DE10040078C2 - Einrichtung zur lastabhängigen Zusatzverstellung von Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur lastabhängigen Zusatzverstellung von Scheinwerfern in Kraftfahrzeugen.

Eine solche Einrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 39 30 589 A1 bekannt und besteht aus einem Elektromotor, der über ein Getriebe eine Schubstange bewegt, in Abhängigkeit einer Spannungsdifferenz, die gebildet wird aus der Differenz

• a) der Spannung an einem je nach Belastungszustand des Kraftfahrzeuges in einer vorgegebenen Stellung sich befindlichen Abgriff eines zwischen dem positiven Pol einer Spannungsquelle und deren Masse angeschlossenen Sollwert-Gebers und
• b) der Spannung an einem elektrisch parallel zu diesem angeordneten, mit der Schubstange mechanisch verbundenen Abgriff eines Istwert-Potentiometers

wobei der Elektromotor eingeschaltet bleibt, solange die beiden Spannungen an den Abgriffen am Sollwert- Geber und am Istwert-Potentiometer um mehr als einen Schwellwert voneinander verschieden sind und wobei die beiden Spannungen an den Abgriffen in einem integrierten Motortreiber verglichen werden und die Drehrichtung des Elektromotors gemäß dem Vorzeichen der am Ausgang des Motortreibers anliegenden Spannungsdifferenz bestimmt wird und wobei der Motortreiber zwei Komparatoren umfasst und wobei der Abgriff des Sollwert-Gebers mit dem nichtinvertierenden Eingang eines ersten der beiden im Motortreiber integrierten Komparatoren verbunden ist, während sein invertierender Eingang sowie der nichtinvertierende Eingang des zweiten Komparators an den Abgriff des Istwert-Potentiometer angeschlossen ist.

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Einrichtung ist, dass keine Maßnahmen angezeigt werden, die das ständige Aus- und Einschalten des Elektromotors verhindern, wenn Spannungsgleichheit der beiden Abgriffe eintritt. Dieser Vorgang setzt ein, nachdem der Elektromotor abgeschaltet worden ist, der Anker durch sein Schwungmoment aber weiter dreht und damit auch der Abgriff am Istwert-Potentiometer weiter bewegt wird, was zu einer Umpolung der Spannungen an den Eingängen der beiden Komparatoren führt und in Folge ein Drehrichtungswechsel des Elektromotors stattfindet. Damit wechselt das Spannungspotential am Abgriff des Istwert-Potentiometers gegenüber der Spannung am Abgriff des Sollwert-Gebers ständig, was zu einem hin und her pendeln der Schubstange führt.

Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Einrichtung ist, dass sich der Elektromotor bei Funktionsstörungen einschaltet und die Schubstange so bewegen kann, dass die Neigung der Hell- Dunkelgrenze der Scheinwerfer verringert wird und es zu gefährlicher Blendung kommen kann. Um dies zu vermeiden, ist vorgeschrieben, dass sich dann die Scheinwerferstellung nicht ändern darf oder sich nur nach unten neigen darf.

Bei einem bekannten Vorschlag erfolgt die Erkennung eines Fehlers zum Beispiel in einem Spannungsbereich von 0-10% und von 90%-100% der Bordspannung. Treten in diesem Bereich Spannungen auf, dann muss die Schubstange in der momentanen Stellung stehen bleiben. (Technische Lieferbedingungen der Volkswagen AG TL 820 90 vom 06.89 Seite 6 und 7).

Zur Beseitigung der genannten Nachteile der in der Offenlegungsschrift DE 39 30 589 A1 beschriebenen Einrichtung wird im europäischen Patent EP 05 45 111 eine Schaltung vorgeschlagen, nach der der Elektromotor auch bei Spannungsgleichheit der Abgriffe von Sollwert-Geber und Istwert-Potentiometer weiter eingeschaltet bleibt, bis er in einer Hysterese-Funktion stromlos wird.

