-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Anzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Aktoren. Solche Vorrichtungen werden insbesondere in einem Kraftfahrzeug als Kombiinstrument eingesetzt. Derartige Kombiinstrumente enthalten diverse Aktoren, die vor allem zur Darstellung verschiedener Parameter des Kraftfahrzeugs dienen. Eine Versorgung der Aktoren erfolgt über Spannungsquellen. Durch das Auslesen einer Mehrzahl von Messgrößen wird eine relative Einschaltzeit (Dimmung) berechnet, mit der die Aktoren betrieben werden. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
-
Stand der Technik
-
Die Spannungsversorgung eines Kombiinstruments muss so ausgelegt sein, dass sie den Betrieb der Vorrichtung in jeder Situation gewährleisten kann. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Darstellung der betriebsrelevanten Parameter, beispielsweise die eindeutige Signalisierung einer Störung durch eine Warnleuchte. Dabei vervielfältigt sich mit jedem im Kombiinstrument zusätzlich verbauten Aktor die Anzahl der zu untersuchenden Kombinationen, welche von den Spannungsquellen sicher abgedeckt werden müssen.
-
Die Erkennbarkeit wird aber nicht nur von der Abdeckung der möglichen Beleuchtungskombinationen, sondern auch von äußeren Einflüssen, also den Umgebungsparameter beeinflusst. Beispielsweise sind die Lichtverhältnisse in der Umgebung der Anzeigevorrichtung von entscheidender Bedeutung für die Erkennbarkeit der dargestellten Betriebszustände. Die Spannungsversorgung der Vorrichtung muss so ausgelegt sein, dass auch bei starker Sonneneinstrahlung ein Ablesen der Aktoren möglich ist. Die Leistungsfähigkeit der Spannungsquelle ist zusätzlich abhängig von der Umgebungstemperatur, wodurch auch die maximal zur Verfügung stehende Leistung eine für die Beleuchtungsauslegung zu beachtende Variable darstellt.
-
Aufgrund der sich immer mehr durchsetzenden Verwendung von Leuchtdioden als Lichtquellen muss auch deren Temperaturempfindlichkeit berücksichtigt werden. Während niedrige Betriebstemperaturen die Lichtemission der LED erhöhen, verringert sie sich bei zunehmender Erwärmung.
-
Aus der
DE 101 02 352 A1 ist eine LED-Anordnung bekannt, bei der eine von einer Überwachungseinrichtung der LED-Anordnung vorgegebenen Strom-Spannungs Kennlinie angepasst wird. Hierzu erfasst eine zur LED-Anordnung parallel geschaltete Auswerteinrichtung die Betriebsspannung der LED-Anordnung und steuert hiervon abhängig ein Schaltelement. Der aus der Ansteuerung des Schaltelements resultierende Laststrom wird mit dem LED-Strom zu einem Stromwert summiert, welcher in der Strom-Spannungs-Kennlinie der Betriebsspannung zugeordnet wird.
-
Ebenfalls zu berücksichtigen sind die unterschiedlichen Helligkeitsklassen der verbauten LED. Hierzu zeigt die
DE 101 46 094 A1 eine Ansteuereinheit für eine Beleuchtungsvorrichtung, in der ein von der Helligkeitsklasse der verbauten LED abhängender Ansteuerwert für die Spannungsversorgung festgelegt ist. Der Ansteuerwert gibt die Pulsweite der durch Pulsweitenmodulation geregelten Versorgungsspannung vor.
-
Über die beispielhaft genannten Faktoren hinaus wird die optimale Beleuchtung der Vorrichtung natürlich von weiteren, hier nicht vollzählig aufzählbaren Faktoren beeinflusst. Dabei kann es durchaus vorkommen, dass sich einige der zu beachtenden Effekte kompensieren, beispielsweise die Verwendung von LED mit einer schlechten Helligkeitsklasse in einer Ländervariante eines Kombiinstruments mit wenig Warnlampen. Für die Auslegung der Anzeigevorrichtung muss aber das Worst-Case-Zenario aller möglichen Faktoren beachtet werden. Mit zunehmender Parameteranzahl und zunehmender Parameterspreizung weicht die Worst-Case-Lösung immer weiter von einer optimalen Lösung ab.
