Bild 1: Der "Sternenhimmel" im Opel Adam wurde nur durch den Einsatz von LEDs möglich.

Bild 1: Der „Sternenhimmel“ im Opel Adam wurde nur durch den Einsatz von LEDs möglich. Opel

Licht und Beleuchtung sind zu strategischen Design-Elementen im Auto geworden. Bei neuen Entwicklungen hat die klassische Glühlampe (Glühbirne) zunehmend ausgedient, die LED ist das Leuchtmittel der Wahl – und zwar sowohl im Innenraum als auch bei Rück-, Brems- und Blinklicht sowie zunehmend auch beim Frontscheinwerfer. Ein gutes Beispiel für die neuen Möglichkeiten, die LEDs im Innenraum bieten, ist der „Sternenhimmel“ im Opel Adam (Bild 1). Beim Bremslicht wiederum erfreuen die flachen LEDs die Gestalter der Außenform, während das schnelle Ansprechverhalten der LEDs einen echten Sicherheitsgewinn bringt.

Bild 2: Der Frontscheinwerfer des Concept Next von Zinoro, der neuen Marke von BMW Brilliance. Das Foto entstand vor wenigen Tagen auf der Messe AutoShanghai.

Bild 2: Der Frontscheinwerfer des Concept Next von Zinoro, der neuen Marke von BMW Brilliance. Das Foto entstand vor wenigen Tagen auf der Messe AutoShanghai. Alfred Vollmer

Das systematische Ersetzen von LEDs im Auto ist zwar schön und gut, aber im Wesentlichen eher ein evolutionärer Vorgang. Allein schon beim optischen Design lassen sich mit LED-Frontscheinwerfern völlig neue Akzente setzen (Bild 2). Fast schon revolutionär sind hingegen die Möglichkeiten, die LEDs im Rahmen von intelligenten Fahrerassistenzsystemen (ADAS) bei den Frontscheinwerfern bieten.

LED-Matrix-Licht

Das Nonplusultra der aktuell in Serienfahrzeugen verbauten Scheinwerfer sind LED-Matrix-Lichter, wie sie zum Beispiel in der neuen Mercedes S-Klasse, im Cadillac Escalade von General Motors, im BMW 5er und im Audi A8 zu finden sind, wobei Hella das Frontlicht im Audi A8 als den „weltweit ersten Matrix-LED-Scheinwerfer mit blendfreiem Fernlicht“ bezeichnet.

Bild 3: LED-Matrixlicht ermöglicht es, Teilbereiche auszublenden, während das Fernlicht in den anderen Bereichen weiterleuchtet.

Bild 3: LED-Matrixlicht ermöglicht es, Teilbereiche auszublenden, während das Fernlicht in den anderen Bereichen weiterleuchtet. Opel

In LED-Matrix-Scheinwerfer schaltet ein Steuergerät (ECU) zur Steuerung des Lichtkegels selektiv nur bestimmte LEDs ein. Da jede LED ein bestimmtes Segment auf beziehungsweise über der Straße ausleuchtet, lassen sich damit praktisch beliebige Bereiche der Fahrbahn dynamisch gesteuert ausleuchten. Hella unterteilt das Fernlicht des Audi A8 in fünf Reflektoren mit jeweils einer 5-Chip-LED, wobei jede LED auf dem 5er-Chip einzeln angesteuert wird, so dass die ECU insgesamt 25 LEDs pro Scheinwerfer nach Bedarf auf- oder abdimmen kann.

Die ECU nutzt als Sensor vor allem eine Frontkamera, die in der Nähe des Rückspiegels verbaut ist. Mit Hilfe spezieller Algorithmen erkennt die Software des Steuergeräts dabei entgegenkommende Fahrzeuge. Im Prinzip handelt es sich bei einem LED-Scheinwerfer um ein Dauer-Fernlicht, bei dem die ECU nur jeweils die LEDs abschaltet, die einen entgegenkommenden oder vorausfahrenden Fahrer blenden würden.

Bild 4: Mit einer verfeinerten Ansteuerung der einzelnen LED-Lichtbündel eines LED-Matrix-Scheinwerfers besteht schon bald die Möglichkeit, Personen am Fahrbahnrand gezielt anzuleuchten.

