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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugsteuergerät zum Ansteuern und/oder Regeln
mindestens einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine
Lichtquelle mit mindestens einer Leuchtdiode aufweist, wobei das
Steuergerät
ein Steuer- oder Regelelement zum Steuern oder Regeln der Beleuchtungseinrichtung
umfasst.
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Es
ist bekannt, zum Steuern oder Regeln einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung
mit Leuchtdioden spezielle Steuergeräte innerhalb eines Kraftfahrzeugs
vorzusehen. Ein solches Steuergerät weist ein als eine diskrete
Schaltung realisiertes Steuer- oder Regelelement zum Steuern oder
Regeln der Beleuchtungseinrichtung auf. Nachteilig an einem solchen
Steuergerät
ist, dass komplexe Funktionen, wie beispielsweise eine Lichtintensitätsregelung
relativ schwierig und nur mit einem relativ hohen Schaltungsaufwand
realisierbar sind.
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Eine
Kalibrierung dieses Steuergerätes
bei der Fertigung des Steuergerätes
oder der gesamten Beleuchtungseinrichtung ist kaum möglich. Diagnosefunktionen
zur Diagnose eines Fehlers im Steuergerät oder in der Beleuchtungseinrichtung
sind mit einem vertretbaren Schaltungsaufwand mit dem bekannten
Steuergerät
nicht realisierbar.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeugsteuergerät zum Steuern und/oder Regeln
einer Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Leuchtdiode bereitzustellen,
mit dem relativ komplexe Verfahren zum Steuern und/oder Regeln der
Beleuchtungseinrichtung realisiert werden können und das dennoch einfach
und kostengünstig
herstellbar ist.
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Erfindungsgemäß wird zur
Lösung
der Aufgabe ein Steuergerät
vorgeschlagen, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass das Steuer-
oder Regelelement einen Mikrocontroller aufweist, der zum Steuern
und/oder Regeln der Beleuchtungseinrichtung (ein Tagfahrlicht, eine
Blinkleuchte, ein Frontscheinwerfer, eine Rückleuchte oder eine beliebige
andere Beleuchtungseinrichtung für
ein Kraftfahrzeug) eingerichtet ist. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Steuergerätes kann
auch ein komplexes Verfahren zum Steuern und/oder Regeln der Beleuchtungseinrichtung,
wie beispielsweise eine insbesondere für eine Autobahnlichtfunktion
benötigte
adaptive Regelung, einfach realisiert werden, ohne das hierfür eine besonders
hohe Anzahl an Bauteilen im Steuergerät erforderlich wäre. Zudem
kann eine Einrichtung zum Schutz der Beleuchtungseinrichtung beispielsweise vor
einer Übertemperatur
leicht realisiert werden. Die für
die Schutzeinrichtung erforderliche Steuer- oder Regellogik kann
einfach mit Hilfe des Mikrocontrollers realisiert werden. Auf entsprechend
einfache Weise kann auch eine Abregelung zum Absenken der Betriebsleistung
der Beleuchtungseinrichtung bei einer geringen Bordspannung realisiert
werden. Insgesamt ergibt sich ein leistungsfähiges und flexibles Steuergerät, das dennoch
auf Grund seiner geringen Teilezahl kostengünstig herstellbar ist und zuverlässig arbeitet.
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Es
ist besonders bevorzugt, dass das Steuergerät mindestens einen Signaleingang
zum Erfassen eines PWM-Signals aufweist, wobei der Signaleingang
und/oder der Mikrocontroller Mittel zum Erfassen eines Tastverhältnisses
des PWM-Signals und/oder Mittel zum Überprüfen, ob das PWM-Signal aktiv ist,
aufweist. Hierdurch wird beispielsweise ein Steuern und/oder Regeln
der Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von dem PWM-Signal
ermöglicht.
