WO2020156883A1 - Beleuchtungsvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2020156883A1
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processing module
lighting device
led
modulated signal
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Robert Isele
Markus Bauer
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • H05B47/23—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection of two or more light sources connected in series
    • H05B47/235—Responsive to malfunctions or to light source life; for protection of two or more light sources connected in series with communication between the lamps and a central unit

Definitions

  • the invention relates to a lighting device and a lighting system for a motor vehicle, which enable reliable and safe operation of the lighting device.
  • Lighting devices in motor vehicles with multi-color LED units are known from the prior art.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • Some multi-color LED units have an integrated circuit, which is housed in a housing together with the single-color LEDs, which are controlled via a data stream. Parameterizations that are required in lighting devices with multi-color LED units for operating the individual LED units are stored in a central processing module.
  • DE 10 2016 221 772 A2 discloses a lighting device for a motor vehicle with a processing module which is designed to receive, process and send signals from a data bus of the motor vehicle.
  • the lighting device further comprises an LED unit, which is designed to emit light with adjustable brightness and a predetermined color location in an operational state, the LED unit having a microcontroller and a plurality of LEDs, and the microcontroller and the LEDs are surrounded by a housing of the LED unit.
  • the LED unit is further designed to communicate bidirectionally with the processing module, so that a current status value of the LED unit can be determined by means of the LED unit and the processing module, which is representative of a functionality of the LED unit.
  • ASIL Automatic Safety Integrity Level
  • the LED units that are currently available have not been developed according to a security level in accordance with ISO 26262 and usually only have one qualification of a quality management process, i.e. they only have a so-called QM level. Use in safety-relevant functions, such as autonomous driving functions of the motor vehicle is therefore not possible without further measures.
  • the microcontrollers of the LED units are usually designed as ASICs (Application Specific Integrated Chip), in which the functional logic is implemented by an integrated circuit and can no longer be changed.
  • ASICs Application Specific Integrated Chip
  • SEooC Safety Element out of context
  • a lighting device for a motor vehicle comprises a processing module which is designed to receive signals from a data bus of the motor vehicle, to process them and to send a data signal.
  • the lighting device further comprises an LED unit, which is designed to emit light with adjustable brightness and before a given color location in an operational state, the LED unit having a microcontroller and a plurality of LEDs, and the microcontroller and the LEDs are surrounded by a housing of the LED unit.
  • the processing module is further designed to convert the data signal, which includes control information for the LED unit, into a pulse-width-modulated signal of the current supplied to the individual LEDs and to check whether the pulse-width-modulated signal contains information that corresponds to the control information for the LED Unit corresponds.
  • the LED unit realizes a semiconductor component, which emits light of a given color in an emitting mode when electrical voltage or current is present.
  • the LED unit can be in the form of a system-in-package (SiP), which comprises the microcontroller and the plurality of LEDs.
  • SiP system-in-package
  • the housing therefore does not have to be a real housing.
  • a space-saving lighting function can be implemented, for example to illuminate a section in or on a motor vehicle, and the described structure also enables hardware errors to be checked with regard to an error in outgoing communication and the subsequent communication components so that the functionality of the LED unit can be monitored.
  • the check as to whether the pulse-width-modulated signal generated by the microcontroller contains information that corresponds to the control information for the LED unit is carried out in that the control information contained in the data signal sent by the processing module with that in the pulse-width-modulated signal contained information is compared.
  • the control information and those in the pulse wide-modulated signal contained information the generation and conversion of the control information were successful, which ensures that a signal generation and signal converter unit of the processing module works correctly.
  • the control information and the information contained in the pulse-width-modulated signal do not match, there is an error in the signal converter unit of the processing module.
  • the microcontroller of the processing module is expediently used as the signal converter.
  • the signal conversion can be provided in a cost-effective and simple manner, since an ASIC can be used that is already used for the LED unit.
  • the LED unit is expediently designed to convert the received control information into a pulse width modulated signal of the current supplied to the individual LEDs and the pulse width modulated signal to the processing module for checking whether the pulse width modulated signal generated by the LED unit contains information that the Control information corresponds to supply.
  • the control information is converted into the pulse-width-modulated signal in a known manner by the microcontroller of the LED unit in order to set the plurality of LEDs to a brightness and the predetermined color location contained in the control information.
  • the pulse width modulated signal is then fed back to the processing module for evaluation.
  • This expedient embodiment enables, in addition to checking the functionality of the processing module, an additional checking of the functionality of at least the communication component of the LED unit in the communication chain by the processing module.
  • the current supplied to the individual LEDs is supplied to the processing module via respective connecting lines.
  • the connecting lines are connected to the microcontroller on the processing module side so that it can make the desired comparison.
  • the connecting lines are coupled to respective nodes between the LEDs and the microcontroller of the LED unit.
  • the lighting device comprises a plurality of LED units which are connected in series via an internal data bus, in particular according to the daisy chain principle, with exactly one of the LED units of the series connection being designed for this purpose is to convert the received control information into a pulse width modulated signal of the current supplied to the individual LEDs and to supply the pulse width modulated signal to the processing module for checking.
  • the conversion of the control information into the pulse-width-modulated signal and the supply of the pulse-width-modulated signal to the processing module can be carried out by the LED unit directly coupled to the processing module.
  • the control information can also be received by another LED unit of the plurality of LED units which has received the control information itself either from the processing module or from yet another LED unit.
  • the described conversion and supply of the pulse width modulated signal to the processing module is carried out in this case by any LED unit of a plurality of LED units of the lighting device. In this way, the functionality of the communication components of the LED units contained in the communication chain can be checked.
  • the LED unit of the series circuit which is the greatest distance from the processing module, is designed for this purpose to convert the received control information into a pulse width modulated signal of the current supplied to the individual LEDs and to supply the pulse width modulated signal to the processing module for checking.
  • the LED unit of the series circuit which is the greatest distance from the processing module, represents a so-called last LED unit. In other words, respective connecting lines between the processing tion module and the lines via which current is supplied to the individual LEDs of the last LED unit.
  • the LED unit is further designed to communicate bidirectionally with the processing module, so that the LED unit and the processing module can be used to determine a current status value of the LED unit which is representative of a functionality of the LED unit .
  • the LED unit can then be used due to the described structure and the ability to communicate to provide information regarding a status by the LED unit continuously, at predetermined time intervals or on request from the processing module sends status signals to them, which are representative of a functionality.
  • such status signals include data about a current / voltage characteristic or a number of operating hours, so that conclusions can be drawn about a lifetime.
  • the lighting device with LED unit then makes it possible to read out current operating data, so that a contribution to reliable and controlled operation is made.
  • ASIL Automatic Safety Integrity Level
  • the management module can be used to inquire with the corresponding LED whether there is a light-emitting operating state and thus check the functionality of the LED.
  • each individual LED unit can be specifically controlled and a current status value can be called up, the same interface which is used to operate and control the LED unit also being used for diagnosis.
  • each LED unit has a microcontroller specially arranged in the housing and can be controlled digitally and accordingly requires no control by means of a power supply in this regard.
  • the LED unit capable of lighting can also be used to enable data from the LED unit to be read back, which contains information about a functionality of the LED unit.
  • the lighting device is provided for a motor vehicle, such as a car and possibly also a truck.
  • the lighting device has a plurality of LED units, each comprising a microcontroller and a plurality of LEDs, each of which is integrated in a common housing of the respective LED unit.
  • a single LED unit thus realizes a semiconductor component or a system-in-package, which can also be referred to as an “intelligent” LED due to the internal microcontroller.
  • the respective LED unit is preferably connected to an internal data bus (ie a data bus within the lighting device), which in turn is coupled to the processing module.
  • the processing module can receive, process and send signals. Such signals include, for example, external ones Control commands from a motor vehicle data bus, which can be converted into internal control commands by the processing module and given to the internal data bus in order to adjust the brightness and the color location of one or more LED units.
  • the one or more LED units are each different in terms of their brightness (i.e.
  • the term of the color location describes a color of the emitting light and can be realized in one color or as a mixed color, which is generated by the respective LED unit.
  • an LED unit can have a plurality of LEDs, each of which emits blue light or light of a different color or wavelength.
  • the LED unit realizes a multi-color LED unit with an adjustable color locus.
  • a respective LED unit as a single semiconductor component or a system-in-package, preferably has at least three single-color LEDs of different colors, which are accommodated together with the microcontroller of the LED unit in a common housing of the semiconductor component.
  • the structure of such a semiconductor element enables a predetermined light emission based on the electronic semiconductor properties and can also be used to determine a status value of the respective LED unit, which can be made available to the processing module and / or the microcontroller. Such a determination of a status value of an LED or an LED unit can be carried out both during a light-emitting operation and independently of one.
