LED auf dem Vormarsch

Was in den eigenen vier Wänden schon seit einigen Jahren Standard ist, hält auch immer mehr Einzug in die Fahrzeugbeleuchtung: LED-Scheinwerfer gehören in neuen Autos fast schon zur Serienausstattung. Wenn nicht als Frontscheinwerfer, dann zumindest in der Rückleuchte oder als Blinker. Der Vorteil der Leuchtdioden ist unbestreitbar: Sie halten deutlich länger als eine herkömmliche Halogenlampe oder eine Xenon-Gasentladungslampe. Gleichzeitig verbrauchen sie deutlich weniger Strom als Halogen- oder Xenon-Lampen, die einen großen Teil der Energie zudem in Form von Wärme abgeben (LED-Lampen geben zwar auch Wärme ab, jedoch ist die Größenordnung deutlich kleiner).

Der geringere Energiehunger macht sich auch auf der Tankrechnung bemerkbar, denn die Lichtmaschine ist dann weniger stark gefordert. Laut Zulieferer Hella verbraucht die Halogenbeleuchtung eines Autos durchschnittlich 0,1 bis 0,25 Liter mehr Kraftstoff pro 100 Kilometer, beim Einsatz von LED sind es nur noch 0,03 bis 0,09 Liter. Auch in Sachen Leuchtkraft sind LED deutlich besser als Halogen-Scheinwerfer und erreichen fast die Werte von Xenon-Lampen. Darüber hinaus reagieren sie viel schneller als Halogen- oder Xenonlampen.

Symbole projizieren

Ein weiterer großer Vorteil der LED-Beleuchtung ist jedoch ihre Vielseitigkeit: Das Design der Scheinwerfer wird vielfältiger, da sich mit den kleinen Leuchtdioden ganz neue Formen umsetzen lassen. Ein Beispiel sind Effekte wie der "Wischer"-Blinker, der beispielsweise bei Audi zum Einsatz kommt.

LED-Scheinwerfer bieten zudem noch ein großes Zukunftspotenzial, da sie stetig weiterentwickelt und in den nächsten Jahren nochmals deutlich verbessert werden. Als besonders vielversprechend und gewinnbringend für die Autoindustrie erweisen sich Matrix-LED-Scheinwerfer, die immer mehr zu "hochauflösenden" Scheinwerfern werden. Damit lässt sich nicht nur die Straße abschnittsweise ausleuchten, sondern es lassen sich auch Schriften oder Symbole auf den Boden projizieren, um beispielsweise andere Autofahrer zu warnen oder Fußgängern etwas mitzuteilen. "Licht übernimmt eine neue Rolle", ist sich Oliver Schubert, CEO vom Lichtsystem-Hersteller ZKW Group sicher. Möglich machen dies viele einzelne LED, deren Licht sich mithilfe von sogenannten Mikrospiegeln auf die Straße projizieren lässt. Ein ähnliches Verfahren kommt beispielsweise in Beamern zum Einsatz. Das Nonplusultra sind Matrix-LED-Scheinwerfer mit zusätzlicher Laserdiode, wie sie beispielsweise im Audi A7 zum Einsatz kommen. Die Laserdiode kann bis zu 600 Meter weit leuchten und hat eine höhere Leuchtdichte als eine LED, aus Sicherheitsgründen ist sie jedoch nur als Fernlicht und ab einer Geschwindigkeit von 70 Kilometern pro Stunden zugelassen.

Voraussetzung für die schöne neue Scheinwerfertechnik sind eine Fülle an Sensoren an den Fahrzeugen. Schon heute sind Matrix-LED-Scheinwerfer so komplex, dass im Falle einer Fahrwerksreparatur eine anschließende Kalibrierung der Scheinwerfer unumgänglich wird ( siehe Artikel auf S. 18). Auch ein Unfall kann sich mit einem hochwertigen Scheinwerfer zu einer Kostenfalle entwickeln, da sich einzelne LED-Komponenten des Scheinwerfers nicht austauschen lassen. Es ist immer ein Austausch des kompletten Scheinwerfers notwendig, was die Kosten in die Höhe treibt.

