DE10236302A1 - Schaltungsanordnung und ein durch die Schaltungsanordnung auszuführendes Verfahren zur Ansteuerung und Überwachung elektrischer Beleuchtungseinrichtungen in Anhängerfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird eine Schaltungsanordnung und ein durch die Schaltungsanordnung auszuführendes Verfahren zur Ansteuerung und Überwachung elektrischer Beleuchtungseinrichtungen in Anhängerfahrzeugen, bei der vom Zugfahrzeug Versorgungsleitungen über Entkopplungsdioden zu einer Sammelleitung führen, mit der als High-Side-FETs ausgebildeten Leistungsschalter verbunden sind, welche elektrische Beleuchtungseinrichtungen steuern, wobei von der Sammelleitung die Betriebsspannung für einen, die Leistungsschalter steuernden Mikroprozessor gewonnen wird und wobei von jeder Beleuchtungseinrichtung ein Spannungssignal jeweils einem Spannungsüberwachungseingang des Mikroprozessors zugeführt wird. Der Mikroprozessor vergleicht die Signale auf seinen Ausgängen mit jeweils den Signalen an seinen Spannungsüberwachungseingängen und gibt, bei einem Ausgangssignal, welches einem nichtangesteuerten Leistungsschalter entspricht und einem gleichzeitig vorliegenden Spannungsüberwachungssignal, welches einer eingeschalteten Beleuchtungseinrichtung entspricht, ein Ausgangssignal zur Ansteuerung des jeweiligen Leistungsschalters auf einen seiner Ausgänge. Die Erfindung dient dazu, die Gefahr einer Überlastung von Leistungsschaltern bei lastseitiger Spannungseinspeisung auf kostengünstige Weise und ohne zusätzlichen Hardwareaufwand abzuwenden.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Ansteuerung und Überwachung elektrischer Beleuchtungseinrichtungen in Anhängerfahrzeugen mit einem Schutz von High-Side-FETs vor Impulsströmen bei lampenseitiger Spannungseinspeisung.
• Bisher wurden Beleuchtungseinrichtungen, speziell am Trailer lediglich durch Schalteinrichtungen und die zugehörige Verkabelung vom Zugfahrzeug aus aktiviert.
• Bekannte Lösungen sind sogenannte Zentralelektriken, die vom Zugfahrzeug aus Überwachungsfunktionen wahrnehmen. Nachteilig daran ist, daß verschiedene Anhängerfahrzeuge sehr unterschiedliche Ausstattungen an Beleuchtungseinrichtungen aufweisen können und daß die Überwachungsfunktionen der Zentralelektrik nicht auf diese unterschiedlichen Beleuchtungseinrichtungen parametrierbar sind.
• Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung betrifft nun eine dezentrale Überwachungsschaltung am Ort der zu überwachenden elektrischen Beleuchtungseinrichtung(en). Die Elektronik ermöglicht einen programmierbaren Eingriff in die Beleuchtungssteuerung und eine Kurzschluß- und Ausfallüberwachung.
• Eine solche Überwachungsschaltung gewinnt ihre Betriebsspannung auf vorteilhafte Weise von den vom Zugfahrzeug geschalteten Versorgungsleitungen der elektrischen Beleuchtungseinrichtungen, in dem die dort anliegenden Spannungssignale mittels mehrerer Entkopplungsdioden auf eine Sammelleitung abgeleitet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da solange keine Beleuchtungsfunktion durch den Fahrer aktiviert wurde, keine Energie zum Betrieb einer Steuerelektronik zur Verfügung stehen muß.
• Ein Problem besteht in der Gefahr, daß es auf Verbindungsleitungen zwischen Leistungsschalter und Lasten zu einer Verbindung mit der Versorgungsspannung kommt. Dies kann ungewollt durch einen Kurzschluß oder auch absichtlich durch einen, ohne Rücksichtnahme auf die Elektronik durchgeführten Lampentest geschehen, bei dem die Versorgungsspannung direkt an die Lampenlasten angelegt wird.
• Durch eine solche rückwärtige Spannungseinspeisung fließt ein Strom über die parasitären Dioden der Leistungsschalter zu der Sammelleitung, von der der Strom zum Betrieb des Mikroprozessors abgenommen wird. Dies ist besonders dann problematisch, wenn dieser Schaltungsteil über eine große Eingangskapazität verfügt, da hier im Einschaltmoment ein relativ hoher Impulsstrom fließt oder wenn der Strom durch weitere eingeschaltete Leistungsschalter von der Sammelleitung zu anderen Beleuchtungseinrichtungen geführt wird. Hierdurch kann der Leistungsschalter thermisch überlastet und damit zerstört werden.
• Eine Möglichkeit die Zerstörung der Leistungsschalter verhindern, ist die Verwendung von Leistungsschaltern mit einer, bezogen auf die eigentliche Anwendung, stark überdimensionierten Verlustleistungstoleranz, was verständlicherweise sehr kostenaufwendig ist oder durch aufwendige Kühlvorrichtungen, welche zu relativ großbauenden Geräten führen.
• Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die die Gefahr einer Überlastung von Leistungsschaltern bei lastseitiger Spannungseinspeisung auf kostengünstige Weise und ohne zusätzlichen Hardwareaufwand abwendet.
• Dies wird durch auf einfache und kostengünstige Weise durch die im Anspruch 1 beschriebene Schaltungsanordnung und das im Anspruch 7 definierte Verfahren erreicht.
