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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugscheinwerfers für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode, die über ein pulsweitenmoduliertes Signal angesteuert und/oder geregelt wird. Außerdem betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedenartige Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt. Beleuchtungseinrichtungen sind insbesondere Scheinwerfer oder Leuchten. Scheinwerfer strahlen Licht grundsätzlich in Fahrtrichtung oder schräg dazu ab. Sie sind im Frontbereich eines Fahrzeugs angeordnet und dienen neben der Verkehrssicherheit durch eine Sichtbarmachung des Fahrzeugs für andere Verkehrsteilnehmer insbesondere der Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug, z. B. in Form einer Abblendlicht-, Fernlicht- oder Nebellichtverteilung sowie in Form von an bestimmte Umgebungssituationen und/oder Fahrzeugzustände anpassbaren adaptiven Lichtverteilung, wie bspw. Kurvenlicht, Stadtlicht, Landstraßenlicht, Autobahnlicht, etc., jeweils um die Sicht für den Fahrer zu verbessern. Scheinwerfer umfassen mindestens eine Lichtquelle in Form einer Glühlampe, Gasentladungslampe oder Halbleiterlichtquelle. Sie arbeiten nach einem Reflexionsprinzip, wobei von der Lichtquelle ausgesandtes Licht zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung durch einen Reflektor auf die Fahrbahn vor das Fahrzeug reflektiert wird, oder nach einem Projektionsprinzip, wobei von der Lichtquelle ausgesandtes Licht nach der Bündelung durch eine Primäroptik, bspw. in Form eines Reflektors oder einer Vorsatzoptik, zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung durch eine Sekundäroptik, bspw. in Form einer Projektions- oder Sammellinse, auf die Fahrbahn vor das Fahrzeug projiziert wird. Eine Vorsatzoptik besteht aus transparentem Kunststoff- oder Glasmaterial und nutzt zur Bündelung des Lichts totalreflektierende und brechende (refraktive) Eigenschaften an den Grenzflächen zwischen dem Material und der Umgebung.
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In den bekannten Scheinwerfern sind oft auch Leuchtenfunktionen, wie z. B. Positionslicht, Begrenzungslicht, Blinklicht oder Tagfahrlicht, mit integriert. Diese Leuchtenfunktionen können allerdings auch als separate Leuchten im Kraftfahrzeug realisiert sein.
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Scheinwerfer umfassen in der Regel ein Gehäuse, in dem mindestens ein Lichtmodul zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung angeordnet ist. Das Lichtmodul umfasst die mindestens eine Lichtquelle mit den oben beschriebenen Primär- und ggf. Sekundäroptiken. Das Gehäuse weist eine Lichtaustrittsöffnung auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe aus Glas oder Kunststoff verschlossen ist. Die Abdeckscheibe kann als eine klare Scheibe ohne optisch wirksame Profile (z. B. Prismen) oder zumindest bereichsweise mit optisch wirksamen Profilen ausgebildet sein. Die Abdeckscheibe kann zumindest bereichsweise eingefärbt oder beschichtet sein.
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Durch den Einbau von immer mehr technischen Einrichtungen in ein Kraftfahrzeug und die damit einhergehenden immer enger werdenden Platzverhältnisse im Frontend bzw. im Motorraum eines Kraftfahrzeugs ist es erstrebenswert, die technischen Einrichtungen so kompakt wie möglich zu bauen. Ein möglichst freier Zugang zu den Einrichtungen, bspw. für den Service- oder Reparaturfall, sollte dabei berücksichtigt werden. Genauso sollte eine große Wärmeentwicklung im Scheinwerfer sowie ein Wärmestau im Scheinwerfergehäuse vermieden werden, um eine Funktionsfähigkeit des Scheinwerfers für einen möglichst langen Zeitraum gewährleisten zu können. Ein Betrieb von Halbleiterlichtquellen bei zu hohen Temperaturen führt zu einer schnelleren Alterung der Lichtquellen, was zu einer Reduzierung der von den Halbleiterlichtquellen ausgesandten Lichtstärke führt. Beim Unterschreiten der ausgesandten Lichtstärke unter einen vorgebbaren Wert, bspw. 80% des ursprünglichen Anfangswerts, spricht man von einem Defekt der Halbleiterlichtquelle.
