DE102007027516A1

DE102007027516A1 - Verfahren zur Lageveränderung mindestens eines Teils einer Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102007027516A1
Application number: DE200710027516
Authority: DE
Inventors: Matthias Brendle; Thomas Dr. Fuhrmann
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-06-16
Also published as: DE102007027516B4; DE102007027516B8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lageveränderung mindestens eines Teils einer Beleuchtungseinrichtung (1) für Kraftfahrzeuge mittels mindestens eines Verstellantriebs (9), wobei in Abhängigkeit von einem Sollwert (X) für die Lage des mindestens einen Teils und von einem Istwert (Y) der Lage des mindestens einen Teils unter Verwendung eines Dreipunktreglers (21) ein Stellsignal (Q) ermittelt wird. Um ein Verfahren zur Lageveränderung mindestens eines Teils einer Beleuchtungseinrichtung (1) zu schaffen, mit dem gleichermaßen eine hohe Stellgenauigkeit und eine hohe Stellgeschwindigkeit werden kann, und der entsprechende Verstellantrieb (9) dennoch einfach und kostengünstig realisiert werden kann, wird vorgeschlagen, dass in Abhängigkeit vom Stellsignal (Q) ein Rückführsignal (R) gebildet wird, das mit einem Regeldifferenzsignal (D) verknüpft wird, wobei das verknüpfte Signal dem Dreipunktregler (21) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lageveränderung mindestens eines Teils einer Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mittels mindestens eines Verstellantriebs, wobei in Abhängigkeit von einem Sollwert für die Lage des mindestens einen Teils und von einem Istwert der Lage des mindestens einen Teils unter Verwendung eines Dreipunktreglers ein Stellsignal zur Ansteuerung des Verstellantriebs ermittelt wird.
Aus der EP 0 545 111 A2 ist es bekannt, einen Dreipunktregler zur Einstellung der Neigung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers einzusetzen. Dabei wird in Abhängigkeit von einem Ausgangsignal des Dreipunktreglers ein in einer Verstellvorrichtung vorhandener Elektromotor angesteuert. Nachteilig an einer derartigen Ansteuerung ist, dass eine hinreichend hohe Stellgenauigkeit nur dann erreicht werden kann, wenn eine relativ geringe Stellgeschwindigkeit der Verstellvorrichtung gewählt wird. Deshalb werden Dreipunktregler bei dem bekannten Verfahren zur Einstellung der Neigung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers derzeit nur für eine statische Leuchtweiteneinstellung eingesetzt, bei der lediglich eine niedrige Verstellgeschwindigkeit erforderlich ist. Die statische Leuchtweiteneinstellung korrigiert eine veränderte Leuchtweite, die beispielsweise von einer Neigungsänderung des Fahrzeugs aufgrund einer Beladung mit Gepäck und/oder Passagieren herrührt.
Dynamische Vorgänge, die sich auf die Leuchtweite auswirken können, wie beispielsweise eine Einfederung einer Fahrzeugkaroserie aufgrund eines Überfahrens von Fahrbahnunebenheiten und/oder einer Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeugs, werden im Rahmen einer statischen Leuchtweiteneinstellung nicht kompensiert.
Des Weiteren ist es bekannt, Verstellvorrichtungen für Kraftfahrzeugscheinwerfer, die sowohl eine hohe Stellgenauigkeit als auch eine hohe Stellgeschwindigkeit aufweisen, unter Verwendung von Schrittmotoren zu realisieren. Derartige Verstellvorrichtungen sind jedoch aufwändig in Aufbau und Herstellung und relativ teuer.