• Für einen Leistungsschalter stellt sich die rückwärtige Einspeisung als ein Kurzschluß mit der Versorgungsspannung dar. Wird dies durch die Überwachungselektronik erkannt, so reduziert sie durch die Ansteuerung des betroffenen Leistungsschalters dessen Verlustleistung. Regelmäßiges Abschalten ermöglicht die Überprüfung, ob die rückwärtige Einspeisung noch ansteht. Die durchschnittliche Verlustleistung läßt sich zudem durch geeignete Wahl des Tastverhältnisses deutlich reduzieren.
• Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in der Zeichnung dargestellt und soll im folgenden anhand der einzigen Figur näher erläutert werden.
• Dargestellt sind hier als Beleuchtungseinrichtungen fünf Leuchtengruppen (G1, G2, G3, G4, G5), bestehend aus jeweils ein oder zwei Glühlampen, die in einem Anhängerfahrzeug angeordnet sind. Die Leuchtengruppen G1, G2 und G3 sind hierbei Bremsleuchten, die in einer oder mehreren Heckleuchten angebracht sind. Die Leuchtengruppen G4 stellt zwei Schlußlichtleuchten dar und die Leuchtengruppe G5 steht für die Kennzeichenbeleuchtung des Anhängerfahrzeugs.
• Die Beleuchtungssteuerung erfolgt über eine mehradrige Verbindung von der Zugmaschine zum Anhängerfahrzeug. Sobald ein Spannungssignal mit ausreichender Leistung auf beispielsweise der Versorgungsleitung (V2) anliegt, gelangt dieses über die Entkopplungsdiode (DE2) auf die Sammelleitung (S) und kann über einen zugeordneten Leistungsschalter T4 die zugehörige Leuchtengruppe G4 bestromen.
• Die Kennzeichengruppe G5 benötigt keine eigene Versorgungsleitung, da sie nur dann eingeschaltet ist, wenn über die Versorgungsleitung V2 Spannung an der Sammelleitung (S) anliegt. Überhaupt bietet die Versorgung über die Sammelleitung (S) den Vorteil, daß bei einem erkannten Fehler einer Leuchtenfunktion, z. B. beim Ausfall der Bremsleuchten, diese Funktion durch Ansteuerung einer anderen Lampengruppen simuliert werden kann.
• Über den mit der Sammelleitung (S) verbundenen Spannungsregler (SR) wird die Steuer- und Überwachungselektronik mit Energie versorgt und startet ihren Betrieb. Ein Pufferkondensator (C) ermöglicht dabei bei einem getakteten Signal auf der Versorgungsleitung (V2) den Weiterbetrieb während der Taktpausen. Die Überwachungselektronik besteht aus dem Mikroprozessor (MC), der für jede Versorgungsleitung (V1, V2) jeweils einen Eingang (E1, E2) besitzt, an welchem ein aus der Versorgungsspannung abgeleitetes Spannungssignal anliegt. Der Mikroprozessor (MC) erkennt anhand dieser Spannungssignale, welche Lastkreise momentan aktiv sind und steuert dementsprechend über seine Ausgänge (A1, A2, A3, A4, A5) die Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5) für die den aktiven Versorgungsleitungen zugeordneten Leuchtengruppen (G1, G2, G3, G4, G5) an.
• Des weiteren weist der Mikroprozessors (MG) für jede Leuchtengruppe (G1, G2, G3, G4, G5) einen Spannungsüberwachungseingang (S1, S2, S3, S4, S5) auf, welcher ein zur Spannung an den jeweiligen Leuchtengruppen proportionales Spannungssignal, vorzugsweise über jeweils einen jeder Leuchtengruppe (G1, G2, G3, G4, G5) parallelgeschalten Spannungsteiler (ST1, ST2, ST3, ST4, ST5) einliest.
• Nach der Initialisierung des Mikroprozessors (MC) erfaßt dieser die an seinen Eingängen anliegenden Spannungsgrößen und entscheidet, ob ein ordentlicher Betrieb der angesteuerten und bereits eingeschalteten Lasten möglich ist und insbesondere, ob in den Lastkreisen Kurzschlüsse vorliegen.
• Das der Erfindung zugrundeliegende Problem stellt sich in diesem Ausführungsbeispiel folgendermaßen dar: es sei beispielhaft angenommen, daß an dem Verbindungspunkt (X) zwischen dem Leistungsschalter T5 und der Lampengruppe G5 plötzlich die volle positive Versorgungsspannung anliegt. Dies kann beispielweise durch einen Kurzschluß oder durch einen unvorsichtig durchgeführten Test der Lampenfunktion geschehen, bei der die Glühlampengruppe G5 direkt mit der Versorgungsspannung verbunden wird. Über die parasitäre Diode DP5 des Leistungsschalters T5 fließt nun ein Strom zur Sammelleitung (S), der insbesondere dann, wenn gleichzeitig einer der anderen Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4) eine Leuchtengruppe bestromt, relativ hohe Werte annehmen kann. Hierdurch besteht die Gefahr, daß der Leistungsschalter T5 thermisch überlastet wird.
• Liegt ein Kurzschluß vor, so schaltet der Mikroprozessor (MC) über seinen Ausgänge A5 den zur jeweiligen Leuchtengruppe G5 gehörenden Leistungsschalter T5 ein, so daß ein Stromfluß durch den Leistungsschalter T5 möglich wird und dessen parasitäre Diode DP5 überbrückt ist.
• Hierbei kann auch vorgesehen sein, daß der Mikroprozessor (MC) eine getaktete Ansteuerung des Leistungsschalters T5 vornimmt, wobei der Mikroprozessor (MC) insbesondere in den Taktpausen eine Überprüfung vornehmen kann, ob der Fehlerfall weiterhin vorliegt.