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Scheinwerfer, die Lichtmodule mit Leuchtdioden aufweisen, werden zur Erreichung einer hohen Lichtstärke derzeit mit Hochleistungsleuchtdioden betrieben, die üblicherweise zur Erzeugung einer bestimmten Lichtverteilung matrixartig in Funktionsgruppen (sog. Arrays) angeordnet sind. Jede Funktionsgruppe kann dabei ein eigenes Lichtmodul bilden, es können aber auch mehrere Funktionsgruppen in einem Lichtmodul angeordnet sein. So kann bspw. eine Funktionsgruppe ein Abblendlicht, also eine Lichtverteilung mit einer im Wesentlichen horizontalen Hell-Dunkelgrenze auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug erzeugen. Im Wesentlichen horizontale Hell-Dunkelgrenze umfasst asymmetrische Hell-Dunkelgrenzen mit einem bspw. in Europa üblichen 15°-Anstieg auf der eigenen Verkehrsseite, mit einem bspw. in den USA üblichen stufenförmigen Anstieg oder mit einem in anderen Ländern anderweitig ausgebildeten Anstieg. Durch Zuschalten einer zweiten Funktionsgruppe kann der Bereich der Lichtverteilung oberhalb der Hell-Dunkelgrenze ausgeleuchtet werden, so dass ein Fernlicht erzeugt wird.
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In Steuergeräten, die den Lichtmodulen bzw. den Funktionsgruppen zugeordnet sind, sind entsprechende Steuer- bzw. Regelverfahren zum Betreiben der Hochleistungsleuchtdioden vorgesehen. Im einfachsten Fall werden die Hochleistungsleuchtdioden mit einem vorgegebenen Konstantstrom betrieben, wobei eine Stromstärke zur Variation der ausgesandten Lichtstärke umschaltbar sein kann. Zur Variation der Stromstärke ist es bekannt, die Hochleistungsleuchtdioden z. B. mit pulsweitenmodulierten Signalen mit einem vom Steuergerät vorgegebenen Tastgrad anzusteuern. Der Tastgrad und damit die resultierende Stromstärke ist dabei durch das Verhältnis einer Impulsdauer zu einer Periodendauer des Signals definiert.
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Die bekannten Verfahren zum Betreiben von Scheinwerfern mit Leuchtdioden haben jedoch den Nachteil, dass sich einerseits durch die relativ hohe Stromstärke zum Betreiben der Hochleitungsleuchtdioden und andererseits durch die oftmals hohe Dichte der Anordnung der Hochleitungsleuchtdioden im Bereich der Funktionsgruppen der Lichtmodule eine starke Wärmeentwicklung ergibt, wobei die erzeugte Wärme mit hohem Aufwand, bspw. über große Kühlkörper und aktive Kühlung mittels eines Lüfters, abgeführt werden muss. Dies erhöht die Herstellungskosten, die Größe und das Gewicht des Scheinwerfers. Außerdem werden die Hochleitungsleuchtdioden im Wesentlichen unabhängig von einer aktuellen Fahrsituationen stets so betrieben, dass sie die maximal mögliche Lichtstärke erzeugen, die jedoch in bestimmten Fahr- oder Umgebungssituationen nicht unbedingt erforderlich ist. Das führt zumindest zeitweise zu einer nicht notwendigen, erhöhten elektrischen Leistungsaufnahme und damit zu einer ebenso nicht notwendigen erhöhten Wärmeentwicklung.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das Verfahren zum Betreiben eines mit Halbleiterlichtquellen versehenen Fahrzeugscheinwerfers derart auszugestalten und weiterzuentwickeln, dass die Baugröße des Scheinwerfers sowie die beim Betrieb des Scheinwerfers auftretende Wärmeentwicklung reduziert werden. Insbesondere soll eine nicht notwendige Leistungsaufnahme für die Halbleiterlichtquellen des Scheinwerfers bzw. eine nicht notwendige Wärmeentwicklung im Scheinwerfer vermieden wird.
