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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung, die eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Leuchtdioden aufweist, welche mit einer Steuerschaltung gekoppelt sind die eine Spannungsversorgung der Leuchtdioden schaltet.
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Die Verwendung von Leuchtdioden statt Glühlampen oder Halogenlampen ist in der Fahrzeugtechnik verbreitet. Beispielsweise offenbart die
EP 1 691 131 B1 eine entsprechende Fahrzeugaußenleuchte, bei welcher Leuchtdioden nebeneinander auf einem Träger angeordnet sind und z.B. als Bremsleuchte dienen können.
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Die
DE 10 2004 006 157 A1 offenbart eine Bremsleuchte mit Leuchtdioden, welche in Reflektoren eines Trägers aufgenommen sind.
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Wie vorstehend genannt, sind auch entsprechende Steuerschaltungen für solche Fahrzeugaußenleuchten bekannt, beispielsweise aus der
DE 20 2012 004 747 U1 . Eine Steuerschaltung kann selbst über eine Spannungsversorgung verfügen und die Leuchtdioden zum Leuchtbetrieb mit einer Spannung versorgen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Steuerschaltung lediglich ein Steuersignal an die Leuchtdiodenanordnung ausgibt, die wiederum ihrerseits mit einer separaten Spannungsversorgung gekoppelt sind, jedoch durch die Spannungsversorgung nur in Abhängigkeit von dem Steuersignal betrieben werden. Die grundsätzliche Schaltung von Leuchtdioden als Fahrzeugleuchten ist jedenfalls im Stand der Technik weithin bekannt.
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Die Art und Weise der Anordnung der Leuchtdioden und deren Schaltung ist den Bedürfnissen und auch Designvorstellungen anzupassen und es werden oft über größere Raumbereiche verteilt angeordnete Leuchtdioden verwendet, um besonders auffällige oder eindrucksvolle Leuchteffekte zu generieren.
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Beispielsweise offenbart die
EP 2 596 993 A2 eine Blinkleuchteneinrichtung, wie sie auch bereits in Fahrzeugen Anwendung findet. Nebeneinander angeordnete Leuchtdioden werden zeitlich versetzt aktiviert, wobei die Leuchtdioden gruppenweise zugeschaltet werden um einen sich ausdehnenden Lichtbereich oder einen Lauflichteffekt zu erzeugen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Außenleuchten eines Fahrzeugs zu verbessern, indem die vorhandenen Komponenten in einer multifunktionalen Weise genutzt werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, ebenso wie durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
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Gemäß der Erfindung wird die Beleuchtungseinrichtung in der herkömmlichen Weise aufgebaut und für die Anwendung der Leuchtwirkung auch herkömmlich betrieben, sie erfüllt jedoch zusätzlich zu der Funktion einer Signalleuchte auch die Funktion einer Sensoreinrichtung. Dazu weist die Steuerschaltung der Beleuchtungseinrichtung eine Sensorschaltung auf, welche zur Erfassung von Kapazitätsänderungen einer Sensorelektrode ausgebildet ist. Dadurch wird ein kapazitiver Annäherungssensor gebildet.
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Die Sensorschaltung ist mit wenigstens einer der Verbindungsleitungen der Leuchtdioden gekoppelt, so dass die kapazitive Sensorelektrode durch wenigstens einen Abschnitt der wenigstens einen Verbindungsleitung gebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die über einen größeren Raumbereich ausgedehnten Felder von Leuchtdioden wie sie in Außenleuchten von Fahrzeugen realisiert werden, Voraussetzungen einer Sensorelektrode für einen kapazitiv sensitiven Bereich erfüllen. Bei kapazitiven Sensoren, die in der Kraftfahrzeugtechnik seit Langem bekannt und etabliert sind, wird eine kapazitive Elektrode mittels eines Messverfahrens auf Kapazitätsänderungen überwacht. Beispielsweise gibt es Messverfahren, die eine mehrfache Aufladung einer kapazitiven Sensorelektrode bewirken. In diesen Verfahren wird erfasst, welche Ladungsmengen zur Auf- oder Umladung der Elektrode erforderlich sind. Beispielhaft wird auf die Patentanmeldung
EP2828973A1 verwiesen, welche ein Messverfahren beschreibt.