  • the lighting device described thus has a multiplicity of functions, each of which is integrated in a semiconductor housing of an LED unit, so that required cabling or wiring of the LED unit to the processing unit tion module can be reduced and the processing module can be made smaller as a control controller.
  • a space-saving construction of the lighting device can be realized, which can have an advantageous effect on possible installation positions in or on a motor vehicle.
  • Such a space is particularly present in a lighting device with a large number of LED units.
  • the microcontroller and the processing module are designed to communicate bidirectionally with one another.
  • the processing module is in particular set up to communicate with the LED unit or with the microcontroller in terms of signal technology and to determine a current status value.
  • Such communication comprises receiving and sending data and can take place directly between the respective components capable of communication.
  • the LED unit is designed as a multi-color LED unit and the LEDs are each designed as single-color LEDs.
  • the LED unit comprises an RGB-LED unit and / or an RGBW-LED unit.
  • An RGB LED unit comprises, in a known manner, a red, green and blue single-color LED and an RGBW LED unit, in addition to a red, green and blue LED, also includes a white light LED.
  • a lighting system for a motor vehicle comprises at least one embodiment of the lighting device described above and the motor vehicle.
  • the lighting device is arranged and installed in particular in or on the motor vehicle and forms interior lighting and / or exterior lighting.
  • the motor vehicle can also have several configurations of the described lighting device, of which, for example, one is arranged in and another on the motor vehicle and implements a corresponding lighting function. In this way, attractive lighting effects with a homogeneous appearance can be generated.
  • the lighting device enables an optional retrieval of a current status value of the respective LED unit, regardless of the operating state of the LEDs and a possibly activated lighting function. Since the lighting system has at least one Configuration of the lighting device described above, all features and properties of the lighting device are also disclosed for the lighting system and vice versa.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a lighting system for a motor vehicle in a schematic top view
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a lighting device for a motor vehicle in a schematic illustration
  • Fig. 3 shows an embodiment of an LED unit of the lighting device
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a lighting device for a motor vehicle in a schematic illustration, which enables the functionality of the communication components of a processing module and all LED units to be checked, and
  • Fig. 5 shows an embodiment that the feedback of a pulse width modulated
  • FIG. 1 schematically illustrates in a top view an illumination system 110 which comprises a motor vehicle 100 and an illumination device 10 with a plurality of LED units 3.
  • the LED units 3 are coupled in a series connection via an internal data bus 2, the internal data bus 2 in turn connecting the LED units 3 couples with a processing module 1.
  • the processing module 1 is in turn coupled to a motor vehicle data bus 6.
  • the lighting device 10 or the lighting system 110 enables a space-saving lighting function, for example to illuminate a section in or on the motor vehicle 100, and also to determine a current brightness value on Location of a respective LED unit 3.
  • FIG. 2 schematically illustrates an embodiment of the lighting device 10, which, for example, as illustrated in FIG. 1, forms an interior lighting device in the motor vehicle 100.
  • the lighting device 10 can be arranged as external lighting on the motor vehicle 100 or the lighting system 110 comprises a plurality of lighting devices 10 which are installed in and / or on the motor vehicle 100.
  • the lighting device 10 has a plurality of multicolor LED units 3 arranged on a band and connected in series as the illuminant. These multi-color LED units 3, which are also referred to below simply as LED units 3, each implement a single semiconductor component with a plurality of single-color LEDs 301-304 and a microcontroller 4, which can be implemented as a programmable state machine.
  • the monochrome LEDs 301-304 and the microcontroller 4 are surrounded by a housing 7 of a respective LED unit 3.
  • the single-color LED 301 is, for example, a red LED, the single-color LED 302 as a green LED, the single-color LED 303 as a blue LED and the single-color LED 304 as a white LED.
  • the color specifications relate to the color or the wavelength or the wavelength range of the light emitted by the respective LED.
  • a very high packing density can be achieved with the strip-shaped LED units 3 (depending on the housing shape, for example from 144 to 367 LEDs / m), so that a space-saving construction by means of the lighting device 10 can be achieved.
  • the individual LED units 3 are controlled via a digital data stream in the form of a bit stream, which is fed to the individual LED units 3 by means of the internal data bus 2 of the lighting device 10.
  • the internal data bus 2 comprises a line CL for the clock and a line DL for the bit stream.
  • the signals on the internal data bus 2 originate from the processing module 1, which is coupled to the motor vehicle data bus 6 of the motor vehicle 100.
  • the processing module 1 comprises a LIN transceiver 101, which taps the corresponding digital signals for controlling the LED units 3 from the motor vehicle data bus 6, and a microcontroller 102, which converts the tapped signals into corresponding data signals on the data line DL of the internal data bus 2 .
  • the signals transmitted on the motor vehicle data bus 6 include signals which are intended for the lighting device 10 and define a light pattern to be set for the lighting device 10.
  • These signals in turn come from a control unit of the motor vehicle 100, which determines the light pattern to be generated, for example based on an input from the driver, and outputs it to the motor vehicle data bus 6 as a corresponding signal. It is recognized via the processing module 1 whether the light pattern corresponding to the current signal on the motor vehicle data bus 6 is provided for the lighting device. If this is the case, the signal is converted by means of the microcontroller 102 into a corresponding signal for the internal data bus 2.
  • the signals for the internal data bus 2 are optionally generated by the microcontroller 102 by means of SPI software.
  • An SPI software represents a program library with which any free pins of the microcontroller 102 can be used for signaling on the SPI bus. Alternatively, however, SPI hardware can also be used. Special SPI pins are provided for signaling on the SPI bus.
  • the internal data bus 2 can also be designed as a differential data bus or as any other data bus.
  • a differential data bus is characterized by the fact that it encodes digital data via a voltage difference between two lines.
  • the LED units 3 can then be switched as a daisy chain.
  • two connecting lines L1 and L2 are provided in addition to the lines CL and DL, which are connected to a direct voltage supply 5.
  • PWM pulse width modulation
  • the exemplary structure of an individual LED unit 3 according to FIGS. 1 and 2 is illustrated in detail in FIG. 3.
  • the components of the LED unit 3 shown are integrated in a single semiconductor component.
  • the signals of the internal data bus 2 are received via a communication interface COM of the LED unit 3.
  • the clock signal of the clock line CL is forwarded to the microcontroller 401 described below, whereas the data stream of the data line DL is given to 8-bit shift register SR0-SR4 after decoding in the communication interface COM.
  • the value output by the shift register SRO indicates the desired overall brightness of the LED unit 3, whereas the color components of the individual single-color LEDs 301-304 are output via the values of the shift registers SR1 to SR4 in order to produce the desired mixed color.
  • the color component of the red-emitting LED 301 is output via the shift register SR1, the color component of the green-emitting LED 302 via the shift register SR2, the color component of the blue-emitting LED 303 via the shift register 303 and the color component of the white-light-emitting LED 304 via the shift register 304 .
  • the values of the individual shift registers are fed to the microcontroller 4, which has a logic or a microcontroller 401 and an associated non-volatile EEPROM memory 402.
  • calibration data can be stored in this memory 402, which originate from a calibration process of the LED unit 3 and determine how for a predetermined standard temperature value of the LED unit 3 the operating currents of the individual single-color LEDs 301-304 are to be set so that the overall brightness value originating from the shift register SRO and the color mixing (ie the relevant color location) are achieved in accordance with the values from the shift registers SR1 to SR4.
  • the microcontroller 401 accesses the values stored in the memory 402.
  • a current status value of the LED unit 3 can be determined continuously, at predetermined time intervals or on request from the processing module 1, which information about a functionality of the LED unit 3 can give.
  • a respective LED unit 3 can be specifically controlled and a current status value can be called up.
  • the operating currents for the individual LEDs 301-304 are provided via a voltage regulator RE, which receives the positive voltage VDD and the negative voltage VSS from the voltage supply 5 shown in FIG. 2.
  • the microcontroller 401 also generates a clock for a corresponding oscillator OS, which is fed to PWM generators G1-G4.
  • the operating currents of the individual LEDs 301-304 are generated in the generators G1 to G4 via pulse width modulation.
  • the values of the operating currents originating from a predetermined algorithm are given by the microcontroller 401 to the individual generators G1-G4.
  • the generator G1 uses pulse width modulation to generate the current for the red-emitting LED 301, the generator G2 the current for the green-emitting LED 302, the generator G3 the current for the blue-emitting LED 303 and the generator G4 the current for the white-emitting LED 304.
  • the generator G1 uses pulse width modulation to generate the current for the red-emitting LED 301, the generator G2 the current for the green-emitting LED 302, the generator G3 the current for the blue-emitting LED 303 and the generator G4 the current for the white-emitting LED 304.
