EP1902437A1 - LICHTSIGNALANLAGE, INSBESONDERE FÜR DEN STRAßENVERKEHR - Google Patents

LICHTSIGNALANLAGE, INSBESONDERE FÜR DEN STRAßENVERKEHR

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Publication number
EP1902437A1
EP1902437A1 EP06764037A EP06764037A EP1902437A1 EP 1902437 A1 EP1902437 A1 EP 1902437A1 EP 06764037 A EP06764037 A EP 06764037A EP 06764037 A EP06764037 A EP 06764037A EP 1902437 A1 EP1902437 A1 EP 1902437A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
traffic
light
control unit
emitting diodes
Prior art date
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Application number
EP06764037A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1902437B1 (de
Inventor
Bernhard Hering
Norbert Holz
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1902437A1 publication Critical patent/EP1902437A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1902437B1 publication Critical patent/EP1902437B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/58—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits involving end of life detection of LEDs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/52—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a parallel array of LEDs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/50—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits
    • H05B45/54—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED] responsive to malfunctions or undesirable behaviour of LEDs; responsive to LED life; Protective circuits in a series array of LEDs

Definitions

  • Traffic signal system in particular for road traffic
  • the invention relates to a traffic signal system, in particular ⁇ special for road traffic, according to the preamble of claim 1.
  • Traffic light systems are mainly used in traffic engineering for traffic control and regulation.
  • Signalers which are intended to emit traffic signals for road users, are known from airports, railway traffic and, above all, road traffic.
  • the competing traffic streams crossing one node of the road network which can be formed by motor vehicles, rail vehicles, cyclists and pedestrians, are controlled by a plurality of signalers.
  • the signal transmitters are connected to a control unit, by which they are controlled according to a signal program running in the control unit.
  • incandescent lamps to light emitting diodes
  • a typical error is the unwanted absence of a blocking signal, for example, a red light at ei ⁇ ner traffic light.
  • Conventional control units used incandescent lamps with the electrical power supply as a reliable indicator of sufficient light generation in the filament.
  • the power of the incandescent lamps of Minim ⁇ ensures least 20 W for an electric current that can be monitored reliably and in an extended light signals with underground cabling by the circuit means in the control unit.
  • Release signal for example, the green light ei ⁇ ner intersection.
  • a conventional control unit monitors to detect this type of error, the signal line on exceeding a voltage of about 60 V at a nominal value of 230 V and assumes when falling below this limit that the bulb is not lit.
  • the incandescent lamp absorbs noticeable energy even at 60 V, it hardly emits light in the visible spectral range.
  • signalers with LEDs on the other hand, it must be expected that even a very small amount of energy will be used to light up a
  • LED especially at night, leads.
  • light-emitting diodes can be replaced by capacitive Couplings in the line network of the signal generator are brought to light.
  • the driver circuit that is to say the energy converter
  • the driver circuit can be equipped with an additional monitoring circuit which burns a special fuse in the case of faulty electrical operating values of the light-emitting diodes; With this so-called end-of-life circuit, the current consumption of the signal generator is interrupted in the same way as the breaking of a light bulb.
  • any additional monitoring circuit again is a potential source of error in itself and that the operational readiness ei ⁇ ner end-of-life monitoring circuit during normal operation of the signal generator can not be tested.
  • Another solution provides for a reduction of the operating voltage - about 40 V instead of 230 V - in order to raise the LED currents to be monitored back to a well-monitored level.
  • this method will reach its limits under the operating conditions of a control unit, since the technological trend in light-emitting diodes is leading to ever lower energy consumption.
  • ⁇ traffic detectors can be connected via 80 Ver.
  • a central circuit device is provided which consists of lamp switches for each of eight signal groups of signal transmitters.
  • a two-channel design is selected, whereby the occurrence of hazardous signaling states is monitored and contradictory signaling states and defective lamps are reported.
  • shut-off means in the ⁇ ser condition has occurred.
  • 12 to 18 power LEDs are available as the central light source.
  • the electrical interface to the controller forms a current-monitored driver ⁇ circuit with energy converter and end-of-life backup.
  • An LED signal generator has a housing with integrated cooling plate, in which an LED board and its energy supply, an energy converter are arranged.
  • the housing is closed at the front by an optical lens and a front lens.
  • Each signal transmitter is connected separately from its central lamp switch in the control unit with up to 250 m long 230 V underground cables as a power supply line, which are exposed to considerable electrical interference.
  • the invention is therefore based on the object, a light ⁇ signal system to provide the aforementioned type, the despite using signalers with LEDs as fail-safe and easy to set up.
  • the stated object is achieved by a generic traffic signal system in which a circuit device arranged in its immediate vicinity is provided per signal transmitter and in which the signal transmitters are connected to the control unit via a wiring harness having the power supply lines and the data transmission lines.
