Intelligente Beleuchtung verbessert Fahrsicherheit und -komfort

Elektronik und Vernetzung ebnen den Weg für neue Anwendungen

Abstract

Die Fahrzeugbeleuchtung hat seit den Tagen der „reinen Elektrik“, als bei Glühlampen nur zwischen Standlicht, Abblendlicht und Fernlicht gewählt werden konnte, einen langen Weg zurückgelegt. Rückblickend war die Einführung der LED-Technik in die Frontbeleuchtung die größte Veränderung. Durch den Einsatz und die Steuerung einer LED-Matrix kann die Lichtverteilung verschiedene Formen und Längen annehmen, wodurch die Lichtverhältnisse bei unterschiedlichsten Verkehrs- und Wetterbedingungen verbessert werden können. Zu Beginn wurde die LED-Beleuchtung häufig zur Kreation neuer visueller Lichtdesigns („Lichtsignaturen“) eingesetzt, mithilfe derer zwischen Marken unterschieden und Emotionen kommuniziert werden können. Da LED stets eine elektronische Steuerung benötigen, hat die Umstellung auf diese Technologie den Weg für eine wesentlich weitreichendere, Veränderung geebnet: Die Elektronik des Lichtsteuergeräts (LCU) bietet völlig neue funktionale Möglichkeiten. Der Schlüssel ihrer Nutzung liegt in der Vernetzung der LCU mit anderen Fahrzeugsystemen und in den verarbeiteten Daten. Da Fahrerassistenzsysteme (FAS) und das hochautomatisierte Fahren (HAF) auf einem immer größeren (Sensor)-Datenpool im Fahrzeug und im Backend basieren, ist das Potenzial für die Integration der Beleuchtung in diesen wachsenden Datenpool groß. So lassen sich neue und genauere Informationen über die Fahrzeugumgebung für die bessere Unterstützung nutzen, die Licht dem Fahrer bzw. der Automatisierung bietet. Unsere langjährige Kompetenz trägt insbesondere in der Entwicklung und Fertigung von LCUs dazu bei, Licht intelligent zu machen, indem der Beleuchtung ein ähnlicher Standard verliehen wird wie dem FAS. Über die Erweiterung der Eingabemöglichkeiten für die Lichtsteuerung erschließen sich neue Anwendungen, der Fahrer wird besser und situationsangepasst unterstützt. Das oberste Ziel ist es, die Performanz der Fahrzeugbeleuchtung so zu steigern, dass der Fahrer keine manuellen Einstellungen mehr vornehmen muss. Anstelle von strengen Grenzen zur Aktivierung beschränkter Festoptionen ermöglicht die intelligente Beleuchtung ein neues Leistungsniveau, z. B. die vorausschauende Beleuchtung. Zu den unten aufgeführten neuen intelligenten Lichtfunktionen zählen die blendfreie Beleuchtung, die homogene Beleuchtung, die High-Definition-Beleuchtung sowie die auf die Bedürfnisse des HAF abgestimmte Beleuchtung.

1. Die Anfänge der Beleuchtung

Historisch gesehen war die Beleuchtung eines der ersten Systeme im Fahrzeug, das um 1910 „elektrisch“ wurde. Dabei blieb es jedoch fast ein Jahrhundert lang. Zugegeben erscheint der Vergleich moderner Halogenscheinwerfer (ab 1962) oder Xenonscheinwerfer (ab 1991) mit der vorangegangenen 6-Volt-Beleuchtung wie die Gegenüberstellung eines Düsenflugzeugs mit einem Doppeldecker. Lichtstärke, Lichtfarbe und Leuchtweite wurden enorm verbessert und das Abbiege- bzw. Kurvenlicht sorgt für eine bessere Ausleuchtung in anspruchsvollen Fahrsituationen. Dennoch hatte der Fahrer bis vor Kurzem nur die Wahl zwischen EIN/AUS oder HI/LO. Sogar das Nebellicht war optional.