  • the PWM signals generated by the individual generators which pass through the current output CO to the single-color LEDs 301-304, the corresponding light with the desired brightness and the desired color location is then for the LED unit 3 Signal set that reaches the LED unit 3 via the internal data bus 2.
  • the microcontroller 102 of the processing module 1 is designed in a corresponding manner, as has been described for the LED unit in FIG. 3, to convert the data signal, which comprises the control information for the LED unit 3, into a pulse-width-modulated signal from the individual LEDs 301-304 to convert current supplied.
  • the Mikrocon troller 102 can thus with respect to the conversion corresponding to the microcontroller 4 LED unit to be formed.
  • this pulse-width-modulated signal is not output via the internal data bus 2, but is fed to an internal comparison unit 103, which can be part of the microcontroller 102 (see FIG. 5).
  • the comparison unit 103 is designed to check whether the pulse-width-modulated signal contains information that corresponds to the control information for the LED unit 3. This makes it possible to check hardware errors with respect to an error in the communication function of the processing module 1.
  • the check as to whether the pulse-width modulated signal contains information which corresponds to the control information for the LED unit is thus carried out by comparing the control information, which comprises the sent data signal, with the information contained in the pulse-width modulated signal. If the control information and the information contained in the pulse-width-modulated signal match, then the conversion of the control information was successful, which ensures that a signal converter unit of the microcontroller 102 of the processing module works correctly. However, if the control information and the information contained in the pulse-width-modulated signal do not match, there is an error in the signal converter unit of the processing module.
  • the microcontroller of the processing module is expediently used as the signal converter.
  • the signal conversion can be provided in a cost-effective and simple manner, since an ASIC can be used which is already used for the LED unit 3.
  • the pulse-width-modulated signal generated by the last LED unit 3 of the series circuit is fed back and fed to the comparison unit 103 of the processing module 1 for comparison with the control information. If the control information and the information contained in the pulse-width-modulated signal match, not only was the conversion of the control information successful in the processing module, but also each communication interface COM of the LED units 3 arranged between the processing module 1 and the last LED unit 3 has processed and forwarded the control information correctly. However, the control information and the information contained in the pulse width modulated signal are not correct match, there is an error in the communication interface COM of one of the LED units 3.
  • the return of the pulse-width modulated signal generated by the last LED unit 3 of the series circuit to the comparison unit is the preferred variant, the return could also be done by any one or more other LED units 3.
  • FIG. 5 shows a more detailed representation of the return of the pulse-width-modulated signal generated by one of the LED units 3 to the processing module 1 for further evaluation. Only three of the LEDs 301-303 are shown as examples, which are connected between a supply potential connection and the microcontroller 4. A current resulting from the pulse width modulated signal flows in each of the lines in which the LEDs 301-303 lie, as described above. The corresponding pulse-width modulated signals are fed via lines 104 to the comparison unit 103 of the processing module 1 and evaluated there to determine whether the information contained therein corresponds to the control information which is output by the processing module 1 via the internal data bus 2 to the LED units 3 .

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug (100) umfasst ein Verarbeitungsmodul (1), welches dazu ausgebildet ist, Signale von einem Datenbus (6) des Kraftfahrzeugs (100) zu empfangen, zu verarbeiten und ein Datensignal zu versenden. Die Beleuchtungsvorrichtung (10) umfasst weiter eine LED-Einheit (3), welche dazu ausgebildet ist, in einem betriebsgemäßen Zustand Licht mit einstellbarer Helligkeit und vorgegebenem Farbort zu emittieren, wobei die LED-Einheit (3) einen Mikrocontroller (4) und eine Mehrzahl von LEDs (301, 302, 303, 304) aufweist und wobei der Mikrocontroller (4) und die LEDs (301, 302, 303, 304) von einem Gehäuse (7) der LED-Einheit (3) umgeben sind. Das Verarbeitungsmodul (1) ist weiter dazu ausgebildet, das Datensignal, das eine Ansteuerinformation für die LED-Einheit (3) umfasst, in ein pulsweitenmoduliertes Signal des den einzelnen LEDs (301, 302, 303, 304) zugeführten Stroms umzuwandeln und zu überprüfen, ob das pulsweitenmodulierte Signal eine Information enthält, die der Ansteuerinformation für die LED-Einheit (3) entspricht.

Description

Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung und ein Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug, die einen zuverlässigen und sicheren Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung ermöglichen.
Beleuchtungsvorrichtungen in Kraftfahrzeugen mit Mehrfarb-LED-Einheiten (LED =„Light Emitting Diode") sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche LED-Einheiten umfas sen in der Regel mehrere Einfarb-LEDs und werden üblicherweise mit LED-Treibern an gesteuert, um eine gewünschte Helligkeit und einen Farbort (d.h. eine Mischfarbe) zu vari ieren. Hierzu wird ein Modul mit einem Mikrocontroller verwendet, der zum einen eine Kommunikation mit einem Kraftfahrzeug-Datenbus übernimmt und zum anderen die LED- Einheiten treibt, üblicherweise über PWM-Ausgänge (PWM =„Puls-Width Modulation"). Als Kraftfahrzeug-Datenbus kommt dabei häufig der sog. LIN-Bus (LIN =„Local Inter- connect Network") zum Einsatz.
Manche Mehrfarb-LED-Einheiten verfügen über eine integrierte Schaltung, welche zu sammen mit den Einfarb-LEDs, die über einen Datenstrom gesteuert werden, in einem Gehäuse untergebracht ist. Dabei werden Parametrisierungen, die in Beleuchtungsvor richtungen mit Mehrfarb-LED-Einheiten zum Betrieb der einzelnen LED-Einheiten benötigt werden, in einem zentralen Verarbeitungsmodul hinterlegt.
Die DE 10 2016 221 772 A2 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verarbeitungsmodul, das dazu ausgebildet ist, Signale von einem Datenbus des Kraftfahrzeugs zu empfangen, zu verarbeiten und zu versenden. Die Beleuchtungs vorrichtung umfasst weiter eine LED-Einheit, welche dazu ausgebildet ist, in einem be triebsgemäßen Zustand Licht mit einstellbarer Helligkeit und vorgegebenem Farbort zu emittieren, wobei die LED-Einheit einen Mikrocontroller und eine Mehrzahl von LEDs auf weist und wobei der Mikrocontroller und die LEDs von einem Gehäuse der LED-Einheit umgeben sind. Die LED-Einheit ist weiter dazu ausgebildet, bidirektional mit dem Verar beitungsmodul zu kommunizieren, sodass mittels der LED-Einheit und des Verarbei tungsmoduls ein aktueller Statuswert der LED-Einheit ermittelbar ist, welcher repräsenta tiv für eine Funktionalität der LED-Einheit ist. Aufgrund des Aufbaus der Beleuchtungsvor richtung und der bidirektionalen Kommunikationsfähigkeit einer jeweiligen LED-Einheit können zu jeder Zeit Daten einer jeweiligen LED-Einheit erhoben werden, welche dazu beitragen können, den sogenannten ASIL-Standard (ASIL =„Automotive Safety Integrity Level") vorgegeben zu halten oder zu verbessern. Dieser zielt darauf ab, ein vorgegebe nes Grundsicherheitslevel zu gewährleisten. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Zu verlässigkeit einer LED überwacht werden, welche für einen kontrollierten und sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs verlässlich darüber Auskunft zu geben hat, ob beispielsweise eine bestimmte Funktion eingerichtet ist oder nicht.