Ferner ist aus der DE 25 09 219 A1 aus einem ganz anderen technischen Gebiet eine Einrichtung zum Ermitteln und Signalisieren einer in einem der Glieder einer Messkette aufgetretenen Störung bekannt. Diese vor allem für einen Einsatz in Anlagen der Verfahrenstechnik geeignete Einrichtung weist einen Dreipunktregler mit einem von einem Integrator gebildeten Rückführglied auf. Bei dieser Einrichtung handelt es sich jedoch nicht um eine Regelschaltung, sondern vielmehr um eine Überwachungsschaltung zur Überwachung eines zeitveränderlichen Signals. Dieser Schaltung fehlt nämlich eine für eine Regelung typische Einwirkungsmöglichkeit auf einen zu regelnden Prozess.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Lageveränderung mindestens eines Teils einer Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mittels mindestens eines Verstellantriebs der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass gleichermaßen eine hohe Stellgenauigkeit und eine hohe Stellgeschwindigkeit erzielt werden kann, und die entsprechende Versteileinrichtung dennoch einfach und kostengünstig realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in Abhängigkeit vom Stellsignal ein Rückführsignal gebildet wird, das mit einem aus der Differenz zwischen Sollwert und Istwert ermittelten Regeldifferenzsignal verknüpft wird, wobei das verknüpfte Signal dem Dreipunktregler zugeführt wird. Weil bei diesem Verfahren der Verstellantrieb unmittelbar von einem Ausgangssignal des Dreipunktreglers, dem sog. Stellsignal, angesteuert wird, kann eine zum Betrieb der Verstellvorrichtung benötigte Leistungselektronik besonders einfach ausgeführt werden. Denn das Stellsignal nimmt, da es vom Dreipunktregler erzeugt wird, nur drei verschiedene Werte an, so dass sich lediglich drei verschiedene Betriebszustände des Verstellantriebs ergeben, nämlich ein Ruhezustand, ein Vorwärtslauf sowie ein Rückwärtslauf. Es kann somit eine Endstufe mit kostengünstigen Schalttransistoren verwendet werden; eine Endstufe mit linear geregelten Leistungstransistoren, wie sie beispielsweise bei der Verwendung eines Proportional-Integral-Reglers (PI-Regler) oder eines anderen Stetigreglers erforderlich wäre, oder eine aufwändige PWM-Ansteuerung sind also nicht notwendig. Des Weiteren sind die Transistoren der Endstufe entweder gar nicht oder zumindest annähernd voll durchgeschaltet, so dass sich in der Endstufe eine geringe Verlustleistung ergibt und ein im Verstellantrieb vorhandener Elektromotor – wenn er sich nicht im Ruhezustand befindet – ein hohes Drehmoment aufweist.
Hierbei ist bevorzugt, dass das Rückführsignal mit dem Regeldifferenzsignal verknüpft wird, indem es vom Regeldifferenzsignal subtrahiert wird. Die Differenzbildung stellt nämlich eine verhältnismäßig leicht realisierbare Art der Verknüpfung dar. Außerdem kann so die Ermittlung des dem Dreipunktregler zuzuführenden Signals aus dem Sollwert, dem Istwert und dem Rückführsignal mit Hilfe eines einzigen Verknüpfungselements, beispielsweise unter Verwendung eines Differenzverstärkers, realisiert werden.
Es ist weiter bevorzugt, dass das Stellsignal auf einen positiven Wert gesetzt wird, wenn das ihm zugeführte Signal einen ersten Schwellwert überschreitet, das Stellsignal auf einen negativen Wert gesetzt wird, wenn das ihm zugeführte Signal einen zweiten Schwellwert unterschreitet, und das Stellsignal auf einen Wert von wenigstens annähernd Null gesetzt wird, wenn der Wert des ihm zugeführten Signals innerhalb eines Unempfindlichkeitsintervalls des Dreipunktreglers liegt. Die auf diese Weise ausgewählten Werte des Stellsignals lassen sich besonders leicht von einer Endstufe zur Ansteuerung des Verstellantriebs unterscheiden. Der erste Schwellwert ist vorzugsweise größer oder gleich einer oberen Grenze des Unempfindlichkeitsintervalls, und der zweite Schwellwert ist vorzugsweise kleiner oder gleich einer Untergrenze des Unempfindlichkeitsintervalls.
Ein besonders günstiges Regelverhalten ergibt sich, wenn der erste Schwellwert positiv und der zweite Schwellwert negativ ist.
Das Regelverhalten kann noch weiter verbessert werden, wenn vorgesehen wird, dass der erste und der zweite Schwellwert betragsmäßig gleich und/oder das Unempfindlichkeitsintervall symmetrisch zum Wert Null ist.
Es kann vorgesehen werden, dass ein Wert des Rückführsignals einem aktuellen Wert des Stellsignals derart nachgeführt wird, dass eine Änderungsrate des Rückführsignals vom aktuellen Wert des Stellsignals abhängt und/oder nach oben begrenzt ist. Das Rückführsignal kann hierbei beispielsweise durch eine Integration des Stellsignals oder eines aus dem Stellsignal ermittelten Signals gebildet werden. Auf diese Weise wird eine verzögernde Rückführung bereitgestellt. Diese verzögernde Rückführung bewirkt, dass ein Motor des Verstellantriebs über einzelne, kurze Stellimpulse angesteuert wird. Dabei wird bei Vorliegen einer großen Regeldifferenz, also wenn die Ist-Position des bewegbaren Teils noch weit von der Soll-Position entfernt ist, ein relativ lang andauernder Stellimpuls erzeugt, so dass sich das bewegbare Teil schnell zu seiner Sollposition hinbewegt. Während der Bewegung des bewegbaren Teils zur Sollposition hin werden die Stellimpulse verkürzt und die Bewegung somit verlangsamt, so dass sich das bewegbare Teil weitgehend überschwingungsfrei, das heißt ohne dass das Regeldifferenzsignal das Unempfindlichkeitsintervall des Dreipunktreglers überschreitet, an die Soll-Position annähert. Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt also im Wesentlichen das Verhalten eines Schrittreglers.