-
Die Druckschrift
DE 100 53 169 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen einer Gleichspannungsleistung in eine Gleichspannungsleistung mit einer Spannung, die sich von der ursprünglichen unterscheidet.
-
In der
DE 101 17 892 A1 wird eine Begrenzungsschaltung gegen Überlast eines Netzteils beschrieben, insbesondere eines Schaltnetzteils, mit einem ein Begrenzungselement zur Strom- und/oder Spannungsbegrenzung steuernden Zeitgeber, dessen Schaltzeit in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung variierbar ist.
-
Die Druckschrift
DE 694 32 748 T2 betrifft das Gebiet der elektronischen Leistungsregelung und Leistungssteuerung, insbesondere eine Vorrichtung zur Leistungsregelung und ein Verfahren zur Senkung des Energieverbrauchs einer Last. Das Verfahren zur Wechselstrom-Leistungsregelung regelt die Leistung zu einer Last in einem elektrischen System geregelt wird, wobei das System einen Eingang zur Kopplung mit einer Wechselstromquelle, einen Ausgang zur Kopplung mit der Last und einen steuerbaren Schalter aufweist, der in Reihe zwischen den Eingang und den Ausgang gekoppelt ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einrichten einer Schaltung, die wenigstens eine Abschaltzeit für den steuerbaren Schalter automatisch auswählt und Strom von der Wechselstromquelle durch einen Kondensator zu der Last leitet, wenn sich der steuerbare Schalter in einem nicht leitenden Zustand befindet; Betätigen des steuerbaren Schalters während einer ersten Betriebsart, so dass der Last im Wesentlichen volle Leistung zugeführt wird.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Schutz einer Anzeigenvorrichtung vorzuschlagen, bei dem die Ausnutzung der verwendeten Bauelemente verbessert wird und eine Überlast der Spannungsquelle sicher verhindert wird.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, den Lastzustand einer Spannungsquelle zu bestimmen und mit einem vorgegebenen Limitparameter zu vergleichen. Kommt es zu einer Überschreitung des Limitparameters, wird die relative Einschaltzeit eines der Spannungsquelle zugeordneten Aktors geregelt. Die Richtung der Regelung ist dabei abhängig von der Funktion des Aktors und der Art der Regelgröße.
-
Der Aktor kann ein Verbraucher sein, dessen Dimmung ein Unterschreiten des Limitparameters der gewählten Regelgröße auslöst. Beispielsweise verringert das Dimmen einer LED mittels Pulsweitenmodulation die von der Aktorversorgung zu tragende Last. Im Überlastfall wird einer oder mehrere solcher der Spannungsquelle zugeordneten Aktoren weiter gedimmt, gegebenenfalls bis zu einer vollständigen Abschaltung. Im Extremfall erfolgt eine Dimmung gegen null, auch kann eine Gesamtabschaltung der Anzeigevorrichtung erfolgen.
-
Ist der Aktor hingegen ein Verbraucher, dessen Dimmung ein weiteres Überschreiten des Limitparameters der gewählten Regelgröße auslösen würde, wird der Aktor genau entgegengesetzt geregelt. Beispielsweise wird bei einem Überschreiten einer als Limitparameter gesetzten Temperatur die Drehzahl eines in der Anzeigevorrichtung verbauten Lüfters erhöht. Vorzugsweise werden in diesem Fall zwei Limitparameter gesetzt. Bei Überschreitung des ersten Limitparameters wird die Last am betreffenden Aktor erhöht, während bei Überschreiten des zweiten Limitparameters diejenigen Aktoren gedimmt werden, deren Dimmung ein Unterschreiten des Limitparameter der gewählten Regelgröße auslöst. Für den Lüfter ist der zweite Limitparameter beispielsweise dessen maximale Drehzahl. Nach Erreichen dieser Drehzahl werden zur Verhinderung eines weiteren Temperaturanstiegs andere Aktoren der Anzeigevorrichtung gedimmt, beispielsweise eine oder mehrere LED.