  • a wiring harness having the power supply lines and the data transmission lines.
  • the circuit in addition with ⁇ stuffs for driving the light-emitting diodes and means for converting the light-emitting diodes supplied energy, and means to monitor the current and / or voltage to the light-emitting diodes, which are formed as a common module.
  • the functions of the hitherto centrally arranged circuit devices and the driver circuit are fused in the signal generator, which advantageously avoids the multiple execution and concatenation of circuits for current and voltage monitoring.
  • This makes the whole concept easier and easier to certify in terms of safety.
  • the end-of-life circuit previously used in the driver can be completely eliminated. In practical operation, this increases availability and safety, while the manufacturing costs decrease due to the lower circuit complexity.
  • the driving means of the circuit arranged to control the signal outputs according to set ⁇ specifications of the signal control there are means of evaluation of the circuit means are adapted to redundant Be ⁇ operating parameters and carry out functional tests, and there are means of communication of the scarf ⁇ processing device designed to control, measuring and Zu - Exchange state data via a logical, secure data connection with the control unit. Controls through specific function ⁇ and a coordinated task sharing er réelle with the tax is achieved with economic cost a fail-safe execution.
  • the drive means are triggered by a logical command for the modulation of the pulse width
  • the circuit device is designed for a plurality of signal outputs.
  • several signal outputs can advantageously share the necessary core components, such as serial interface, microcontroller, energy converter.
  • the ratio of net ⁇ to gross data so Date and preamble, header, CRC, cheaper.
  • means for directly measuring the electrical operating parameters of the light-emitting diodes are provided for monitoring the signal states.
  • the electrical operating parameters are the current and voltage during operation of the diodes.
  • means are provided for detecting the light emitted by the light-emitting diodes, which are designed to carry out tests in the switched-on and / or switched-off state of the light-emitting diodes.
  • Kings ⁇ nen be provided when it is switched off phases short while when switched off briefly one emitting in the infrared LED is activated.
  • the data transmission between see control unit and signal generator via a 230 V power cable Since frequently already uses 230 V cable for data transfer be ⁇ , no new data cables must be installed, which would entail costly and often recountbehindernden civil engineering work. As a result, the known use of a coaxial cable is avoided, which was associated with correspondingly expensive connection assemblies.
  • a common signal line is provided for the energy supply and the data transmission between the signal generator and the control device.
  • a matched to the application of the control unit Powerline Communication (PLC short) is particularly suitable to ensure ei ⁇ ne reliable and powerful data transmission in the entire area of the traffic signal system on existing power cables.
  • PLC technology tolerates a network with technical problem areas such as unfinished lines, spur lines or branches.
  • the signal lines are used for energy and data transmission.
  • the number of connection points is particularly low.
  • a traffic detector arranged close to it can be connected to the signal transmitter, wherein traffic data detected by the traffic detector can be transmitted via the circuit devices to the control device. More and more frequently, for example, overhead arranged Ver ⁇ traffic detectors are used, which are mounted in the area of the signal transmitter of a light signal system. In the pre suggest ⁇ nen technology for no additional cables are needed, but the detector outputs can be acquired processing facilities and transferred from there to the control unit via special inputs of the scarf ⁇ .
  • the traffic signal system according to the invention for traffic control at a junction of the road traffic network comprises a plurality of signal transmitters 10, one of which is shown by way of example, a traffic detector 20 which can be arranged overhead on a signal mast, the signal transmitters 10 according to the invention via one, possibly a single, Wiring harness 30 are connected to a controller 40.
  • a signal generator 10 has at least one light emitting diode 11 for emitting a light signal - such as green, yellow or red light - which can be controlled by a arranged in or on the signal generator 10 circuit device.
  • the length of the line 30 is shortened, which in particular in the critical line part to a drastic reduction of all disturbances on the voltages and currents of the LED signal leads.
  • the circuit device in the signal transmitter 10 implements a simple and easily certifiable safety concept, in which the functions of the lamp switches previously arranged centrally in the control unit 40 and the driver circuits arranged in the signal generators 10 are merged.
  • a circuit device comprises an energy converter 12 for the light emitting diodes 11, which is connected to the power supply lines 31 of the wiring harness 30.
  • the control means 13 of the circuit device are triggered by a logical command for pulse width modulation and / or for lowering the amplitude of the light-emitting diodes 11 to be supplied
  • each signal generator 10 comprises a serial interface 17, which has a formed as a data bus line connection 32 is connected to a se ⁇ rial interface 45 of the controller 40.
  • this light detection means 18 which can be formed for example by a photodiode.
  • a short time off the light emitting diodes 11 can be made here, for example during operation.
