WO2005057231A1 - Verfahren zur funktionsprüfung einer lampenschaltung - Google Patents

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WO2005057231A1
WO2005057231A1 PCT/DE2004/002549 DE2004002549W WO2005057231A1 WO 2005057231 A1 WO2005057231 A1 WO 2005057231A1 DE 2004002549 W DE2004002549 W DE 2004002549W WO 2005057231 A1 WO2005057231 A1 WO 2005057231A1
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lamp
voltage
lamps
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current
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PCT/DE2004/002549
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Uli Joos
Jochen Zwick
Nicolai Jeutner
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/44—Testing lamps
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    • 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
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/20—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection
    • H05B47/21—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection of two or more light sources connected in parallel

Definitions

  • the invention relates to a method for testing the function of a lamp circuit, comprising at least one lamp, by measuring current and voltage.
  • the nominal power of a lamp is the electrical power consumption of the lamp in the presence of defined standard conditions, in particular a nominal voltage, and is specified in addition to the nominal voltage as lamp parameters by lamp manufacturers and required by manufacturers of lighting systems as a standard value to be observed. Nevertheless, lamps sometimes deviate considerably from the specified standard values, which can lead to faults or defects in the lighting control or the lamps.
  • Lighting systems are also used in safety-relevant applications, especially in motor vehicles. With such safety-critical applications, it is necessary to check them for defects or the installation of non-standard lamps during operation.
  • the switching output can already be diagnosed by the electronics, thereby making a statement about the state of the load.
  • the failure of the lamp can be detected and reported to the driver or a diagnostic system.
  • the accuracy of the diagnostic procedure is limited by various parameters, such as Accuracy of measurements and especially the electrical model of the lamps used.
  • the simplest method for determining the lamp status is a digital decision of the output voltage when it is switched off. If the lamp is defective, the circuit is interrupted, which can be recognized by the voltage level. Better methods use a current measurement when the lamp is switched on, a measuring resistor or current mirror circuits or integrated solutions, such as the so-called senseFETs with a control input and a current signal output, as outlined in FIG. 1.
  • the voltage at the lamp circuit cannot be assumed to be constant in accordance with the nominal voltage.
  • the current power consumption from the product of current and voltage does not correspond to the nominal power.
  • the current lamp resistance can fluctuate due to:
  • Diagnosis is particularly problematic when there are two or more lamps connected in parallel, which can only be detected if the electronics are calibrated, if at all.
  • the object of the invention is to provide a method for testing the function of a lamp circuit which, even when the operating voltage deviates from the rated voltage, enables a function test with high accuracy.
  • the lamp circuit consists of at least one lamp, ie the method is particularly suitable for lamp circuits with several lamps connected in parallel.
  • the current operating status is recorded by measuring current and voltage. Each functional test is based on a comparison of measured values with target values.
  • this is taken into account on the setpoint side or when converting the measured values into derived values, i.e. whether the measured values are standardized to constant setpoints or the setpoints are adapted to the operating conditions.
  • the resistance value of the lamp can be determined as a polynomial of at least 1st order or a further variable can be derived, as will be explained in detail below.
  • the parameters of the polynomial are determined by a number of measurements at least corresponding to the order of the polynomial under known differing operating conditions
  • the resistance value is preferably related to the nominal power by multiplying the parameters of the polynomial of the resistance value by the nominal power in the measurements under known operating conditions. As a result, a smaller fluctuation range and better specification can be achieved if different lamps can be used. If the lamps have different nominal voltages at nominal power, the parameters of the polynomial are normalized to a common nominal voltage by measuring the parameters of the polynomial of the resistance value with the ratio of the common nominal voltage to the mean voltage of the lamps at nominal power during measurements under known operating conditions be multiplied. As a result, an even smaller fluctuation range and better specification can be achieved if different lamps can be used.
  • the nominal power of the lamp circuit can preferably be determined as the variable to be compared with a preset value, and the nominal power that can be calculated for the currently installed lamp is determined from the current and voltage and the parameters of the polynomial of the resistance value determined from the reference measurements and compared with the desired value.
  • the target current through the lamp circuit at the current voltage can be determined as the default value, ie the voltage is used to first determine the resistance value for the current voltage using the parameters, and from this the target current to be expected for this voltage is determined and compared with the actual current.
  • the respective norms for nominal power and nominal voltage are taken into account.
  • a lighting system consisting of at least one lamp and a control unit, which detects current and voltage and, according to the method according to one of the preceding claims, determines the resistance of the lamp or a variable derived therefrom and compares it with specified values and detects them if they deviate from the specified values that the lamp is defective or does not meet the specifications.
  • two or more lamps connected in parallel can be jointly monitored and recognized that one of the lamps is defective or does not meet the specification.
  • it is preferably derived from the extent of the deviation from the default values which of the lamps connected in parallel is defective.