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Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass bei eingeschaltetem Scheinwerfer ein Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verändert wird. Der Tastgrad bestimmt die resultierende Stromstärke und damit eine resultierende Leistungsaufnahme der Leuchtdioden. Das heißt, dass durch Verändern des Tastgrads die Leistungsaufnahme und damit auch die Wärmeentwicklung der Leuchtdioden beeinflusst werden können. Der Betrieb der Halbleiterlichtquellen mit einer geringeren resultierenden Stromstärke kann zwar zu einer verringerten Lichtstärke führen. Dies kann in bestimmten Fahrsituationen, bspw. bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit, ohne Nachteile hingenommen werden, da bspw. in Städten die Fahrbahn nachts sowieso durch Straßenlaternen ausgeleuchtet ist. Außerdem ist bei niedrigeren Geschwindigkeiten eine weitreichende Ausleuchtung der Fahrbahn nicht immer erforderlich.
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Durch den sich bei dem erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren für den Fahrzeugscheinwerfer ergibt sich auch über weite Teile des Betriebs des Scheinwerfers ein verringerter Energieverbrauch. Das macht das Ansteuerverfahren auch für Elektrofahrzeug besonders interessant, wo die Frage der Betriebsdauer des Akkumulators zwischen einem Ladevorgang und dem nächsten von entscheidender Bedeutung für die Akzeptanz in der Öffentlichkeit und den Erfolg eines Elektrofahrzeugs ist. Durch die Erfindung kann eine deutliche Verlängerung der Laufzeit und damit der Reichweite von Elektrofahrzeugen erzielt werden, da Elektrofahrzeuge überwiegend im innerstädtischen Verkehr, also bei relativ langsamen Geschwindigkeiten, bewegt werden, so dass die Scheinwerfer mit einem geringeren Strom betrieben werden können. Gleichzeitig haben die Scheinwerfer dank der erfindungsgemäßen Ansteuerung jedoch auch das Potenzial für helleres Licht und eine bessere, weil hellere und weitreichendere, Ausleuchtung der Fahrbahn bei schnellerer Fahrt auf der Landstraße oder Autobahn.
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Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, dass bei eingeschaltetem Scheinwerfer und bei einem langsamen Fahren mit dem Fahrzeug eine gedimmte Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug für ein verkehrssicheres Fahren vollkommen ausreichend ist. Je schneller das Fahrzeug fährt, desto heller wird die Fahrbahn ausgeleuchtet und dadurch ein sicheres Fahren weiterhin ermöglicht. Dies kann durch das geschwindigkeitsabhängige Verändern des Tastgrads des pulsweitenmodulierten Signals gesteuert werden. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs steht zur Steuerung des Verfahrens in der Regel als Signal bspw. auf einem leicht zugänglichen CAN-Bus jeder Steuereinrichtung zur Verfügung.
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Zur Realisierung dieser Idee ist es vorteilhaft, dass der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals bei zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs erhöht (das Signal ist länger auf „Hi”) wird und dass der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals bei abnehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei vorteilhafterweise im Wesentlichen unabhängig von einer aktuellen Scheinwerferfunktion bzw. Lichtverteilung, d. h. unabhängig davon, ob z. B. mit Abblendlicht oder Fernlicht, Stadtlicht oder Landstraßenlicht gefahren wird. Da oftmals ein großer Teil einer Fahrstrecke mit geringer Geschwindigkeit gefahren wird, kann in diesen Phasen die Wärmeentwicklung und die Leistungsaufnahme des Scheinwerfers wesentlich reduziert werden. Dies kann dazu führen, dass Kühlkörper des Lichtmoduls verkleinert werden können. Außerdem kann unter Umständen auf aktive Kühlmittel, bspw. in Form von Lüftern, verzichtet werden. Dadurch kann der Scheinwerfer mit kleineren Außenabmessungen gebaut werden, was zu einer Gewichtsreduzierung und auch zu geringeren Herstellungskosten führt. Ein zum Einbau des Scheinwerfers im Fahrzeug benötigter Bauraum kann dadurch ebenfalls reduziert werden.
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Der Maximalwert des Tastgrads ist bei 100% erreicht. Das bedeutet, dass die Halbleiterlichtquellen durch einen Konstantstrom betrieben werden. Dieser Konstantstrom liegt in der Regel im Bereich einer maximal möglichen Stromstärke für die Hochleistungsleuchtdiode oder ein wenig darunter.