-
Mit der vorgeschlagenen Regelung werden alle Kombinationen der verwendeten Bauelemente und Spannungsquellen sicher abgefangen und damit eine mögliche Überlast verhindert. Die erfindungsgemäße Regelung ermöglicht somit eine an das Optimum heranreichende Auslegung der verwendeten Bauelemente. Eine Orientierung am Worst-Case-Zenario ist nicht mehr erforderlich. Das Verfahren erlaubt somit die Optimierung der-Anzeigevorrichtung, insbesondere bei dem in einem Kraftfahrzeug vielen äußeren Einflüssen ausgesetzten Kombiinstrument.
-
Zudem ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Auswahl von kostengünstigeren Bauelementen für die Anzeigevorrichtung. Der oder die für die Auslegung der Bauelemente heranzuziehende Limitparameter und die bei Erreichen des Limitparameters durch das Bauelement zu verkraftende Last werden hier durch den Entwerfer festgelegt. Bei dem Design der Anzeigevorrichtung ist es somit nicht mehr erforderlich, Bauelemente auf das Worst-Case-Zenario hin zu dimensionieren. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit die Auswahl von preisgünstigen Komponenten. Darüber hinaus bewirkt es auch eine zuverlässige Absicherung des Designs, da eine Überlast nicht mehr auftreten kann.
-
Neben dem Schutz der Spannungsquelle kann das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise auch zur Absicherung einzelner Aktoren verwendet werden. Ist eine stufenlose Regelung des Aktors zulässig, wird seine relative Einschaltzeit bei Erreichen eines für den Aktor vorgegebenen Grenzwertes verringert. Ist der Aktor nicht dimmbar, kann seine relative Einschaltzeit auf null gesetzt, also eine Abschaltung des Aktors ausgelöst werden. Unter einem Aktor in Sinne dieser Anmeldung ist jedes verlustbehaftete Bauelement der Anzeigevorrichtung zu verstehen.
-
Unter der Last der einzelnen Spannungsquellen ist insbesondere deren Stromaufnahme zu verstehen. Die Regelung erfolgt dann bei eine Überschreitung der jeweils zulässigen Stromaufnahme oder auch der zulässigen Gesamtstromaufnahme der Anzeigevorrichtung. Weitere mögliche Lastzustände sind die Leistungsaufnahme, und/oder die Spannung und/oder die Temperatur. Die Regelgrößen können für jeweils einen Aktor und/oder eine Spannungsquelle oder die Anzeigevorrichtung bestimmt werden.
-
Vorteilhafterweise wird mehr als eine Regelgröße ausgewertet, wodurch eine Absicherung der Anzeigevorrichtung gegen alle Eventualitäten erreicht wird. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verhindert auf diese Weise auch zuverlässig einen durch Überlastung der Bauelemente bzw. der Spannungsquelle ausgelösten Brand.
-
Die Regelung greift grundsätzlich über den Vergleich eines Limitparameters und des Ist-Zustands der jeweiligen Regelgröße. Dies erfolgt beispielsweise über eine Division des Limitparameters durch den Istwert. Für eine Normierung des Regelbereichs wird der Wert des resultierenden Quotienten vorzugsweise auf einen Bereich zwischen null und eins begrenzt. Die Regeleinheit verwirft dann alle über eins hinausgehenden Werte. Die Regelung setzt mit dem Erreichen des Limitparameters ein.
-
Der Limitparameter kann durch einen Grenzwert gebildet werden, ab dem eine Überlastung des jeweiligen Bauelements, der Spannungsquelle oder der Anzeigevorrichtung eintritt. Die Regelung greift in einer Alternative zur Erfindung in diesem Fall mit Erreichen des Grenzwerts.
-
Erfindungsgemäß wird der Limitparameter auch im Vorfeld des Grenzwerts angesetzt werden, für das genannte Beispiel also bei einem Wert des Quotienten größer eins. In diesem Fall wird ein Überschreiten des Grenzwerts verhindert, da mit dem Erreichen des Limitparameters die Regelung einsetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Regelung in dem Bereich zwischen Limitparameter und Grenzwert in gedämpfter, vorzugsweise zum Grenzwert hin ansteigender Form. Durch das sanfte Einsetzen der Regelung wird eine starke und für den Nutzer der Anzeigevorrichtung überraschende Änderung der Aktoransteuerung vermieden.
