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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung in einer Beleuchtungsvorrichtung mit wenigstens zwei Leuchtdioden, insbesondere in einem Fahrzeug, sowie eine dazugehörige Beleuchtungsvorrichtung mit Fehlererkennung.
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Das technische Gebiet der Halbleiterlichtquellen hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden (Light Emmiting Diode, LED), haben insbesondere gegenüber Glühlampen den Vorteil, dass sie elektronisch exakt und schnell ansteuerbar sind und allgemein unempfindlich gegenüber Schaltvorgängen sind. Mit schwachem Strom betrieben eignen sie sich hervorragend als energiesparendes Mittel zur passiven Visibilität.
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Der kommerzielle Durchbruch von Leuchtdioden für den Einsatz in Leuchten, also zum aktiven Beleuchten eines Bereichs oder Raumes, erfolgte unter anderem durch die Verfügbarkeit von sogenannten Hochleistungs-LEDs mit entsprechender Lichtausbeute und der Verfügbarkeit in verschiedenen Farben. Hochleistungs-LEDs werden mit mehr Strom versorgt (heutzutage in einem Bereich von größer als 20mA bis ca. 350mA bei einer Spannung von z.B. 3,2V) und erreichen daher eine größere Helligkeit als normale Niedrigenergie-LEDs, ihre Lebensdauer liegt jedoch unter der von normalen LEDs. Dennoch ist die Lebensdauer immer noch größer als die vieler anderer Leuchtmittel. Durch Kostensenkungen sind Hochleistungs-LEDs daher inzwischen ein sinnvoller Ersatz für beispielsweise Glühlampen oder Gasentladungslampen.
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Beim Einsatz von solchen Hochleistungs-LEDs in Beleuchtungsvorrichtungen können durch die nahezu punktförmige Lichtquelle lokal sehr hohe Temperaturen entstehen, insbesondere wenn mehrere solcher Leuchtdioden in einem sogenannten Array verschaltet werden, um gemeinsam für eine Lichtfunktion verwendet zu werden. Die Leuchtdioden werden daher zumeist je nach Einsatzgebiet entsprechend gekühlt.
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Die
CN 201289037 Y beschreibt beispielsweise eine Hochleistungs-Leuchtdiode (LED) mit einer Kühlplatte zum Kühlen der LED und einer Steuerung mit einem Temperatursensor, der an der Kühlplatte befestigt ist. In Abhängigkeit von der vom Temperatursensor gemessenen Temperatur ist die LED mittels der Steuerung an- bzw. abschaltbar.
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Es gibt verschiedene Einsatzgebiete für Beleuchtungsvorrichtungen mit Leuchtdioden. Neben Raumbeleuchtungen setzen sich Beleuchtungsvorrichtungen mit Leuchtdioden zunehmend auch im Fahrzeugbau durch, wo sie beispielsweise als Scheinwerfer oder als Multifunktionsrückleuchte Verwendung finden.
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Bei der Verwendung von Beleuchtungsvorrichtungen mit Leuchtdioden in Fahrzeugen sollte der Ausfall einzelner Leuchtdioden in einer Fahrzeugleuchte systemseitig sofort erkennbar und an den Fahrer mitteilbar sein. Hier ergibt sich aber die Schwierigkeit, dass eine Leuchtdiode in der Regel nicht alleine an einer Stromversorgung angebunden ist und daher die durch eine ausgefallene Leuchtdiode verursachte Strom- oder Spannungsveränderung im Schaltkreis nur schwer zu detektieren ist. Bei gängigen Schaltungen, insbesondere bei in einem Array parallel verschalteten Leuchtdioden, ist die Strom- oder Spannungsveränderung durch Ausfall einer einzelnen Leuchtdiode zumeist geringer als die Toleranz der Spannung oder des Stromflusses im Betrieb des Arrays.