Immer feiner und kleiner

Die großen Hersteller von Leuchtmitteln und Scheinwerfersystemen entwickeln die LED-Scheinwerfer, allen voran die Matrix-LED-Scheinwerfer, laufend weiter. So hat der Licht- und Elektronikexperte Hella auf der IAA 2019 die nächste Matrix-LED-Lichttechnikgeneration auf den Markt gebracht. Mit der Technologie "Solid State Lighting High Definition" (SSL HD) hat das Unternehmen die Lichtquelle weiter miniaturisiert, sodass nun 15.000 LED-Pixel einzeln und intelligent ansteuerbar sind. Durch Ansteuern der einzelnen Pixel lässt sich das Lichtbild auf der Straße schon direkt an der Lichtquellenoberfläche erzeugen und über ein mehrstufiges Optiksystem auf die Straße projizieren. Die höhere Pixelzahl und die vergrößerte lichtemittierende Oberfläche erlauben neue Anwendungen mit höherer Lichtqualität und -leistung. Zusätzliche Sicherheitsfunktionen wie optische Fahrspurmarkierungen oder auch weitere Individualisierungsmöglichkeiten wie Coming- und Leaving-Home-Animationen oder Kommunikationsfunktionalitäten lassen sich durch die präzise digitale Pixelumschaltung umsetzen. Ein erster Serienauftrag für die Integration der Technologie in einen Hauptscheinwerfer wurde bereits erfolgreich akquiriert. Dieser soll in den nächsten drei Jahren auf der Straße verfügbar sein. Auch das Thema Individualisierung ist für Hella wichtig: Das Unternehmen arbeitet derzeit an neuen Lichtlösungen, die sich bei gleichbleibend hoher Leistung und Funktionalität auf deutlich kleinerem Bauraum in die Fahrzeugarchitektur integrieren lassen und so Erstausrüstern zusätzliche Freiheitsgrade in der individuellen Fahrzeuggestaltung bieten.

Licht-Spezialist Osram möchte als Zulieferer für viele Scheinwerferhersteller die LED-Technik ebenfalls weiterentwickeln und bietet die Matrix-LED-Technik unter unter dem Markennamen "Eviyos" an. Osram arbeitet laut eigenen Angaben an einem neuen LED-Chip, der 25.600 einzeln ansteuerbare Pixel besitzt. Das Bauteil nimmt dabei nur 40 Quadratmillimeter Platz ein und lässt sich in moderne Scheinwerfer integrieren. Damit sind multifunktionale, intelligent ansteuerbare Scheinwerfer möglich, die weit mehr können als nur die Straße beleuchten. Auch bei Osram ist man sich sicher: "Fahrzeuge werden künftig Warnhinweise oder Symbole an die Insassen des Fahrzeugs oder auch andere Verkehrsteilnehmer visuell übermitteln", erklärt Wolfgang Lex, Vice President und General Manager Automotive bei Osram Opto Semiconductors. "Aber auch komplexe Welcome-Szenarios, die den nahenden Besitzer des Fahrzeugs begrüßen, sind mit diesem Produkt möglich." Neben der hohen Auflösung soll die zweite Generation der Eviyos-LED vor allem im Hinblick auf Energieeffizienz und Bauraum Vorteile gegenüber vergleichbaren Lösungen bieten. So lässt sich Energie sparen, da immer nur die Pixel leuchten, die je nach Situation auch benötigt werden. Gerade im Hinblick auf Elektrofahrzeuge ist es ein zentraler Punkt. Es lassen sich bestimmte Bereiche auch präziser ausleuchten ("Spot"), während andere komplett ausgeblenet werden. Die Markteinführung der zweiten Eviyos-Generation ist für 2023 geplant.

