Interaktive Lichtsysteme

Volkswagen bietet mit IQ.Light Licht für die Zukunft

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Volkswagen hat das Licht zu einem prägenden Merkmal der Fahrzeuge entwickelt. Neue, interaktive Lichtsysteme erhöhen die Verkehrssicherheit. Gleichzeitig eröffnen LED-Lichtsysteme neue Wege für das Design der Fahrzeuge. In diesem Interview erläutert Ricardo Plöger, Leiter Sicht und Licht bei Volkswagen, die Möglichkeiten.

Interview: Jürgen Goroncy, freier Journalist und Mitarbeiter der KEM Automobilkonstruktion, Besigheim

KEM Konstruktion: Wie intensiv betreibt Volkswagen die Entwicklung von Scheinwerfersystemen? Sind doch Scheinwerfer und Lichtsysteme klassische Teile, die der OEM von Lieferanten bezieht.

Plöger: Lichtsysteme haben durch Ihre Funktionalität, Sicherheitsfunktion sowie dem prägenden Designcharakter einen hohen Kundenwert. Daher bringt sich Volkswagen in die Weiterentwicklung dieser Systeme stark ein. Wir haben eine eigene Mannschaft, die neue Technologien sowohl in eigener Verantwortung als auch mit strategischen Partnern vorentwickelt. Zu den Partnern zählen neben Entwicklungslieferanten auch Universitäten. Die innovativen Vorentwicklungen werden dann klassischerweise gemeinsam mit einem Entwicklungslieferraten in Serie gebracht.

Um optimal auf die Herausforderungen der Zukunft vorbereitet zu sein, sind unsere Mitarbeiter mit den besten Tools ausgestattet und können unter idealen Bedingungen neue Lichtsysteme entwickeln und testen. Beispielsweise hat Volkswagen 2014 ein eigenes Licht-Kompetenzzentrum im Werk Wolfsburg eröffnet. Dort ist seitdem ein 100 Meter langer, 15 Meter breiter und fünf Meter hoher Lichttunnel in Betrieb. Auf einer realen Fahrbahnnachbildung werden hier die Lichtsysteme von heute und morgen getestet. Die Tests lassen sich hier reproduzierbar wiederholen, sodass wir Lichtsysteme im Lichttunnel besser denn je vergleichen und bewerten können.

Ebenfalls lässt sich die Lichtwahrnehmung von Autofahrern und Passanten im Lichtkanal ideal untersuchen. Darüber hinaus testen wir hier auch Interieur-Systeme wie Ambientebeleuchtungen, Head-up-Displays und Infotainmentsysteme unter reproduzierbaren Bedingungen. Zusammengefasst verkürzt sich durch die Verwendung des Lichttunnels die Entwicklungszeit für neue Scheinwerfer-, Rück- und Interieurlichtsysteme, da die Anzahl der zeitaufwendigen Nachfahrten reduziert wird. Fortschritte der Lichtsystementwicklung lassen sich damit noch schneller in Serienlösungen überführen. Ein ideales Beispiel dafür ist das neue IQ.Light – ein Plus an Sicherheit, von dem alle Verkehrsteilnehmer profitieren.

KEM Konstruktion: Was verbirgt sich unter der Bezeichnung IQ.Light?

Plöger: Für den neuen Touareg wurde eines der weltweit besten Scheinwerfersysteme entwickelt: die optionalen IQ.Light – LED-Matrixscheinwerfer. Die LED-Scheinwerfer nutzen eine Matrix aus Lichtpunkten – einzeln aktivierbare Leuchtdioden (LED). Die Matrix des Abblendlichts wird dabei aus einer Platine mit 48 LEDs gebildet, die Platine des Fernlichts ist mit 27 LEDs bestückt. Die LEDs im Abblend- und Fernlichtmodul sind dabei ähnlich einem Schachbrettmuster angeordnet. Zu den insgesamt 75 Leuchtdioden des Abblend- und Fernlichtes addieren sich diverse weitere LEDs: Inklusive der Vorfeldausleuchtung und den sogenannten Signalfunktionen (Tagfahr- und Positionslicht sowie ein animiertes Blinklicht) kommen pro Scheinwerfer insgesamt 128 LEDs zusammen. Der Touareg nutzt in den verschiedenen Segmenten des linken und rechten Scheinwerfers somit die Leuchtkraft von insgesamt 256 LEDs, um die Nacht hell und folglich sicherer zu machen.

Mit den 75 LEDs des Abblend- und Fernlichts werden diverse intelligente Lichtfunktionen von der Elektronik des Touareg aktiviert. Das entsprechende Steuergerät nutzt dazu die Signale der Frontkamera, die digitalen Kartendaten des Navigationssystems, die GPS-Signale, den Lenkeinschlag sowie die aktuelle Geschwindigkeit, um in Sekundenbruchteilen punktgenau die einzelnen LEDs für das jeweils beste Licht zu aktivieren. Via „Dynamic Light Assist“ schaltet der Fahrer das Dauerfernlicht ein. Den Rest – etwa Abblenden, Aufblenden, Stadtlicht, optimales Autobahnlicht oder Offroadlicht – erledigt der Touareg selbst.