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Die
DE 10 2008 047 731 A1 beschreibt ein Verfahren zur Fehlererkennung in einer Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren in Reihe geschalteten Leuchtdioden (LED). Die Fehlererkennung erfolgt mittels der Auswertung von gemessenen Spannungsabfällen, wobei die Auswertung durch einen Vergleich mit einem zeitlichen veränderlichen Referenzwert erfolgt.
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Die
US 2003/0015973 A1 beschreibt ferner ein Verkehrssignallicht mit einer Anordnung von Leuchtdioden. Dabei wird mittels der Betriebsparameter eine Ausfallvorhersage erstellt. Insbesondere kann mittels der Durchschnittstemperatur die verbleibende Lebensdauer der Leuchtdioden ermittelt werden.
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Die
DE 10 2009 060 791 A1 zeigt ein Lichtmodul für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, das Lichtmodul (5; 6) umfassend mehrere in Reihe geschaltete Halbleiterlichtquellen. Um bei einer Fehlfunktion oder eines Defekts einer oder mehrerer Halbleiterlichtquellen der Reihenschaltung einen Ausfall sämtlicher Halbleiterlichtquellen der Reihenschaltung zu vermeiden, wird parallel zu jeweils mindestens einer der Halbleiterlichtquellen eine der mindestens einen Halbleiterlichtquelle zugeordnete Schaltungsanordnung geschaltet, die Mittel zur Detektion einer Fehlfunktion der ihr zugeordneten mindestens einen Halbleiterlichtquelle und Mittel zur Überbrückung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle im Falle einer Fehlfunktion der mindestens einen Halbleiterlichtquelle aufweist.
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Die
WO 2010/015277 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer LED-Leuchtvorrichtung mit mindestens eine Gruppe von elektrisch parallel geschalteten LED-Lichtquellen, die mittels eines gemeinsamen Treibers mit einem elektrischen Strom (If) gespeist werden, das ein Ausfall mindestens einer der LED-Lichtquellen einer solchen Gruppe aufgrund einer Änderung, insbesondere Erhöhung, einer an den zugehörigen LED-Lichtquellen anliegenden Flussspannung (Uf) erkannt wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fehlererkennung in einer Beleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art sowie eine dazugehörige Beleuchtungsvorrichtung mit Fehlererkennung bereitzustellen, bei welchen der Ausfall einzelner Leuchtdioden einfach, zuverlässig und kostengünstig erkannt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Soll-Temperatur für die wenigstens zwei Leuchtdioden ermittelt, es wird eine erste Ist-Temperatur ermittelt, die mit den wenigstens zwei Leuchtdioden assoziiert ist und es wird ein erster Fehlerzustand erkannt, wenn die erste Ist-Temperatur um wenigstens einen vorbestimmten ersten Grenzwert niedriger als die Soll-Temperatur ist. Weil Leuchtdioden im Betrieb hohe Temperaturen erreichen können und entsprechend gekühlt werden müssen, wird zum einen ohnehin bereits eine Temperaturmessung für die Leuchtdioden durchgeführt. Es bedarf daher keiner oder nur geringer Anpassungen am apparativen Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung. Zum anderen ist eine Temperaturmessung in Anbetracht der Temperaturunterscheide im Betrieb einer Leuchtdiode relativ leicht durchführbar und viel aufschlussreicher als z.B. eine Strom- oder Spannungsmessung.
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Die Ermittelung der Temperatur kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen. Die Temperatur wird beispielsweise direkt gemessen oder aus anderen Messwerten geschätzt oder berechnet. Insbesondere erfolgt die Temperaturmessung elektrisch und/oder optisch. Elektrische Messungen erfolgen beispielsweise über Thermo-Elemente, bei denen durch eine Temperaturdifferenz eine elektrische Spannung erzeugt wird, z.B. durch den Seebeck-Effekt. Optische Messungen erfolgen beispielsweise mittels einer Fotodiode. Solche Sensoren sind kostengünstig und in geeigneter Bauart vielfältig auf dem Markt verfügbar. Die Temperaturmessung kann aber auf verschiedene weitere nach dem Stand der Technik bekannte Art und Weise erfolgen, z.B. durch faseroptische Temperatursensoren, durch Änderung des Brechungsindex oder mittels temperaturabhängigen Resonanzfrequenzänderungen von Schwingquarzen.
