CN103141161A - 用于机动车前照灯的气体放电灯的控制和调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车前照灯的气体放电灯的控制和/或调节装置，其中该控制和/或调节装置(109)具有壳体和在该壳体内部设置的控制电子器件，该控制电子器件致力于调节气体放电灯(106)的至少一个运行参数。该控制和/或调节装置(109)具有在壳体内部设置的光传感器(113)，并且致力于使由气体放电灯(106)产生的光入射到光传感器(113)上以及在闭式的调节回路(200)中通过向气体放电灯(106)适配地供应电功率而将作为实际值的该光传感器(113)的由该光入射引起的信号调节到额定值。

Description

用于机动车前照灯的气体放电灯的控制和调节装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于机动车前照灯的气体放电灯的控制和/或调节装置以及一种根据权利要求6的前序部分的方法。这样的控制和/或调节装置和这样的方法分别本身是已知的。

背景技术

已知的控制和/或调节装置具有壳体和设置在壳体内的控制电子器件，该控制电子器件致力于调节气体放电灯的至少一个运行参数。已知的方法设定调节这样的机动车前照灯的气体放电灯的一个运行参数。

机动车前照灯设置在机动车的前部区域中并用于照亮在该机动车前方的行车道。气体放电灯在此用作光源，其光由前照灯以希望的光分布，例如近光灯分布或远光灯分布的形式分布到前照灯的前方区域中且特别是分布到行车道上。气体放电灯具有充有气体的玻璃灯泡，在该玻璃灯泡中设有至少两个电极。通过引燃气体放电在各电极之间产生发出光的电弧，通过向各电极连续地供应电功率而维持该电弧。对电功率的供应的控制经由设置用于此的控制和/或调节装置实现。

在前照灯中的气体放电灯并且特别是由该气体放电灯产生的光通量的功能受外界影响因素，如车载电源波动、机械加速以及声音共振和老化效应等影响。

为了补偿这些外界影响因素，采取在调节技术方面的措施，其目的在于使气体放电灯的光通量尽可能保持恒定。目前使用的用于恒定地保持光通量的在调节技术方面的措施基于迂回地确定电灯功率并接着将该电灯功率调节到额定值，因为电灯功率由控制设备简单地测量。

然而，这样进行的前提是：气体放电灯在所有运行情况下将供应到它的调节到恒定值的电功率以相同的份额转变成光功率和热，从而由气体放电灯发出的光通量总是以恒定的比例系数与电功率成比例。

但是，已证实的是：在供应的电功率与确定的光功率之间的转换机能并不总是完全恒定的。因此，尽管对电灯功率进行调节，但依然出现气体放电灯的光通量或光功率的波动。

该转换机能例如由于灯老化、灯温度的波动、机械加速和各电极上的变化的电弧起点而改变。

因此，例如气体放电灯的玻璃灯泡由于盐扩散和/或电极烧损而变暗或甚至变黑。此外，冷或凉的气体放电灯具有较差的效率，并由此与已到达其运行温度的气体放电灯相比在相同的电功率下发出较少的光。另外，由于如在当行驶在较差的路段上时使前照灯震动或振动的情况下出现的机械加速、由于电弧偏转、电弧延长或由于电弧在冲击到玻璃灯泡上时的冷却，可以导致发光效率改变。

发明内容

在这些背景下，本发明的任务在于：即使在外界干扰影响因素产生影响的情况下，依然实现由机动车前照灯的气体放电灯发出的光通量的较佳恒定。

该任务分别利用装置权利要求1的特征和独立的方法权利要求6的特征解决。

在装置方面，本发明的特征在于，该控制和/或调节装置具有设置在壳体内部的光传感器，并且设置用于使由气体放电灯产生的光入射到光传感器上以及在闭合的调节回路中通过适配向气体放电灯供应的电功率而将作为实际值的、光传感器由光入射引起的信号调节到额定值。

在方法方面，本发明的特征在于，检测光传感器的信号，该光传感器在壳体内部这样设置，使得该光传感器被气体放电灯的光照亮，并且作为实际值的、光传感器由光入射引起的信号在闭合的调节回路中通过适配向气体放电灯供应电功率而被调节到额定值。

