Bild 1: Adaptives Fernlicht DLP-Pixellicht erkennt entgegenkommende Fahrzeuge und reduziert in diesen Sektoren die Lichtintensität stark, um Blendungen zu vermeiden.

Bild 1: Adaptives Fernlicht erkennt entgegenkommende Fahrzeuge und reduziert in diesen Sektoren die Lichtintensität stark, um Blendungen zu vermeiden. (Bild: Texas Instruments)

| von Peter Lohs

In den USA begannen die Automobilhersteller in den 1950er Jahren, also fast 70 Jahre vor dem ersten DLP-Pixellicht, in der Fahrzeugfront zwei Sealed-Beam-Scheinwerfer zu verbauen, woraus schließlich Fahrzeuge mit der Umschaltmöglichkeit zwischen Abblend- und Fernlicht entstanden.

Bild 1: Adaptives Fernlicht DLP-Pixellicht erkennt entgegenkommende Fahrzeuge und reduziert in diesen Sektoren die Lichtintensität stark, um Blendungen zu vermeiden.

Bild 1: Adaptives Fernlicht erkennt entgegenkommende Fahrzeuge und reduziert in diesen Sektoren die Lichtintensität stark, um Blendungen zu vermeiden. Texas Instruments

Aktuell halten mehr und mehr komplexere Scheinwerfersysteme Einzug in die Autos, wobei LED-Leuchtmittel zunehmend die traditionellen Halogen- und Xenon-Scheinwerfer ablösen. LEDs werden kurzfristig die Xenon-Scheinwerfer komplett verdrängen und langfristig auch die Halogen-Scheinwerfer ersetzen, wenn die Automobilhersteller von statischen Glühlampen auf dynamische wie auch ästhetisch ansprechende LED-Beleuchtung umsteigen.

Blendung und schlechte Sicht bei Nacht

Wie die US-amerikanische „National Highway Traffic Safety Administration“ (NHTSA) meldet, geschahen in den USA im Jahr 2015 ungefähr 30 Prozent aller Verkehrsunfälle bei Nacht. IHS Markit gab außerdem bekannt, dass 50 Prozent aller Unfälle in den USA auf Sehschwächen zurückzuführen sind. Infolge der immer älter werdenden Bevölkerung dürfte dieser Anteil steigen.

Eckdaten

Neue Scheinwerfersysteme mit DLP-Technologie (digital light processing) leuchten das Blickfeld vor dem Fahrzeug inteligent aus. Adaptives Fernlicht kann unterschiedliche Objekte erkennen und deren Bereich im Lichtkegel partiell abdunkeln oder erhellen. Der DLP-Chipsatz DLP5531-Q1 von TI steuert Millionen kleiner Mikrospiegel (DMD) und ermöglicht damit neuartige Scheinwerfersysteme, die sehr effizient, präzise steuerbar und skalierbar sind. DLP-Lichtsysteme sind zudem in der Lage, Fahrbahnmarkierungen oder Navigationshinweise auf die Fahrbahn zu projizieren.

Nach Angaben der Technischen Universität Darmstadt kommt es bei älteren Fahrern tendenziell zu verschiedenen Arten von Beeinträchtigungen des Sehvermögens. Neben reduzierter Sehschärfe sind hier eine altersbedingte Pupillenverkleinerung und eine langsamere Anpassung an die Dunkelheit anzuführen. Menschen im Alter zwischen 60 und 65 brauchen ungefähr das Doppelte an Helligkeit und Kontrast und verkraften nur die halbe Blendungsbelastung, um etwa das gleiche Sehvermögen wie 25-jährige Personen zu erzielen.

Ungeachtet der Tatsache, dass Blendung durch Fernlicht ablenken oder sogar kurzzeitige Blindheit verursachen kann, war es in der Vergangenheit stets den Autofahrern überlassen, eine solche Blendung zu vermeiden. Hierfür stand ihnen lediglich ein Schalter zur Verfügung, um zwischen Abblend- und Fernlicht zu wechseln. Die Folge ist, dass Autofahrer bei nächtlichen Fahrten die meiste Zeit den Finger am Abblendschalter haben, um zwischen Fernlicht (wenn sie allein auf der Straße sind) und Abblendlicht (wenn sich andere Fahrzeuge im Sichtfeld befinden) umzuschalten. Wäre es als Autofahrer nicht sinnvoll für bessere Sichtverhältnisse das Fernlicht ständig eingeschaltet zu lassen?

