EP2622944B1

EP2622944B1 - Steuer- und regeleinrichtung für eine gasentladungslampe eines kraftfahrzeugscheinwerfers

Info

Publication number: EP2622944B1
Application number: EP11757283.4A
Authority: EP
Inventors: Rüdiger LAUBENSTEIN; Christian Johann
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: WO2012041692A2; DE102010041830A1; CN103141161A; EP2622944A2; WO2012041692A3; CN103141161B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Gasentladungslampe eines Kraftfahrzeugscheinwerfers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Eine solches Steuer- und/oder Regeleinrichtung und ein solches Verfahren ist jeweils aus der JP 4 271935 bekannt.
Bekannt ist auch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, die ein Gehäuse und eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Steuerelektronik aufweist, die dazu eingerichtet ist, mindestens eine Betriebsgröße der Gasentladungslampe zu regeln. Das bekannte Verfahren sieht eine Regelung einer Betriebsgröße einer Gasentladungslampe eines solchen Kraftfahrzeugscheinwerfers vor.
Kraftfahrzeugscheinwerfer sind im Frontbereich eines Fahrzeugs angeordnet und dienen der Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug. Die Gasentladungslampe dient dabei als Lichtquelle, deren Licht vom Scheinwerfer in Form einer gewünschten Lichtverteilung, zum Beispiel einer Abblendlichtverteilung oder Fernlichtverteilung, in das Vorfeld des Scheinwerfers und insbesondere auf die Fahrbahn verteilt wird. Gasentladungslampen weisen einen mit Gas gefüllten Glaskolben auf, in dem sich wenigstens zwei Elektroden befinden. Durch Zünden einer Gasentladung wird zwischen den Elektroden ein Licht emittierender Lichtbogen erzeugt, der durch eine kontinuierliche Nachlieferung elektrischer Leistung zu den Elektroden aufrechterhalten wird. Die Steuerung der Zufuhr der elektrischen Leistung erfolgt über eine dazu eingerichtete Steuer- und oder Regeleinrichtung.
Die Funktion der Gasentladungslampe im Scheinwerfer und insbesondere der von ihr erzeugte Lichtstrom, wird durch äußere Einflüsse wie Bordnetzschwankungen, mechanische Beschleunigungen, sowie akustische Resonanzen und Alterungseffekte, etc. beeinflusst.
Um diese äußeren Einflüsse zu kompensieren, werden regelungstechnische Maßnahmen ergriffen, die das Ziel haben, den Lichtstrom der Gasentladungslampe möglichst konstant zu halten. Die bisher verwendeten regelungstechnischen Maßnahmen zum Konstanthalten des Lichtstroms basieren auf dem Umweg der Ermittlung und anschließenden Regelung einer elektrischen Lampenleistung auf einen Sollwert, da diese vom Steuergerät einfach zu messen ist.
Dies setzt jedoch voraus, dass die Gasentladungslampe die ihr zugeführte und auf einen konstanten Wert geregelte elektrische Leistung in allen Betriebsfällen zu gleichen Teilen in Lichtleistung und Wärme umsetzt, so dass der von der Gasentladungslampe ausgehende Lichtstrom immer mit einem konstanten Proportionalitätsfaktor proportional zur elektrischen Leistung ist.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Übertragungsfunktion zwischen zugeführter elektrischer Leistung und emittierter Lichtleistung nicht immer exakt konstant ist. Als Folge kommt es deshalb trotz einer Regelung der elektrischen Lampenleistung zu unerwünschten Schwankungen des Lichtstroms, beziehungsweise der Lichtleistung der Gasentladungslampe.
Die Übertragungsfunktion ändert sich zum Beispiel durch eine Lampenalterung, Schwankungen der Lampentemperatur, mechanische Beschleunigungen und variierende Lichtbogen-Ansatzpunkte an den Elektroden.
So kann beispielsweise ein Glaskolben der Gasentladungslampe durch Salz-Diffusion und/oder Elektrodenabbrand eingetrübt oder sogar geschwärzt werden. Außerdem weist eine kalte beziehungsweise kühle Gasentladungslampe einen schlechten Wirkungsgrad auf und emittiert dadurch weniger Licht bei gleicher elektrischer Leistung als eine Gasentladungslampe, die ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Ferner können durch mechanische Beschleunigungen, wie sie bei Erschütterungen oder Vibrationen des Scheinwerfers beim Befahren einer schlechten Wegstrecke auftreten, Lichteffizienzänderungen durch Lichtbogenauslenkungen, Lichtbogenverlängerungen oder durch ein Auskühlen des Lichtbogens beim Anschlagen an den Glaskolben zur Folge haben.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine bessere Konstanz des Lichtstroms, der von einer Gasentladungslampe eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ausgeht, auch beim Einwirken äußerer Störeinflüsse zu erzielen.
Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen des Vorrichtungsanspruchs 1 und des unabhängigen Verfahrensanspruchs 6 gelöst.
Mit Blick auf ihre Vorrichtungsaspekte zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass ein Lichtsensor im Inneren des Gehäuses der Steuer- und/oder Regeleinrichtung angeordnet ist und die Steuer- und/oder Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, von der Gasentladungslampe erzeugtes Licht auf den Lichtsensor einfallen zu lassen und ein aus dem Lichteinfall resultierendes Signal des Lichtsensors als Istwert durch eine Anpassung der Zufuhr elektrischer Leistung zur Gasentladungslampe zu regeln.
Mit Blick auf ihre Verfahrensaspekte zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass ein Signal eines Lichtsensors erfasst wird, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (109) dazu eingerichtet ist, von der Gasentladungslampe erzeugtes Licht auf den Lichtsensor (113) einfallen zu lassen, und dass ein aus einem Lichteinfall auf den Lichtsensor resultierendes Signal des Lichtsensors als Istwert durch eine Anpassung der Zufuhr elektrischer Leistung zur Gasentladungslampe geregelt wird.
Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, den emittierten Lichtstrom direkt zu messen und diesen durch eine Regelung konstant zu halten, und ihn nicht über den Umweg einer Regelung der elektrischen Lampenleistung zu beeinflussen. Es wird also eine Lichtregelung anstelle der sonst üblichen Regelung der elektrischen Leistung realisiert.
Der Einfluss eines nicht in jedem Betriebszustand bekannten, beziehungsweise sich dynamisch ändernden Wirkungsgrades der Gasentladungslampe kann so wirkungsvoll eliminiert werden.
Die Wirkung äußerer Einflussfaktoren muss dabei nicht bekannt sein. Somit können neben allen bisher bekannten Einflüssen auch alle bisher nicht oder nur durch enormem Software-Mehraufwand schätzbaren Licht-Reaktionen direkt ausgeregelt werden.
Der Vorteil liegt in einer zuverlässigen und direkten Regelung des von der Gasentladungslampe emittierten Lichtstroms, wobei alle Regelungsanforderungen, die insbesondere durch den Einsatz von neu entwickelten, quecksilberfreien Gasentladungslampen noch verschärft wurden, erfüllt werden können.
Hierbei wird vorteilhafterweise eine Regelungsqualität bei gleichzeitiger Reduzierung des Aufwandes deutlich erhöht.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Steuer- und/oder Regeleinrichtung zum Betreiben der Gasentladungslampe liegen insbesondere in einer schnellen Lichtregelung zur Dämpfung von Lichtschwankungseffekten. Die Erfindung erlaubt insbesondere eine direkte Ausregelung der Einflüsse von langsamen mechanischen Anregungen, insbesondere im Bereich der mechanischen Lampenresonanz um 18Hz, aber auch von durch mechanische Schläge und/oder Stöße hervorgerufenen Anregungen.
Darüber hinaus erlaubt die Erfindung eine direkte Ausregelung der Lichtschwankungseffekte, die bei Elektroden-Spotsprüngen (vom diffus- in den spot-mode) oder bei elektrischen Bordnetz-Spannungs-Schwankungen oder aufgrund akustischer Lampenresonanzen auftreten. Akustische Lampenresonanzen werden elektrisch durch den sogenannten Wandlerripple im Bereich von 120KHz angeregt.
Die Erfindung erlaubt ferner eine direkte Ausregelung von Lichtschwankungseffekten, die bei langsamen Schwingungen der Lage der Gasentladungslampe auftreten, wie sie zum Beispiel durch mechanische Quer- oder Längsbeschleunigungen bei Kurvenfahrten und/oder Beschleunigungs- und/oder Bremsvorgängen und/oder Verkippungen angeregt werden.
Ferner erlaubt die Erfindung eine verbesserte Reaktion auf ein Auftreten von Stromnullphasen.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Erfindung eine Kompensation einer langsam über der Lebensdauer der Gasentladungslampe durch Alterung erfolgenden Lichtstromabnahme erlaubt, die sich nicht unbedingt in der elektrischen Lampenleistung abbildet.