  • FIG. 1 shows a preferred circuit arrangement with SenseFet for measuring the current in the lamp circuit
  • Fig. 2 sketch of the achievable improvement in the description of the lamp resistance when using a first order polynomial
  • FIG. 3 sketch of the actual lamp resistance curve for different lamps Fig. 4 fluctuation range when using a third-order polynomial
  • Fig. 6 fluctuation range with different lamp types and normalization to the nominal power and a common mean nominal voltage
  • Fig. 7 relative deviation with different lamp types and normalization to the nominal power and a common mean nominal voltage
  • the present invention thus describes a method for testing the function of a lamp circuit, in particular for the precise determination of the nominal lamp power from the measured lamp current at operating voltage using an empirically determined lamp model.
  • the working current of the lamp as a function of the operating voltage for each lamp type is measured in series of measurements under known differing operating conditions, and the parameters for the polynomial of the resistance are calculated therefrom.
  • the number of measurements corresponds at least to the order of the polynomial for the uniqueness of the calculation of the parameters, but is significantly higher in practice to compensate for measurement fluctuations.
  • the parameters are then appropriately approximated, but can then be assumed to be constant for the following measurements if the operating voltage deviates from the nominal voltage.
  • the lamp resistance across the applied voltage is a high-order polynomial and is shown in principle in FIG. 3.
  • the resistance of the lamp in the operating voltage range of the lamp (U m i n ... U max). In this range, the resistance can be roughly approximated with a 1st order polynomial and with very good accuracy with a 3rd order polynomial. 2 clarifies that starting from a nominal resistance at nominal voltage and a defined one
  • Fluctuation range (thick lines around the dashed center line) a fixed specification of thresholds R ma ⁇ or. R m in or an approach of the resistance value as constant leads to such rough statements that neither the installation of a lamp deviating from the specification nor the defect of one lamp can be recognized when several lamps are connected in parallel. So there are significant differences for all known variables (different lamp types and manufacturers, parameter variation, aging), which make a determination of the lamp power, especially when different lamp types connected in parallel, become inaccurate, as can be seen from the fluctuation range in Fig. 3, 5 the dashed line the middle course, the solid lines illustrate the limits of the actual lamp characteristics.
  • a further decisive improvement can be achieved by standardizing the resistance (or the parameters) to the nominal power and even better to the nominal voltage. 0
  • the polynomial of the voltage-dependent lamp resistance is multiplied by the nominal power of the lamp:
  • Un o rm the nominal voltage of the lamp eg. 12.0V and U nen n is the average voltage at the rated wattage of a lamp type.
  • the polynomial is determined by means of series of measurements, the determination of the specific standardized resistance being less prone to errors, the fewer different lamp types are used for the determination of the polynomial.
  • the error of the interpolation curves of R Sp e 2 _norm to one another is smaller than the component scatter within a lamp type.
  • FIG. 5 now shows real characteristic curves for approximately 15 lamps of completely different nominal power (5-60 watts) customary in the motor vehicle sector, the range of fluctuation when normalized to the nominal power. It is already clearly visible that lamps with completely different nominal power and thus different internal resistance can be standardized with relatively good accuracy.
  • All lamps are automotive lamps for 12 volt electrical systems.
  • the nominal voltage and the nominal current are the quantities that arise when the nominal power is available.
  • FIG. 6 shows the fluctuation range with different lamp types, which is again significantly reduced compared to FIG. 5, and
  • FIG. 7 shows the relative deviation with different lamp types and normalization to the nominal power and a common mean nominal voltage.
  • the resistance of the cooling coil (s) changes significantly due to aging, this can be recognized by measuring at different operating voltages.
  • the voltage can be determined in a simplified manner by estimating the resistances in the load circuit. For this purpose, the operating voltage at the control unit input is measured and the voltage at the lamp is approximately calculated from current and resistances:
  • Resistance of the lamp lead including transition resistance on the lamp holder.
  • the accuracy of the calculation of the lamp power can also be increased even without direct measurement of the line if various operating voltage measurements are used to determine the nominal lamp power. This is due to the fact that the nominal power of the lamp must be constant when calculating according to GI.3. If a lamp circuit has different nominal powers in two successive measurements with different voltages without the lamp having been replaced, the influence of the supply line can be derived from this.
  • a cyclical recording of the measured nominal power and operating voltage can take place for a later error analysis, the recorded values being stored at least in the event of significant deviations from the previous values, so that several measurements are available in different operating states and are available for plausibility checking and derivation of the error location or type of error ,
  • a time reference is also preferably stored, for example by a system time counter, so that changes can be clearly assigned in the case of changes in correspondingly short time periods.
  • the error of the current measurement circuit can be further reduced and the accuracy can be further improved.
  • the method described above can therefore be used to determine the nominal power connected to the switching output with good accuracy.
