DE10115759A1 - Beleuchtungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug - Google Patents
Beleuchtungseinrichtung in einem KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung (1) in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Leuchte (9, 10), die mit einer Versorgungsspannung verbindbar ist, einen schaltbaren Leistungshalbleiter (7, 8), der zwischen der Leuchte (9, 10) und der Versorgungsspannung angeordnet ist, eine Messeinrichtung (4) zur Erfassung der Versorgungsspannung und ein Steuergerät (5), wobei das Steuergerät (5) mit einem Steuereingang des Leistungshalbleiters (7, 8) und der Messeinrichtung (4) verbunden ist und über das Steuergerät (5) der Leistungshalbleiter (7, 8) über ein PWM-Signal ansteuerbar ist, wobei das Tastverhältnis des PWM-Signals in Abhängigkeit der erfassten Versorgungsspannung derart nachführbar ist, dass sich eine konstante Lichtleistung einstellt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug.
Die modernen Kraftfahrzeuge umfassen eine Vielzahl von
Beleuchtungseinrichtungen. Neben den klassischen Beleuchtungseinrichtungen
wie Scheinwerfer, Bremsleuchten oder Innenleuchten existieren auch eine Vielzahl
von Beleuchtungseinrichtungen von Instrumenten wie beispielsweise
Kombiinstrument, Radio und andere Komfortkomponenten.
Aufgrund der allgemeinen Zunahme von elektrischen Verbrauchern stellt die
ausreichende elektrische Versorgung der elektrischen Verbraucher durch die
Bordnetzbatterie ein erhebliches Problem dar. Insbesondere bei der Einschaltung
von Hochstromverbrauchern kann es zu kurzfristigen Spannungseinbrüchen
kommen. Bei Beleuchtungseinrichtungen kann es dann zu einem Flackern oder
Lichtblinzeln kommen, was für den Betrachter störend ist und bei den
sicherheitsrelevanten Scheinwerfern zu Gefahrensituationen führen kann.
Zur Vermeidung von Spannungseinbrüchen an sicherheitsrelevanten Verbrauchern
ist es bekannt, diese in einem Teilbordnetz anzuordnen, das über einen DC/DC-
Wandler galvanisch vom übrigen Bordnetz entkoppelt ist, wobei über den DC/DC-
Wandler eine nahezu konstante Spannung gewährleistet wird. Des weiteren ist es
bekannt, den Leuchten lokale Energiespeicher wie Akkumulatoren oder
Kondensatoren anzuordnen. Ein Problem von den bekannten DC/DC-Wandlern ist,
dass diese relativ schwer sind und bei hohen Dynamikanforderungen relativ
kostenintensiv sind. Als weitere Lösungsmöglichkeiten wurden darüber hinaus
größere bzw. mehrere Batterien oder reaktionsschnelle Generatoren
vorgeschlagen. Nachteilig daran sind neben erhöhtem Platzbedarf die erheblichen
Kosten.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine
Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei der zuverlässig und
mit geringen Kosten ein Lichtflackern durch Spannungseinbrüche vermieden wird.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu ist zwischen einer Leuchte und der Versorgungsspannung ein schaltbarer
Leistungshalbleiter angeordnet. Über eine Messeinrichtung wird die
Versorgungsspannung erfasst und an ein Steuergerät übergeben. Das Steuergerät
ist mit einem Steuereingang des Leistungshalbleiters verbunden und steuert
diesen mittels eines PWM-Signals auf und zu, wobei das Tastverhältnis des PWM-
Signals in Abhängigkeit von der erfassten Versorgungsspannung derart
nachführbar ist, dass sich eine konstante Lichtleistung einstellt. Dabei wird die
Frequenz des PWM-Signals größer als 50 Hz gewählt, so dass die Auszeiten des
PWM-Signals nicht durch das menschliche Auge wahrnehmbar sind. Durch die
Varianten der Pulsbreite in Abhängigkeit von der erfassten Versorgungsspannung
sind somit sowohl Spannungsbrüche als auch Spannungsspitzen ausgleichbar, so
dass ein Betrachter stets die gleiche konstante Lichtleistung wahrnimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist dem Steuergerät ein Stellglied
zugeordnet, mittels dessen die konstante Lichtleistung veränderbar einstellbar ist.
Dadurch kann ein Nutzer die Helligkeit von sicherheitsunkritischen Leuchten
individuell an seine Bedürfnisse anpassen, wobei dann das Steuergerät diese
eingestellte Helligkeit konstant hält. Dieses Stellglied wirkt wie ein Dimmer und ist
vorzugsweise als Potentiometer ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zwischen der
Versorgungsanpassung und dem Leistungshalbleiter ein als DC/DC-Wandler
ausgebildeter Hochsetzsteller angeordnet. Im Gegensatz zur Funktion der DC/DC-
Wandler gemäß dem Stand der Technik sind hier keine hohen Anforderungen an
die Dynamik zu stellen, da diese durch die Messeinrichtung und das Steuergerät
geliefert wird. Neben der galvanischen Trennung
kann somit insbesondere mit höheren Betriebsspannungen gearbeitet werden.