Es können also Verfahren zur Lageveränderung unter Verwendung eines Dreipunktreglers realisiert werden, die sowohl eine hohe Stellgenauigkeit als auch eine hohe Stellgeschwindigkeit aufweisen. Bislang ist man in Fachkreisen davon ausgegangen, dass ein Verfahren zur Lageveränderung einer derart hohen Güte nur dadurch erreichbar wäre, dass man teuere Schrittmotoren einsetzt oder verhältnismäßig aufwändige stetige Regelverfahren wie beispielsweise das Proportional-Integral-Verfahren anwendet, die jedoch den Einsatz einer aufwändigen Leistungselektronik (Linear-Endstufe oder PWM-Ansteuerung) erforderlich machen.
Es ist bevorzugt, dass die Änderungsrate des Rückführsignals wenigstens annähernd proportional zu einer Differenz zwischen dem Stellsignal oder einem aus dem Stellsignal ermittelten Signal und dem Rückführsignal oder einem aus dem Rückführsignal ermittelten Signal ist, wobei ein Proportionalitätskoeffizient bei betragsmäßig zunehmenden Rückführsignal einen ersten Wert und bei betragsmäßig abnehmenden Rückführsignal einen zweiten Wert annimmt. Auf diese Weise kann zur Bildung des Rückführsignal ein einfach realisierbares Rückführglied verwendet werden, das ein RC-Glied aufweist und/oder dessen Sprungantwort einen exponentiellen Verlauf aufweist. Sieht man vor, dass beide Werte gleich sind, also der Proportionalitätskoeffizient in jedem Betriebszustand des Rückführglieds konstant ist, dann kann das Rückführglied noch weiter vereinfacht werden werden; insbesondere kann es aus einem RC-Glied gebildet werden.
Als weitere Lösung der oben genannten Aufgabe wird eine Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem Verstellantrieb zur Bewegung mindestens eines Teils der Beleuchtungseinrichtung und mindestens einer Regeleinrichtung, welche in Abhängigkeit von einem Sollwert für die Lage des mindestens einen Teils und einen Istwert der Lage des mindestens einen Teils unter Verwendung eines Dreipunktreglers ein Stellsignal zur Ansteuerung des Verstellantriebs ermittelt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Regeleinrichtung Mittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Bei dieser Beleuchtungseinrichtung erreicht die Lage des mindestens einen Teils der Beleuchtungseinrichtung besonders schnell den Sollwert, wobei eine hohe Stellgenauigkeit erreicht wird und die Beleuchtungseinrichtung dennoch kostengünstig herstellbar ist.
Hierbei kann vorgesehen werden, dass die Regeleinrichtung mindestens eine Schaltungsanordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Dadurch kann eine kompakte und störunanfällige Beleuchtungseinrichtung realisiert werden. Wird die Schaltungsanordnung oder ein Teil davon als integrierte Schaltung ausgeführt, so ergibt sich eine noch kompaktere Beleuchtungseinrichtung die noch störunanfälliger und insbesondere gegenüber mechanischer Beanspruchung robust ist.
Es kann weiter vorgesehen werden, dass die Mittel zur Ausführung des Verfahrens mindestens ein Computerprogramm, das zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens programmiert ist, beinhalten. Auf diese Weise kann die Regeleinrichtung mit Standardbauteilen, insbesondere Micro-Controllern, realisiert werden. Außerdem können Parameter des Verfahrens durch einfaches Umprogrammieren der Regeleinrichtung, beispielsweise im Rahmen eines Wartungseingriffes, geändert werden. Schließlich wird eine Übermittlung des Istwerts über digitale Übertragungseinrichtungen, wie beispielsweise Bussysteme, an die Regeleinrichtung erleichtert.
Vorzugsweise umfasst der Verstellantrieb einen Gleichstrommotor. Denn ein Gleichstrommotor ist kostengünstig und über eine einfache Endstufe ansteuerbar.
Es ist bevorzugt, dass dem Verstellantrieb eine Verstelleinrichtung zur Bewegung mindestens eines Lichtmoduls, eines Reflektors und/oder mindestens einer Blende eines Kraftfahrzeugscheinwerfers zur Beeinflussung einer Lichtverteilung eines vom Scheinwerfer erzeugten Lichtbündels zugeordnet ist. Dadurch kann die Lichtverteilung besonders schnell und präzise beeinflusst werden.
Hierbei ist besonders bevorzugt, dass die Bewegung des Lichtmoduls und/oder des Reflektors eine horizontale Bewegung zur Erzeugung von Kurvenlicht und/oder eine vertikale Bewegung zur Bereitstellung einer Leuchtweitenregelung und/oder einer adaptiven Lichtverteilung umfasst. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Realisierung dieser Funktionen.
