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Optoelektronik

Entwicklung von LED-Scheinwerfern

15. Januar 2013, 10:06 Uhr | Stephan Berlitz und die Koautoren Thomas Baier sowie Christoph Kenn

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Fehleranalyse und -behebung

Viele Auslegungsfehler lassen sich erst im Komplettfahrzeug feststellen – hier muss in der Regel unter enormem Zeitdruck eine qualitativ hochwertige und vor allem noch umsetzbare Lösung gefunden werden. EMV-Herausforderungen sind hier immer die Störausstrahlung und die Störfestigkeit. Ein DC/DC-Wandler mit einer Schaltfrequenz von über 300 kHz beispielsweise ist nicht leicht zu schirmen. Glimmende LEDs bei starken elektromagnetischen Feldern sind sogar ein Sicherheitsrisiko für andere Verkehrsteilnehmer, weil diese zu Fehlinterpretationen der Leuchtensignale führen können.

Diagnosefehler sind ebenfalls nur im Komplettsystem feststellbar. Diese können zwar schon an Brettaufbauten gefunden und analysiert werden – das Finden der Ursache ist allerdings äußerst komplex. Prinzipiell dient die Diagnose dazu, dem Fahrer mitzuteilen, ob seine Beleuchtung auch einwandfrei funktioniert. Die einzelne Leuchtdiode ist dabei schwierig zu detektieren, weil sie eine niedrige Stromaufnahme hat. Die Diagnose der LEDs erfolgt über die Ansteuerelektronik. Bei Heckleuchten ist das der zentrale Body-Computer, der in der Standardausführung Glühlampen mit hohen Strömen diagnostiziert. Dadurch diagnostiziert er aber bei LED-Leuchten die Stromaufnahme als zu gering. Bei weißen Hochleistungs-LEDs ist die Problematik eine andere. Bei niedrigen Versorgungsspannungen durch den Generator, beispielsweise Kaltstart bei niedrigen Temperaturen und schwacher Batterie, hat der DC/DC-Wandler eine sehr hohe Stromaufnahme. Das geht dann bis an die Grenzen der Strombelastbarkeit des Body-Computer-Ausgangstreibers oder führt in der teilweise über 10 m langen Verkabelung zum Scheinwerfer zu hohen Spannungsabfällen. Beides irritiert die Diagnoseroutine im Steuergerät. Eine schnelle Diagnose ist manchmal konträr zu einer robusten Diagnose. Spannungseinbrüche dürfen prinzipiell weder zu einem Flackern der LEDs, noch zu irrtümlichen Fehlermeldungen führen. Diagnostiziert der Entwickler zu schnell, können sich daher manchmal Scheinfehler ergeben. Ist die Entprellzeit bis zur Fehlermeldung zu lang, ergibt sich bei Funktionen, wie einem Abbiegelicht, vielleicht gar keine Diagnose mehr, weil diese Funktion oft nur kurz in Betrieb ist. Aus den oben genannten Standardisierungsbestrebungen für Ansteuerelektroniken entsteht ein maximaler Bedarf an Flexibilität. Allerdings gestaltet sich die Fehlererkennung dadurch umso schwieriger. Die verschiedenen Vorwärtsspannungen der eingesetzten LED-Typen liegen in einem Toleranzbereich. In einem LED-Strang sind mehrere LEDs. Die Toleranzbereiche führen dann in Summe für die Strangspannung bei unterschiedlichen Temperaturen zu Überlappungen der möglichen Gesamtspannung. Aus diesem Grund können sie es nicht mehr ermöglichen, einzelne LED-Ausfälle zu detektieren. Die Einzelausfallerkennung eines LED-Kurzschlusses ist daher konventionell nicht ohne weiteres realisierbar.

Mit zunehmenden Funktionen in der Lichttechnik haben sich busbasierte Systeme etabliert. Diese führen bei der Inbetriebnahme der LED-Ansteuerelektroniken zu neuen Anforderungen. Insbesondere beim Kodierprozess diverser Varianten muss eine exakte Kommunikationsreihenfolge zwischen Master und Slave eingehalten werden. Ein einfaches Einschalten des Lichtes gibt es an dieser Stelle schon lange nicht mehr.