Aufbau und Funktion elektronischer Steuergeräte in modernen Fahrzeugen mit LED-Scheinwerfern
Elektronische Steuergeräte in modernen Fahrzeugen mit LED-Scheinwerfern
Nützliches Wissen und wertvolle Tipps rund um das Thema Elektronische Steuergeräte in modernen Fahrzeugen mit LED-Scheinwerfern.
Die Digitalisierung der Scheinwerfersysteme, eine stetig steigende technische Komplexität variabler Funktionalitäten, führen zu immer höheren Anforderungen an die Lichtelektronik. Die gezielte Ansteuerung einzelner LEDs ermöglicht eine optimale Lichtverteilung und Lichtstärke die dem Fahrer in jeder Situation die bestmögliche Sicht auf die Straße bietet. Des Weiteren vermeidet die punktgenaue Ansteuerung eine Beeinträchtigung anderer Verkehrsteilnehmer in ihrem Umfeld.
Wichtiger Sicherheitshinweis
Die nachfolgenden technischen Informationen und Tipps für die Praxis wurden von HELLA erstellt, um Kfz-Werkstätten in ihrer Arbeit professionell zu unterstützen. Die hier auf dieser Webseite bereitgestellten Informationen sollen nur von einschlägig ausgebildetem Fachpersonal genutzt werden.
INHALTSVERZEICHNIS
Aufbau und Funktion elektronischer Steuergeräte in modernen Fahrzeugen mit LED-Scheinwerfern: Aufbau
Neben den bereits bekannten LED-Einsatzbereichen wie Tagfahrlicht, Positionslicht,- Rücklicht oder Blinklicht haben sich mittlerweile auch die Scheinwerferfunktionen Abblendlicht und Fernlicht mit LED-Technik in der Fahrzeugaußenbeleuchtung etabliert. Damit diese Funktionen sichergestellt werden können, sind zusätzliche Steuergeräte notwendig.
Die Hauptaufgabe dieser Lichtsteuergeräte besteht in der Ansteuerung und Überwachung der einzelnen Lichtfunktionen im Scheinwerfer. Neben der zentralen Ansteuerung sämtlicher Lichtfunktionen werden auch zusätzliche Koordinationsaufgaben, wie zum Beispiel die dynamische Anpassung der Lichtverteilung bei adaptiven Lichtsystemen individuell auf die jeweilige Fahrsituation, durchgeführt. Bei Fahrzeugen mit Fernlichtassistenten steuern die im System verknüpften Steuergeräte Situations,- und bedarfsgerecht die Ansteuerung der einzelnen LEDs je Scheinwerfer. Somit wird die Intensität des Lichtes individuell geregelt.
Modernste LED-Scheinwerfer der neuesten Generationen wie beispielsweise im VW Touareg, dem Audi A7 oder A8 werden zunehmend digital angesteuert.
Je nach Fahrzeug und System können mehrere unterschiedliche Bauarten von Steuergeräten zum Einsatz kommen. Die Steuergeräte sind in der Regel direkt an das Scheinwerfergehäuse montiert.
Anordnung der Steuergeräte (Leistungsmodule) beispielhaft an einem Matrix LED-Scheinwerfer dargestellt.
Scheinwerfer Audi A6 Matrix LED (1. Leistungsmodul für Tagfahrlicht und Blinklicht, 2. Leistungsmodul für Fernlicht und Abbiegelicht, 3. Leistungsmodul für Abblendlicht)
| Technische Daten | |
|---|---|
| Abmessungen | 88 x 130 x 25 mm (L x W x H) |
| Gewicht | 300 g |
| Arbeitstemperaturbereich | -40°C bis 105°C |
| LED Kanäle | 8 |
| LED Ausgänge | 3 – 8 Spannung 2 - 60 V Strom 100 -1400 mA Leistung 40 W pro Kanal / max. 90,120 oder 150 W |
| Schutzklasse | IP6K9K2 |
| Funktionen |
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| Fahrzeug Schnittstelle |
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| Besonderheiten |
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Lichtsteuergeräte am LED-Scheinwerfer: Aufbau, Funktion, Diagnose und Anpassung
Eine kleine Wissens-Auffrischung: In unserem Video-Crashkurs geben wir euch einen Rundumschlag zum Thema Lichtsteuergeräte am LED-Scheinwerfer. Erfahrt mehr über Aufbau, Funktion und Diagnose.
Aufbau LED- Steuergerät: Aufbau
Hardware Architektur: Aufbau
Zur Ansteuerung moderner LED-Scheinwerfer bedarf es eines Steuergerätes, um deren spezifischen Anforderungen der LED-Technologie und der weiten Varianz in den Anwendungen gerecht zu werden.
Das HELLA Steuergerät LMS (LED Modul Scheinwerfer) ist so aufgebaut, dass es ein Maximum an Flexibilität durch Datensatzanpassungen an den jeweiligen Scheinwerfer und die verbauten Komponenten bietet.