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Vorteilhaft ist außerdem, dass für den Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals bei niedrigen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs ein Mindestwert vorgegeben wird. Das bedeutet, dass bei minimaler Geschwindigkeit oder bei einem Anhalten des Fahrzeugs bspw. vor einer Ampel der Tastgrad nur soweit reduziert wird, dass eine vorgegebene Mindestlichtstärke nicht unterschritten und die Vorgaben in den Richtlinien der Economic Commission for Europe (ECE) (z. B. Richtlinie R1 – Kfz-Scheinwerfer) eingehalten werden.
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Der Tastgrad kann bevorzugt zwischen 50% (Minimalwert) und 100% (Maximalwert = Konstantstrom) variieren. Die Wärmeentwicklung und der Betriebsstrom können dabei über einen großen Betriebszeitraum des Fahrzeugs wesentlich reduziert werden. Eine vorschnelle Alterung und eventuelle Beeinträchtigungen der Funktionsfähigkeit des Scheinwerfers durch zu hohe Wärme können vermieden werden. Außerdem wird Strom gespart. Die reduzierte Wärme im Bereich der Scheinwerfer wirkt sich auch vorteilhaft in einer sog. Nachheizphase bei angehaltenem Fahrzeug und von vorn herein hohen Umgebungstemperaturen (Motorwärme) aus.
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Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals bei Stillstand des Fahrzeugs und eingeschalteten Standlicht oder Parklicht auf einen vorgebbaren, definierten Wert eingestellt wird. Dies betrifft eine Situation bei abgestelltem oder geparktem Fahrzeug bspw. an einem Straßenrand. Der vorgegebene Wert ist im Steuergerät bevorzugt als Minimalwert des Tastgrads abgelegt und ist derart eingestellt, dass möglichst viel Strom gespart wird, jedoch die ECE-Richtlinien eingehalten werden. Als Standlicht oder Parklicht können entweder separate, speziell für diesen Einsatz vorgesehene Halbleiterlichtquellen oder aber Halbleiterlichtquellen verwendet werden, die während der Fahrt des Fahrzeugs eine Fernlicht- oder eine beliebig andere Lichtverteilung erzeugen und beim Stillstand des Fahrzeugs mit einer mittels Pulsweitenmodulation reduzierten Stromstärke betrieben werden und infolgedessen ein Stand- oder Parklicht aussenden.
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Besonders vorteilhaft ist, dass der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals linear zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs geändert wird. Es ist jedoch auch möglich, dass der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals gemäß eines beliebigen nichtlinearen Verlaufs in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs geändert wird. Der Verlauf kann also in einer Kennlinie dargestellt werden, die den Zusammenhang zwischen der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und dem zugeordneten Tastgrad herstellt. Der Verlauf der Kennlinie kann im Vorfeld mittels Simulation, mittels Fahrversuche oder auf beliebig andere Weise ermittelt werden. Die Kennlinie ist in einem Speicher des Steuergeräts abgelegt. Der nichtlineare Verlauf kann dabei eine Treppenfunktion darstellen; er kann aber auch in einer kontinuierlich verlaufenden Funktion, bspw. einer Polynom-Funktion abgebildet sein.