Die LED-Einheiten, die derzeit verfügbar sind, sind nicht nach einem Sicherheitslevel ent sprechend der ISO 26262 entwickelt worden und weisen in der Regel nur eine Qualifizie rung eines Qualitätsmanagement-Prozesses auf, d.h. sie besitzen lediglich ein sog. QM- Level. Der Einsatz in sicherheitsrelevanten Funktionen, wie z.B. autonomen Fahrfunktio nen des Kraftfahrzeugs, ist daher ohne weitere Maßnahmen nicht möglich. Die Mikrocon troller der LED-Einheiten sind in der Regel als ASICs (Application Specific Integrated Chip) ausgebildet, bei denen die Funktionslogik durch einen integrierten Schaltkreis reali siert und nicht mehr veränderbar ist. ASIC-basierende LED-Einheiten für sicherheitskriti sche Lichtinszenierungen (Lenkradkranzbeleuchtung), die nur ein QM-Level besitzen, können einen geforderten ASIL-Standard nur dadurch erreichen, dass die LED-Einheit nicht als Sicherheitselement außerhalb eines Funktionskontexts (sog. SEooC = Safety Element out of Context) betrachtet wird, sondern aus dem konkreten Funktionskontext heraus. Dies bedeutet, dass ein ASIL-Standard nur durch einen statistischen Integritäts nachweis erreicht werden kann, indem eine geringe Ausfallrate von zufälligen Fehlern, die zu einer Fehlfunktion führen (wie zum Beispiel die Anzeige einer falschen Farbe, wodurch es zur Verletzung eines Sicherheitsziels kommt), nachgewiesen werden kann. Bei dieser Vorgehensweise besteht jedoch ein gewisses Restrisiko, da zufällige Hardware-Fehler, die in einer Massenproduktion auftreten, nicht bekannt sind. Für den Einsatz in sicher heitsrelevanten Funktionen, wie z.B. der Visualisierung einer autonomen Fahrfunktion des Kraftfahrzeugs mittels einer LED-Einheiten aufweisenden Beleuchtungsvorrichtung, ist dies jedoch nicht akzeptabel.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung und ein Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die zu einem zuverlässigeren Betrieb der Beleuch tungsvorrichtung beitragen können. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteil hafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug ein Verarbeitungsmodul, welches dazu ausgebildet ist, Signale von einem Datenbus des Kraftfahrzeugs zu empfangen, zu verarbeiten und ein Datensignal zu ver senden. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst weiter eine LED-Einheit, welche dazu aus gebildet ist, in einem betriebsgemäßen Zustand Licht mit einstellbarer Helligkeit und vor gegebenem Farbort zu emittieren, wobei die LED-Einheit einen Mikrocontroller und eine Mehrzahl von LEDs aufweist und wobei der Mikrocontroller und die LEDs von einem Ge häuse der LED-Einheit umgeben sind. Das Verarbeitungsmodul ist weiter dazu ausgebil det, das Datensignal, das eine Ansteuerinformation für die LED-Einheit umfasst, in ein pulsweitenmoduliertes Signal des den einzelnen LEDs zugeführten Stroms umzuwandeln und zu überprüfen, ob das pulsweitenmodulierte Signal eine Information enthält, die der Ansteuerinformation für die LED-Einheit entspricht.
Die LED-Einheit realisiert ein Halbleiterbauelement, welches in einem emittierenden Be trieb bei anliegender elektrischer Spannung beziehungsweise Strom Licht vorgegebener Farbe ausstrahlt. Die LED-Einheit kann als System-In-Package (SiP) vorliegen, das den Mikrocontroller und die Mehrzahl von LEDs umfasst. Das Gehäuse braucht daher kein reales Gehäuse zu sein.
Mittels der beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung kann eine platzsparende Beleuch tungsfunktion realisiert werden, um beispielsweise einen Abschnitt in oder an einem Kraft fahrzeug zu beleuchten, und der beschriebene Aufbau ermöglicht darüber hinaus, Hard warefehler in Bezug auf einen Fehler der ausgehenden Kommunikation und der nachfol genden Kommunikationskomponenten zu überprüfen, sodass die LED-Einheit hinsichtlich ihrer Funktionalität überwacht werden kann.
Die Überprüfung, ob das durch den Mikrocontroller generierte pulsweitenmodulierte Sig nal eine Information enthält, die der Ansteuerinformation für die LED-Einheit entspricht, erfolgt dadurch, dass die Ansteuerinformation, die in dem vom Verarbeitungsmodul ver sendeten Datensignal enthalten ist, mit der in dem pulsweitenmodulierten Signal enthalte nen Information verglichen wird. Stimmen die Ansteuerinformation und die in dem puls- weitenmodulierten Signal enthaltene Information überein, so waren die Generierung und die Wandlung der Ansteuerinformation erfolgreich, wodurch sichergestellt ist, dass eine Signalerzeugungs- und Signalwandlereinheit des Verarbeitungsmoduls korrekt arbeitet. Stimmen die Ansteuerinformation und die in dem pulsweitenmodulierten Signal enthaltene Information hingegen nicht überein, so liegt ein Fehler der Signalwandlereinheit des Ver arbeitungsmoduls vor.
Als Signalwandler wird zweckmäßigerweise der Mikrocontroller des Verarbeitungsmoduls genutzt, dessen Aufbau dem Mikrocontroller der LED-Einheit entspricht. Hierdurch kann die Signalwandlung auf kostengünstige und einfache Weise bereitgestellt werden, da ein ASIC zum Einsatz gelangen kann, der für die LED-Einheit bereits genutzt wird.
Die LED-Einheit ist zweckmäßigerweise dazu ausgebildet, die empfangene Ansteuerin formation in ein pulsweitenmoduliertes Signal des den einzelnen LEDs zugeführten Stroms umzuwandeln und das pulsweitenmodulierte Signal dem Verarbeitungsmodul zur Überprüfung, ob das von der LED-Einheit erzeugte pulsweitenmodulierte Signal eine In formation enthält, die der Ansteuerinformation entspricht, zuzuführen. Die Wandlung der Ansteuerinformation in das pulsweitenmodulierte Signal wird in bekannter Weise von dem Mikrocontroller der LED-Einheit durchgeführt, um die Mehrzahl von LEDs auf eine in der Ansteuerinformation enthaltene Helligkeit und den vorgegebenen Farbort einzustellen.
Das pulsweitenmodulierte Signal wird dann an das Verarbeitungsmodul zur Auswertung zurückgeführt. Diese zweckmäßige Ausgestaltung ermöglicht neben der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Verarbeitungsmoduls eine zusätzliche Überprüfung der Funktions fähigkeit zumindest der Kommunikationskomponente der LED-Einheit in der Kommunika tionskette durch das Verarbeitungsmodul.
Um das von der LED-Einheit erzeugte, pulsweitenmodulierte Signal des den einzelnen LEDs zugeführten Stroms auswerten zu können, wird der den einzelnen LEDs zugeführte Strom über jeweilige Verbindungsleitungen dem Verarbeitungsmodul zugeführt. Die Ver bindungsleitungen sind auf Seiten des Verarbeitungsmoduls mit dem Mikrocontroller ver bunden, damit dieser den erwünschten Vergleich vornehmen kann. Auf Seiten der LED- Einheit sind die Verbindungsleitungen mit jeweiligen Knotenpunkten zwischen den LEDs und dem Mikrocontroller der LED-Einheit gekoppelt. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst in einer zweckmäßigen Ausgestaltung, wie bereits beschrieben, eine Mehrzahl an LED-Einheiten, die über einen internen Datenbus in Rei henschaltung, insbesondere nach dem Daisy-Chain-Prinzip gekoppelt sind, wobei genau eine der LED-Einheiten der Reihenschaltung dazu ausgebildet ist, die empfangene An steuerinformation in ein pulsweitenmoduliertes Signal des den einzelnen LEDs zugeführ ten Stroms umzuwandeln und das pulsweitenmodulierte Signal dem Verarbeitungsmodul zur Überprüfung zuzuführen.
Die Wandlung der Ansteuerinformation in das pulsweitenmodulierte Signal und das Zufüh ren des pulsweitenmodulierten Signals zum Verarbeitungsmodul kann von der unmittelbar mit dem Verarbeitungsmodul gekoppelten LED-Einheit durchgeführt werden. Die Ansteu erinformation kann auch von einer anderen LED-Einheit der Mehrzahl an LED-Einheiten empfangen sein, die die Ansteuerinformation selbst entweder von dem Verarbeitungsmo dul oder einer nochmals anderen LED-Einheit empfangen hat. Die beschriebene Wand lung und Zufuhr des pulsweitenmodulierten Signals zum Verarbeitungsmodul wird in die sem Fall von einer beliebigen LED-Einheit einer Mehrzahl an LED-Einheiten der Beleuch tungsvorrichtung durchgeführt. Hierdurch kann die Funktionsfähigkeit der Kommunikati onskomponenten der in der Kommunikationskette enthaltenen LED-Einheiten überprüft werden.
Für einen Fachmann ist aus der obigen Beschreibung offensichtlich, dass die Zufuhr des pulsweitenmodulierten Signals von einer der LED-Einheiten zum Verarbeitungsmodul das Vorhandensein von jeweiligen Verbindungsleitungen zwischen dem Verarbeitungsmodul und den Leitungen, über die den einzelnen LEDs Strom zugeführt wird, bedingt.
