Marktanalyse: Displays, Beleuchtung und Sensoren im Fahrzeug-Innenraum

Schon seit einigen Jahren ist im Automobilbereich die Abkürzung CASE zu hören. Dies bedeutet: „Connected“ (verbundene Fahrzeuge), „Autonomous/Automated“ (autonomes/automatisiertes Fahren), „Shared“ (geteilt) und „Electric“ (elektrisch). Von diesen vier Entwicklungsachsen scheinen sich zwei auf die Benutzererfahrung und die Optimierung von Komfort, Interaktion und Sicherheit im Fahrzeug zu konzentrieren. Dies erfolgt durch die Entwicklung von drei wichtigen Aktivitäten im Fahrgastraum: Displays, Beleuchtung und Sensoren

Verbreitung von Displays im Fahrgastraum

Displays haben analoge Instrumente verdrängt und in den vergangenen Jahrzehnten verzeichnete Yole einen Anstieg sowohl in der Anzahl der in Fahrzeugen verwendeten Displays als auch bei ihrer Größe. Heute verfolgen OEMs mehrere unterschiedliche Ansätze. Die Form, das Layout und die Funktionalitäten der Displays tragen zu den Unterscheidungsmerkmalen der Fahrzeughersteller bei.

Zu beobachten sind auch heute schon transparente Displays, Head-up-Displays (HUD), haptische Feedbacks, unterschiedlich formbare Bildschirme, intelligente Oberflächen und sogar holografische Displays. Gab es vor einigen Jahren durchschnittlich zwei Displays in Fahrzeugen, so werden in naher Zukunft acht Displays erwartet: Cluster, Infotainment, Spiegel, transparente Fensterdisplays und HUD. Während die Automatisierungslevel von 2 auf 3, 4 und 5 steigt, entwickeln sich auch Funktion, Größe, Anzahl und Position der Displays weiter.

Mehrere große Infotainmentdisplays sind jedoch erst ab der Umsetzung ab Level 3 und darüber gerechtfertigt. In der Praxis bleiben die meisten auf Messen gezeigten futuristischen Konzepte aufgrund der Kosten und der Komplexität auf Premiumfahrzeuge für Langstreckenfahrten beschränkt.

2 Displayansätze: Direktsicht und Projektion

Zwei unterschiedliche Displayansätze sind zu beobachten: herkömmliche Direktsichtdisplays, wie sie die Branche hauptsächlich gewohnt ist, und Projektionsdisplays für HUD, Fensterdisplays etc. Der Direktsichtansatz basiert meist auf Flüssigkristallbildschirmen (LCD). Im allgemeinen Segment der Unterhaltungselektronik übernehmen Displays mit organischen Leuchtdioden (OLED) einen immer größeren Marktanteil und dominieren in manchen Segmenten (z. B. bei Smartphones) sogar, doch diese Technologie tut sich schwer dabei, die strengen Anforderungen des Automobilmarktes zu bedienen.

OLEDs punkten im Bereich Kontrast, doch die Helligkeit und Zuverlässigkeit machen Probleme, also ist diese Technologie hier nahezu nicht existent. Die Entwicklung ging trotzdem weiter, da OLEDs praktisch jede Form zulassen würden, was eine perfekte designbasierte Integration in die Innenausstattung von Fahrzeugen erlauben und die Möglichkeiten der OEM, sich von anderen abzuheben, erheblich verbessern würde. LCDs haben sich in dieser Hinsicht jedoch verbessert, da nun gebogene Rückwände basierend auf organischer Technologie eine bessere Integration in das Cockpit ermöglichen und von Panelherstellern angeboten werden.

Doch leider sind die Entwicklung und Integration nicht so sehr fortgeschritten, wie dies mit OLED möglich ist. Während OLED versucht, in den Bereichen Zuverlässigkeit und Helligkeit besser zu werden, wird LCD beim Formfaktor besser und optimiert durch die Verwendung eines Doppelzellenansatzes (miniLED) seine Leistung im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Kontrast.

Doch eine neue Technologie steht bereits in den Startlöchern und verspricht für den Automobilsektor das Beste aus beiden Welten: microLED (Bild 1). Als selbstleuchtende Technologie bietet microLED alle Vorteile von OLEDs, könnte sie jedoch auch in vielerlei Hinsicht wie bei Farbraum, Helligkeit, Robustheit etc. übertreffen – Fahrzeughersteller zeigen bereits Interesse daran. Panelhersteller und die meisten an der Entwicklung von microLED beteiligten Start-ups haben den Automobilmarkt zu einem wichtigen, wenn nicht fundamentalen Markt in ihrer Strategie gemacht.