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Es ist auch möglich, dass der Tastgrad zur Erzeugung von unterschiedlichen Lichtverteilungen gemäß unterschiedlicher Kennlinien geschwindigkeitsabhängig verändert wird. Das bedeutet, dass zur Erzeugung von bspw. Abblendlicht eine andere Kennlinie verwendet wird, als zur Erzeugung von Fernlicht. Auch Stadtlicht, Landstraßenlicht und Autobahnlicht können gemäß wiederum anderer Kennlinien geschwindigkeitsabhängig gesteuert werden. Durch den modularen Aufbau von Funktionsgruppen im Scheinwerfer ist es auch leicht zu realisieren, dass bspw. beim Stadtlicht ein Seitenrand der Fahrbahn auch beim langsamen Fahren im Wesentlichen konstant hell ausgeleuchtet und nur der Bereich direkt vor dem Fahrzeug oder zur Gegenfahrbahn hin mit verminderter Helligkeit ausgeleuchtet wird und die entsprechenden Halbleiterlichtquellen mit reduzierter Leistung betrieben werden. Dazu muss zur Erzeugung einer Stadtlichtverteilung das entsprechende Lichtmodul wegen der getrennten Ansteuerung aus mindesten zwei Funktionsgruppen bestehen. Es ist ferner denkbar, dass in Abhängigkeit von bestimmten Fahr- und/oder Umgebungssituationen zur Erzeugung einer bestimmten Lichtverteilung zwischen verschiedenen Kennlinien umgeschaltet wird. Das heißt bspw., dass die Helligkeit des Abblendlichts bei trockener Umgebung gemäß einer ersten Kennlinie durch Pulsweitenmodulation geschwindigkeitsabhängig variiert wird und bei nasser oder feuchter Umgebung gemäß einer zweiten Kennlinie. Ferner ist es denkbar, die Helligkeit des Abblendlichts bei Anwesenheit von vorausfahrenden und/oder entgegenkommenden Verkehrsteilnehmern gemäß einer dritten Kennlinie durch Pulsweitenmodulation geschwindigkeitsabhängig zu variieren und beim Fehlen anderer Verkehrsteilnehmer gemäß einer vierten Kennlinie.
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Ferner ist vorteilhaft, dass der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeugs auf einen vorgebbaren, definierten Maximalwert eingestellt wird. Der Maximalwert kann abhängig von der vom Fahrer bspw. mittels eines Schalters oder automatisch mittels eines Helligkeitssensors vorgegebenen momentan aktiven Lichtverteilung verändert werden. Die Erfindung umfasst somit auch eine Ausführungsform, bei der bei niedrigen Geschwindigkeiten der Tastgrad auf einem Minimalwert eingestellt wird, bei der bei über einen vorgebbaren ersten Geschwindigkeitswert hinaus gehender Zunahme der Geschwindigkeit bis zum Erreichen eines vorgebbaren zweiten Geschwindigkeitswerts der Tastgrad verändert wird und bei der bei Fahrzeuggeschwindigkeiten oberhalb des zweiten Geschwindigkeitswerts der Tastgrad auf einem vorgebbaren Maximalwert eingestellt wird.
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So ist es bspw. denkbar, dass der Tastgrad des pulsweitenmodulierten Signals bei eingeschaltetem Tagfahrlicht auf einen vorgegebenen, definierten Maximalwert eingestellt wird. Zur Erzeugung des Tagfahrlichts können bspw. an sich für die Erzeugung von Fernlicht vorgesehene Halbleiterlichtquellen verwendet werden, die jedoch mit einer mittels Pulsweitenmodulation verringerten Stromstärke betrieben werden. Durch die Begrenzung des Tastgrads auf den Maximalwert wird verhindert, dass die Halbleiterlichtquellen beim Erzeugen des Tagfahrlichts bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten Licht mit einer Lichtstärke oberhalb der gemäß ECE-R. 87 zulässigen Helligkeitswerte aussenden, obwohl diese Halbleiterlichtquellen zur Erzeugung von Fernlicht solche Lichtstärkewerte durchaus erreichen können. Tagfahrlicht dient im Wesentlichen zur Sichtbarmachung gegenüber anderen Verkehrsteilnehmern und nicht zur Verbesserung der eigenen Sicht durch Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug. Tagfahrlicht wird üblicherweise nicht manuell eingeschaltet, sondern wird nach dem Starten des Motors automatisch eingeschaltet. Es stellt im Wesentlichen eine Fernlichtverteilung dar. Zum Tagfahrlicht kann deshalb durch einen relativ klein eingestellten Tastgrad eine konstante gedimmte Lichtstärke eingestellt werden, die ein Blenden entgegenkommender Verkehrsteilnehmer verhindert.
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Die erzeugte Lichtverteilung und Lichtstärke erfüllt natürlich die ECE-Richtlinie 87 (Tagfahrlicht).