Bild 4: Mit einer verfeinerten Ansteuerung der einzelnen LED-Lichtbündel eines LED-Matrix-Scheinwerfers besteht schon bald die Möglichkeit, Personen am Fahrbahnrand gezielt anzuleuchten. Continental

Wie ein solches System im Detail arbeiten kann, zeigt der Beitrag über „Matrix lite“, den Sie im Internet über infoDIREKT 332AEL0214 jederzeit abrufen können. Noch ist Matrix lite explizit für die Premiumklasse konzipiert, aber schon auf der IAA werden europäische Automobilhersteller wohl auch Mittelklassefahrzeuge mit adaptiven LED-Matrix-Scheinwerfern ausstellen. Opel zitierte beispielsweise vor etwa einem Jahr gegenüber der Presse eine Untersuchung des Fachbereichs Lichttechnik der TU Darmstadt, die zu dem Ergebnis kommt, dass bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h mit dem Matrix-Licht Objekte am Fahrbahnrand rund 1,3 Sekunden schneller wahrgenommen werden können als mit Xenon-Abblendlicht.

Daneben arbeiten LEDs effizienter und mit bis zu 10.000 Stunden deutlich länger als herkömmliche Lampen, die es auf etwa 1.000 Betriebsstunden bringen. Gleichzeitig ist der Stromverbrauch der LEDs deutlich geringer. Continental berichtet, dass ein einfaches LED-Abblendlicht nur eine Leistung von 18 W benötigt, Xenon-Lampen aber 35 W. Zudem sind die Leuchtdioden deutlich robuster gegenüber Erschütterungen und wartungsfrei. Details zur Ansteuerung der LEDs behalten die Automobilhersteller und ihre Zulieferer gerne für sich, aber manchmal veröffentlichen sie ein paar Details. So setzt beispielsweise Continental zur Steuerung der Lichtintensität der LEDs per Pulsbreitenmodulation auf 32-bit-Chips, die in einem gemäß IP69 geschützten Gehäuse verbaut sind und Temperaturen bis 105 °C vertragen.

Bild 5: Das Laserlicht von Audi leuchtet fast 500 m weit und ist dreimal so lichtstark wie LED-Fernlicht.

Bild 5: Das Laserlicht von Audi leuchtet fast 500 m weit und ist dreimal so lichtstark wie LED-Fernlicht. Audi

Bald werden LED-Matrix-Scheinwerfer auch Personen am Fahrbahnrand explizit anleuchten, und mit Hilfe von Daten aus dem Navigationssystem lässt sich die Strecke per eHorizon-Technologie noch besser mit vorausschauender Steuerung ausleuchten. Das Fahrzeug leuchtet dann zum Beispiel schon vor einem Lenkeinschlag in eine Kurve hinein.

Wichtig ist dabei in jedem Fall ein ausgeklügeltes Thermomanagement, denn einerseits muss die Wärme von der LED-Platine abgeführt werden und andererseits sendet die LED-Lichtquelle keine wärmende Infrarotstrahlung in Leuchtrichtung, die im Winter für ein Abtauen des Scheinwerfers sorgt und ansonsten das Beschlagen verhindert. Daher enthalten LED-Frontscheinwerfer auch Lüfter zur Wärmeabfuhr.

Bild 6: Obwohl die Lichtquelle im Laserlicht von Audi sehr kompakt ist, ist ein ziemlich komplexer Aufbau erforderlich.

Bild 6: Obwohl die Lichtquelle im Laserlicht von Audi sehr kompakt ist, ist ein ziemlich komplexer Aufbau erforderlich. Audi

Laser-Scheinwerfer

Das Nonplusultra der aktuellen Lichttechnik sind Laser-Scheinwerfer wie sie beispielsweise im Audi R8 erhältlich sind. Es handelt sich dabei um eine Kombination aus LED- und Laserlicht. Die leistungsstarken Laserdioden sind wesentlich kleiner als LED-Dioden; ihr Durchmesser beträgt nur wenige Mikrometer. Mit fast 500 m Reichweite, leuchtet das Laser-Fernlicht etwa doppelt so weit und dreimal so lichtstark wie LED-Fernlicht. Im Gespräch mit der Redaktion sagte Prof. Rupert Stadler, Vorsitzender des Vorstands bei Audi, dass das Laserlicht bald „in Top-Premium-Fahrzeugen“ wie dem A8 erhältlich sein wird.

Bild 7: Derzeit arbeiten die Zulieferer auch an Heckleuchten auf OLED-Basis. Allerdings handelt es sich hierbei noch um Konzeptstudien.

Bild 7: Derzeit arbeiten die Zulieferer auch an Heckleuchten auf OLED-Basis. Allerdings handelt es sich hierbei noch um Konzeptstudien. Hella

Auch für den BMW i8 gibt es als Sonderausstattung ein Laser-Fernlicht, das die Reichweite des serienmäßigen LED-Fernlichts auf bis zu 600 m verdoppelt, während sich die Lichtstärke von 100 auf 300 lux erhöht. Sowohl bei Audi als auch bei BMW stammt die Laser-Lichtquelle von Osram. Derzeit arbeiten diverse Zulieferer wie zum Beispiel Valeo an Laserscheinwerfern für Fahrzeugen, die in höheren Stückzahlen verkauft werden.