Da die neuen Matrixscheinwerfer kamerabasiert mit stets höchster Leuchtkraft arbeiten, machen sie Personen, Gegenstände, andere Fahrzeuge und Tiere sichtbar, die mit konventionellen Scheinwerfersystemen im Dunkel der Nacht weniger früh und gut erkennbar wären. Das Plus an Leuchtkraft und optimierter Ausleuchtung ist deutlich spürbar. Interessant: Der Vergleich zwischen den bereits sehr guten Xenon-Scheinwerfern des Vorgängers und dem neuen Touareg LED-System ergibt bei Fernlicht ein Reichweitenplus von mehr als 100 Metern für die LED-Matrixscheinwerfer. Die interaktiven Scheinwerfer arbeiten bereits ähnlich wie in einem Wagen mit autonomen Fahrmodus: Die Frontkamera registriert zum Beispiel hell beleuchtete Gebiete als „bewohnt“; der Touareg schaltet in diesem Fall automatisch von Fern- auf Abblendlicht um.

KEM Konstruktion: Wie geht die Entwicklung beim Licht weiter?

Plöger: Nach dem Motto: „Das Bessere ist der Feind des Guten“ arbeiten wir im Lichttunnel bereits an den nächsten drei Entwicklungsschritten in der Frontbeleuchtung wie etwa HD-LCD-Scheinwerfern, Mikropixel-LED-Scheinwerfern oder High-Performance-LED-Scheinwerfern.

KEM Konstruktion: Können Sie diese Systeme und deren Vor-und Nachteile erläutern?

Plöger: Nur einige wenige LEDs ermöglichen beim HD-LCD-Scheinwerfer zusammen mit einem Flüssigkristall-Bildschirm eine Auflösung von 30 000 Pixeln pro Scheinwerfer. Heutige Scheinwerfer bieten meist nur eine Auflösung von 80 bis 100 Pixel. So sind sehr komplexe Lichtszenarien wie lichtbasierte Assistenzsysteme exakt umzusetzen. Ein Beispiel ist der Optical Lane Assist. Bei diesem System projiziert der Scheinwerfer die Fahrspuren auf die Straße. So bekommt der Fahrer – besonders interessant in Autobahnbaustellen – genaue Hinweise auf die Fahrzeugbreite inklusive Anhänger. Die Lichtfahrspuren folgen optisch auch den Radien von Kurven.

Das Licht der LEDs wird mit einem Filter in zwei Pfade aufgespaltet, um es für den Einsatz mit Flüssigkristallen zu nutzen. Beide Lichtpfade treffen auf das LCD-Display, das wie ein Lichtsieb wirkt. Mit Polarisation wird für jeden der 30 000 Lichtpunkte (100 Zeilen und 300 Spalten) entschieden, ob sein Licht durchgelassen wird, oder nicht. Nachteil dieses Systems: Das Licht, das nicht auf die Straße projiziert wird, bleibt ungenutzt als Wärme im System. Der energetische Wirkungsgrad ist somit begrenzt.

Eine bessere Energiebilanz hat dagegen der Mikropixel-LED-Scheinwerfer. Die technische Basis bilden drei Mikropixel-LED-Chips. In der Mitte dieser Chips sind auf insgesamt 16 Quadratmillimetern 1 024 Pixel quadratisch angeordnet. Jeder dieser insgesamt 3 072 Pixel wird je nach Aufgabenstellung individuell angesteuert. Würde das Licht mit einen Projektionssystem 1:1 abgebildet, wäre die Lichtfläche ein Quadrat. Die Verteilung auf der Straße sollte allerdings rechteckig sein. Linsensysteme sorgen durch eine geeignete Projektion des Lichts auf die Straße für eine ideale Lichtverteilung in einem Verhältnis von 3:1. Dabei sind die 3 072 Pixel erst der Anfang – Mikropixel-LEDs haben das technische Potenzial bis zu 30 000 Pixel pro Chip aufzunehmen. Damit hätten sie die gleiche Auflösung wie die gegenwärtig nicht so energieeffizienten HD-LCD-Scheinwerfer.

KEM Konstruktion: Einige OEMs bieten bereits Laserlicht an. Das haben Sie nicht erwähnt, arbeitet Volkswagen nicht daran?