  • Another advantage of the invention lies in the extensive diagnostic options. Connection of two or more lamps to a switching output, where at least the failure of a lamp and preferably also the installation is recognized by lamps that do not meet the specification. This makes possible:
  • L3 defective nominal power only about 40 watts
  • L1 or L2 defective nominal power still approx. 25 watts
  • L3 and L1 or L2 defective nominal power still distinguishable from each other approx. 20 watts. Since the nominal power can be specified with a tolerance of approx. 10%, the deviations due to line faults can now be recognized.
  • the method can also be used both with continuous control and in the clocked operation of the lamp.
  • clocked operation that is to say in particular in the case of PWM control of the lamps, the nominal voltage at the lamp is preferably equal to the effective value of the output signal
  • this resistance model for lamps can also be used directly for specifying current values as a function of the current voltage in the same way by changing Ohm's law, and then the comparison is made with the respectively measured current.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung einer Lampenschaltung, bestehend aus mindestens einer Lampe, durch Messung von Strom und Spannung. Dabei wird ein Widerstandswert berücksichtigt wird, welcher als ein Polynom zumindest 1. Ordnung, vorzugsweise 3. Ordnung abhängig von der aktuell gemessenen Spannung an der Lampenschaltung vorgegeben wird, wobei die Parameter des Polynoms durch eine zumindest der Ordnung des Polynoms entsprechende Anzahl von Messungen bei bekannten sich unterscheidenden Betriebsbedingungen bestimmt werden und der spezifische Widerstandswert oder eine daraus abgeleitete Grösse mit einem Vorgabewert verglichen werden. Besonders vorteilhaft ist, dass durch Normierung der Parameter auf die Nennleistung durch Multiplikation der Parameter mit der Nennleistung über weite Bereiche von Lampen unterschiedlicher Nennleistung mit vertretbaren Abweichungen einheitliche Durchschnittswerte gefunden werden. Weichen die Lampen zudem in der bei Nennleistung auftretenden Nennspannung voneinander ab, so erweist es sich als besonders vorteilhaft, diesen Widerstandswert auch auf eine gemeinsame Nennspannung zu normieren, so dass verschiedenste Lampen durch einheitliche Parameter mit guter Näherung gemeinsam beschrieben und entsprechende Funktionsprüfungen mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden können. Insbesondere kann auch der Ausfall oder Einbau einer Lampe mit unzulässiger Spezifikation selbst bei Verschaltung mehrer Lampen parallel zueinander auf einen Ausgang erkannt werden.

Description

Verfahren zur Funktionsprüfung einer Lampenschaltung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung einer Lampenschaltung, bestehend aus mindestens einer Lampe, durch Messung von Strom und Spannung.
Die Nennleistung einer Lampe ist die elektrische Leistungsaufnahme der Lampe bei Vorliegen definierter Normbedingungen, insbesondere Anliegen einer Nennspannung, und wird neben der Nennspannung als Lampenparameter von Lampenherstellern angegeben und von Herstellern von Beleuchtungssystemen als einzuhaltender Normwert gefordert. Dennoch weichen Lampen teilweise recht erheblich von den angegebenen Normwerten ab, was zu Störungen oder Defekten in der Beleuchtungssteuerung oder den Lampen führen kann.
Beleuchtungssysteme werden auch in sicherheitsrelevanten Anwendungen, insbesondere auch in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Bei derartigen sicherheitskritischen Anwendungen ist es erforderlich, diese während des Betriebs auf Defekte oder den Einbau nicht normgerechter Lampen hin zu überprüfen. Bei der Ansteuerung vom Glühfadenlampen im Kfz kann beispielsweise bereits der Schaltausgang von der Elektronik diagnostiziert und dadurch eine Aussage über den Zustand der Last getroffen werden. Durch Kenntnis der Betriebszustände und bzw. oder Messung der bestimmenden elektrischen Größen kann dabei der Ausfall der Lampe detektiert und dem Fahrer oder einem Diagnosesystem gemeldet werden. Die Genauigkeit des Diagnoseverfahrens wird durch verschiedene Parameter eingeschränkt, wie z.B. Genauigkeit der Messungen und vor allem das verwendete elektrische Modell der Lampen.
Das einfachste Verfahren zur Ermittlung des Lampenzustandes ist eine digitale Entscheidung der Ausgangsspannung im ausgeschalteten Zustand. Bei defekter Lampe ist der Stromkreis unterbrochen, was am Spannungspegel erkannt werden kann. Bessere Verfahren verwenden eine Strommessung im eingeschalteten Zustand der Lampe, wobei ein Messwiderstand oder Stromspiegelschaltungen oder integrierte Lösungen, wie die sogenannten SenseFETs mit einem Steuereingang und einem Stromsignalausgang, wie in Fig. 1 skizziert. Jedoch kann die Spannung an der Lampenschaltung in einer Vielzahl von Anwendungsfällen, insbesondere in Kraftfahrzeugen nicht als konstant der Nennspannung entsprechend angenommen werden. Weicht die Spannung jedoch von der Nennspannung ab, so entspricht auch die aus dem Produkt von Strom und Spannung aktuelle Leistungsaufnahme nicht der Nennleistung. Zudem kann der aktuelle Lampenwiderstand schwanken wegen:
- der Verwendung unterschiedlicher Lampentypen
- der unterschiedlichen Nennspannung der verschiedenen Lampentypen - Abweichungen unterschiedlicher Hersteller
- Streuung innerhalb eines Lampentyps - Alterung der Lampe
Besonders problematisch ist die Diagnose bei zwei oder mehreren parallel geschalteten Lampen, die wenn überhaupt nur mit Kalibrierung der Elektronik erkannt werden können.
