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Ambientes Licht im Fahrzeug: Die Farben dürfen nicht abweichen

| Autor / Redakteur: Patrick Goerg und Stefan Immler* / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Farbortabweichungen bei der Ambiente-Beleuchtung im Fahrzeug stören nicht nur bei den Lichteffekten, sondern können eine Gefahr für den Fahrer sein. Abweichende Farben spüren Entwickler auf einem Prüfstand auf.

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Ambiente-Beleuchtung: Im Fahrzeug kann sie im Fußraum, den Türen oder der Mittelkonsole angebracht sein. Die RGB-LED-Module werden von ASAP unter dem Einfluss von Temperatur und Spannung auf Farbe, Helligkeit sowie Farbortabweichungen getestet.
Ambiente-Beleuchtung: Im Fahrzeug kann sie im Fußraum, den Türen oder der Mittelkonsole angebracht sein. Die RGB-LED-Module werden von ASAP unter dem Einfluss von Temperatur und Spannung auf Farbe, Helligkeit sowie Farbortabweichungen getestet.
(Bild: ASAP)

Die Ambiente-Beleuchtung in Fahrzeugen mit RGB-LED-Modulen taucht Fußräume und Mittelkonsole in unterschiedliche Farben. Das nach Kundenwunsch anpassbare Farbenspiel hat sich in den vergangenen Jahren immer mehr zum Standard entwickelt. Doch was auf Kundenseite mit individuellen Farbakzenten im eigenen Fahrzeug erfreut, ist für Entwickler nicht ohne Probleme. Damit der gewünschte Lichteffekt im richtigen Moment aktiviert wird – etwa im Fahrzeughimmel beim Öffnen der Tür – müssen zunächst für alle im Fahrzeug integrierten Lichtmodule spezifische Datensätze generiert werden.

Aufgabe der Entwickler wie ASAP ist es, die Funktionen entsprechend der im Lastenheft definierten Kundenvorgaben zu erstellen. Dabei beeindruckt eine Zahl: Für jede Umsetzung eines Fahrzeugtyps müssen sie mehr als 1000 Daten parametrieren. Bei der Programmierung aller Lichteffekte eines neuen Fahrzeugmodells entstehen zahlreiche Datensätze mit einer Gesamtmenge von rund 30.000 Byte.

Wenn RGB-LED-Module auf dem Prüfstand sind

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. Hier sei beispielhaft das Entriegelungsszenario genannt, das dreistufig abläuft. 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 festgeschrieben, 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 festgeschrieben. Im Anschluss an die Generierung aller für ein Modell benötigten Datensätze, übernehmen ASAP Experten schließlich die Datensatzpflege und -versionierung sowie deren Absicherung. Neben der Funktionsabsicherung aller Lichtmodule zählt auch die Validierung der für die Ambiente-Beleuchtung eingesetzten RGB-LED-Module. Hierfür hat ASAP einen eigenen Prüfstand entwickelt: Daran werden die RGB-LED-Module unter dem Einfluss von Temperatur und Spannung auf Farbe, Helligkeit sowie Farbortabweichungen getestet.

Mit Ulbricht-Kugel und Spektrometer

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 null bis 100 °C erzeugt ein im Prüfstand integriertes Peltier-Element.

Eine von ASAP entwickelte Testautomatisierung sorgt gleichzeitig dafür, dass die Betriebsspannung durch das von ihr gesteuerte Netzteil 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 sind schließlich die Farbwerte, die das menschliche Auge von der Ambiente-Beleuchtung im Fahrzeug wahrnehmen würde.

Eine Farbortabweichung automatisiert feststellen

Mithilfe eines Oszilloskops untersuchen die Entwickler die RGB-LED-Module und validieren diese auf dem selbstentwickelten Prüfstand.
Mithilfe eines Oszilloskops untersuchen die Entwickler die RGB-LED-Module und validieren diese auf dem selbstentwickelten Prüfstand.
(Bild: ASAP)

Damit dem Fahrer oder Begleiter die gewählte Farbe exakt angezeigt wird, werden die RGB-LED-Module hinsichtlich Farbortabweichungen überprüft. Die von ASAP entwickelte Testautomatisierung sorgt dabei für den 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 das automatische Testsystem die benötigten RGB-Farbwerte zwischen null und 255 für jede der Farben ab, die bei der Ambiente-Beleuchtung verwendet werden.

Bei einem Standard-Lichtpaket handelt es sich um mehr als 100 Farboptionen, da die Farben innerhalb des spezifischen RGB-LED-Gamuts gemischt werden können. Die Vielzahl an Möglichkeiten macht deutlich, weshalb die Validierung am Prüfstand mit einer Testautomatisierung notwendig ist: Mit ihr erfolgt die Absicherung weitaus schneller, genauer und kostengünstiger als es beispielsweise durch manuelles Testen möglich wäre.

Im Laufe des Validierungsprozesses steuert das automatische Testsystem alle Farbwerte an. Es gibt den Befehl an das RGB-LED-Modul, einen bestimmten Farbwert anzugeben. 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 das Testsystem die Messung aus, bei der das im Prüfstand integrierte Spektrometer den Farbwert feststellt. Abschließend gleicht es 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 Ambiente-Beleuchtung sind kleinste Farbnuancen entscheidend.

Licht zur Sicherheit: Funktionales Element im Fahrzeug

Im Zuge des autonomen Fahrens wird der Beleuchtung im Fahrzeug künftig neben ihrer ästhetischen Aufgabe mehr Verantwortung übertragen: Sie erfährt einen Bedeutungswechsel von der reinen Komfort- hin zur funktionalen Ausstattung. Ein Grund ist, dass über Lichteffekte die Kommunikation zwischen Fahrer und Fahrzeug hergestellt werden kann. So könnten künftig über Lichtsignale beispielsweise Informationen zu Abstandsmeldung, Fahr- und Fahrzeugzustand oder eingehende Telefonanrufe übertragen werden. Zusätzlich sind spezielle Lichteffekte als Warnhinweis denkbar. Damit soll der Fahrer auf bestimmte Gefahrensituationen aufmerksam gemacht werden, in denen sein Eingreifen notwendig ist und sich schnell zurück auf das Geschehen konzentriert.

Ein weiterer Sicherheitsaspekt: Das richtige Licht sorgt im Fahrzeuginnenraum für eine verbesserte Orientierung des Fahrers – Symbole oder Schalter sind besser 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.

Dieser Beitrag ist erschienen in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 8/2020: Sonderteil LED & Optoelektronik (Download PDF)

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* Patrick Goerg ist Leiter Elektronikentwicklung und Stefan Immler ist Entwicklungsingenieur Elektronikentwicklung. Beide arbeiten bei ASAP.

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