Nachteilig ist die proportionale Spannungsabhängigkeit der Hysterese, die dazu führt, dass beispielsweise bei einer Bordnennspaunung von 12 V im praktischen Betrieb Spannungen von 9 V bis 15 V auftreten, was je nach Spannungslage unterschiedliche Stellungen der Schubstange zur Folge hat. Infolgedessen ist unter anderem auch aus diesem Grund für jede Bordnennspannung z. B. für 12 V und 24 V ein gesonderter Chip notwendig. Nachteilig ist auch gegenüber z. B. gängiger Standart Motortreibern die Nichtveränderbarkeit dieses mit allen notwendigen Bauelementen integrierten speziellen Schaltkreises. Jede Änderung ist mit verhältnismäßig hohen kosten- und zeitaufwendigen Entwicklungen verbunden.

In der Patentschrift DE 691 03 488 T2 wird eine Einrichtung gleicher Gattung beschrieben, deren Inhalt die Beschreibung der Mittel zur Verhinderung der gegenseitigen Beeinflussung der in Scheinwerfern eingebauten Betätigungselemente ist, wenn z. B. in einem Scheinwerfer das Betätigungselement noch eingeschaltet ist und im anderen bereits in Ruhestellung ist. Dazu sind in die Leitungen, die den Abgriff des gemeinsamen Sollwert-Gebers mit den Betätigungselementen verbinden, Trenndioden eingebunden. Zur Vermeidung einer Instabilität in Ruhestellung ist in der Einrichtung eine bekannte Hysterese Schaltung nach dem Schmitt-Trigger Prinzip angewendet. Nachteilig ist die Abhängigkeit auch dieser Hysterese Schaltung von der an dem Betätigungselement anliegenden Spannung.

Aus der Offenlegungsschrift DE 44 23 825 A1 ist weiterhin eine Einrichtung der gleichen Art bekannt, mit unterschiedlich anliegenden Spannungen an Sollwert-Geber und den Betätigungselementen. Während bei den bekannten Einrichtungen am Sollwert-Geber Spannungen abgegriffen werden und in Komparatoren verglichen werden, wird die im Sollwert-Geber der Einrichtung bekannte Widerstandskette mit einer Zenerdiode überbrückt, so dass konstante Spannungen an den Widerständen anliegen und diese der Basis eines Transistors zugeführt werden. Damit fließt in der Kollektorleitung ein entsprechend der Einstellung am Sollwert-Geber konstanter Strom, der auf die einzelnen Betätigungselemente aufgeteilt wird. Die Vergleichsspannungen in den Betätigungselementen werden über eine durch ebenfalls eine Zenerdiode stabilisierter Widerstandskette, zusammen mit der Spannung am Istwert-Potentiometer gebildet und auf bekannte Weise in den Komparatoren mit der vorgegebenen Sollspannung verglichen. Die in Reihe mit den Widerständen im Sollwert-Geber geschaltete Diode dient der Temperatur Kompensation der Basis-Emitter Diode des Transistors und der Zenerdiode.

Die aufgezeigten Nachteile der bekannten Einrichtungen sollen durch die Erfindung beseitigt werden.

Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache kostengünstige Beschaltung von integrierten Standart Motortreibern der beschriebenen Gattung zu entwickeln mit der die angeführten Forderungen im gesamten Spannungsbereich der Bordnennspannungen erfüllt werden und die so universell sein soll, dass auch bei etwa notwendigen Austausch eines Motortreibers keine Änderung der erfindungsgemäßen Lösung erforderlich ist.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 dargelegten Merkmale gelöst.

Die Funktion und die Vorteile der im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 und die weiteren in den Patentansprüchen 2 und 3 vorteilhafte Festlegung des mit Masse verbundenen Widerstandes und seine Anbindung an einen integrierten Operationsverstärker wird in der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Schaltung einer Einrichtung gemäß der Erfindung mit einem Standart Motortreiber.

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Abgriffe vom Sollwert-Geber und vom Istwert-Potentiometer mit den zugehörigen Spannungsdiagrammen am Ausgang des Motortreibers.