Zudem kann der Einsatz intakter, aber von der Spezifikation abweichender Lampen oder der Defekt einzelner Lampen zu Störungen an der Steuereinheit oder anderen mit der Lampe parallel geschalterer Lampen verursachen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Funktionsprüfung einer Lampenschaltung anzugeben, welches auch bei einer von der Nennspannung abweichenden Betriebsspannung eine Funktionsprüfung mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Lampenschaltung besteht aus mindestens einer Lampe, d.h. das Verfahren eignet sich insbesondere auch für Lampenschaltungen mit mehreren parallel geschalteten Lampen. Durch Messung von Strom und Spannung erfolgt die Erfassung des aktuellen Betriebszustands. Jede Funktionsprüfung basiert auf einem Vergleich gemessener Werte mit Sollwerten. Dabei wird für den Widerstandswert ein Polynom zumindest 1. Ordnung gemäß R=c*U+d abhängig von der aktuell gemessenen Spannung an der Lampenschaltung berücksichtigt. Letztlich ist es dabei nicht entscheidend, ob diese Berücksichtigung auf der Seite der Sollwerte oder bei der Umwandlung der gemessenen Werte in abgeleitete Größen erfolgt, also die gemessenen Größen entsprechend auf konstante Sollwerte normiert werden oder die Sollwerte an die Betriebsbedingungen angepasst werden.
Es kann der Widerstandswert der Lampe als Polynom zumindest 1. Ordnung ermittelt werden oder eine weitere Größe abgeleitet werden, wie nochfolgend noch ausführlich erläutert wird. Die Parameter des Polynoms werden durch eine zumindest der Ordnung des Polynoms entsprechende Anzahl von Messungen bei bekannten sich unterscheidenden Betriebsbedingungen bestimmt
Je höher die Ordnung des Polynoms wird, desto genauer kann die Prognose der Sollwerte bzw. die Annäherung der Messwerte an einen festen Sollwert erfolgen. Vorzugsweise wird der Widerstandswert auf die Nennleistung bezogen, in dem bei den Messungen bei bekannten Betriebsbedingungen die Parameter des Polynoms des Widerstandswerts jeweils mit der Nennleistung multipliziert werden. Dadurch kann bei Möglichkeit des Einsatzes verschiedener Lampen eine kleinere Schwankungsbreite und bessere Vorgabe erreicht werden. Weisen die Lampen bei Nennleistung voneinander abweichende Nennspannungen auf, so werden die Parameter des Polynoms auf eine gemeinsame Nennspannung normiert, in dem bei den Messungen bei bekannten Betriebsbedingungen die Parameter des Polynoms des Widerstandswerts jeweils mit dem Verhältnis aus gemeinsamer Nennspannung zu gemittelter Spannung der Lampen bei Nennleistung multipliziert werden. Dadurch kann bei Möglichkeit des Einsatzes verschiedener Lampen eine noch kleinere Schwankungsbreite und bessere Vorgabe erreicht werden.
Vorzugsweise kann als die mit einem Vorgabewert zu vergleichende Größe die Nennleistung der Lampenschaltung ermittelt werden, die aus Strom und Spannung und den aus den Referenzmessungen ermittelten Parametern des Polynoms des Widerstandswerts wird die für die aktuell eingebaute Lampe errechenbare Nennleistung ermittelt und mit dem Sollwert verglichen. Alternativ kann als Vorgabewert der Sollstrom durch die Lampenschaltung bei der aktuellen Spannung ermittelt werden, d.h. aus der Spannung wird zunächst mittels der Parameter der Widerstandswert für die aktuelle Spannung ermittelt und daraus der für diese Spannung zu erwartende Sollstrom bestimmt und mit dem Iststrom verglichen. Dabei werden die jeweiligen Normierungen auf Nennleistung und Nennspannung jeweils natürlich berücksichtigt.
Dadurch wird ein Beleuchtungssystem, bestehend aus zumindest einer Lampe und einer Steuereinheit möglich, welche Strom und Spannung erfasst und gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche den Widerstand der Lampe oder eine daraus abgeleitete Größe ermittelt und mit Vorgabewerten vergleicht und bei Abweichung von den Vorgabewerten erkennt, daß die Lampe defekt ist oder nicht der Vorgabe entspricht.
