Versuch 4 FVT WS KFz

Fachhochschule Dortmund
Fachbereich Nachrichtentechnik
WS / SS
Praktikum: Grundlagen
Gruppen Nr.:
Art und Nr. des Versuchs:
Untersuchung einesKraftfahrzeug-Scheinwerfers für PKW
Name
Vorname
Vortestat
Note
Spätester Abgabetermin:
Abgegeben am:
Bemerkung:
Anerkennung: Datum:
Unterschrift:
Testat ist keine Gewähr für fehlerfreie Arbeit !
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Prof. Dr.-Ing. Manfred Krüger
Grundpraktikum Fahrzeug- und Verkehrstechnik
Versuch:
Untersuchung eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers
für PKW
Die wesentlichen Funktionalitäten eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers kann in drei Teilbereiche aufgeteilt
werden:
1.
2.
3.
Untersuchung der Beleuchtungseinrichtungen (Lampen usw.)
Untersuchung der Leuchtweiteregulierung (Leuchtweitesteller)
Untersuchung der Fahrtrichtungsanzeige (Blinkfunktion)
Dieser Versuch besteht also aus drei Teilversuchen, die ggf. unabhängig voneinander durchgeführt werden
können.
Zu jedem Teilversuch befindet sich in dieser Anleitung eine Einführung mit anschließender Beschreibung
der Aufgabenstellung bzw. Messaufgaben.
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Grundpraktikum Fahrzeug- und Verkehrstechnik
Teilversuch 1: Beleuchtungseinrichtungen
Bei Kraftfahrzeugen werden prinzipiell drei verschiedene Beleuchtungstypen unterschieden:
1.
2.
3.
Scheinwerfer
Leuchten
Innenleuchten
(alle Beleuchtungseinrichtungen, die nach vorn strahlen)
(alle Beleuchtungseinrichtungen, die nach rückwärts strahlen)
(Beleuchtungseinrichtungen für die Fahrgastzelle)
Als Lichtquellen werden dabei derzeit verschiedene Möglichkeiten verwendet:
-
Glühlampen
Leuchtdioden
(Armaturentafel oder neuerdings auch Rückleuchten)
Gasentladungslampen ( XENON-Scheinwerfer)
In diesem Versuch sollen nun die Eigenschaften von Glühlampen anhand eines typischen Kfz.Scheinwerfers näher untersucht werden. Außerdem ist ebenfalls die in diesem Scheinwerfer vorhandene
Einrichtung zur Leuchtweitenregulierung zu untersuchen.
Bei einer Glühlampe befindet sich ein hochtemperaturfester dünner Metallfaden in einem Vakuum. Durch
einen elektrischen Strom wird dieser Faden zum Glühen gebracht, so dass eine Lichtquelle entsteht.
Elektrisch gesehen ist der Widerstand dieses Glühfadens stark von der Temperatur abhängig und somit
nichtlinear. Das führt dazu, dass im Moment des Einschaltens erheblich höhere Ströme fließen als im
normalen Betrieb (sog. Kalt-Anlaufströme). Sie können im Einzelfall bis zu 25 mal größer sein, als der
Nennstrom.
In diesem Versuch sollen derartige Ströme für verschiedene Glühlampen untersucht werden.
In den Scheinwerfer sind folgende Lampen eingebaut:
-
Abblendlicht
Fernlicht
Parklicht
Blinklicht
H4,
H7,
R5W,
P21W,
12 V,
12 V,
12 V,
12 V,
55 W
55 W
5W
21 W
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Die folgende Liste zeigt die Vielfalt der heute in Kraftfahrzeugen üblichen Glühlampen:
Messaufgaben zum Teilversuch 1:
1.1.
Messung der Kalt-Anlaufströme der genannten Glühlampen (4 Typen)
mittels eines Speicher-Oszilloskopes bei einer Spannung von 12 V.
1.2.
Graphische Darstellung der zeitlichen Verläufe der Lampenströme.
( 4 Skizzen vom Oszilloskop-Bildschirm)
Da ein Oszilloskop keine Ströme sondern nur Spannungen direkt messen kann, ist es erforderlich, die
Lampenströme mittels eines Meßwiderstandes in Spannungen umzusetzen. Dieser Meßwiderstand sollte
zweckmäßig in der Minusleitung zur Spannungsquelle liegen und sehr niederohmig sein, um störende
Spannungsabfälle, die zu Messverfälschungen führen können, zu vermeiden.
