EP1902437B1 - LICHTSIGNALANLAGE, INSBESONDERE FÜR DEN STRAßENVERKEHR - Google Patents

LICHTSIGNALANLAGE, INSBESONDERE FÜR DEN STRAßENVERKEHR Download PDF

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EP1902437B1
EP1902437B1 EP06764037A EP06764037A EP1902437B1 EP 1902437 B1 EP1902437 B1 EP 1902437B1 EP 06764037 A EP06764037 A EP 06764037A EP 06764037 A EP06764037 A EP 06764037A EP 1902437 B1 EP1902437 B1 EP 1902437B1
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EP
European Patent Office
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light
signal
control unit
emitting diodes
traffic
Prior art date
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EP06764037A
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English (en)
French (fr)
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EP1902437A1 (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
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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

  • the invention relates to a traffic signal system for 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, above all, from road traffic.
  • the competing traffic streams crossing at a junction of the road network which may be formed by motor vehicles, rail vehicles, cyclists and pedestrians, are controlled by a plurality of signalers.
  • the signal generator are connected to a control unit, by which they are controlled by a signal program running in the control unit.
  • a typical error is the unwanted absence of a blocking signal, for example a red light signal at a traffic light.
  • Conventional control units use incandescent lamps for the electrical power supply as a reliable indicator of sufficient light generation in the filament.
  • the performance of incandescent lamps of at least 20 W ensures an electric current that can be reliably monitored even in an extensive traffic signal system with earth cabling by the circuit device in the control unit.
  • signal transmitters with LEDs a short circuit - current without voltage - or a current path interruption - voltage without current - can occur as a fault in a light emitting diode. It can also happen that a light-emitting diode does not emit light despite normal electrical operating values.
  • Another type of error is the unwanted appearance of a release signal, such as the green light of a crossing traffic light.
  • 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.
  • signal transmitters with light-emitting diodes on the other hand, it must be expected that even a very low power consumption leads to the illumination of a light-emitting diode, in particular at night.
  • incandescent light-emitting diodes by capacitive coupling be illuminated in the line network of the signal generator.
  • 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 analogously to the thread breakage of a light bulb.
  • each additional monitoring circuit itself is also a potential source of error and that the operational readiness of an end-of-life monitoring circuit can not be tested during normal operation of the signaling device. It is also possible to dispense with the LED-specific energy savings and increase the electrical power through additional consumer resistance, while safety is to pay attention to the careful monitoring of the light-emitting diodes.
  • Another solution provides for a reduction of the operating voltage - about 40 V instead of 230 V - in order to raise the monitored LED currents back to a well-monitored level. However, even in the foreseeable future, 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.
  • the traffic control unit controls up to 48 signal groups by means of a processor system.
  • the signal protection is monitored by two independent microprocessors fail-safe according to VDE0832, which completely excludes traffic-endangering signaling states.
  • the control unit has an interface to a higher-level traffic control center. In addition, more than 80 traffic detectors can be connected.
  • a central circuit device 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. If a dangerous signaling state occurs, the partial node in which this state has occurred is switched off via switch-off means.
  • power LEDs are available as a central light source.
  • the electrical interface to the control unit forms a current-monitored driver circuit with energy converter and end-of-life fuse.
  • 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 generator is connected separately from its central lamp switch in the control unit with up to 250 m long 230 V underground cables as power supply line, which are exposed to considerable electrical interference.
  • the decreasing power consumption of the LED signal heads makes secure monitoring ever more difficult, increases the risk of interference-related shutdowns and thus reduces the availability of the traffic signal system.
  • the traffic signal is with at least equipped with a signal generator whose light source is formed by arranged in the form of a matrix LEDs.
  • a signal generator whose light source is formed by arranged in the form of a matrix LEDs.
  • each signal generator is connected to a switching and evaluation device, which in turn is connected to a device control.
  • the device controller controls the operating states of the signal generator according to a predetermined signal plan.
  • the switching and evaluation device generates signal control signals for switching on and off of signal diodes of the signal transmitters and test control signals for switching on or off a test diode. From the signal generator, the switching and evaluation device receives a light sensor signal from a light sensor for monitoring the function of the signal generator, which receives light from the test diode.
  • the switching on and off as well as the monitoring of the signal transmitter are thus carried out for all signal generator of the traffic signal system centrally from their device control with switching and evaluation.
