Farbenlehre im Fahrzeug Entwicklung und Validierung von Ambientebeleuchtung

Komplexe Ambientebeleuchtung lassen sich mit nötigen Tesautomatisierungen in Farbortabweichungen zuverlässig identifizieren.
Im Bereich der Ambientebeleuchtung wird ein nach Kundenwunsch personalisierbares Farbspiel immer mehr zum Standard.

Tür auf, Licht an – was einfach klingt, ist eine komplexe Angelegenheit in der Entwicklung und Validierung. Umso mehr, weil die Ambientebeleuchtung immer wichtiger wird. Doch mit dem passenden Prüfstand und der nötigen Testautomatisierung lassen sich Farbortabweichungen zuverlässig identifizieren.

Künftig sorgen RGB-LED-Module im Fahrzeug in Form von Ambientebeleuchtung dafür, dass Fußräume, Türen und Mittelkonsole in unterschiedlichen Farben erstrahlen können. Das nach Kundenwunsch personalisierbare Farbspiel hat sich in den vergangenen Jahren immer mehr zum Standard entwickelt. Doch was auf Kundenseite mit individuellen Farbakzenten im eigenen Fahrzeug erfreut, bringt im Automotive Engineering neue Herausforderungen für die Entwicklung und Absicherung mit sich.

Ein Lichteffekt – über 1.000 Parameter

Damit der gewünschte Lichteffekt im richtigen Moment aktiviert wird – etwa die Fahrzeughimmel-Beleuchtung beim Öffnen der Tür – müssen zunächst für alle im Fahrzeug integrierten Lichtmodule spezifische Datensätze generiert werden (Bild 1). Die Entwickler von ASAP erstellen die Funktionen entsprechend der im Lastenheft definierten Kundenvorgaben, wobei sie für jede Umsetzung eines Fahrzeugtyps mehr als 1.000 Daten parametrieren. Bei der Programmierung aller Lichteffekte eines neuen Fahrzeugmodells entstehen auf diese Weise zahlreiche Datensätze mit einer Gesamtmenge von rund 30.000 Byte.

Der Datensatz für ein personalisierbares, mehrstufig regelbares Kontur-Ambiente-Licht setzt sich beispielsweise wie folgt zusammen: Zunächst werden rund 30 Farben angelegt, wobei sich jede der Farben aus jeweils einem Byte für Rot, Grün und Blau zusammensetzt. Im Datensatz wird ebenfalls hinterlegt, welches RGB-LED-Modul sich in welchem Szenario wie zu verhalten hat.

Beispielhaft sei das dreistufig ablaufende Entriegelungsszenario genannt. Für alle drei Phasen müssen zunächst jeweils neben der Farbe auch Helligkeit und Dimmrampe definiert werden. So werden die Helligkeit, mit der die zu aktivierenden RGB-LED-Module angesteuert werden sollen, sowie die Dauer des Dimmvorgangs vom ausgeschalteten Modul bis zur Zielhelligkeit festgelegt.

Für Phase Eins des Entriegelungsszenarios wird dann bestimmt, dass das dem Fahrer zugeordnete Leselicht aktiviert wird. In der zweiten Phase wird die Konturbeleuchtung von beispielsweise Türen, Mittelkonsole, Sitzen und Instrumententafel geregelt. Die Ambiente- beziehungsweise Flächenbeleuchtung wird schließlich in der dritten und letzten Phase festgelegt.

RGB-LED-Module auf dem Prüfstand

Im Anschluss an die Generierung sämtlicher für ein Modell benötigter Datensätze übernimmt ASAP schließlich die Datensatzpflege und -versionierung sowie deren Absicherung. Neben der Funktionsabsicherung aller Lichtmodule zählt dazu auch die Validierung der für die Ambientebeleuchtung eingesetzten RGB-LED-Module. Zu diesem Zweck hat ASAP einen eigenen Prüfstand entwickelt, an dem die RGB-LED-Module unter dem Einfluss verschiedener Temperaturen und Spannungen auf Farbe, Helligkeit sowie Farbortabweichungen getestet werden (Bild 2).

Das Messsystem ist mit einer Ulbricht-Kugel sowie einem Spektrometer ausgestattet, das direkt in die CANoe-Simulation eingebunden ist. Mit der im Inneren für eine möglichst homogene Farbreflexion weiß beschichteten Ulbricht-Kugel lassen sich Farbtiefe und Helligkeit exakt messen. Nach Einlegen der einzelnen RGB-LED-Module in die Ulbricht-Kugel wird am Prüfstand sichergestellt, dass die Module bei verschiedenen Temperaturen und Betriebsspannungen fehlerfrei funktionieren.

Die Temperaturdifferenzen von 0 bis 100 °C erzeugt ein im Prüfstand integriertes Peltier-Element. Eine von ASAP entwickelte Testautomatisierung steuert ein Netzteil, sodass die Betriebsspannung wunschgemäß verändert wird. Mit der Testautomatisierung kann so auch das Verhalten der Bauteile bei allen im Fahrzeug auftretenden Spannungsschwankungen überprüft werden – beispielsweise, wenn Spannungskurven durch das Zu- oder Abschalten der Klimaanlage oder beim Starten des Motors entstehen. Die am Prüfstand gewonnenen Messergebnisse entsprechen schließlich den Farbwerten, wie das menschliche Auge die Ambientebeleuchtung im Fahrzeug wahrnehmen würde.