Weiter ist bevorzugt, dass die Bewegung der Blende eine Schwenkbewegung zum Umschalten zwischen Fern- und Abblendlicht und/oder eine translatorische Bewegung zur Bereitstellung einer adaptiven Lichtverteilung umfasst. Auf diese Weise wird eine schnelle und genaue Positionierung der Blende mit geringem technischen Aufwand ermöglicht.
Nachfolgend werden exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Gleiche Elemente tragen dieselben Bezugszeichen und werden in der Regel nur einmal im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung:
1 eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Kennlinie eines Dreipunktreglers der Beleuchtungseinrichtung aus 1;
3 einen zeitlichen Verlauf eines von einem Rückführglied erzeugten Rückführsignals bei Anlegen eines Sprungsignals an das Rückführglied;
4a–c einen zeitlichen Verlauf eines Regeldifferenzsignals, eines Istwerts der Lage eines bewegbaren Teils der Beleuchtungseinrichtung sowie eines Stellsignals;
5 einen Verstellantrieb und ein Lichtmodul; und
6a–b einen Verstellantrieb mit Blendenanordnung.
Eine in 1 gezeigte Beleuchtungseinrichtung 1 weist eine Regeleinrichtung 3 auf, an welche eine Endstufe 5 angeschlossen ist. Die Endstufe 5 ist mit einem Gleichstrommotor 7 verbunden, welcher Teil eines Verstellantriebs 9 ist. Der Verstellantrieb 9 umfasst außerdem einen Istwert-Geber 11, welcher über eine mechanische Koppeleinrichtung 13 derart mit dem Gleichstrommotor 7 verbunden ist, dass er die aktuelle Position eines bewegbaren Teils (in 1 nicht gezeigt) der Beleuchtungseinrichtung erfassen kann. Eine Rückführleitung 15 verbindet den Istwert-Geber 11 mit einem Verknüpfungselement 17 der Regeleinrichtung 3. Mit diesem Verknüpfungselement 17 ist außerdem ein Sollwert-Geber 19 verbunden. Der Sollwert-Geber 19 kann Teil eines Steuergerätes, das beispielsweise eine Leuchtweitenregelung durchführt oder eine Kurvenlichtfunktion bereitstellt, sein.
Innerhalb der Regeleinrichtung 3 befindet sich zwischen dem Verknüpfungselement 17 und der Endstufe 5 ein Dreipunktregler 21. Ein Rückführglied 23 ist antiparallel zum Dreipunktregler 21 angeordnet. Alternativ dazu kann das Rückführglied 23, wie mit einem gestrichelt gezeichneten Pfeil in 1 angedeutet, auch antiparallel zu einer Serienschaltung des Dreipunktreglers 21 und der Endstufe 5 angeordnet werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Dreipunktregler 21 und die Endstufe 5 in einem gemeinsamen Bauteil zu einem so genannten Dreipunktverstärker (Dreipunktregler 21 mit integrierter Endstufe 5) zusammengefasst sind und für einen Ausgang 24 des Dreipunktreglers 21 kein gesonderter Anschluss an dem Bauteil vorhanden ist.
Beim Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 1 erzeugt der Sollwert-Geber 19 einen Sollwert X, von welchem vom Verknüpfungselement 17 ein mit dem Istwert-Geber erfasster Istwert Y subtrahiert wird, um ein Regeldifferenzsignal D = X – Y zu erhalten. Von diesem wird ein Wert R eines Rückführsignals subtrahiert. Ein so ermitteltes Eingangssignal E = D – R wird dem Dreipunktregler 21 zugeführt.
Der Dreipunktregler 21 arbeitet folgendermaßen (siehe 2) Überschreitet das Eingangssignal E des Dreipunktreglers 21 einen ersten Schwellwert e₁, dann setzt der Dreipunktregler 21, wie in einer Kennlinie 25 des Dreipunktreglers 21 gezeigt, ein Ausgangssignal Q auf einen positiven Wert H. Nimmt das Eingangssignal E wieder ab, dann wird das Ausgangssignal Q erst dann wieder auf den Wert Null gesetzt, wenn das Eingangssignal E eine obere Grenze e₃ eines Unempfindlichkeitsintervalls [e₄ e₃] erreicht oder unterschritten hat. Unterschreitet das Signal E einen zweiten Schwellwert e₂, dann setzt der Dreipunktregler 21 das Stellsignal Q auf einen negativen Wert L. Steigt dann das Eingangssignal E wieder an, dann setzt der Dreipunktregler 21 das Stellsignal Q erst dann wieder auf Null, wenn das Eingangssignal E eine untere Grenze e₄ des Unempfindlichkeitsintervalls [e₄ e₃] erreicht oder überschritten hat. Liegt der Wert des Eingangsignals E innerhalb des Unempfindlichkeitsintervalls [e₄ e₃], dann nimmt das Stellsignal Q unabhängig von seinem früheren Verlauf den Wert Null an.
