DE102005032921A1 - Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung (10) für ein Fahrzeug mit mindestens einem Leuchtdiodenfeld (30, 40) und mindestens einer Ansteuerschaltung (20), welche zur Umsetzung von mindestens zwei Beleuchtungsfunktionen das mindestens eine Leuchtdiodenfeld (30, 40) getaktet mit einem einstellbaren Puls- und Pausenverhältnis ansteuert. Erfindungsgemäß umfasst das Leuchtdiodenfeld (30, 40) mindestens zwei Leuchtdiodenbänke (31, 33, 41, 43), welche jeweils von der mindestens einen Ansteuerschaltung (20) getaktet mit einem einstellbaren Puls- und Pausenverhältnis ansteuerbar sind, wobei zu Umsetzung einer ersten Beleuchtungsfunktion mit einer verminderten Helligkeit eine vorgebbare Anzahl von Leuchtdiodenbänken (31, 33, 41, 43) zeitlich versetzt ansteuerbar sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Zunehmend werden in Fahrzeugrückleuchten konventionelle Glühlampen als Leuchtmittel durch Leuchtdioden (LEDs) ersetzt. Dabei werden in der Regel das Rücklicht und das Bremslicht durch einen Leuchtdiodensatz realisiert. Im Rücklichtbetrieb wird der Leuchtdiodensatz durch einen gepulsten Betrieb gedimmt. Dieses Pulsen erfolgt herstellerübergreifend aus technischen Gründen mit einer Frequenz von ca. 100 Hz. Obwohl die meisten Personen dieses Pulsen kaum wahrnehmen, wird von empfindlichen Personen ein Flimmern als sehr irritierend und störend wahrgenommen.
• In Serienfahrzeugen der Anmelderin werden bereits konventionelle Glühfadenrückleuchten gepulst betrieben. So wird beispielsweise in der aktuellen E-Klasse der Anmelderin für das kombinierte Brems- und Rücklicht keine Doppelwendelglühlampe (21W/5W) eingesetzt, sondern eine Bremslichtglühlampe mit 21W, welche im Rücklichtbetrieb durch Pulsen auf 5W gedimmt wird. Durch die sehr lange Nachleuchtdauer von Glühlampen ist dies jedoch nicht zu erkennen. Leuchtdioden schalten ohne jede Verzögerung vollständig ein und vollständig aus. Deshalb wird das Pulsen sichtbar, das bei gleicher Frequenz wie bei Glühlampenrücklichtern erfolgt.
• So wird beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 100 27 478 A1 eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit Leuchtdioden beschrieben. Die beschriebene Beleuchtungseinrichtung betreibt die Leuchtdioden über eine Ansteuerschaltung mit unterschiedlichen Helligkeiten am Bordnetz. Um die Lebensdauer der Leuchtdioden zu erhöhen und einen größeren Einstellbereich bei der Helligkeitseinstellung zur Verfügung zu stellen, weist die Ansteuerschaltung einen Pulsgenerator auf, welcher die Leuchtdioden mit getaktetem Strom ansteuert, wobei das Puls-Pausenverhältnis zur Einstellung der Helligkeit unterschiedlich vorgebbar ist.
• In der Offenlegungsschrift DE 100 43 660 A1 wird ebenfalls eine Kraftfahrzeugleuchte mit Leuchtdioden beschrieben. Um bei der beschriebenen Kraftfahrzeugleuchte den Bauraum und die Größe einer Leuchte am Kraftfahrzeug optimal zu nutzen, werden innerhalb eines gemeinsamen Leuchtenkörpers mindestens zwei Leuchtdiodenmatrizen unterschiedlicher Leuchtfarbe zu einer Summenmatrix angeordnet.
