Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojektes zur volladaptiven Lichtverteilung für eine intelligente, effiziente und sichere Fahrzeugbeleuchtung (VoLiFa2020), hat der Licht- und Elektronikexperte HELLA gemeinsam mit den Projektpartnern Merck, dem Institut für Großflächige Mikroelektronik (IGM) der Universität Stuttgart, Porsche, Elmos Semiconductor, Schweizer Electronic und der Universität Paderborn einen Scheinwerfer auf Basis eines Liquid Crystal Displays (LCD) entwickelt und aufgebaut. Diese Technologie ist beispielsweise aus dem Home-Entertainment-Bereich bekannt.
"Erstmalig haben wir nun die Liquid Crystal HD Technologie in ein Fahrzeug integriert. Dank ihrer hohen Auflösung und Detailschärfe bietet sie ganz neue Wege in der automobilen Lichttechnik", sagt Dr. Michael Kleinkes, Leiter der Entwicklung Lichttechnik bei HELLA.
30.000 Pixel
Insgesamt 30.000 Pixel projiziert der neue LCD-Scheinwerfer auf die Straße. Damit kann das Lichtbild intelligent, stufenlos und in Echtzeit an verschiedene Fahrsituationen angepasst werden. "Die Nutzung eines LC-Displays ist ein weiterer Schritt in Richtung Digitalisierung des Lichts", sagt Christian Schmidt, Leiter der lichttechnischen Vorentwicklung bei HELLA. Das bedeutet: Die Adaption des Lichtbildes erfolgt in Zukunft mehr und mehr softwaregesteuert. Der Fahrer bekommt die bestmögliche Sicht auf die Straße. Einzelne Segmente, in denen sich beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer oder stark reflektierende Verkehrsschilder befinden, lassen sich gezielt ausblenden oder dimmen.
Auch hochkomplexe Funktionen sind denkbar: Navigationspfeile oder Linien, welche die ideale Fahrspur vorgeben, können auf die Straße projiziert werden. „Die LCD-Technologie ermöglicht Funktionen, die auch für das autonome Fahren relevant sein werden“, sagt Christian Schmidt. "Wir werden die Technologie deshalb zur Serienreife bringen."
Die Kernkomponente des Scheinwerfers ist das LC-Display. Dieses befindet sich zwischen der LED-Lichtquelle und der Projektionslinse. Das Display generiert eine Matrix von 100 x 300 Bildpunkten, die sich einzeln schalten und dimmen lassen. Eine im Fahrzeug verbaute Kamera sowie ein Sensor, der optisch Abstände und Geschwindigkeiten misst (Light detection and ranging Sensor LiDAR), geben die Umfeldinformationen über einen Rechner an das Scheinwerfer-Steuergerät weiter. Dieses steuert die einzelnen Bildpunkte des Displays bis zu 60 Mal pro Sekunde an. Als Lichtquelle werden 25 in drei Reihen angeordnete Hochleistungs-LEDs eingesetzt. Die Leuchtstärke jeder LED wird an die jeweilige Beleuchtungssituation angepasst.
Gebündeltes Know-How
Im Forschungsprojekt entwickelte HELLA das Konzept für das optische System des LCD-Scheinwerfers. Grundlage waren die Systemanforderungen des Automobilherstellers Porsche und des Forschungsinstituts für Lichttechnik und Mechatronik der Universität Paderborn (L-LAB). Zu den Aufgaben von HELLA gehörte weiterhin die Sicherstellung hoher Systemeffizienz sowie ein Thermokonzept, das die Automotive-Tauglichkeit des Moduls gewährleistet. Notwendig dazu war ein spezieller Flüssigkristall, der von Merck für diesen Zweck entwickelt wurde. Unter Verwendung dieser chemischen Komponente entwickelte und fertigte das IGM der Universität Stuttgart Prototypen-Displays. Elmos Semiconductor entwarf und fertigte innovative elektronische Halbleiterkomponenten, welche von Schweizer Electronic auf völlig neuartige Weise in die Leiterplatte integriert wurden (Embedding).
Durch diese Technologie realisierten die Experten eine zuverlässige, effiziente und platzsparende Ansteuerung der LED-Beleuchtungseinheit. HELLA sorgte für die Integration der unterschiedlichen Komponenten in das Gesamtsystem und entwickelte eine Schnittstelle zwischen Lichtsteuerung und Scheinwerfer. Es wurde ein Prototyp aufgebaut, der - integriert in einen Porsche Panamera – aktuell mit Probanden in realistischen Fahrsituationen von der Universität Paderborn getestet wird.
Aufgrund des wachsenden Verkehrsaufkommens und des steigenden Sicherheitsbedürfnisses gewinnen intelligente Beleuchtungssysteme immer mehr an Bedeutung. Die LCD-Technologie ermöglicht hier ganz neue Funktionalitäten und Möglichkeiten. Dabei ist der Einsatz nicht auf Personenwagen beschränkt. Auch in anderen Fahrzeugklassen wie bei Nutzfahrzeugen und Bussen ergeben sich sinnvolle Anwendungsfelder.