In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Kennlinie 25 des Dreipunktreglers 21 symmetrisch. Das heißt, die beiden von Null verschiedenen Stellsignale H und L sind betragsmäßig gleich (L = –H), die beiden Schwellwerte e₁ und e₂ sind betragsmäßig gleich (e₂ = –e₁), und das Unempfindlichkeitsintervall [e₄ e₃] ist symmetrisch zum Nullpunkt (e₄ = –e₃). Abweichend hiervon kann jedoch auch eine asymmetrische Kennlinie 25 vorgesehen werden.
Das Verhalten des Rückführgliedes 23 lässt sich anhand von in 3 dargestellten Sprungantworten beschreiben. Weist zum Zeitpunkt t = 0 das Rückführsignal R den Wert Null auf und wird zu diesem Zeitpunkt t = 0 an das Rückführglied 23 ein Stellsignal Q angelegt, das zum Zeitpunkt t = 0 vom Wert Null auf den Wert H springt, so ergibt sich ein exponentiell steigender Verlauf 27 des Rückführsignals R, welcher gegen einen Sättigungswert R_max geht. Weist das Rückführsignal den Sättigungswert R_max auf und springt das Stellsignal Q zum Zeitpunkt t = 0 vom Wert H zum Wert Null, dann ergibt sich der in 3 gestrichelt dargestellte exponentiell fallende Verlauf 29 des Rückführsignals R.
Der exponentiell steigende Verlauf 27 ist durch eine erste Zeitkonstante τ₁, und der exponentiell fallende Verlauf durch eine zweite Zeitkonstante τ₂ charakterisiert. Die exponentielle Verläufe 27, 29 ergeben sich daraus, dass das Rückführglied das Rückführsignal R dem Stellsignal Q verzögernd nachführt, wobei eine Änderungsrate Ṙ(t) = ∂R(t)/∂t des Rückführsignals R proportional zu einer Differenz aus einem aus dem Stellsignal Q ermittelten Signal QR_max/H und dem Rückführsignal R ist. Dabei ist der Proportionalitätskoeffizient davon abhängig, ob das Rückführsignal sich im steigenden Verlauf 27 oder im fallenden Verlauf 29 befindet. Bei beginnend mit dem Wert Null steigendem Rückführsignal R (Verlauf 27) gilt
und bei beginnend vom Sättigungswert R_max fallendem Rückführsignal R (Verlauf 29) gilt
Bei steigendem Rückführsignal ergibt sich somit für den zeitlichen Verlauf des Rückführsignals R
und für den fallenden Verlauf 29 ergibt sich
Da zur Bildung des Eingangssignals E des Dreipunktreglers 21 das Rückführsignal R mittels des Verknüpfungselements 17 (siehe 1) subtraktiv mit dem Regeldifferenzsignal D verknüpft wird (E = X – Y – R), sorgt das Rückführglied 23 für eine verzögernd wirkende Gegenkopplung des Dreipunktreglers. Befindet sich die Beleuchtungseinrichtung 1 in einem Betriebszustand, bei dem der Sollwert X und der Istwert Y gleich sind (also D = 0) und das Rückführsignal R den Wert Null aufweist, dann weist auch das Eingangssignal E den Wert Null auf. Es befindet sich also innerhalb des zum Nullpunkt symmetrischen Unempfindlichkeitsintervalls [e₄ e₃], was dazu führt, dass der Dreipunktregler 21 das Stellsignal Q auf den Wert Null setzt. Wegen Q = 0 bewegt sich der Gleichstrommotor 7 nicht.
Wird nun der Istwert X um einen Betrag erhöht, der den ersten Schwellwert e₁ übersteigt, dann ergibt sich ein positives Eingangssignal E, das größer ist als der erste Schwellwert e₁, so dass der Dreipunktregler 21 das Stellsignal Q auf den Wert H setzt und der Gleichstrommotor 7 in eine Drehbewegung zur Lageveränderung des bewegbaren Teils der Beleuchtungseinrichtung 1 zu der durch den Sollwert X spezifizierte Lage versetzt. Gleichzeitig beginnt das Rückführsignal R entsprechend des exponentiell steigenden Verlaufs 27 anzusteigen, so dass sich das Eingangssignal E wegen der Gegenkopplung verringert. Gleichzeitig trägt auch der aufgrund der Motorbewegung zunehmende Istwert Y zur Verringerung des Eingangssignals E. bei.
