Innenraumbeleuchtung Digitale LED definiert das Innenlicht im Fahrzeug neu

Redakteur: Johann Wiesböck

Eine neue Allianz aus Inova Semiconductors, Dominant Opto Technologies, NXP, TE Connectivity und der Hochschule Pforzheim stellte auf der electronica eine revolutionäre digitale LED-Plattform vor. Damit sollen kreative Innenraumbeleuchtungen realisiert werden, die den BMW-Fahrer von morgen begeistern.

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Inova Semiconductors hat auf der electronica 2016 ein neues Konzept für die LED-Beleuchtung im Fahrzeug vorgestellt
Inova Semiconductors hat auf der electronica 2016 ein neues Konzept für die LED-Beleuchtung im Fahrzeug vorgestellt
(Bild: Inova Semiconductors)

Inova Semiconductors hat auf der electronica 2016 ein neues Konzept für die LED-Beleuchtung im Fahrzeug vorgestellt. Das erste im Rahmen dieser ISELED genannten Allianz entwickelte LED-Produkt wird bereits im ersten Quartal 2017 von Dominant Opto Technologies erhältlich sein. ISELED ist eine offene Allianz, die gegründet wurde, um den Anwendern von Anfang an ein ganzes Ecosystem für die Entwicklung von Produkten auf Basis dieser neuen LED-Plattform bereitzustellen.

Ziel der ISELED Allianz ist die Entwicklung und Umsetzung von LED-Produkten und -Lösungen für den Einsatz im Fahrzeug. Grundlage dafür ist ein völlig neues Konzept für die Steuerung und Überwachung der LED. Dieses Konzept senkt die Kosten, vereinfacht die Ansteuerung der LEDs und erweitert die Funktionalität des Ambiente-Lichts um Informations- und Warn-Funktionen.

Wir wollen nicht jede einzelne LED kalibrieren müssen

Robert Isele, Leiter Ambientes-Licht und Baukasten Innenleuchten bei der BMW AG, erklärt: „Im Austausch mit unseren Kunden haben wir das Feedback bekommen, dass neue Lichtfunktionen bei Kunden Begeisterung auslösen und deshalb ein weiterer Ausbau gewünscht wird. Wir entwickeln aus diesem Grund mit unseren Lieferanten innovative Licht-Technologien, die es uns ermöglichen, erstklassige und zukunftsorientierte Produkte für Interieur-Systeme kostengünstig zu entwickeln. Eine neue LED-Technologie muss eine einfach zu realisierende und applikationsfähige Lösung für die Herausforderungen der LED-Innenraumbeleuchtung im Fahrzeug bieten. Wir wollen vermeiden, dass jede einzelne LED einzeln in der Komponente kalibriert werden muss.“

Die Gründungsmitglieder der ISELED Allianz sind die Unternehmen Inova Semiconductors, Dominant Opto Technologies, NXP und TE Connectivity sowie die Hochschule Pforzheim.

Angesichts des unaufhaltsamen Trends hin zum autonomen Fahren wird die Beleuchtung eine immer wichtigere Rolle spielen. Dazu Prof. Dr. Karlheinz Blankenbach von der Hochschule Pforzheim: „Meine persönliche Aufgabe im Rahmen dieses innovativen Projekts war es, in der Planungs- und Definitionsphase die theoretische und praxisnahe Basis für die Projektumsetzung zu schaffen. In Zukunft wird nicht nur die Innenraumbeleuchtung eine immer größere Rolle spielen. Entscheidend wird auch sein, dass Fahrzeuge in der Lage sind, mit ihrer Umwelt zu kommunizieren. So halte ich es aus Gründen der Sicherheit für angezeigt, dass etwa autonome Fahrzeuge in der Lage sind, Fußgängern zu signalisieren, dass sie gesehen wurden. Gleichzeitig sollten wir uns dabei nicht allein auf Anwendungen im Automobilbereich beschränken.“

Intelligenter LED-Controller für ausgefeilte Ansteuerdynamik

Pressekonferenz der ISELED Allianz: v.l.n.r. Hajo Wetzel (TE Connectivity), Manuel Alvers (NXP), Hartmut Wettengl (Dominant Opto Technologies), Prof. Dr. Blankenbach (Hochschule Pforzheim s), Roland Neumann (Inova Semiconductors) und Robert Isele (BMW Group)
Pressekonferenz der ISELED Allianz: v.l.n.r. Hajo Wetzel (TE Connectivity), Manuel Alvers (NXP), Hartmut Wettengl (Dominant Opto Technologies), Prof. Dr. Blankenbach (Hochschule Pforzheim s), Roland Neumann (Inova Semiconductors) und Robert Isele (BMW Group)
(Bild: Johann Wiesböck)

Die neueste Generation der Innenraumbeleuchtung im Fahrzeug besteht in der Regel aus einem flexiblen Kupferstreifen mit 10 bis 30 RGB-LEDs. Jede davon hat je eine rote, grüne und blaue LED und bildet so ein „Pixel“, das mit einer Auflösung von 24 Bit (3 x 8 Bit) mehr als 16 Millionen verschiedene Farben wiedergeben kann.

Derzeit benötigt man für die individuelle Ansteuerung der RGB-LEDs eines LED-Streifens einen Mikrocontroller, in dem die Kenndaten jeder einzelnen LED abgelegt werden. Deshalb ist eine solche Lösung in der Regel zu aufwändig und zu teuer, um wirklich realisierbar zu sein. Darüber hinaus hat man heute keine Möglichkeit, Kenndaten der einzelnen LEDs wie Temperatur o.a. im Betrieb abzufragen, um die korrekte Funktion feststellen zu können.

