Lichtquellen

50% aller Fahrer fühlen sich bei schlechter Sicht gestresst [1]. Abhilfe kann dabei eine gute Ausleuchtung der Straße schaffen, denn gutes Licht ist das beste Nachtsichtsystem. Seit es Autos gibt, setzt HELLA Meilensteine der Innovation und ist zukunftsweisend bei Lichtprodukten und -systemen. Ziel dabei ist, die Steigerung des Fahrkomforts und die Erhöhung der Sicherheit. Darüber hinaus unterstützen die HELLA-Lichtprodukte mit einem attraktiven Styling das spezifische Fahrzeugdesign und die Fahrzeugpositionierung. Erfahren Sie mehr über unser Kompetenzfeld Licht und informieren Sie sich zu den einzelnen Produktbereichen.

[1] Frost & Sullivan

Halogen

Seit Anfang der Sechziger Jahre werden in der Fahrzeugbeleuchtung Halogen-Leuchtmittel eingesetzt. Seit dem werden sie für alle Hauptlichtfunktionen mittels eines Reflexions- oder eines Projektionssystems verwendet. Im Gegensatz zu einfach Glühlampen haben Halogenlampen eine höhere Lebensdauer und einen höheren Wirkungsgrad. Im Glaskolben einer Halogen-Glühlampe befindet sich ein Glühwendel, bestehend aus einem Wolframfaden und einem Gasgemisch aus Halogenverbindungen. Eine besondere Gasfüllung bewirkt, dass die Wolframteilchen der glühenden Wendel wieder zu dieser zurückkehren und nicht den Lichtaustritt im Glaskolben behindern. Der Effekt ist eine höhere Wendeltemperatur und damit eine höhere Lichtausbeute. Neben den Halogen-Reflexionssystemen kommen in Fahrzeugen auch Scheinwerfer mit einem Bi-Halogen-Projektionssystem zum Einsatz. Sie erzeugen Abblend- und Fernlicht mit nur einem Projektionsmodul. Durch den Einsatz einer beweglichen Blende wird mechanisch zwischen den zwei Lichtfunktionen umgeschaltet. In der angehobenen Position erzeugt die Blende die für das Abblendlicht vorgeschriebene Hell-Dunkel-Grenze. Abgesenkt gibt sie den Weg für das Fernlicht frei.

Xenon

Xenon-Scheinwerfer helfen Leben zu retten. Denn wären alle Fahrzeuge auf deutschen Straßen mit Xenon-Scheinwerfern ausgestattet, würde die Zahl der Verkehrsunfälle bei Nacht um 50% sinken. Im selben Zeitraum würden 18% weniger Menschen sterben [1]. Trotz der genannten Vorteile, ist immer noch mehr als die Hälfte aller Deutschen nicht ausreichend über dieses Scheinwerfersystem informiert und fast genauso viele können keinen Vorteil von Xenon-Scheinwerfern nennen. Dem gegenüber steht die hohe Zahl der zufriedenen Besitzer eines Fahrzeugs, das mit einem solchen System ausgestattet ist (96%) [2]. Xenon-Scheinwerfer erzeugen Licht nach dem Prinzip der Gasentladung. Die zur Zündung des Xenon-Gases notwendige Hochspannung von 20.000 Volt wird von einem elektronischen Vorschaltgerät erzeugt.