Das Rückführsignal R bewirkt, dass das Eingangssignal E bereits vor dem Erreichen der Soll-Position wieder in das Unempfindlichkeitsintervall [e₄ e₃] eintritt und der Dreipunktregler 21 durch Setzen des Stellsignals Q auf Null den Gleichstrommotor 7 wieder abschaltet. Da nun wieder Q = 0 ist, beginnt das Rückführsignal R exponentiell mit der Zeitkonstante τ₂ zu fallen (gemäß dem exponentiell fallenden Verlauf 29). Sobald der Wert des Rückführsignals R hinreichend weit zurückgegangen ist, stellt sich ein Eingangssignal E ein, das den ersten Schwellwert e₁ wieder überschreitet, so dass der Dreipunktregler 21 das Stellsignal Q wieder auf den Wert H setzt und der Gleichstrommotor 7 wieder zu laufen beginnt. Es ergibt sich ein gepulster Betrieb des Gleichstrommotors 7, der solange fortgesetzt wird, bis sich für das Regeldifferenzsignal D = X – Y ein Wert ergibt, der innerhalb des Unempfindlichkeitsintervalls [e₄ e₃] des Dreipunktreglers 21 liegt.
Die 4a–c zeigen das Verhalten der Regeleinrichtung 3 bei einem Sprung des Regeldifferenzsignals D, welcher zum Zeitpunkt t = 0 auftritt. Es wird hier vereinfachend angenommen, dass sowohl der Sollwert X als auch der Istwert Y konstant bleiben. Wegen des konstanten Regeldifferenzsignals D kann aus dem Diagramm der 4a das Eingangssignal E und das Rückführsignal R zugleich entnommen werden. Dabei werden beide Signale E, R durch eine dick durchgezogene Linie dargestellt, wobei jedoch für die beiden Signale E. R getrennte Y-Achsen eingezeichnet sind. Der zum Zeitpunkt t = 0 stattfindende Sprung der Regeldifferenz weist eine Sprunghöhe von d auf. Durch diese Sprunghöhe d ist der Nullpunkt der Y-Achse für das Rückführsignal R festgelegt.
Der Sprung des Regeldifferenzsignals D bewirkt einen Sprung des Stellsignals Q auf den Wert H wie im Diagramm der 4c gezeigt ist. Dies bewirkt wie im mittleren Diagramm dargestellt eine Zunahme eines tatsächlichen Stellweges Y' des bewegbaren Teils der Beleuchtungseinrichtung. Gleichzeitig nimmt das Rückführsignal R exponentiell zu (exponentiell steigender Verlauf 27) und das Eingangssignal E ab.
Zum Zeitpunkt t₀ erreicht das Eingangssignal E den ersten Schwellwert e₁ und zum Zeitpunkt t₁ die obere Grenze e₃ des Unempfindlichkeitsintervalls [e₄ e₃] des Dreipunktreglers 21. Dabei setzt der Dreipunktregler 21 das Stellsignal Q auf den Wert Null, so dass der Gleichstrommotor 7 des Verstellantriebs 9 abgeschaltet wird und der tatsächliche Stellweg Y' nicht mehr zunimmt. Das Setzen der Stellgröße auf Q = 0 führt zu einem Abnehmen des Rückführsignals R und zu einem entsprechenden Zunehmen des Eingangssignals E (exponentiell fallender Verlauf 29).
Sobald das Eingangssignal E den ersten Schwellwert e₁ erreicht (Zeitpunkt t₂), wird der Gleichstrommotor 7 wieder eingeschaltet (Q = H) und der tatsächliche Stellweg Y' beginnt wieder zuzunehmen. Dieses Ein- und Ausschalten des Gleichstrommotors 7 setzt sich periodisch fort, d. h. zum Zeitpunkt t₃ wird das Stellsignal Q wieder auf Null gesetzt, zum Zeitpunkt t₄ wird das Stellsignal wieder auf Q = H gesetzt, usw.
Eine Pulsbreite t₁ ^H = t₁ des ersten Impulses, ein Pulsabstand t⁰ = t₂ – t₁ = t₄ – t₃, sowie eine Pulsbreite t₂ ^H = t₃ – t₂ der Folgepulse lassen sich anhand der oben angegebenen Gleichungen der exponentiellen Verläufe 27, 29 berechnen:
Bei einem Stetigregler, beispielsweise einem Proportional-Integral-Regler, würde sich, da der Gleichstrommotor 7 in diesem Fall nicht gepulst sondern kontinuierlich betrieben würde, ein linearer Anstieg des Verstellweges ergeben, der im Diagramm der 4b als gestrichelte Linie 31 dargestellt ist. Anhand der geringen Abweichung des tatsächlichen Stellweges Y' vom Stellweg 31 eines Stetigreglers erkennt man, dass die hier gezeigte Regeleinrichtung 3 ein ähnliches Verhalten wie ein Stetigregler aufweist.