Fig. 3 die gleiche Grundschaltung wie in Fig. 1, jedoch mit einem zusätzlichen Operationsverstärker Schaltkreis durch den der Motortreiber bei Funktionsstörung nicht eingeschaltet wird und damit die Schubstange in Stellung bleibt.

Die Einrichtung nach Fig. 1 weist ein beispielsweise an der Armaturentafel eines Kraftfahrzeuges angebrachten Sollwert-Geber 1 und ein Istwert-Potentiometer 2 auf, die beide mit dem positiven Pol 16 einer Spannungsquelle und mit deren an Masse gelegten Minuspol verbunden sind. Der Abgriff 11 am Istwert- Potentiometer 2 ist mit der Schubstange 8 eines Getriebes 7 mechanisch verbunden und wird von an ihm angebrachten Elektromotor 3 in Abhängigkeit der Differenz der Spannungen an den Abgriffen 12 und 11 am Sollwert-Geber 1 und am Istwert-Potentiometer 2 gesteuert. Der Elektromotor 3 ist an zwei Ausgänge 9 und 10 eines integrierten Motortreibers 4 angeschlossen, der über eine Verpolschutzdiode 17 mit Spannung versorgt wird. Der Motortreiber 4 weist unter anderem zwei Komparatoren 5 und 6 auf. Der invertierende Eingang des Komparators 5 und der nichtinvertierende Eingang des Komparatos 6 ist mit dem Abgriff 11 des Istwert- Potentiometer 2 verbunden. Zwischen Abgriff 12 des Sollwert-Gebers 1 und Masse ist eine Reihenschaltung von einer vorzugsweise Silizium Diode 13 mit parallelem Kondensator 15 und einem Widerstand 14 angeschlossen. Während die Anode der Diode 13 mit dem Abgriff 12 des Sollwert-Gebers 1 verbunden ist, und mit diesem auch der nichtinvertierende Eingang des Komparators 5, liegt die Kathode am invertierenden Eingang des zweiten Komparators 6.

Der Widerstandswert des Widerstandes 14 ist so bemessen, dass bei höchster Bordspannung (z. B. 30 V) die Durchlassspannung U_F der Diode 13 etwa ihrer Schwellenspannung entspricht.

Die Funktion der Dioden-Widerstandskombination wird nachfolgend an Hand der Fig. 2 beschrieben.

In Fig. 2 sind die Spannungsverhältnisse am Ausgang der beiden Komparatoren 5 und 6 des Motortreibers 4 dargestellt, wenn der Abgriff 11 des Istwert-Potentiometers 2 positiver ist, als der Abgriff 12 des Sollwert- Gebers 1 (ΔU). In dieser Stellung der Abgriffe 11 und 12 erhält der Elektromotor 3 Strom und bewegt den Abgriff 11 des Istwert-Potentiometers 2 solange in der in Fig. 2 angezeigten Richtung, bis an ihm die Spannung gleich ist der am Abgriff 12 des Sollwert-Gebers 1. Damit tritt Spannungsgleichheit an den beiden Eingängen des Komparators 5 ein, und dessen Ausgang 10 schaltet genau in diesem Moment, unterstützt durch den Kondensator 15 auf positives Potential, womit an den beiden Ausgängen 9 und 10 des Motortreibers 4 gleiches positives Potential anliegt und der Elektromotor 3 stromlos wird. Der danach auf Grund seines Schwungmomentes auslaufende Anker des Elektromotors 3 bewegt den Abgriff 11 des Istwert-Potentiometers 2 bis zum Stillstand weiter. Es entsteht eine negative Spannung ΔU^- (als Auslaufspannung bezeichnet) am invertierenden Eingang des Komparators 5 gegen dessen nichtinvertierenden Eingang, so dass dessen Ausgang 10 positiv bleibt. Wie aus dem Diagramm der Fig. 2 ersichtlich, bleibt der invertierende Eingang des Komparators 6 gegenüber dem nichtinvertierenden um die Durchlassspannung U_F der Diode 13 ebenfalls positiv, wodurch sich in diesem Spannungsbereich der Elektromotor 3 nicht einschalten kann.