Matrix Beam Funktionalitäten mit gedimmten Übergängen und Animationen (z.B. Coming home / Leaving home) lassen sich durch den Datensatz konfigurieren, womit fahrzeugtypische Erkennungsmerkmale betont werden. Zusätzlich kann das Steuergerät in abgestuften Hardware-Ausbaustufen konfiguriert werden.
Die Ansteuerung des Steuergerätes im Fahrzeugsystem erfolgt über den CAN Bus, der neben der eigentlichen Stromversorgung die wesentlichen Eingänge bereitstellt. Über den Dateneingang erhält das Gerät alle Informationen vom Bordnetzsteuergerät. Am Ausgang stehen bis zu 8 LED-Kanäle zur Verfügung, die alle pulsweitenmoduliert (PWM) gedimmt werden und in einigen Fällen mehrere Lichtfunktionen pro Kanal bedienen können. Des Weiteren verfügt das Gerät über diverse High-Side Treiber Ausgänge, sowie auch eine Lüfteransteuerung, die häufig in den Scheinwerfern erforderlich ist, um die thermische Belastung zu reduzieren. Die auf den LED-Platinen auftretenden Temperaturen werden über Sensoren erfasst und zum Schutz der LED in Dimm-Funktionen umgesetzt.
Ein physikalischer CAN Bus am Ausgang stellt die Schnittstellen zu den vielfach eingesetzten LED-Matrix Managern auf den LED-Platine her. Auch die Stromversorgung der LMM Bausteine wird zur Verfügung gestellt. Über LIN Bus Ausgänge verfügt das Gerät ebenfalls, um weitere Kommunikationsschnittstellen innerhalb des Scheinwerfers bereit zu stellen.
Die besondere Hardwarearchitektur moderner Lichtsteuergeräte ermöglicht einen platzsparenden und kompakten Geräteaufbau.
Systemeinbindung im Fahrzeug
Die fahrzeuginterne Kommunikation mit zusätzlichen BUS-Teilnehmern erfolgt durch die Vernetzung der Scheinwerfersteuergeräte mit dem Bordnetzsteuergerät sowie mit den Steuergeräten einzelner Fahrerassistenzsysteme. Die Lichtsteuergeräte kommunizieren via Datenbus und erhalten somit Daten, die permanent und verlässlich in die geforderte Lichtverteilung umgesetzt werden. Je nach Fahrzeugmodell und System können die abgebildeten Vernetzungsübersichten von anderen Fahrzeugmodellen abweichen.
Kommunikation und Systemeinbindung
Vernetzungstopologie LED-Scheinwerfer
Prüfung und Diagnose: Fehlersuche
Prüfung und Diagnose
Beispiel: Fehlerspeicher Eintrag im Steuergerät (Leistungsmodul Matrix-LED-Scheinwerfer links - Signal fehlt/fehlerhaft)
Die Überwachung der Funktion des LED-Scheinwerfers und somit auch der Lichtsteuergeräte erfolgt durch übergeordnete Steuergeräte im Bordnetzsystem. Aufgetretene Fehler werden im Fehlerspeicher der Steuergeräte abgespeichert und lassen sich mit einem geeigneten Diagnosegerät auslesen. Bei einigen Fahrzeugmodellen wird der Fahrer bei einem Systemfehler zusätzlich durch einen Warnhinweis im Display des Kombiinstruments informiert.
Im Rahmen der Diagnose am LED-Scheinwerfer durch Auslesen der Steuergeräte können je nach Diagnosegerät folgende Funktionen zur Fehlersuche herangezogen werden.
- Fehlercode (Fehlerspeichereinträge auslesen, bewerten und löschen)
- Parameter (Darstellung einzelner Messwerte)
- Stellgliedtest (Ansteuerung der Lichtfunktionen via Diagnosegerät)
HINWEIS
Vor der Fehlerdiagnose mit dem Diagnosegerät sollte zunächst eine Sichtkontrolle der einzelnen Systemkomponenten durchgeführt werden, da einige Fehler auf diese Weise bereits erkannt und behoben werden können.
Reparatur und Anpassung
Eine Reparatur der Lichtsteuergeräte ist seitens des Fahrzeugherstellers nicht vorgesehen. Wird ein Defekt am Steuergerät seitens der Werkstatt diagnostiziert, müssen die Steuergeräte ersetzt werden.
Mögliche Ursachen für Fehlfunktionen oder Defekte:
- Fehlende oder fehlerhafte Versorgungsspannung (+/-)
- Interne Kurzschlüsse, Kontaktfehler an den Anschlüssen
- Mechanische Beschädigungen (z.B. Unfall)
- Umwelteinflüsse (Wasser, Salz etc.)