Bei den Bi-Xenon-Scheinwerfern wird das Abblend- und Fernlicht aus einem Projektionsmodul generiert. Durch die Verwendung einer beweglichen Blende im Scheinwerfer wird mechanisch zwischen den Lichtverteilungen für das Abblend- und Fernlicht umgeschaltet. Dadurch, dass so die gleiche Lichtfarbe und -intensität beibehalten wird, sieht das menschliche Auge eine gleichbleibende Ausleuchtung. Im Vergleich zum Halogen-Abblendlicht ist für das Xenon-Abblendlicht eine heller und breiter ausgeleuchtete Straße charakteristisch. Beim Fernlicht ist die Reichweite deutlich höher und die Randbereiche der Straße werden besser ausgeleuchtet. Bei den Xenon-Scheinwerfern bewirkt die automatische oder auch dynamische Leuchtweiteregelung eine stets korrekte Scheinwerfereinstellung unabhängig von der Beladung, dem Bremsvorgang oder der Beschleunigung des Fahrzeuges. Den Beladungszustand registrieren induktive oder magnetoresistive Achssensoren. Über Stellmotoren wird die Stellung der Scheinwerfer korrigiert. Bei der dynamischen Leuchtweiteregelung wird über das Tachosignal die Geschwindigkeit des Fahrzeuges verarbeitet. Somit können Brems- und Beschleunigungsvorgänge schnell ausgeglichen werden. Das Xenon-Gesamtsystem umfasst auch eine Scheinwerferreinigungsanlage. Sie sorgt für eine saubere Abschlussscheibe des Scheinwerfers, um somit das Xenon-Licht auf die Straße zu richten und eine Blendung des Gegenverkehrs auszuschließen. Um dem Fahrer jedoch eine noch bessere und weiter reichende Sicht zu bieten, wurde 2003 das dynamische Kurvenlicht eingeführt. Hierbei schwenken die Lichtmodule je nach Lenkwinkel. Der nächste Entwicklungsschritt folgte 2005 mit dem Adaptive Frontlighting System (AFS). Basierend auf dem VarioX-Modul wird die Lichtverteilung der Scheinwerfer in Abhängigkeit von Geschwindigkeit und Lenkeinschlag an die jeweilige Situation angepasst. Um nicht nur auf fahrzeuginterne Daten zurückzugreifen, sondern auch Daten aus dem Fahrzeugumfeld zu nutzen, wurde 2009 erstmals ein Scheinwerfersystem mit einer Kamera als Sensor kombiniert. Bei der so erzeugten adaptiven Hell-Dunkel-Grenze (aHDG) wird der Lichtkegel der eigenen Scheinwerfer so gesteuert, dass er jeweils vor den anderen Fahrzeugen endet. Noch einen Schritt weiter geht das blendfreie Fernlicht. Hierbei werden aus der Fernlichtverteilung automatisch diejenigen Bereiche des Verkehrsraums ausgeblendet, die andere Verkehrsteilnehmer stören könnten.

LED

LED-Scheinwerfer als bahnbrechende Innovation im Bereich automobiler Beleuchtung markieren den derzeitigen Höhepunkt einer rasanten Entwicklung, die die LED-Technologie seit Einführung der ersten Lichtfunktionen als hochgesetzte Bremsleuchte Anfang der 1990er Jahre genommen hat.

Aktuelle LED-Scheinwerfer sind aufgrund ihrer Komplexität bzw. der derzeit noch hohen Kosten im Vergleich zu konventionellen Technologien vorerst weiterhin im Premium-Segment zu finden. Die CO2-Diskussion sowohl auf politischer als auch dadurch ausgelöst auf ökonomischer und technologischer Seite zwingt jedoch dazu, energieeffiziente Beleuchtungen auch über das Volumensegment in den Markt zu bringen. LED-Scheinwerfer bieten hierzu die entsprechenden Potentiale. Denn sie bieten nicht nur im Hinblick auf Umweltaspekte Vorteile, sondern ermöglichen dem Fahrer durch die tageslichtähnliche Lichtfarbe ein komfortables Fahren. Zudem bietet die LED hohes Stylingpotential und unterstützt die, zum Beispiel in Kombination mit unterschiedlichen Optiken, markenspezifische Differenzierung des Fahrzeugs. Zur Erzeugung der Lichtfunktionen wird beim Einsatz von LEDs ein Halbleiter verwendet, der elektronisch stimuliert wird, um so Licht auszugeben. Die Umsetzung der Lichtverteilung erfolgt durch eine additive Überlagerung einzelner Teil-Lichtverteilungen verschiedener Optik-Module. Im LED-Scheinwerfer wird das Licht durch Freiformoptiken gezielt so verteilt, dass sich in der Summe die gewünschte Lichtverteilung ergibt. Voraussetzung hierfür ist allerdings ein gutes Thermomanagement der einzelnen Optikelemente. Da nur ca. 10% der elektrischen Leistung in nutzbare Lichtleistung umgewandelt wird, muss die Verlustleistung der LEDs sehr effektiv aus dem LED-Chip abgeführt und an die Umgebung abgegeben werden. Bislang waren bei den am Markt verfügbaren Voll-LED Scheinwerfern primär die Hauptlichtfunktionen (Abblend- und Fernlicht) in LED-Technik ausgeführt. Die hohe Dynamik bei der Entwicklung adaptiver Lichtfunktionen wird künftig aber auch den Bereich der LED-Scheinwerfer erfassen. Schon jetzt zeigt HELLA mit dem ersten Voll-LED Scheinwerfers mit AFS-Funktionen entsprechende Umsetzungsmöglichkeiten. Die Entwicklung wird weiterhin in diese Richtung zeigen, so dass zukünftig die LED-Scheinwerfer im Bereich der Funktionalität das gleiche Niveau wie die aktuellen Xenon-Scheinwerfer erreichen. Ein weiterer Trend, der bei den LED-Scheinwerfern zu beobachten ist, ist der Trend hin zur Optimierung der Energieaufnahme. Dieses sogenannte EcoLED-System zeichnet sich auch durch Kostenoptimierung aus. Die lichttechnische Performance der EcoLED wird oberhalb heutiger Halogen-Scheinwerfer liegen.