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Wird im Umfeld der derart überwachten Elektrode das Dielektrikum verändert oder aber eine Kapazität mit der Sensorelektrode kontaktlos gekoppelt, beispielsweise durch die Annäherung der Hand eines Benutzers, so wird die entsprechende Kapazitätsänderung erfasst. Derartige Konzepte kommen beispielsweise bei berührungslosen Sensoren im Heckbereich eines Fahrzeugs zur Öffnung der Kofferraumabdeckung vor (sogenannter Kick-Sensor). Auch im Bereich der Fahrzeugtürgriffe sind derartige kapazitive Annäherungs-Sensoren für sogenannte Keyless-Entry-Systeme bekannt. Die Möglichkeiten der tatsächlichen Kapazitätserfassung und Auswertung sind vielfältig und es existieren im Markt vorgefertigte Schaltungen zur Ansteuerung und Auswertung von kapazitiven Sensoren.
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Die Anordnung derartiger kapazitiver Sensoren im Heckbereich konkurriert jedoch mit der Anordnung der übrigen Komponenten, insbesondere der Fahrzeugleuchten und auch der metallischen Karosserieteile, welche elektrische Felder und damit die Überwachung von Kapazitätsänderungen behindern.
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Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Abschnitt der Verbindungsleitung oder Verbindungsleitungen, welche die Leuchtdioden mit der Versorgung oder Steuerschaltung koppeln, als kapazitive Sensorelektrode genutzt.
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Im Sinne der Erfindung ist dabei unter Verbindungsleitung jede Art von Leitung zu verstehen, die elektrische Signale führen kann. Es kann sich also um Steuerleitungen handeln oder auch um Leitungen, die im Betriebszustand der Leuchtdioden den zur Beleuchtung erforderlichen Strom führen. Häufig sind von der Steuerschaltung zu der Baugruppe der Leuchtdioden flexible Leitungen ausgebildet und die Leuchtdioden sind auf einer oder mehreren Platinen angeordnet, wo die Verbindungsleitungen als Leiterbahnen weitergeführt sind. Es ist in diesem Zusammenhang beispielsweise möglich, ausschließlich den Abschnitt der Verbindungsleitungen auf den Leiterplatinen zu nutzen, auf denen die Leuchtdioden angeordnet sind. Die übrigen Leitungsabschnitte können dann z.B. geschirmt werden, um keine sensitive Wirkung zu entfalten.
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Alternativ ist es ebenso möglich, die gesamte Verbindungsleitung als kapazitive Sensorelektrode zu verwenden oder, falls mehrere Verbindungsleitungen vorliegen, um Gruppen von Leuchtdioden getrennt anzusteuern, alle oder eine Gruppe der Verbindungsleitungen als Sensorelektroden zusammenzuschalten.
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Wesentlich ist, dass elektronische Leiterkomponenten, die einerseits mit der Steuereinrichtung gekoppelt sind und andererseits der Steuerung und Versorgung der Leuchtdioden dienen, zumindest zeitweise als kapazitive Sensorelektroden geschaltet werden.
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Die Sensorschaltung ist eine Komponente der Steuerschaltung, wobei dies nicht unbedingt bedeuten muss, dass sämtliche Komponenten in ein und demselben Gehäuse untergebracht sind. Beispielsweise kann die Sensorschaltung als Modul der Steuerschaltung ausgebildet sein, so dass für Fahrzeuge, bei denen eine kapazitive Sensorwirkung einer Beleuchtungseinrichtung erwünscht ist, dieses Modul der Steuerschaltung hinzugefügt wird und bei anderen Fahrzeugen weggelassen wird. Dies ist beispielsweise möglich, indem die Sensorschaltung als Modul zwischen die Verbindungsleitungen zu den Leuchtdioden und die übrigen Komponenten der Steuerschaltung koppelbar ist. Andererseits kann jedoch auch die Steuerschaltung insgesamt mitsamt der Sensorschaltung integriert ausgebildet sein, was eine kompaktere Bauweise erlaubt.