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Eine Fehlererkennung umfasst im Sinne der Erfindung insbesondere eine Ausfallerkennung der Leuchtdiode, d.h. dass von der betreffenden Leuchtdiode kein Licht mehr ausgesandt wird. Erfindungsgemäß ist der erste Fehlerzustand der Ausfall einer und der zweite der Ausfall mehrere Leuchtdioden.
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Erfindungsgemäß umfasst die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Leuchtdioden, die beispielsweise als Array angeordnet sind, wobei die erste Ist-Temperatur, die erfasst wurde, mit wenigstens zwei Leuchtdioden assoziiert ist, so dass ein zweiter Fehlerzustand erkannt wird, wenn die erste Ist-Temperatur um wenigstens einen vorbestimmten zweiten Grenzwert niedriger als die Soll-Temperatur ist, wobei der zweite Grenzwert niedriger als der ersten Grenzwert ist. Es werden wenigstens zwei kritische Temperaturniveaus definiert und nicht nur ein Fehlerzustand qualitativ erfasst, sondern auch quantitativ bewertet. Hierdurch können durch eine einzige Temperaturmessung zwischen mehreren Fehlerzuständen unterschieden werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass den wenigstens zwei Leuchtdioden, mit der die erste Ist-Temperatur assoziiert ist, ein Kühlkörper zugeordnet ist, welcher in wärmeleitendem Kontakt mit den wenigstens zwei Leuchtdioden angeordnet ist. Die erste Ist-Temperatur wird dann an dem Kühlkörper gemessen. Auf diese Weise kann die Temperaturmessung einfach realisiert werden, weil das Messen am Kühlkörper keine punktgenaue Messung an dem Ort der Leuchtdiode erfordert. Das Kontaktieren des Kühlkörpers mit einem Temperaturfühler ist leichter umzusetzen als das Kontaktieren der Platine der Leuchtdiode. Außerdem ermöglicht der Kühlkörper eine räumliche Mittelung der zu messenden Temperatur und führt dabei eine geringfügige zeitliche Glättung durch, sodass sehr kurzfristige und lokale Temperaturschwankungen herausgemittelt werden können. Der Kühlkörper umfasst z.B. einen wärmeleitenden Metall- oder Keramikkörper mit einer Vielzahl von Kühlrippen zur Abgabe der Wärme an die Umgebung. Der Kühlkörper wird beispielsweise mittels Löten oder mittels eines wärmeleitenden Klebstofffilms oder Epoxyd-Wärmeleitklebers kontaktiert.
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Alternativ kann die Ist-Temperatur indirekt ermittelt werden, indem die vom Kühlkörper aufgenommene Wärmeleistung ermittelt wird und in Abhängigkeit von der vom Kühlkörper aufgenommenen bzw. abgeführten Wärmeleistung ein Fehlerzustand erkannt werden. Beim Einsatz von temperaturregulierten Kühlkörpern kann damit die Temperatur an der Leuchtdiode in einem vorgegebenen engen Temperaturbereich gehalten werden, wobei sich beim Ausfall einer oder mehrerer Leuchtdioden, die vom Kühlkörper gekühlt werden, die abzuführende Wärmeleistung reduziert.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine zweite Ist-Temperatur ermittelt, welche mit der von der Beleuchtungsvorrichtung ungestörten Umgebung assoziiert ist, und es wird der erste vorbestimmte Grenzwert und/oder der zweite vorbestimmte Grenzwert und/oder die Soll-Temperatur in Abhängigkeit von der zweiten Ist-Temperatur bestimmt. Die zweite Ist-Temperatur ist z.B. die Außentemperatur außerhalb des Fahrzeugs, wenn es sich um eine Beleuchtungsvorrichtung eines Fahrzeugs handelt. Diese Temperatur wird in heutigen Fahrzeugen in den meisten Fällen ohnehin schon sensorisch erfasst, sodass der so ermittelte Wert der zweiten Ist-Temperatur nur noch für das erfindungsgemäße Verfahren zur elektronischen Datenverarbeitung zur Verfügung gestellt zu werden braucht. Der Abgleich mit den Umgebungsbedingungen hat den Vorteil, dass das Verfahren situationsgerecht kalibriert werden kann und somit die Grenzwerte und/oder die Soll-Temperatur exakter festgesetzt werden können.