Blendet bei Gegenverkehr ab

Der französische Automobilzulieferer Valeo hat mit den Matrix-Beam-Scheinwerfern ebenfalls eine neue LED-Scheinwerfertechnologie im Angebot, die das Unternehmen auf der letzten Automechanika 2018 vorgestellt hat. Diese soll laut Hersteller für bessere Sicht ohne Blendung entgegenkommender Fahrer sorgen. Der Fahrer kann sein Fernlicht eingeschaltet lassen, bei entgegenkommendem Verkehr blendet der Scheinwerfer automatisch ab. Mit den Bi-LED-Modulen von Valeo soll zudem die Xenon- durch LED-Beleuchtung ersetzt werden. Diese Technologie kombiniert Abblend- und Fernlichtfunktionen in einer einzigen, sehr kompakten Komponente. Der Fahrkomfort kann durch die Aktivierung der Richtungslichtfunktion weiter verbessert werden.

Zukunft des Lichts

Wie die Zukunft der LED-Scheinwerfer aussehen könnte, hat der österreichische Lichtspezialist ZKW im Projekt "Project Dragonfly" für autonomes Fahren vorgestellt, das gemeinsam mit Partnerfirmen entwickelt wurde. Im Rahmen des Konzepts hat der Hersteller ein Demo-Fahrzeug aufgebaut, das Sensorik und Kameras im Scheinwerfer in mehreren Ausbaustufen integriert und damit automatisierte Fahrfunktionen ermöglicht. Die ersten Testfahrten werden seit Juni auf vier freigegebenen Strecken in Österreich absolviert. "Ziel von Project Dragonfly ist es, durch eine elektronische Rundumsicht das autonome Fahren voranzutreiben", erklärt Stefan Weißensteiner, Projektleiter des Project Dragonfly bei ZKW. Dadurch soll sich die Sicherheit im Straßenverkehr erhöhen.

Die Scheinwerfer befinden sich dafür an entsprechenden Positionen, um mittels Sensorsystemen eine 360-Grad-Sicht rund um das Fahrzeug zu ermöglichen. ZKW hat dafür hochauflösende Kameras in die Hauptscheinwerfer des Project-Dragonfly-Testfahrzeugs integriert und wird schrittweise weitere Sensoren wie Lidar, CMOS, Infrarot- oder Multispektral-Kameras in die Scheinwerfer an den vier strategischen Ecken des Fahrzeugs integrieren. Diese können dank künstlicher Intelligenz andere Verkehrsteilnehmer und Verkehrszeichen erkennen, Entfernungen sowie Geschwindigkeiten berechnen und daraus Steuerbefehle für das Fahrzeug erzeugen. Digitales Licht von ZKW mit einer Auflösung von 1,3 Millionen Pixel pro Lichteinheit wird die Sensorik für das autonome Fahren unterstützen. "In ersten Versuchen haben wir nachgewiesen, dass bei gezieltem Anleuchten mit digitalem Licht Objekte wie Fußgänger bei Nacht oder schlechter Witterung auch auf größere Entfernung mit deutlich höherer Erkennungsrate von der künstlichen Intelligenz erkannt werden können, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden", erläutert Ralf Klädtke, CTO der ZKW Group.

Die erste Stufe des Project Dragonfly ist die Integration von Kameras mit künstlicher Intelligenz in die Hauptscheinwerfer, um so das Sichtfeld zu erweitern und somit nicht nur vorausfahrende oder entgegenkommende Fahrzeuge, sondern auch Querverkehr sicher erkennen zu können. Demnächst sollen die Scheinwerfer des Demo-Fahrzeugs um Lidar-Systeme zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung sowie um neu entwickelte digitale Lichtmodule erweitert werden. Darüber hinaus sind Infrarotund Radar-Sensoren sowie zusätzliche Kameras geplant, um eine 360-Grad-Sicht zu realisieren. "Für automatisiertes Fahren auf Level 3 bis 5 werden je nach Angabe des Herstellers 30 bis 50 Sensoren am Fahrzeug verbaut werden müssen. Wir arbeiten daher an Lösungen, um Sensoren mit einem eleganten Design in die Scheinwerfer zu verbauen und die Vorteile der Scheinwerfer-Bauräume wie Stromversorgung, Anbindung an Datenbus, elektronische Steuergeräte oder Betauung/Enteisung oder Reinigung nutzen zu können", erläutert Klädtke.

• Ausgabe 11/2019 Seite 12 (295.5 KB, PDF)