Doch manche technischen Herausforderungen bleiben und die Analysten von Yole sind der Meinung, dass es bis zum Einsatz noch einige Zeit dauern wird. Die Entwicklung der microLED ist nicht weit genug fortgeschritten und im Gegensatz zu miniLED-basierten LCD stellen microLED eine neue Technologie dar. Die microLED ist aber auch eine Technologie, die einige neue Möglichkeiten für projektionsbasierte Displays eröffnen könnte, da sie eine verbesserte Erfahrung mit HUD ermöglichen. Doch hierbei ist die verwendete Displaytechnologie nicht die einzige Herausforderung: Es wird wichtig sein, Optiken durch die Verwendung von holografischen optischen Elementen zu entwickeln.

Fest steht, dass die Bemühungen zur Displayintegration in Fahrzeugen weitergehen, da ihre Marktchancen enorm sind. Yole erwartet ein Wachstum von 9,7 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 auf 15,5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 bei einem CAGR von 10 %. Bis zum Jahr 2025 wird das LCD-basierte Segment der Direktsichtdisplays wahrscheinlich noch 98,7 % des Marktes ausmachen. Während der Markt im Jahr 2020 noch rein aus LCD besteht, ist Yole der Meinung, dass bis zum Jahr 2025 mehr als 20 % der LCD-basierten Displays eine Alternative zu reinem LCD nutzen werden: Die Beleuchtung wird entweder auf Doppelzellen oder auf miniLED basieren. Bis dahin sollten in der Branche auch die ersten microLED-basierten Displays auftauchen. Was HUD betrifft, so ist ein Wachstum von HUD mit Fokus auf erweiterter Realität mit einem CAGR von 115 % zu erwarten. Der Grund dafür ist, dass diese Technologie wichtig für die Verbesserung der Fahrererfahrung im Zusammenhang mit CASE ist.

Die kürzlich veröffentlichten neuen Autocockpits zeigen, dass die Beleuchtung im Innenraum dem CASE-Paradigma (Connected, Autonomous, Shared and Electrical) folgt – sie ist also wichtiger geworden. Die Beleuchtung im Innenraum hat sich von funktionalen Anwendungen zur heutigen bunten Umgebungsbeleuchtung entwickelt, bietet eine indirekte Beleuchtung und ermöglicht den Passagieren eine bessere Orientierung sowie das Gefühl von ausreichend Platz.

Außerdem ist in diesem Jahr die erste Sicherheitsfunktionalität in der Umgebungsbeleuchtung aufgetaucht – die Überwachung des toten Winkels. Es besteht Interesse darin, die Beleuchtung und Displaytechnologien mit ADAS zu verbinden und so eine Schnittstelle zu schaffen, die Warnungen aufgrund von Fahrsituationen anzeigt.

Die Beleuchtung im Innenraum verfügt über einige Attribute, die charakteristisch für das Automobilsegment sind und die Innovationen antreiben. Im Hinblick auf die Funktionalität ermöglicht die neue Generation der Leselampen eine gute Isolation zum Vermeiden des Blendens, eine Anpassung des Lichtstrahls und den Einsatz einer Fernbedienung. Das Umgebungslicht kann eine angenehme Atmosphäre erzeugen und so den Komfort steigern.

Es kann unterschiedliche Farben sowie Nuancen weißen Lichts bieten. Außerdem lassen sich die indirekten Umgebungslichter zur Unterstützung der Dekoration zahlreicher Details im Innenraum einsetzen und sogar die Stoffe zum Strahlen bringen. All diese unterschiedlichen Anwendungen können die Wiedererkennung von Automarken unterstützen und Unterschiede hervorheben. Für den Benutzer bieten sie neue Optionen zur Personalisierung des Fahrzeuges (Bild 2).

Dies war in der Vergangenheit nicht möglich. Die Halogenlampen waren vergleichsweise groß und boten nur eine einzige statische Leuchtfunktion. Die Entwicklung von neuen bunten und abstimmbaren LEDs, speziellen Optiken, elektrischen und elektronischen Systemen sowie zentralen Steuerungsmanagementprotokollen (LIN und CAN) haben dazu beigetragen, den Wert der Anwendungen im Innenraum zu steigern.

Nach dem Digitalisierungstrend wurden smarte RGB-LED-Pakete mit integriertem Antriebs-IC entwickelt, um die individuelle Steuerung jedes Pakets zu ermöglichen. Die neuesten Entwicklungen basieren auf einem smarten Paket mit eingebetteter LED-Steuerung und RGB-Chips und machen Nachschlagetabellen und Kalibrierungsdaten unnötig. Die Technologieevolution bringt eine Verkleinerung der Geräte, einen geringeren Verbrauch, mehr Zuverlässigkeit sowie ein besseres Wärmemanagement. Aufgrund all dieser Aspekte können Innenraumdesigner die neuen Erfahrungen in zukünftige Cockpits integrieren.