Hierbei kann vorgesehen werden, dass die Beleuchtungseinrichtung
immer dann aktiviert ist, wenn auch das PWM-Signal aktiv ist und/oder
dass das Steuergerät
eine Lichtstärke
von von der aktivierten Beleuchtungseinrichtung abgegebenem Licht
in Abhängigkeit
von dem Tastverhältnis
des PWM-Signals einstellt beziehungsweise regelt. Das PWM-Signal kann
von einem Zentralsteuergerät
zum Steuern mehrerer oder sämtlicher
Beleuchtungseinrichtungen des Kraftfahrzeugs erzeugt werden.
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Vorzugsweise
weist das Steuer- oder Regelelement einen Festwertspeicher zum Speichern
von Kalibrierungswerten auf. Der Festwertspeicher kann einen Speicherbereich
eines im Mikrocontroller integrierten Halbleiterspeichers (zum Beispiel
EEROM, Flash-ROM oder OTP-ROM) umfassen.
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Ferner
ist bevorzugt, dass das Steuergerät mindestens eine Anschlusseinrichtung
zur digitalen Datenkommunikation aufweist. Mit Hilfe der Anschlusseinrichtung
kann beispielsweise eine Punkt- zu Punktverbindung mit dem Zentralsteuergerät oder mit
einer Wartungseinrichtung realisiert werden. Die Anschlusseinrichtung
kann auch als Schnittstelle für ein
Bussystem wie beispielsweise LIN, CAN, J1815, FlexRay, MOST oder
dergleichen ausgebildet sein. Mit einer solchen Schnittstelle kann
das Steuergerät in
ein fahrzeuginternes Netz eingebunden werden oder an die Wartungseinrichtung
angeschlossen werden. Die Wartungseinrichtung kann beispielsweise am
Ende der Herstellung der Beleuchtungseinrichtung, die an das Steuergerät angeschlossen
werden soll, zum Kalibrieren des Steuergerätes verwendet werden. Zudem
kann die Wartungseinrichtung zur Diagnose, das heißt zur Fehlersuche
bei einer Wartung oder Reparatur des Kraftfahrzeuges verwendet werden.
Die im Festwertspeicher abgelegten Kalibrierungswerte können auch
an alterungsbedingten Veränderungen
von Bauteilen der Beleuchtungseinrichtung angepasst werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung, in welcher exemplarische Ausführungsformen anhand der Zeichnung
näher erläutert werden.
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Dabei
zeigt die einzige Figur ein Kraftfahrzeugsteuergerät 11 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform,
an das eine Beleuchtungseinrichtung 13 angeschlossen ist.
Das Steuergerät 11 umfasst
einen Versorgungsspannungseingang 15 mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss 17 und
einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss 19. Der erste
Versorgungsspannungsanschluss 17 ist an einen Pluspol (ohne
Bezugszeichen) eines Bordnetzes 21 des Kraftfahrzeugs angeschlossen,
und der zweite Versorgungsspannungsanschluss 19 ist mit einem
Massepotenzial (ohne Bezugszeichen) des Bordnetzes 21 verbunden.
Der Versorgungsspannungseingang 15 ist mit einer Schutzschaltung 23 des
Steuergerätes 11 verbunden.
Die Schutzschaltung 23 kann einen Sensor (nicht gezeigt)
zur Überwachung
einer Versorgungsspannung UBatt des Bordnetzes 21 aufweisen.
Weist die Schutzschaltung 23 einen solchen Sensor auf,
dann ist die Schutzschaltung 23 an ein Steuer- oder Regelelement
des Steuergerätes 11 mit
einem Mikrokontroller 25, der einen Festwertspeicher 26 aufweist,
angeschlossen. Ein Ausgang der Schutzschaltung 23 ist mit
einem Eingang eines getakteten Gleichspannungswandlers 27 (DC/DC-Wandler)
einer Ansteuerschaltung 29 des Steuergerätes 11 verbunden.
Ein Ausgang des Mikrocontrollers 25 ist mit einem Steuereingang
des Gleichspannungswandlers 27 verbunden. Ein Ausgang des
Gleichspannungswandlers 27 ist mit einem Eingang einer
Versorgungsschaltung 31 verbunden, und ein Ausgang der
Versorgungsschaltung 31 entspricht einem ersten Versorgungsausgang 33 des Steuergerätes 11.
