DE10359196A1

DE10359196A1 - Leuchtmittelanordnung und Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10359196A1
Application number: DE10359196A
Authority: DE
Inventors: Josef Studniorz; Bernd Schulte-Eversum
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: DE10359196B4

Abstract

Leuchtmittelanordnung (7), umfassend mindestens eine Leuchtdiode (1) mit einem in Serie vorgeschalteten Vorwiderstand (R¶S¶), wobei Leuchtdiode (1) und Vorwiderstand (R¶S¶) über elektrische Anschlüsse (U¶batt¶(+) und U¶batt¶(-)) mit einer Versorgungsspannung (U¶V¶) versorgt werden können und ein Gesamtstrom (I¶G¶) durch die Leuchtmittelanordnung fließt, sowie ein mindestens zu der Leuchtdiode (1) oder zu der Leuchtdiode (1) und dem Vorwiderstand (R¶S¶) parallel geschaltetes Stromflusssimulationsmittel (4) vorgesehen ist, wobei die Leuchtmittelanordnung (7) mit einer Auswerte- und Steuereinheit (3) ausgestattet ist, die zur Überwachung der Versorgungsspannung (U¶V¶) geeignet ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (3) weiterhin dazu geeignet ist, das Stromflusssimulationsmittel (4) derart anzusteuern, dass ein vorbestimmter minimal benötigter Gesamtstrom (I¶G¶) ab dem Unterschreiten eines vorbestimmten Spannungsschwellenwertes (U¶S¶) bis zum Erreichen einer vorbestimmten minimalen Versorgungsspannung (U¶m¶) durch die Leuchtmittelanordnung (7) fließt, sowie eine Beleuchtungseinrichtung (9).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtmittelanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Eine Leuchtmittelanordnung der zuvor genannten Art ist beispielsweise aus der DE 101 07 578 A1 im Rahmen einer Lichtanlage bekannt. Hier wird eine Lichtanlage mit einer Leuchtmittelanordnung offenbart, die in einem parallel zu den Lampen (LED und herkömmliche Glühlampen) angeordneten Stromzweig mindestens eine nur für ein bestimmtes Zeitfenster zuschaltbare elektrische Last vorsieht, wobei das Zeitfenster für das Zuschalten der Last mit einem Kontrollzeitfenster der Stromüberwachungsschaltung synchronisiert ist.

Eine weitere Leuchtmittelanordnung der zuvor genannten Art ist aus einer Beleuchtungseinrichtung der DE 102 15 486 C1 bekannt, die eine Ausfallkontrollschaltung und einen Impulserzeuger aufweist, wobei der Leuchtmittelanordnung ein Vorschaltgerät zugeordnet ist, welches über eine zuschaltbare Last verfügt. Im Falle einer Fehlfunktion, die durch einen Impuls signalisiert wird, unterbleibt das Zuschalten der Last.

Durch die zuvor beschriebenen Beleuchtungssysteme soll sichergestellt werden, dass sowohl Leuchtdioden als auch herkömmliche Glühbirnen in einem für Glühbirnen ausgelegten Leuchtmittelüberwachungssystem eingesetzt werden können. Derartige Leuchtmittelüberwachungssysteme überwachen die nachgeschalteten Leuchtmitteln, indem der Strom innerhalb des zu überwachenden Stromkreises gemessen wird. Falls ein vorbestimmter Schwellenwert unterschritten wird, wird ein geeignetes Signal ausgegeben, welches den Defekt mindestens eines Leuchtmittels signalisieren soll.

Selbst wenn ausschließlich Leuchtdioden in einem Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug eingesetzt werden, ergeben sich jedoch noch weitere bisher ungelöste Probleme. So werden Leuchtdioden, die beispielsweise zu Beleuchtungszwecken in einem Kraftfahrzeugrücklicht vorzufinden sind, durch eine Ansteuerelektronik angesteuert. Diese Ansteuerelektronik umfasst Treiberbausteine, über welche die Leuchtdioden angesteuert werden. Auch diese Treiberbausteine weisen Leuchtmittelüberwachungseinrichtungen auf, die den Stromfluss im Leuchtmittelstromkreis messen und so die Funktionsfähigkeit der Leuchtdioden überwachen.

