DE19718883A1 - Elektronisch gesteuerte Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronisch gesteuerte Fahr­ lichtfrontbeleuchtungsanlage für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches.

Aus der DE 41 36 427 A1 ist eine elektronische Fahrzeug­ beleuchtung für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der mittels einer Elektronik, der fotoelektronische Bauelemente zur Lichtmessung zugeordnet sind, das Ein- und Ausschalten der Fahrzeugbeleuchtung sowie die Leuchtkraftregulierung der Scheinwerfer, den Licht- und Sicht- sowie Verkehrsver­ hältnissen entsprechend selbsttätig steuert. Eine Berück­ sichtigung der Lichtstärke der Fahrlichtfrontbeleuchtungs­ anlage in Abhängigkeit des Bewegungszustandes des Fahrzeuges erfolgt hierbei nicht.

In der DE 43 41 058 C1 wird eine Elektronik aufgeführt, die durch Auswertung eines ABS-Steuergerätes den Betriebsstrom von der Fahrbeleuchtung reduzieren kann und somit den Elek­ troenergiebedarf des Bordnetzes dem Bewegungszustand des Fahrzeuges anpaßt. Eine entsprechende Signalauswertung kann auch die automatische Umschaltung von Fahrlicht auf Stand- oder Parklicht bewirken. Die Schaltungsanordnung ist hierbei relativ aufwendig und setzt ein Antiblockiersystem (ABS) zur Ansteuerung voraus, daß aber derzeit nicht in jedem Kraft­ fahrzeug eingebaut ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Elektronik mit einem relativ einfachen Aufbau in ein neues oder ge­ brauchtes Kraftfahrzeug mit oder ohne ABS zu integrieren, die letztlich den Kraftstoffverbrauch respektive den Ener­ giebedarf beim Fahren mit Licht insbesondere im innerstädti­ schen Verkehr sowie im Stau reduziert. Die Schadstoffemis­ sion wird also auch verringert. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des 1. Patentanspruches und die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß erfolgt die Auswertung des Bewegungszustan­ des vom Kraftfahrzeug mittels eines Bewegungssensors, der auf dem Doppler-Radar-Prinzip basiert inklusive Auswerte­ schaltung oder eines Bewegungssensors in Form eines Be­ schleunigungssensors mit Raddrehzahlmesser (ABS) bzw. Tachometer jeweils mit Auswerteschaltung.

Täglich stehen viele Kraftfahrzeuge mit eingeschalteter Fahrlichtfrontbeleuchtung (Abblendlicht und/oder Nebellicht) im Stau oder vor Ampelkreuzungen, obwohl die dabei abge­ strahlte Lichtmenge der Frontscheinwerfer nicht notwendig ist. Außerdem können gegebenenfalls andere Verkehrsteilneh­ mer geblendet werden. Standlicht wäre für die o. a. Fälle ausreichend. Bei den derzeitigen Kraftfahrzeugen erfolgt die Bedienung der Fahrlichtfrontbeleuchtung manuell durch den Fahrzeugführer.

Im Durchschnitt beträgt die elektrische Leistung ca. 110 W für die Fahrbeleuchtung mit abgeblendetem Licht von Pkw oder LKW. Bei Motorrädern liegt diese Leistung bei ungefähr 55 W. Dem gegenüber steht eine elektrische Leistungsaufnahme von wenigen Watt der Elektronik nach den Merkmalen der Patent­ ansprüche 1-7.

Nach eigener Schätzung sind in Großstädten täglich in den Morgen- und Abendstunden Standzeiten von Kraftfahrzeugen mit eingeschalteter Fahrlichtfrontbeleuchtung von durchschnitt­ lich ca. 30 min realistisch. Aufgrund der zunehmenden Ver­ kehrsdichte ist die Tendenz diesbezüglich steigend. In ca. vier Arbeitswochen müßten demzufolge rund 1,1 kWh elektri­ sche Energie nur für nicht benötigtes Fahrlicht bereitge­ stellt bzw. im Fahrzeug umgewandelt werden. Während der Win­ terszeit in Europa vergrößert sich diese o. a. Energiemenge beträchtlich, da die Fahrzeit mit Licht im innerstädtischen Verkehr zunimmt. Außerdem gibt es Länder - zum Beispiel Dänemark und Schweden - in denen Kraftfahrzeuge auch am Tag mit Abblendlicht fahren müssen. Für Deutschland trifft dies derzeit nur für Motorräder zu.

