Kameras steuern Scheinwerfer
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
LEDs im Scheinwerfer bieten hohes Differenzierungspotential
Leuchtdioden (LED) als Lichtquellen werden heute am Fahrzeugheck, zunehmend aber auch vorn am Fahrzeug für Signalfunktionen eingesetzt. Dieser Trend wird in den kommenden Jahren laut Marktprognosen erheblich zunehmen: So weisen Scheinwerfer mit LED-Signalfunktionen in Europa eine jährliche Steigerungsrate von 40 % auf, was bedeutet, dass bis 2011/2012 knapp 2,2 Mio. Fahrzeuge darüber verfügen. Erste Voll-LEDScheinwerfer, die auch Abblend- und Fernlicht erzeugen, kommen in den Jahren 2007 und 2008 auf den Markt. Für das Jahr 2014/2015 rechnet man damit, dass rund 750 000 Fahrzeuge in Europa damit ausgestattet sind. Die nächste LED-Scheinwerfer-Generation ist bereits in der Entwicklung. Dazu Daniel Veitner, Leiter Marketing Licht bei Hella (Bild 6): „Etwa ab 2012 werden frei adressierbare LED-Arrays neue aktive Lichtfunktionen ermöglichen.“
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Extrem lange Lebensdauer (bis zu 10 000 Stunden), hohe Ausfallsicherheit, geringer Bauraum, schnelles Einschaltverhalten und je nach Funktion bis zu 80 % weniger Energiebedarf sind die Vorteile, die der LED inzwischen einen festen Platz am Fahrzeugheck gesichert haben. Vor allem bei hoch gesetzten Bremsleuchten, aber mehr und mehr auch in Heckleuchten spielen sie diese Vorteile konsequent aus. Deshalb haben LED-Heckleuchten schon heute eine Marktdurchdringung in Europa von etwa 11 bis 12 %; bei einem jährlichen Wachstum von 9 % dürften im Jahr 2011/2012 rund 3,8 Mio. Fahrzeuge damit ausgerüstet sein. Seit gut sechs Jahren werden nun LEDs angeboten, die weißes Licht erzeugen. Erste Anwendungen im Frontbereich sind Positions- und Tagfahrlicht. Wird das Tagfahrlicht mit LEDs realisiert, verringert sich der Energiebedarf um 95 %. Dies entspricht einer Benzineinsparung von immerhin 0,2 l pro 100 km bzw. einer Kohlendioxidreduzierung von 5 g/km.
Die rasante Entwicklung ihrer Leistungsfähigkeit macht sie jetzt auch für das Abblend- und Fernlicht nutzbar. Dabei nähert sich die Lichtfarbe der weißen LEDs (Farbtemperatur ca. 5500 Kelvin) dem Tageslicht (ca. 6000 Kelvin) noch wesentlich weiter an als das Xenonlicht (ca. 4000 Kelvin, blau). Das kommt den Sehgewohnheiten des Menschen entgegen. Der Autofahrer ermüdet nicht so schnell und fährt entspannter. Darüber hinaus überzeugen auch die weißen LEDs durch schnelle Ansprechzeit, und man kann zwei Funktionen (etwa Positions- und Tagfahrlicht) mit einer Lichtquelle abdecken. Ihre Lichtausbeute steigt rapide: Liegt sie heute bei über 40 lm/W, so gibt es in den Forschungslabors bereits Prototypen mit zirka 130 lm/W (im Vergleich dazu Xenonlicht ca. 90 lm/W, Halogenlicht 20 lm/W).
LED-Scheinwerfer sind modular aufgebaut
Da für Abblend- und Fernlicht hohe Lichtleistungen erforderlich sind, setzt man bei Hella auf Mehrchip-LEDs. Dank spezieller Chipanordnungen und Gehäusegeometrien lässt sich die Hell- Dunkel-Grenze ohne zusätzliche mechanische Abschattung erzeugen, so dass kompakte Scheinwerfersysteme realisierbar sind.