Den Lichtkegel modellieren und Informationen projizieren

Als Kombination aus Fahrassistenzsystemen (ADAS) und Außenbeleuchtung kann adaptives Fernlicht den Lichtkegel partiell abdunkeln, um Gegenverkehr an diesen Stellen nicht zu blenden.

Texas Instruments (TI) hat dieses Konzept weiterentwickelt und eröffnet mit Digital Light Processing (DLP) neue Möglichkeiten in der Fahrzeuglichttechnik. Ein DLP-Chipsatz kann das Frontlicht eines Autos sehr detailliert steuern. Automobilhersteller und Tier-1-Zulieferer sind damit in der Lage bis zu einer Million Pixel je Scheinwerfer individuell anzusteuern. Mithilfe dieser Technik können Scheinwerfer nicht nur selektive Bereiche ausblenden, in denen andere Autofahrer oder Fußgänger geblendet würden, sondern auch Informationen auf die Straße projizieren, wie etwa Fahrspurbegrenzungen oder Leithinweise.

Bild 2: Ein adaptives Fernlichtsystem mit DLP-Technik verbessert auch die Sichtbarkeit von Verkehrszeichen.

Bild 2: Ein adaptives Fernlichtsystem mit DLP-Technik verbessert auch die Sichtbarkeit von Verkehrszeichen. Texas Instruments

CMOS-Speicherzellen bewegen Mikrospiegel

Das zentrale Element eines DLP-Chipsatzes ist ein Array aus Aluminium-Mikrospiegeln, welches die Bezeichnung Digital Micromirror Device (DMD) trägt. Je nach Konfiguration enthalten DMDs Hunderte, Tausende oder sogar Millionen einzeln steuerbarer Mikrospiegel, wobei sich unter jedem Mikrospiegel eine CMOS-Speicherzelle befindet. Zu jedem Spiegel gehört eine flexible mechanische Stützstruktur, mit der sich der Spiegel über zwei Adresselektroden aufhängen lässt. Diese Elektroden sind mit der Speicherzelle verbunden und erzeugen komplementäre elektrostatische Kräfte, um den Spiegel in eine von zwei möglichen statischen Positionen zu bringen.

Integriert in ein optisches System, fungiert das DMD als ein symmetrisches, bistabiles optomechanisches Element, bei dem die Position der einzelnen Spiegel darüber bestimmt, in welche Richtung das auftreffende Licht reflektiert wird. Die hohe Betriebsfrequenz und die geringe Pixelgröße eines DMD erlaubt eine schnelle Modulation und kurze Systemlatenzen, was den Automobilherstellern eine präzisere Kontrolle des auf die Straße geworfenen Lichts ermöglicht und dem Autofahrer eine bessere Sicht verschafft.

DLP-Pixellicht

DLP-basierte Systeme eignen sich für Lichtquellen jeglicher Art, also für LEDs, Laser-Phosphor-Lösungen und direkte Laser-Leuchtmittel, die sich für einen geringeren Stromverbrauch und die Verwendung kleinerer, ansprechender gestalteter Linsen auslegen lassen als bestehende adaptive Fernlichtlösungen. Die DLP-Technik ist nicht nur effizient und skalierbar, sondern erlaubt auch eine präzise Kontrolle der Scheinwerferlichtkegel, um bei schlechten Lichtverhältnissen die Sichtweite und die Sichtverhältnisse zu verbessern.

Verschiedene blendfreie Scheinwerferlösungen dimmen entweder einzelne LEDs ab oder verschieben den Lichtkegel nach unten oder zur Seite. Einige Lösungen schalten selbstständig zwischen Abblend- und Fernlicht um und wieder andere schwenken mit, wenn das Fahrzeug in eine Kurve fährt. Im Prinzip basieren also alle diese Systeme darauf, dass sie das Licht ihrer Scheinwerfer abschalten oder blockieren, um entgegenkommende oder vorausfahrende Fahrzeuge nicht zu blenden. LED-Matrixscheinwerfern reduzieren die Blendung in der Regel durch Abschaltung einiger LEDs.

Kurze Latenzen anstatt komplexer Alogorithmen

Bild 3: Ein Schweinwerfersystem mit DLP-Chipsatz von TI (roter Rahmen) benötigt eine mehrstufige Stromversorgung und ist mehrfach in die Fahrzeugkommunikation eingebunden.

