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04.02.2015 | Fahrzeugtechnik | Interview | Onlineartikel

"Mit seiner Skalierbarkeit kommt das blendfreie LED-Dauerfernlicht in alle Autos"

Autor:
Michael Reichenbach

Scheinwerfer haben in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung genommen, sind nachts zum Markengesicht eines Autos geworden. Die Streuoptik in der Abdeckscheibe fiel weg, das LED- und nun sogar Laserlicht kommen. Neben adaptiven Lichtfunktionen beeinflussen Designfragen die tägliche Arbeit.

ATZ diskutiert mit Ernst-Olaf Rosenhahn, Abteilungsleiter Lichttechnik-Innovation bei Automotive Lighting, die Notwendigkeit von hellem Tagfahrlicht und den Nutzen von blendfreiem Dauer-Fernlicht, das die Nachtfahrt erheblich komfortabler und sicherer machen soll. Lesen Sie exklusiv auf Springer für Professionals die Langversion des ATZ-Interviews mit Ernst-Olaf Rosenhahn.

Herr Dr. Rosenhahn, Licht soll die Sicherheit erhöhen, doch manchmal schadet es mehr, als es nützt. Warum empfinden viele Leute bei Scheinwerfern das Tagfahrlicht als zu grell?

Das Tagfahrlicht oder Daytime Running Light, kurz DRL, hat im Lauf der letzten Jahre eine herausragende Bedeutung erlangt, was Sicherheitsgewinn, Erkennbarkeit und Designsprache des OEMs betrifft. Es muss bei jedem Neufahrzeug installiert sein, weil es seit 2011 durch eine ECE-Regelung gesetzlich vorgeschrieben ist. Der gesetzliche Rahmen ist heute relativ eng für uns Zulieferer. Es muss eine Mindestlichtstärke von 400 cd erfüllt werden, aber auch eine Mindestfläche der Leuchte von 25 cm2 muss gegeben sein, denn das DRL soll auch bei einem hellen Sommer-Sonnentag noch gut erkennbar sein - es handelt sich ja schließlich um eine Warn- und Signalfunktion. In den gesetzgebenden Gremien wird zurzeit daran gearbeitet, verschiedene Pegel der Lichtstärken, die über eine Sensorik des Fahrzeugs gesteuert werden, angepasst an verschiedene Umgebungsleuchtdichten zuzulassen. Dann können in Zukunft insbesondere bei trüber Witterung oder bei einsetzender Dämmerung die Lichtstärken reduziert werden, um die in ihrer Frage erwähnten Situationen zu vermeiden.

Heute gibt es bereits bei Bremsleuchten die Möglichkeit, verschiedene Pegel zu schalten: Bei Tag einen anderen als bei Nacht oder beim Halt an einer Ampel. Das wird auch bei ersten Fahrzeugen mit LED-Signalleuchten in Serie bereits umgesetzt.

Warum wird das Tagfahrlicht nicht nachts ausgeschaltet, gerade dann strahlt es doch sehr hell?

Bei Nacht beziehungsweise beim Einschalten des Abblendlichts wird die Lichtstärke der Tagfahrleuchte üblicherweise ungefähr um den Faktor 10 reduziert. Die Leuchte fungiert dann als Positionslicht, dient so zum Markieren eines Zweispur-Fahrzeugs mit seinen zwei Scheinwerfern, insbesondere wenn einmal ein Abblendlicht defekt sein sollte. So kommt der Sicherheitsaspekt zum Tragen.

Bei Einführung der Tagfahrlichtpflicht warnten einige Motorradfahrer davor, dass sie nun im Verkehr nicht mehr so gut wahrgenommen würden wie früher.

Zahlreiche neue Motorradmodelle sind heute auch serienmäßig mit Tagfahrlicht ausgerüstet, und damit sind diese Leuchten bei Tage aktiviert und nicht mehr das Abblendlicht. Dadurch wird auch bei Motorrädern der Energiebedarf reduziert - und die Erkennbarkeit ist vergleichbar mit der von Autos.

Denkt man automatisiertes Fahren zu Ende, bräuchte es ja gar keiner Scheinwerfer und Rückleuchten mehr, weil Radar, Kamera und Car-to-Car-Kommunikation alles erkennen und Auffahrunfälle verhindern.

Aber dann müsste jedes Auto mit diesen Assistenzsystemen ausgestattet sein. Und diese 100-Prozent-Rate ist auf sehr lange Sicht nicht absehbar im deutschen und europäischen Straßenverkehr, auch wenn an Systemen zum automatisierten Fahren intensiv gearbeitet wird. Ich gehe deshalb heute davon aus, dass Scheinwerfer und Heckleuchten weiterhin benötigt werden.