-
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahren ist auch eine Fehlererkennung durchführbar. Die Regelung berechnet für jeden Aktor die relative Einschaltzeit, über am Aktor dabei anliegende Strom- und Spannungswerte erhält sie die am Aktor erzeugte Verlustleistung. Die Daten aller einer Spannungsquelle zugeordneten Aktoren werden summiert und hierüber Strom und Leistung der Spannungsquelle bestimmt. Ist hierbei eine Diskrepanz zu den gemessenen Werten feststellbar, deutet dies auf einen Fehler innerhalb der Anzeigevorrichtung hin.
-
In einer einfachen Ausführungsform wird die zu bestimmende Regelgröße mittels eines Sensors gemessen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in diesem Fall, eine Plausibilisierung des Sensors durchzuführen. Hierzu wird der Ausgangswert des Sensors mit dem nach erfolgter Regelung vorliegenden Wert verglichen. Beispielsweise zeigt ein Temperatursensor in der Anzeigevorrichtung eine über dem Limitparameter liegende Temperatur an. Sinkt die Temperatur trotz des Eingreifens der Regelung nicht, ist dies ein deutliches Anzeichen für einen Defekt.
-
Besonders vorteilhaft ist die Flexibilität der Regelung. Sie erlaubt eine Vielzahl möglicher Regelungseingriffe, die je nach Höhe der Überschreitung des gesetzten Limitparameters unterschiedlich ausfallen können. Ist die Überschreitung des Limitparameters gering, kann es ausreichen, nur einen Aktor zu regeln. Wird beispielsweise eine als Limit gesetzte Temperatur leicht überschritten, reicht es aus, nur eine LED stärker zu dimmen oder die Drehzahl eines Lüfters zu erhöhen. Ist die Differenz größer, kann die Regelung mehrere Aktoren betreffen, darunter mehrere LED, die weiter gedimmt werden und Lüfter, deren Drehzahl erhöht wird.
-
Vorzugsweise wird der Lastzustand eines Aktors oder der Spannungsquelle zumindest teilweise berechnet, beispielsweise über die Verwendung entsprechender Kennlinien. Eingangswert der Kennlinie ist in diesem Fall ein Kennwert des Aktors oder der Spannungsquelle, Ausgangswert der Limitparameter des Aktors in der jeweils passenden Dimension. Unter einem Kennwert ist der gemessene und/oder berechnete Stromverbrauch, die Spannung oder die Temperatur eines Aktors zu verstehen. Durch den zumindest teilweisen Verzicht auf die Messung werden Zusatzkosten für die sonst notwendige Messeinrichtung in dem Kombiinstrument vermieden. Die hierfür erforderliche Rechenleistung kann von der Regelungseinheit erbracht werden, so dass kein zusätzlicher Rechner erforderlich ist.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird über den Lastzustand der Spannungsquelle ihre aktuelle Temperatur berechnet und als Regelgröße verwendet. In diesem Fall wird eine drohende Überhitzung der Spannungsquelle auf direktem Weg detektiert, was einen sofortigen Regelungseingriff ermöglicht.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die LED-Helligkeitsklassen der verbauten LED bestimmt. Hierzu werden die verschiedenen Vorwiderstände der verbauten LED an den A/D-Kanälen ausgemessen. Alternativ wird die Ländervariante des Kombiinstruments im EEPROM kodiert, was einen Rückschluss auf die verbauten LED erlaubt. Ebenfalls ist es möglich, die verbauten LED-Helligkeitsklassen direkt im EEPROM zu speichern.
-
Weiter wird eine Steuervorrichtung vorgeschlagen, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist. Der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit für eine Anzeigevorrichtung ist eine Recheneinheit zur Durchführung der beschriebenen Regelung zugeordnet.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine Ausführungsform der Steuerung eines Kombiinstruments nach dem bekannten Stand der Technik;
- 2: die um die erfindungsgemäße Regelung ergänzte Ausführungsform aus 1.