Lichtsysteme

Eines der ersten lichtbasierten Assistenzsysteme war das dynamische Kurvenlicht, dessen Einführung 2003 erfolgte. Bei diesem System schwenken die Lichtmodule in Abhängigkeit vom Lenkwinkel. So wird der Sichtbereich in Kurven nahezu verdoppelt.

Eine Weiterentwicklung des dynamischen Kurvenlichts stellt das Adaptive Frontlight System (AFS) dar. Hier wird neben dem Lenkwinkel noch auf die Geschwindigkeit als ein Parameter für die Ausleuchtung der Straße zurückgegriffen. Anhand dieser fahrzeuginternen Daten können mithilfe der Walze des VarioX-Moduls unterschiedliche Lichtverteilungen z.B. für Stadt- oder Landstraßen-, Schlechtwetter- oder Autobahnlicht erzeugt werden.

Noch einen Schritt weiter geht die Entwicklung der adaptiven Hell-Dunkel-Grenze (aHDG). Hierbei wird zur Erzeugung der Lichtverteilungen auf Daten aus dem Fahrzeugumfeld zurückgegriffen. Eine Kamera detektiert entgegenkommende und vorausfahrende Fahrzeuge und mithilfe eines Schrittmotors wird die Walze des VarioX-Moduls innerhalb weniger Millisekunden in die benötigte Position gedreht. Somit endet der Lichtkegel immer direkt vor den entgegenkommenden bzw. hinter den vorausfahrenden Fahrzeugen.

Beim blendfreien Fernlicht fährt der Autofahrer dauerhaft mit Fernlicht. Detektiert die Kamera andere Verkehrsteilnehmer, so werden diese aus der Fernlichtverteilung ausgespart.

LEDs bieten zukünftig die umgekehrte Möglichkeit. Dadurch, dass sie einzeln adressierbar sind, können gezielt Objekte, bspw. am Straßenrand spielende Kinder, angeleuchtet werden. So wird die Aufmerksamkeit des Fahrers rechtzeitig auf diese Gefahrenquellen gelenkt und ihm eine frühere Reaktion ermöglicht.

Adaptive Frontlighting System (AFS)

Das Abblendlicht stellt nur einen Kompromiss aller Teil-Lichtverteilungen dar. Daher wurde mit dem Adaptive Frontlighting System ein dynamisches Lichtsystem entwickelt, das, je nach Geschwindigkeit und Lenkwinkeleinschlag, die bestmögliche Ausleuchtung der Fahrbahn ermöglicht. Zur Realisation wird ein VarioX- Projektionsmodul mit einer rotierenden Walze zwischen Lichtquelle und Linse benötigt. Charakteristisch für die Walze ist zum einen, dass sie unterschiedlich konturiert und zum anderen um die eigene Längsachse drehbar ist. Mithilfe eines Schrittmotors wird die Walze innerhalb von Millisekunden in die jeweils benötigte Position gedreht.

Beim Stadtlicht, das bei Geschwindigkeiten bis 55 km/h aktiviert wird, vermeidet die waagerechte Hell-Dunkel-Grenze die Blendung anderer Verkehrsteilnehmer. Zudem bietet die verbreitete Vorfeldausleuchtung das frühzeitige Erkennen von Fußgängern am Straßenrand.
Zwischen 55 und 100 km/h wird das Landstraßenlicht zugeschaltet, es ist vergleichbar mit der konventionellen Abblendlichtverteilung. Das VarioX-Modul erzeugt eine asymmetrische Lichtverteilung, so kann eine Blendung des Gegenverkehrs vermieden werden. Die Hell-Dunkel-Grenze wird angehoben, um den linken Fahrbahnrand besser auszuleuchten und eine größere Reichweite zu erzielen.
Bei Geschwindigkeiten ab 100 km/h wird das Autobahnlicht aktiviert. Die Reichweite der Lichtverteilung ist auf weite Kurvenradien bei hohen Geschwindigkeiten ausgelegt.
Das Fernlicht des AFS entspricht dem konventionellen Fernlicht. Hierbei ist keine Entblendung anderer Verkehrsteilnehmer erforderlich.
Das dynamische Kurvenlicht ist ebenfalls Bestandteil des Adaptive Frontlighting System. In Abhängigkeit vom Lenkradeinschlag schwenken die Scheinwerfer bis zu 15° mit und ermöglichen so eine optimale Ausleuchtung der Kurve.
Mit dem Schlechtwetterlicht wird eine breitere Streuung des Lichts erzeugt und somit die Sicht bei Regen, Nebel oder Schnee verbessert. Um aber auch die Eigenblendung zu verringern, wird die Fernfeldausleuchtung verringert.