A1, A2, A3, A4, A5

Ausgänge (des Mikroprozessors)

C

Pufferkondensator

DE1, DE2,

Entkopplungsdioden (Diodenmatrix)

DP1, DP2, DP3, DP4, DP5

parasitäre Dioden

E1, E2

Eingänge (des Mikroprozessors)

G1, G2, G3, G4, G5

Beleuchtungseinrichtungen (Leuchtengruppen)

MC

Mikroprozessor

SR

Spannungsregler

S

Sammelleitung

S1, S2, S3, S4, S5

Spannungsüberwachungseingänge

(des Mikroprozessors)

ST1, ST2, ST3, ST4, ST5

Spannungsteiler

T1, T2, T3, T4, T5

Leistungsschalter

V1, V2

Versorgungsleitungen

X

Verbindungspunkt

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung und Überwachung elektrischer Beleuchtungseinrichtungen in Anhängerfahrzeugen, bei der – vom Zugfahrzeug Versorgungsleitungen (V1, V2) über Entkopplungsdioden (DE1, DE2) zu einer Sammelleitung (S) führen, mit der als High-Side-FETs ausgebildete Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5) verbunden sind, welche elektrische Beleuchtungseinrichtungen (G1, G2, G3, G4, G5) steuern, – von der Sammelleitung (S) die Betriebsspannung für einen, die Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5) steuernden Mikroprozessor (MC) gewonnen wird, – wobei von jeder Beleuchtungseinrichtung (G1, G2, G3, G4, G5) ein Spannungssignal jeweils einem Spannungsüberwachungseingang (S1, S2, S3, S4, S5) des Mikroprozessors (MC) zugeführt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Versorgungsleitungen abgeleitete Spannungssignale an Meßeingängen (E1, E2) des Mikroprozessors (MC) anliegen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Beleuchtungseinrichtungen (G1, G2, G3, G4, G5) jeweils mindestens eine Glühlampe umfassen.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Beleuchtungseinrichtungen (G1, G2, G3, G4, G5) vorhanden sind, die durch den gleichen Mikroprozessor (MG) überwacht werden.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung in das Gehäuse einer überwachten Beleuchtungseinrichtung integriert ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Beleuchtungseinrichtung (G1, G2, G3, G4, G5) ein Spannungsteiler (ST1, ST2, ST3, ST4, ST5) parallelgeschaltet ist und der Mittenabgriff jedes Spannungsteilers (ST1, ST2, ST3, ST4, ST5) mit einem der Spannungsüberwachungseingänge (S1, S2, S3, S4, S5) verbunden ist.
7. Verfahren zur Überwachung elektrischer Beleuchtungseinrichtungen in Anhängerfahrzeugen mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (MC) den Ansteuerzustand der Beleuchtungseinrichtungen, der durch die Signale auf seinen Ausgängen (A1, A2, A3, A4, A5) repräsentiert ist, mit den Signalen der jeweiligen Beleuchtungseinrichtung (G1, G2, G3, G4, G5) an seinen Spannungsüberwachungseingängen (S1, S2, S3, S4, S5) vergleicht und bei einem Ausgangssignal, welches einem nichtangesteuerten Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5) entspricht und einem Spannungsüberwachungssignal an der zugehörigen Beleuchtungseinrichtung (G1, G2, G3, G4, G5), welche einer eingeschalteten Beleuchtungseinrichtung (G1, G2, G3, G4, G5) entspricht, ein Ausgangssignal zur Ansteuerung des jeweiligen Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5) auf seinen Ausgang (A1, A2, A3, A4, A5) gibt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (MC) ein getaktetes Ausgangssignal zur Ansteuerung des jeweiligen Leistungsschalter (T1, T2, T3, T4, T5) auf seinen Ausgang (A1, A2, A3, A4, A5) gibt.