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Die vorstehende Gestaltungsbeschreibung der Erfindung in allgemeiner Form ist noch nicht darauf eingegangen, was mit den kapazitiv ermittelten Messwerten weiter getan wird. Wie vorstehend bereits gesagt, können kapazitive Signale insbesondere im Bereich der Zugangskontrollsysteme benutzt werden. Beispielsweise sind schlüssellose Zugangssysteme in der Lage, eine Fahrzeugöffnung zu veranlassen, wenn ein Benutzer einen Funkschlüssel (oder auch ID-Geber) mit sich führt, der die Zugriffsberechtigung gegenüber dem Fahrzeug legitimiert. Ist beispielsweise im Heckbereich eines Fahrzeugs eine Heckleuchte gemäß der Erfindung mit einer kapazitiven Erfassung ausgestattet, kann eine Berührung der Leuchte oder ein Bewegen der Hand vor der Leuchte das Fahrzeugsystem veranlassen, den ID-Geber des Nutzers abzufragen und im Fall einer erfolgreichen Autorisierung, beispielsweise die Öffnung der Heckklappe zu veranlassen oder die Türen zu entriegeln.
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Dazu ist die Sensorschaltung der Steuerschaltung so ausgebildet, dass eine zentrale Steuereinrichtung im Fahrzeug die kapazitiven Sensorsignale abfragen kann. Dieser Aufbau ist bei den bisher bekannten Keyless-Entry-Systemen mit separaten kapazitiven Sensoren bereits realisiert. Dort sind kapazitive Sensoren mit autonomer Steuerung in den Türgriffen untergebracht und eine zentrale Steuereinrichtung des Fahrzeugs erfasst die Schaltsignale der Steuerungen an den Türgriffen. Eine analoge Ausbildung des Systems am Fahrzeug ist auch bei den erfindungsgemäßen Einrichtungen möglich.
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In einer bevorzugten Gestaltung der Erfindung ist die Steuerschaltung so ausgebildet, dass die Sensorschaltung zur kapazitiven Auswertung der Verbindungsleitungen nur dann aktiviert wird, wenn die Spannungsversorgung der Leuchtdioden abgeschaltet ist. Grundsätzlich ist zwar eine kapazitive Auswertung der Sensorelektroden auch möglich, während diese Strom zur Versorgung der Beleuchtungswirkung der Leuchtdioden führen, es ist jedoch wesentlich unproblematischer und einfacher zu realisieren, die kapazitive Erfassung nur auf solche Zeitbereiche zu beschränken, in denen die Leuchtdioden nicht betrieben werden.
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Dies können beispielsweise Zeitbereiche sein, in denen das Fahrzeug geparkt ist und die Beleuchtungseinrichtungen über eine längere Zeitdauer nicht betrieben werden, alternativ können passive Phasen, beispielsweise die Blinkpausen von Blinkeinrichtungen genutzt werden, um in dieser Zeit eine kapazitive Auswertung der Verbindungsleitungen vorzunehmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die im Leuchtbetrieb stromführenden Leitungsbahnen genutzt, um als Sensorelektroden für die kapazitive Auswertung durch die Sensorschaltung zu dienen. Werden die stromführenden Leitungsbahnen nur in solchen Phasen kapazitiv ausgewertet, in denen sie nicht aktiv sind, behindert die grundsätzliche stromführende Bestimmung nicht die kapazitive Auswertung. Außerdem erstrecken sich die stromführenden Bahnen üblicherweise sowohl von der Steuerschaltung bis zu dem Träger oder Platine, welcher die Leuchtdioden trägt und auch auf den Trägerplatten selbst über die größten Raumbereiche, um jede der Leuchtdioden zu erreichen. Entsprechend günstig ist es, diese Leiterstrukturen als kapazitive Sensorelektroden einzusetzen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Sensorelektrode insbesondere der Abschnitt der Verbindungsleitungen der Leuchtdioden verwandt, welcher im Betriebsfall zur Lichterzeugung der Leuchtdioden auf der kathodischen Seite der Leuchtdioden den Stromfluss führt. Hierbei ist die Kathodenseite definiert der Polung während des Leuchtbetriebs der Dioden. Wird dieser Abschnitt als Sensorelektrode verwendet, kann die Sperrwirkung der Dioden in nützlicher Weise einen Abschnitt der Verbindungsleitungen als kapazitive Elektrode abgrenzen, da ein Übergriff der Ladeströme durch die Dioden gesperrt ist.