Dank der verbesserten Annäherung können auch zwei oder mehr parallel geschaltete Lampen gemeinsam überwacht und erkannt werden, daß einer der Lampen defekt ist oder nicht der Vorgabe entspricht. Vorzugsweise wird bei Lampen unterschiedlicher Nennleistung bzw. Widerstand aus dem Maß der Abweichung zu den Vorgabewerten abgeleitet, welche der parallel geschalteten Lampen defekt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 bevorzugte Schaltungsanordnung mit SenseFet zur Messung des Stroms in die Lampenschaltung
Fig. 2 Skizze der erreichbaren Verbesserung der Beschreibung des Lampenwiderstands bei Verwendung eines Polynoms erster Ordnung
Fig. 3 Skizze des tatsächlichen Lampenwiderstandsverlaufs für verschiedene Lampen Fig. 4 Schwankungsbreite bei Verwendung eines Polynoms dritter Ordnung
Fig. 5 Schwankungsbreite bei verschiedenen Lampentypen und Normierung auf die Nennleistung
Fig. 6 Schwankungsbreite bei verschiedenen Lampentypen und Normierung auf die Nennleistung und eine gemeinsame mittlere Nennspannung Fig. 7 relative Abweichung bei verschiedenen Lampentypen und Normierung auf die Nennleistung und eine gemeinsame mittlere Nennspannung
Fig.8 Parallelschaltung mehrerer Lampen
Die vorliegende Erfindung beschreibt also ein Verfahren zur Funktionsprüfung einer Lampenschaltung, insbesondere zur genauen Bestimmung der Lampennennleistung aus dem gemessenen Lampenstrom bei Betriebsspannung unter Anwendung eines empirisch ermittelten Lampenmodells.
Dabei wird zunächst in Meßreihen bei bekannten sich unterscheidenden Betriebsbedingungen der Arbeitsstrom der Lampe in Abhängigkeit von der Betriebsspannung jeweils für einen Lampentyp gemessen und daraus die Parameter für das Polynom des Widerstand berechnet.
Die Anzahl der Messungen entspricht schon für die Eindeutigkeit der Berechnung der Parameter zumindest der Ordnung des Polynoms, ist jedoch zum Ausgleich von Messschwankungen in der Praxis deutlich höher. Die Parameter werden dann entsprechend gut angenähert, können dann aber für die folgenden Messungen bei von der Nennspannung abweichender Betriebsspannung als konstant angenommen werden.
So kann dann bei einer aktuell gemessenen Spannung ausgehend von diesen konstanten Parametern der Widerstand deutlich genauer bestimmt und somit die Nennleistung exakter angegeben werden. Der Lampenwiderstand über der anliegenden Spannung ist ein Polynom hoher Ordnung und ist in Fig. 3 prinzipiell dargestellt. Für eine Diagnose reicht es aus, den Widerstand der Lampe im Arbeitsspannungsbereich der Lampe (Umin...Umax) zu betrachten. In diesem Bereich kann der Widerstand mit einem Polynom 1. Ordnung grob und mit einem Polynom 3. Ordnung mit sehr guter Genauigkeit angenähert werden. Dabei verdeutlicht Fig. 2, dass ausgehend von einem Nennwiderstand bei Nennspannung und einer definierten
Schwankungsbreite (dicke Linien um die gestrichelte Mittellinie) eine feste Vorgabe von Schwellen Rmaχ-bzw. Rmin bzw. ein Ansatz des Widerstandswerts als konstant zu derart groben Aussagen führt, dass weder der Einbau einer von der Spezifikation abweichenden Lampe noch der Defekt einer Lampe bei mehreren parallel geschalteten erkannt werden kann. So ergeben sich für alle bekannten Variablen (verschiedene Lampentypen und Hersteller, Parameterstreuung, Alterung) signifikante Unterschiede, die eine Bestimmung der Lampenleistung, besonders bei Parallelschaltung verschiedener Lampentypen ungenauer werden lassen, wie aus der Schwankungsbreite in Fig. 3 entnommen werden kann, wobei 5 die gestrichelte Linie den mittleren Verlauf die durchgezogenen Linien die Grenzen der tatsächlichen Lampenkennlinien verdeutlichen.
Eine demgegenüber weitergehende entscheidende Verbesserung kann durch Normierung des Widerstandes (bzw. der Parameter) auf die Nennleistung und nochmals besser auf die Nennspannung erzielt werden. 0 Dabei wird das Polynom des spannungsabhängigen Lampenwiderstandes mit der Nennleistung der Lampe multipliziert:
Figure imgf000008_0001
Anschließend wird auf eine gemeinsame Nennspannung normiert um die unterschiedlichen Nennspannungen der verschiedenen Lampentypen auszugleichen. K τ> r> Unorm Ulamp Unoπn ln \
\ D Kspez _norm = Kspez = r/nenn • [i,l - WJ ; *-"- *-}
Unennjst llamp Uueanjist
wobei Unorm die Nennspannung der Lampe zB. 12,0V und U nenn st die gemittelte Spannung bei Nennleistung eines Lampentyps ist.