Im Automobilbereich gibt es unterschiedliche Sensoranwendungen im Fahrgastraum. Die wichtigsten Anwendungen sind die Fahrerüberwachung, die Passagierüberwachung, die Gestenerkennung, die aktive Geräuschunterdrückung und die Partikelüberwachung (Bild 3). Die meisten dieser Anwendungen sind nicht neu und manche wurden bereits von OEM implementiert.

Es wird erwartet, dass bis zum Jahr 2022 in Europa und 2024 in den USA Fahrerüberwachungssysteme verpflichtend sein werden. Fahrerüberwachungssysteme sind auch für Funktionen des automatisierten Fahrens erforderlich, um dem Fahrer die Kontrolle abzunehmen und sie ihm auch wieder zu übergeben. Sie vermeiden auch die missbräuchliche Verwendung dieser Funktionen, wie dies beim Autopiloten von Tesla der Fall ist.

Passagierüberwachungssysteme ähneln den Fahrerüberwachungssystemen und es kann auch die gleiche Technologie zum Einsatz kommen. Da jedoch die Überwachung der Augen des Fahrers entfällt, lässt sich auch Radartechnologie implementieren. Die Technologie hält Einzug in die Tier-1-Entwicklungspläne, da die OEMs diese Gelegenheit wohl nutzen werden, um Drucksensoren aus den Sitzen zu entfernen und ein Feature zur Überwachung der Passagiergesundheit hinzuzufügen. Auch die automatische Sitzheizung könnte in Zukunft als Feature auftreten. Es wird erwartet, dass Radarsensoren einen großen Marktanteil ausmachen.

Neben diesen beiden Hauptanwendungen werden auch andere Anwendungen auf andere Art und Weise auf den Markt kommen. Systeme zur Gestenerkennung, wie sie bereits bei BMW implementiert sind, ermöglichen das Erkennen unterschiedlicher Gesten. Die damit verbundene Technologie verwendet die Time-of-Flight-Kamera in Kombination mit IR-Beleuchtung, doch zur Steuerung des Infotainments muss der Fahrer seine Hand vom Lenkrad nehmen und die Gestenerkennung ist nicht immer zuverlässig, was zu unerwünschten Reaktionen des Systems führen kann. Seit der ersten Implementierung im Jahr 2015 wurde dieses Feature nur selten von anderen OEMs angewendet und es steht im Wettbewerb zur Sprachsteuerung, die in den neuesten Fahrzeugen deutlich öfter implementiert wird.

Komfortfunktionen

Der Komfort des Fahrers wird für Automobilhersteller zur Priorität, weshalb in nächster Zeit zwei Anwendungen an Wichtigkeit gewinnen sollten: die Partikelüberwachung und die aktive Geräuschunterdrückung. Die Partikelüberwachung dient zur Erfassung von Partikeln unter 2,5 µm (PM 2,5) im Fahrgastraum. Die Verschlechterung der Luftqualität im Innenraum kann durch Luftemissionen im Innenraum verursacht werden, die von Materialien im Innenraum, in den Fahrgastraum eindringenden Abgasen oder Luftverschmutzungen von außen stammen.

Die Verwendung eines Partikelüberwachungssensors wird mit der Klimaanlage kombiniert, um eine Luftzirkulation im Fahrzeug zu erzwingen und die Luftqualität zu verbessern. Die aktive Geräuschunterdrückung ist nicht neu, doch mit dem Aufkommen von Elektrofahrzeugen können die Geräusche von Antrieb, Straße oder Wind für den Fahrer und die Passagiere lästig ausfallen. Gleichzeitig entwickelt sich der Fahrer von einem aktiven zu einem immer passiveren Insassen, bis er schließlich selbst zum Passagier wird. Unerwünschte Geräuschquellen sind zu eliminieren, um ein Gefühl wie im Wohnzimmer zu vermitteln.

In diesem Zusammenhang wird der Markt für Fahrer- und Passagierüberwachungssysteme sowie PM 2,5 vermutlich mit einem CAGR von 63 % von 233 Millionen US-Dollar im Jahr 2020 auf 2647 Millionen US-Dollar im Jahr 2025 wachsen. Das hohe CAGR zeugt von der steigenden Wichtigkeit von Sensoren im Fahrgastraum für Sicherheit und Komfort. Der Markt wird von Fahrerüberwachungssystemen getrieben, da Bestimmungen dieses Feature verpflichtend machen. Gleichzeitig gibt es weiterhin Forschung und Entwicklung dazu und es sind auch manche Sensoren zur Geruchserkennung in Entwicklung. Sie können zur Erkennung von Alkohol im Atem, aber auch von Fahrgemeinschaftsunternehmen zum Einsatz kommen, um festzustellen, wann ein Fahrzeug einen Service benötigt. (na)