Automatisiert Farbortabweichungen identifizieren

Damit dem Fahrer die jeweils von ihm gewählte Farbe exakt angezeigt wird, werden die RGB-LED-Module hinsichtlich Farbortabweichungen überprüft. Die von ASAP entwickelte Testautomatisierung sorgt dabei für einen automatisierten und zeitsparenden Ablauf der Validierung am neu entwickelten Prüfstand: Sie stellt fest, ob das RGB-LED-Gamut – also die Gesamtheit der durch das Modul abbildbaren Farben innerhalb des CIE-Normvalenzsystems – fehlerfrei dargestellt wird.

Dabei fährt die Testautomatisierung die benötigten RGB-Farbwerte zwischen 0 und 255 für jede der Farben ab, die bei der Ambientebeleuchtung zur Anwendung kommen kann. Bei einem Standard-Lichtpaket handelt es sich immerhin um mehr als 100 Farboptionen, da sich die Farben innerhalb des spezifischen RGB-LED-Gamuts mischen lassen. Die Vielzahl an Möglichkeiten macht deutlich, weshalb die Validierung am Prüfstand mit einer Testautomatisierung notwendig ist, denn auf diese Weise erfolgt die Absicherung weitaus schneller, genauer und kostengünstiger als es beispielsweise durch manuelles Testen möglich wäre.

Im Laufe des Validierungsprozesses steuert die Testautomatisierung alle Farbwerte an, gibt also jeweils den entsprechenden Befehl an das RGB-LED-Modul zur Darstellung eines bestimmten Farbwertes. Der Controller im Modul setzt den Befehl um und triggert die RGB-LED: Sie wird aktiviert und die Farbe schließlich in der Ulbricht-Kugel gemischt. Daraufhin löst die Testautomatisierung die Messung aus, bei der das im Prüfstand integrierte Spektrometer den Farbwert feststellt.

Abschließend gleicht die Testautomatisierung den Ist-Wert (tatsächlicher Farbort) mit dem Soll-Wert (Farbort nach Kundenvorgabe) der Farbe ab und überprüft, ob beide Werte übereinstimmen. Selbst minimale Farbortabweichungen werden dabei von der Testautomatisierung dokumentiert und gemeldet, denn für eine optimal personalisierbare Ambientebeleuchtung sind kleinste Farbnuancen entscheidend.

Aufgabenzuwachs für die Ambientebeleuchtung

Im Zuge des Megatrends „Autonomes Fahren“ bekommt die Beleuchtung im Fahrzeug künftig neben ihrer ästhetischen Aufgabe mehr Verantwortung. Sie erfährt einen Bedeutungswechsel von der reinen Komfortbeleuchtung hin zur funktionalen Ausstattung. Grund hierfür ist zum einen, dass sich über Lichteffekte die Kommunikation zwischen Fahrer und Fahrzeug herstellen lässt. So könnten künftig mittels Lichtsignalen Informationen zu Abstandsmeldung, Fahr- und Fahrzeugzustand oder eingehenden Telefonanrufen transportiert werden.

Zusätzlich könnte etwa ein spezieller Lichteffekt als Warnhinweis dienen und die Aufmerksamkeit des Fahrers in Situationen, in denen sein Eingreifen notwendig ist, schnell zurück auf das Geschehen lenken. Ein weiterer Sicherheitsaspekt: Das passende Licht sorgt im Fahrzeuginnenraum für eine bessere Orientierung des Fahrers – Symbole oder Schalter sind deutlicher sichtbar oder besonders hervorgehoben. Gleichzeitig lässt sich mit der richtigen Farbwahl und -intensität die Stimmung des Fahrers positiv beeinflussen, Müdigkeit vorbeugen und eine höhere Aufmerksamkeit erzielen.

 

Die Autoren

 

 

Patrick Goerg

war nach seinem Studium der Elektrotechnik zunächst als Funktionsentwickler in verschiedenen Projekten in der Automobilbranche und der Robotik tätig. Inhaltliche Themen waren unter anderem die Entwicklung von Bremsenregelfunktionen, Motorsimulationen und Antriebstechnik. Nach Tätigkeiten als Produktmanager für kollaborative Endeffektoren in der Robotik und Aufgaben in einem Start-up als Lead Engineer für taktile Sensorik ist er seit November 2018 als Leiter Elektronikentwicklung | Karosserieelektronik bei der ASAP-Gruppe tätig.

Stefan Immler

absolvierte nach seiner Ausbildung zum Elektromechaniker eine Weiterbildung zum staatlich geprüften Techniker mit der Fachrichtung Datenverarbeitungstechnik. Anschließend war er als Gruppenleiter der Abteilung Prüffeld und Produktion von Sensorik sowie in verschiedenen Projekten in der Automobilbranche tätig. Er beschäftigte sich unter anderem Head-up-Display-Entwicklung und Automatisierung lichttechnischer Messungen. Seit April 2018 ist Immler als Entwicklungsingenieur Elektronikentwicklung bei der ASAP-Gruppe tätig.