Um alle LED-Einheiten der Reihenschaltung an LED-Einheiten in der Kommunikationsket te im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit ihrer Kommunikationsfähigkeit überprüfen zu können, ist es zweckmäßig, wenn die LED-Einheit der Reihenschaltung, die die größte Entfernung zu dem Verarbeitungsmodul aufweist, dazu ausgebildet ist, die empfangene Ansteuerinformation in ein pulsweitenmoduliertes Signal des den einzelnen LEDs zuge führten Stroms umzuwandeln und das pulsweitenmodulierte Signal dem Verarbeitungs modul zur Überprüfung zuzuführen. Die LED-Einheit der Reihenschaltung, die die größte Entfernung zu dem Verarbeitungsmodul aufweist, stellt eine sog. letzte LED-Einheit dar. Mit anderen Worten sind dann jeweilige Verbindungsleitungen zwischen dem Verarbei- tungsmodul und den Leitungen, über die den einzelnen LEDs der letzten LED-Einheit Strom zugeführt wird, vorgesehen.
Die LED-Einheit ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung weiter dazu ausgebildet, bidi rektional mit dem Verarbeitungsmodul zu kommunizieren, sodass mittels der LED-Einheit und des Verarbeitungsmoduls ein aktueller Statuswert der LED-Einheit ermittelbar ist, welcher repräsentativ für eine Funktionalität der LED-Einheit ist. Die LED-Einheit kann dann aufgrund des beschriebenen Aufbaus und der Kommunikationsfähigkeit dazu ge nutzt werden, Informationen bezüglich eines Status bereitzustellen, indem die LED-Einheit fortlaufend, in vorgegebenen Zeitintervallen oder auf Anfrage seitens des Verarbeitungs moduls Statussignale an diese versendet, welche repräsentativ sind für eine Funktionali tät. Beispielsweise umfassen solche Statussignale Daten über eine Strom-/Spannungs- kennlinie oder eine Anzahl an Betriebsstunden, sodass Rückschlüsse über eine Lebens dauer möglich sind. Die Beleuchtungsvorrichtung mit LED-Einheit ermöglicht es dann, aktuelle Betriebsdaten auszulesen, sodass ein Beitrag für einen zuverlässigen und kon trollierten Betrieb geleistet wird.
Beispielsweise kann infolge einer abgerufenen beziehungsweise ermittelten Spannungs kennlinie, die darauf schließen lässt, dass eine Helligkeit der überprüften LED einen vor gegeben Schwellenwert unterschreitet, ein Bestromen dieser LED erhöht werden, um die Helligkeit dieser LED bis in einen vorgegebenen Toleranzbereich zu erhöhen. Außerdem kann zum Beispiel infolge einer ermittelten Betriebsdauer einer LED, die in naher Zukunft eine voraussichtliche Lebensdauer dieser LED überschreitet, eine Information ausgege ben werden, welche über diesen Zustand der LED oder der zugehörigen LED-Einheit in formiert und einen Austausch dieser LED empfiehlt.
Aufgrund des beschriebenen Aufbaus der Beleuchtungsvorrichtung können Hardwarefeh ler in den Kommunikationskomponenten des Verarbeitungsmoduls und der LED-Ein- heit(en) erkannt werden. Dadurch ist es möglich, einen vorgegebenen ASIL-Standard (ASIL =„Automotive Safety Integrity Level") einzuhalten, wodurch die Beleuchtungsvor richtung auch in sicherheitskritischen automobilen Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Aufgrund der optionalen bidirektionalen Kommunikationsfähigkeit einer jeweiligen LED-Einheit können zu jeder Zeit Daten einer jeweiligen LED-Einheit erhoben werden. Dadurch ist es möglich, einen höheren ASIL-Standard einzuhalten oder zu verbessern. Der ASIL-Standard zielt darauf ab, ein vorgegebenes Grundsicherheitslevel zu gewähr leisten. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Zuverlässigkeit einer LED, die den Zu stand einer autonomen Fahrfunktion des Fahrzeugs anzeigt, an einem Kombinstrument oder einem Bedienelement zu überwachen, welche für einen kontrollierten und sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs verlässlich darüber Auskunft zu geben hat, in welchem Zu stand sich die autonome Fahrfunktion (z.B.„aktiv“ oder„inaktiv“ oder„Fahrerübernahme erforderlich“) befindet.
Mittels des Verwaltungsmoduls kann bei Vorhandensein der bidirektionalen Kommunikati onsfähigkeit bei der entsprechenden LED angefragt werden, ob ein lichtemittierender Be triebszustand vorliegt und somit die Funktionalität der LED überprüft werden. Auf diese Weise kann jede einzelne LED-Einheit gezielt angesteuert und ein aktueller Statuswert abgerufen werden, wobei dasselbe Interface, welches zum Betreiben und Ansteuern der LED-Einheit eingesetzt wird, auch zur Diagnose verwendet wird. Dies ist dadurch ermög licht, dass jede LED-Einheit einen eigens im Gehäuse angeordneten Mikrocontroller auf weist und digital ansteuerbar ist und entsprechend keine Ansteuerung mittels einer Stromversorgung diesbezüglich benötigt. Aufgrund der bidirektionalen Kommunikations fähigkeit kann die zur Beleuchtung befähigte LED-Einheit weiter dazu genutzt werden, eine Rücklesbarkeit von Daten von der LED-Einheit zu ermöglichen, welche Informationen über eine Funktionalität der LED-Einheit enthalten.
Die Beleuchtungsvorrichtung ist für ein Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel einen PKW und gegebenenfalls auch einen LKW, vorgesehen. Bevorzugt weist die Beleuchtungsvorrich tung mehrere LED-Einheiten auf, die jeweils einen Mikrokontroller und mehrere LEDs umfassen, die jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse der jeweiligen LED-Einheit inte griert sind. Eine einzelne LED-Einheit realisiert somit ein Halbleiterbauelement bzw. ein System-In-Package, welches aufgrund des internen Mikrokontrollers auch als„intelligen te" LED bezeichnet werden kann.
Bevorzugt ist die jeweilige LED-Einheit an einem internen Datenbus (d.h. einen Datenbus innerhalb der Beleuchtungsvorrichtung) angeschlossen, welcher wiederum mit dem Ver arbeitungsmodul gekoppelt ist. Mittels des Verarbeitungsmoduls können Signale empfan gen, verarbeitet und versendet werden. Solche Signale umfassen beispielsweise externe Steuerbefehle von einem Kraftfahrzeug-Datenbus, die mittels des Verarbeitungsmoduls in interne Steuerbefehle gewandelt und auf den internen Datenbus gegeben werden kön nen, um die Helligkeit und den Farbort einer oder mehrerer LED-Einheiten einzustellen. Der interne Datenbus kann z.B. ein SPI-Datenbus (SPI =„Serial Peripheral Interface") sein oder gegebenenfalls auch ein anderer Datenbus, wie z.B. ein differentieller Daten bus, der digitale Daten über eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Leitungen codiert. Der Kraftfahrzeug-Datenbus kann beispielsweise ein LIN-Bus (LIN =„Local Interconnect Network") oder auch ein CAN-Bus (CAN =„Controller Area Network") sein.
Die eine oder mehrere LED-Einheiten sind jeweils in Bezug auf ihre Helligkeit (d.h.
Lichtintensität) einstellbar und emittieren Licht mit einem vorgegebenen Farbort. Der Be griff des Farborts beschreibt eine Farbe des emittierenden Lichts und kann einfarbig oder als Mischfarbe realisiert sein, welche durch die jeweilige LED-Einheit erzeugt wird. Der Farbort kann beispielsweise als Ort in einem Farbdiagramm, insbesondere in einem Farbdiagramm des CIE-Normenvalenzsystems (CIE =„Commission internationale de l'ec- lairage"), angegeben werden.
Zum Beispiel kann eine LED-Einheit mehrere LEDs aufweisen, welche jeweils blaues Licht oder Licht unterschiedlicher Farbe beziehungsweise Wellenlänge emittieren. Im letz teren Fall realisiert die LED-Einheit eine Mehrfarb-LED-Einheit mit einstellbarem Farbort. Eine jeweilige LED-Einheit weist als ein einzelnes Halbleiterbauelement bzw. ein System- In-Package vorzugsweise mindestens drei Einfarb-LEDs unterschiedlicher Farbe auf, die zusammen mit dem Mikrocontroller der LED-Einheit in einem gemeinsamen Gehäuse des Halbleiterbauelements untergebracht sind. Der Aufbau eines solchen Halbleiterelements ermöglicht eine vorgegebene Lichtemission basierend auf den elektronischen Halbleiter eigenschaften und kann darüber hinaus zum Ermitteln eines Statuswertes der jeweiligen LED-Einheit verwendet werden, welcher dem Verarbeitungsmodul und/oder dem Mikro controller bereitstellt werden kann. Ein solches Ermitteln eines Statuswertes einer LED beziehungsweise einer LED-Einheit kann sowohl während eines lichtemittierenden Be triebs als auch unabhängig von einem solchen durchgeführt werden.