  • a light-emitting diode 19 emitting in the infrared range is provided on the signal generator 10 of the illustrated embodiment, the radiation of which can likewise be detected by the detection means 18 and processed in the evaluation means 14.
  • the known indirect inference from the electric diode current to the luminous flux is no longer necessary.
  • the luminosity of the signal generator 10 can be monitored regardless of the number and efficiency of the LEDs 11.
  • the off ⁇ can output data of the transport detector 20 detects special inputs of the peripheral circuit device, and transferred from there via the wiring harness 30 to the controller 40 the advertising.
  • powerline communication For communication between signal generator 10 and controller 40 preferably powerline communication is used. Tuned to the application for control devices 40, this is particularly suitable si ⁇ chercirc on existing power cables reliable and efficient data transmission in the entire area of the controlled by the traffic signal crossing area.
  • the PLC technology tolerates line networks with problematic areas of the telecommunications industry, such as unconnected lines, spur lines and branches. If the same signal lines 30 are used for the power supply and the data transmission, the number of connection points can be minimized in a particularly advantageous manner. Alternatively, however, separate signal lines can also be used for the power supply and data transmission. Separate lines increase the transmission quality and compensate for the disadvantage of multiple connection points through savings, since the PLC transmitters are much simpler and the energy converters 12 can be executed without PLC high-frequency filters.

Landscapes

  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Road Signs Or Road Markings (AREA)

Description

Beschreibung
Lichtsignalanlage, insbesondere für den Straßenverkehr
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtsignalanlage, insbe¬ sondere für den Straßenverkehr, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Lichtsignalanlagen kommen vor allem in der Verkehrstechnik zur Verkehrssteuerung und -regelung zum Einsatz. Signalgeber, die zur Abgabe von Lichtzeichen für die Verkehrsteilnehmer vorgesehen sind, sind von Flughäfen, vom Eisenbahnverkehr und vor allem aus dem Straßeverkehr bekannt. Beispielsweise werden die sich an einem Knotenpunkt des Straßennetzes kreu- zenden, konkurrierenden Verkehrsströme, die durch Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Radfahrer und Fußgänger gebildet werden können, durch eine Vielzahl an Signalgebern gesteuert. Hierzu sind die Signalgeber an ein Steuergerät angeschlossen, von dem sie nach einem im Steuergerät ablaufenden Signalpro- gramm angesteuert werden.
Seit langem sind Signalgeber mit Glühlampen als Lichtquellen bestückt, wobei Schaltungseinrichtungen zur Ansteuerung und Überwachung der Signalgeber im Steuergerät eingesetzt werden, die auf die besonderen Eigenschaften von Glühlampen ausgelegt sind. In den letzten Jahren hat jedoch die Technologie der Leuchtdioden, kurz LED (englisch: Light emitting diodes) , so große Fortschritte gemacht, dass heute mit einigen wenigen - beispielsweise sechs - Hochleistungs-LED-Chips ein lichtnorm- gerechter, langlebiger und energiesparender Signalgeber aufgebaut werden kann. Aus Gründen der Verkehrssicherheit werden an die Komponenten von Lichtsignalanlagen hohe Sicherheitsanforderungen gestellt um Fehler bei der Abgabe von Lichtzei¬ chen zu vermeiden. Mit dem Übergang von Glühlampen zu Leucht- dioden sind neue Fehlermöglichkeiten entstanden, die durch geeignete Gegenmaßnahmen beherrscht werden müssen. Ein typischer Fehler besteht im ungewollten Ausbleiben eines Sperrsignals, beispielsweise eines roten Lichtzeichens an ei¬ ner Verkehrsampel. Herkömmliche Steuergeräte benutzten bei Glühlampen den elektrischen Stromzufluss als zuverlässigen Indikator für eine ausreichende Lichterzeugung in der Glühwendel. Dabei sorgt die Leistung der Glühlampen von mindes¬ tens 20 W für eine elektrische Stromstärke, die auch in einer ausgedehnten Lichtsignalanlage mit Erdverkabelung durch die Schaltungseinrichtung im Steuergerät zuverlässig überwacht werden kann. Bei der Verwendung von Leuchtdioden aufweisenden Signalgebern kann jedoch in einer Leuchtdiode ein Kurzschluss - Strom ohne Spannung oder eine Strompfadunterbrechung - Spannung ohne Strom - als Fehler auftreten. Es kann auch vorkommen, dass eine Leuchtdiode trotz normaler elektrischer Be- triebswerte kein Licht abgibt. Des Weiteren kann es vorkom¬ men, dass die den eigentlichen Leuchtdioden üblicherweise vorgeschaltete Treiberschaltung, z. B. ein getakteter Energiewandler, bei Bauteilefehlern Strom zieht, ohne die Leuchtdioden zu bestromen. Schließlich kann die Stromüberwachung im Steuergerät aufgrund der geringen Leistungsaufnahme von weni¬ ger als 10 W durch induktive, kapazitive oder ohmsche Stö¬ rungseinkopplungen auf den langen Erdleitungen erheblich gestört werden.
