Kameras steuern Scheinwerfer

Den Verkehrsraum für den Fahrer optimal auszuleuchten und dabei unzulässiges Blenden anderer Verkehrsteilnehmer zu vermeiden, ist die Aufgabe lichttechnischer Fahrerassistenzsysteme. Dazu gehören adaptierende und assistierende Lichtsteuerungen auf Basis kamerabasierter Fußgänger- und Objekterkennung, von denen erste Ausführungen im Jahr 2009 auf den Markt kommen werden.

Den Verkehrsraum für den Fahrer optimal auszuleuchten und dabei unzulässiges Blenden anderer Verkehrsteilnehmer zu vermeiden, ist die Aufgabe lichttechnischer Fahrerassistenzsysteme. Dazu gehören adaptierende und assistierende Lichtsteuerungen auf Basis kamerabasierter Fußgänger- und Objekterkennung, von denen erste Ausführungen im Jahr 2009 auf den Markt kommen werden.

Die Weiterentwicklung der Fahrzeug-Frontbeleuchtung von statischen hin zu dynamischen Systemen ist inzwischen Realität. Als erstes derartiges System kam im Jahr 2003 das dynamische Kurvenlicht auf den Markt, das die Reichweite des Abblendlichts und somit den Sichtbereich des Fahrers in Kurven nahezu verdoppelt. Der nächste Schritt und bereits in Serie ist das „Advanced Frontlighting System“ (AFS) auf Basis des VarioX-Scheinwerfermoduls von Hella. Das Scheinwerferlicht leuchtet den Verkehrsraum vor allem straßen-, geschwindigkeits- und wetterabhängig aus. Dadurch ist es ein echtes Fahrerassistenzsystem und stellt auf Basis der aktuellen gesetzlichen AFS-Regelung die Spitze der heutigen Scheinwerfertechnik dar.

Lichttechnische Fahrerassistenzsysteme der Zukunft gehen noch weiter: Sie passen ihre Lichtverteilung nicht nur automatisch den Straßenund Wetterverhältnissen an, sondern auch der jeweiligen Verkehrssituation. Sie basieren auf dem Zusammenspiel von bildgebenden Sensoren, leistungsfähiger Software zur Bildverarbeitung und modernster Lichttechnik. Das erste per Bilddaten gesteuerte lichttechnische Fahrerassistenzsystem wird die adaptive Hell-Dunkel-Grenze (aHDG) sein. Das System stellt die Reichweite der AFS-Scheinwerfer automatisch stets so ein, dass eine optimale und damit möglichst weit reichende Sicht für den Fahrer gegeben ist (Bild 1).

Dies wird durch eine Anpassung (Adaption) der Scheinwerfer-Reichweite an vorausfahrende oder entgegenkommende Kraftfahrzeuge erzielt.

Dadurch endet das Abblendlicht nicht wie heute üblich bei etwa 65 m auf der Gegenfahrbahn, sondern kann im Extremfall auf einige hundert Meter erhöht werden. Neben der maximal möglichen Sichtweite für den Fahrer ist gleichzeitig eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer ausgeschlossen, da der Scheinwerferkegel stets an deren Fahrzeugen endet.

„Dank Kameratechnologie eröffnet sich ab 2009/2010 eine neue Dimension, bei der das Licht in Abhängigkeit des Verkehrs die Reichweite des Lichts steuert, ohne zu blenden“, ist Dr. Christian Amsel, Leiter Vorentwicklung lichtbasierte Fahrerassistenz bei Hella, überzeugt (Bild 2).

Wenn das Bildverarbeitungssystem keine Verkehrsteilnehmer detektiert, kann das System dem Fahrer Licht bis hin zum Fernlichtniveau bereitstellen. Sobald die Kamera bis zu einer Entfernung von ca. 800 m andere Verkehrsteilnehmer erkennt, wird die Reichweite der Scheinwerfer innerhalb von Millisekunden entsprechend angepasst.

Für die unterschiedlichen Lichtverteilungen werden verschiedene, aufeinander abgestimmte optische Module verwendet. Variationsmöglichkeiten hinsichtlicht Anordnung und Anzahl der Module eröffnen vielfältigste Stylingoptionen, womit sich ein großes Differenzierungspotential für die Automobilhersteller bietet. So ist z.B. in einem Opel Signum der Voll-LED-Scheinwerfer-Prototyp aus verschiedenen transmissiven Optikelementen realisiert (Bild 7).

Sechs Optikeinheiten erzeugen das Abblendlicht. Für das Fernlicht kommen drei weitere Einheiten hinzu, für das Abbiegelicht genügt ein spezielles Modul. Tagfahrlicht/Positionslicht und Blinklicht mit LEDs vervollständigen den Voll-LED-Scheinwerfer, der beim Abblendlicht schon sehr nah an den Xenon-Werten liegt. Bezogen auf Anzahl und Leistungsfähigkeit der LEDs sind diese und andere Prototypen so ausgelegt, dass damit im Jahr 2008 eine Lichtleistung ähnlich einem Xenon-Scheinwerfer erreicht werden kann. Dabei berücksichtigen die Hella-Lichtspezialisten die bis dahin zu erwartende, kontinuierlich steigende Leistungsfähigkeit der weißen LEDs.

Als Lichtquellen für zukünftige Scheinwerfer arbeitet man bei Hella mit LED-Arrays (Bild 8). Sie bestehen aus mehreren, einzeln adressierbaren LED-Chips, die nach einem vorher festgelegten Muster auf einem Trägersubstrat angeordnet werden. Die einzelnen Chips werden mittels Pulsweiten-Modulation angesteuert. Das erlaubt zum einen das An- und Ausschalten einzelner LED-Chips und somit die Erzeugung unterschiedlicher Hell-Dunkel-Geometrien, zum anderen aber auch eine Intensitätsmodulation in der Lichtverteilung. Neben der mechanikfreien Umsetzung von AFS-Lichtfunktionen ermöglichen die LED-Arrays in Verbindung mit vorausschauender Fahrzeugsensorik und intelligenter Ansteuerelektronik die Realisierung aktiver Lichtfunktionen wie Markierungslicht oder blendfreies Fernlicht.

In den USA sind Scheinwerfer mit LEDs für Hauptlichtfunktionen nach den dort gültigen SAE-Normen bereits zulässig. In Europa beziehungsweise im Geltungsbereich des ECE-Reglements ist mit einer entsprechenden Zulassung bis 2008 zu rechnen. Signalfunktionen im Scheinwerfer (Blink-, Seitenmarkierungs-, Positions- und Tagfahrlicht sowie Abbiegelicht) mit LEDs sind heute sowohl im ECE- als auch im SAE-Geltungsbereich zulässig. kla