Die beschriebene Beleuchtungsvorrichtung weist somit eine Vielzahl von Funktionen auf, die jeweils in einem Halbleitergehäuse einer LED-Einheit integriert sind, sodass benötigte Verkabelungen beziehungsweise Verdrahtungen der LED-Einheit mit dem Verarbei- tungsmodul reduziert werden können und das Verarbeitungsmodul als Ansteuerungscon troller kleiner ausgestaltet werden kann. Auf diese Weise kann ein platzsparender Aufbau der Beleuchtungsvorrichtung realisiert werden, welcher sich vorteilhaft auf mögliche Ein baupositionen in oder an einem Kraftfahrzeug auswirken kann. Ein solcher Bauraumvor teil ist insbesondere bei einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer hohen Anzahl an LED- Einheiten präsent.
Gemäß einer Weiterbildung der Beleuchtungsvorrichtung sind der Mikrocontroller und das Verarbeitungsmodul dazu ausgebildet sind, bidirektional miteinander zu kommunizieren. Das Verarbeitungsmodul ist insbesondere dazu eingerichtet, mit der LED-Einheit bezie hungsweise mit dem Mikrocontroller signaltechnisch zu kommunizieren und einen aktuel len Statuswert ermitteln. Eine solche Kommunikation umfasst ein Empfangen und Ver senden von Daten und kann direkt zwischen den jeweiligen zur Kommunikation befähig ten Komponenten erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung der Beleuchtungsvorrichtung ist die LED-Einheit als Mehrfarb- LED-Einheit und die LEDs jeweils als Einfarb-LEDs ausgebildet. Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Beleuchtungsvorrichtung umfasst die LED-Einheit eine RGB-LED- Einheit und/oder eine RGBW-LED-Einheit. Eine RGB-LED-Einheit umfasst in an sich be kannter Weise eine rote, grüne und blaue Einfarb-LED und eine RGBW-LED-Einheit um fasst zusätzlich zu einer roten, grünen und blauen LED auch eine Weißlicht-LED.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Beleuchtungssystem für ein Kraftfahrzeug mindestens eine Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Beleuchtungsvor richtung sowie das Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere in oder an dem Kraftfahrzeug angeordnet und verbaut und bildet eine Innenraumbeleuchtung und/oder eine Außenbeleuchtung aus. Das Kraftfahrzeug kann auch mehrere Ausgestal tungen der beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung aufweisen, von denen beispielsweise eine im und eine weitere an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist und eine entsprechende Beleuchtungsfunktion realisiert. Hierdurch können ansprechende Lichteffekte mit einem homogenen Erscheinungsbild generiert werden. Darüber hinaus ermöglicht die Beleuch tungsvorrichtung ein optionales Abrufen eines aktuellen Statuswertes der jeweiligen LED- Einheit auch unabhängig von dem Betriebszustand der LEDs und einer gegebenenfalls aktivierten Beleuchtungsfunktion. Da das Beleuchtungssystem wenigstens eine Ausge- staltung der zuvor beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung umfasst, sind sämtliche Merkmale und Eigenschaften der Beleuchtungsvorrichtung auch für das Beleuchtungssys tem offenbart und umgekehrt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Beleuchtungssystems für ein Kraftfahrzeug in einer schematischen Aufsicht,
Fig.2 ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug in einer schematischen Darstellung,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer LED-Einheit der Beleuchtungsvorrichtung nach
Fig. 2 in einer Detailansicht
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug in einer schematischen Darstellung, die die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Kommunikationskomponenten eines Verarbeitungsmoduls und aller LED- Einheiten ermöglicht, und
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, das die Rückführung eines pulsweitenmodulierten
Signals zum Verarbeitungsmodul zur weiteren Auswertung illustriert.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht alle dargestellten Elemente in sämtlichen Figuren mit zugehörigen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 illustriert schematisch in einer Aufsicht ein Beleuchtungssystem 110, welches ein Kraftfahrzeug 100 sowie eine Beleuchtungsvorrichtung 10 mit einer Mehrzahl von LED- Einheiten 3 umfasst. Die LED-Einheiten 3 sind über einen internen Datenbus 2 in einer Reihenschaltung gekoppelt, wobei der interne Datenbus 2 die LED-Einheiten 3 wiederum mit einem Verarbeitungsmodul 1 koppelt. Das Verarbeitungsmodul 1 ist wiederum mit einem Kraftfahrzeug-Datenbus 6 gekoppelt.
Wie anhand der nachfolgenden Figuren 2 und 3 näher erläutert wird, ermöglicht die Be leuchtungsvorrichtung 10 beziehungsweise das Beleuchtungssystem 110 eine platzspa rende Beleuchtungsfunktion, um beispielsweise einen Abschnitt in oder an dem Kraftfahr zeug 100 zu beleuchten, und darüber hinaus ein Ermitteln eines aktuellen Helligkeitswer tes am Ort der einer jeweiligen LED-Einheit 3.
Fig. 2 stellt schematisch eine Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung 10 dar, wel che beispielsweise, wie in Fig. 1 illustriert, in dem Kraftfahrzeug 100 eine Innenbeleuch tung ausbildet. Alternativ kann die Beleuchtungsvorrichtung 10 als Außenbeleuchtung an dem Kraftfahrzeug 100 angeordnet sein oder das Beleuchtungssystem 110 umfasst meh rere Beleuchtungsvorrichtungen 10, die in und/oder an dem Kraftfahrzeug 100 verbaut sind.
Die Beleuchtungsvorrichtung 10 weist als Leuchtmittel eine Mehrzahl von auf einem Band angeordneten und in Reihe verschalteten Mehrfarb-LED-Einheiten 3 auf. Diese Mehrfarb- LED-Einheiten 3, welche nachfolgend auch einfach als LED-Einheiten 3 bezeichnet wer den, realisieren jeweils ein einzelnes Halbleiterbauelement mit mehreren Einfarb-LEDs 301-304 und einem Mikrocontroller 4, der als programmierbare Zustandsmaschine reali siert sein kann. Die Einfarb-LEDs 301-304 und der Mikrocontroller 4 sind von einem Ge häuse 7 einer jeweiligen LED-Einheit 3 umgeben.
Die Einfarb-LED 301 ist zum Beispiel als eine rote LED, die Einfarb-LED 302 als eine grü ne LED, die Einfarb-LED 303 als eine blaue LED und die Einfarb-LED 304 als eine weiße LED ausgebildet. Die Farbangaben beziehen sich dabei auf die Farbe beziehungsweise die Wellenlänge oder den Wellenlängenbereich des von der jeweiligen LED emittierenden Lichts. Mit den bandförmig angeordneten LED-Einheiten 3 kann eine sehr hohe Pa ckungsdichte erreicht werden (je nach Gehäuseform von zum Beispiel 144 bis 367 LEDs/m), so dass ein platzsparender Aufbau mittels der Beleuchtungsvorrichtung 10 er zielbar ist. Die einzelnen LED-Einheiten 3 werden über einen digitalen Datenstrom in der Form eines Bitstroms angesteuert, der mittels des internen Datenbusses 2 der Beleuchtungsvorrich tung 10 den einzelnen LED-Einheiten 3 zugeführt wird. Der interne Datenbus 2 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Leitung CL für den Takt und eine Leitung DL für den Bitstrom.
Die Signale auf dem internen Datenbus 2 stammen von dem Verarbeitungsmodul 1 , das an den Kraftfahrzeug-Datenbus 6 des Kraftfahrzeugs 100 gekoppelt ist. Das Verarbei tungsmodul 1 umfasst einen LIN-Transceiver 101 , der entsprechende digitale Signale zur Ansteuerung der LED-Einheiten 3 vom Kraftfahrzeug-Datenbus 6 abgreift, sowie einen Mikrocontroller 102, der die abgegriffenen Signale in entsprechende Datensignale auf der Datenleitung DL des internen Datenbus 2 wandelt. Die auf dem Kraftfahrzeug-Datenbus 6 übertragenen Signale umfassen dabei Signale, welche für die Beleuchtungsvorrichtung 10 bestimmt sind und ein für die Beleuchtungsvorrichtung 10 einzustellendes Lichtmuster festlegen.
Diese Signale stammen wiederum von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs 100, wel ches beispielsweise basierend auf einer Eingabe des Fahrers das zu generierende Licht muster festlegt und als entsprechendes Signal auf den Kraftfahrzeug-Datenbus 6 gibt. Über das Verarbeitungsmodul 1 wird erkannt, ob das Lichtmuster entsprechend dem ak tuellen Signal auf dem Kraftfahrzeug-Datenbus 6 für die Beleuchtungsvorrichtung vorge sehen ist. Ist dies der Fall, wird das Signal mittels des Mikrocontrollers 102 in ein entspre chendes Signal für den internen Datenbus 2 umgesetzt.