Der Leistungshalbleiter ist vorzugsweise als MOFSET ausgebildet, da dieser
insbesondere einfach durch Pulse schaltbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dem Steuergerät die
Kraftfahrzeuggeschwindigkeit zuführbar und die konstante Lichtleistung in
Abhängigkeit von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit veränderbar, wobei
vorzugsweise die Lichtleistung mit der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
Dadurch wird einerseits dem Bedürfnis nach größtmöglicher Reichweite und
Ausleuchtung bei hohen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten und Optimierung der
Vermeidung des Lichtblinzelns bei niedrigen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten
Rechnung getragen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert: Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Beleuchtungseinrichtung in
einem Kraftfahrzeug und
Fig. 2 einen Verlauf der eingestellten Lichtleistung über der
Geschwindigkeit.
Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst eine Bordnetzbatterie 2, einen DC/DC-
Wandler 3, eine Messeinrichtung 4, ein Steuergerät 5, ein Potentiometer 6, zwei
Leistungs-MOFSETs 7, 8 und zwei Leuchten 9, 10. Über zwei Steuerleitungen 11,
12 ist das Steuergerät 5 mit den Gates der MOFSETs 7, 8 verbunden.
Die starker Über- und Unterspannung unterworfene Bordnetzspannung der
Bordnetzbatterie 2 wird über den DC-/DC-Wandler 3 galvanisch von der übrigen
Beleuchtungseinrichtung entkoppelt und hochgesetzt, so dass am Ausgang des
DC/DC-Wandlers 3 beispielsweise eine 42 V-Ausgangsspannung anliegt. Die
Ausgangsspannung am DC/DC-Wandler 3 bildet die eigentliche
Versorgungsspannung der Leuchten 9, 10. Dabei sei angenommen, dass die
Leuchte 9 eine sicherheitskritische Leuchte wie beispielsweise eine
Scheinwerferleuchte und die Leuchte 10 eine sicherheitsunkritische Komfort- oder
Gerätebeleuchtung ist. Die Ausgangsspannung ist dabei höher ausgelegt, als dies
im Dauerbetrieb für die Leuchten 9, 10 notwendig wäre, um die erforderliche
Lichtleistung zu emittieren. Diese höhere Ausgangsspannung wird dann
pulsweitenmoduliert über die MOFSETs 7, 8 auf die Leuchten 9, 10
durchgeschaltet. Dabei ist in dem Steuergerät 5 ein fester Wert für das Verhältnis
von Ein- zur Auszeit abgelegt. Die Pulsfrequenz, mit der das Steuergerät 5 die
MOFSETs 7, 8 ansteuert, ist dabei größer als 50 Hz, so dass durch das
menschliche Auge die Pulse bzw. Auszeiten nicht wahrnehmbar sind. Die
Taktfrequenzen für die Messeinrichtung 4 und das Steuergerät 5 sind dann
entsprechend um ein Vielfaches höher.
Erfasst nun die Messeinrichtung 4 eine Änderung der Ausgangsspannung am
DC/DC-Wandler 3, so wird dieser Spannungswert an das Steuergerät 5
übertragen. In dem Steuergerät 5 wird dann berechnet, um wieviel die Pulseinzeit
verlängert oder verkürzt werden muss, um mit der erfassten Spannung die gleiche
Lichtleistung im Mittel zu erzeugen. Dabei muss das Steuergerät 5 berücksichtigen,
um was für eine Art Leuchte 9, 10 es sich handelt, da die Zusammenhänge
zwischen Spannung und Lichtleistung unterschiedlich sein können. So ist
beispielsweise bei Glühleuchten der Zusammenhang quadratisch, bei LEDs
hingegen nur linear. Die jeweiligen Werte können dabei beispielsweise in Look-up-
Tabellen im Steuergerät 5 abgelegt sein.
Bei sicherheitskritischen Leuchten 9 sind deren Lichtleistungen im engen Rahmen
gesetzlich festgeschrieben und dürfen daher nicht vom Nutzer beeinflussbar sein.