  • the signal generator control associated with each signal generator which is arranged directly in the housing of the signal generator, it is an LED driver.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a traffic signal of the type mentioned, the despite using signalers with LEDs as fail-safe and easy to set up.
  • the above object is achieved by a generic traffic signal system, which has the characterizing features of claim 1.
  • a generic traffic signal system which has the characterizing features of claim 1.
  • very short cable lengths result in the critical line part, resulting in a drastic reduction of all interference on the voltages and currents of the LED signal.
  • the wiring harness can be formed in an advantageous manner as an energy and data bus between the control unit and the signal generators.
  • circuit means in addition to means for controlling the light-emitting diodes also means for converting the LEDs to be supplied energy and means for monitoring the current and / orchrosbeetzschlagung the light-emitting diodes, which are designed as a common module, the functions of the previously centrally arranged circuit devices and the Driver circuit fused in the signal generator, which advantageously avoids the multiple execution and concatenation of circuits for current and voltage monitoring.
  • This makes the entire 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, thereby increasing availability and security, while the manufacturing costs are reduced by the lower circuit complexity.
  • Driving means of the circuit device are set up to control the signal outputs according to the signal controller's default settings.
  • Evaluation means of the circuit device are designed to detect operating parameters redundantly and to carry out functional tests.
  • Communication means of the circuit device are designed to exchange control, measurement and status data via a logical, secure data connection with the control unit. Through targeted functional checks and a coordinated division of tasks with the control unit, a failsafe design is achieved with economic outlay.
  • the drive means are triggered by a logical command to modulate the pulse width and / or to reduce the amplitude of the light-emitting diodes to supply current. This allows a software-controlled fine-level dimming of the LEDs, with even individual about acoustic signals can be excluded when dimming.
  • the circuit device is designed for a plurality of signal outputs.
  • several signal outputs can always share the necessary core components, such as serial interface, microcontroller, energy converter.
  • the ratio of net data to gross data that is, date and preamble, header, CRC, becomes more favorable in the resulting data telegrams between the control unit and the signalers.
  • means for direct measurement of 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.
  • the switched-on state short switch-off phases may be provided, while in the switched-off state, a light emitting diode emitting in the infrared is activated for a short time.
  • the data transmission between the control unit and signal generator via a 230 V power cable since 230 V cables are often used for data transmission, no new data cables need to be laid, which would be associated with complex and often traffic-obstructing 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 Powerline Communication (PLC) tailored to the application of the control unit is particularly suitable for ensuring reliable and efficient data transmission over 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.
  • separate signal lines are provided in light signaling systems according to the invention for the power supply and the data transmission between the signal generator and the control unit.
  • separate signal lines there are more connection points, but you have a higher transmission quality and also savings, because the PLC transmitters much easier and the energy converter can be run without PLC high-frequency filter.
  • a traffic detector arranged in the vicinity thereof 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 traffic detectors are used, which are mounted in the area of the signal generator of a traffic signal system. In the proposed technique, no extra cables are required, but the detector outputs can be detected via special inputs of the circuit devices and transmitted from there to the control unit.
  • 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 interference to 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 drive means 13 of the circuit device are triggered by a logic command for pulse width modulation and / or for lowering the amplitude of the light emitting diodes 11 to be supplied current I formed. This allows a software-controlled fine-level dimming of the LEDs 11.
  • the control means 13 control the signal outputs, preferably a plurality of signal outputs, according to target specifications.
  • evaluation means 14 operating parameters can be detected redundant and functional tests are performed.
  • monitoring means 16 are provided, by means of which current and voltage application of the light-emitting diodes 11 can be measured.
  • control, measurement and status data are exchanged with the control unit 40 via a logically secured data connection.
  • each signal generator 10 comprises a serial interface 17, which has a formed as a data bus line connection 32 is connected to a serial interface 45 of the controller 40.
  • this light detection means 18 which can be formed for example by a photodiode.
