Scheinwerfer sind mehr als nur ein Lichtspender. Dank LED-Technik und mit intelligenter Steuerung leuchten sie punktgenau, projizieren Hinweise auf die Straße und können sich auf unterschiedlichste Wettersituationen einstellen. Das alles verteuert die Weiterentwicklung moderner LED-Scheinwerfer allerdings erheblich. Für die Firma Hella hat das Fraunhofer IEM gemeinsam mit Partnern deshalb die Entwicklungs- und Testprozesse erheblich effektiviert. Auch andere Zulieferer könnten von den Erfahrungen der Experten profitieren.

Es ist offensichtlich, dass der Straßenverkehr abends und nachts gefährlicher ist als während des Tages. Ein Blick auf die Statistik zeigt: Nach Angaben des Deutschen Verkehrssicherheitsrats haben Fußgänger nachts sogar ein dreifach höheres Unfallrisiko als bei Helligkeit: »Während bei Tage etwa 25 Getötete auf 1.000 Unfälle zu verzeichnen sind, steigt diese Zahl bei Nacht auf über 70«. Ein Großteil der Unfälle bei Nacht wäre aber vermutlich vermeidbar, wenn die Szenerien ausreichend beleuchtet wären. Und das gilt natürlich nicht nur für die Fußgängererkennung, sondern generell für weitere Formen des Verkehrsgeschehens. Den Scheinwerfern kommt also, neben den weiteren sicherheitsrelevanten Systemen, eine zentrale Bedeutung zu. Dabei konzentriert sich die Weiterentwicklung der Lichtbringer nicht nur auf eine augenfreundliche und sinnvolle Erhellung des Blickfeldes. Sie können mittlerweile deutlich mehr leisten. Bereits heute besteht ein moderner Scheinwerfer aus mehr als 80 einzeln ansteuerbaren LEDs. Diese Pixel erlauben eine punktgenaue Akzentuierung der Ausleuchtung.

Self-Healing Prozesse


Künftig dürfte die Zahl einzeln ansteuerbarer Lichtquellen pro Scheinwerfer in die Hunderte oder Tausende gehen. Ein Fahrzeug hätte dann sozusagen gleichzeitig auch zwei »Beamer« an Bord, mit denen beispielsweise Markierungen auf die Fahrbahn projiziert, erkannte Radfahrer mit einem visuellen »Sicherheitsring« umgeben oder Richtungspfeile (oder auch eine Ideallinie) auf der Straße abgebildet werden können. Zusätzlich verfügt der Scheinwerfer über eine sich selbst heilende Funktion (Self-Healing), bei der der Ausfall einer LED durch andere bestmöglich kompensiert wird. Doch all das ist kompliziert und macht die Entwicklung immer modernerer Scheinwerfer zu einem Kosten- und Zuverlässigkeitsrisiko. Denn ist der Scheinwerfer erst einmal auf der Straße, muss er kontinuierlich und vollumfänglich funktionieren – bis ins Detail. Um das zu gewährleisten, sind in der Regel umfangreiche Tests nötig: Lichtmuster müssen aufgebaut, Prototypen produziert und im Straßenverkehr unter besonderen Sicherheitsvorschriften ausführlich getestet werden. »Und das bei jeder Weiterentwicklung«, erklärt Christopher Lankeit vom Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM.

 

Hardware-in-the-Loop-Prüfstand für Dynamiktests im Lichtkanal Bild: Fraunhofer IEM

Intelligente Entwicklungs- und Testverfahren für hochmodere Scheinwerfer


Gemeinsam mit den Universitäten Dortmund und Paderborn konzipiert das Fraunhofer IEM deshalb zusammen mit dem Lichttechnik und Elektronikprodukte-Hersteller Hella im EU-geförderten Projekt »Smart Headlamp Technology« einen Entwicklungsprozess, der Aufwand, Dauer und Kosten deutlich minimiert. »Im Zentrum stehen dabei drei Phasen des Entwicklungsprozesses. Sie decken unterschiedliche aber aufeinander aufbauende Analyseaspekte ab«, erklärt Lankeit. Dabei sollen zum einen Möglichkeiten geschaffen werden, mit Hilfe eines Fahrsimulators virtuelle Testfahrten durchzuführen. »Ziel ist es, einzelne, relevante Systemfunktionen in einem sehr frühen Entwicklungsstadium und ohne den kostenintensiven Aufbau von physischen Prototypen optimieren zu können«, sagt Lankeit.

Prüfstandskinematik simuliert reale Bewegungen

Ein zweiter Schwerpunkt ist der Aufbau eines Hardware-in-the-Loop-Prüfstands. Die Forscher des Fraunhofer IEM haben dafür unter anderem eine spezielle Kinematik entwickelt, die die realen Bewegungen einer Fahrzeugfront am Prüfstand simuliert. »Durch beispielsweise das scheinbare Fahren über Kopfsteinpflaster oder ein Schlagloch am Prüfstand können wir Daten gewinnen, die sonst nur durch tatsächliche Fahrten möglich wären«, sagt Lankeit. Dabei wird dem Scheinwerfer eine bereits reale Straßenumgebung »vorgegaukelt«, da er an einem beweglichen Roboter angebracht ist, der die Bewegungen des Fahrzeugs simuliert. »Wir können damit unter reproduzierbaren Laborbedingungen Reaktionen wie beispielsweise auf Nebel oder Regen beobachten, die auf die Leistung des Scheinwerfers Einfluss nehmen. Der dritte Bereich schließlich umfasst die klassische Testfahrt, mit einem dann aber schon deutlich optimierten Scheinwerfer. »Dabei werden nicht nur die eigentlichen Scheinwerferfunktionalitäten wie das Scheinen final getestet, sondern auch neu entwickelte Condition-Monitoring-Verfahren, durch die sich das System selbst überprüft. Sie sind die Voraussetzung für das Self-Healing«, sagt der Forscher.
Mittlerweile ist das System so weit entwickelt, dass die Effizienz und Aussagekraft der neuartigen und deutlich intelligenteren Prozesssteuerung im Bereich Entwicklung mit Hilfe eines Demonstrators nachgewiesen ist. Ende des Jahres, so Lankeit, könnte die Smart Headlamp Technology dann so weit ausgereift sein, dass der Zulieferer den effizienteren Entwicklungsprozess am Beispiel der selbstheilenden Scheinwerfer evaluiert hat.

(aku)

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Christopher Lankeit
  • Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
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