Bei sicherheitsunkritischen Leuchten 10 ist es hingegen wünschenswert, dass der
Nutzer die Helligkeit bzw. Lichtleistung der Leuchte 10 weitgehend seinen
persönlichen Bedürfnissen anpassen kann. Hierzu kann der Nutzer durch
Veränderung am Potentiometer 6 eine gewünschte Helligkeit für die Leuchte 10
einstellen. Dabei muss das Potentiometer 6 nicht unmittelbar am Steuergerät 5
angeordnet sein. Beispielsweise ist das Potentiometer 6 einem Drehregler am
Komfortgerät zugeordnet, wobei dann die geänderten Helligkeitswerte über einen
Datenbus an das Steuergerät 5 übertragen werden, wo dann ein geändertes
Verhältnis von Ein- und Auszeit für das PWM-Signal des zugeordneten MOSFETs
8 erstellt wird. Diese geänderte Grundhelligkeit wird dann bei Über- und
Unterspannung wie zuvor beschrieben durch Variation der Ein- und Auszeiten
ausgeregelt.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform lag das Hauptaugenmerk auf dem
Konstanthalten der Lichtleistung ohne Lichtblinzeln. Hierzu darf das für den
Normalbetrieb eingestellte Verhältnis von Ein- und Auszeit nicht zu groß gewählt
werden, um einen ausreichenden Aussteuerbereich zum Ausgleich der
Spannungseinbrüche zur Verfügung zu haben. Somit ist aber auch die einstellbare
Lichtleistung nach oben begrenzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird daher bei der Einstellung der
Lichtleistung die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt, wobei diese
vorzugsweise über einen Datenbus an das Steuergerät übertragen wird, so dass
auf eine vorhandene Geschwindigkeitssensorik zurückgegriffen werden kann. Der
Verlauf der eingestellten Lichtleistung bzw. Effektivspannung über der
Kraftfahrzeuggeschwindigkeit ist in Fig. 2 dargestellt. Wie ersichtlich, steigt die
eingestellte Lichtleistung bzw. Effektivspannung an den Leuchten bis zu einer
Geschwindigkeit von beispielsweise 100 km/h linear an und bleibt anschließend
konstant. Entsprechend ist bei unterschiedlichen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten
die Grundeinstellung des Verhältnisses von Ein- und Auszeit unterschiedlich,
nämlich ebenfalls mit der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit steigend. Damit wird
bewirkt, dass im Stand, beim Parken oder beim Fahren mit niedrigen
Geschwindigkeiten, wo jeweils ein Lichtblinzeln leichter wahrnehmbar ist, der
Aussteuerbereich zum Ausgleich der Spannungsschwankungen sehr groß ist, da
entsprechend über einen größeren Bereich die Einzeit verlängerbar ist. Dieser
Vorteil wird durch eine geringere Lichtleistung erkauft, die jedoch in den zuvor
beschriebenen Verkehrssituationen hinnehmbar ist. Bei höheren
Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten hingegen ist es primär wünschenswert, eine
möglichst große Reichweite und gute Ausleuchtung zu haben, wobei einzelne
Lichtblinzler hinnehmbar sind. Daher wird bei hohen
Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten bereits ein großes Verhältnis zwischen Ein- und
Auszeit eingestellt, so dass Spannungseinbrüche nur noch in einem geringen
Aussteuerungsbereich ausregelbar sind, jedoch die Lichtleistung maximiert ist.
1
Beleuchtungseinrichtung
2
Bordnetzbatteris
3
DC/DC-Wandler
4
Messeinrichtung
5
Steuergerät
6
Potentiometer
7
,
8
Leistungshalbleiter
9
,
10
Leuchte
11
,
12
Steuerleitungen
Claims (7)
1. Beleuchtungseinrichtung (1) in einem Kraftfahrzeug, umfassend mindestens
eine Leuchte (9, 10), die mit einer Versorgungsspannung verbindbar ist,
einem schaltbaren Leistungshalbleiter (7, 8), der zwischen der Leuchte
(9, 10) und der Versorgungsspannung angeordnet ist, eine Messeinrichtung
(4) zur Erfassung der Versorgungsspannung und ein Steuergerät (5),
wobei das Steuergerät (5) mit einem Steuereingang des
Leistungshalbleiters (7, 8) und der Messeinrichtung (4) verbunden ist, und
über das Steuergerät (5) der Leistungshalbleiter (7, 8) über ein PWM-
Signal ansteuerbar ist, wobei das Tastverhältnis des PWM-Signals in
Abhängigkeit der erfassten Versorgungsspannung derart nachführbar ist,
dass sich eine konstante Lichtleistung einstellt.
2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
dem Steuergerät (5) ein Stellglied zugeordnet ist, mittels dessen die
konstante Lichtleistung veränderbar einstellbar ist.
3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Stellglied als Potentiometer (6) ausgebildet ist.
4. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Versorgungsspannung und
dem Leistungshalbleiter (7, 8) ein als DC/DC-Wandler (3) ausgebildeter
Hochsetzsteller angeordnet ist.
5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungshalbleiter (7, 8) als MOSFET
ausgebildet ist.
6. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuergerät die
Kraftfahrzeuggeschwindigkeit zuführbar ist und die konstante
Lichtleistung veränderbar ist.
7. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Lichtleistung mit der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
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