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer in einer perspektivischen Ansicht;
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2 eine Darstellung zweier möglicher Kennlinien zum Betreiben des Scheinwerfers aus 1; und
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3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer 10 eines Kraftfahrzeugs in einer perspektivischen Ansicht. Der Scheinwerfer 10 umfasst ein Gehäuse 12, in welchem zwei Lichtmodule 14 und 16 zur Erzeugung beliebiger Lichtverteilungen (z. B. Abblendlicht, Fernlicht, etc.) angeordnet sind. Die Anzahl der Lichtmodule ist beispielhaft angenommen. Selbstverständlich kann der Scheinwerfer 10 noch weitere Lichtmodule oder auch Leuchten aufweisen. Die Lichtmodule 14 und 16 weisen mehrere Halbleiterlichtquellen, bevorzugt Hochleistungsleuchtdioden (LEDs) 18 auf, die bevorzugt durch Pulsweitenmodulation betrieben werden.
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Die Pulsweitenmodulation ist eine Modulationsart, bei der eine technische Größe (z. B. ein elektrischer Strom) zwischen zwei Werten, im Wesentlichen in einem Rechtecksignal, wechselt. Dabei wird bei konstanter Frequenz eine Impulsdauer innerhalb einer Periodendauer moduliert. Ein Tastgrad bestimmt dabei das Verhältnis zwischen der Impulsdauer und der Periodendauer und stellt einen prozentualen Wert zwischen 0 und 100 dar. Bei 0% wird kein Impuls erzeugt, bei 100% ist die Impulsdauer mit der Periodendauer identisch, d. h. es fließt ein Dauerstrom. Durch Verändern des Tastgrades lässt sich ein arithmetischer Mittelwert des modulierten elektrischen Stroms einstellen. Das Verfahren erfolgt – im Gegensatz zur Anwendung eines ohmschen Stromteilers – nahezu ohne Verlustleistung.
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Die LEDs 18 sind auf einem Trägerelement 20, das auch als Wärmeleitkörper dient, angeordnet. Die Anzahl und Anordnung der LEDs 18 auf dem Trägerelement 20 ist beliebig und wird den Erfordernissen an eine Lichtfunktion, eine Lichtstärke und an ein Design angepasst. Die LEDs 18 werden auf dem Trägerelement 20 des jeweiligen Lichtmoduls 14 und 16 zu je einer Funktionsgruppe (sog. Array) oder mehreren Funktionsgruppen zusammengefasst. Daher ist auf dem Trägerelement 20 des Lichtmoduls 14 eine Funktionsgruppe 22 aus beispielhaft vier LEDs 18 angeordnet; das Lichtmodul 16 umfasst 2 Funktionsgruppen 24 und 26 mit beispielhaft jeweils zwei LEDs 18. Die LEDs 18 werden separat pro Funktionsgruppe 22, 24 und 26 von einem Steuergerät (nicht dargestellt) angesteuert. Die Trägerelemente 20 sind jeweils auf einem Kühlkörper 28 angeordnet.
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Üblicherweise ist für jede LED 18 eine in 1 nicht dargestellte Primäroptik zum Bündeln der von der LED 18 ausgesandten Lichtstrahlen vorgesehen. Darüber hinaus können die Lichtmodule 14 und 16 – falls sie nach dem Projektionsprinzip arbeiten – jeweils eine nicht dargestellte in Richtung einer Lichtaustrittsöffnung 30 angeordnete Sekundäroptik (z. B. ein Sammellinse) umfassen, die die erzeugte Lichtverteilung auf die Fahrbahn vor das Fahrzeug projizieren. Leitungen zur Ansteuerung der Lichtmodule 14 und 16, insbesondere der Funktionsgruppen 22, 24 und 26 sind nicht dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt ist eine lichtdurchlässige Abdeckscheibe, welche die in dem Gehäuse 12 vorgesehene Lichtaustrittsöffnung 30 verschließt.