Adaptive Hell-Dunkel-Grenze

Eine Weiterentwicklung des AFS-Systems mit statischen Lichtverteilungen ist die Kombination dieses Systems mit einer Kamera und einer entsprechenden Bildverarbeitung.

Ein erster Schritt hierzu ist die adaptive Hell-Dunkel-Grenze (aHDG):
Mittels einer Kamera an der Frontscheibe werden vorausfahrende und entgegenkommende Fahrzeuge erkannt und die Scheinwerfer so gesteuert, dass der Lichtkegel vor den anderen Fahrzeugen endet. Dadurch kann die Reichweite des Abblendlichts von derzeit ca. 65m auf bis zu 200m (3-Lux-Linie) erhöht werden. Ist die Strecke frei, schaltet das System auf Fernlicht um, so dass jederzeit eine optimale Sicht für den Fahrer gegeben ist. Zusätzlich können über die vertikale Winkelinformation der relevanten Objekte im Kamerasichtfeld Informationen über die Streckentopographie gewonnen werden, so dass im Gelände mit Höhen und Tiefen die Ausleuchtung zusätzlich verbessert wird. Die Einstellung der möglichen Scheinwerferreichweite basiert auf der Kontrolle des Blendniveaus anderer Verkehrsteilnehmer. Eine störende Blendung wird so ausgeschlossen und die maximale Abblendlichtverteilung wird geboten.

Vertikale Hell-Dunkel-Grenze

Ziel des Abblendlichtes ist es, dem Fahrer eine bestmögliche Sicht zu bieten, gleichzeitig aber eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer auszuschließen. Besonders bei höheren Geschwindigkeiten und ungerader Streckenführung reicht dies jedoch häufig nicht aus. Dennoch nutzen viele Autofahrer das Fernlicht nicht, da sie befürchten bei Gegenverkehr nicht rechtzeitig reagieren zu können und so andere Verkehrsteilnehmer zu blenden.

Das blendfreie Fernlicht basiert auf dem Prinzip des ständig eingeschaltetem Fernlichts, vermeidet jedoch eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer.
Das System bestehend aus einer Frontkamera, leistungsfähiger Software sowie intelligenter Lichttechnik blendet automatisch diejenigen Bereiche des Verkehrsraums aus der Fernlichtverteilung aus, die andere stören würden. Das steigert signifikant die Nutzung des Fernlichtes in Nachtsituationen.
Detektiert die Kamera im Verkehrsraum blendungsgefährdete Verkehrsteilnehmer wird aus der Fernlichtverteilung automatisch der Bereich ausgeblendet, in dem sich der durch die Kamera erfasste Verkehrsteilnehmer befindet. Dabei kann dieser ausgeblendete Sektor dem detektierten Verkehrsteilnehmer sogar dynamisch folgen. Der Bereich direkt vor dem Fahrzeug ist permanent durch eine Standardlichtverteilung, vergleichbar mit dem heutigen Abblendlichtniveau, ausgeleuchtet. Die Helligkeit des veränderlichen Bereichs über der Hell-Dunkel-Grenze kann lokal angepasst werden. Eine Möglichkeit das blendfreie Fernlicht zu realisieren kann mittels einer speziellen Mantelfläche der drehbaren Walze im VarioX-Projektionsmodul erfolgen. Auf Basis der Bildverarbeitung und durch intelligente Einstellungen des VarioX-Moduls wird so der entgegenkommende Verkehr durch Weglassen von blendungskritischen Bereichen aus der Fernlichtverteilung herausgenommen. Für den Fahrer bleibt die Fernlichtverteilung erhalten, was im Vergleich zu herkömmlichen Systemen eine beträchtliche Erhöhung der visuellen Reichweite bedeutet.