Ein anderer Fehlertyp ist das ungewollte Erscheinen eines
Freigabesignals, beispielsweise des grünen Lichtzeichens ei¬ ner Kreuzungsampel. Ein herkömmliches Steuergerät überwacht zur Erkennung dieses Fehlertyps die Signalleitung auf Überschreiten einer Spannung von ca. 60 V bei einem Nominalwert von 230 V und nimmt bei Unterschreiten dieses Grenzwertes an, dass die Glühlampe nicht leuchtet. Zwar nimmt die Glühlampe auch bei 60 V merklich Energie auf, sie gibt aber dabei kaum Licht im sichtbaren Spektralbereich ab. Bei Signalgebern mit Leuchtdioden muss hingegen damit gerechnet werden, dass auch eine sehr geringe Energieaufnahme zum Aufleuchten einer
Leuchtdiode, insbesondere bei Nacht, führt. Damit können im Gegensatz zu Glühlampen Leuchtdioden durch kapazitive Ein- kopplungen im Leitungsnetz des Signalgebers zum Aufleuchten gebracht werden.
Zur Lösung des ersten Fehlertyps ist es bekannt, mehrere Leuchtdioden so zu einem vermaschten LED-Array zusammen zu schalten, dass bei Kurzschluss oder Unterbrechung einer Leuchtdiode die Mehrzahl der restlichen Leuchtdioden weiterleuchtet. Ein gleichzeitiges Auftreten dieses Fehlers bei mehreren Leuchtdioden wird als unwahrscheinlich betrachtet. Des Weiteren kann die Treiberschaltung, also der Energiewandler, mit einer zusätzlichen Überwachungsschaltung ausgestattet werden, die bei fehlerhaften elektrischen Betriebswerten der Leuchtdioden eine spezielle Sicherung durchbrennt; mit dieser so genannten End-of-Life-Schaltung wird die Stromauf- nähme des Signalgebers analog zum Fadenbruch einer Glühlampe unterbrochen. Es ist jedoch anzumerken, dass jede zusätzliche Überwachungsschaltung an sich auch wieder eine potentielle Fehlerquelle darstellt und dass die Funktionsbereitschaft ei¬ ner End-of-Life-Überwachungsschaltung im Normalbetrieb des Signalgebers nicht getestet werden kann. Man kann auch auf die LED-spezifische Energieersparnis verzichten und die e- lektrische Leistung durch zusätzliche Verbraucherwiderstände anheben, wobei sicherheitstechnisch auf die sorgfältige Überwachung der Leuchtdioden zu achten ist. Ein anderer Lösungs- weg sieht eine Verminderung der Betriebsspannung - etwa 40 V statt 230 V - vor, um die zu überwachenden LED-Ströme wieder auf ein gut überwachbares Niveau anzuheben. Allerdings wird auch diese Methode in absehbarer Zeit unter den Einsatzbedingungen eines Steuergerätes an ihre Grenzen stoßen, da der technologische Trend bei Leuchtdioden zu immer niedrigerem Energieverbrauch geht .
Zu gattungsgemäßen Lichtsignalanlagen wird auf die DE-Pro- duktschrift „Der neue LED3 Signalgeber: Sicherheit mit Sys- tem" herausgegeben von der Siemens AG, Bestellnummer E10003- A800-W18, Ausgabe 004, 2003-12-03 sowie auf die DE-Produkt- schrift zum Steuergerät „SITRAFFIC C800V: Präzision und Zu¬ verlässigkeit auf höchstem Niveau", herausgegeben von der Siemens AG, Bestellnummer E10003-A800-W16, Ausgabe 002, 2002- 03-01 verwiesen. Das Verkehrssteuergerät steuert mittels ei¬ nes Prozessorsystems bis zu 48 Signalgruppen. Die Signalsi¬ cherung wird durch zwei unabhängige Mikroprozessoren fehler- sicher nach VDE0832 überwacht, wodurch verkehrsgefährdende Signalisierungszustände vollständig ausgeschlossen sind. Das Steuergerät weißt eine Schnittstelle zu einer übergeordneten Verkehrsrechner-Zentrale auf. Außerdem können über 80 Ver¬ kehrsdetektoren angeschlossen werden. Für die Ansteuerung der Signalgeber ist eine zentrale Schaltungseinrichtung vorgesehen, die aus Lampenschaltern für jeweils acht Signalgruppen von Signalgebern besteht. Zur Signalsicherung ist ein zweika- naliger Aufbau gewählt, wobei das Auftreten gefährdender Signalisierungszustände überwacht wird und widersprüchliche Sig- nalisierungszustände und defekte Lampen gemeldet werden. Bei Auftreten eines gefährdenden Signalisierungszustandes wird über Abschaltmittel der Teilknoten abgeschaltet, in dem die¬ ser Zustand aufgetreten ist. Bei den beschriebenen LED-Signalgebern stehen als zentrale Lichtquelle 12 bis 18 Leis- tungs-Leuchtdioden zur