-
1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Steuerung eines Kombiinstruments nach dem bekannten Stand der Technik. Das Kombiinstrument verfügt über eine Anzahl von n Aktoren, im Beispielsfall über drei Aktoren 1-3. Die Aktoren 1-3, beispielsweise eine LED oder ein Lüfter, werden von einer Spannungsquelle 4 versorgt. Eine Anzahl von m Sensoren, hier die drei Sensoren 5-7, messen die Eingangsgrößen der Steuerung. Beispielsweise misst der Sensor 5 das Umgebungslicht, der Sensor 6 die Temperatur und der Sensor 7 die Einstellung des Stellrades für die manuelle Dimmung der Beleuchtung des Kombiinstruments.
-
Unter Beachtung der Eingangskennlinie 8-10 jedes der Sensoren 5-7 werden die gemessenen Eingangsgrößen von der Steuereinheit 11 verarbeitet. Als Ergebnis wird eine zwischen 0% und 100% liegende Dimmanforderung 12 für das Kombiinstrument bestimmt. Die Dimmanforderung 12 wird über einen Zeitfilter 13 und unter Beachtung der jeweiligen Ausgangskennlinien 14-16 der Aktoren per Pulsweitenmodulation PWM1 bis PWM3 für die Aktoren 1-3 umgesetzt. Jede der gezeigten Kennlinie kann auch durch eine Rechenvorschrift ersetzt werden.
-
2 zeigt das um die erfindungsgemäße Regelung erweiterte schematische Schaltbild aus 1. Regelungsgröße ist in diesem Beispiel die Stromaufnahme der von der Spannungsquelle 4 versorgten Aktoren 1-3. Im Beispielsfall wird der aktuelle Stromverbrauch der Aktoren 1-3 über die Multiplikation mit der Schaltdauer der jeweiligen Pulsweitenmodulation PWM1 bis PWM3 berechnet. Eine Summierung 17 der Stromaufnahmen aller mit der Spannungsquelle 5 verbundenen Aktoren ergibt die Gesamtstromaufnahme Iist. Alternativ kann statt der bekannten Anzahl n der Aktoren von einer maximal möglichen Bestückung e ausgegangen werden, beispielsweise wenn die genaue Anzahl der Aktoren unbekannt ist. Für diesen Fall erfolgt die Berechnung von list als Summierung der Einzelwerte I1 * PWM1, hier dargestellt als 18, bis Ie * PWMe, hier mit 19 bezeichnet. I1 bis Ie bezeichnen dabei die Stromaufnahme des Aktors bei einer Ansteurung mit 100%.
-
Im vereinfachten Beispielsfall ist für die Aktoren 1-3 jeweils ein Limitparameter 20-22 einer gemeinsamen Regelgröße vorgegeben. Die Regelgröße ist die für jeden einzelnen Aktor 1-3 festgelegte maximale Stromaufnahme, die zur Vermeidung einer Überlastung der Aktorversorgung 4 nicht überschritten werden darf. Als Kennwert 23-25 ist hier der jeweiligen Wert Vin der Aktoren 1-3 gewählt. Die Kennwerte 23-25 werden als Eingangswert der jeweiligen Kennlinien 26-28 übernommen. Deren Ausgangswert ist der Limitparameter 20-22 in der jeweils passenden Dimension. Über die Kennlinien 26-28 werden somit die maximalen Stromaufnahmen der Aktoren bestimmt und im Schritt 29 zu einer maximalen Gesamtstromaufnahme Imax summiert. Alternativ könnendie Limitparameter der einzelnen Aktoren oder der Wert des maximalen Lastzustands aber auch als Festwert vorgegeben werden. In Schritt 30 erfolgt der Vergleich von Imax und Iist. Zur Normierung des Wertebereichs werden in Schritt 31 Quotientenwerte größer als 1 verworfen. Im Schritt 32 wird das Ergebnis mit der ursprünglichen Dimmanforderung 12 gekoppelt und der Regelkreis geschlossen.