Das ISELED-Konzept wird ganz neue Möglichkeiten für den Einsatz von LED-Licht im Fahrzeug schaffen: Grundlage dafür ist ein erstaunlich kompakter und „intelligenter“ LED-Controller von Inova, der von Dominant Opto Technologies zusammen mit drei farbigen LEDs in ein winziges Gehäuse von gerade einmal 2,8 mm x 4,1 mm x 0,65 mm integriert wird.

„Die erforderliche Rechenleistung wird von einem neuen Mikrocontroller von NXP bereitgestellt, der für dieses Projekt perfekt geeignet ist“, sagt Manuel Alves, VP & GM, Product Line General Purpose and Integrated Solutions bei NXP. „Bei NXP liegt der Fokus ganz klar auf Herausforderungen auf der System-Ebene, und das ISELED-Konzept entspricht exakt dem, was wir mit der kürzlich angekündigten S32K-Produktlinie anstreben – nämlich ein neues Konzept als Komplettlösung inklusive Hard- und Software auf den Markt zu bringen und das passende Ecosystem dafür zu entwickeln.“

Auf Grundlage der Erfahrungen, die Inova bei der Entwicklung seines Kommunikationsstandards APIX sammeln konnte, hat das Unternehmen ein Highspeed-Kommunikationsprotokoll entwickelt, mit dem jede LED einzeln angesprochen werden kann. Mit Datenraten von bis zu 2 MBit/s ermöglicht dieses neue Protokoll blitzschnelle, dynamische Beleuchtungseffekte. Damit lassen sich mühelos skalierbare Lösungen mit erheblichen Kosteneinsparungen erzielen und zusätzlich neue Anwendungsbereiche eröffnen.

Neue Technologie schnell im dynamischen Markt etablieren

Dazu Robert Kraus, CEO von Inova Semiconductors: „In den vergangenen acht Jahren haben wir gesehen, dass man mit einem leistungsstarken Ecosystem wie unserem APIX-Link eine neue Technologie schnell in einem dynamisch stark wachsenden Markt etablieren kann. Diesen Erfolg hoffen wir mit ISELED wiederholen zu können. Wahrscheinlich erleben wir gerade die Entstehung eines neuen LED-Standards für die Automobilindustrie.“

Der intelligente LED-Controller von Inova bietet unter anderem hochentwickelte Kalibrierfunktionen. Damit wird sichergestellt, dass alle LEDs über den gesamten Temperaturbereich hinweg dieselbe Farbe und Helligkeit wiedergeben. Dies wiederum garantiert eine einheitliche Ausleuchtung im gesamten Auto, zumal auch größere Fertigungstoleranzen der LEDs vollständig kompensiert werden. Ein einziger Mikrocontroller kann dabei einen LED-Streifen mit theoretisch bis zu 4.096 LEDs ansteuern.

“Wenn die Innenraumbeleuchtung sich wie von BMW und Prof. Blankenbach beschrieben entwickelt, wird es eine große Nachfrage nach höherer Integration von optischen Komponenten, Elektronik und Konnektivität geben," sagt Hajo Wetzel, Director, Global Advanced Engineering, TE Connectivity. “Da wir schon früher mit BMW und Inova auf dem Gebiet der Konnektivität zusammengearbeitet haben, entschlossen wir uns, dieses Projekt mit der Herstellung der frühen Applikations-Prototypen zu unterstützen. Aufgrund der Kurzfristigkeit war das eine große Herausforderung für unsere Advanced-Engineering-Teams, die von unseren Lighting Hubs in Europa und Kanada unterstützt wurden."

Die Produktmerkmale des LED-Controllers

Das erste Produkt besteht aus einem Controller von Inova mit einer bidirektionalen seriellen Kommunikations-Schnittstelle mit der bis zu 4096 LEDs in Serie verbunden werden können. Dieser Controller wird von Dominant Opto Technologies zusammen mit drei LEDs (rot, grün und blau) in ein kompaktes Gehäuse integriert und dann bereits werksseitig auf den gewünschten Weißpunkt kalibriert.

Zur Ansteuerung der roten, grünen und blauen LEDs ist der Controller mit Konstantstromquellen ausgestattet. Die Farbe der RGB-LED kann mit einer Auflösung von 24 Bit (3 x 8 Bit) eingestellt werden. Um Temperatureinflüsse und Fertigungstoleranzen auszugleichen, lässt sich die Helligkeit jeder einzelnen LED mit einer Auflösung von 12 Bit einstellen.

„Unser Unternehmen versorgt die Automobilindustrie mit passenden LEDs. Dementsprechend begeistert waren wir über die Chance, an einem solch prestigeträchtigen und bahnbrechenden Projekt mitzuwirken“, sagt Tek Beng Low, Senior Vice President bei Dominant Opto Technologies. „Aus unserer Sicht ist ISELED ein wahrer Segen für den Bereich der Automotive-LEDs und wir freuen uns darauf, wenn diese innovative Technologie den Massenmarkt erobern wird.“

Der extrem geringe Wärmewiderstand des Gehäuses ist um 30 % niedriger als bei vergleichbaren Produkten und senkt den Stromverbrauch dank der höheren Lichtausbeute der kühleren LEDs.

Ein eingebauter Temperatursensor sorgt dabei für höchste Präzision, und sowohl die Kalibrierwerte der Konstantstromquellen als auch die Messwerte für die Temperaturkompensation werden in einem nichtflüchtigen Speicher im Controller abgelegt. Eine wichtige Voraussetzung für eine völlig einheitliche Farb- und Helligkeitswiedergabe jeder einzelne LED auf dem Streifen und damit einer echt „digital“ ansteuerbaren LED.

Muster des ersten Prototyps dieser hochentwickelten, intelligenten Mehrfarb-LED werden schon im ersten Quartal 2017 bei Dominant Opto Technologies verfügbar sein: www.inova-semiconductors.de

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