Verfügung. Die elektrische Schnittstelle zum Steuergerät bildet eine stromüberwachte Treiber¬ schaltung mit Energiewandler und End-of-Life-Sicherung. Ein LED-Signalgeber weist ein Gehäuse mit integrierter Kühlplatte auf, in dem ein LED-Board und zu dessen Energieversorgung ein Energiewandler angeordnet sind. Das Gehäuse wird frontseitig durch eine optische Linse sowie eine Fronlinse abgeschlossen. Jeder Signalgeber wird von seinem zentralen Lampenschalter im Steuergerät separat mit bis zu 250 m langen 230 V Erdkabeln als Energieversorgungsleitung verbunden, die erheblichen e- lektrischen Störeinflüssen ausgesetzt sind. Der sinkende
Leistungsverbrauch der LED-Signalgeber macht eine sichere Ü- berwachung immer schwieriger, erhöht das Risiko für störungsbedingte Abschaltungen und verringert damit die Verfügbarkeit der Lichtsignalanlage.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Licht¬ signalanlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, die trotz Verwendung von Signalgebern mit Leuchtdioden möglichst fehlersicher und dabei einfach im Aufbau ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine gat- tungsgemäße Lichtsignalanlage gelöst, bei der je Signalgeber eine in dessen unmittelbarer Nähe angeordnete Schaltungseinrichtung vorgesehen ist und bei der die Signalgeber über einen die Energieversorgungsleitungen und die Datenübertragungsleitungen aufweisenden Leitungsstrang mit dem Steuerge- rät verbunden sind. Durch die Verschiebung der Anordnung der Schaltungseinrichtungen vom Steuergerät in die dezentrale Peripherie der Signalgeber ergeben sich sehr kurze Kabellängen im kritischen Leitungsteil, was zu einer drastischen Reduzierung aller Störeinflüsse auf die Spannungen und Ströme des LED-Signals führt. Der Leitungsstrang kann in vorteilhafter Weise als Energie- und Datenbus zwischen Steuergerät und den Signalgebern ausgebildet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage weist die Schaltungseinrichtung neben Mit¬ teln zur Ansteuerung der Leuchtdioden auch Mittel zur Umwandlung der den Leuchtdioden zuzuführenden Energie sowie Mittel zur Überwachung der Strom- und/oder Spannungsbeaufschlagung der Leuchtdioden auf, die als gemeinsames Modul ausgebildet sind. Hierdurch werden die Funktionen der bislang zentral angeordneten Schaltungseinrichtungen sowie der Treiberschaltung im Signalgeber verschmolzen, was in vorteilhafter Weise die mehrfache Ausführung und Verkettung von Schaltungen zur Strom- und Spannungsüberwachung vermeidet. Das gesamte Kon- zept wird dadurch einfacher und lässt sicherheitstechnisch leichter zertifizieren . Die bislang im Treiber verwendete End-of-Life-Schaltung kann komplett entfallen. Im praktischen Betrieb erhöhen sich dadurch Verfügbarkeit und Sicherheit, während die Herstellkosten durch den geringeren Schaltungs- aufwand sinken.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage sind die Ansteuerungsmittel der Schaltungs- einrichtung dazu eingerichtet, die Signalausgänge nach Soll¬ vorgaben der Signalsteuerung anzusteuern, es sind Auswertungsmittel der Schaltungseinrichtung dazu ausgebildet, Be¬ triebsparameter redundant zu erfassen und Funktionstests durchzuführen, und es sind Kommunikationsmittel der Schal¬ tungseinrichtung dazu ausgebildet, Steuer-, Mess- und Zu- standsdaten über eine logische, gesicherte Datenverbindung mit dem Steuergerät auszutauschen. Durch gezielte Funktions¬ kontrollen und eine abgestimmte Aufgabenteilung mit dem Steu- ergerät wird mit wirtschaftlichem Aufwand eine fehlersichere Ausführung erreicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage sind die Ansteuerungsmittel durch einen lo- gischen Befehl ausgelöst zur Modulation der Pulsweite und