Nunmehr kann es jedoch vorkommen, dass die Bordnetzspannung, beispielsweise durch eine defekte Batterie oder bei extrem niedrigen Außentemperaturen, weit unter den üblichen Sollwert von 12 V fällt. Entsprechend wäre auch die Versorgungsspannung im Leuchtmittelstromkreis weit unterhalb des vorgesehenen Sollwertes. Leuchtdioden weisen jedoch einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen Stromaufnahme und Versorgungsspannung auf, wobei unterhalb einer gewissen Versorgungsspannung nahezu kein Strom mehr fließt. Bei tiefen Temperaturen würde der Effekt sogar noch früher eintreten. Als Konsequenz dessen, würde ein mit Leuchtdioden bestückter Leuchtmittelstromkreis ab dem Unterschreiten einer gewissen Versorgungsspannung durch die Treiberbausteine als fehlerhaft detektiert, obgleich die Leuchtdioden intakt sind und lediglich eine sehr geringe Stromaufnahme auf Grund der niedrigen Versorgungsspannung aufweisen.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe eine gattungsgemäße Leuchtmittelanordnung bereitzustellen, deren Funktionsfähigkeit von einer Leuchtmittelüberwachungseinrichtung auch bei geringen Versorgungsspannungen detektiert werden kann.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Leuchtmittelanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Leuchtmittelanordnung mit einer Auswerte- und Steuereinheit ausgestattet ist, die zur Überwachung der Versorgungsspannung geeignet ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit weiterhin dazu geeignet ist, das Stromflusssimulationsmittel derart anzusteuern, dass ein vorbestimmbarer minimal benötigter Gesamtstrom ab dem Unterschreiten eines vorbestimmbaren Spannungsschwellenwertes bis zum Erreichen einer vorbestimmbaren minimalen Versorgungsspannung durch die Leuchtmittelanordnung fließt, kann eine geringe Versorgungsspannungen bzw. ein geringer Stromfluss durch den Vorwiderstand erkannt und der Leuchtdiode ein variabel anpassbares Stromflusssimulationsmittel, beispielsweise in Form einer parallelen Last bzw. einer parallelen Stromquelle zugeschaltet werden. Durch diese Maßnahme wird insgesamt sichergestellt, dass ein Gesamtstrom durch die Leuchtmittelanordnung fließt, welcher der akzeptablen Diagnoseschwelle einer vorgeschalteten Leuchtmittelkontrolleinrichtung entspricht, wobei die Steuerung des Stromflusssimulationsmittels derart erfolgt, dass jeweils nur der minimal benötigte Gesamtstrom bzw. die Diagnoseschwelle aufrecht erhalten wird, demnach das Entstehen unnötiger Verlustleistung vermieden wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegende Erfindung ist vorgesehen, dass das Stromflusssimulationsmittel mindestens einen Lastwiderstand umfasst, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit dazu geeignet ist den Strom zu überwachen, der durch den Lastwiderstand fließt. Durch diese Maßnahme ist, im Zusammenhang mit der getrennten Strommessung am Vorwiderstand, eine bessere Darstellung der Leuchtdioden Ausfallerfassung möglich. Eine derartige Überwachung stellt sicher, dass das Stromflusssimulationsmittel nur für den Fall zugeschaltet wird, wenn die Leuchtdiode tatsächlich funktionsfähig ist.

Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Stromflusssimulationsmittel einen Transistor umfasst, wobei die Basis des Transistors von einem Ausgang der Auswerte- und Steuereinheit angesteuert wird. Ein Transistor eignet sich in besonders vorteilhafter Weise als regelbares Schaltelement innerhalb des Stromflusssimulationsmittels. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass nur der Strom durch das Stromflusssimulationsmittel fließt, der zur Aufrechterhaltung eines minimalen Diagnoseschwellenstroms benötigt wird.