Vorteilhaft ist auch, dass eine Kaskadierung von Leistungs- und Stromreglern entfällt und durch deutlich einfachere und damit schnellere Reglerstrukturen in der Software ersetzt werden kann.
Ferner ist vorteilhaft, dass eine bei quecksilberfreien Gasentladungslampen softwareseitig extrem aufwändige Gasentladungslampenzustandserkennung und eine daraus abgeleitete Lichtanlauf-Strategie entfallen kann, weil die Gasentladungslampe in ihrer Anlaufphase nach einem Einschalten mit einer direkt auf das von ihr ausgehende Licht als Regelgröße geregelt werden kann.
Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, dass die Erfindung eine Kompensation einer bei der Herstellung der Gasentladungslampen auftretenden Chargenstreuung bezüglich der bei gegebener elektrischer Leistung erzielten Lichtintensität durch einen Abgleich am Bandende erlaubt. Das bedeutet, dass alle ein Herstellungswerk verlassenden Gasentladungslampen im Auslieferzustand den gleichen Lichtstrom (im Rahmen der Messtoleranz) aufweisen.
Im Übrigen kann eine direkte Regelung eines Lichtanlaufes realisiert werden. Dabei können die an jeweilige Gasentladungslampentypen adaptierten Leistungsanlaufkennlinen entfallen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Steuer- und/oder Regeleinrichtung bildet diese zusammen mit der Gasentladungslampe eine starre bauliche Einheit. Die Gasentladungslampe bildet dann mit dem zum Zünden der Gasentladungslampe benötigten Zündgerät und mit dem für den Betrieb der Gasentladungslampe benötigten Steuergerät, das einen DC/DC-Wandler und einen zur Ausführung des Verfahrens programmierten Mikroprozessor aufweist, eine integrale Einheit.
Durch die Anordnung des Lichtsensors im Inneren des Gehäuses des in sich starren Verbundes können Schwierigkeiten vermieden werden, wie sie sonst bei einer außerhalb eines solchen starren Verbundes notwendigen Anordnung des Lichtsensors im Bereich des Reflektors auftreten würden. Diese Schwierigkeiten resultieren aus einer dann erforderlichen zusätzlichen Verkabelung inklusive einer aufwändigen Schirmung und der fehlenden thermischen Kopplung von Steuergerät und Sensor.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Elektronik der Steuer- und Regeleinrichtung in einem starren Verbund mit der Gasentladungslampe werden diese Schwierigkeiten vermieden. Die Erfindung nutzt den Umstand, dass die Gasentladungslampe auch nach hinten, das heißt in die der Hauptabstrahlrichtung des Scheinwerfers entgegengesetzte Richtung, abstrahlt. Ein Teil des von der Gasentladungslampe abgestrahlten Lichtes fällt bei der Erfindung direkt auf die Elektronik der Steuer- und/oder Regeleinrichtung, wo es dann einfach auf der Leiterplatte mit dem Lichtsensor gemessen werden kann.
Alle benötigten Einrichtungen zum Betreiben der Gasentladungslampe können auf einer Platine in einem Gehäuse der Steuer- und/oder Regeleinrichtung angeordnet werden, wobei der Lichtsensor der erfindungsgemäßen Steuer- und/oder Regeleinrichtung auch auf der Platine im Innern des Gehäuses angeordnet ist. Mehrere, zum Beispiel stapelbare Platinen können natürlich auch in dem Gehäuse angeordnet sein. Das Zusammenfassen zur integralen Einheit vereinfacht das Einsetzen und Anschließen der Gasentladungslampe im Scheinwerfer erheblich. Außerdem kann der Lichtsensor wie gewünscht in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung positioniert werden.
Durch die direkte Anordnung des Lichtsensors auf der Platine der Steuer- und/oder Regeleinrichtung ergibt sich vorteilhafterweise eine thermische Kopplung zwischen dem Lichtsensor und der Elektronik, die einen Ausgleich von mit der Temperatur driftenden Größen erlaubt. Außerdem haben externe Störquellen, die das empfindliche Analogsignal des Lichtsensors verfälschen könnten, im Wesentlichen keinen Einfluss, da keine langen Verbindungsleitungen nötig sind, die abgeschirmt werden müssten.