  • a short-term switching off of the LEDs 11 can take place 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 output data of the traffic detector 20 can be detected via special inputs of the peripheral circuit device and transmitted from there via the wiring harness 30 to the control unit 40.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtsignalanlage 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 vor allem aus dem Straßeverkehr bekannt. Beispielsweise werden die sich an einem Knotenpunkt des Straßennetzes kreuzenden, 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 Signalprogramm 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 lichtnormgerechter, 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 Lichtzeichen zu vermeiden. Mit dem Übergang von Glühlampen zu Leuchtdioden 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 einer Verkehrsampel. Herkömmliche Steuergeräte benutzen bei Glühlampen den elektrischen Stromzufluss als zuverlässigen Indikator für eine ausreichende Lichterzeugung in der Glühwendel. Dabei sorgt die Leistung der Glühlampen von mindestens 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 Betriebswerte kein Licht abgibt. Des Weiteren kann es vorkommen, 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 weniger als 10 W durch induktive, kapazitive oder ohmsche Störungseinkopplungen auf den langen Erdleitungen erheblich gestört werden.
  • Ein anderer Fehlertyp ist das ungewollte Erscheinen eines Freigabesignals, beispielsweise des grünen Lichtzeichens einer 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 Einkopplungen 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 Stromaufnahme 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 einer End-of-Life-Überwachungsschaltung im Normalbetrieb des Signalgebers nicht getestet werden kann. Man kann auch auf die LED-spezifische Energieersparnis verzichten und die elektrische Leistung durch zusätzliche Verbraucherwiderstände anheben, wobei sicherheitstechnisch auf die sorgfältige Überwachung der Leuchtdioden zu achten ist. Ein anderer Lösungsweg 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-Produktschrift "Der neue LED3 Signalgeber: Sicherheit mit System" herausgegeben von der Siemens AG, Bestellnummer E10003-A800-W18, Ausgabe 004, 2003-12-03 sowie auf die DE-Produktschrift zum Steuergerät "SITRAFFIC C800V: Präzision und Zuverlässigkeit auf höchstem Niveau", herausgegeben von der Siemens AG, Bestellnummer E10003-A800-W16, Ausgabe 002, 2002-03-01 verwiesen. Das Verkehrssteuergerät steuert mittels eines Prozessorsystems bis zu 48 Signalgruppen. Die Signalsicherung wird durch zwei unabhängige Mikroprozessoren fehlersicher nach VDE0832 überwacht, wodurch verkehrsgefährdende Signalisierungszustände vollständig ausgeschlossen sind. Das Steuergerät weist eine Schnittstelle zu einer übergeordneten Verkehrsrechner-Zentrale auf. Außerdem können über 80 Verkehrsdetektoren 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 zweikanaliger Aufbau gewählt, wobei das Auftreten gefährdender Signalisierungszustände überwacht wird und widersprüchliche Signalisierungszustände und defekte Lampen gemeldet werden. Bei Auftreten eines gefährdenden Signalisierungszustandes wird über Abschaltmittel der Teilknoten abgeschaltet, in dem dieser Zustand aufgetreten ist. Bei den beschriebenen LED-Signalgebern stehen als zentrale Lichtquelle 12 bis 18 Leistungs-Leuchtdioden zur Verfügung. Die elektrische Schnittstelle zum Steuergerät bildet eine stromüberwachte Treiberschaltung 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 Frontlinse 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 elektrischen Störeinflüssen ausgesetzt sind. Der sinkende Leistungsverbrauch der LED-Signalgeber macht eine sichere Überwachung immer schwieriger, erhöht das Risiko für störungsbedingte Abschaltungen und verringert damit die Verfügbarkeit der Lichtsignalanlage.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 974 947 A1 sind eine Lichtsignalanlage sowie ein Verfahren zum Überwachen der Lichtsignalanlage bekannt. Die Lichtsignalanlage ist mit mindestens einem Signalgeber ausgestattet, dessen Lichtquelle durch in Form einer Matrix angeordnete Leuchtdioden gebildet ist. Über Versorgungs- und Steuerleitungen ist jeder Signalgeber mit einer Schalt- und Auswerteeinrichtung verbunden, die ihrerseits an eine Gerätesteuerung angeschlossen ist. Die Gerätesteuerung steuert die Betriebszustände der Signalgeber entsprechend einem vorbestimmten Signalplan. Die Schalt- und Auswerteeinrichtung generiert Signalsteuersignale zum Ein- bzw. Ausschalten von Signaldioden der Signalgeber und Teststeuersignale zum Ein- bzw. Ausschalten einer Testdiode. Vom Signalgeber erhält die Schalt- und Auswerteeinrichtung ein Lichtsensorsignal von einem Lichtsensor zur Überwachung der Funktion des Signalgebers, der Licht von der Testdiode empfängt.