Alternativ kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Stromflusssimulationsmittel eine Stromquelle umfasst, wobei die Stromquelle über einen Ausgang der Auswerte- und Steuereinheit regelbar ist. Auch über eine regelbare Stromquelle innerhalb des Stromflusssimulationsmittels kann ein minimal benötigter Diagnoseschwellenstrom aufrecht erhalten werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine mit Leuchtmittelanordnungen ausgestattete Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei der es trotz einer niedrigen Versorgungsspannung möglich ist, die Funktionsfähigkeit der Leuchtmittelanordnungen durch eine Leuchtmittelkontrolleinrichtung zu überwachen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
1 eine Prinzipschaltung für eine erfindungsgemäße Leuchtmittelanordnung;
2 Kurvenverläufe I_G(U_V) jeweils für den Gesamtstrom I_G bzw. I_LED mit und ohne zugeschaltete parallele Last;
3 eine Prinzipdarstellung für eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung;
4 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Leuchtmittelanordnung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zunächst wird auf 1 bezug genommen.
Eine erfindungsgemäße Leuchtmittelanordnung 7 umfasst im wesentlichen eine Leuchtdiode 1 mit einem in Serie geschalteten Vorwiderstand R_S, die über eine Anschlussklemme U_batt(+) und eine Anschlussklemme U_batt(–) mit einer Versorgungsspannung U_V versorgt werden können.
Die Anschlussklemmen sind, wie in 3 dargestellt, mit einer Ansteuerelektronik 6 bzw. einem Treiberbaustein verbunden, die ihrerseits mit einer Leuchtmittelkontrolleinrichtung 8 ausgestattet ist. Die Leuchtmittelkontrolleinrichtung 8 überwacht die Funktionsfähigkeit der angeschlossenen Leuchtmittelanordnung 7 indem der Strom I_G im Leuchtmittelstromkreis gemessen wird und ab Unterschreitung eines vorbestimmten Stroms I_G, beispielsweise 100 mA, ein Defekt in der Leuchtmittelanordnung diagnostiziert wird.
Parallel zu der Leuchtdiode 1 ist ein Lastwiderstand R_P und ein Transistor 2 in Serie geschaltet, die insgesamt ein Stromflusssimulationsmittel 4 in Form einer variablen Last bilden können. Des weiteren ist eine Auswerte- und Steuereinheit 3 vorgesehen, welche sich durch nachfolgende Funktionen auszeichnet.
Zum einen ist die Auswerte- und Steuereinheit 3 dazu geeignet, die Versorgungsspannung U_V bzw. den Strom I_S zu messen, der über den Vorwiderstand R_S fließt. Des weiteren verfügt die Auswerte- und Steuereinheit 3 über einen Ausgang A, der mit der Basis des Transistors 2 verbunden ist. Zur weiteren Erklärung der Funktionsweise wird zunächst von einer intakten Leuchtdiode 1 ausgegangen.
Eine handelsübliche Leuchtdiode weist in etwa eine Stromaufnahme I_LED(U_V) bzw. I_G(U_V) in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung U_V auf, wie sie dem Kurvenverlauf K₁ in der 2 entspricht. Mit der hier verwendeten Leuchtdiode 1 sinkt die Stromaufnahme I_LED bei einer Versorgungsspannung U_V von etwa 9 Volt auf nahezu 0,01 mA ab. Bereits ab einer Stromaufnahme I_LED bzw. I_G von ca. 100 mA ist die Leuchtdiode 1 von der Leuchtmittelkontrolleinrichtung 8 bzw. der Ansteuerelektronik 6 nicht mehr detektierbar, so dass die Leuchtmittelkontrolleinrichtung 8 zwangsläufig eine defekte Leuchtdiode 1 melden würde, obgleich die Leuchtdiode 1 intakt ist. Dieser Effekt würde, dem Kurvenverlauf K₁ folgend, bereits bei einer Versorgungsspannung U_V von etwa 11,2 Volt auftreten.
Das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs ist regelmäßig auf eine Betriebsspannung von ca. 13,8 Volt ausgelegt. Diese Spannung wird jedoch nur erreicht, wenn der Generator angetrieben wird. Wird die Spannung lediglich von einer Batterie 5 des Kraftfahrzeugs bezogen, so beträgt die Versorgungsspannung des Bordnetzes ca. 12 Volt. Kommen nunmehr extreme Witterungsbedingungen, wie beispielsweise niedrige Umgebungstemperaturen hinzu, so sinkt die von der Batterie 5 zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung U_V weiter ab. Darüber hinaus sinkt die Stromaufnahme von Leuchtdioden bei niedrigen Temperaturen, so dass für eine benötigte Diagnoseschwelle I_D der Leuchtmittelkontrolleinrichtung nur ein schmales Band von einigen mA übrig bleibt. Fällt jedoch die Versorgungsspannung U_V unter einen Wert von 11,2 Volt und liegt die Diagnoseschwelle I_D der Leuchtmittelkontrolleinrichtung 8 beispielsweise bei 100 mA, dann wird die Leuchtmittelkontrolleinrichtung 8 fälschlicherweise eine defekte Leuchtdiode 1 melden.