In der bevorzugten Ausgestaltung der Steuer- und/oder Regeleinrichtung weist die starre bauliche Einheit eine Öffnung auf, die relativ zu einem Brennraum der Gasentladungslampe und zu dem Lichtsensor so angeordnet ist, dass aus dem Brennraum emittiertes Licht teilweise auf den Lichtsensor fällt. Durch die starre bauliche Einheit kann der Lichtsensor genau auf der Platine positioniert werden, so dass ein signifikanter Anteil des von der Gasentladungslampe emittierten Lichts durch die Öffnung direkt auf den Lichtsensor gelangt. Das bedeutet vorteilhafterweise, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung während des gesamten Betriebs der Gasentladungslampe kontinuierlich den emittierten Lichtstrom überwachen kann. Bei Abweichungen von einem vordefinierten Sollwert kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung den Lichtstrom über ein angepasstes Stellsignal für den DC/DC-Wandler sofort nachregeln. Der DC/DC-Wandler ist dazu eingerichtet, eine Betriebsspannung für die Gasentladungslampe zu erzeugen. Dabei wird eine Spannung des Bordnetzes des Kraftfahrzeuges durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung überwacht, so dass der DC/DC-Wandler ergänzend in Abhängigkeit von den Schwankungen der Bordnetzspannung gesteuert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Steuer- und/oder Regeleinrichtung einen Lichtleiter aufweisen, der dazu eingerichtet ist, aus dem Brennraum der Gasentladungslampe emittiertes Licht teilweise auf den Lichtsensor zu leiten. Der Lichtleiter arbeitet üblicherweise nach den Regeln der Totalreflexion und weist deshalb auf der Übertragungsstrecke des emittierten Lichts so gut wie keine Verluste auf. Bei Abweichungen von einem vordefinierten Sollwert kann auch hier die Steuer- und/oder Regeleinrichtung den Lichtstrom über ein angepasstes Stellsignal für den DC/DC-Wandler sofort nachregeln.
Vorzugsweise geschieht die Regelung mit einem Regler mit einer PI-Regelcharakteristik. Dabei können die Regelparameter (P-Anteil, I-Anteil) so vorbestimmt sein, dass Abweichungen des Istwerts von dem Sollwert in einer Zeitspanne von 1 bis 2 Millisekunden ausgeregelt werden. Um jede mögliche Störung des von der Gasentladungslampe emittierten Lichtstroms so auszuregeln, dass für das menschliche Auge keine sichtbare Beeinträchtigung der Lichtstärke bzw. des Lichtstroms erkennbar ist, ist die Regelung so schnell, dass die dynamische, visuelle Empfindlichkeit des menschlichen Auges unterschritten wird. Die Struktur eines Regelkreises reduziert sich dabei auf einen einfachen PI-Lichtregelkreis mit unterschiedlichen Störeinkopplungen, der ohne großen Aufwand realisiert werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
Fig. 1 ein Scheinwerfer mit einer Gasentladungslampe und einer erfindungsgemäßen Steuer- und/oder Regeleinrichtung in einem Längsschnitt; und
Fig. 2 ein Regelkreis zum Regeln einer Lichtstärke der Gasentladungslampe aus Figur 1.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei durchgehend gleiche oder zumindest ihrer Hauptfunktion nach gleiche Elemente.
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 eine Beleuchtungseinrichtung 100 in Form eines Kraftfahrzeugscheinwerfers. Die Beleuchtungseinrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 101, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. In Lichtaustrittsrichtung 102 weist das Gehäuse 101 eine Lichtaustrittsöffnung 103 auf, die durch eine lichtdurchlässige Abdeckscheibe 104 verschlossen ist.
Im Inneren des Gehäuses 101 ist ein Lichtmodul 105 angeordnet, das eine Lichtquelle in Form einer Gasentladungslampe 106 und einen Reflektor 107 aufweist. Die Gasentladungslampe 106 weist einen Glaskolben 108 auf, der mit einem Gas gefüllt ist, das eine Zündung und Aufrechterhaltung eines stabil brennenden Lichtbogens erlaubt. Die Zusammensetzung der Gasfüllung des Glaskolbens 108 schwankt von Hersteller zu Hersteller.
Die Gasentladungslampe 106 bildet mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 bevorzugt eine integrale Einheit. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 umfasst im Innern einen DC/DC-Wandler 110, ein Steuergerät 111 mit einem Mikroprozessor und Speichermitteln und ein in Figur 1 nicht dargestelltes Zündgerät. Der DC/DC-Wandler könnte auch der Steuergerätfunktion zugeordnet werden. Der DC/DC-Wandler 110, das Steuergerät 111 und das Zündgerät sind auf einer gemeinsamen Platine 112 angeordnet.