Wird ein Wirkungsgrad von ca. 20% bei der Energiewand­ lung - chemische Energie in mechanische Energie und mechanische Energie in elektrische Energie - im Kraftfahrzeug angesetzt, beträgt der Kraftstoffbedarf für dieses Licht ca. 5,5 kWh bei vier- und mehrrädrigen Kraftfahrzeugen. Motorräder müßten demzufolge mit rund 2,5 kWh angesetzt werden. Bei Nutzung von Vergaserkraftstoff würden hierfür ungefähr zwei Liter pro PKW unnütz verbrannt werden. Wird z. B. in Deutschland pro Monat von 20 Millionen Fahrzeugen ausge­ gangen, könnten ca. 40 000 Tonnen an Kraftstoff eingespart werden. Eine diesbezügliche Kosteneinsparung von monatlich um die 60 Millionen DM wäre in Deutschland möglich, wenn ein Liter Vergaserkraftstoff 1,50 DM kosten würde. Außerdem könnten die Schadstoffemissionen der o. a. Kraftfahrzeuge reduziert werden, was letztlich eine Verbesserung der Luftqualität der Innenstädte zur Folge hätte. Für die Ver­ brennung von einem Liter Kraftstoff sind ca. 10 000 Liter Luft erforderlich. Zu beachten ist, daß der Wirkungsgrad für einen Verbrennungsmotor im Leerlauf geringer ist als unter Belastung. Wird die vorstehend genannte Elektronik einge­ setzt, besteht die Gefahr nicht, daß der Akku des Kraftfahr­ zeuges sich entlädt, weil der Fahrzeugführer vergaß, die Fahrlichtfrontbeleuchtung beim Parken auszuschalten. Bei Elektromobilen reduziert sich ebenfalls der Energiebedarf der Fahrbeleuchtung.

Nach den vorstehend genannten Angaben würden sich durch­ schnittlich monatlich rund drei DM Unkosten an Kraftstoff für ein Kraftfahrzeug mit Ottomotor ergeben, wenn ein Liter Kraftstoff 1,50 DM kostet. Die jährlichen Ausgaben betragen somit im Schnitt 36 DM. Werden die Installations- und Bau­ elementekosten beim Einsatz des Bewegungssensors auf dem Doppler-Radar-Prinzip mit ca. 130 DM angesetzt, würde die Amortisation derzeit ungefähr 3 Jahre betragen. Bei häufigem Fahren mit Licht im Stau verringert sich diese Zeitdauer. Da mit steigenden Kraftstoffpreisen und sinkenden Preisen für die erforderlichen elektronischen Bauelemente zu rechnen ist, müßte sich diese Zeitspanne noch mehr dezimieren. Außerdem würden die Kosten für die Herstellung der Elektro­ nik bei Großserienproduktion sinken. Bei Neufahrzeugen mit Airbag und/oder Gurtstraffer entstehen nur geringe zusätz­ liche Herstellungskosten, wenn eine elektronische Schaltung nach den Patentansprüchen 1, 3 und 7 zum Einsatz käme. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Kraftfahrzeug mit zwei Hauptfahrscheinwerfern - jeweils mit Standlicht-, Abblendlicht- und Fernlichtlampen ausgerüstet - und einem Bewegungssensor der auf dem Doppler-Radar-Prinzip basiert, ist in der zugehörigen Zeichnung - Blockschaltbild - darge­ stellt und wird nachfolgend erläutert. Um eine Konzentration auf das Wesentliche zu erreichen, sind in der Zeichnung die Heckbeleuchtungslampen des Kraftfahrzeuges, die mit dem Einschalten von Standlicht verbunden sind, nicht mit darge­ stellt. Die Elektronik 1.3 und die Lampen 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6 werden mit der Bordspannung Ub des Kraftfahr­ zeuges betrieben. Die Stromversorgung der entsprechenden Schaltungselemente erfolgt über die Masseschiene 4 bzw. der + U_b-Schiene 3.