Wenn jedoch der Messwiderstand zu niederohmig ist, kann es Probleme geben, ein gut ablesbares Bild auf
dem Oszilloskop zu erhalten, weil die elektrischen Spannungswerte zu klein sind. Es ist also ein Mittelweg
erforderlich.
Überlegen Sie, welche Werte für den Messwiderstand bei den verschiedenen Lampen geeignet sein können
und wählen Sie entsprechende Widerstände aus. Beachten Sie ferner, dass bei hohen Strömen erhebliche
Verlustleistungen an den Widerständen auftreten können !
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Teilversuch 2: Leuchtweiteregulierung
In Europa müssen alle neu in den Verkehr kommenden Fahrzeuge seit dem 1.1.1998 eine automatische
Leuchtweiteregelung oder eine handbetätigte Leuchtweiteverstellung für die Einstellung des Abblendlichtes
(Hell-Dunkel-Grenze) besitzen.
Bei XENON-Scheinwerfern ist eine automatisch arbeitende Leuchtweiteregelung in Verbindung mit einer
Scheinwerfer-Reinigungsanlage inzwischen vorgeschrieben.
In diesem Versuch wird nur die handbetätigte Leuchtweiteregulierung mit elektrischen Stellantrieben, wie
sie heute überwiegend anzutreffen ist, untersucht.
Prinzipdarstellungen einer automatischen- und einer handbetätigten Leuchtweitenregulierung:
Die Handverstellung besteht also aus einem Geber am Armaturenbrett und einen Steller im Scheinwerfer.
Beim Abblendlicht ist die korrekte Einstellung der Hell-Dunkel-Grenze wichtig, um den Gegenverkehr
nicht zu beeinflussen.
Laut Vorschrift muss das Einstellmaß e, mit dem das Licht nach unten eingestellt wird, 1 % betragen. Das
bedeutet, dass sich eine Verminderung der Höhe der Lichtgrenze ( H - h ) von 10 cm ergibt bei einer
Entfernung vom Scheinwerfer von 10 m ( Verfahren 1 ):
Von der Seite gesehen ergibt sich folgendes Bild:
Scheinwerfer
Scheinwerferhöhe
H
Abblendwinkel ß
e
Hell-Dunkel Grenze
h
Messwand
Fahrbahn
Messabstand d = 10 m
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Der Abblendwinkel ß ergibt sich zu:
ß = arctan ( e / d )
In den Werkstätten wird die Einstellung der korrekten Scheinwerfer-Lichtkegels mit entsprechenden
Einstellgeräten vorgenommen (Verfahren 2):
Im Praktikum soll nun die korrekte Einstellung anhand des Verfahrens 1 durchgeführt werden.
Dazu ist es erforderlich, die Funktion des Stellers näher zu untersuchen.
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Prinzipschaltbild eines elektrischen Leuchtweitestellers:
+ 56b
Steller im Scheinwerfer
Leuchtweite - Handverstellung
(Abblendlicht)
Handverstellung
am Armaturenbrett
Spannungsvergleicher 1
mit Verstärker
Stellantrieb für den
Scheinwerfer
+
-
Steuerleitung
M
zum 2. Steller
mechanisch an
den Stellantrieb
gekoppeltes
Potentiometer
+
-
Spannungsvergleicher 2
mit Verstärker
- 31
Die Ansteuerung des Leuchtweitestellers geschieht rein spannungsgesteuert, d.h. der Strom durch die
Steuerleitung in den Steller hinein ist vernachlässigbar.
Messaufgaben zum Teilversuch 2:
2.1
Aufbau der Versuchsanordnung, Betriebsspannung: 12 V.
2.2
Aufnahme der Veränderung der Hell-Dunkel-Grenze e für das Abblendlicht an der
10 m Wand in Längeneinheiten (cm)
( Spannungsschritte der Steuerspannung: 0,25 V ) und Eintrag in eine Tabelle.
Ausarbeitung:
2.3
Berechnung der sich ergebenden Abblend-Winkel ß (in Grad) des Scheinwerfer-Lichtkegels
für alle Spannungen.