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Die Soll-Temperatur wird insbesondere in Abhängigkeit von einem definierten zeitlichen Betriebsablauf der Beleuchtungsvorrichtung verändert, um Einschaltvorgänge und Abschaltvorgänge zu berücksichtigen. Die Soll-Temperatur steigt z.B. beim Einschalten der Beleuchtungsvorrichtung zunächst annähernd linear an, bis der lineare Verlauf in eine Sättigungskurve an den zu erwartenden Zieltemperaturwert abflacht. Dabei kann auch das Umschalten zwischen verschiedenen Lichtfunktionen berücksichtigt werden, z.B. wenn beim Umschalten zwischen Abblendlicht und Fernlicht Leuchtdioden am gleichen Kühlkörper eingeschaltet bzw. ausgeschaltet werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darüber hinaus vorgesehen, dass für einen definierten zeitabhängigen Betriebsablauf der Beleuchtungsvorrichtung eine zeitabhängige Referenzkurve der Soll-Temperatur ermittelt wird. Die zeitliche Veränderung der ersten Ist-Temperatur wird dann mit der zeitlichen Entwicklung der Referenzkurve verglichen und es wird der erste Fehlerzustand und/oder der zweite Fehlerzustand in Abhängigkeit von diesem Vergleich erkannt. Eine zeitliche Referenzkurve wird beispielsweise durch Simulationen oder Tests gewonnen. Sie ist dann in einer Steuereinheit der Beleuchtungsvorrichtung abgespeichert und kann für das erfindungsgemäße Verfahren zur Fehlererkennung der Leuchtdioden verwendet werden. Die Referenzkurve wird insbesondere in Abhängigkeit von der zeitlichen Veränderung der zweiten Ist-Temperatur korrigiert. Dies liefert ggf. eine noch größere Genauigkeit und ist vorteilhaft bei plötzlichen Außentemperaturschwankungen, wenn beispielsweise das Fahrzeug, in dem die Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, in einen Tunnel einfährt oder diesen verlässt oder durch einen Kurswechsel durch direkte Sonneneinstrahlung abrupt zusätzlich aufgeheizt wird.
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In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Ist-Temperatur für eine erste Gruppe von Leuchtdioden ermittelt wird und die erste Ist-Temperatur für eine zweite Gruppe von Leuchtdioden ermittelt wird. Die betreffenden Gruppen von Leuchtdioden sind in diesem Fall unterschiedlichen ersten Ist-Temperaturen zugeordnet. Sie sind z.B. mit verschiedenen Kühlkörpern verbunden. Die Soll-Temperatur für die erste Gruppe von Leuchtdioden wird dann in Abhängigkeit von der ersten Ist-Temperatur für die zweite Gruppe von Leuchtdioden ermittelt. Hierdurch kann die Soll-Temperatur im laufenden Betrieb bestimmt werden und muss nicht vorher durch Tests oder Simulationen ermittelt worden sein. Diese Variante ist dann vorteilhaft, wenn mehrere gleichartige Leuchtdioden oder Gruppen von Leuchtdioden eingesetzt werden und sie kann auch als Konsistenzprüfung der Leuchtdioden bzw. der Gruppen der Leuchtdioden untereinander verwendet werden. Es ist heutzutage üblich, Leuchtdioden in Gruppen von typischerweise vier bis zehn Leuchtdioden in einem sogenannten Array zu verschalten. Die Weiterbildung kann aber auch für größere Gruppen von Leuchtdioden oder für einzelne Leuchtdioden angewendet werden.