5 zeigt eine mögliche Realisierung des Verstellantriebs 9 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer 50 mit einem Lichtmodul 51 mit einem Reflektor 52 und einer Linse 53. Das Lichtmodul 51 ist an einer Drehachse 54 gelagert, so dass es eine Horizontaldrehung (Pfeil 55) ausführen kann. Diese Horizontaldrehung 55 dient zur Erzeugung von Kurvenlicht. Der Verstellantrieb 9 umfasst den Gleichstrommotor 7 sowie ein Getriebe 57 mit dem Istwert-Geber 11, das über ein Gestänge 59 mit dem Lichtmodul 51 mechanisch verbunden ist. Der Gleichstrommotor 7 und der Istwert-Geber 11 sind an die Regeleinrichtung 3 angeschlossen. Die Regeleinrichtung 3 wird wie oben beschrieben betrieben und kann den Gleichstrommotor 7 ansteuern, so dass das Lichtmodul 51 in die Horizontaldrehung 55 versetzt wird. Der Istwert-Geber 11 erfasst die tatsächliche Lage, d. h. den Drehwinkel des Lichtmoduls 51, und gibt den Istwert Y, der diesen Drehwinkel charakterisiert, an die Regeleinrichtung 3 über die äußere Rückführleitung 15 zurück.
In entsprechender Weise kann auch ein Verstellantrieb 9 für eine Vertikalbewegung des Lichtmoduls 51 beispielsweise zur automatischen Leuchtweitenregelung bereitgestellt werden. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist der Reflektor 52 des Lichtmoduls 51 gegenüber dem Rest des Lichtmoduls 51 – je nach genauer Ausgestaltung dieser Ausführungsform horizontal oder vertikal – mittels des Verstellantriebs 9 bewegbar. Wird der Steuer- und Regeleinrichtung 3 ein geeigneter Sollwert X zugeführt, dann stellt die Steuer- und Regeleinrichtung 3 eine diesem Sollwert X entsprechende Position des Reflektors 52 ein, so dass eine Lichtverteilung des vom Lichtmodul 51 erzeugten Lichtbündels auf gewünschte Weise beeinflusst wird.
Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Lichtverteilung besteht darin, dass wie in 6a und 6b gezeigt, im Strahlengang des Kraftfahrzeugscheinwerfers 50 eine mehrteilige Blendenanordnung 61 vorgesehen wird. Diese Blendenanordnung 61 erlaubt eine Variation der Höhe einer Hell-Dunkel-Grenze der vom Kraftfahrzeugscheinwerfer 50 erzeugten Lichtverteilung. Die Anordnung 61 umfasst mehrere Blendenelemente 63, 65, die relativ zueinander um eine horizontale, im Wesentlichen parallel zur optischen Achse des Scheinwerfers 50 verlaufende Drehachse 67 bewegbar sind. Die Oberkanten der Blendenelemente 63, 65 sind mit den Bezugszeichen 69, 71 bezeichnet. Vorzugsweise weist die Blendenanordnung 61 ein stationäres Blendenelement (nicht dargestellt) und mindestens ein – in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei – um die Drehachse 67 verstellbare Blendenelemente 63, 65 auf. Je nachdem, ob eine der Oberkanten 69, 71 oder die Oberkante des stationären Blendenelements höher angeordnet ist, wird ein optisch wirksame Kante der Blendenanordnung 61 durch die Oberkante 69, die Oberkante 71 und/oder die Oberkante des stationären Blendenelements gebildet. Die Oberkanten 69, 71 und die Oberkante des stationären Blendenelements sind vorzugsweise in einer Brennebene der Linse 53 des Lichtmoduls 51 angeordnet und verbleiben auch dort, selbst wenn sie bewegt werden. Dadurch kann unabhängig von der Höhe der Helldunkelgrenze stets eine scharfe Abbildung auf eine Fahrbahn sichergestellt werden. Soll ein Helldunkelübergang weniger scharf ausgebildet werden, kann eines oder mehrere der Blendenelemente 63, 65 oder das stationäre Blendeelement defokussiert werden, das heißt aus der Brennebene der Linse 53 heraus bewegt werden.