Nach dem Austausch eines Steuergerätes oder LED-Scheinwerfers kann es notwendig sein, dass eine Anpassung im Fahrzeug über die zur Verfügung stehenden OEM Portale durchgeführt werden muss.
In Abhängigkeit des Fahrzeugherstellers, Scheinwerfertyps und des jeweiligen Steuergerätes müssen in diesem Fall zusätzliche Service-Arbeiten mit einem geeigneten Diagnosetool durchgeführt werden, um die korrekte Funktion des Beleuchtungssystems zu gewährleisten.
In den Reparaturanweisungen der Fahrzeughersteller wird hier von codieren, programmieren oder flashen gesprochen.
Was das im Einzelnen bedeutet wird nachfolgend, ohne Darstellung von detaillierten Prozessen aus der Mikroelektronik, beispielhaft erläutert.
HINWEIS!
Bei allen Reparaturarbeiten am LED-Scheinwerfer, insbesondere beim Austausch von Steuergeräten oder anderen elektronischen Komponenten, muss der ESD-Schutz gewährleistet sein, weil elektronische Bauteile, wie Platinen oder Steuergeräte, durch elektrostatische Entladungen (ESD = Electro-Static-Discharge) beschädigt werden können.
Codieren
Unter dem Codieren eines Steuergerätes im Kraftfahrzeug versteht man in der Regel das Festlegen bestimmter Funktionen, die bereits in der Software im Vorfeld hinterlegt sind.
Dabei können bestimmte Lichtfunktionen physischen Ausgängen zugeordnet oder Sollwerte bzw. Grenzwerte definiert werden.
Somit besteht die Möglichkeit nachträglich fahrzeugspezifische Anpassungen durchzuführen. Diese Funktion wird auch bei einigen Herstellern als „Variantencodierung“ bezeichnet.
So können zum Beispiel einige Lichtfunktionen auf die jeweiligen Länderspezifischen Anforderungen angepasst werden.
Einschaltbedingungen für Tagfahrlicht
- Tagfahrlicht eingeschaltet
- Tagfahrlicht ausgeschaltet
- Tagfahrlicht eingeschaltet + Rücklicht eingeschaltet
Programmieren
Beim Programmieren verändert man die bestehende Software. Dadurch wird das grundlegende Arbeitsprogramm des Steuergerätes umgeschrieben.
In diesem Fall können Veränderungen an der Hardware eines Scheinwerfers, zum Beispiel im Rahmen einer Modellpflege, softwareseitig angepasst werden.
Flashen
In jedem modernen Steuergerät ist heutzutage ein elektronisch programmierbarer Speicher verbaut. Die auch als Flash-EEPROM bezeichneten Bauteile beinhalten das Betriebssystem (Firmware) der Steuergeräte. Diese Firmware kann im eingebauten Zustand im Fahrzeug softwareseitig auf den neusten Stand gebracht werden. Dieser Vorgang wird auch als Update- oder Flashprogrammierung bezeichnet.
Da die meistens Steuergeräte Online angepasst werden müssen, vermischen sich hier die einzelnen Anpassungsoptionen, sodass sich im Werkstattalltag der Begriff „Flashen“ durchgesetzt hat.
Bei vielen Flashvorgängen wird gleichzeitig programmiert und codiert. Letztlich ist aber nur endscheidend, dass eine Anpassung durchgeführt wird und die Beleuchtungsanlage am Fahrzeug fehlerfrei funktioniert.
Reparaturbeispiel Mercedes Benz
Im Rahmen einer Reparatur eines Unfallschadens wurde der rechte LED-Scheinwerfer an einem W212 erneuert. Dazu wurden die alten Steuergeräte an den neuen Scheinwerfer montiert. Nach Fertigstellung der Reparatur wurde zur Anpassung des QR-LED Codes ein Diagnosegerät angeschlossen und ein macsRemote Service durchgeführt. Zur Inbetriebnahme wurden zuerst die Steuergeräte des linken und rechten Scheinwerfers auf einen neuen Softwarestand programmiert und anschließend der rechte Scheinwerfer über den QR-LED Code codiert.
HINWEIS!
Das Programmieren, codieren oder auch flashen muss mit einem geeigneten Diagnosegerät und einer stabilen Netzwerkverbindung zum Server des Fahrzeugherstellers durchgeführt werden!
REPARATURHINWEIS!
Bitte beachten Sie die Reparaturanweisungen und Sicherheitshinweise der jeweiligen System-, oder Fahrzeughersteller!
Beim Austausch von elektronischen Komponenten im Scheinwerfer ist auf größtmögliche Sauberkeit zu achten. Zusätzlich sind die Maßnahmen zum Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) zu beachten.
Reparaturarbeiten an der Beleuchtungsanlage im Kraftfahrzeug dürfen ausschließlich von geschultem Fachpersonal durchgeführt werden. Unsachgemäß durchgeführte Reparaturen können zum Systemausfall und zu erheblichen Personenschäden führen.
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