Nunmehr wird die Versorgungsspannung U_V bzw. der Stromabfall I_S über dem Vorwiderstand R_S erfindungsgemäß durch die Auswerte- und Steuereinheit 3 überwacht. Fällt die Versorgungsspannung U_V unter einen vorbestimmten Spannungsschwellenwert U_S, so wird der Ausgang A aktiviert und eine Spannung U_B auf die Basis des Transistors 2 gegeben. Der Transistor 2 schaltet durch, so dass der Leuchtdiode 1 nunmehr ein Stromflusssimulationsmittel 4 in Form einer variablen parallelen Last hinzugeschaltet wird. Infolgedessen ergibt sich für den Gesamtstrom I_G ein Verlauf in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung U_V, wie er durch die Kurve K₂ nachgezeichnet worden ist. Die notwendige Diagnoseschwelle I_D von 100 mA kann demnach bis zu einer minimalen Versorgungsspannung Um von etwa 7 Volt aufrecht erhalten werden. Es sei angemerkt, dass es sich hier lediglich um eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt. Selbstverständlich kann die Leuchtmittelanordnung 7 an unterschiedliche Diagnoseschwellen I_D angepasst werden, wodurch sich unterschiedliche Kurvenverläufe K bzw. U_m und U_S ergeben können. Es sei weiterhin angemerkt, dass es sich bei der parallelen Last um eine variable Last handelt, die durch den variablen Widerstandswert des Transistors 2 in Abhängigkeit von der Basisspannung U_B variabel gestaltet werden kann, d.h. es kann soviel parallele Last erzeugt werden, wie in Abhängigkeit von der Diagnoseschwelle I_D und I_LED(U_V) benötigt wird. Im Ergebnis kann die Verlustleistung, die durch das Stromflusssimulationsmittel 4 in Form einer parallelen Last erzeugt wird, entsprechend gering gehalten werden.
3 enthält eine Prinzipdarstellung einer Beleuchtungseinrichtung 9 mit zwei Leuchtmittelanordnungen 7 um das Zusammenwirken zwischen der Ansteuerelektronik 6 und der Leuchtmittelanordnung 7 zu verdeutlichen.
Eine vorteilhafte alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt. Hier ist eine mit einem Lastwiderstand R_P in Serie geschaltete regelbare Stromquelle 10 vorgesehen, die parallel zu dem Vorwiderstand R_S und der Leuchtdiode 1 angeordnet sind. Die Stromquelle 10 nimmt hier die Funktion eines Stromflusssimulationsmittel 4 wahr. Zu diesem Zweck ist die Stromquelle 10 mit einem Ausgang A der Auswerte- und Steuereinheit 3 verbunden. Die Auswerte- und Steuereinheit 3 regelt auf diesem Wege den Strom I_P der zusätzlich in die Leuchtanordnung 7 eingespeist werden soll, damit die notwendige Diagnoseschwelle I_D erreicht werden kann.
In dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leuchtmittelanordnung 7 wird, neben dem Strom I_S der durch den Vorwiderstand R_S fließt, auch der Strom I_P gemessen der durch den Lastwiderstand R_P fließt. Hierdurch wird eine weitere vorteilhafte Überwachungsfunktion realisiert, indem sichergestellt wird, dass jeweils die Summe der Ströme I_P und I_S größer oder gleich der Diagnoseschwelle I_D, also dem minimal benötigten Gesamtstrom I_G sind. Darüber hinaus kann durch diese Anordnung eine Funktionsüberprüfung der Leuchtdiode 1 vor dem Zuschalten des Stromflusssimulationsmittels 4 durch eine Strommessung an R_P bzw. R_S bzw. aus dem Summen- bzw. Differenzstrom vorteilhafter dargestellt werden.
Selbstverständlich kann die Stromquelle 10 anstelle des Transistors 2 ebenfalls in einer Schaltung gemäß 1 eingesetzt werden. Auch ist es möglich einen Transistor 2 statt der Stromquelle 10 in einer Schaltung gemäß 4 einzusetzen. Weiterhin ist es möglich, die Funktionsfähigkeit der Leuchtdiode 1 durch eine Überwachung lediglich des Stromes I_S vor dem Zuschalten des Stromflusssimulationsmittels 4 zu realisieren. Auch kann vorgesehen sein, dass der Vorwiderstand R_S und der Lastwiderstand R_P zusammengelegt sind. In diesem Fall besteht jedoch keine Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit der Leuchtdiode 1 zu überprüfen.