/oder zur Absenkung der Amplitude des den Leuchtdioden zuzuführen Stromes ausgebildet. Dies ermöglicht ein softwarege¬ steuertes feinstufiges Abdimmen der Leuchtdioden, wobei sogar einzelne etwa akustische Signale beim Dimmen ausgenommen wer- den können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage ist die Schaltungseinrichtung für mehrere Signalausgänge ausgelegt. Dadurch können mehrere Signalaus- gänge die stets erforderlichen Kernkomponenten, wie serielle Schnittstelle, MikroController, Energiewandler, vorteilhaft teilen. Außerdem wird in den resultierenden Datentelegrammen zwischen Steuergerät und Signalgebern das Verhältnis von Net¬ to- zu Bruttodaten, also Date und Preamble, Header, CRC, günstiger.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage sind zur Überwachung der Signalzu¬ stände Mittel zur direkten Messung der elektrischen Betriebs- parameter der Leuchtdioden vorgesehen. Die elektrischen Betriebsparameter sind der Strom und die Spannung im Betrieb der Dioden. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage sind Mittel zur Erfassung des von den Leuchtdioden emittierten Lichts vorgesehen, die zur Ausführung von Tests im eingeschalteten und/oder ausgeschal- teten Zustand der Leuchtdioden ausgebildet sind. Hierbei kön¬ nen im eingeschalteten Zustand kurze Ausschaltphasen vorgesehen sein, während im ausgeschalteten Zustand kurzzeitig eine im Infrarot emittierende Leuchtdiode aktiviert wird. Durch solche regelmäßigen, dynamischen Tests der Lichtmessung kann der Einfluss der Umgebungslichts kompensiert und die gesamte Erfassungskette fortlaufend überprüft werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage erfolgt die Datenübertragung zwi- sehen Steuergerät und Signalgeber über ein 230 V-Stromkabel . Da häufig bereits 230 V-Kabel für die Datenübertragung be¬ nutzt werden, müssen keine neuen Datenkabel verlegt werden, was mit aufwendigen und oft Verkehrsbehindernden Tiefbauarbeiten verbunden wäre. Hierdurch wird auch die bekannte Ver- wendung eines Koaxialkabels vermieden, was mit entsprechend aufwendigen Anschlussmontagen verbunden war.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage sind für die Energieversorgung und die Da- tenübertragung zwischen Signalgeber und Steuergerät eine gemeinsame Signalleitung vorgesehen. Eine auf die Anwendung des Steuergeräts abgestimmte Powerline-Communication (kurz PLC) ist besonders dafür geeignet, auf vorhandenen Stromkabeln ei¬ ne zuverlässige und leistungsfähige Datenübertragung im ge- samten Bereich der Lichtsignalanlage sicherzustellen. Zudem toleriert die PLC-Technik ein Netz mit nachrichtentechnischen Problemstellen, wie unabgeschlossene Leitungen, Stichleitungen oder Abzweigungen.
Vorzugsweise werden bei erfindungsgemäßen Lichtsignalanlagen die Signalleitungen für Energie- und Datenübertragung eingesetzt. Wenn die Energieversorgung und die Datenübertragung über die gleichen Leitungen geführt werden, ist die Zahl der Anschlussstellen besonders gering.
Vorzugsweise sind bei erfindungsgemäßen Lichtsignalanlagen für die Energieversorgung und die Datenübertragung zwischen Signalgeber und Steuergerät voneinander getrennte Signallei¬ tungen vorgesehen sind. Bei getrennten Signalleitungen gibt es zwar mehr Anschlussstellen, aber man hat eine höhere Übertragungsqualität und auch Einsparungen, weil die PLC-Trans- mitter erheblich einfacher und die Energiewandler ohne PLC- Hochfrequenzfilter ausgeführt werden können.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage ist an den Signalgeber ein in des- sen Nähe angeordneter Verkehrsdetektor anschließbar, wobei vom Verkehrsdetektor erfasste Verkehrsdaten über die Schaltungseinrichtungen zum Steuergerät übertragbar sind. Immer häufiger kommen beispielsweise über Kopf angeordnete Ver¬ kehrsdetektoren zum Einsatz, die im Bereich der Signalgeber einer Lichtsignalanlage montiert sind. Bei der vorgeschlage¬ nen Technik sind dafür keine extra Kabel nötig, sondern die Detektorausgänge können über spezielle Eingänge der Schal¬ tungseinrichtungen erfasst und von dort zum Steuergerät übertragen werden.
Weitere Vorteile einer erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel, welches anhand der Zeichnung näher erläutert wird, in deren einziger Figur ein Steuergerät mit daran angeschlossenem Signalgeber schema- tisch veranschaulicht ist.
