示的现有技术已知的架构中的控制信号和传递给LED类型的光源的电流强度的特性；

图3示出了从如图1所示的现有技术已知的结构中的控制信号和传递到LED类型的光源的电流强度的特性；

图4示出了根据本发明的优选形式的控制模块的示意图；

图5示出了在采用根据本发明实施例的优选形式的方法和控制模块的结构中，控制信号和传递给LED类型的光源的电流强度的特性；

图6示出了在采用根据本发明实施例的优选形式的方法和控制模块的结构中，控制信号的特性以及传递到LED类型的光源的电流强度的特性；

图7示出了根据本发明实施例的优选形式的采用方法和控制模块的结构中的控制信号和传送到LED类型的光源的电流强度的特性；

图8示出了根据本发明实施例的优选形式的用于机动车辆的照明系统的示意图。

具体实施方式

除非指出特别相反的情况，否则对于给定形式的实施方式详细描述的技术特征可以与在以示例性且非限制性方式描述的其他形式的实施方式的上下文中描述的技术特征相结合。

图1示出了用于控制一个或多个发光二极管或LEDs的电力供应的已知架构。电力供应控制装置由“LED驱动器”单元指示。该装置被设计成将通常由配备有所述装置的机动车辆上的车载电源提供的DC输入电压V_IN转换成适合于LED供电的负载电压。这样的电力供应控制装置的操作在本发明的上下文中将不再详细描述，因为其本身从现有技术中是已知的。因此，该装置包含至少一个转换电路，该转换电路为降压型(“降压”)、升压型(“升压”)或SEPIC型(“单端初级电感转换器”)。此外，负载电流的平均强度可以通过PWM(“脉宽调制”)信号以已知的方式受到影响。负载电流的平均强度直接影响由这样供电的LEDs发出的发光强度。发射的发光强度随着平均电流强度而增加。控制装置的结构通常为，供应LEDs的电流的移动紧密跟随PWM控制信号中的移动。这在图2中以示例性方式示出，参考图1的已知架构。供应给LED的电流遵循PWM控制信号的周期性和方波特性，导致电流的平均强度等于0.8A。在所示的示例中，该平均电流允许LED的照明，而不会损坏其半导体结。峰值电流是4A。图3示出了参照从图1已知的架构的类似情况。然而，在时间T，PWM信号被短路，导致占空比为100％。当输送到LED的电流跟随PWM信号时，从时间T开始以连续的方式输送强度等于峰值电流的恒定电流。然而，这个4A的电流不可逆地损坏LED的半导体结。

图4示出了根据本发明的优选形式的控制模块100的示意图。在其输入端，模块接收具有第一频率的周期性方波控制信号2。例如，这是一个脉冲宽度调制或PWM信号，其特征在于对于给定周期确定平均值的峰值和占空比。在其输出端，模块向机动车上的光源组件10提供强度为I的电流。在所示的例子中，这些是串联布置的发光二极管。信号2由模块的控制单元120的接收装置122接收。该模块还包括存储元件124，在存储元件124中存储由LEDs10发射的通量的设定值或者以等效的方式存储要传送给LEDs 10的电流的平均强度的设定值。该设定值可以例如取决于在机动车辆内执行的照明功能。被实现为例如微处理器或可编程单元的数据处理装置126被配置用于比较控制信号2的性质与预定的设定值。此外，数据处理装置可以被配置为通过从本领域本身已知的信号处理工具来确定信号2的频率和占空比。可替代地，可以将这些数据预先记录在控制单元120的存储元件中。当已知信号2的频率、占空比和峰值时，处理单元计算由装置110传递以用于控制对LED 10的电力供应的平均电流强度I，如果控制装置110直接由PWM信号2控制，以与从图1已知情况类似的方式。根据计算方法，处理装置126使用信号2的一个周期或多个周期来确定必要的计算变量。如果电流强度的结果值适合于满足预定的设定值，则信号2被采用，而无需修改，以控制控制装置110。