Durch diese Normierungen ergibt sich ein nahezu identisches Polynom Rspez_norm für alle Lampentypen, bei dem nur noch ein enges Toleranzband betrachtet werden muß, wie in0 Fig. 4 skizziert wird.
Durch Umformung von Gl. 3 kann aus dem Polynom die genaue Nennleistung der Lampe in Anhängigkeit von der Betriebsspannung berechnet oder aus einer Tabelle interpoliert werden:
D _ τ> llamp • Un.eni._ist ir nenn — _pez_norm ; (Gl 31
Ulamp • Unorm 5 mit a - U3 + b - U2 + c - U + d [Ω - W] ;
Die Bestimmung des Polynoms erfolgt durch Meßreihen, wobei die Ermittlung des spezifischen normierten Widerstandes umso weniger fehlerbehaftet, je weniger verschiedene Lampentypen für die Bestimmung des Polynoms herangezogen werden. Der Fehler der Interpolationskurven von RSpe2_norm zueinander ist dabei kleiner als die Bauteilstreuung innerhalb eines Lampentyps.
Die Fig. 5 zeigt nun realen Kennlinien für ca. 15 im Kraftfahrzeugbereich übliche Lampen völlig unterschiedlicher Nennleistung (5-60 Watt) die Schwankungsbreite bei Normierung auf die Nennleistung. Bereits optisch ist ganz deutlich erkennbar, daß Lampen mit völlig unterschiedlicher Nennleistung und damit unterschiedlichem Innenwiderstand mit relativ guter Genauigkeit normiert werden können.
Für einige ausgewählte Lampentypen soll dies noch anhand der Tabelle näher erläutert werden. Alle Lampen sind Kfz-Lampen für 12 Volt-Bordnetze.
Figure imgf000009_0001
Dabei sind die Nennspannung und der Nennstrom die Größen, die sich bei Vorliegen der Nennleistung einstellen.
Während sich die Nennwiderstände bei den Lampen unterschiedlicher Leistung deutlich unterscheiden (ca. 23 Ohm bei 7 Watt-Lampe gegenüber 2,5 Ohm bei 60 Watt-Lampe), ist der auf die Nennleistung normierte spezifische Widerstandswert recht konstant mit einem Mittelwert von 150 und einer prozentualen Standardabweichung von ca. 7%. d.h. Lampen mit unterschiedlicher Nennleistung können mit verhältnismäßig hoher Genauigkeit durch einen spezifischen Referenzwert bzw. entsprechende Parameter a,b,c,d des Polynoms charakterisiert werden.
Deutlich erkennbar ist in den Beispielen in obiger Tabelle auch, daß die Lampen zum Teil schon von der Sollbordnetzspannung von 12 Volt deutlich abweichende Spannungswerte bei Nennleistung aufweisen. Erkennbar wird auch, daß auch die zwei 60-Watt- Lampentypen noch voneinander abweichende Nennwiderstandswerte aufweisen. Aus diesem Grund wurde bevorzugt noch eine Normierung auf eine gemeinsame mittlere Nennspannung, hier 12 Volt ergänzt.
Fig. 6 zeigt die gegenüber Fig. 5 nochmals deutlich reduzierte Schwankungsbreite bei verschiedenen Lampentypen und Fig. 7 zeigt die relative Abweichung bei verschiedenen Lampentypen und Normierung auf die Nennleistung und eine gemeinsame mittlere Nennspannung.
Vorstehend wurde bisher davon ausgegangen, dass die Zuleitungen und deren elektrischer Widerstand gegenüber dem Lampenwiderstand vernachlässigbar waren. Jedoch werden gerade in Kraftfahrzeugen zum Teil Zuleitung von bis zu 6 Metern Länge und dennoch kleinen Ouerschnitten verlegt, was zu Leitungswiderständen von bis zu >200 Milliohm führt. Kommen nun noch durch Korrosion und unvollständige Kontaktübergänge weitere Leitungswiderstände hinzu, können diese sich auf bis zu 1 Ohm summieren und sind die dabei auftretenden Verluste gegenüber Lampenwiderständen von 3-30 Ohm nicht immer vernachlässigbar. Daher bietet sich zudem die Möglichkeit, diesen Widerstandswert der Leitung zu erfassen und zu berücksichtigen.
Wenn sich beispielsweise der Widerstand der GΙühwendel(n) durch Alterung signifikant ändert, kann dies durch Messung bei verschiedenen Betriebsspannungen erkannt werden.
Da die Messung der Betriebsspannung an der Lampe durch die Elektronik sehr aufwendig wäre, kann die Spannung vereinfacht durch Schätzung der Widerstände im Lastkreis ermittelt werden. Dazu wird die Betriebsspannung am Steuergeräteingang gemessen und die Spannung an der Lampe aus Strom und Widerständen näherungsweise berechnet:
Ulamp = Ubatt - llamp • ( DSon + Rzuleitung ) ; (Gl. 4),
wobei RDSOΓT Einschaltwiderstand des Leistungsschalters
Widerstand der Lampenzuleitung einschließlich Ubergangswiderstand an der Lampenfassung.