Außerdem ist auf der Platine 112 ein Lichtsensor 113 angeordnet. Der Lichtsensor 113 kann beispielsweise ein Fotowiderstand, eine Fotodiode, ein Fototransistor oder eine Fotozelle sein. Ein solcher Lichtsensor arbeitet in der Regel nach der physikalischen Gesetzmäßigkeit eines fotoelektrischen Effekts, wobei sich unter Lichteinwirkung die elektrischen Eigenschaften des Lichtsensors ändern. Durch die Positionierung des Lichtsensors im Innern des Gehäuses der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 erfolgt die Lichtmessung insbesondere an einem Ort, der nicht im Bereich des Reflektors angeordnet ist, so dass die aus einer dann erforderlichen zusätzlichen Verkabelung inklusive einer aufwändigen Schirmung und der fehlenden thermischen Kopplung von Steuergerät und Sensor resultierenden Schwierigkeiten vermieden werden.
Beim Betrieb der Gasentladungslampe 106 wird ein Lichtbogen in dem mit Gas gefüllten Glaskolben 108 erzeugt. Beim Übergang vom ausgeschalteten Zustand ohne Lichtbogen in einen stabil Licht erzeugenden Zustand sind mehrere Phasen unterscheidbar, die als Zündung, Übernahme und Anlauf bezeichnet werden. Daran schließt sich der Normalbetrieb mit stabil brennendem Lichtbogen an.
Für die Zündung wird zunächst ein Zündspannungsimpuls an die Elektroden angelegt. Der Zündspannungsimpuls ist sehr kurz und führt zu einer Ionisierung von Gasteilchen im elektrischen Feld zwischen den Elektroden. Die Höhe der impulsförmigen Zündspannung liegt bei handelsüblichen Gasentladungslampen für KFZ-Scheinwerfer zwischen 20 und 30 Kilovolt.
In einer als Übernahme bezeichneten Phase wird anschließend eine in einem Booster-Kondensator gespeicherte Energie dazu verwendet, die ionisierten Gasteilchen so stark zu beschleunigen, dass sich durch Stoßionisationen ein lawinenartiger Ladungsdurchbruch zwischen den Elektroden einstellt, der den Lichtbogen zündet und aufrechterhält.
Dabei nimmt die Spannung des vorher auf ca. 400 Volt aufgeladenen Booster-Kondensators auf eine sich im stabilen Betrieb einstellende Brennspannung ab. Für Hg-haltige Lampen liegt diese bei ca. 80 Volt. Hg-freie Lampen werden mit einer Brennspannung von 43 Volt betrieben. Allgemein gilt, dass die Brennspannung je nach Ausführung der Lampe zwischen 30 Volt und 120 Volt liegen kann. Die Übernahmephase ist zum Beispiel einige hundert Mikrosekunden lang.
Im Anschluss an die Übernahme erfolgt ein Anlauf der Gasentladungslampe mit einem vorübergehenden Gleichstrombetrieb, der dem schnellen Aufheizen der Elektroden dient Eine typische Länge einer Gleichstromphase liegt bei 50 Millisekunden. An eine erste Gleichstromphase schließt sich in der Regel eine zweite Gleichstromphase gleicher Länge mit umgekehrter Polarität an.
Anschließend wird die Gasentladungslampe im Normalbetrieb mit einer Wechselspannung mit einer Frequenz von 250 Hz bis 800 Hz, insbesondere ca. 400 Hz und einem von der Ausführung der Lampe abhängigen Wert der Brennspannung zwischen den beiden Elektroden betrieben, der zwischen 30 und 120 Volt liegt. Der Betrieb mit Wechselspannung dient einer Begrenzung eines Elektrodenabbrandes. Zu Beginn des Wechselstrombetriebs wird die Gasentladungslampe noch mit einer über ihrer Nennleistung liegenden elektrischen Leistung betrieben, um eine Aufheizung der Elektroden zu bewirken. Die Aufheizung der Elektroden begünstigt die Einstellung eines stabil brennenden Lichtbogens. Die Leistung wird dann allmählich im Verlauf einer Zeitspanne von einigen Sekunden bis zu wenigen Minuten auf die Nennleistung reduziert. Diese Phase wird ebenfalls noch dem Anlauf zugerechnet. Als Anlauf wird damit insgesamt eine Phase bezeichnet, in der die Gasentladungslampe bei einem Einschaltvorgang vorübergehend mit einer im Vergleich zu ihrer Nennleistung erhöhten Leistung betrieben wird.