  • Das Ein- bzw. Ausschalten sowie die Überwachung der Signalgeber erfolgen damit für alle Signalgeber der Lichtsignalanlage zentral von ihrer Gerätesteuerung mit Schalt- und Auswerteeinrichtung aus. Bei der jedem Signalgeber zugeordneten Signalgebersteuerung, der unmittelbar im Gehäuse der Signalgeber angeordnet ist, handelt es sich um einen LED-Treiber.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtsignalanlage 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 gattungsgemäße Lichtsignalanlage gelöst, welche die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist. 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. Indem die Schaltungseinrichtung neben Mitteln zur Ansteuerung der Leuchtdioden auch Mittel zur Umwandlung der den Leuchtdioden zuzuführenden Energie sowie Mittel zur Überwachung der Strom- und/oder Spannungsbeaufschlagung der Leuchtdioden aufweist, die als gemeinsames Modul ausgebildet sind, 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 Konzept 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 Schaltungsaufwand sinken. Ansteuerungsmittel der Schaltungseinrichtung sind dazu eingerichtet, die Signalausgänge nach Sollvorgaben der Signalsteuerung anzusteuern. Auswertungsmittel der Schaltungseinrichtung sind dazu ausgebildet, Betriebsparameter redundant zu erfassen und Funktionstests durchzuführen. Kommunikationsmittel der Schaltungseinrichtung sind dazu ausgebildet, Steuer-, Mess- und Zustandsdaten über eine logische, gesicherte Datenverbindung mit dem Steuergerät auszutauschen. Durch gezielte Funktionskontrollen und eine abgestimmte Aufgabenteilung mit dem Steuergerät wird mit wirtschaftlichem Aufwand eine fehlersichere Ausführung erreicht.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage sind die Ansteuerungsmittel durch einen logischen Befehl ausgelöst zur Modulation der Pulsweite und /oder zur Absenkung der Amplitude des den Leuchtdioden zuzuführen Stromes ausgebildet. Dies ermöglicht ein softwaregesteuertes feinstufiges Abdimmen der Leuchtdioden, wobei sogar einzelne etwa akustische Signale beim Dimmen ausgenommen werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage ist die Schaltungseinrichtung für mehrere Signalausgänge ausgelegt. Dadurch können mehrere Signalausgänge die stets erforderlichen Kernkomponenten, wie serielle Schnittstelle, Mikrocontroller, Energiewandler, vorteilhaft teilen. Außerdem wird in den resultierenden Datentelegrammen zwischen Steuergerät und Signalgebern das Verhältnis von Netto- zu Bruttodaten, also Date und Preamble, Header, CRC, günstiger.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage sind zur Überwachung der Signalzustände Mittel zur direkten Messung der elektrischen Betriebsparameter 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 ausgeschalteten Zustand der Leuchtdioden ausgebildet sind. Hierbei können 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 zwischen Steuergerät und Signalgeber über ein 230 V-Stromkabel. Da häufig bereits 230 V-Kabel für die Datenübertragung benutzt werden, müssen keine neuen Datenkabel verlegt werden, was mit aufwendigen und oft verkehrsbehindernden Tiefbauarbeiten verbunden wäre. Hierdurch wird auch die bekannte Verwendung eines Koaxialkabels vermieden, was mit entsprechend aufwendigen Anschlussmontagen verbunden war.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lichtsignalanlage sind für die Energieversorgung und die Datenübertragung 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 eine zuverlässige und leistungsfähige Datenübertragung im gesamten 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 Signalleitungen vorgesehen sind. Bei getrennten Signalleitungen gibt es zwar mehr Anschlussstellen, aber man hat eine höhere Übertragungsqualität und auch Einsparungen, weil die PLC-Transmitter 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 dessen Nähe angeordneter Verkehrsdetektor anschließbar, wobei vom Verkehrsdetektor erfasste Verkehrsdaten über die Schaltungseinrichtungen zum Steuergerät übertragbar sind. Immer häufiger kommen beispielsweise über Kopf angeordnete Verkehrsdetektoren zum Einsatz, die im Bereich der Signalgeber einer Lichtsignalanlage montiert sind. Bei der vorgeschlagenen Technik sind dafür keine extra Kabel nötig, sondern die Detektorausgänge können über spezielle Eingänge der Schaltungseinrichtungen 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 schematisch 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 kritischen Leitungsteil zu einer drastischen Reduzierung aller Störeinflüsse auf die Spannungen und Ströme des LED-Signals führt.
