DE10149111A1

DE10149111A1 - Spannungsregelung für Fahrlicht und Innenbeleuchtung

Info

Publication number: DE10149111A1
Application number: DE10149111A
Authority: DE
Inventors: Erich Geisbauer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2003-04-24

Abstract

In Bordnetzen von Kraftfahrzeugen treten Spannungsschwankungen auf, die die Lebensdauer von Leuchtmitteln für die Fahrbeleuchtung reduzieren und sich aufgrund der Leuchtstärkeschwankungen von Leuchtmitteln störend auf den Fahrer auswirken können. Daher wird in das Bordnetz eine Spannungsstabilisationseinrichtung eingebracht, mit der sekundärseitig zumindest einer der Verbraucher mit einer gegenüber positiven und/oder negativen Schwankungen stabilisierten Spannung versorgbar und die primärseitig an die Batterie und/oder die Generatoreinrichtung des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Die Beleuchtung des Kraftfahrzeugs kann somit mit konstanter bzw. stabilisierter Spannung betrieben werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Generatoreinrichtung, mit der ein Ladestrom für eine aufladbare Batterie und/oder ein elektrischer Strom für Verbraucher erzeugbar und die zum Antrieb mit einem Kraftfahrzeugmotor verbindbar ist, und einer Anschlussvorrichtung, mit der die aufladbare Batterie mit der Generatoreinrichtung elektrisch verbindbar ist, an die einer oder mehrere Verbraucher anschließbar sind und die Verbindungsleitungen umfasst, die Leitungswiderstände besitzen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Spannungsversorgung für die Kraftfahrzeugbeleuchtung.

Die Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs erfolgt üblicherweise über eine Lichtmaschine bzw. eine Generatoreinrichtung, die über den Kraftfahrzeugmotor angetrieben wird. Parallel zur Lichtmaschine ist eine aufladbare Batterie geschaltet, die die Stromversorgung auch im abgeschalteten Zustand des Kraftfahrzeugmotors gewährleistet und die von der Lichtmaschine geladen wird.

In Kraftfahrzeugen befinden sich sehr viele Verbraucher, die mit der üblichen Spannung von etwa 12 Volt von der Lichtmaschine bzw. von der Batterie versorgt werden. Als derartige elektrische Verbraucher befinden sich in dem Bordnetz neben elektronischen Steuerkomponenten auch Beleuchtungseinrichtungen für Fahrlicht und Innenbeleuchtung.

Im Bordnetz des Fahrzeugs kommt es, bedingt durch transiente Schaltvorgänge größerer Verbraucher zu Spannungsschwankungen bis zu einigen Volt mit einer Dauer von mehreren hundert Millisekunden. So treten massive Spannungsschwankungen insbesondere beim Aufprüfen von ESP-Ventilen, beim Betreiben einer elektrischen Lenkung und dergleichen auf. Beim gleichzeitigen Betrieb von Beleuchtungseinrichtungen, vor allem des Fahrlichts, werden diese Spannungsschwankungen als äußerst störende Leuchtstärkeschwankungen vom menschlichen Auge wahrgenommen.

Die Spannungsschwankungen führen ferner zu Spannungsüberhöhungen, die deutlich über 12 Volt liegen. Die üblicherweise verwendeten Glühlampen, z. B. vom H7-System, werden optimalerweise mit einer Spannung von 13,2 Volt betrieben. Derartige, auf maximale Leuchtstärke getrimmte Glühlampensysteme verlieren wesentlich an Lebensdauer, wenn sie auch nur kurzfristig mit deutlich höheren Spannungen, z. B. etwa 16 Volt, betrieben werden. Hinzu kommt, dass ein Lampenwechsel bei den aktuellen Scheinwerfersystemen konzeptbedingt sehr aufwendig ist, was zu erhöhten Reparaturkosten führt.