Der die Zündgerätfunktion übernehmende Teil der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 stellt dabei die Zündspannung zum Zünden der Gasentladungslampe 106 bereit. Die Steuergerätfunktionen übernehmenden Teile der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 dienen zum Bereitstellen einer Eingangsspannung für das Zündgerät und einer Betriebsspannung für einen Betrieb der Gasentladungslampe 106. Diese Spannungen werden durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs generiert.
Die Steuergerätfunktionen übernehmenden Teile der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 betreiben und überwachen die Gasentladungslampe 106, sie generieren aus der Bordnetzspannung eine Zwischenspannung (etwa 1.000 Volt) als Eingangsspannung für Zündgerätfunktionen übernehmende Teile der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109, die von diesen dann in die Zündspannung (etwa 25.000 Volt) hoch transformiert wird, und sie stellen eine Betriebsspannung für den Dauerbetrieb der Gasentladungslampe 106 nach dem Zünden des Lichtbogens bereit. Außerdem veranlassen die Steuergerätfunktionen übernehmenden Teile der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 die Zündgerätfunktionen übernehmenden Teile der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 dazu, die Gasentladungslampe 106 zu zünden, sie steuern die Stromeinspeisung in der Anlaufphase bei kalter Gasentladungslampe 106, und sie bewirken eine leistungsgeregelte Versorgung der Gasentladungslampe 106 im stationären Betrieb. Die Steuergerätfunktionen übernehmenden Teile der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 sind darüber hinaus bevorzugt dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, Schwankungen der Lichtleistung beim Betrieb der Gasentladungslampe 106 weitgehend auszuregeln.
Im Übrigen ist die Steuer- und Regeleinrichtung 109 dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, das erfindungsgemäße Verfahren und/oder eine seiner Ausgestaltungen auszuführen, wobei unter einer Ausführung insbesondere eine Steuerung des Verfahrensablaufs verstanden wird.
In der dargestellten Ausgestaltung ist zwischen der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 und dem Glaskolben 108 ein Lampensockel 114 ausgebildet, über den die Lichtquelle 106 mit samt der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 an dem Reflektor 107 befestigt ist. Die Befestigung des Lampensockels 110 am Reflektor 107 ist in Figur 1 vereinfacht dargestellt. Sie erfolgt üblicherweise über einen im wesentlichen hohlzylinderförmigen Reflektorhals, der an der Rückseite des Reflektors 107 ausgebildet ist und in den der Sockel 114 eingeführt wird. An der Innenumfangsseite des Reflektorhalses sind üblicherweise Befestigungsmittel zur sicheren Befestigung der Lichtquelle 106 in einer vorgegebenen Position relativ zu einer Reflexionsfläche des Reflektors 107 ausgebildet, auf die hier jedoch nicht näher eingegangen wird.
Der Sockel 114 weist darüber hinaus eine Öffnung 120 auf, durch die während des Betriebs der Gasentladungslampe 106 ein Teil des emittierten Lichts der Gasentladungslampe 106 in das Gehäuse des Vorschaltgeräts 109 eindringen kann. Der auf der Platine 112 angeordnete Lichtsensor 113 ist derart positioniert, dass das von der Gasentladungslampe 106 ausgesandte und durch die Öffnung 120 einfallende Licht genau auf den Lichtsensor 113 trifft. Diese Ausgestaltung wird insbesondere durch die integrale Einheit aus Gasentladungslampe 106 und Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 ermöglicht, bei der die Elektronik mit dem Lichtsensor 113 direkt an der auch nach hinten Licht emittierenden Gasentladungslampe 106 angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung könnte das Licht auch über einen Lichtleiter von der Gasentladungslampe 106 auf den Lichtsensor 113 geleitet werden. Diese Ausgestaltung erlaubt eine Verwendung der Erfindung auch bei einer räumlich getrennten Anordnung von Lichtsensor auf der Platine der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 und der Gasentladungslampe 106.
Das in Figur 1 dargestellte Lichtmodul 105 wird als Reflexionsmodul bezeichnet, da die gewünschte Lichtverteilung allein durch das von der Lichtquelle 106 ausgesandte und von dem Reflektor 107 reflektierte Licht, gegebenenfalls unter Einfluss von optisch wirksamen Profilen auf der Abdeckscheibe 104 erzeugt wird.