在信号2导致不符合预定设定值并且可能损坏LED 10的电流I的情况下，处理装置126将通过使用发生装置127产生新的控制信号2′，控制信号2′表示原始控制信号2的修改版本。第二控制信号2′有利地是周期性的并且是方波形式，并且有利地具有与原始控制信号2的频率相同的频率。然而，占空比和/或峰值被改变，使得基于控制信号2′的施加，由控制装置110输送到LED 10的电流I的强度符合预定的设定值。通过以这种方式操作，该方法防止了损坏，同时确保符合光通量和/或电流设定值。以特别有利的方式，信号2′的上升沿与原始信号2的上升沿同步。用于检测上升沿的算法本身是现有技术中已知的，并且可以由微控制器元件以适当的方式执行。这种类型的微控制器元件可以执行上述功能126和127。

模块100的控制单元120的处理装置126的配置特别允许适应不同的情况。图5所示的例子说明了一种可能的情况。在时间T，PWM控制信号2被短路。控制模块检测到这种情况，在时间T+4控制模块调整到LEDs上的电流供应的平均强度，以满足0.8A的电流设定值。与图3所示的现有技术的例子相反，这样防止了LEDs 10的损坏。修改的控制信号2′的施加的四个周期的间隔仅是示例性的，并且是非限制性的。根据控制单元120的数据处理装置126的计算性能，可以减少该间隔，并且控制信号2′的施加可以被设想为实时执行。应该注意的是，信号2和信号2′(其决定电流I的特性)的频率是相同的，并且两个信号的上升沿在时间上对齐。

图6所示的例子说明了另一种可能的情况。在时间T，PWM控制信号2经历占空比的变化。控制模块检测到这种情况，控制模块调节控制信号，使得峰值电流参考新的工作周期而降低。这样，在时间T+4时LEDs的供应电流满足0.8A的电流设定值。应该注意，信号2和信号2′(其确定电流I的特性)的频率有利地是相同的，并且两个信号的上升沿在时间上对齐。

图7所示的例子说明了另一种可能的情况。PWM控制信号2具有恒定的频率，但其占空比改变。控制模块检测到这种情况，该控制模块调整控制信号，使得峰值电流参考相应的占空比减小。这样，LEDs的供应电流满足0.8A的电流设定值，否则情况不会如此。应该注意，信号2和信号2′(其确定电流I的特性)的频率有利地是相同的，并且两个信号的上升沿在时间上对齐。

图8示出了上述控制模块100的特别有用的应用，其中控制模块100的应用不限于所示的情况。照明系统1000包括控制模块100，其被配置为接收由信号发生单元200产生的PWM类型的控制信号。信号2从单元200向控制装置100的传送在内部进行到配备照明系统的机动车辆，通常通过有线连接来执行。控制模块100被设计为控制输送到光源10的电流I的强度，使得电流I脉冲的频率等于PWM信号2的频率，同时遵从关于光源的光通量和/或电流设定值。以同步的方式，单元200还将信号2传送到例如布置在眼镜300中的屏幕310。传送优选地通过无线方式来执行，因为该副眼镜被设计成由机动车辆的司机佩戴。为此，屏幕310包含数据接收装置。屏幕310还包含由这样接收的PWM信号2控制的光封闭装置。

在PWM控制信号2的频率下，眼镜从透明状态切换到不透明状态或透明度降低的状态。由于封闭的频率与车辆前照灯的光源10发出的光通量的脉冲频率同步，眼镜不会对前照灯发出的通量的感知产生影响。驾驶员感觉到前方的道路被脉冲式前灯完全照亮。然而，由接近相反方向的道路交通发出的光通量与驾驶员所佩戴的眼镜的封闭频率不同步，其概率接近1。因此，眼镜的快门对指向驾驶员的眼睛光通量的至少一部分不透明。具有脉冲快门的眼镜因此降低了来自其他机动车辆的前灯的发光强度的感知，从而降低了驾驶员眩目的风险，并且总体上提高了安全性。通过使用本发明，即使控制信号2包含虚假事件，也保证了这种安全性，同时提高了光源10的耐用性。