2.4
Darstellung von e und ß (in Grad) über der Steuerspannung in einem Diagramm.
2.5
Berechnen Sie aus den Größen H und e = 10 cm die theoretische Reichweite
des Abblendscheinwerfers
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Teilversuch 3:
Fahrtrichtungsanzeige (Blinkfunktion)
Die Fahrtrichtungsanzeige (Blinkfunktion) eines Fahrzeuges besteht prinzipiell aus den Teilen:
Blinkerschalter
Warnblinkgeber
Kontrolleuchte
Blinkleuchten
Das folgende Bild zeigt eine komplette Anlage mit zusätzlicher Warnblink-Funktion:
In diesem Versuch wird nur die eigentliche Blinkfunktion näher untersucht, die Warnblinkfunktion wird
vernachlässigt.
Die Erzeugung der Blinkfunktion erfolgt im Warnblinkgeber. Er besteht in der Regel aus einem integrierten
Halbleiter-Baustein, einem Taktrelais und einem Messwiderstand für den Lampenstrom. Bei neuen
Fahrzeugen wird die Blinkfunktion durch einen Mikrocontroller in der Zentralelektrik mit erledigt, so dass
hier kein externer Warn-Blinkgeber mehr zum Einsatz kommt. Die Grundanforderungen sind jedoch
identisch mit der externen Lösung.
Anforderungen an einen Warnblinkgeber:
Blinkfunktion
Messung des Lampenstromes
Anzeige eines Lampenausfalles
Temperaturkompenation
Spannungskompensation
(60 ... 120 Impulse pro Minute)
(eine oder zwei Lampen vorhanden ?)
(erhöhte Taktfrequenz)
(Ausgleich von Temperaturänderungen)
(Ausgleich von Bordnetzschwankungen)
Der Warnblinkgeber hat also mehrere Funktionen zu erfüllen, die in diesem Versuch zum Teil
messtechnisch erfasst werden sollen.
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Der prinzipielle innere Aufbau eines Warnblinkgebers ist bereits im obigen Bild gezeigt worden, hier nun
ein etwas ausführlicherer Schaltplan:
Der innere Aufbau zeigt, dass die Realisation der verschiedenen Funktionen in einem Normgehäuse von
30 X 30 X 30 mm nur duch den Einsatz eines kundenspezifischen integriertern Halbleiter-Schaltkreises
(sog. ASIC) durchgeführt werden kann. Eine genaue Beschreibung erfolgt in der Vorlesung GFZ.
Eine der wichtigsten Funktionen neben der reinen Takterzeugung ist die Detektion eines Lampenausfalles.
Dabei wird im Momment des Einschaltens der Lampenstrom gemessen (über den internen Widerstand R3)
und entschieden, ob eine (Fehlerfall) oder zwei (kein Lampenausfall) Blinklampen angeschlossen sind.
Damit diese Unterscheidung anhand des Stromes bei allen Toleranzsituationen noch sicher möglich ist,
haben Lampen für die Blinkfunktion wesentlich geringere elektrische Toleranzgrenzen.
Im Fehlerfall wird die Blinkfrequenz derart erhöht, dass der Fahrer im Fahrzeug anhand der schnellen
Blinkfrequenz der Kontrollampe diesen Fehlerfall erkennen kann und eine Reparatur durchführt.
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Messaufgaben zum Teilversuch 3:
3.1
Feststellung der Blinkfrequenz bei einer Spannung von UB = 12 V mit einem Oszilloscope
oder durch Abzählen der Blinkimpulse mittels einer Stoppuhr.
3.2
Erfassung der Blinkfrequenz und der Taktzeit über die Bordnetzspannung von
9 V bis 15 V in 1 V Schritten mit Darstellung in einem Diagramm.
3.3
Auslösung des Fehlerfalles durch Entfernen einer Blinklampe und Feststellen der Blinkfrequenz
bei UB = 12 V.
3.4
Simulation der zweiten Lampe durch einen veränderbaren Widerstand und Feststellung der
Fehler-Erkennungsgrenze des Lampen-Gesamtstromes Il bei UB = 12 V
Literatur: Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, ISBN 3-528-03876-4
File: GP_FVT_KFz-Scheinwerfer.sdw, Seite 10 von 10