Claims

Leuchtmittelanordnung (7) umfassend – mindestens eine Leuchtdiode (1) mit einem in Serie vorgeschalteten Vorwiderstand (R_S), wobei – Leuchtdiode (1) und Vorwiderstand (R_S) über elektrische Anschlüsse (U_batt(+) und U_batt(–)) mit einer Versorgungsspannung (U_V) versorgt werden können und ein Gesamtstrom (I_G) durch die Leuchtmittelanordnung fließt, sowie – ein mindestens zu der Leuchtdiode (1) oder zu der Leuchtdiode (1) und dem Vorwiderstand (R_S) parallel geschaltetes Stromflusssimulationsmittel (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittelanordnung (7) mit einer Auswerte- und Steuereinheit (3) ausgestattet ist, die zur Überwachung der Versorgungsspannung (U_V) geeignet ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (3) weiterhin dazu geeignet ist, das Stromflusssimulationsmittel (4) derart anzusteuern, dass ein vorbestimmbarer minimal benötigter Gesamtstrom (I_G) ab dem Unterschreiten eines vorbestimmbaren Spannungsschwellenwertes (U_S) bis zum Erreichen einer vorbestimmbaren minimalen Versorgungsspannung (U_m) durch die Leuchtmittelanordnung (7) fließt.
Leuchtmittelanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromflusssimulationsmittel (4) mindestens einen Lastwiderstand (R_P) umfasst, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (3) dazu geeignet ist den Strom (I_P) zu überwachen, der durch den Lastwiderstand (R_P) fließt.
Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromflusssimulationsmittel (4) einen Transistor (2) umfasst, wobei die Basis des Transistors (2) von einem Ausgang (A) der Auswerte- und Steuereinheit (3) angesteuert wird.
Leuchtmittelanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromflusssimulationsmittel (4) eine Stromquelle (10) umfasst, wobei die Stromquelle über einen Ausgang (A) der Auswerte- und Steuereinheit (3) regelbar ist.
Beleuchtungseinrichtung (9) für ein Kraftfahrzeug, umfassend – eine Ansteuerelektronik (6) zur Betätigung mindestens einer Leuchtmittelanordnung (7); wobei – die Ansteuerelektronik (6) mit einer Leuchtmittelkontrolleinrichtung (8) ausgestattet ist, die eine Überwachung der Leuchtmittelfunktion mittels des Stromflusses (I_G) im Stromkreis der Leuchtmittelanordnung (7) erlaubt, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Leuchtmittelanordnung (7) mit den kennzeichnenden Merkmalen einer der Ansprüche 1 bis 4 handelt.