• Um das Flimmern gänzlich unsichtbar zu machen, müsste die Frequenz ungefähr verfünffacht werden. Dies erzeugt jedoch im Kabelsatz elektromagnetische Impulse, die zu Störungen führen können. Um das Pulsen gänzlich zu vermeiden, müsste mit zwei unterschiedlich hellen Leuchtdiodenfeldern gearbeitet werden, wodurch unakzeptable Kosten entstehen. Die Lösung, für das Rücklicht einfach weniger Leuchtdioden zu betreiben, scheidet aus, da dadurch eine zu kleine Leuchtfläche entstehen würde.
• Versuche haben gezeigt, dass die Frequenz, ab der Probanden das Pulsen von Leuchtdioden nicht mehr wahrnehmen, deutlich variiert. Außerdem ist diese Grenzfrequenz am linken und rechten Rand des Gesichtsfelds aus entwicklungsgeschichtlichen Gründen höher, weshalb ein flimmerndes Rücklicht im Augenwinkel auffallen kann, bei einem direkten Blick aber „normal" erscheint. Personen, die auf Flimmern empfindlich reagieren, können nachts auf Autobahnen selbst bei einem Abstand von mehreren hundert Metern ein Leuchtdiodenrücklicht von einem konventionellen Rücklicht unterscheiden. Das Fahren hinter einem Fahrzeug ist besonders nachts irritierend und lästig. Die meisten Fahrzeuge mit Leuchtdiodenrücklichtern, welche gepulst betrieben werden, zeigen ein Flimmern bei ähnlicher Frequenz, wobei diejenigen Leuchten, die die Form schmaler vertikaler Bänder haben, am meisten auffallen, da schon bei leichter Bewegung des Kopfes oder beim Durchfahren von Kurven ein Streifenmuster im Gesichtsfeld entsteht. Aufgrund der höheren zeitlichen Auflösung in den Augenwinkeln wird beispielsweise ein Fahrzeug mit Leuchtdiodenrückleuchten, von dem man auf der Autobahn überholt wird und das seitlich in das Sichtfeld tritt, als besonders störend empfunden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit Leuchtdioden anzugeben, welche in einem Pulsbetrieb nahezu ohne Flimmern betrieben werden kann.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß umfasst ein Leuchtdiodenfeld einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mindestens zwei Leuchtdiodenbänke, welche jeweils von mindestens einer Ansteuerschaltung getaktet mit einem einstellbaren Puls- und Pausenverhältnis ansteuerbar sind. Zur Umsetzung einer ersten Beleuchtungsfunktion mit einer verminderten Helligkeit wird eine vorgebbare Anzahl von Leuchtdiodenbänken zeitlich versetzt angesteuert. So können beispielsweise vier Leuchtdiodenbänke zur Umsetzung von mehreren Beleuchtungsfunktionen vorhanden sein. Zur Umsetzung einer Rücklichtfunktion werden die vorhandenen Leuchtdiodenbänke beispielsweise einzeln nacheinander angesteuert, während zur Umsetzung einer Nebelschlussleuchtenfunktion immer zwei Leuchtdiodenbänke gleichzeitig im Wechsel mit zwei weiteren Leuchtdiodenbänken angesteuert werden. Durch das wechselseitige Ein- und Auszuschalten von mindestens zwei Leuchtdiodenbänken verkürzen sich in vorteilhafter Weise die Zeitfenster, in welchen die Fahrzeugleuchte vollständig dunkel ist. Für Pulsverhältnisse von über 50% verdunkelt sich die Fahrzeugleuchte überhaupt nicht. Somit verringert die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung das störende Flimmern oder das Flimmern entfällt durch die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung vollständig.