Wird es zum technischen Problem, dass für das Design Scheinwerfer in immer kleinere Schlitze in der Fahrzeugfront untergebracht werden müssen?

Ein Fahrzeug verkauft sich heute immer mehr über das Thema Design, stärker als über technische Funktionen eines Scheinwerfers. Denn welcher Autofahrer macht eine Nachtfahrt und lässt sich vom Verkäufer die mittlerweile vielen guten Lichtfunktionen erklären? Kaum einer. Ihre Frage müssen wir daher fast umdrehen: Wir als Zulieferer haben heute mit der LED- und Lasertechnik die technischen Möglichkeiten, ein noch sportlicheres und attraktiveres Design zu realisieren. Wir sind dabei oft an der Grenze des Machbaren, aber diese Herausforderung spornt uns an, hier liegt unsere Kompetenz. Die Anzahl der adaptiven Lichtfunktionen wächst weiter, der Bauraum für den Scheinwerfer leider nicht. Der Autofahrer muss keine Angst haben, dass die Lichtperformance unter dem Design leidet. Das ist keineswegs der Fall. Es ist immer ein Geben und Nehmen und die Suche nach dem besten Kompromiss, wenn sich unsere Entwicklungsingenieure mit den Designern unterhalten.

Blendfreies Dauerfernlicht ist ein Sicherheitsmerkmal. Welche Komponenten benötigt es?

Mit den Xenon- oder LED-Scheinwerfersystemen für das Abblendlicht und Fernlicht haben wir heute genügend Lichtstrom zur Verfügung, um Straße und Umgebung sehr gut auszuleuchten, es muss nur intelligent verteilt werden und sich der jeweiligen Fahrsituation anpassen. Durch die Assistenzsystem-Kamera ist eine zusätzliche Information für den Scheinwerfer verfügbar, die zum Beispiel das Fernlicht automatisch aktivieren und deaktivieren kann. Das ist eine Funktion, die heute schon weit verbreitet ist. Jetzt kommt seit einigen Jahren hinzu, dass die Kamera auch auswerten kann, wo sich andere Verkehrsteilnehmer im Fernlichtbereich befinden. Dann können bei geeigneten optischen Systemen im Scheinwerfer diese Fernlichtbereiche gezielt ausgeschaltet werden, um genau dort nicht zu blenden. Währenddessen bleiben allerdings die anderen Bereiche des Fernlichts eingeschaltet und leuchten den Fernlichtbereich - zum Beispiel um den Gegenverkehr herum - weiterhin aus. Das blendfreie Dauerfernlicht erreicht damit bei Nachtfahrten Einschaltdauern von 70 bis 90 Prozent. Die ersten Fahrzeuge mit dieser Funktion sind bereits 2010 auf die Straße gekommen, damals war Volkswagen der Vorreiter basierend auf Xenonlicht im VW Touareg und VW Phaeton.

Dies sind hochwertige Fahrzeuge. Wie sehen die Schritte zur Demokratisierung dieser Technik aus?

In den Folgejahren haben wir Dauerfernlichtsysteme als Option im Passat CC, Sharan und Touran auf den Markt gebracht. So ist dies keine Oberklassefunktion mehr, sondern in breiten Marktsegmenten schon heute verfügbar. Die Demokratisierung des blendfreien Dauerfernlichts schreitet voran, wobei der Umstieg auf Systeme mit LED-Lichtquellen hierzu große Vorteile bietet. Die LED kann sehr schnell gedimmt beziehungsweise ein und ausgeschaltet werden. Deshalb werden diese LED-Dauerfernlicht-Systeme bereits als Matrixsysteme ausgelegt, wobei jede verwendete LED mit einer geeigneten Optik ein bestimmtes Segment im Verkehrsraum ausleuchtet. Es sind von uns heute schon zahlreiche LED-Systeme mit blendfreier Dauerfernlicht-Funktion im Serieneinsatz.

Wie kommt diese Technik kostengünstig in die Kompakt- und Kleinwagenklasse?