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Um den Fahrer frühzeitig auf eine oder mehrere ausgefallene Leuchtdioden in der Beleuchtungsvorrichtung aufmerksam zu machen, werden insbesondere die Fehlerzustände als Meldung an den Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben. Sie werden beispielsweise nach an sich bekannter Art in einem im Fahrzeug angeordneten Display angezeigt und/oder durch einen Signalton signalisiert.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung mit Fehlererkennung, insbesondere in einem Fahrzeug, umfasst wenigstens zwei Leuchtdioden und einen Temperatursensor, mittels dessen eine erste Ist-Temperatur ermittelbar ist, die mit der wenigstens einen Leuchtdiode assoziiert ist.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die mit dem Temperatursensor verbunden ist, mittels der eine Soll-Temperatur für die wenigstens zwei Leuchtdioden ermittelbar ist und ein erster Fehlerzustand erkennbar ist, wenn die erste Ist-Temperatur um wenigstens einen vorbestimmten ersten Grenzwert niedriger als die Soll-Temperatur ist und ein zweiter Fehlerzustand erkennbar ist, wenn die erste Ist-Temperatur um wenigstens einen vorbestimmten zweiten Grenzwert niedriger als die Soll-Temperatur ist, wobei der zweite Grenzwert niedriger als der erste Grenzwert ist, wobei der erste Fehlerzustand der Ausfall einer und der zweite Fehlerzustand der Ausfall mehrerer Leuchtdioden ist. Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung ist geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie weist somit auch die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.
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Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeug mit einer solchen Beleuchtungsvorrichtung mit Fehlererkennung ausgestattet. Die Beleuchtungsvorrichtung ist dabei insbesondere ein Scheinwerfer oder eine Multifunktionsrückleuchte.
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Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug den Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Scheinwerfer gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- die 2 - 3 zeigen schematisch den Prinzipaufbau von Beleuchtungsvorrichtungen mit Fehlererkennung gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung und
- Die 4A - 4B zeigen zeitliche Verläufe der Ist-Temperatur der LEDs im Vergleich zur Soll-Temperatur der LEDs.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele für einen Fahrzeugscheinwerfer beschrieben. Die Erfindung lässt sich ferner auf weitere Beleuchtungsvorrichtungen anwenden. Sie kann insbesondere in allen Bereichen angewendet werden, in denen Beleuchtungsvorrichtungen mit Leuchtdioden für Signalzwecke oder zur passiven Visibilität eingesetzt werden, beispielsweise bei stationären Verkehrseinrichtungen wie z.B. Ampeln oder Warnbaken.
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In der 1 ist ein Fahrzeug 1 mit einem LED-Scheinwerfer 2 dargestellt (LED = Light Emitting Diode). Der LED Scheinwerfer 2 umfasst ein oder mehrere an sich bekannte LED-Arrays 5A - 5D, für die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Fehlererkennung bereitgestellt wird.
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In den 2 und 3 ist jeweils schematisch der Prinzipaufbau von Beleuchtungsvorrichtungen 2 mit Fehlererkennung gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Es kann sich dabei insbesondere um einen LED-Scheinwerfer 2 aus der 1 handeln, auf den im folgenden Bezug genommen wird.
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Der LED-Scheinwerfer 2 in der 2 umfasst mehrere LEDs, von denen jeweils die LED-Leuchtkörper 3 und die LED-Halbleitermodule 4 dargestellt sind. Die LEDs 3, 4 sind jeweils baugleich und werden im Betrieb des LED-Scheinwerfers 2 gleichartig angesteuert, sodass unter Normalbedingungen ihre Betriebstemperatur etwa gleich ist. Sie sind in einem LED-Array 5A zusammengefasst und emittieren Licht in die Richtung L.