Die Genauigkeit der Berechnung der Lampenleistung kann aber auch ohne direktes Ausmessen der Leitung noch weiter erhöht werden, wenn verschiedene Betriebsspannungsmessungen für die Bestimmung der Lampennennleistung herangezogen werden. Dies beruht auf der Tatsache, daß bei der Berechnung nach GI.3 die Nennleistung der Lampe konstant sein muß. Weist also eine Lampenschaltung bei zwei aufeinander folgenden Messungen mit unterschiedlichen Spannungen abweichende Nennleistungen auf, ohne dass die Lampe gewechselt wurde, so ist daraus der Einfluß der Zuleitung ableitbar.
Dementsprechend kann für eine spätere Fehleranalyse eine zyklische Erfassung von gemessener Nennleistung und Betriebsspannung erfolgen, wobei die erfassten Werte zumindest bei signifikanten Abweichungen von den Vorwerten abgespeichert und so mehrere Messungen bei unterschiedlichen Betriebszuständen vorliegen und zur Plausibilisierung und Ableitung des Fehlerortes bzw. der Fehlerart zur Verfügung stehen. Vorzugsweise ist zudem ein zeitlicher Bezug, bspw. durch einen Systemzeitzähler mit abgespeichert, so daß bei Änderungen in entsprechend kurzen Zeiträumen dies eindeutig zugeordnet werden kann.
Durch Kalibration der Elektronik bei exakt definierter Last kann der Fehler der Strommess- Schaltung weiter reduziert und damit die Genauigkeit weiter verbessert werden.
Durch das oben beschriebenen Verfahren kann daher die an den Schaltausgang angeschlossene Nennleistung mit guter Genauigkeit ermittelt werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in den umfangreichen Diagnosemöglichkeiten beim. Anschluß von zwei oder mehr Lampen an einem Schaltausgang, wo zumindest der Ausfall einer Lampe und vorzugsweise auch noch der Einbau von der Spezifikation nicht entsprechenden Lampen erkannt wird. Dies ermöglicht:
Einsparung von Kosten und Platzbedarf durch Reduktion der Anzahl der Ausgänge bzw. Schalter, d.h. mit einem Ausgang werden mehrere Lampen gesteuert
Reduktion der Variantenvielfalt (zB. unterschiedliches Rücklicht/Bremslichtkonzept für USA-Version, Anschluß Sidemarker in USA-Version, Parallelschaltung von
Blinkern)
Erkennung einer möglichen Überlast durch unzulässige Parallelschaltung weiterer Lampen. Folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Diagnosemöglichkeiten verschiedener Konfigurationen:
Figure imgf000012_0001
X= Plausibilität aus 2 Messungen mit unterschiedlicher Betriebsspannung möglich, um Zuleitungseinflüsse zu eliminieren
Die Möglichkeiten der Fehlererkennung bei parallel geschalteten Lampen soll anhand einer Blinkersteuerung gemäß Fig. 8 bestehend aus zwei baugleichen 20 Watt-Lampen vorn und hinten am Kfz sowie einer seitlichen Zusatzleuchte mit 5 Watt gesteuert über einen gemeinsamen Schalter erläutert werden. Die Tabelle zeigt die sich ergebenden Werte bei Nennspannung 12 Volt.
Figure imgf000012_0002
Es ist sofort erkennbar, dass bei einer bisher üblichen sehr groben Schwellendefinition zum Ausgleich von Temperatur- und Spannungsschwankungen ein Ausfall der kleineren 5- Watt-Lampe keinesfalls und selbst der Ausfall oder Einsatz einer abweichenden 20 Watt- Lampe kaum bemerkt werden konnte, berücksichtigt man eine erforderliche Toleranz von 50% ± 3 Ohm. Dank der deutlich genaueren Bestimmung sind nun die Fälle
L3 defekt = Nennleistung nur noch ca. 40 Watt
L1 oder L2 defekt = Nennleistung noch ca. 25 Watt
L3 und L1 oder L2 defekt = Nennleistung noch ca. 20 Watt voneinander unterscheidbar. Da die Nennleistung mit einer modellbehafteten Toleranz von ca. 10% angegeben werden kann, können auch die Abweichungen aufgrund von Leitungsstörungen nun erkannt werden.
Das Verfahren kann zudem sowohl bei kontinuierlicher Ansteuerung, als auch im getakteten Betrieb der Lampe verwendet werde. Bei getaktetem Betrieb, also insbesondere bei PWM-Ansteuerung der Lampen, ist die Nennspannung an der Lampe bevorzugt gleich dem Effektivwert des Ausgangssignals
Ulamp = Ubatf dcT ; (Gl. 5) mit • de. = (duty cycle) = Einschaltverhältnis der Pulsweitenmodulation, d.h. es wird vorzugsweise anstelle einer linearen Berechnung U|a ~ UDatt *Tein/Tgesamt der quadratische Zusammenhang des Effektivwertes berücksichtigt.