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Die Funktionsgruppen 22, 24 und 26 sind derart ausgebildet, dass unterschiedliche Lichtverteilungen und Lichtfunktionen (z. B. Abblendlicht, Fernlicht, Stadtlicht, Landstraßenlicht, Autobahnlicht, etc.) entweder durch eine einzige Funktionsgruppe 22, 24 oder 26 oder durch ein Zusammenwirken mehrerer Funktionsgruppen 22, 24 und 26 erzeugbar sind. So kann bspw. die Funktionsgruppe 22 dazu eingerichtet sein, eine Abblendlichtverteilung mit einer horizontalen Hell-Dunkelgrenze auf die Fahrbahn vor dem Fahrzeug zu erzeugen. Durch Zuschalten der Funktionsgruppe 24 kann die Abblendlichtverteilung bspw. zu einer Autobahnlichtverteilung ergänzt werden, bei dem ein definierter Bereich insbesondere auf der eigenen Fahrbahnhälfte oberhalb der Hell-Dunkelgrenze zusätzlich zur Abblendlichtverteilung ausgeleuchtet wird. Die Funktionsgruppe 24 ist zu diesem Zweck eingerichtet. Wird auch noch die Funktionsgruppe 26 zugeschaltet, die dazu eingerichtet ist, den bisher nicht ausgeleuchteten Bereich der gesamten Fahrbahn oberhalb der Hell-Dunkelgrenze auszuleuchten, wird eine Fernlichtverteilung erzeugt. Durch eine gezielte Auswahl der beschriebenen oder auch weiterer Funktionsgruppen bzw. Funktionsgruppenkombinationen können so wahlweise alle bekannten Lichtverteilungen auf der Fahrbahn erzeugt werden.
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Außerdem wird durch ein Verändern des Tastgrads der pulsweitenmodulierten Signale zum Betreiben der LEDs 18 der einzelnen Funktionsgruppen 22, 24 und 26 die Lichtstärke der LEDs 18 gemäß einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs angepasst. Das bedeutet, dass bei einem langsamen Fahren mit dem Fahrzeug eine gedimmte Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug erzeugt wird, die für ein verkehrssicheres Fahren vollständig ausreichend ist. Je schneller das Fahrzeug fährt, desto notwendiger ist ein helles Ausleuchten der Fahrbahn, um ein sicheres Fahren zu ermöglichen. Der Tastgrad wird dazu geschwindigkeitsabhängig erhöht. Eine Wahl einer entsprechenden aktuellen Lichtverteilung ist für das Verfahren zum Dimmen der LEDs 18 im Wesentlichen unbedeutend.
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Kernstück des Verfahrens zum Dimmen der LEDs 18 ist mindestens eine in dem Steuergerät zum Betreiben des Scheinwerfers 10 hinterlegte Kennlinie. Es ist möglich, jeder Funktionsgruppe 22, 24 und 26 eine eigene Kennlinie zuzuordnen, um gezielt Besonderheiten beim Ausleuchten der Fahrbahn bei bestimmten Lichtverteilungen zu berücksichtigen. So kann bspw. beim langsamen Fahren mit Stadtlicht die Lichtstärke direkt vor dem Fahrzeug gedimmt werden; der Straßenrand wird jedoch wesentlich heller ausgeleuchtet, um ein Verhalten von Fußgängern auf dem Gehweg besser erkennen zu können. In diesem Fall sind zur Erzeugung von Stadtlicht zwei Funktionsgruppen nötig, wobei die erste Funktionsgruppe geschwindigkeitsabhängig stark dimmbar und die zweite Funktionsgruppe nur wenig dimmbar ist oder sogar eine konstante Lichtstärke erzeugt. Natürlich kann bei Bedarf in bestimmten Fällen auf eine geschwindigkeitsabhängige Lichtstärkensteuerung verzichtet werden. Dies kann bspw. durch eine konstant horizontal verlaufende Kennlinie realisiert werden.
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2 zeigt eine Darstellung zweier möglicher Kennlinien 32 und 34 zum Betreiben, insbesondere zum Dimmen der Lichtstärke der LEDs 18 auf den Funktionsgruppen 22, 24 und 26. Jeder Funktionsgruppe 22, 24 und 26 kann ihre eigene, individuell aufbereitete Kennlinie zugeordnet werden. Die Kennlinien zeigen einen Zusammenhang zwischen einer gefahrenen Geschwindigkeit V des Fahrzeugs und eines anwendbaren Tastgrads T für das pulsweitenmodulierte Signal zum Dimmen der LEDs 18. Der Tastgrad T ist zu einer bestimmten Geschwindigkeit immer derart zugeordnet, dass die Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug für ein verkehrssicheres Fahren noch vollkommen ausreichend ist und dabei die Richtlinien der Economic Commission for Europe ECE (z. B. Richtlinie R1 – Kfz-Scheinwerfer) eingehalten werden. Die Werte des Tastgrades T unterschreiten nicht einen festgelegten Minimalwert Tmin; ein Maximalwert des Tastgrads T liegt bei 100%. Bevorzugt liegt der Minimalwert Tmin bei ca. 50%, d. h. die LEDs 18 werden mindestens mit der halben Maximalleistung betrieben.