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Das LED-Array 5A ist einem nach dem Stand der Technik bekannten Kühlkörper 6A zugeordnet, welcher in wärmeleitendem Kontakt mit dem LED-Array 5A angeordnet ist. Der Kühlkörper 6A ist z.B. nach an sich bekannter Art mit den Platinen der LED-Halbleitermodule 4 verlötet. An dem Kühlkörper 6A ist ein Temperatursensor 7A so angeordnet, dass dieser die Temperatur an dem Kühlkörper 6A messen kann. Aus dem so erhaltenen Messwert wird die Ist-Temperatur der LEDs 3, 4 ermittelt. In erster Näherung ist die Ist-Temperatur der LEDs 3, 4 gleich der gemessenen Temperatur am Kühlkörper 6A.
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Die kontinuierlich vom Temperatursensor 7A gemessenen Temperaturen des Kühlkörpers 6A werden als digitale Daten an die mit dem Temperatursensor 7A verbundene Steuereinheit 9 übermittelt und als Ist-Temperatur der LEDs 3, 4 für das weiter unten noch näher erläuterte erfindungsgemäße Verfahren ausgewertet. Je nach Ausführungsart kann in der Steuereinheit 9 auch eine Korrektur durchgeführt werden. In Abhängigkeit von der Bauart des Kühlkörpers 6A und den Kontaktierungen zwischen dem Kühlkörper 6A und den LEDs 3, 4 einerseits und dem Temperatursensor 7A andererseits wird die Ist-Temperatur der LEDs 3, 4 z.B. mittels einer Korrekturrechnung aus den erhaltenen Messwerten des Temperatursensors 7A berechnet.
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In der Steuereinheit 9 sind zeitabhängige Referenzkurven der Soll-Temperatur für definierte zeitabhängige Betriebsabläufe des LED-Scheinwerfers 2 gespeichert, wie diese in Bezug zu den 4A und 4B noch näher erläutert werden. Die Referenzkurven wurden z.B. durch Tests oder Simulationen erhalten und die Steuereinheit 9 kann nun auf diese nach Bedarf zugreifen. Mittels der Steuereinheit 9 werden nun Fehlerzustände erkannt, wenn die Ist-Temperatur der LEDs 3, 4 um jeweils vorbestimmte Grenzwerte niedriger als die Soll-Temperatur ist. Dabei sind Fehlerzustände definiert, die dem Ausfall einer oder mehrerer LEDs 3, 4 entsprechen.
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In einer Ausführungsvariante werden zwei Grenzwerte zum Erkennen zwei verschiedener Fehlerzustände festgelegt. Fällt die Ist-Temperatur der LEDs 3, 4 unter den höheren Grenzwert, so wird ein erster Fehlerzustand erkannt, bei dem eine der LEDs 3, 4 im LED-Array 5A ausgefallen ist. Wird der niedrigere Grenzwert ebenfalls unterschritten, so wird ein zweiter Fehlerzustand erkannt, bei dem mehrere LEDs 3, 4 im LED-Array 5A ausgefallen sind. In anderen Ausführungsvarianten können auch weitere Grenzwerte oder auch nur eine Grenzwert festgelegt sein. Einer der Grenzwerte kann dabei so niedrig gewählt werden, dass damit ein Totalausfall des gesamten LED-Arrays 5A oder ein Ausfall einer Mehrheit der LEDs 3, 4 im LED-Array 5A erkannt werden kann.
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Die Steuereinheit 9 ist des Weiteren mit einem Außentemperatursensor 8 verbunden, der die Temperatur in einer vom LED-Scheinwerfer 2 ungestörten Umgebung misst. Die vom Außentemperatursensor 8 gemessenen Temperaturwerte werden zur Korrektur der Soll-Temperaturen der LEDs 3, 4 berücksichtigt. Die Bestimmung der Soll-Temperatur erfolgt somit in Abhängigkeit von der gemessenen Außentemperatur. Die zeitabhängigen Referenzkurven für definierte Betriebsabläufe des LED-Scheinwerfers 2 können damit ebenfalls korrigiert werden.
