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LED-Scheinwerfer Wie ein LC-Display für mehr Sicherheit auf Straßen sorgt

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Licht spielt eine wichtige Rolle, wenn es um Sicherheit geht. So auch bei Autoscheinwerfern. Hella hat zusammen mit Partnern einen Scheinwerfer auf Basis eines LC-Displays entwickelt.

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Mit den Scheinwerfern lässt sich auch projizieren. Zudem sorgen 30.000 Pixel für eine volladaptive Lichtverteilung.
Mit den Scheinwerfern lässt sich auch projizieren. Zudem sorgen 30.000 Pixel für eine volladaptive Lichtverteilung.
(Bild: Hella)

LC-Displays sind in der Industrie und im privaten Umfeld bekannt: Jetzt hat der Lichtspezialist Hella zusammen 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.

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Insgesamt 30.000 Pixel projiziert der LCD-Scheinwerfer auf die Straße. Damit lässt sich das Lichtbild stufenlos und in Echtzeit an verschiedene Fahrsituationen anpassen. Für Hella bedeutet der Einsatz eines LC-Displays einen „weiteren Schritt in Richtung Digitalisierung des Lichts“, sagt Christian Schmidt, Leiter der lichttechnischen Vorentwicklung bei Hella.

Lichtbild wird durch Software gesteuert

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-Technik ermöglicht Funktionen, die auch für das autonome Fahren relevant sein werden“, sagt Christian Schmidt. „Wir werden die Entwicklung deshalb zur Serienreife bringen.“

Die Kernkomponente des Scheinwerfers ist das LC-Display, das sich zwischen der LED-Lichtquelle und der Projektionslinse befindet. 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 (LiDAR-Sensor = Light detection and ranging), 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.

Leuchtstärke der LEDs passt sich an

Als Lichtquelle werden 25 in drei Reihen angeordnete Hochleistungs-LEDs eingesetzt. Die Leuchtstärke jeder LED wird an die jeweilige Beleuchtungssituation angepasst. 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 es, eine hohe Systemeffizienz sowie ein Thermokonzept sicherzustellen, das die Automotive-Tauglichkeit des Moduls gewährleistet. Notwendig war ein spezieller Flüssigkristall, der von Merck entwickelt wurde.

Unter Verwendung dieser chemischen Komponente entwickelte und fertigte das IGM der Universität Stuttgart Prototypen-Displays. Elmos Semiconductor entwarf und fertigte elektronische Halbleiterkomponenten, welche von Schweizer Electronic in die Leiterplatte integriert wurden (Embedding).

Hella integrierte die 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. Die LCD-Technik ermöglicht neue Funktionen. Dabei ist der Einsatz nicht auf Personenwagen beschränkt. Auch in anderen Fahrzeugklassen wie bei Nutzfahrzeugen und Bussen ergeben sich sinnvolle Anwendungsfelder.

Das Projekt entstand im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojektes zur volladaptiven Lichtverteilung für eine intelligente, effiziente und sichere Fahrzeugbeleuchtung (VoLiFa2020).

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