• Da in modernen Fahrzeugen aus Redundanzgründen ohnehin zwei Ansteuereinheiten oder eine Ansteuereinheit mit zwei Schalteinheiten verbaut sind, d.h. eine Ansteuereinheit bzw. Schalteinheit pro Beleuchtungsvorrichtung, wird keine zusätzliche Elektronikschaltung benötigt. Die vorhandenen Elektronikschaltungen müssen nur anders verschaltet werden. Für die zeitlich versetzte Ansteuerung der Leuchtdiodenbänke ist beispielsweise lediglich ein zusätzlicher Ausgang an der Ansteuerschaltung erforderlich. Zudem sind nur zwei zusätzliche elektrische Zuleitungen zu der Beleuchtungsvorrichtung für eine getrennte Verdrahtung der Leuchtdiodenbänke erforderlich, so dass die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung kostengünstig umgesetzt werden kann.
• In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung sind zur Umsetzung einer zweiten Beleuchtungsfunktion mit einer maximalen Helligkeit alle Leuchtdiodenbänke von der mindestens einen Ansteuerschaltung gleichzeitig ansteuerbar. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die Umsetzung einer Beleuchtungsfunktion mit maximaler Helligkeit.
• In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung sind die Leuchtdioden der mindestens zwei Leuchtdiodenbänke so zueinander angeordnet, dass ein Schachbrettmuster entsteht. Dadurch sind die einzelnen Leuchtdioden der verschiedenen Leuchtdiodenbänke kaum noch von einander zu unterscheiden, wodurch der flimmerfreie Effekt der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung weiter verbessert wird.
• In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, sind die Leuchtdioden der mindestens zwei Leuchtdiodenbänke so zueinander angeordnet, dass sich die Leuchtdiodenbänke zeilenweise oder spaltenweise abwechseln. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die interne Verdrahtung der Beleuchtungsvorrichtung vereinfacht werden.
• In weiterer Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung wird vor dem Leuchtdiodenfeld eine Streuscheibe angeordnet, wodurch der flimmerfreie Effekt weiter verstärkt wird, da die einzelnen Leuchtdioden nicht mehr von einander zu unterscheiden sind.
• In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist das Leuchtdiodenfeld als Rückleuchte mit zwei Leuchtdiodenbänken ausgeführt. Die Ansteuereinheit steuert die beiden Leuchtdiodenbänke für eine Rücklichtfunktion wechselseitig an und für eine Bremslichtfunktion werden die beiden Leuchtdiodenbänke von der Ansteuereinheit gleichzeitig ansteuert.
• In weiterer Ausgestaltung der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die Ansteuereinheit einen ersten Pulsgenerator und einen zweiten Pulsgenerator. Der erste Pulsgenerator steuert jeweils eine erste Leuchtdiodenbank in einem ersten und einem zweiten als Rückleuchte ausgeführten Leuchtdiodenfeld an und der zweite Pulsgenerator steuert jeweils eine zweite Leuchtdiodenbank in dem ersten und dem zweiten als Rückleuchte ausgeführten Leuchtdiodenfeld an.
• Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
• Dabei zeigen:
• 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, und
• 2 Zeitablaufdiagramme von verschiedenen Ansteuersignalen für Leichtdiodenfelder der Beleuchtungsvorrichtung aus 1.
• Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung 10 für ein Fahrzeug zwei jeweils als Rückleuchten ausgeführte Leuchtdiodenfelder 30, 40 und eine Ansteuerschaltung 20, welche zur Umsetzung von mindestens zwei Beleuchtungsfunktionen die Leuchtdiodenfelder 30, 40 getaktet mit einem einstellbaren Puls- und Pausenverhältnis ansteuert. Da eine einzelne Leuchtdiode nicht leuchtstark genug ist, werden mehrere Leuchtdioden, beispielsweise zwischen 10 und 50 Leuchtdioden zu einem Leuchtdiodenfeld zusammengefasst.
• Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein erstes Leuchtdiodenfeld 30 zwei Leuchtdiodenbänke 31, 33 und ein zweites Leuchtdiodenfeld 40 umfasst ebenfalls zwei Leuchtdiodenbänke, 41, 43. Die Leuchtdiodenbänke 31, 33, 41, 43 der Leuchtdiodenfelder 30, 40 werden jeweils von der Ansteuerschaltung 20 angesteuert. Die Ansteuereinheit 20 umfasst einen ersten Pulsgenerator 22, welcher jeweils die Leuchtdioden 32 der ersten Leuchtdiodenbank 31 im ersten als Rückleuchte ausgeführten Leuchtdiodenfeld 30 und die Leuchtdioden 42 der ersten Leuchtdiodenbank 41 im zweiten als Rückleuchte ausgeführten Leuchtdiodenfeld 40 ansteuert. Die Ansteuereinheit 20 umfasst einen zweiten schraffiert dargestellten Pulsgenerator 24, welcher jeweils die schraffiert dargestellten Leuchtdioden 34 der zweiten Leuchtdiodenbank 33 im ersten Leuchtdiodenfeld 30 und die schraffiert dargestellten Leuchtdioden 44 der zweiten Leuchtdiodenbank 43 im zweiten Leuchtdiodenfeld 40 ansteuert.
• Zur Umsetzung einer ersten Beleuchtungsfunktion mit einer verminderten Helligkeit, beispielsweise einer Rücklichtfunktion, steuert die Ansteuereinheit 20 die ersten Leuchtdiodenbänke 31, 41 und die zweiten Leuchtdiodenbänke 33, 43 der beiden Leuchtdiodenfelder 30, 40 über die beiden Pulsgeneratoren 22, 24 zeitlich versetzt an.
• 2 zeigt verschiedene Zeitablaufdiagramme zur Ansteuerung der als Rückleuchte ausgeführten Leuchtdiodenfelder. 2A) zeigt ein herkömmliches Signal zur Ansteuerung eines Leuchtdiodenfeldes zur Umsetzung einer reduzierten Helligkeit, bei welchem durch die Pausenzeiten das Flimmern entsteht. 2B) und 2C) zeigen zeitlich versetzte Ansteuersignale zur Ansteuerung von in zwei Leuchtdiodenbänke 31, 33 bzw. 41, 43 aufgeteilte Leuchtdiodenfelder 30 bzw. 40. 2B) zeigt beispielsweise das Ansteuersignal für den ersten Pulsgenerator 22 und 2C) zeigt das zeitlich versetzte Ansteuersignal für den zweiten Pulsgenerator 24, um eine verminderte Helligkeit für die Leuchtdiodenfelder 30 und 40 umzusetzen. Dadurch verkürzen sich die Zeitfenster, in denen die Leuchtdiodenfelder 30, 40 vollständig dunkel sind. Für Pulsverhältnisse von über 50% verdunkeln sich die Leuchtdiodenfelder überhaupt nicht mehr, so dass das störende Flimmern vollständig entfällt.
• Zur Umsetzung einer zweiten Beleuchtungsfunktion mit einer maximalen Helligkeit, beispielsweise einer Bremslichtfunktion, werden alle Leuchtdiodenbänke 31, 33, 41, 43 der beiden Leuchtdiodenfelder gleichzeitig von der Ansteuerschaltung 20 über die beiden Pulsgeneratoren 22, 24 angesteuert.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Leuchtdiodenfelder 30, 40 jeweils in zwei Leuchtdiodenbänke 31, 33, 41, 43 aufgeteilt. Es ist jedoch theoretisch möglich, die Leuchtdioden eines Leuchtdiodenfeldes in drei oder mehr Leuchtdiodenbänke aufzuteilen, so dass eine Plusweitenmodulationsansteuerung mit einer sehr kurzen Einschaltphase möglich ist, wodurch eine weitere Verbesserung der Flimmerfreiheit erzielt werden kann. Dies erfordert jedoch einen erhöhten Verkabelungsaufwand und eine weitere Ansteuerelektronik, beispielsweise einen weiteren Pulsgenerator.
• Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung können die einzelnen Leuchtdioden 32, 34, 42, 44 durch eine schachbrettartige Aufteilung der Leuchtdioden 32, 34, 42, 44 der Leuchtdiodenbänke 31, 33 bzw. 41, 43 nahezu nicht mehr von einander unterschieden werden. Durch nicht dargestellte Streuscheiben, welche jeweils vor den Leuchtdiodenfeldern 30, 40 angeordnet wird, kann dieser Effekt noch verstärkt werden.
• Alternativ können die Leuchtdioden 32, 34, 42, 44 der Leuchtdiodenbänke 31, 33 bzw. 41, 43 so zueinander angeordnet werden, dass sich die Leuchtdiodenbänke 31, 33 bzw. 41, 43 zeilenweise oder spaltenweise abwechseln, wodurch der Verkabelungsaufwand innerhalb der Leuchtdiodenfelder 30, 40 vereinfacht wird.
• Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung erfordert keine zusätzliche Elektronik und ermöglicht durch die zeitlich versetzte gepulste Ansteuerung der Leuchtdiodenbänke eine nahezu flimmerfreie Umsetzung von mehreren Beleuchtungsfunktionen mit verschiedenen Helligkeiten.

Claims (7)

1. Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit mindestens einem Leuchtdiodenfeld (30, 40) und mindestens einer Ansteuerschaltung (20), welche zur Umsetzung von mindestens zwei Beleuchtungsfunktionen das mindestens eine Leuchtdiodenfeld (30, 40) getaktet mit einem einstellbaren Puls- und Pausenverhältnis ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenfeld (30, 40) mindestens zwei Leuchtdiodenbänke (31, 33, 41, 43) umfasst, welche jeweils von der mindestens einen Ansteuerschaltung (20) getaktet mit einem einstellbaren Puls- und Pausenverhältnis ansteuerbar sind, wobei zur Umsetzung einer ersten Beleuchtungsfunktion mit einer verminderten Helligkeit eine vorgebbare Anzahl von Leuchtdiodenbänken (32, 34, 42, 44) zeitlich versetzt ansteuerbar sind.
2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umsetzung einer zweiten Beleuchtungsfunktion mit einer maximalen Helligkeit alle Leuchtdiodenbänke (31, 33, 41, 43) von der mindestens einen Ansteuerschaltung (20) gleichzeitig ansteuerbar sind.
3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (32, 34, 42, 44) der mindestens zwei Leuchtdiodenbänke (31, 33, 41, 43) so zueinander angeordnet sind, dass ein Schachbrettmuster entsteht.
4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (32, 34, 42, 44) der mindestens zwei Leuchtdiodenbänke (31, 33, 41, 43) so zueinander angeordnet sind, dass sich die Leuchtdiodenbänke (31, 33, 41, 43) zeilenweise oder spaltenweise abwechseln.
5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine vor dem Leuchtdiodenfeld (30, 40) angeordnete Streuscheibe.
6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenfeld (30, 40) als Rückleuchte mit zwei Leuchtdiodenbänken (31, 33, 41, 43) ausgeführt ist, wobei die Ansteuereinheit (20) für eine Rücklichtfunktion die beiden Leuchtdiodenbänke (31, 33, 41, 43) wechselseitig ansteuert und für eine Bremslichtfunktion die beiden Leuchtdiodenbänke (31, 33, 41, 43) gleichzeitig ansteuert.
7. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (20) einen ersten Pulsgenerator (22) und einen zweiten Pulsgenerator (24) umfasst, wobei der erste Pulsgenerator (22) jeweils eine erste Leuchtdiodenbank (31, 41) in einem ersten und einem zweiten als Rückleuchte ausgeführten Leuchtdiodenfeld (30, 40) ansteuert und der zweite Pulsgenerator (24) jeweils eine zweite Leuchtdiodenbank (34, 44) in dem ersten und dem zweiten als Rückleuchte ausgeführten Leuchtdiodenfeld (30, 40) ansteuert.