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In der 3 ist ein LED-Scheinwerfer 2' gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es kann sich um denselben mit Bezug zu der 2 beschriebenen LED-Scheinwerfer 2 handeln. Der LED-Scheinwerfer 2' umfasst drei baugleiche LED-Arrays 5B - 5D mit jeweils neun baugleichen LEDs 3, 4. Die LED-Arrays 5B - 5D stehen jeweils in wärmeleitendem Kontakt mit ihnen zugeordneten Kühlkörpern 6B - 6D und damit verbundenen Temperatursensoren 7B - 7D. Die kontinuierlich von den Temperatursensoren 7B - 7D gemessenen Temperaturmesswerte werden als Ist-Temperaturen der LEDs 3, 4 bzw. der LED-Arrays 5B - 5D an die Steuereinheit 9 übermittelt. Die Steuereinheit 9 ist des Weiteren mit einem Außentemperatursensor 8 verbunden, wie dies bereits im Zusammenhang mit der 2 im Detail erläutert wurde.
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Die Steuereinheit 9 ist des Weiteren mit einer Ausgabeeinheit 10 für Fehlermeldungen verbunden, z.B. einem im Cockpit des Fahrzeugs angeordneten Display. Wenn die Steuereinheit 9 einen Fehlerzustand erkennt, werden sofort entsprechende Signale an die Ausgabeeinheit 10 als Meldung an den Fahrer des Fahrzeugs 1 ausgegeben, um den Fahrer auf Gefahren hinzuweisen, die sich durch den Ausfall der betreffenden LED 3, 4 möglicherweise ergibt.
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Die Ist-Temperaturen der LED-Arrays 5B - 5D können über die unabhängigen Kühlkörper 6B-6D separat erfasst werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Soll-Temperatur eines LED-Arrays, z.B. 5D durch die Ist-Temperaturen der anderen LED-Arrays, in diesem Fall 5B, 5C korrigiert. Durch zyklische Vertauschung der LED-Arrays 5B - 5D untereinander ist somit eine Autokorrektur möglich. Dazu wird die Ist-Temperatur des LED-Arrays 5D ermittelt und die Ist-Temperaturen der LED-Arrays 5B, 5C ermittelt. Die Ist-Temperaturen der LED-Arrays 5B, 5C werden mit der Ist-Temperatur des LED-Arrays 5D verglichen. Ist beispielsweise die Ist-Temperatur des LED-Arrays 5D über einen gewissen Zeitraum geringfügig niedriger als die Ist-Temperaturen der anderen LED-Arrays 5B, 5C, aber noch weit entfernt von den festgesetzten Grenzwerten, so kann die Ursache darin liegen, dass sich das LED-Array 5D durch Abschattung weniger aufheizt oder durch einen geringfügig anderen Einbau in Bezug zum Kühlkörper 7D geringfügig anders gekühlt wird als im Vergleich zu den an sich baugleichen LED-Arrays 5B, 5C. Diese systemische Differenz kann als Korrekturterm für die Berechnung oder Festlegung der Soll-Temperatur für das LED-Array 5D berücksichtigt werden.
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Auf diese Weise kann gemäß einer Ausführungsvariante überhaupt erst im laufenden Betrieb des Fahrzeugs 1 die Soll-Temperatur ermittelt werden. Dazu wird davon ausgegangen, dass zunächst alle LEDs 3, 4 einwandfrei funktionieren und daher alle LED-Arrays 5B - 5D dieselbe Ist-Temperatur abzüglich der üblichen Toleranzen aufweisen. Erst im Laufe der Zeit wird dann zunächst vereinzelt eine LED 3, 4 ausfallen, sodass die Ist-Temperatur des betreffenden LED-Arrays 5B - 5D gegenüber den anderen LED-Arrays 5B - 5D unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts abfällt und somit der Fehlerzustand dem betreffenden LED-Array 5B - 5D leicht zuzuordnen ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand zeitlicher Verläufe der Ist-Temperatur der LEDs 3, 4 im Vergleich zur Soll-Temperatur der LEDs 3, 4 mit Bezug zu den 4A und 4B näher erläutert. Die Soll-Temperatur und die Ist-Temperatur werden dabei auf eine beliebige der zuvor genannten Arten ermittelt.