Die Blendenanordnung 61 wirkt mit einem Kurvengetriebe 73 derart zusammen, dass das oder jedes Blendenelement 63, 65 entlang einer dem jeweiligen Blendenelement 63, 65 zugeordneten Steuerkurve 75, 77 eine Bewegung (Pfeil 78) durchführen kann. Dabei greift eine exzentrisch um eine Drehachse 79 drehbare Nase 81 des Kurvengetriebes 73 in die Steuerkurven 75, 77. Vorzugsweise ist die Nase 71 unmittelbar an einem Getrieberad 83 des Kurveengetriebes 73 angeordnet. Eine derart ausgestaltete Blendenanordnung 61 ist an sich aus der DE 10 2005 612 303 A1 bekannt. Hinsichtlich Aufbau und Funktion dieser Blendenanordnung 61 wird auf diese Druckschrift verwiesen und der entsprechende Inhalt dieser Druckschrift auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist ein im Wesentlichen um eine horizontale, senkrecht zu einer Lichtaustrittsrichtung des Scheinwerfers 50 angeordnete Achse schwenkbares Blendenelement vorgesehen, welches von dem Gleichstrommotor 7 und über das Getriebe 57 mit Istwertgeber 11 betätigt werden kann. Je nach Lage des Blendenelements ergibt sich eine bestimmte Helldunkelgrenze. Durch eine geeignete Vorgabe von Sollwerten X, beispielsweise über ein Steuergerät, kann eine dynamische Leuchtweitenregelung und/oder ein Umschalten zwischen Fernlicht und Abblendlicht bereitgestellt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0545111 A2 [0002]
- DE 2509219 A1 [0005]
- DE 102005612303 A1 [0048]

Claims

Verfahren zur Lageveränderung mindestens eines Teils einer Beleuchtungseinrichtung (1) für Kraftfahrzeuge mittels mindestens eines Verstellantriebs (9), wobei in Abhängigkeit von einem Sollwert (X) für die Lage des mindestens einen Teils und von einem Istwert (Y) der Lage des mindestens einen Teils unter Verwendung eines Dreipunktreglers (21) ein Stellsignal (Q) zur Ansteuerung des Verstellantriebs (9) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit vom Stellsignal (Q) ein Rückführsignal (R) gebildet wird, das mit einem aus der Differenz zwischen Sollwert (X) und Istwert (Y) ermittelten Regeldifferenzsignal (D) verknüpft wird, wobei das verknüpfte Signal dem Dreipunktregler (21) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführsignal (R) mit dem Regeldifferenzsignal (D) verknüpft wird, indem es vom Regeldifferenzsignal subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal (Q) auf einen positiven Wert (H) gesetzt wird, wenn das ihm zugeführte Signal (E) einen ersten Schwellwert (e₁) überschreitet, das Stellsignal (Q) auf einen negativen Wert (L) gesetzt wird, wenn das ihm zugeführte Signal (E) einen zweiten Schwellwert (e₂) unterschreitet, und das Stellsignal (Q) auf einen Wert von wenigstens annähernd Null gesetzt wird, wenn der Wert des ihm zugeführten Signals (E) innerhalb eines Unempfindlichkeitsintervalls ([e₃ e₄]) des Dreipunktreglers 21 liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwert (e₁) positiv und der zweite Schwellwert (e₂) negativ ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (e₁) und der zweite (e₂) Schwellwert betragsmäßig gleich und/oder das Unempfindlichkeitsintervall ([e₃ e₄]) symmetrisch zum Wert Null ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert des Rückführsignals (R) einem aktuellen Wert des Stellsignals (Q) derart nachgeführt wird, dass eine Änderungsrate des Rückführsignals (R) vom aktuellen Wert des Stellsignals (Q) abhängt und/oder nach oben begrenzt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsrate des Rückführsignals (R) wenigstens annähernd proportional zu einer Differenz zwischen dem Stellsignal (Q) oder einem aus dem Stellsignal (Q) ermittelten Signal und dem Rückführsignal (R) oder einem aus dem Rückführsignal (R) ermittelten Signal ist, wobei ein Proportionalitätskoeffizient bei betragsmäßig zunehmenden Rückführsignal einen ersten Wert und bei betragsmäßig abnehmenden Rückführsignal einen zweiten Wert annimmt.
Beleuchtungseinrichtung (1) für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem Verstellantrieb (9) zur Bewegung mindestens eines Teils der Beleuchtungseinrichtung (1) und mindestens einer Regeleinrichtung (3), welche in Abhängigkeit von einem Sollwert (X) für die Lage des mindestens einen Teils und einen Istwert (Y) der Lage des mindestens einen Teils unter Verwendung eines Dreipunktreglers (21) ein Stellsignal (Q) zur Ansteuerung des Verstellantriebs (9) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (3) Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Beleuchtungsanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (3) mindestens eine Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Beleuchtungsanordnung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ausführung des Verfahrens mindestens ein Computerprogramm, das zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 programmiert ist, beinhalten.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellantrieb (9) einen Gleichstrommotor (7) umfasst.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verstellantrieb (9) eine Verstelleinrichtung zur Bewegung mindestens eines Lichtmoduls (51), eines Reflektors (52) und/oder mindestens einer Blende (61) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers (50) zur Beeinflussung einer Lichtverteilung eines vom Scheinwerfer (50) erzeugten Lichtbündels zugeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Lichtmoduls (51) und/oder des Reflektors (52) eine horizontale Bewegung (55) zur Erzeugung von Kurvenlicht und/oder eine vertikale Bewegung zur Bereitstellung einer Leuchtweitenregelung und/oder einer adaptiven Lichtverteilung umfasst.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Blende (61) eine Schwenkbewegung zum Umschalten zwischen Fern- und Abblendlicht und/oder eine translatorische Bewegung (78) zur Bereitstellung einer adaptiven Lichtverteilung umfasst.