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Besonders geeignet ist die Anordnung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung bei Heckleuchten, da dort regelmäßig flächige LED-Leuchteinrichtungen eingesetzt werden und der Zugriff auf Systeme im Heckbereich (z.B. den Kofferraum) regelmäßig eine Sensorbedienung erfordert. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, im Frontbereich des Fahrzeugs oder in Seitenbereichen Leuchteinrichtungen einzusetzen, die zusätzlich die Sensorfunktion aufweisen. Wesentlich ist, dass den als Sensorelektroden geschalteten Leitungsabschnitten neben der Funktion als Sensorelektrode eine Primärfunktion als Verbindungsleitung, also als Signalleitung oder Versorgungsleitung für die Leuchtdioden zukommt.
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Die Erfindung wird nun unter Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist eine Leuchtenkomponente 1 und eine Steuerkomponente 2 auf. Die Leuchtenkomponente 1 hat ein Gehäuse 3 in welchem eine Mehrzahl von Leuchtdioden 4 angeordnet ist. Von der Mehrzahl an Leuchtdioden ist in der Figur nur ein Teil mit dem Bezugszeichen 4 versehen, um die Darstellung übersichtlich zu gestalten. Die Leuchtdioden sind auf einer gemeinsamen Platine (nicht gezeigt) angeordnet, die in dem Gehäuse 3 untergebracht ist. Die Leuchtdioden sind außerdem in zwei Gruppen angeordnet, wobei eine der Gruppen über die Verbindungsleitung 5a und eine der Gruppen über die Verbindungsleitung 5b mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Leuchtdioden weisen eine gemeinsame kathodische Anschlussleitung 6 auf.
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Die Leuchtenkomponente 1 kann getrennt von der Komponente 2 am Fahrzeug in einer Ausnehmung der Karosserie, insbesondere dem Heckbereich untergebracht sein. In diesem Beispiel bildet die gesamte Beleuchtungseinrichtung (also die Gesamtheit aus Leuchtenkomponente 1 und Steuerkomponente 2) eine Heck-Blinkerleuchte oder eine Heck-Bremsleuchte.
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Durch die Verbindungsleitungen 5a, 5b und die gemeinsame Verbindungsleitung 6 sind die Leuchtdioden 4 mit der Steuerkomponente 2 gekoppelt.
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Die Steuerkomponente 2 weist gemäß diesem Beispiel ein Gehäuse auf, in welchem ein Mikrocontroller 10 angeordnet ist. Der Mikrocontroller 10 ist mit einer Spannungsversorgung 11 gekoppelt, die wiederum mit einem fahrzeugseitigen Kabelbaum zur Speisung aus dem Fahrzeugnetz (in dem eine Spannung von 12V vorliegt) gekoppelt ist. Die Spannungsversorgung 11 setzt in diesem Beispiel die Fahrzeugnetzspannung von 12 Volt auf eine Spannung von 3–5 Volt für die Steuereinrichtung herunter. Weiterhin ist mit dem Mikrocontroller 10 eine Schnittstelle 12 für die Kopplung mit dem Fahrzeug-Signalbus ausgebildet. In diesem Beispiel ist die Schnittstelle als LIN-Knoten ausgebildet, um mit einem passenden Bus am Fahrzeug gekoppelt zu werden. Über diese Schnittstelle tauscht der Mikrocontroller 10 Signale mit dem Fahrzeugbus aus, insbesondere um Steuersignale für die Schaltung der Leuchtdioden 4 zu erhalten, aber auch um Signale der kapazitiven Erfassung an den Fahrzeugbus auszugeben.
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Eine Treiberstufe 13 ist mit dem Mikrocontroller 10 gekoppelt. Die Treiberstufe treibt unter Ansteuerung des Mikrocontrollers 10 die Beleuchtungsfunktion der Leuchtdioden 4. Es handelt sich in diesem Beispiel um eine standardmäßige Treiberstufe zum Betrieb von Leuchtdioden, wobei die beiden Gruppen von Leuchtdioden 4 über die jeweiligen Leitungen 5a und 5b getrennt ansteuerbar sind. Auf diese Weise können verschiedene Beleuchtungsfunktionen angesteuert werden, beispielsweise unterschiedliche Beleuchtungsintensitäten realisiert werden.