Am Rande sei bemerkt, dass das Lichtmodul 105 außer den in der Figur 1 dargestellten optischen Komponenten, insbesondere der Lichtquelle 106 und des Reflektors 107, auch noch eine Projektionslinse aufweisen kann, welche die von der Lichtquelle 106 ausgesandten und von dem Reflektor 107 reflektierten und gebündelten Lichtstrahlen zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung vor das Kraftfahrzeug auf die Fahrbahn projiziert. Falls die gewünschte Lichtverteilung eine horizontale Hell-Dunkel-Grenze aufweisen soll, kann zwischen dem Reflektor 107 und der Projektionslinse eine Blendenanordnung mit einer als Hell-Dunkel-Grenze abzubildenden Blendenkante etwa in Höhe der optischen Achse 117 des Reflektors 107 oder unmittelbar darunter vorgesehen sein. Derartige Lichtmodule werden als Projektionsmodule bezeichnet. Die Erfindung ist insofern sowohl bei Reflexionssystemen als auch bei Projektionssystemen verwendbar.
An einer Unterseite der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 109 ist in Figur 1 ein elektrisches erstes Steckelement 115 in Form eines Steckers vorgesehen. Mit dem ersten Steckelement 115 steht ein entsprechendes zweites Steckelement 116 in Form einer Buchse in Eingriff. Über die Steckelemente 115 und 116 wird ein elektrischer Kontakt zwischen den elektrischen Bauelementen auf der Platine 112 und einem Kabel 118 hergestellt, das an eine außerhalb des Scheinwerfergehäuses 101 angeordnete Energiequelle 119, zum Beispiel eine Autobatterie des Kraftfahrzeugbordnetzes angeschlossen ist.
Figur 2 zeigt eine Funktionsblockdarstellung eines geschlossenen Regelkreises 200 zum Regeln eines Lichtstroms L des von der Gasentladungslampe 106 emittierten Lichts im Scheinwerfer 100.
Der Block 106 repräsentiert die Gasentladungslampe 106, und der Block 110 repräsentiert den die elektrische Eingangsgröße der Gasentladungslampe 106 bereitstellenden DC/DC-Wandler 110. Der Block 113 repräsentiert den Lichtsensor 113. Die übrigen Blöcke 206, 208, 209 und 210 repräsentieren Einflüsse auf den Regelkreis 200 in Form von Störgrößen. Die übrigen Blöcke 201, 202 und 204 repräsentieren Regelungsfunktionen, die von der Steuer- und Regeleinrichtung 109 erfüllt werden. Die Figur 2 offenbart insofern sowohl Verfahrens- als auch Vorrichtungsaspekte der vorliegenden Erfindung.
Der Lichtbogen 121 der Gasentladungslampe 106 erzeugt einen Lichtstrom L. Auf diesen Lichtstrom L wirkt eine erste Störgröße 206 ein, die direkt die Übertragungsfunktion zwischen elektrischer Lampenleistung und Lichtleistung beeinflusst. Dies sind zum Beispiel mechanisch angeregte Schwingungen des Lichtbogens 121.
Der Lichtbogen 121 wird unter Umständen durch Alterungseinflüsse abgeschwächt. Eine solche Abschwächung wird zum Beispiel durch eine Schwärzung des Glaskolbens 108 der Gasentladungslampe 106 bewirkt. Ein solcher Alterungseinfluss wird in der Figur 2 durch den Block 208 repräsentiert, dessen Einfluss in der Verknüpfung 209 vom Lichtstrom L subtrahiert wird. Das Ergebnis L_IST der Verknüpfung 209 repräsentiert den tatsächlichen Lichtstrom der Gasentladungslampe 106, wie er vom Lichtsensor 113 erfassbar ist und erfasst wird.
In einer Verknüpfung 202 wird der vom Lichtsensor 113 erfasste Istwert L_IST von einem Sollwert L_SOLL subtrahiert, der von einem Sollwertgeber 201, beispielsweise einer Speicherzelle eines Speichers der Steuer- und Regeleinrichtung 109, bereitgestellt wird. Die resultierende Differenz wird als Regelabweichung einem Regler 204 zugeführt, der daraus unter Rückgriff auf einen vorbestimmten Regelalgorithmus eine Stellgröße zur Ansteuerung des DC/DC-Wandlers 110 ausgibt, der die elektrische Lampenleistung bestimmt.
Der Regelalgorithmus ist daher so vorbestimmt, dass die Rückwirkung des Istwerts L_IST auf die Stellgröße dazu führt, dass Abweichungen des Istwertes L_IST vom Sollwert L_SOLL im zeitlichen Mittel verringert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt der Regler 204 eine P-I-Regelcharakteristik, so dass ein erster Anteil der Regelstellgröße in Proportionalität zur Regelabweichung gebildet wird, und so dass ein zweiter Anteil der Regelstellgröße als I-Anteil durch eine zeitliche Integration der Regelabweichung gebildet wird.