Des Weiteren weist die Ansteuerschaltung 29 vier als Stromregler
ausgebildete Linearregler 35 auf. Jeder der Linearregler 35 umfasst
einen Ausgang, der einen zweiten Versorgungsausgang 37 des
Steuergeräts 11 bildet.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform
ist der Linearregler 35 als Spannungsregler ausgeführt. Die
Anzahl der Linerregler 35 und somit auch der zweiten Versorgungsausgänge 37 kann
beliebig variiert werden. Es können
bei Bedarf auch mehrere Gleichspannungswandler 27 und/oder
mehrere Versorgungsschaltungen 31 vorgesehen werden.
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An
dem ersten Versorgungsausgang 33 und an den zweiten Versorgungsausgängen 37 ist
die Beleuchtungseinrichtung 13 angeschlossen. Die Beleuchtungseinrichtung 13 weist
eine oder mehrere Leuchtdioden 39 auf. Es kann ggf. vorgesehen
werden, dass die Leuchtdioden 39 zu einen oder mehreren
Leuchtdiodenketten gruppiert sind, wobei eine Leuchtdiodenkette
eine Serienschaltung von mehreren Leuchtdioden 39 umfasst.
Außerdem
weist die Ansteuerschaltung 29 eine Ausfallerkennungseinrichtung 41 auf,
die mit den Linearreglern 35 gekoppelt ist. Der Mikrocontroller 25 ist
an Steuereingänge der
Linearregler 35 angeschlossen. Ein Ausgang der Ausfallerkennungseinrichtung 41 ist
mit einem Eingang des Mikrocontrollers 25 verbunden.
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Das
Steuergerät 11 weist
einen PWM-Signaleingang 43 auf, der an einen Ausgang eines
Zentralsteuergeräts 45 angeschlossen
ist. Das Zentralsteuergerät 45 ist
an das Bordnetz 21 angeschlossen. Innerhalb des Steuergeräts 11 ist
der PWM-Signaleingang 43 über einer PWM-Signalverarbeitungsschaltung 47 mit
einem Eingang des Mikrocontrollers 25 verbunden. Das Steuergerät 11 weist
weitere Signaleingänge 49 auf,
die über
weitere Signalverarbeitungsschaltungen 51 mit dem Mikrocontroller 25 verbunden
sind. Bei einem Teil oder allen der weiteren Signaleingängen 49 und
weiteren Signalverarbeitungsschaltungen 51 kann es sich
ebenfalls um PWM-Signaleingänge
beziehungsweise PWM-Signalverarbeitungsschaltungen
handeln.
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Das
Steuergerät 11 weist
zwei Temperaturschutzschaltungen 53 auf, wobei eine der
Temperaturschutzschaltungen 53 mit einem externen Temperatursensor 55 verbunden
ist, der außerhalb
des Steuergeräts 11 angeordnet
ist. Die andere Temperaturschutzschaltung 53 kann einen
integrierten Temperatursensor aufweisen.
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Schließlich weist
das Steuergerät 11 eine Anschlusseinrichtung 57 zur
digitalen Datenkommunikation auf, welche an ein Bussystem des Kraftfahrzeugs
(nicht gezeigt) und/oder an eine Wartungseinrichtung (nicht gezeigt)
angeschlossen werden kann.
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Beim
Betrieb des Steuergeräts 11 und
der Beleuchtungseinrichtung 13 liegt an der Schutzschaltung 23 die
Versorgungsspannung UBatt des Bordnetzes 21 an,
und die Schutzschaltung 23 versorgt die einzelnen Komponenten
des Steuergeräts 11,
insbesondere den Gleichspannungswandler 27, mit einer internen
Versorgungsspannung. Hierbei schützt
die Schutzschaltung 23 die Komponenten des Steuergeräts 11 vor
einer Überspannung
im Bordnetz 21. Ist in der Schutzschaltung außerdem der
Sensor zum Erfassen der Versorgungsspannung UBatt des
Bordnetzes 21 vorhanden, dann meldet dieser Sensor einen Wert,
der die Versorgungsspannung UBatt charakterisiert,
an den Mikrocontroller 25. Der Mikrocontroller erkennt
anhand dieses Wertes, ob die Versorgungsspannung UBatt geringer
ist als ein vorgegebener Mindestwert und führt gegebenenfalls eine Abregelung der
Beleuchtungseinrichtung 13 durch, das heißt der Mikrokontroller 25 steuert
den Gleichspannungswandler 27 und/oder die Linearregler 35 so
an, dass die Beleuchtungseinrichtung 13 mit einer verminderten
Leistung betrieben wird.