In diesem Zusammenhang ist aus der Patentschrift DE 198 44 749 C1 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Spannungsversorgung von Leuchtmitteln bei Kraftfahrzeugen bekannt. Dabei wird mit einem Spannungsbegrenzer eine der Nennspannung der Leuchtmittel entsprechende konstante Netzspannung erzeugt. Diese wird anstelle der Spannung des Bordnetzes zur Erregung der Leuchtmittel verwendet. Durch diese Spannungsbegrenzung wird eine Erhöhung der Zuverlässigkeit und der Verfügbarkeit des Kraftfahrzeugs durch eine Vergrößerung der Lebensdauer der Leuchtmittel erreicht. Leuchtstärkeschwankungen treten aber immer noch auf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die für Betreiber von Fahrzeugen störenden Leuchtstärkeschwankungen zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Spannungsversorgungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Generatoreinrichtung, mit der ein Ladestrom für eine aufladbare Batterie und/oder ein elektrischer Strom für Verbraucher erzeugbar und die zum Antrieb mit einem Kraftfahrzeugmotor verbindbar ist, und einer Anschlussvorrichtung, mit der die aufladbare Batterie mit der Generatoreinrichtung elektrisch verbindbar ist, an die einer oder mehrere Verbraucher anschließbar sind und die Verbindungsleitungen umfasst, die Leitungswiderstände besitzen, sowie einer Spannungsstabilisationseinrichtung, mit der sekundärseitig zumindest einer der Verbraucher mit einer gegenüber positiven und/oder negativen Schwankungen stabilisierten Spannung versorgbar und die primärseitig an die Batterie anschließbar und/oder die Generatoreinrichtung angeschlossen ist. Durch das Ausgleichen auch negativer Spannungsschwankungen durch die Spannungsstabilisationseinrichtung können wahrnehmbare Reduktionen der Leuchtstärke von Beleuchtungseinrichtungen bzw. Leuchtmittel im Bordnetz aufgrund der sonst üblichen Spannungsschwankungen deutlich reduziert werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht die Spannungsstabilisationseinrichtung aus einer Spannungsregelungseinrichtung, mit der innerhalb eines vorgegebenen Regelbereichs positive und negative Schwankungen einer Primär- bzw. Eingangsspannung durch einen Regelkreis für eine Sekundär- bzw. Ausgangsspannung reduzierbar sind. Die Ausgangsspannung wird dabei laufend mit einem Sollwert verglichen. Durch Steuerung eines Stellglieds wird sie derart verstellt, dass die Abweichung auf ein Minimum zurückgeht.

Eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung besteht darin, dass die Spannungsstabilisationseinrichtung als Gleichstrom/Gleichstrom- Wandlereinrichtung bzw. DC/DC-Wandler ausgelegt ist. Vorzugsweise werden mit diesem DC/DC-Wandler Primärspannungen von 9 bis 16 Volt in eine für übliche Leuchtmittel optimale Sekundärspannung von 13,2 Volt mit nur geringen Schwankungen im Bereich von zehntel Volt gewandelt.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die ein Prinzipschaltbild zu einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.