  • Die Schaltungseinrichtung im Signalgeber 10 verwirklicht erfindungsgemäß 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 Ansteuerungsmittel 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 Ansteuerungsmittel 13 steuern dabei die Signalausgänge, vorzugsweise mehrere Signalausgänge, nach Sollvorgaben an. Mit Auswertemitteln 14 können Betriebsparameter redundant erfasst und Funktionstests durchgeführt werden. Hierzu sind Überwachungsmittel 16 vorgesehen, mittels derer Strom- und Spannungsbeaufschlagung 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 seriellen 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 Funktionstest 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 Ausgangsdaten des Verkehrsdetektors 20 über spezielle Eingänge der peripheren Schaltungseinrichtung erfasst und von dort über den Leitungsstrang 30 zum Steuergerät 40 übertragen werden.
  • Zur Kommunikation zwischen Signalgebern 10 und Steuergerät 40 wird 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 sicherzustellen. Zudem toleriert die PLC-Technik Leitungsnetze mit nachrichtentechnischen Problemstellen, wie unabgeschlossene 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 halten. 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 (7)

  1. Lichtsignalanlage für den Straßenverkehr,
    - mit mindestens einem Leuchtdioden (11) aufweisenden Signalgeber (10) zur Abgabe eines Lichtzeichens,
    - mit einem Steuergerät (40) zur Ansteuerung, Auswertung und Überwachung der Signalgeber (10),
    - und mit Leitungen (31) zur Energieversorgung zwischen dem Steuergerät (40) und den Signalgebern (10),
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass je Signalgeber (10) eine in dessen unmittelbarer Nähe im oder am Signalgeber (10) angeordnete Schaltungseinrichtung vorgesehen ist, welche für mehrere Signalausgänge ausgelegt ist und
    - Mittel (13) zur Ansteuerung der Leuchtdioden (11), die dazu eingerichtet sind, die Signalausgänge nach Sollvorgaben der Signalsteuerung anzusteuern,
    - Mittel (12) zur Umwandlung der den Leuchtdioden (11) zuzuführenden Energie,
    - Mittel (14) zur Überwachung der Strom- und/oder Spannungsbeaufschlagung der Leuchtdioden (11), die dazu ausgebildet sind, Betriebsparameter redundant zu erfassen und Funktionstests durchzuführen,
    - und Kommunikationsmittel (15), die dazu ausgebildet sind, Steuer-, Mess- und Zustandsdaten über eine logische, gesicherte Datenverbindung mit dem Steuergerät (40) auszutauschen,
    aufweist, die als gemeinsames Modul ausgebildet sind,
    - dass die Signalgeber (10) über einen einzigen die Energieversorgungsleitungen (31) und Datenübertragungsleitungen (32) aufweisenden Leitungsstrang (30) mit dem Steuergerät (40) verbunden sind,
    - und dass die Leitungen (32) zur Datenübertragung zwischen Steuergerät (40) und wenigstens einem Signalgeber (10) als Erd-Stromkabel ausgeführt sind, wobei Steuergerät (10) und Signalgeber (10) zur Datenübertragung mittels Powerline-Communication ausgebildet sind.
  2. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungsmittel (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.
  3. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Signalzustände Mittel (16) zur direkten Messung des den Leuchtdioden (11) beaufschlagten Stromes (I) vorgesehen sind.
  4. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, 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.
  5. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass für die Energieversorgung und die Datenübertragung zwischen Signalgeber (10) und Steuergerät (40) eine gemeinsame Signalleitung vorgesehen ist.
  6. Lichtsignalanlage nach Anspruch 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass für die Energieversorgung und die Datenübertragung zwischen Signalgeber (10) und Steuergerät (40) voneinander getrennte Signalleitungen (31 bzw. 32) vorgesehen sind.
  7. Lichtsignalanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass an den Signalgeber (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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