Der Block 210 repräsentiert Schwankungen der Bordnetzspannung. Diese bilden eine Störgröße, die auf den DC/DC-Wandler 110 einwirkt und insofern nicht die Übertragungsfunktion zwischen elektrischer Leistung der Gasentladungslampe 106 und ihrer Lichtleistung, sondern direkt die elektrische Leistung beeinflusst. Gleichwohl wirkt sich auch diese Störgröße auf die Lichtleistung aus und wird entsprechend durch die Erfindung ausgeregelt.
Es ist ein besonderer Vorteil, dass sich die vorgestellte Regelung der Gasentladungslampe 106 nicht nur auf den Normalbetrieb der Gasentladungslampe 106 bezieht, sondern auch in einer Anlaufphase der Gasentladungslampe 106 erfolgen kann. Durch die Regelung des Lichtstroms L durch den Regelkreis 200 erübrigt sich eine im Stand der Technik sonst erforderliche und sehr aufwändige Nachbildung der Einflüsse der eingangs genannten Störungen.
Die PI-Charakteristik erlaubt ein Ausregeln der genannten Störungen in einer Zeitspanne von ein bis zwei Millisekunden. Diese Zeit ist kürzer als die Reaktionszeit des menschlichen Sehsinns, so dass möglicherweise nach der Ausregelung noch verbleibende Schwankungen der Lichtleistungen nicht wahrgenommen werden.

Claims

Steuer- und/oder Regeleinrichtung (109) für eine Gasentladungslampe (106) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (109) ein Gehäuse und eine im Inneren des Gehäuses angeordnete Steuerelektronik aufweist, die dazu eingerichtet ist, mindestens eine Betriebsgröße der Gasentladungslampe (106) in einem geschlossenen Regelkreis (200) auf einen Sollwert zu regeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung einen Lichtsensor aufweist, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist und die Steuer- und/oder Reg eleinrichtung (109) dazu eingerichtet ist, von der Gasentladungslampe (106) erzeugtes Licht auf den Lichtsensor (113) einfallen zu lassen und ein aus dem Lichteinfall resultierendes Signal des Lichtsensors (113) als Istwert durch eine Anpassung der Zufuhr elektrischer Leistung zur Gasentladungslampe (106) zu regeln..
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (109) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (113) zusammen mit elektronischen Bauteilen der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (109) auf einer gemeinsamen Platine (112) angeordnet ist.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (109) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusammen mit der Gasentladungslampe (106) eine starre bauliche Einheit bildet.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (109) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die starre bauliche Einheit eine Öffnung (120) aufweist, die relativ zu einem Brennraum der Gasentladungslampe (106) und zu dem Lichtsensor (113) so angeordnet ist, dass aus dem Brennraum emittiertes Licht teilweise auf den Lichtsensor (113) fällt.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (109) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Lichtleiter, der dazu eingerichtet ist, aus dem Brennraum emittiertes Licht teilweise auf den Lichtsensor (113) zu leiten.
Verfahren zur Regelung einer Betriebsgröße einer Gasentladungslampe (106) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung (109) auf einen Sollwert, die ein Gehäuse, einen Lichtsensor und eine im Inneren des Gehäuses angeordnete und zur Regelung der Betriebsgröße der Gasentladungslampe in einem geschlossenen Regelkreis eingerichtete Steuerelektronik aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal eines Lichtsensors (113) erfasst wird, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist wobei die Steuer- und/oder Reg eleinrichtung (109) dazu eingerichtet ist, von der Gasentladungslampe erzeugtes Licht auf den Lichtsensor (113) einfallen zu lassen und dass ein aus einem Lichteinfall resultierendes Signal des Lichtsensors (113) als Istwert durch eine Anpassung der Zufuhr elektrischer Leistung zur Gasentladungslampe (106) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung auf den Sollwert mit einer PI-Regelcharakteristik erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelparameter (P-Anteil, I-Anteil) so vorbestimmt sind, dass Abweichungen des Istwerts von dem Sollwert in einer Zeitspanne von 1 bis 2 Millisekunden ausgeregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellgröße der Regelung einen DC/DC-Wandler steuert, mit dem eine Betriebsspannung der Gasentladungslampe (106) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannung des Bordnetzes des Kraftfahrzeuges überwacht wird und dass der DC/DC-Wandler ergänzend in Abhängigkeit von den Schwankungen der Bordnetzspannung gesteuert wird.