Plöger: Das Laserlicht ist technisch eine ideale Lösung, die aus einer extrem kleinen Quelle Licht sendet und so für eine hohe Leuchtdichte sorgt. Es bietet mit 600 Metern eine extrem hohe Reichweite und wegen der kleinen Lichtquelle große Vorteile für das Design des Fahrzeugs. Da jedoch die Kosten im Vergleich zum LED-Scheinwerfer beim Laserlicht deutlich höher sind, arbeiten wir bei Volkswagen an einer preiswerteren Alternative. Eine leistungsfähige und im Vergleich zum Laserlicht günstige Alternative ist der High-Performance-LED-Scheinwerfer, eine Eigenentwicklung von Volkswagen. Bei diesem Scheinwerfer werden die Halbleiter mit wesentlich höheren Strömen beaufschlagt, als das noch vor einigen Jahren möglich war. Somit ist auch die Leuchtdichte höher als bei konventionellen LEDs und kommt dem Laser als Lichtquelle mit bis zu 550 Metern Reichweite sehr nahe. Hervorzuheben ist die Tatsache, dass Lichtentwicklung, CAD-Konstruktion, thermische Absicherung und Fertigung der Prototypen-Scheinwerfer von Volkswagen ohne Zulieferer realisiert wurden.

KEM Konstruktion: Wie geht es in der Entwicklung weiter, wie sehen die Lichtsysteme in zehn oder 15 Jahren aus?

Plöger: Licht ist und bleibt eine klassische Sicherheitsfunktion. Wir kommen von statischen Systemen zu intelligenten, adaptiven Lichtsystemen, welche einen signifikanten Sicherheitsvorteil bieten. Die Weiterentwicklung von Lichtsystemen wird zu einer Erhöhung der Anzahl von aktiven Funktionen führen, die sich langfristig zu einem lichtbasierten Fahrerassistenzsystem etablieren. Im Zuge des autonomen Fahrens wird Licht ein wichtiges Kommunikationsmedium sein. Das zeigen unsere Studien, die wir inhouse führen. Wir haben einen Lichtdemonstrator, ähnlich der ID. Vizzion-Studie, entwickelt, in der das Licht auch mit anderen Verkehrsteilnehmern kommuniziert. Eine Lichtjalousie im Glasdach dient einerseits als homogene und vielfältig einstellbare Innenbeleuchtung, leuchtet aber andererseits auch nach außen und erleichtert so das Auffinden des Autos auf einem großen Parkplatz.

Wie eine Jalousie lässt sich der Lichtvorhang im Dach auf- und zuschieben und an jeder Stelle stoppen. Wird das Prinzip in die Heckscheibe verlängert, ist die Lichtjalousie eine dritte Bremsleuchte mit Verzögerungsvisualisierung. Bei einer schwachen Verzögerung, rollt nur ein Teil der Jalousie von unten nach oben auf, bei einer Vollbremsung vergrößert sich die Bremsleuchte auf die gesamte Fläche der Heckscheibe.

Übersieht der Fahrer beim Aussteigen ein Fahrrad im toten Winkel, erkennt das Fahrzeug ehe die Tür aufgeht die Gefahrensituation und projiziert die bevorstehende Türöffnung als Warnung dynamisch auf den Boden neben das Fahrzeug. Zusätzlich leuchtet die Seitenscheibe innen und außen rot und warnt auf diese Weise Fahrer und Radfahrer gleichermaßen.

Licht wird also zukünftig kommunizieren. Das Auto projiziert dazu seine aktuell anstehenden Fahrmanöver – die sogenannten „Fahrabsichten“ – visuell sichtbar auf die Straße. Zum Beispiel das Losfahren. Dieses Manöver wird über eine nach vorn animierte Projektion kommuniziert. Oder das Ausparken: Eine seitlich gerichtete Projektion stellt dabei einen via Licht verlängerten Blinker dar. Andere Verkehrsteilnehmer können so die Absichten frühzeitig erkennen und reagieren. Besonders wichtig ist das im autonomen Betrieb, da dabei die Verständigung mit dem Fahrer nicht immer gegeben ist. Mit dem Scheinwerfersystem wird zum Beispiel auch anderen Verkehrsteilnehmer wie etwa Fußgängern oder Radfahrern auf intuitive Art mitgeteilt, dass sie registriert worden sind und dass das Fahrzeug entsprechend reagiert.

Licht wird morgen interagieren. Im assistierten Modus – ohne aktiven Fahrer – übernimmt das Auto den Blickkontakt mit anderen Verkehrsteilnehmern. Im Zusammenspiel mit der Kommunikation der „Fahrabsichten“ wird anderen Verkehrsteilnehmern so auf eine intuitiv verständliche Art mitgeteilt, dass sie gesehen worden sind und dass das Fahrzeug entsprechend reagiert. Ein Volkswagen, der im assistierten Modus startet und unterwegs ist, könnte künftig zudem über eine spezielle Auszeichnungsbeleuchtung als autonom fahrend kenntlich gemacht. Das Vertrauen in assistiert fahrende Autos soll damit vergrößert und die Orientierung im Mischverkehr erleichtert werden.

www.volkswagen.de

Details zum Thema Fahrerassistenz bei Volkswagen:

hier.pro/abkFq


Dipl.-Ing. Ricardo Plöger, Leiter Sicht und Licht bei der Volkswagen AG in Wolfsburg
Bild: Volkswagen AG

„Die Lichtwahrnehmung von Autofahrern und Passanten lässt sich im Lichtkanal ideal untersuchen.“

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