Die erfindungsgemäße Lichtsignalanlage zur Verkehrssteuerung an einem Knotenpunkt des Straßenverkehrsnetzes umfasst eine Mehrzahl an Signalgebern 10, von denen exemplarisch einer dargestellt ist, einen Verkehrsdetektor 20, der über Kopf an einem Signalmast angeordnet sein kann, wobei die Signalgeber 10 erfindungsgemäß über einen, gegebenenfalls einen einzigen, Leitungsstrang 30 mit einem Steuergerät 40 verbunden sind. Ein Signalgeber 10 weist mindestens eine Leuchtdiode 11 zur Abgabe eines Lichtzeichens - etwa Grün-, Gelb- oder Rotlicht - auf, die durch eine im oder am Signalgeber 10 angeordnete Schaltungseinrichtung ansteuerbar ist. Durch die dezentrale periphere Anordnung der Schaltungseinrichtung in unmittelbarer Nähe des Signalgebers 10 und durch die Verbindung der Signalgeber 10 mit dem Steuergerät 40 über einen einzigen Leitungsstrang 30 wird erfindungsgemäß erreicht, dass die Länge der Leitung 30 verkürzt wird, was insbesondere im kri- tischen Leitungsteil zu einer drastischen Reduzierung aller Störeinflüsse auf die Spannungen und Ströme des LED-Signals führt .
Die Schaltungseinrichtung im Signalgeber 10 verwirklicht er- findungsgemäß ein einfaches und sicherheitstechnisch leicht zertifizierbares Konzept, in dem die Funktionen der bislang zentral im Steuergerät 40 angeordneten Lampenschalter und der in den Signalgebern 10 angeordneten Treiberschaltungen verschmolzen werden. Hierfür umfasst eine Schaltungseinrichtung einen Energiewandler 12 für die Leuchtdioden 11, welcher mit den Energieversorgungsleitungen 31 des Leitungsstrangs 30 verbunden ist. Zum Abdimmen der Leuchtdioden 11 sind die An- steuerungsmittel 13 der Schaltungseinrichtung durch einen logischen Befehl ausgelöst zur Pulsweitemodulation und/oder zur Amplitudenabsenkung des den Leuchtdioden 11 zuzuführenden
Stromes I ausgebildet. Dies erlaubt ein softwaregesteuertes feinstufiges Abdimmen der Leuchtdioden 11. Die Ansteuerungs- mittel 13 steuern dabei die Signalausgänge, vorzugsweise meh¬ rere Signalausgänge, nach Sollvorgaben an. Mit Auswertemit- teln 14 können Betriebsparameter redundant erfasst und Funktionstests durchgeführt werden. Hierzu sind Überwachungsmit¬ tel 16 vorgesehen, mittels derer Strom- und Spannungsbeauf¬ schlagung der Leuchtdioden 11 gemessen werden können. Mit Hilfe von Kommunikationsmitteln 15 werden Steuer-, Mess- und Zustandsdaten über eine logisch gesicherte Datenverbindung mit dem Steuergerät 40 ausgetauscht. Hierzu umfasst jeder Signalgeber 10 eine serielle Schnittstelle 17, die über eine als Datenbus ausgebildete Leitungsverbindung 32 mit einer se¬ riellen Schnittstelle 45 des Steuergeräts 40 verbunden ist.
Zur direkten Überwachung der Leuchtstärke des Signalgebers 10 umfasst dieser Lichterfassungsmittel 18, die beispielsweise durch eine Fotodiode gebildet werden können. Als Funktions¬ test kann hier beispielsweise im laufenden Betrieb ein kurzzeitiges Ausschalten der Leuchtdioden 11 erfolgen. Um den Einfluss des Umgebungslichts kompensieren zu können, ist am Signalgeber 10 des dargestellten Ausführungsbeispiels eine im Infrarotbereich emittierende Leuchtdiode 19 vorgesehen, deren Strahlung ebenfalls von den Erfassungsmitteln 18 detektiert und in den Auswertungsmitteln 14 verarbeitet werden kann. Damit ist die bekannte indirekte Schlussweise vom elektrischen Diodenstrom auf den Lichtstrom nicht mehr nötig. Die Leuchtstärke des Signalsgebers 10 kann unabhängig von Anzahl und Wirkungsgrad der Leuchtdioden 11 überwacht werden.
Mit Vorteil sind beim erfindungsgemäßen Anschluss eines über Kopf angeordneten Verkehrsdetektors 20 keine extra Kabel zum Steuergerät 40 erforderlich. Statt dessen können die Aus¬ gangsdaten des Verkehrsdetektors 20 über spezielle Eingänge der peripheren Schaltungseinrichtung erfasst und von dort ü- ber den Leitungsstrang 30 zum Steuergerät 40 übertragen wer- den.