Der Kraftfahrzeug-Datenbus 6 ist beispielsweise ein LIN-Bus (LIN =„Local Interconnect Network"). Der interne Datenbus 2 kann zum Beispiel ein SPI-Bus sein (SPI =„Serial Pe- ripheral Interface"), wobei die LED-Einheiten 3 in Kaskadierung verschaltet sind. Wahl weise werden dabei die Signale für den internen Datenbus 2 von dem Mikrocontroller 102 mittels einer SPI-Software erzeugt. Eine SPI-Software stellt eine Programmbibliothek dar, mit der beliebige freie Pins des Mikrocontrollers 102 zur Signalabgabe auf den SPI-Bus genutzt werden können. Alternativ kann jedoch auch SPI-Hardware eingesetzt werden. Dabei sind spezielle SPI-Pins zur Signalabgabe auf den SPI-Bus vorgesehen. Der interne Datenbus 2 kann als Alternative zu einem SPI-Bus auch als differentieller Da tenbus oder als beliebig anderer Datenbus ausgestaltet sein. Ein differentieller Datenbus zeichnet sich dadurch aus, dass er digitale Daten über eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Leitungen codiert. Hier können die LED-Einheiten 3 dann als Daisy-Chain-Kette ver schaltet sein.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind neben den Leitungen CL und DL zwei Verbin dungsleitungen L1 und L2 vorgesehen, welche an eine Gleichspannungsversorgung 5 angeschlossen sind. Basierend auf dem über die Datenleitung DL empfangenen Bitstrom erfolgt eine Pulsweitenmodulation (PWM) des den einzelnen LEDs 301-304 zugeführten Stroms, um hierdurch die LEDs 301-304 entsprechend dem Bitstrom auf der Datenleitung DL anzusteuern.
Der beispielhafte Aufbau einer einzelnen LED-Einheit 3 gemäß den Figuren 1 und 2 ist im Detail in Fig. 3 illustriert. Die dargestellten Komponenten der LED-Einheit 3 sind dabei in einem einzelnen Halbleiterbauelement integriert. Die Signale des internen Datenbusses 2 werden über eine Kommunikationsschnittstelle COM der LED-Einheit 3 empfangen. Das Taktsignal der Taktleitung CL wird an den weiter unten beschriebenen Mikrocontroller 401 weitergeleitet, wohingegen der Datenstrom der Datenleitung DL nach Decodierung in der Kommunikationsschnittstelle COM auf 8-Bit-Schieberegister SR0-SR4 gegeben wird. Der vom Schieberegister SRO ausgegebene Wert zeigt dabei die gewünschte Gesamthellig keit der LED-Einheit 3 an, wohingegen über die Werte der Schieberegister SR1 bis SR4 die Farbanteile der einzelnen Einfarb-LEDs 301-304 zur Erzeugung der gewünschten Mischfarbe ausgegeben werden. Insbesondere wird über das Schieberegister SR1 der Farbanteil der rot emittierenden LED 301 , über das Schieberegister SR2 der Farbanteil der grün emittierenden LED 302, über das Schieberegister 303 der Farbanteil der blauen emittierenden LED 303 und über das Schieberegister 304 der Farbanteil der Weißlicht emittierenden LED 304 ausgegeben.
Die Werte der einzelnen Schieberegister werden dem Mikrocontroller 4 zugeführt, der eine Logik bzw. einen Mikrocontroller 401 sowie einen zugeordneten nichtflüchtigen EEPROM-Speicher 402 aufweist. In diesem Speicher 402 können insbesondere Kalibrie rungsdaten hinterlegt sein, die aus einem Kalibriervorgang der LED-Einheit 3 stammen und für einen vorgegebenen Standard-Temperaturwert der LED-Einheit 3 festlegen, wie die Betriebsströme der einzelnen Einfarb-LEDs 301-304 einzustellen sind, damit der aus dem Schieberegister SRO stammende Gesamthelligkeitswert sowie die Farbmischung (d.h. der diesbezügliche Farbort) entsprechend den Werten aus den Schieberegistern SR1 bis SR4 erreicht werden. Der Mikrocontroller 401 greift auf die im Speicher 402 hin terlegten Werte zurück.
Aufgrund der bidirektionalen Kommunikationsfähigkeit der LED-Einheit 3 beziehungswei se des Mikrocontrollers 4 mit dem Verarbeitungsmodul 1 kann fortlaufend, in vorgegebe nen Zeitintervallen oder auf Anfrage seitens des Verarbeitungsmoduls 1 ein aktueller Sta tuswert der LED-Einheit 3 ermittelt werden, welcher Auskunft über eine Funktionalität der LED-Einheit 3 geben kann. Mittels des Verarbeitungsmoduls 1 kann eine jeweilige LED- Einheit 3 gezielt angesteuert und ein aktueller Statuswert abgerufen werden.
Die Betriebsströme für die einzelnen LEDs 301-304 werden über einen Spannungsregler RE bereitgestellt, der aus der in Fig. 2 gezeigten Spannungsversorgung 5 die positive Spannung VDD und die negative Spannung VSS erhält. Der Mikrocontroller 401 erzeugt ferner einen Takt für einen entsprechenden Oszillator OS, der PWM-Generatoren G1-G4 zugeführt wird. Die Betriebsströme der einzelnen LEDs 301-304 werden in den Generato ren G1 bis G4 über Pulsweitenmodulation erzeugt. Die aus einem vorgegebenen Algo rithmus stammenden Werte der Betriebsströme werden von dem Mikrocontroller 401 an die einzelnen Generatoren G1-G4 gegeben. Der Generator G1 erzeugt mittels Pulswei tenmodulation den Strom für die rot emittierende LED 301 , der Generator G2 den Strom für die grün emittierende LED 302, der Generator G3 den Strom für die blau emittierende LED 303 und der Generator G4 den Strom für die weiß emittierende LED 304. Über die von den einzelnen Generatoren erzeugten PWM-Signale, die über den Stromausgang CO zu den Einfarb-LEDs 301-304 gelangen, wird dann für die LED-Einheit 3 das entspre chende Licht mit der gewünschten Helligkeit und dem gewünschten Farbort gemäß dem Signal eingestellt, das über den internen Datenbus 2 zu der LED-Einheit 3 gelangt.
Der Mikrocontroller 102 des Verarbeitungsmoduls 1 ist in entsprechender weise, wie dies für die LED-Einheit in Fig. 3 beschrieben wurde, dazu ausgebildet, das Datensignal, das die Ansteuerinformation für die LED-Einheit 3 umfasst, in ein pulsweitenmoduliertes Sig nal des den einzelnen LEDs 301-304 zugeführten Stroms umzuwandeln. Der Mikrocon troller 102 kann somit in Bezug auf die Wandlung entsprechend dem Mikrocontroller 4 der LED-Einheit ausgebildet sein. Dieses pulsweitenmodulierte Signal wird jedoch nicht über den internen Datenbus 2 ausgegeben, sondern einer internen Vergleichseinheit 103, die Teil des Mikrocontrollers 102 sein kann (siehe Fig. 5) zugeführt. Die Vergleichseinheit 103 ist dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob das pulsweitenmodulierte Signal eine Information enthält, die der Ansteuerinformation für die LED-Einheit 3 entspricht. Dies ermöglicht es, Hardwarefehler in Bezug auf einen Fehler der Kommunikationsfunktion des Verarbei tungsmoduls 1 zu überprüfen.
Die Überprüfung, ob das pulsweitenmodulierte Signal eine Information enthält, die der Ansteuerinformation für die LED-Einheit entspricht, erfolgt somit dadurch, dass die An steuerinformation, die das versendete Datensignal umfasst, mit der in dem pulsweitenmo dulierten Signal enthaltenen Information verglichen wird. Stimmen die Ansteuerinformati on und die in dem pulsweitenmodulierten Signal enthaltene Information überein, so war die Wandlung der Ansteuerinformation erfolgreich, wodurch sichergestellt ist, dass eine Signalwandlereinheit des Mikrocontrollers 102 des Verarbeitungsmoduls korrekt arbeitet. Stimmen die Ansteuerinformation und die in dem pulsweitenmodulierten Signal enthaltene Information hingegen nicht überein, so liegt ein Fehler der Signalwandlereinheit des Ver arbeitungsmoduls vor.
Als Signalwandler wird zweckmäßigerweise der Mikrocontroller des Verarbeitungsmoduls genutzt, dessen Aufbau dem Mikrocontroller 4 der LED-Einheit 3 entspricht. Hierdurch kann die Signalwandlung auf kostengünstige und einfache Weise bereitgestellt werden, da ein ASIC zum Einsatz gelangen kann, der für die LED-Einheit 3 bereits genutzt wird.