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In der 4A ist eine Referenzkurve 20 für einen Einschaltvorgang des Scheinwerfers 2, 2' dargestellt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ist-Temperaturverlauf 21 - 23 nun kontinuierlich mit der Referenzkurve verglichen. Zum Zeitpunkt t = t0 wird der Scheinwerfer 2, 2' eingeschaltet. Die Soll-Temperatur S der Referenzkurve 20 steigt sodann in etwa linear an. Der Ist-Temperaturverlauf 21 folgt der Referenzkurve 20 innerhalb einer gewissen Toleranz. Die Solltemperatur S erreicht schließlich ein höheres Temperaturniveau.
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Der Ist-Temperaturverlauf 21 stellt den Normalfall dar. Keine der LEDs 3, 4 fallen aus und die Ist-Temperatur liegt weiterhin innerhalb des Toleranzbereichs der vorgegebenen Soll-Temperatur.
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Die Ist-Temperaturverläufe 22 und 23 stellen Fälle dar, bei denen zum Zeitpunkt t = t1 ein oder mehrere LEDs 3, 4 ausfallen. Wenn die Ist-Temperatur gemäß Ist-Temperaturverlauf 22 unterhalb eines ersten Grenzwertes G1 abfällt, wird ein erster Fehlerzustand erkannt und dieser sofort als Meldung an den Fahrer des Fahrzeugs 1 ausgegeben. Die Meldung wird z.B. auf einem Display 10 angezeigt. Aufgrund des moderaten Temperaturabfalls wird erkannt, dass nur eine von neun LEDs 3, 4 ausgefallen ist. Fällt die Ist-Temperatur gemäß Ist-Temperaturverlauf 23 jedoch noch weiter unterhalb eines zweiten Grenzwertes G2 ab, so wird ein zweiter Fehlerzustand erkannt. Da in diesem Fall zwei oder mehrere der LEDs 3, 4 ausgefallen sind, wird die Meldung an den Fahrer visuell hervorgehoben und akustisch akzentuiert.
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In der 4B ist die mit Bezug zu der 4A beschriebene Referenzkurve 20 dargestellt. Die Ist-Temperatur gemäß Ist-Temperaturverlauf 24 folgt bereits beim Einschalten des LED-Scheinwerfers 2, 2' nicht der Referenzkurve 20. Um möglichst früh einen Fehlerzustand zu erkennen, wird der Temperaturanstieg zwischen den Zeitpunkten t = t0 und t = t1 ermittelt und durch einen zu geringen Anstieg bereits frühzeitig erkannt, dass wenigstens eine LED 3, 4 ausgefallen ist. Die Grenzwerte G1, G2 können somit beim Einschalten so gewählt werden, dass bereits eine geringere absolute Temperaturabweichung zum Erkennen eines Fehlerzustands ausreicht, wenn die ermittelte Steigung des Ist-Temperaturverlaufs 24 im Vergleich zu der Referenzkurve um ein vorbestimmtes Maß zu gering ausfällt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2, 2'
- LED-Scheinwerfer
- 3
- LED-Leuchtkörper
- 4
- LED-Halbleitermodul
- 5A - 5D
- LED-Arrays
- 6A - 6D
- Kühlkörper
- 7A - 7D
- Temperatursensor für LEDs
- 8
- Außentemperatursensor
- 9
- Steuereinheit
- 10
- Ausgabeeinheit für Fehlermeldungen
- 20
- Referenzkurve
- 21 - 24
- Ist-Temperaturverläufe der LEDs
- L
- Lichtemissionsrichtung
- S
- Solltemperatur
- G1
- erster Grenzwert
- G2
- zweiter Grenzwert