Die Elektronik 1.3 enthält ein Relais (Schließer) zur An­ steuerung der Fahrlichfrontlampen 2.4 sowie 2.3 und den elektronischen Bewegungssensor z. B. Mikrowellensensor mit Auswerteschaltung. Durch Betätigen des Standlichtbedien­ schalters 1.1 werden die Elektronik 1.3 und die Standlicht­ lampen 2.1 und 2.2 der Frontscheinwerfer ein- oder ausge­ schaltet. Der Bedienschalter 1.2 dient zum manuellen Ein- und Ausschalten der Fahrlichtfrontscheinwerfer 2.4 sowie 2.3 (Abblendlicht) und hat eine redundante Funktion. Dieser ge­ währleistet bei Ausfall der Elektronik 1.3 den weiteren Be­ trieb der Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage. Außerdem kann das Abblendlicht dadurch auch bei Fernlicht eingeschaltet werden. Dieser Betriebszustand ist jedoch in der Praxis kaum erforderlich. Fernlicht (Lichthupe) und Abblendlicht können also unabhängig voneinander betätigt werden. Im Normalfall wird beim Einschalten des Fernlichtes durch den Bedienschal­ ter 1.6 das Abblendlicht ausgeschaltet. Der Schalter 1.6 schaltet neben den Lampen 2.6 und 2.5 zugleich das Relais 1.5 ein. Dieses betätigt den Schalter 1.4 (Öffner) und un­ terbricht den Stromkreis für die Elektronik 1.3. Folglich wird der Stromfluß zu den Lampen 2.4 und 2.3 unterbrochen - wenn nicht Schalter 1.2 geschlossen ist - und das Abblend­ licht ausgeschaltet, sofern sich das Fahrzeug bewegt und die Standlichtbeleuchtung eingeschaltet ist. Erfolgt das Aus­ schalten des Fernlichtes durch Bedienschalter 1.6, dann schließt Schalter 1.4 bei Standlichtbeleuchtung den Strom­ kreis zur Elektronik 1.3, da das Relais 1.5 außer Betrieb ist. Letztlich erhält die Elektronik 1.3 bei eingeschalte­ tem Standlicht wieder Spannung und ist somit betriebsbereit. Der Bewegungssensor der Elektronik 1.3 kann zum Beispiel in der Fahrzeugmitte am Unterboden des Kraftfahrzeuges in einem kleinen Kunststoffgehäuse geschützt angebracht werden. Elektromagnetische Wellen durchdringen bekanntlich Kunst­ stoffe. Die Antenne des Bewegungssensors emittiert elektro­ magnetische Wellen in Richtung Fahrbahn und empfängt die von der Fahrbahn reflektierten Wellen wieder. Aufgrund des Dopp­ ler-Radar-Effektes erfährt das Ausgangssignal im Fall einer Relativbewegung zwischen Fahrbahn und Fahrzeug eine Fre­ quenzverschiebung. Die Frequenzdifferenz zwischen ausgesen­ detem und empfangenem Signal ist umso größer, je höher die Relativgeschwindigkeit zwischen Kraftfahrzeug und Fahrbahn ist. Diese Frequenzdifferenz wird in der Auswerteschaltung der Elektronik 1.3 ausgewertet. Im Ruhezustand des Fahrzeu­ ges ist sie gleich null. Das Relais in der Elektronik 1.3, angesteuert von der Auswerteschaltung, unterbricht in diesem Zustand die Stromzufuhr zu den Lampen 2.3 und 2.4. Ist eine Relativbewegung zwischen Fahrzeug und Fahrbahn durch die Auswerteschaltung der Elektronik 1.3 registriert worden, wird der Stromkreis zu den Lampen 2.3 und 2.4 durch das o. a. Relais geschlossen und somit das Abblendlicht eingeschaltet. Liegt keine Frequenzdifferenz zwischen emittierter und empfangener elektromagnetischer Welle des Bewegungssensors vor, dann steht das Kraftfahrzeug und das Relais der Elektronik 1.3 schließt nicht den Stromkreis zu den Lampen 2.3 und 2.4. Die Fahrlichtfrontlampen sind also ausgeschaltet.

Bei Nutzung eines Bewegungssensors in Form eines Beschleu­ nigungssensors gekoppelt mit einer Auswerteschaltung, sind in der Elektronik 1.3 der Beschleunigungssensor nebst Aus­ werteschaltung und Spannungsstabilisatorschaltung sowie ein Relais zum Schalten der Lampen 2.4 und 2.3 enthalten. Die vorstehend genannte Auswerteschaltung benötigt außerdem Meß­ werte von Tachometer oder ABS. Im Stand wäre die Beschleu­ nigung des Kraftfahrzeuges in Fahrtrichtung null, beim Brem­ sen und Beschleunigen ungleich null. Wenn das Fahrzeug sich auf gerader Strecke mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, könnte die Fahrzeugbeschleunigung in Fahrtrichtung ebenfalls null sein. Um eine eindeutige Aussage über den Bewegungszu­ stand des Kraftfahrzeuges treffen zu können, muß der Tacho­ meter oder ein Raddrehzahlmeßgeber (ABS) in diesem Fall zur Auswertung des Kraftfahrzeugbewegungszustandes hinzugezo­ gen werden. Solange die Fahrzeugbeschleunigung und die Kraftfahrzeuggeschwindigkeit bzw. Raddrehzahl gleich null sind, wird der Stromkreis zu den Lampen 2.4 und 2.3 durch ein Relais (Schließer), das von der Auswerteschaltung der Elektronik 1.3 angesteuert wird, unterbrochen. Das wäre beim Stand des Kraftfahrzeuges der Fall. Bei Bewegung des Kraftfahrzeuges steuert die Auswerteschaltung das vorstehend genannte Relais so an - beides in der Elektronik 1.3 enthalten -, daß ein geschlossener Stromkreis zu den Lampen 2.4 und 2.3 entsteht. Das Abblendlicht würde aufleuchten. Dieses müßte erfindungsgemäß bei folgenden Bewegungszustän­ den selbsttätig eingeschaltet werden:

• 1. Fahrbeschleunigung des Kraftfahrzeuges null und Fahr­ zeuggeschwindigkeit ungleich null
• 2. Fahrbeschleunigung des Kraftfahrzeuges ungleich null. Die Auswerteschaltung der Elektronik 1.3 wertet diese Fahrzustände aus, nachdem sie die Meßwerte vom Beschleu­ nigungssensor und Tachometer oder ABS erhalten hat. Die Funktion der elektrischen Baugruppen 1.2, 1.4 und 1.5 ist analog zur Beschreibung beim Einsatz des Bewegungssensors auf der Grundlage des Doppler-Radar-Prinzips.