本发明的构思基于：直接测量发出的光通量并通过调节保持该光通量恒定，并且不经由迂回地调节电灯功率来影响该光通量。因此实现一种代替电功率的常规调节的光调节。

因此，可有效地消除气体放电灯的在每种运行状态下并不已知的或动态改变的效率的影响。

外界影响因素的作用在此不必是已知的。因此，除了所有目前已知的影响因素之外，所有目前不可计量的或仅可由极大的软件额外支出估计的光反应也可以被直接调整。

优点在于可靠并且直接地调节由气体放电灯发出的光通量，其中所有调节要求、特别是还通过使用新研制的无汞的气体放电灯增加的调节要求都可被满足。

在此有利的是，在减少开销的同时明显提高调节质量。

根据本发明的用于运行气体放电灯运行的控制和/或调节装置的其它优点特别是在于：快速的光调节以减弱光波动效应。本发明特别是允许直接调整缓慢的机械激励的影响，特别是在约18Hz的机械灯共振的范围内，但也调整由机械冲击和/或撞击引起的刺激的影响。

此外，本发明允许直接调整这样的光波动效应，该光波动效应在电极-光斑跃迁(从扩散模式到点模式中)的情况下或在电气车载电源-电压波动的情况下或由于声学灯共振而出现。声学灯共振由于在120KHz范围内的所谓的变压器脉动电压而电激发。

本发明还允许直接调整光波动效应，该光波动效应在气体放电灯的位置缓慢振动的情况下出现，如例如在转弯行驶和/或加速过程和/或刹车过程和/或倾斜时由于机械横向振动或纵向振动而激发的光波动作用。

本发明还允许较佳地针对出现的电流零相位而反应。

另一优点在于：本发明允许补偿缓慢地在气体放电灯的使用寿命中因老化而引起的光通量减少，该光通量减少不一定在电灯功率中体现。

还有利的是，可取消功率调节和通量调节的级串联，并可由在软件中的明显简单且因此快速的调节结构代替该级串联。

还有利的是，可取消在无汞的气体放电灯的情况下软件侧的极为复杂的气体放电灯状态识别以及由此导致的光启动-策略，因为气体放电灯在其启动阶段可以在接通之后以直接从其发出的光作为调节参数来调节。

另一重要优点在于，本发明允许通过在带端上的调准而补偿在制造气体放电灯时出现的关于在给定的电功率下获得的光强度的批样差异。这意味着，离开制造工厂的所有气体放电灯在交货状态下都具有相同的光通量(在测量公差的范围内)。

此外，可实现对光启动的直接调节。在此，可取消适配于各个气体放电灯类型的功率启动特征线。

在该控制和/或调节装置的一个优选的实施结构中，该控制和/或调节装置与气体放电灯一同形成一个刚性结构单元。气体放电灯然后与用于点亮气体放电灯所需的点燃设备以及与用于运行气体放电灯运行所需的控制设备(其具有DC/DC变压器和为实施该方法而编程的微处理器)一起形成一个整体单元。

通过将光传感器设置在本身刚性的连接的壳体内部而可避免各种困难，如在这种刚性连接之外所必需地将光传感器设置在反射器的区域中时出现的困难。这些困难源于所要求的额外的电缆连接(包括复杂的屏蔽)以及控制设备与传感器的缺乏热耦联。

通过根据本发明将控制和调节装置的电子器件设置为与气体放电灯刚性连接而避免这些困难。本发明利用如下事实：即，气体放电灯还向后、即在与前照灯的主照射方向相反的方向上照射。由气体放电灯发出的光的一部分在本发明中直接射到控制和/或调节装置的电子器件上，在此处其可被简单地在电路板上用光传感器测量。

所有需要的、用于运行气体放电灯运行的装置可设置在控制和/或调节装置的壳体中的一个电路板上，其中，根据本发明的控制和/或调节装置的光传感器也设置在壳体内部的电路板上。当然也能够在该壳体中设置多个、例如可堆叠的电路板。组合成完整单元相当大地简化气体放电灯在前照灯中的安装和连接。此外，光传感器可根据需要定位在控制和/或调节装置中。

通过将光传感器直接设置在控制和/或调节装置的电路板上，有利地实现了光传感器与电子器件之间的热耦联，其允许补偿随温度漂移的参数。此外，可能干扰光传感器的敏感的模拟信号的极端干扰源基本上不再产生影响，因为无需必须被屏蔽的长连接导线。

在控制和/或调节装置的该优选实施结构中，该刚性结构单元具有开口，该开口相对于气体放电灯的燃烧室且相对于光传感器这样设置，使得从燃烧室发出的光部分地射到光传感器上。通过该刚性结构单元，光传感器可精确地定位在电路板上，从而从气体放电灯发射的光的大部分通过该开口直接到达光传感器。这有利地意味着：控制和/或调节装置在运行气体放电灯器件的整个运行过程中可连续地监视发出的光通量。在偏离预定的额定值时，控制和/或调节装置可经由用于DC/DC变压器的适配的控制信号立即重新调节光通量。该DC/DC变压器设置用于产生用于气体放电灯的运行电压。在此，机动车的车载电源的电压通过控制和/或调节装置监视，从而DC/DC变压器可补充地根据车载电源电压的波动而控制。