Zudem wird, wie dies in Fig. 4 gemäß einer bevorzugten Variante dargestellt ist, eine Rückführung des von der letzten LED-Einheit 3 der Reihenschaltung erzeugten pulswei tenmodulierten Signals vorgenommen und der Vergleichseinheit 103 des Verarbeitungs moduls 1 zum Vergleich mit der Ansteuerinformation zugeführt. Stimmen die Ansteuerin formation und die in dem pulsweitenmodulierten Signal enthaltene Information überein, so war nicht nur die Wandlung der Ansteuerinformation in dem Verarbeitungsmodul erfolg reich, sondern jede Kommunikationsschnittstelle COM der zwischen dem Verarbeitungs modul 1 und der letzten LED-Einheit 3 angeordneten LED-Einheiten 3 hat die Ansteuerin formation in korrekter Weise verarbeitet und weitergeleitet. Stimmen die Ansteuerinforma tion und die in dem pulsweitenmodulierten Signal enthaltene Information hingegen nicht überein, so liegt ein Fehler in der Kommunikationsschnittstelle COM einer der LED-Ein- heiten 3 vor.
Um das von der letzten LED-Einheit 3 der Reihenschaltung erzeugte pulsweitenmodulier te Signal der Vergleichseinheit 103 des Verarbeitungsmoduls 1 zuführen zu können sind diese über eine Anzahl an Leitungen 104 miteinander verbunden, wobei die Anzahl der Leitungen 104 der Anzahl des LEDs 301-304 entspricht.
Obwohl die Rückführung des von der letzten LED-Einheit 3 der Reihenschaltung erzeugte pulsweitenmodulierte Signals zu der Vergleichseinheit die bevorzugte Variante darstellt, könnte die Rückführung auch von einer oder mehreren beliebigen anderen LED-Einheiten 3 erfolgen.
Fig. 5 zeigt eine detailliertere Darstellung der Rückführung des von einer der LED-Ein- heiten 3 erzeugten pulsweitenmodulierten Signals zum Verarbeitungsmodul 1 zur weite ren Auswertung. Dargestellt sind beispielhaft nur drei der LEDs 301-303, die zwischen einem Versorgungspotentialanschluss und dem Mikrocontroller 4 verschaltet sind. In jeder der Leitungen, in denen die LEDs 301-303 liegen, fließt ein sich aus dem pulsweitenmo dulierten Signal ergebender Strom, wie oben beschrieben. Die entsprechenden pulswei tenmodulierten Signale werden über die Leitungen 104 der Vergleichseinheit 103 des Verarbeitungsmoduls 1 zugeführt und dort ausgewertet, ob die darin enthaltene Informati on der Ansteuerinformation entspricht, die von dem Verarbeitungsmoduls 1 über den in ternen Datenbus 2 an die LED-Einheiten 3 ausgegeben wird.
Im Ergebnis kann hierdurch eine abgesicherte Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen dem Verarbeitungsmodul 1 und den LED-Einheiten 3 bereitgestellt werden. Bezugszeichenliste
1 Verarbeitungsmodul
10 Beleuchtungsvorrichtung
100 Kraftfahrzeug
101 LIN-Transceiver
102 Mikrocontroller
103 Vergleichseinheit
104 Leitung
110 Beleuchtungssystem
2 interner Datenbus
3 Mehrfarb-LED-Einheit
301-304 Einfarb-LEDs
4 Mikrocontroller
401 Mikrocontroller
402 EEPROM
5 Spannungsversorgung
6 Kraftfahrzeug- Datenbus
7 Gehäuse der LED-Einheit
CL Leitung für Taktsignal
CO Stromausgang
COM Kommunikationsschnittstelle
DL Datenleitung
G1-G4 PWM-Generatoren
L1-L2 Verbindungsleitungen
OS Oszillator
RE Spannungsregler
SR0-SR4 Schieberegister
VDD, VSS Spannungen

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug (100), umfassend:
ein Verarbeitungsmodul (1), welches dazu ausgebildet ist, ein Signal von einem Datenbus (6) des Kraftfahrzeugs (100) zu empfangen, zu verarbeiten und ein Datensignal zu versenden, und
eine LED-Einheit (3), welche dazu ausgebildet ist, in einem betriebsgemä ßen Zustand Licht mit einstellbarer Helligkeit und vorgegebenem Farbort zu emit tieren, wobei die LED-Einheit (3) einen Mikrocontroller (4) und eine Mehrzahl von LEDs (301 , 302, 303, 304) aufweist, wobei der Mikrocontroller (4) und die LEDs (301 , 302, 303, 304) von einem Gehäuse (7) der LED-Einheit (3) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass
das Verarbeitungsmodul (1) weiter dazu ausgebildet ist, das Datensignal, das eine Ansteuerinformation für die LED-Einheit (3) umfasst, in ein pulsweitenmoduliertes Signal des den einzelnen LEDs (301 , 302, 303, 304) zugeführten Stroms umzu wandeln und zu überprüfen, ob das pulsweitenmodulierte Signal eine Information enthält, die der Ansteuerinformation für die LED-Einheit (3) entspricht.
2. Beleuchtungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungsmodul (1) einen Mikrocontroller (102) umfasst, dessen Aufbau dem Mikrocontroller (4) der LED-Einheit (3) entspricht.
3. Beleuchtungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Einheit (3) dazu ausgebildet ist, die empfangene Ansteuerinformati on in ein pulsweitenmoduliertes Signal des den einzelnen LEDs (301 , 302, 303, 304) zugeführten Stroms umzuwandeln und das pulsweitenmodulierte Signal dem Verarbeitungsmodul (1) zur Überprüfung, ob das von der LED-Einheit (3) erzeugte pulsweitenmodulierte Signal eine Information enthält, die der Ansteuerinformation entspricht, zuzuführen.
4. Beleuchtungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das von der LED-Einheit (3) erzeugte, pulsweitenmodulierte Signal des den ein zelnen LEDs (301 , 302, 303, 304) zugeführten Stroms über jeweilige Verbindungs leitungen dem Verarbeitungsmodul zugeführt wird.
5. Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Mehrzahl an LED-Einheiten (3) umfasst, die über einen internen Datenbus (3) in Reihenschaltung, insbesondere nach dem Daisy-Chain-Prinzip gekoppelt sind, wobei genau eine der LED-Einheiten (3) der Reihenschaltung dazu ausgebildet ist, die empfangene Ansteuerinformation in ein pulsweitenmoduliertes Signal des den einzelnen LEDs (301 , 302, 303, 304) zuge führten Stroms umzuwandeln und das pulsweitenmodulierte Signal dem Verarbei tungsmodul (1) zur Überprüfung zuzuführen.
6. Beleuchtungsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese die LED-Einheit (3) der Reihenschaltung, die die größte Entfernung zu dem Verarbeitungsmodul (1) aufweist, dazu ausgebildet ist, die empfangene Ansteuer information in ein pulsweitenmoduliertes Signal des den einzelnen LEDs (301 ,
302, 303, 304) zugeführten Stroms umzuwandeln und das pulsweitenmodulierte Signal dem Verarbeitungsmodul (1) zur Überprüfung zuzuführen.
7. Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Einheit (3) weiter dazu ausgebildet ist, bidirektional mit dem Verarbeitungsmodul (1) zu kommunizieren, sodass mittels der LED-Einheit (3) und des Verarbeitungsmoduls (1) ein aktueller Statuswert der LED-Einheit (3) ermittelbar ist, welcher repräsentativ für eine Funktionalität der LED-Einheit (3) ist.
8. Beleuchtungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (4) der LED-Einheit (3) und das Verarbeitungsmodul (1) dazu aus gebildet sind, bidirektional miteinander zu kommunizieren.
9. Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Einheit (3) eine Mehrfarb-LED- Einheit und die LEDs (301 , 302, 303, 304) jeweils Einfarb-LEDs sind.
10. Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Einheit (3) eine RGB-LED-Einheit und/oder eine RGBW-LED-Einheit umfasst.
11. Beleuchtungssystem (110) für ein Kraftfahrzeug (100), umfassend:
das Kraftfahrzeug (100), und
mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehen den Ansprüche.
12. Beleuchtungssystem (110) nach Anspruch 11 , bei dem die Beleuchtungsvorrich tung (10) in dem Kraftfahrzeug (100) angeordnet und als Innenraumbeleuchtung ausgebildet ist.
13. Beleuchtungssystem (110) nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Beleuchtungs vorrichtung (10) an einer Außenseite des Kraftfahrzeugs (100) angeordnet und als Außenbeleuchtung ausgebildet ist.
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