Wird eine höhere Sollspannung als die Istspannung vorgegeben, bleibt am Ausgang 10 des Komparators 5 das positive Potential bestehen, der Ausgang 9 des Komparators 6 wird negativ vorgespannt. Der Elektromotor 3 dreht dadurch in umgekehrter Richtung und bewegt die Schubstange 8 mit dem Abgriff 11 entgegengesetzt bis wieder Spannungsgleichheit nunmehr an den Eingängen des Komparators 6 vorhanden ist. In diesem Augenblick erhält dessen Ausgang 9 positives Potential, während der Ausgang 10 des Komparators 5 auf positiver Spannung bis Ende U_F bleibt. Die Größe von U_F der Diode 13 ergibt sich im Wesentlichen aus der Größe der Auslaufspannung ΔU^-, der Festigkeit der Einrichtung gegen Schwingungen und dem Spiel der Zahnräder im Getriebe 7.

Vorteilhaft ist, dass die Durchlassspannung U_F der Diode 13 unterhalb ihrer Schwellenspannung einen günstigen Verlauf in einem großen Spannungsbereich (9 V bis 30 V) aufweist, so dass in diesem genügend Sicherheit gegen selbsttätiges Wiedereinschalten des Elektromotors 3 nach seinem Ausschalten bei Spannungsgleichheit an den Eingängen am Komparator 5 beziehungsweise Komparator 6 gewährleistet ist.

Tritt ein Störungsfall ein, beispielsweise eine Unterbrechung der Verbindung vom Abgriff 12 des Sollwert-Gebers 1, dann bekommt die Anode der Diode 13, der nichtinvertierende Eingang und damit auch der Ausgang 10 des Komparators 5 annähernd Massepotential, sodass der Elektromotor 3 eingeschaltet wird. Der Abgriff 11 des Istwert-Potentiometers 2 mit der gekoppelten Schubstange 8 wird soweit zurück bewegt, bis auch am invertierenden Eingang des Komparators 5 annähern Massepotential erreicht ist und dadurch der Elektromotor 3 in der zurückgefahrenen Stellung der Schubstange 8 ausgeschaltet wird.

Damit erfüllt die einfache Erfindung mit nur 3 externen, preiswerten Bauelementen in Verbindung mit integrierten Standart Motortreibern sowohl die Sicherheitsbedingungen bei Störungen, als auch die Vermeidung des Pendelns. Durch die exakte Ausschaltung des Elektromotors 3 bei Gleichheit der Eingangsspannungen an jeweils einen der beiden Komparatoren 5 oder 6 wird auch die Toleranz des Hubes der Schubstange 8 verringert.

Während bei der Schaltung nach Fig. 1 bei Funktionsstörungen die Schubstange 8 in die Ausgangslage zurück läuft, soll in Fig. 3 ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung dargestellt werden, bei dem sich im Störungsfall der Elektromotor 3 nicht einschalten kann, die Schubstange 8 also in Stellung bleibt.

Nach Fig. 3 ist die Schaltung nach Fig. 1 um einen zweiten Standart Schaltkreis 15 mit zwei integrierten Operationsverstärkern 18 und 19 erweitert. Die Kathode der Diode 13, deren Spannung in dieser Schaltung als variable Vergleichsspannung dient, ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des einen Operationsverstärkers 19 und mit dem invertierenden Eingang des anderen Operationsverstärkes 18 verbunden. Die beiden anderen Eingänge werden von den Referenzspannungen der Widerstandskette 20, 21, 22, die zwischen Masse und dem positiven Pol 16 geschaltet ist, versorgt. Die Ausgänge der beiden Operationsverstärker 18 und 19 sind mit einem am positiven Pol 16 angeschlossenen Widerstand 23 verbunden. Die an ihm abgegriffene Spannung steuert einen Schalter in der Stromversorgungsleitung für den Motortreiber 4 zum Beispiel in Form eines Transistors 24 oder einer in verschiedenen Motortreibern integrierten Abschalteinheit.