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Ein
vom Zentralsteuergerät 45 erzeugtes PWM-Signal
wird über
die PWM-Signalverarbeitungsschaltung 47 dem Mikrocontroller 25 zugeführt. Der
Mikrocontroller 25 erfasst ein Tastverhältnis des PWM-Signals und ermittelt,
ob das PWM-Signal gerade aktiv ist. Beim Erfassen des PWM-Signals kann ein
Zeitgeber (Timer) des Mikrocontrollers 25 verwendet werden.
Beispielsweise erzeugt das Zentralsteuergerät 45 in dem Fall,
dass die Beleuchtungsrichtung 11 beispielsweise eine Blinkleuchte
ist, ein PWM-Signal, das immer aktiv ist, wenn die Blinkleuchte
leuchten soll. Das Tastverhältnis
des aktiven PWM-Signals charakterisiert eine vom Zentralsteuergerät 45 vorgegebene
Lichtstärke
der Blinkleuchte. Das PWM-Signal ist also von einem im Vergleich
zum PWM-Signal niederfrequenten Rechtecksignal überlagert, wobei das Rechtecksignal
das PWM-Signal ein- und austastet.
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Generell
kann das aktive PWM-Signal eine Frequenz von Bruchteilen von Hertz
bis einigen Kilohertz aufweisen. Ein Tastverhältnisbereich des aktiven PWM-Signals
kann beispielsweise zwischen 5 Prozent und 95 Prozent liegen, jedoch
auch außerhalb
dieses Bereichs liegende Werte umfassen.
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Der
Mikrocontroller 25 steuert den Gleichspannungswandler 27 sowie
die Linearregler 35 in Abhängigkeit von dem PWM-Signal an, um einen durch
das PWM-Signal vorgegebenen Betriebszustand (Aktivierung der Beleuchtungseinrichtung 13, Lichtstärke des
von der Beleuchtungseinrichtung 13 abgegebenen Lichts)
der Beleuchtungseinrichtung einzustellen beziehungsweise zu regeln.
Hierbei kann der Mikrocontroller 25 die Elemente 27 und/oder 35 der
Ansteuerschaltung 29 derart gepulst ansteuern, sodass an
den Leuchtdioden 39 der Beleuchtungseinrichtung 13 ein
weiteres PWM-Signal anliegt, das sich von dem vom Zentralsteuergerät 45 erzeugten
PWM-Signal unterscheidet. Dieses weitere PWM-Signal kann beispielsweise
durch Frequenzverdopplung oder Frequenzvervielfachung und/oder einer
Skalierung einer Amplitude des PWM-Signals erzeugt werden. Eine
derartige Transformation des PWM-Signals wird mittels eines im Mikrokontroller 25 abgelegten
Programms realisiert.
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Abläufe eines
vom Mikrocontroller 25 ausgeführten Steuer- oder Regelverfahrens
können
mit einem externen oder internen Signal synchronisiert werden. Bei
dem externen Signal kann es sich um das PWM-Signal oder um ein an
einen der weitern Signaleingänge 49 angeschlossenes
Signal handeln. Zur Ausführung
des Steuer- oder Regelverfahrens benötigte Zustandsinformationen
sowie zum Synchronisieren des Steuer- oder Regelverfahrens mit dem
externen oder internen Signal benötigte Informationen können in
einem flüchtigen
Speicher (RAM) des Mikrocontrollers vorgehalten werden.