Zur Kommunikation zwischen Signalgebern 10 und Steuergerät 40 wird vorzugsweise Powerline-Communication eingesetzt. Auf die Anwendung für Steuergeräte 40 abgestimmt, ist diese besonders geeignet, auf vorhandenen Stromkabeln eine zuverlässige und leistungsfähige Datenübertragung im gesamten Bereich des durch die Lichtsignalanlage geregelten Kreuzungsbereichs si¬ cherzustellen. Zudem toleriert die PLC-Technik Leitungsnetze mit nachrichtentechnischen Problemstellen, wie unabgeschlos- sene Leitungen, Stichleitungen und Abzweigungen. Wenn für die Energieversorgung und die Datenübertragung die gleichen Signalleitungen 30 genutzt werden, kann man in besonders vorteilhafter Weise die Anzahl von Anschlussstellen gering hal- ten. Alternativ können aber auch für die Energieversorgung und Datenübertragung getrennte Signalleitungen genutzt werden. Separate Leitungen erhöhen die Übertragungsqualität und kompensieren den Nachteil von mehreren Anschlussstellen durch Einsparungen, da die PLC-Transmitter erheblich einfacher und die Energiewandler 12 ohne PLC-Hochfrequenzfilter ausgeführt werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Lichtsignalanlage, insbesondere für den Straßenverkehr, mit mindestens einem Leuchtdioden (11) aufweisenden Signalge- ber (10) zur Abgabe eines Lichtzeichens, mit einem Steuerge¬ rät (40) zur Ansteuerung, Auswertung und Überwachung der Signalgeber (10), mit Leitungen (31) zur Energieversorgung und Leitungen (32) zur Datenübertragung zwischen dem Steuergerät (40) und den Signalgebern (10), und mit einer Schaltungsein- richtung zur Ansteuerung der Signalgeber (10), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass je Signalge¬ ber (10) eine in dessen unmittelbare Nähe angeordnete Schal¬ tungseinrichtung vorgesehen ist, und dass die Signalgeber (10) über einen die Energieversorgungsleitungen (31) und die Datenübertragungsleitungen (32) aufweisenden Leitungsstrang (30) mit dem Steuergerät (40) verbunden sind.
2. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schal- tungseinrichtung neben Mitteln (13) zur Ansteuerung der
Leuchtdioden (11) auch Mittel (12) zur Umwandlung der den Leuchtdioden (11) zuzuführenden Energie sowie Mittel (14, 16) zur Überwachung der Strom- und/oder Spannungsbeaufschlagung der Leuchtdioden (11) aufweist, die als gemeinsames Modul ausgebildet sind.
3. Lichtsignalanlage nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ansteue- rungsmittel (13) der Schaltungseinrichtung dazu eingerichtet sind, die Signalausgänge nach Sollvorgaben der Signalsteue¬ rung anzusteuern, dass Auswertemittel (14) der Schaltungseinrichtung dazu ausgebildet sind, Betriebsparameter redundant zu erfassen und Funktionstests durchzuführen, und dass Kommu¬ nikationsmittel (15) der Schaltungseinrichtung dazu ausgebil- det sind, Steuer-, Mess- und Zustandsdaten über eine logi¬ sche, gesicherte Datenverbindung mit dem Steuergerät (40) auszutauschen .
4. Lichtsignalanlage nach Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ansteue- rungsmittel (13) durch einen logischen Befehl ausgelöst zur Modulation der Pulsweite und/oder zur Absenkung der Amplitude des den Leuchtdioden (11) zuzuführenden Stromes (I) ausgebildet sind.
5. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schal- tungseinrichtung für mehrere Signalausgänge ausgelegt ist.
6. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zur Überwa¬ chung der Signalzustände Mittel (16) zur direkten Messung des den Leuchtdioden (11) beaufschlagten Stromes (I) vorgesehen sind.
7. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Mittel (18) zum Erfassen des von den Leuchtdioden (11) emittierten Lichts vorgesehen sind, die zur Ausführung von Tests im eingeschalteten und/oder ausgeschalteten Zustand der Leuchtdioden (11) ausgebildet sind.
8. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Leitun¬ gen (32) zur Datenübertragung zwischen Steuergerät (40) und Signalgeber (10) als 230V-Stromkabel ausgeführt sind.
9. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für die E- nergieversorgung und die Datenübertragung zwischen Signalgeber (10) und Steuergerät (40) eine gemeinsame Signalleitung vorgesehen ist.
10. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für die E- nergieversorgung und die Datenübertragung zwischen Signalge- ber (10) und Steuergerät (40) voneinander getrennte Signal¬ leitungen (31 bzw. 32) vorgesehen sind.
11. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an den Sig¬ nalgeber (10) ein in dessen Nähe angeordneter Verkehrsdetektor (20) anschließbar ist, wobei vom Verkehrsdetektor (20) erfasste Verkehrsdaten über die Schaltungseinrichtung zum Steuergerät (40) übertragbar sind.
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