Claims (14)

1.用于机动车辆上的至少一个光源(10)的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)在用于所述光源的控制模块(100)的控制单元(120)中提供将由所述光源(10)发射的光通量的设定值；

b)在所述控制单元(120)中接收由位于所述控制模块(100)外部的外部发生装置(200)发出的第一控制信号(2)，所述第一控制信号(2)旨在控制用于控制向所述光源的电力供应的控制装置(110)；

c)在所述控制单元(120)的数据处理装置(126)中验证所述第一控制信号(2)控制所述控制装置(110)从而遵从所述光通量的设定值的能力；

d)如果所述控制信号(2)没有显示出所述能力，则通过在所述控制单元(120)中的发生装置(127)产生第二控制信号(2′)，所述第二控制信号(2′)旨在代替所述第一控制信号控制用于控制所述电力供应的所述装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一控制信号(2)是周期性的、具有第一频率，和/或所述第二控制信号(2′)是周期性的、具有第二频率。

3.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

e)如果所述第一控制信号(2)显示出所期望的能力，则采用所述第一控制信号(2)来控制用于控制所述电力供应的所述控制装置(110)。

4.根据权利要求1和2中的一项所述的方法，其特征在于，所述第二控制信号(2′)的上升沿在时间上与所述第一控制信号(2)的上升沿同步。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，通过确定实现所述光通量的设定值所需的平均电流强度，由所述控制单元(120)建立恒定电流设定值；如果所述控制装置根据由所述第一控制信号执行的控制而产生的所述第一控制信号(2)的占空比和峰值电流将允许传送等于所述电流设定值的平均电流强度，则所述第一控制信号(2)适于实现所述设定值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二控制信号(2′)显示出与所述第一控制信号(2)的占空比不同的占空比。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述第二控制信号(2′)控制的所述控制装置(110)产生的峰值电流不同于响应于所述第一控制信号(2)的控制而产生的峰值电流。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)和步骤d)在时间上偏移两个信号(2，2′)的至少一个周期。

9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一频率是预定的频率。

10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一频率由所述控制单元(120)确定。

11.机动车辆上的至少一个光源(10)的控制模块(100)，所述控制模块(100)包括用于控制向所述光源的电力供应的控制装置(110)，以及控制单元(120)，其特征在于，所述控制单元包括：

-用于从位于所述控制模块(100)外部的外部发生装置(200)接收第一控制信号(2)的装置(122)；

-存储部件(124)，用于存储将由所述光源发射的光通量的设定值或者电流设定值；

-数据处理装置(126)，被配置为验证所述第一控制信号(2)用于控制所述控制装置(110)从而遵从所述光通量的设定值的能力；

-发生装置(127)，被配置为：如果所述第一控制信号(2)没有显示出所述能力，则生成第二控制信号(2′)，其中，所述第二控制信号旨在代替所述第一控制信号控制用于控制所述电力供应的所述控制装置(110)。

12.根据权利要求11所述的模块，其特征在于，所述控制单元(120)的所述数据处理装置(126)被配置用于实现根据权利要求1至10中的一项所述的方法。

13.根据权利要求11和12中的一项所述的模块，其特征在于，所述数据处理装置(126)包括微控制器元件。

14.用于机动车辆的照明系统(1000)，其特征在于所述照明系统(1000)包括：

-至少一个光源(10)；

-屏幕(310)，包含用于接收控制信号的装置，以及由如此接收的控制信号控制的光封闭装置；

-用于第一控制信号的发生的外部发生装置(200)，以及

-根据权利要求11至13中的一项所述的控制模块(100)；

其中，所述外部发生装置(200)被配置为将所述第一控制信号(2)以同步的方式经由第一数据传输信道传输到所述屏幕(310)，并且经由第二数据传输信道传输到所述控制模块(100)。

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