Der Beschleunigungssensor für die elektronisch gesteuerte Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage kann kostengünstig zugleich als Meßwertgeber für den Airbag und/oder Gurtstraffer im Kraftfahrzeug genutzt werden. Dies hätte zur Folge, daß mit der Nutzung des Kraftfahrzeuges und nicht erst beim Ein­ schalten von Standlicht der Beschleunigungssensor mit Elektroenergie versorgt werden muß. Außerdem ist dann eine Signalübertragung z. B. mittels Verbindungsleiter vom Beschleunigungssensor zur Zündeinrichtung des pyrotechni­ schen Treibsatzes von Airbag und/oder Gurtstraffer erfor­ derlich.

Wenn zwischen Elektronik 1.3 und den Lampen 2.3 und 2.4 ein Dimmer geschaltet würde, der von der Elektronik 1.3 ange­ steuert wird, so könnten die Standlichtlampen 2.2 und 2.1 entfallen, da die Lampen 2.3 und 2.4 auf Standlicht im entsprechenden Fahrzustand gedimmt werden können. Die Nutzungsdauer der Glühlampen verlängert sich durch diese Maßnahme außerdem. Die Schaltungsvariante mit Dimmer ist unabhängig von der Art des verwendeten Bewegungssensors. Eine weitere Applikation der erfindungsgemäßen Schaltung nach den Ansprüchen 1-7 wäre die Kopplung dieser mit einer Elektronik, der fotoelektronische Bauelemente zur Lichtmessung zugeordnet sind, die das Ein- und Ausschalten der Fahrzeugbeleuchtung und die Leuchtkraftregulierung der Scheinwerfer, den Licht- und Sichtverhältnissen entsprechend selbsttätig steuert.

Claims (7)

1. Elektronisch gesteuerte Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei die Beleuchtungs­ anlage mit einer Elektronik ausgerüstet ist, die das Ein- und Ausschalten der Fahrlichtfrontbeleuchtung (Abblendlicht und/oder Nebellampen) in Abhängigkeit vom Bewegungszustand des Kraftfahrzeuges selbsttätig vornimmt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bewegungszustand vom Kraftfahrzeug per Be­ wegungssensor nebst Auswerteschaltung registriert und ausge­ wertet wird.

2. Elektronisch gesteuerte Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungs­ zustand vom Kraftfahrzeug über einen Bewegungssensor, der auf dem Doppler-Radar-Prinzip basiert, registriert wird.

3. Elektronisch gesteuerte Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungs­ zustand vom Kraftfahrzeug mittels eines Bewegungssensors in Form eines Beschleunigungssensors gekoppelt mit Tachometer bzw. Raddrehzahlmesser (ABS) jeweils mit Auswerteschaltung registriert und ausgewertet wird.

4. Elektronisch gesteuerte Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis zur Fahrlichtfrontbeleuchtung, ausschließlich der Fernlichtbeleuchtung bzw. Lichthupe, über ein Relais unterbrochen wird, wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt, wo­ bei die Ansteuerung vom o. a. Relais von der Auswerteschal­ tung des Bewegungssensors erfolgt und bei Ausfall des Bewe­ gungssensors inklusive Auswerteschaltung ein manuelles Ein- und Ausschalten der Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage mög­ lich ist.

5. Elektronisch gesteuerte Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Aus­ werteschaltung sowie Bewegungssensor beim Einschalten der Standlichtbeleuchtung eingeschaltet werden.

6. Elektronisch gesteuerte Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrlichtfrontbeleuchtung von der Auswerteschaltung über einen Dimmer angesteuert und bei Stillstand des Kraftfahr­ zeuges auf Standlicht geregelt wird.

7. Elektronisch gesteuerte Fahrlichtfrontbeleuchtungsanlage nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungssensor nebst Auswerteschaltung bei Kraftfahr­ zeugen mit Airbag und/oder Gurtstraffer auch die An­ steuerung der Zündeinrichtung für den pyrotechnischen Treib­ satz von Airbag und/oder Gurtstraffer vornimmt und mit der Nutzung des Kraftfahrzeuges der Beschleunigungssensor nebst Auswerteschaltung eingeschaltet werden.