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Gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist mit dem Mikrocontroller 10 außerdem eine Sensorschaltung 14 gekoppelt. Diese Sensorschaltung dient der Erfassung von kapazitiven Werten oder kapazitiven Veränderungen an der Leitung 6. Die Leitung 6 erstreckt sich von der Steuerschaltung zu den Leuchtdioden und dort entlang der Anordnung von Leuchtdioden, die in diesem Beispiel in zwei Reihen entlang einer länglichen Anordnung verteilt sind. Die Leitung 6 überbrückt damit einen größeren Raumbereich und erfüllt damit Voraussetzungen, die für eine kapazitive Erfassung hilfreich sind. Kapazitive Sensoren werden häufig aus langgestreckten Elektroden gebildet und die Erstreckung der Elektrode in der dargestellten Weise entlang der Erstreckung einer Beleuchtungseinrichtung ist günstig für die kapazitive Erfassung.
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Die Leitung 6 ist in diesem Beispiel zwar durchgehend dargestellt, sie kann jedoch aus mehreren Abschnitten gebildet sein, insbesondere kann der Abschnitt der Leitung 6 zwischen der Steuerkomponente 2 und der Beleuchtungskomponente 1 durch ein flexibles Kabel gebildet sein, während innerhalb der Beleuchtungskomponente 1 die Leitung 6 durch Leiterbahnen auf einer Platine fortgesetzt ist. Die Leitung 6 ist für den Leuchtbetrieb der Leuchtdioden 4 mit der Treiberstufe 13 gekoppelt. Außerdem ist die Leitung 6 mit der Sensorschaltung 14 gekoppelt. Der Mikrocontroller koordiniert den Leuchtbetrieb durch die Treiberstufe 13 und den Sensorbetrieb durch die Sensorschaltung 14. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Schaltungen 13 und 14 zeitversetzt aktiv sind, also eine kapazitive Erfassung an der Elektrode 6 nur dann stattfindet, wenn die Leuchtdioden 4 nicht für den Beleuchtungsbetrieb durch die Treiberschaltung 13 angesteuert sind.
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In diesem Beispiel ist nur eine der Leitungen, welche die Leuchtdioden 4 mit der Steuerkomponente 2 koppeln als Sensorelektrode geschaltet, nämlich die Leitung 6. Es ist grundsätzlich ebenfalls möglich, auch die Stromzuleitungen 5a und 5b in die kapazitive Auswertung einzubeziehen.
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In der hier dargestellten beispielshaften Gestaltung ist die auf der Kathodenseite der Leuchtdioden angeordnete Ableitung 6 als Sensorelektrode genutzt. Dies ist vorteilhaft, da die Dioden in Sperrrichtung verhindern, dass ein wesentlicher Stromabfluss im Betrieb der Elektrode 6 als Sensorelektrode stattfindet. Die Zuleitung 6 kann entsprechend durch die Sensorschaltung 14 zur kapazitiven Auswertung gemäß den Verfahren aus dem Stand der Technik aufgeladen oder umgeladen werden, um Kapazitäten zu erfassen.
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Es ist grundsätzlich möglich, herkömmliche Beleuchtungseinrichtungen mit einem erfindungsgemäß modifizierten Steuergerät zu koppeln, um zu einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zu gelangen. An der Beleuchtungseinrichtung selbst, also den Leitungen an den Leuchtdioden, muss nicht unbedingt eine Modifikation vorgenommen werden. Allein durch die steuerungsinterne Zusatznutzung der Zuleitungen und Elektroden kann die erfindungsgemäße Wirkung der kapazitiven Erfassung auch in herkömmlichen Leuchtdiodenanordnungen mit Zuleitung realisiert werden.
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Andererseits ist es durchaus möglich, die Leitungen in den Beleuchtungskomponente 1 so zu gestalten, dass eine besonders gute kapazitive Erfassung möglich ist. Beispielsweise können die Leitungen zu den Leuchtdioden innerhalb der Beleuchtungseinrichtung breiter als für den Beleuchtungsbetrieb kalkuliert ausgebildet werden oder über größere Bereiche erstreckt werden.
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Im Rahmen der Erfindung sind Abwandlungen möglich, insbesondere können mehrere Leitungen der Leuchtdioden zusammengeschaltet werden, um eine kapazitive Erfassung zu erreichen. Wesentlich ist, dass Leiterstrukturen der Leuchtdioden-Beleuchtungseinrichtung mit einem Mehrnutzen als kapazitive Sensorelektroden geschaltet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1691131 B1 [0002]
- DE 102004006157 A1 [0003]
- DE 202012004747 U1 [0004]
- EP 2596993 A2 [0006]
- EP 2828973 A1 [0011]