Ein Vorteil von LED-Lichtquellen für das blendfreie Dauerfernlicht wird sein, dass wir es technisch und finanziell besser an verschiedene Fahrzeugsegmente anpassen können. Für das Kompaktsegment genügen vielleicht sechs Fernlichtsegmente, also sechs LEDs, was nicht mehr wäre als für ein konventionelles Fernlicht. Ein anderer OEM nutzt für die Mittelklasse vielleicht 10 bis 20 Fernlichtsegmente pro Scheinwerfer. Oder ein anderer sagt, im B-Segment der Kleinwagen reichen mir drei Segmente im Fernlicht, um auch dort dem Fahrer einen Komfort- und Sicherheitsgewinn anzubieten. Zukunftsmusik, aber denkbar ist für die Oberklasse ein Scheinwerfer mit zirka 100 Segmenten - als Matrix für die noch flexiblere Ausleuchtung des Fernbereichs mit einer guten horizontalen und vertikalen Auflösung. Mit der Skalierbarkeit wird diese Premiumtechnik in den nächsten Jahren auch in alle Autos der Kompakt- und Kleinwagenklasse kommen.

Welche Weiterentwicklung ist beim Fernlicht noch denkbar, kommt das Laserlicht?

Heute wird die gemäß ECE-Regelung maximal mögliche Intensität und Reichweite eines Fernlichts in der Regel nicht ausgenutzt. Deshalb ist für seine Weiterentwicklung neben der kameragesteuerten Variation der Ausleuchtungsbereiche für die Sicherheit im nächtlichen Verkehr auch die Optimierung der Reichweite relevant. Mit neuartigen Lichtquellen mit hohen Leuchtdichten wie zum Beispiel der Laserlichtquelle kann man an diese Grenze gehen. Dies wurde in dem Serienscheinwerfer Audi R8 LMX von Automotive Lighting umgesetzt, bei dem wir der maximal erlaubten Fernlichtintensität von Emax = 341 lx sehr nahe kommen. Um Blendung anderer Verkehrsteilnehmer auszuschließen, wird hier das Fernlicht automatisch über eine Kamera gesteuert. In einer Studie haben wir die Auswirkungen dieser Intensitätserhöhung des Fernlichts untersucht. Dabei konnten wir zeigen, dass eine Verdopplung der Fernlichtintensität die Fehlerrate der Erkennung von Objekten in 250 m Entfernung halbiert. Außerdem hat sich herausgestellt, dass die Optimierung der Fernlichtausleuchtung die Abstandsschätzung durch den Fahrer erleichtert. Damit zeigt diese Untersuchung den erheblichen Sicherheitsgewinn höherer Fernlichtintensitäten.

Wie viel früher sehe ich mit dem optimalen Fernlicht ein Objekt?

Die Reichweite für ein Fernlicht kann immer nur für eine bestimmte Größe des zu erkennenden Objekts und seinen Kontrast zum Hintergrund angegeben werden, deshalb ist es nicht einfach, diese Frage kurz in absoluten Werten zu beantworten. Die eben erwähnte Untersuchung hat ja deutlich die Vorteile für erheblich höhere Fernlicht-Lichtstärken aufgezeigt.

Ein Weg, diese zu erreichen, ist die Verwendung von Laserdioden. Diese sind aufgrund ihrer Eigenschaften prädestiniert, die angestrebten hohe Lichtstärken im Scheinwerfer zu erzielen. Wenn ich auf den bereits erwähnten knappen Bauraum im Scheinwerfer zurückkomme, dann hilft uns an dieser Stelle diese neuartige Lichtquelle sehr. Steht allerdings ausreichend Platz für eine größere Optik zur Verfügung, dann lassen sich auch mit LED-Lichtquellen ähnliche Effekte und Verbesserungen erzielen, die die Verkehrssicherheit verbessern.

Wann werden OLEDs die LEDs im Scheinwerfer verdrängen?

Erst einmal gar nicht - sie werden, wie damals die Halbleiter-LEDs, zunächst im Interieur und im Heckbereich eingeführt werden. Als flächige und sehr homogen leuchtende Lichtquellen sind sie dort reizvoll für den Designer. Ihre heutige Lichtstärke erlaubt zwar noch keine Frontanwendung, aber hinten könnten sie aufgrund der geringeren erforderlichen Lichtstärken, beispielsweise für die Schlusslichtfunktion, sehr wohl eingesetzt werden.

Herr Dr. Rosenhahn, ich bedanke mich für das interessante Gespräch.

Zur Person

Dr.-Ing. Ernst-Olaf Rosenhahn (Jahrgang 1964) ist seit Mai 1998 in Reutlingen in der Lichttechnik-Entwicklung der heutigen Automotive Lighting Reutlingen GmbH tätig. Dort ist er Leiter der "Scheinwerfer-Innovationen".

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