Bei Unterbrechung beispielsweise der Verbindung des positiven Pols zum Sollwert-Geber 1 erhält die Kathode der Diode 13 Massepotential, womit der nichtinvertierende Eingang des Operatiosverstärkers 19 negativ gegen die Referenzspannung am invertierenden Eingang wird. Dadurch erhält der Ausgang des Operationsverstärkers 19 und die Basis des Transistors 24 Masse und der Motortreiber 4 wird abgeschaltet. Die Schubstange 8 bleibt in Stellung.

Außer den genannten Vorteilen der Erfindung ist auch wesentlich, dass sie an allen beliebigen Motortreiber Schaltkreisen angewendet werden kann. Aus diesem Grunde ergibt sich auch der bei notwendigen Änderungen geringe Entwicklungsaufwand und damit eine kurzfristige Fertigungseinführung und schnelle Verfügbarkeit. Günstig ist auch die Möglichkeit, für den gesamten Spannungsbereich der 12 V und 24 V Bordnetzspannung nur eine Leiterplatte zu haben und damit eine rationelle Lagerhaltung gegeben.

Claims (3)

1. Einrichtung zur lastabhängigen Zusatzverstellung von Scheinwerfern in Kraftfahrzeugen mit einem Elektromotor (3), der über ein Getriebe (7) eine Schubstange (8) bewegt, in Abhängigkeit einer Spannungsdifferenz, die gebildet wird aus der Differenz

• a) der Spannung an einem je nach Belastungszustand des Kraftfahrzeuges in einer vorgegebenen Stellung sich befindlichen Abgriff (12) eines zwischen dem positiven Pol (16) einer Spannungsquelle und deren Masse angeschlossenen Sollwert-Gebers (1) und
• b) der Spannung an einem elektrisch parallel zu diesem angeordneten, mit der Schubstange (8) mechanisch verbundenen Abgriff (11) eines Istwert-Potentiometers (2)

wobei der Elektromotor (3) eingeschaltet bleibt, solange die beiden Spannungen an den Abgriffen (11) und (12) um mehr als einen Schwellwert voneinander verschieden sind und
wobei die beiden Spannungen an den Abgriffen (11) und (12) in einem integrierten Motortreiber (4) verglichen werden und die Drehrichtung des Elektromotors (3) gemäß dem Vorzeichen der am Ausgang des Motortreibers (4) anliegenden Spannungsdifferenz bestimmt wird und wobei der Motortreiber (4) zwei Komparatoren (5 und 6) umfasst
und wobei der Abgriff (12) des Sollwert-Gebers (1) mit dem nichtinvertierenden Eingang eines ersten der beiden im Motortreiber (4) integrierten Komparatoren (5) verbunden ist, während sein invertierender sowie der nichtinvertierende Eingang des zweiten Komparators (6) an den Abgriff (11) des Istwert-Potentiometers (2) angeschlossen ist,
gekennzeichnet dadurch, dass der Abgriff (12) des Sollwert-Gebers (1) über eine Reihenschaltung von Diode (13) und Widerstand (14) mit Masse verbunden ist, wobei parallel zur Diode (13) ein Kondensator (15) angeordnet ist und die Anode der Diode (13) mit dem Abgriff (12) des Sollwert-Gebers (1) und die Kathode mit dem invertierenden Eingang des zweiten Komparators (6) des Motortreibers (4) und dem Widerstand (14) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass der an Masse angeschlossene Widerstand (14) so bemessen ist, dass die Durchlassspannung U_F der Diode (13) unterhalb ihrer Schwellenspannung liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Kathode der Diode (13) mit dem invertierenden Eingang eines ersten Operatiosverstärkers (18) und dem nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Operatiosverstärkers (19) eines integrierten Schaltkreises (15) verbunden ist, an den beiden anderen Eingängen der Operationsverstärker Referenzspannungen anliegen und die beiden Ausgänge der Operationsverstärker an einem Schalter (24) in der Stromversorgungsleitung für den Motortreiber (4) angeschlossen sind.