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In
einer nicht gezeigten Ausführungsform sind
das Zentralsteuergerät 45 und
das Steuergerät 11 über ein
digitales Kommunikationssystem, wie beispielsweise ein Bussystem,
miteinander verbunden. Hierbei ist der Mikrocontroller 25 über die
Anschlusseinrichtung 57 an das Kommunikationssystem angebunden.
In diesem Fall kann das Zentralsteuergerät 45 Sollwerte für die Aktivierung
der Beleuchtungseinrichtung 13 und/oder die Lichtstärke des
von der Beleuchtungseinrichtung 13 abgegeben Lichts über das
digitale Kommunikationssystem dem Mikrocontroller 25 übermitteln.
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Des
Weiteren erhält
der Mikrocontroller 25 von den Temperaturschutzschaltungen 53 Temperaturwerte
in der Umgebung des Steuergeräts 11 beziehungsweise
Temperaturwerte am Ort des Temperatursensors 55. Anhand
dieser Temperaturwerte steuert oder regelt der Mikrocontroller 25 die
Beleuchtungseinrichtung 13 und gleicht so temperaturabhängige Schwankungen
von Eigenschaften der Leuchtdioden 39 der Beleuchtungseinrichtung 13 aus.
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Eigenschaften
der Leuchtdiode 39 der Beleuchtungseinrichtung 13 oder
sonstiger Bauteile der Beleuchtungseinrichtung unterliegen nicht
nur temperaturabhängigen
Schwankungen sondern auch Fertigungstoleranzen. Um die Fertigungstoleranzen auszugleichen,
können
im Festwertspeicher 26 des Mikrocontrollers 25 geeignete
Kalibrierungswerte abgelegt werden. Diese Kalibrierungswerte können mittels
einer Wartungseinrichtung beispielsweise bei der Herstellung des
Kraftfahrzeugs, der Beleuchtungseinrichtung 13 oder des
Steuergeräts 11 im
Festwertspeicher 26 abgelegt werden. Hierzu wird die Wartungseinrichtung über die
Anschlusseinrichtung 57 mit dem Mikrocontroller 25 des
Steuergeräts 11 verbunden.
Außer
Kalibrierungswerte können
im Festwertspeicher 26 des Mikrocontrollers 25 auch
Konfigurationsparameter abgelegt werden, die den Grundaufbau der
Beleuchtungseinrichtung 13, insbesondere die Verschaltung
der Leuchtdioden 39 der Beleuchtungseinrichtung 13 charakterisieren.
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Die
Ausfallerkennungseinrichtung 41 der Ansteuerschaltung 29 überwacht
die Linearregler 35, erkennt einen Ausfall eines oder aller
Linearregler 35 und meldet gegebenenfalls einen Ausfall
dem Mikrocontroller 25. Der Mikrocontroller 25 kann
beim Steuern beziehungsweise Regeln der Beleuchtungseinrichtung 13 auf
diesen Ausfall reagieren und beispielsweise die Beleuchtungseinrichtung 13 mit
verminderter Leistung betreiben bzw. teilweise oder vollständig abschalten
(sog. Sicherheitsmodus). Treten Fehler auf, so kann der Mikrocontroller 25 das
Auftreten der Fehler im Festwertspeicher 26 vermerken. Wird
im Rahmen einer Kraftfahrzeugdiagnose beispielsweise in einer Werkstatt
mittels der Wartungseinrichtung über
die Anschlusseinrichtung 57 auf den Mirokontroller 25 zugegriffen,
dann kann der Mikrocontroller 25 ein entsprechendes Fehlerprotokoll
der Wartungseinrichtung übermitteln.
Zur Kraftfahrzeugdiagnose kann ein standardisiertes Protokoll wie
beispielsweise Keyword 2000 eingesetzt werden. Protokolldateneinheiten
des Protokolls können über ein geeignetes
Kommunikationssystem wie beispielsweise ein Bussystem oder eine
Punkt- zu Punktverbindung zwischen der Anschlusseinrichtung 57 und der
Wartungseinrichtung übertragen
werden.