在另一实施形式中，根据本发明的控制和/或调节装置可具有光导体，其设置用于将从气体放电灯的燃烧室发出的光部分地引导到光传感器上。该光导体一般根据全反射的调节工作，并因此在发出的光的传播路径上几乎没有损失。在偏离预定的额定值时，控制和/或调节装置在此也可经由用于DC/DC变压器的适配的控制信号立即重新调节光通量。

优选地，该调节利用具有PI调节特性的调节器实现。在此，调节参数(P-分量，I-分量)可这样预先确定，即在1至2毫秒的时间跨度上调整实际值从额定值的偏差。为了调整由气体放电灯发射的光通量的每个可能的干扰，使得可识别到人眼不可观察的光强度或光通量，该调节快到超过人眼的动态的视觉敏感度。调节回路的结构在此减少成带有不同干扰耦联的简单的PI-光调节回路，其可在无需高费用地实现。

其它优点由从属权利要求、说明书和附图中得出。

当然，先前所述的以及下文将要阐述的特征不仅可在各个给出的组合中使用，而且可在其它的组合中或单独地使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并在下面的说明中详细阐述。在此，分别以示意性的形式示出：

图1：带有气体放电灯和根据本发明的控制和/或调节装置的前照灯的纵剖视图；和

图2：用于调节图1的气体放电灯的光强度的调节回路。

在此相同的附图标记始终相同的或至少其主要功能相同的元件。

具体实施方式

具体而言，图1示出形式为机动车前照灯的照明装置100。照明装置100包括壳体101，其优选由塑料制成。在光射出方向102上，壳体101具有光出射开口103，其由透光的盖板104封闭。

在壳体101内部设置光模块105，其具有形式为气体放电灯106的光源以及反射器107。气体放电灯106具有充有气体的玻璃灯泡108，所述气体允许点燃和维持稳定燃烧的电弧。玻璃灯泡108的气体填充的成份对于各制造商有所不同。

气体放电灯106与控制和/或调节装置109一起优选形成一个整体单元。控制和/或调节装置109在内部包括DC/DC变压器110、带有微处理器和存储装置的控制设备111以及未在图1中示出的点燃设备。DC/DC变压器也可对应于控制设备的功能。DC/DC变压器110、控制设备111和点燃设备设置在一个公共的电路板112上。

此外在电路板112上设置光传感器113。光传感器113可例如为光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管或光敏电池。这种光传感器一般根据光电效应的物理定律工作，其中光传感器的电气性质在光影响下改变。通过将光传感器定位在控制和/或调节装置109的壳体内部，实现特别是在这样的位置的光测量，即该位置并不设置在反射器的区域中，从而避免由所必须的额外电缆连接(包括复杂屏蔽以及控制设备与传感器的缺少的热耦联)引起的困难。

在气体放电灯106运行时，在充有气体的玻璃灯泡108中产生电弧。在从没有电弧的断开状态向产生稳定的光的状态的过渡过程中可分为多个阶段，即：点燃、转接和启动。在此之后接着以稳定燃烧的电弧正常运行。

为了点燃，首先将点燃电压脉冲施加到达电极上。点燃电压脉冲非常短并导致气体微粒在电极之间的电场中电离。脉冲形式的点燃电压的大小在用于机动车前照灯的标准气体放电灯的情况下在20至30千伏之间。

接着在称为转接的阶段中，存储在增压电容中的能量用于这样强地照亮电离的气体微粒，使得通过碰撞电离调准在电极之间的雪崩式的电荷击穿，该电荷击穿点燃并维持电弧。

在此，先前充电到约400伏的增压电容的电压下降到在稳定运行时调准的燃烧电压。对于含汞的灯，该电压为约80伏。无汞的灯采用43伏的燃烧电压。总之，根据灯的实施结构，该燃烧电压可在30伏与120伏之间。接收阶段例如几百微秒长。

在转接之后接着以临时的直流运行实现气体放电灯的启动，所述直流运行典型地在50毫秒长的直流阶段快速加热电极。在第一直流阶段之后接着通常是相同长的极性颠倒的第二直流阶段。