Die Lichtverteilung ist quasi modular aufgebaut:
- Eine symmetrische Basislichtverteilung mit großer Streubreite sorgt für die homogene Ausleuchtung des Nahbereichs vor dem Fahrzeug.
- Im zentralen Bereich nahe der Hell- Dunkel-Grenze überlagert ein Feld mit hoher Beleuchtungsstärke diese Basislichtverteilung und erzeugt die Reichweite des Abblendlichts auf der linken Fahrbahnseite (Gegenverkehr).
- Der weit reichende asymmetrische „Lichtfinger“ auf der rechten Fahrbahnseite sorgt für die notwendige Fernorientierung des Fahrers.
- Das Hinzufügen weiterer optischer Module ermöglicht die Realisierung von AFS-Lichtfunktionen wie etwa Stadt-, Landstraßen-, Autobahn- und Schlechtwetterlicht. Die Ansteuerung erfolgt mittels elektronischer Steuergeräte, die dann gemäß der aktuellen Fahrsituation weitere Lichtquellen zuoder abschalten.
Die Nachtnutzung des Fernlichts liegt in Europa bei nur 25 % (USA ca. 25 %, Japan 27 %). Daraus folgt ein deutlich höheres Unfallrisiko, wie Untersuchungen ergeben haben. Wünschenswert wäre deshalb ein blendfreies Fernlicht (Bild 3). Die lichttechnische Basis von AFS bzw. dem blendfreien Fernlicht ist bei Hella das VarioX-Projektionsmodul. Dabei befindet sich zwischen Lichtquelle und Projektionslinse eine drehbar gelagerte und entsprechend den AFS-Lichtverteilungen konturierte Walze. Mit einem Schrittmotor wird sie innerhalb von Millisekunden in die jeweils benötigte Position gedreht. Das blendfreie Fernlicht folgt der Prämisse, dass der Autofahrer nahezu ständig mit Fernlicht fährt. Tauchen im Verkehrsraum blendungsgefährdete Verkehrsteilnehmer auf, werden aus der Fernlichtverteilung automatisch diejenigen Anteile ausgeblendet, die andere stören könnten.
Dies lässt sich technisch durch eine spezielle Konturierung der drehbaren Walze im VarioX-Projektionsmodul umsetzen (Bild 4). Damit können Bereiche im Fernlicht ausgespart werden. Auf Basis von Bilddaten und durch intelligentes Verstellen der VarioX- Module wird so entgegenkommender Verkehr ausgeblendet. Für den Fahrer aber bleibt die Fernlichtverteilung nahezu erhalten, womit sich die Sichtweite gegenüber heutigen Systemen erheblich vergrößert.
Im Gegensatz zum blendfreien Fernlicht verhält sich das markierende Licht, das etwa im Jahr 2015 eingeführt wird, als weitere Innovation auf dem Gebiet der lichtbasierten Fahrerassistenzsysteme genau umgekehrt: Basierend auf einer AFS-Lichtverteilung werden Personen und Gefahrenstellen gezielt angestrahlt. Der Fahrer erkennt sie nicht nur wesentlich früher, sondern nimmt sie bewusst wahr und kann sein Fahrverhalten entsprechend rechtzeitig anpassen (Bild 5). Legt man als Basis die gesamte Reaktionszeit zu Grunde, dann machen gerade Wahrnehmung und Erfassung den Löwenanteil aus (0,93 s von insgesamt 1,26 s). Deshalb ist es sinnvoll, diese beiden Anteile zu vermindern.
Diese zurzeit in der Entwicklung befindliche Innovation wird auf Basis von so genannten LED-Arrays realisiert. Haben LED-Scheinwerfer bislang ihre Stärken vor allem in den Bereichen Lichtfarbe und Styling, spielen sie in der nächsten Generation durch einzeln ansteuerbare LED-Segmente ihr technisches Potential aus.
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- Multifunktionalen Kameras gehört die Zukunft