Bild 3: Ein Schweinwerfersystem mit DLP-Chipsatz von TI (roter Rahmen) benötigt eine mehrstufige Stromversorgung und ist mehrfach in die Fahrzeugkommunikation eingebunden. Texas Instruments

Zweifellos ist die automatische Ein- und Ausschaltfunktion unter Verwendung vorgegebener Strahlmuster ein Schritt in die richtige Richtung. Sie bieten jedoch noch nicht das Maß an Kontrolle, das für die Entwicklung von Scheinwerfern mit umfassender Anpassungsfähigkeit in Echtzeit erforderlich ist. Attraktiv ist eine solch hochgradige Auflösung und Adaptierbarkeit, weil sie ADAS-Funktionen wie die Ausleuchtung und Erkennung von Verkehrszeichen ermöglichen kann. Diese wiederum sind nötig, wenn sich die Industrie in Richtung auf das semi- und vollautonome Fahren bewegt.

TIs DLP-Technik für hochauflösende Scheinwerfersysteme (DLP-Pixellicht) reduziert die Blendung für unterschiedliche Objekte wie Fußgänger (Bild 2) oder auch für Fahrer entgegenkommender Fahrzeuge. Die Minimierung der System-Latenz zwischen Bereitstellung von Sensordaten und Reaktion des Scheinwerfersystems ermöglichen den Verzicht auf komplexe oder gar auf Künstlicher Intelligenz basierender Algorithmen zur Vorhersage, wohin sich ein Objekt als nächstes bewegen wird. Die schnelle und direkt Ansteuerung erzielt eine hohe Genauigkeit, da mehr Pixel auf einen Grad Blickwinkel nutzbar sind. Dies verleiht dem System einen größeren Lichtdurchsatz, wodurch mehr Licht präzise gesteuert auf die Straße gelangt.

Hochauflösendes System mit kleinen Abmessungen

Bild 4: Dieses hochauflösende Scheinwerfersystem mit DLP5531-Q1-Chipsatz benötigt äußert wenig Bauraumtiefe beim DLP-Pixellicht.

Bild 4: Dieses hochauflösende Scheinwerfersystem mit DLP5531-Q1-Chipsatz benötigt äußert wenig Bauraumtiefe. Texas Instruments

Ein auf DLP-Technik basierendes System nutzt zusätzliche Sensordaten und dunkelt diejenige Lichtpixel ab, die auf die Windschutzscheiben entgegenkommender Autos zielen und somit eine Blendung deren Fahrer bewirken würden. Die sehr detaillierte Kontrolle des in einzelne Pixel unterteilten Scheinwerferlichts ermöglicht adaptive Fernlichtfunktionen für bessere Sicht und mehr Komfort bei nächtlichen Fahrten. Bild 3 zeigt das Blockschaltbild eines DLP-Scheinwerfersystems mit integrierten DLP-Chipsatz.

Der Chipsatz DLP5531-Q1 für hochauflösende Scheinwerfersysteme (Bild 4) ermöglicht Entwicklern durch individuell anpassbare Strahlenmuster eine präzisere Kontrolle der Lichtverteilung auf der Straße – und dies bei kleineren Systemabmessungen. Eine partielle oder völlige Abdunkelung einzelner Pixel erlaubt ein dauerhaft eingeschaltetes Fernlicht während der Fahrt, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden.

Künftige Anwendungen der Scheinwerfertechnik

Während sich viele Automobilhersteller und Tier-1-Zulieferer auf die Vorteile bei der Verbesserung der Sichtverhältnisse konzentrieren, zeichnet sich die DLP-Technik zusätzlich durch Programmierbarkeit aus. Sie lässt sich daher flexibel für neue Funktionalitäten konfigurieren, wie sie semi- und vollautonome Fahrzeuge verlangen.

Im Zusammenwirken mit Fahrassistenzsystemen können DLP-Scheinwerfersysteme bestimmte Stellen wie zum Beispiel Verkehrszeichen mit genau der richtigen Lichtmenge ausleuchten und damit die klare Erkennbarkeit gewährleisten.

DLP-Lichtsysteme sind zudem in der Lage, Bilder wie Fahrbahnmarkierungen oder Navigationshinweise auf die Fahrbahn vor dem Fahrzeug zu projizieren. Aber auch eine Verbesserung der Kommunikation zwischen Fahrern, Fußgängern und anderen Fahrzeugen wird mit zunehmender Weiterentwicklung der Branche immer wichtiger. Entsprechend programmiert kann ein Scheinwerfersystem mit DLP-Pixellicht einem Fußgänger per Signal oder Zeichen vermitteln, was das Fahrzeug als nächstes vor hat.

Peter Lohs

Marketing Manager bei Texas Instruments DLP Automotive Exterior Lighting

(jwa)

Kostenlose Registrierung

Der Eintrag "freemium_overlay_form_all" existiert leider nicht.

*) Pflichtfeld

Sie sind bereits registriert?