接着，气体放电灯在正常运行下以频率在250Hz至800Hz、特别是约400Hz的交流电压以及两个电极之间的燃烧电压的、取决于灯的设计的在30与120伏之间的值运行。该利用交流电压的运行用于限制电极烧损。在交流电流运行的开始，气体放电灯还以等于其公称功率的电功率运行，以实现电极的加热。电极的加热有利于稳定燃烧的电弧的调准。因而该功率逐渐地在几秒到几分钟的时间跨度过程中减少到公称功率。该阶段同样还算作启动。因此总之启动是指这样的阶段，其中气体放电灯在接通过程中临时地以与其额定功率相同高的功率运行。

控制和/或调节装置109承担点燃设备功能的部分在此提供用于点燃气体放电灯106的点燃电压。控制和/或调节装置109的承担控制设备功能的部分用于提供用于点燃设备的输入电压以及用于使气体放电灯106运行的运行电压。这些电压通过控制和/或调节装置109由机动车的车载电源电压产生。

控制和/或调节装置109的承担控制设备功能的部分使气体放电灯106运行并监视该气体放电灯，这些部分由车载电源电压产生中间电压(约1000伏)作为用于控制和/或调节装置109的承担点燃设备功能的部分的输入电压，然后该中间电压由这些部分变高地转变成点燃电压(约25000伏)，并且这些部分提供用于在点燃电弧之后使气体放电灯106持续运行的运行电压。此外，控制和/或调节装置109的承担控制设备功能的部分促使控制和/或调节装置109的承担点燃设备功能的部分点燃气体放电灯106，这些部分在冷的气体放电灯106的情况下控制启动阶段中的电流存储，并在稳定的运行中实现气体放电灯106的已调节功率的供应。控制和/或调节装置109的承担控制设备功能的部分此外优选设置用于、特别是被编程以在气体放电灯106的运行期间尽可能调整光功率的波动。

另外，控制和/或调节装置109设置用于、特别是被编程以实施根据本发明的方法和/或其设计方案，其中一个实施结构特别是指方法过程的控制。

在所示的设计方案中，在控制和/或调节装置109与玻璃灯泡108之间构造有灯座114，光源106以及控制和/或调节装置109经由该灯座固定在反射器107上。在图1中简单地示出了灯座110在反射器107上的固定。其通常经由大致中空圆柱形的反射器颈管实现，该反射器颈管构造在反射器107的后侧并被***座114中。在反射器颈管的内周界侧上通常构造有固定装置，用于将光源106相对于反射器107的反射面牢固地固定在预定位置中，但这里并不详细对其论述。

此外，座114具有开口120，在气体放电灯106的运行期间，气体放电灯106的发出的光的一部分可通过该开口进入操纵设备109的壳体中。设置在电路板112上的光传感器113这样定位，使得由气体放电灯106发出的且通过开口120射入的光精确地射到光传感器113上。该设计方案特别是通过由气体放电灯106和控制和/或调节装置109组成的整体单元实现，其中电子器件与光传感器113直接设置在也向后发光的气体放电灯106上。

在另一实施结构中，光也可经由光导体从气体放电灯106引导到光传感器113上。该实施结构允许本发明还应用于如下情况：将光传感器在空间上分隔地设置在控制和/或调节装置109和气体放电灯106的电路板上。

在图1中示出的光模块105称为反射模块，这是因为所希望的光分布单独通过由光源106发出的且由反射器107反射的光、必要时在光学有效的构型的影响下在盖板104上产生。

此外要注意：除了在图1中示出的光学部件、特别是光源106和反射器107以外，光模块105也可还具有投影透镜，其将由光源106发出的且由反射器107反射和汇集的光束投影到行车道上，以在机动车前方产生所希望的光分布。如果所希望的光分布应当具有水平的明暗边界，在反射器107与投影透镜之间可在反射器107的光学轴线117的高度上或直接在其下方设置遮光板装置，其具有构造为明暗边界的遮光板棱边。这样的光模块称为反射模块。本发明就此而言即可使用在反射***中也可使用在投影***中。

在图1中，在控制和/或调节装置109的下侧设置形式为插头的电的第一插接元件115。形式为衬套的相应的第二插接元件116与该第一插接元件115接合。经由插接元件115和116，在电路板112上的电结构元件与电缆118之间形成电接触，所述电缆连接到设置在前照灯壳体101外部的能量源119、例如机动车车载电源的汽车蓄电池上。

图2示出了闭合的调节回路200的功能块图示，其用于调节由气体放电灯106发射的光在前照灯100中的光通量L。

块106表示气体放电灯106，块110表示提供气体放电灯106的电输入值的DC/DC变压器110。块113表示光传感器113。其余的块206、208、209和210表示作用在调节回路200上的形式为干扰参数的影响因素。其余的块201、202和204表示由控制和调节装置109实现的调节功能。就此而言，图2公开了本发明的方法以及装置。