Die nachfolgend beschriebene Ausführungsform stellt lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
Ein Bordnetz umfasst, wie in der Zeichnung dargestellt ist, als Strom- bzw. Spannungsquelle eine Batterie und eine parallel geschaltete Lichtmaschine bzw. einen Generator G. Darüber hinaus umfasst das Bordnetz mehrere Bordnetzverbraucher BNV₁ . . . BNV_Y. Die Bordnetzverbraucher BNV₁ . . . BNV_Y sind zur Batterie bzw. Lichtmaschine mittels entsprechender Zuleitungen parallel geschaltet. Das Zuleitungssystem weist bezogen auf die Batterie plusseitige Zuleitungswiderstände Z_1,P . . . Z_2,P und minusseitige Zuleitungswiderstände Z_1,N . . . Z_Z,N auf.
Die Spannungsversorgung der Leuchtmittel bzw. Beleuchtungseinrichtungen erfolgt über Kopplung indirekt durch das Bordnetz. Als Kopplungselement ist ein DC/DC-Wandler als Spannungsstabilisationseinrichtung primärseitig an das Bordnetz und sekundärseitig an einen Beleuchtungsstromkreis angeschlossen.
Das Bordnetz unterliegt, wie erwähnt, aufgrund transienter Schaltvorgänge gewisser Bordnetzverbraucher BNV₁ . . . BNV_Y Spannungsschwankungen, die in der Regel im Bereich zwischen 9 und 16 Volt liegen. Der DC-/DC-Wandler ist in der Lage, derartige Primärspannungen in eine konstante Sekundärspannung von 13,2 Volt zu wandeln.
Im Leuchtmittelstromkreis sind die verschiedenen Leuchtmittel des Kraftfahrzeugs parallel geschaltet. Hierzu zählen sowohl das Fahrlicht, z. B. Abblendlicht und Fernlicht, als auch die Innenbeleuchtung.
Durch die spezifische Kopplung des Beleuchtungsstromkreises an das Bordnetz werden die Leuchtmittel mit einer stabilisierten Spannung versorgt, wobei sowohl positive als auch negative Schwankungen des Bordnetzes, denen die Bordnetzverbraucher BNV₁ . . . BNV_Y ausgesetzt sind, ausgeglichen werden. Dies beinhaltet nicht nur das Begrenzen der Spannung im Leuchtmittelkreis nach oben, sondern auch das Anheben niedrigerer Primärspannungen auf das konstante Sekundärspannungsniveau von 13,2 Volt.
In den an das Bordnetz gekoppelten Stromkreis können auch andere spannungssensible Elektronikkomponenten eingefügt werden. Darüber hinaus können in einer erfindungsgemäßen Weiterbildung mehrere Spannungsstabilisationseinrichtungen in das Bordnetz integriert werden, so dass mehrere an das Bordnetz gekoppelte Stromkreise zur Verfügung stehen. In den jeweiligen Stromkreisen können unterschiedliche Spannungsniveaus oder Schwankungstoleranzen herrschen.

Claims

1. Spannungsversorgungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit
einer Generatoreinrichtung, mit der ein Ladestrom für eine aufladbare Batterie und/oder ein elektrischer Strom für Verbraucher erzeugbar und die zum Antrieb mit einem Kraftfahrzeugmotor verbindbar ist, und
einer Anschlussvorrichtung, mit der die aufladbare Batterie mit der Generatoreinrichtung elektrisch verbindbar ist, an die einer oder mehrere Verbraucher anschließbar sind und die Verbindungsleitungen umfasst, die Leitungswiderstände besitzen,
gekennzeichnet durch
eine Spannungsstabilisationseinrichtung, mit der sekundärseitig zumindest einer der Verbraucher mit einer gegenüber positiven und/oder negativen Schwankungen stabilisierten Spannung versorgbar und die primärseitig an die Batterie anschließbar und/oder die Generatoreinrichtung angeschlossen ist.

2. Spannungsversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spannungsstabilisationseinrichtung eine Spannungsregelungseinrichtung ist, mit der innerhalb eines vorgegebenen Regelbereichs positive und/oder negative Schwankungen einer Primärspannung durch einen Regelkreis für eine Sekundärspannung reduzierbar sind.

3. Spannungsversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannungsstabilisationseinrichtung ein Gleichspannung/Gleichspannung Wandler ist.

4. Spannungsversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei durch die Spannungsstabilisationseinrichtung die Spannung derart stabilisierbar ist, dass Restschwankungen im Bereich von wenigen zehntel Volt oder darunter liegen.

5. Spannungsversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mit der Spannungsstabilisationseinrichtung primärseitige Spannungen zwischen 9 und 16 Volt stabilisierbar sind.

6. Spannungsversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mit der Spannungsstabilisationseinrichtung eine primärseitige mittlere Spannung in eine sekundärseitige, für bestimmte Verbraucher optimale, vorgegebene Gleichspannung stabilisierbar ist.

7. Spannungsversorgungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die sekundärseitige Spannung für Leuchteinrichtungen ausgelegt ist und insbesondere etwa 13,2 Volt beträgt.