Es sei nochmals hingewiesen, dass dieses Widerstandsmodell für Lampen in gleicher Weise durch Unstellung der Ohmschen Gesetze unmittelbar auch für die Vorgabe von Stromwerten in Abhängigkeit von der aktuellen Spannung anwendbar ist und dann der Vergleich mit dem jeweils gemessenen Strom erfolgt. Alternativ wäre auch der Vergleich der aktuellen Spannung mit einer aus aktuellem Strom und Widerstandsmodell errechneten Sollspannung möglich, wobei der Widerstandswert selbst wiederum von der aktuellen Spannung abhängig ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Funktionsprüfung einer Lampenschaltung, bestehend aus mindestens einer Lampe, durch Messung von Strom und Spannung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstandswert berücksichtigt wird, welcher als ein Polynom zumindest
1. Ordnung abhängig von der aktuell gemessenen Spannung an der Lampenschaltung vorgegeben wird, wobei die Parameter des Polynoms durch eine zumindest der Ordnung des Polynoms entsprechende Anzahl von Messungen bei bekannten sich unterscheidenden Betriebsbedingungen bestimmt werden und der Widerstandswert oder eine daraus abgeleitete Größe mit einem Vorgabewert verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polynom zumindest 2. Ordnung gemäß R= b*U2 + c*U + d verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polynom zumindest 3. Ordnung gemäß R=a*U3 + b*U2 + c*U + d verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Widerstandswert auf die Nennleistung bezogen wird, in dem bei den Messungen bei bekannten Betriebsbedingungen die Parameter des Polynoms des Widerstandswerts jeweils mit der Nennleistung multipliziert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des Polynoms des Widerstandswerts für eine vorgegebene Menge möglicher einzusetzender Lampen vorgegeben werden, wobei die Lampen bei Nennleistung voneinander abweichende Nennspannungen aufweisen und der Widerstandswert auf eine gemeinsame Nennspannung normiert wird, in dem bei den Messungen bei bekannten Betriebsbedingungen die Parameter des Polynoms des Widerstandswerts jeweils mit dem Verhältnis aus gemeinsamer Nennspannung zu gemittelter Spannung der Lampen bei Nennleistung multipliziert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als die mit einem Vorgabewert zu vergleichende Größe die Nennleistung der Lampenschaltung ermittelt wird gemäß der Formel:
Ynenn - Kspez — wobej
Ulamp
llamp der aktuelle Strom durch die Lampenschaltung, Uiamp die aktuelle Spannung über der Lampenschaltung,
Rspez der auf die Nennleistung bezogene spezifische Lampenwiderstandswert in [Ω*W] ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als die mit einem Vorgabewert zu vergleichende Größe die Nennleistung ermittelt wird gemäß der
Formel:
— Ώ - Jiamp • Unenn_ist t/nenn = Rspez_norm - — — ; wobej
Ulamp • Unorm
llamp der aktuelle Strom durch die Lampenschaltung,
U lamp die aktuelle Spannung über der Lampenschaltung, RSpez_norm der auf eine gemeinsame Nennspannung und Nennleistung bezogene, spezifische Lampenwiderstandswert in [Ω*WJ
Unorm die vereinbarte gemeinsame Nennspannung und Unennjst die gemittelte Spannung aller Lampen bei Nennleistung ist.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorgabewert der Sollstrom durch die Lampenschaltung bei der aktuellen Spannung ermittelt wird
5 gemäß der Formel:
Pnenn ■ Ulamp llamp_soll =
Rspez
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorgabewert der Sollstrom durch die Lampenschaltung bei der aktuellen Spannung ermittelt wird gemäß der Formel:
rnenn ■ Ulamp Unorm •j Q ilamp_soll =""
Rspez_norm Unennjst
10. Beleuchtungssystem, bestehend aus zumindest einer Lampe und einer Steuereinheit, welche Strom und Spannung erfasst und gemäß dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche den Widerstand der Lampe oder eine daraus
15 abgeleitete Größe ermittelt und mit Vorgabewerten vergleicht und bei Abweichung von den Vorgabewerten erkennt, daß die Lampe defekt ist oder nicht der Vorgabe entspricht.
1 1. Beleuchtungssystem, bestehend aus zumindest zwei parallel geschalteten Lampen 0 und einer Steuereinheit, welche Strom und Spannung erfasst und gemäß dem
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis den Widerstand der Lampe oder eine daraus abgeleitete Größe ermittelt und mit Vorgabewerten vergleicht und bei Abweichung von den Vorgabewerten erkennt, daß zumindest einer der Lampen defekt ist oder nicht der Vorgabe entspricht. 5
12. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 1, wobei Lampen mit unterschiedlicher Nennleistung parallel geschaltet sind und aus dem Maß der Abweichung zu den Vorgabewerten abgeleitet wird, welche der parallel geschalteten Lampen defekt ist.
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