气体放电灯106的电弧121产生光通量L。第一干扰参数206作用于该光通量L，第一干扰参数直接影响在电灯功率与光功率之间的转换机能。这为电弧121的例如机械激发的波动。

电弧121在一些情况下通过老化影响因素而性能下降。这样的性能下降例如通过使气体放电灯106的玻璃灯泡108变黑而作用。这样的老化影响因素在图2中由块208表示，其在结点209中的影响从光通量L中减去。结点209的结构L_IST表示气体放电灯106的实际光通量，如可由光传感器113检测或由该光传感器检测的实际光通量。

在结点202中，由光传感器113检测的实际值L_IST从额定值L_SOLL中减去，该额定值由额定值给定器201、例如控制和调节装置109的存储器的存储单元提供。得出的差作为调节偏差提供给调节器204，该调节器因此采用预定的调节算法给出用于控制DC/DC变压器110的控制参数，而DC/DC变压器确定电灯功率。

因此，调节算法这样预先确定，即实际值L_IST反作用于控制参数导致：实际值L_IST从额定值L_SOLL的偏差在时间平均值中减小。在优选的设计方案中，调节器204具有P-I调节特性，从而调节控制参数的第一分量与调节偏离成比例，并且调节控制参数的第二分量作为I分量通过调节偏差的时间积分形成。

块210表示车载电源电压的波动。这些波动形成干扰参数，其作用于DC/DC变压器110并就此而言不影响气体放电灯106的电功率与其光功率之间的转换机能，而是直接影响电功率。然而，该干扰参数也作用于光功率并相应地通过本发明调整。

特别有利的是，气体放电灯106的预先控制的调节不仅涉及气体放电灯106的正常运行，而且可在气体放电灯106的启动阶段实现。通过由调节回路200调节光通量L，去除了现有技术所要求地非常复杂地重新形成开头所述的干扰的影响。

PI特性允许在一至两毫秒的时间跨度上调整所谓的干扰。该时间比人的视觉感应的反应时间更短，从而在调整之后光功率的仍然残留的波动不被感知到。

Claims (10)

1.一种用于机动车前照灯的气体放电灯(106)的控制和/或调节装置(109)，其中，该控制和/或调节装置(109)具有壳体和布置在该壳体内部的控制电子器件，该控制电子器件设置用于调节气体放电灯(106)的至少一个运行参数，其特征在于，该控制和/或调节装置(109)具有设置在壳体内部的光传感器(113)，并设置用于使由气体放电灯(106)产生的光入射到光传感器(113)上以及在闭合的调节回路(200)中通过适配向气体放电灯(106)供应的电功率而将作为实际值的、该光传感器(113)由该光入射引起的信号调节到额定值。

2.根据权利要求1所述的控制和/或调节装置(109)，其特征在于，光传感器(113)与控制和/或调节装置(109)的电子构件一同设置在共同的电路板(112)上。

3.根据权利要求1或2所述的控制和/或调节装置(109)，其特征在于，该控制和/或调节装置与所述气体放电灯(106)一同形成刚性的结构单元。

4.根据权利要求3所述的控制和/或调节装置(109)，其特征在于，所述刚性的结构单元具有开口(120)，该开口相对于气体放电灯(106)的燃烧室且相对于光传感器(113)这样设置，使得从燃烧室发射的光部分照射到所述光传感器(113)上。

5.根据权利要求3所述的控制和/或调节装置(109)，其特征在于光导体，其设置用于将从燃烧室发出的光部分地引导到光传感器(113)上。

6.一种用于通过控制和/或调节装置(109)调节机动车前照灯的气体放电灯(106)的运行参数的方法，该控制和/或调节装置具有壳体和设置在该壳体内部的设置用于调节运行参数的控制电子器件，其特征在于，检测光传感器(113)的信号，该光传感器这样设置在壳体内部，使得该光传感器被气体放电灯(106)的光照亮，并且作为实际值的、该光传感器(113)由该光入射引起的信号在闭合的调节回路(200)中通过适配向气体放电灯(106)供应的电功率被调节到额定值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用PI-调节特性实现到额定值的调节。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，调节参数(P-分量，I-分量)这样预先确定，使得实际值与额定值的偏差在1至2毫秒的时间跨度上被调整。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，该调节的控制参数控制DC/DC变压器，利用该DC/DC变压器产生气体放电灯(106)的运行电压。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，监测机动车的车载电源的电压，并且补充地根据车载电源电压的波动控制DC/DC变压器。

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