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Die Kennlinie 32 weist bei Stillstand (Geschwindigkeit V = = 0) den Minimalwert Tmin für den Tastgrad T auf, der zum Dimmen der LEDs 18 z. B. für ein Standlicht oder Parklicht eingestellt werden könnte. Hierfür könnte auch ein separat definierter Tastgrad im Steuergerät hinterlegt sein, wenn er von Tmin der Kennlinie abweichen soll. Mit steigender Geschwindigkeit V zeigt die Kennlinie 32 bis zum Erreichen des Maximalwerts (100%) des Tastgrads T einen im Wesentlichen linearen Verlauf. Ist der Maximalwert erreicht, bleibt der Tastgrad T bei weiter steigender Geschwindigkeit V konstant auf dem Maximalwert. Der Tastgrad von 100% bedeutet, dass ein Konstantstrom die LEDs 18 betreibt. Es liegt also in diesem Grenzfall keine echte Pulsweitenmodulation mehr vor.
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Die Kennlinie 34 weist einen im Wesentlichen treppenförmigen Verlauf auf. Dabei wird zunächst vom Stillstand des Fahrzeugs an bis zu einer festgelegten Geschwindigkeit V der Tastgrad T auf dem Minimalwert Tmin konstant gehalten. Dies könnte bspw. der übliche Geschwindigkeitsbereich während einer Fahrt durch eine Ortschaft sein. Anschließend wird bei weiter steigender Geschwindigkeit V der Tastgrad T stufenweise bis zum Maximalwert erhöht.
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Die in 2 gezeigten Kennlinien sind beispielhaft. Natürlich können die Kennlinien prinzipiell jeder kontinuierlich verlaufenden Funktion, bspw. einer Polynom-Funktion folgen. Die Kennlinien müssen jedoch bei Geschwindigkeit V = 0 beim Minimalwert Tmin beginnen und bei hoher Geschwindigkeit V bei T = 100% konstant auslaufen.
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3 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 100 wird die aktuelle Geschwindigkeit V über einen im Fahrzeug befindlichen Geschwindigkeitssensor (nicht dargestellt) ermittelt. Ein entsprechendes Signal zur Ermittlung der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann bspw. auf einem leicht zugänglichen CAN-Bus von dem Steuergerät zum Betreiben des Scheinwerfers 10 abgegriffen werden.
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In Schritt 110 wird im Steuergerät für die aktiven Funktionsgruppen 22, 24 oder 26 des Scheinwerfers 10 über die zugeordneten Kennlinien 32 oder 34 mit Hilfe der zuvor ermittelten Geschwindigkeit V des Fahrzeugs der Tastgrad T für das pulsweitenmodulierte Signal zum Betreiben (Dimmen) der LEDs 18 ermittelt.
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Anschließend wird in Schritt 120 die Stromstärke für die auf den aktiven Funktionsgruppen 22, 24 oder 26 angesteuerbaren LEDs 18 mit dem ermittelten Tastgrad T pulsweitenmoduliert. Die von den LEDs 18 ausgesandte Lichtstärke ist gemäß des angewandten Tastgrads T eingestellt. Die Schritte 100 bis 120 werden während des Fahrbetriebs bei eingeschaltetem Scheinwerfer 10 kontinuierlich durchlaufen. Dabei wird die Lichtstärke der auf den aktiven Funktionsgruppen 22, 24 oder 26 angeordneten LEDs 18 laufend gemäß des oben beschriebenen Verfahrens angepasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- (ECE) (z. B. Richtlinie R1 – Kfz-Scheinwerfer) [0015]
- ECE-R. 87 [0021]
- ECE-Richtlinie 87 [0022]
- ECE (z. B. Richtlinie R1 – Kfz-Scheinwerfer) [0036]