Das begann sich mit Einführung des ersten LED-Abblendlichts 2007 und des ersten Voll-LED-Scheinwerfers 2008 zu ändern. Schon bald danach bildete die Notwendigkeit für LED-Steuergeräte den Anfang für erste Verbesserungen: 2010 wurde der erste LED-Scheinwerfer mit adaptivem Frontlichtsystem (Advanced Front Lighting System, AFS) eingeführt, gefolgt von einem LED-Scheinwerfer mit blendfreiem Fernlicht (GFHB) 2013. In denselben Jahren entstand auch das erste blendfreie Pixel-Fernlicht-System. Ein Jahr später kam die erste Laser-Fernlicht-Anwendung auf den Markt. Bereits im Jahr 2015 wurde das erste Auto in der Mittelklasse mit LED-Matrixlicht (Opel Astra) angeboten – ein Durchbruch. 2016 waren bereits mehr als 250 Fahrzeugmodelle quer über alle Segmente mit einer Art LED-Beleuchtung bestückt. Den Weg weist der kurze Zeitabstand zwischen den jüngsten Beleuchtungsinnovationen: Ist die LED-Technologie und Elektronik erst einmal vorhanden, ist der Spielraum für Innovationen groß.

An diesen Entwicklungen ist Continental seit rund zehn Jahren aktiv beteiligt und hat bereits viele OEM-LED- und Laserscheinwerfer mit LCUs (derzeit in der 3. Generation) bestückt. Gerade dieser von Anfang an gesetzte Schwerpunkt auf LED- und Laserlichttechnik geht auf das spezifische Know- how und die langjährige Expertise in der Fahrwerk- und Karosseriesteuerung von Continental zurück und ermöglicht es uns, OSRAM Continental, darauf aufzubauen. Ausschlaggebend für die Entwicklung von LCUs und intelligenter Lichttechnik war das notwendige Hintergrundwissen in den Bereichen Elektronik, Miniaturisierung, höhere Integrationsstufen, Thermomanagement, Sensorfusion (FAS, HAF), elektrische/elektronische Architektur (EEA), Softwareentwicklung, Download nachgelagerter Funktionen über Internet of Things (Software Over-the-Air, SOTA) sowie Vernetzung (IoT, V2V). Die LED-Technologie wird voraussichtlich weitere Marktanteile gewinnen und eine breitere Masse an Fahrzeugmodellen und -marken abdecken, Abb. 1. Zudem wird in den nächsten vier Jahren ein Anstieg der LED-Einbaurate in allen Fahrzeugsegmenten erwartet.

Abb. 1: Voraussichtliche Lichttechnologietrends (basierend auf einer Studie von IHS und SA über Europa, NAFTA, China, Indien, Japan und Südamerika aus dem Jahr 2017)
Abb. 1: Voraussichtliche Lichttechnologietrends (basierend auf einer Studie von IHS und SA über Europa, NAFTA, China, Indien, Japan und Südamerika aus dem Jahr 2017)

Abb. 1: Voraussichtliche Lichttechnologietrends (basierend auf einer Studie von IHS und SA über Europa, NAFTA, China, Indien, Japan und Südamerika aus dem Jahr 2017)

2. Warum LED und Elektronik die Rahmenbedingungen verändern

Ohne Elektronik beschränkt sich die Wahl der Lichtsteuerung durch den Fahrer bzw. die automatisierte LO/HI-Steuerung auf EIN/AUS oder HI/LO. Ergänzungen um weitere Optionen, die eine bessere Ausleuchtung der unterschiedlichen Fahrsituationen ermöglichen, sind relativ beschränkt. Zu den Gründen, die das Autofahren zur anspruchsvollen Aufgabe werden lassen, gehören schlechte Sicht und die Überflutung des Fahrers mit visuellen Reizen: widrige Wetterbedingungen, Nebel, enge kurvige Straßen, Tunnel, Gegenverkehr, nasser Asphalt, Kuppen, Senken oder die störende Vielzahl bunter Lichter in der Innenstadt.

Da LED-Scheinwerfer aus einer Matrix einzelner LEDs oder Arrays bestehen, bieten sie zum ersten Mal die Möglichkeit, entweder einzelne LEDs/Arrays ein- oder auszuschalten, um eine ganz bestimmte Lichtverteilung zu erreichen oder ihre Position über elektronisch gesteuerte Aktoren wie Schrittmotoren zu verändern und so die gleiche Wirkung zu erzielen. Beide Steuerungsabläufe beeinflussen die Lichtverteilung und je nach den unmittelbaren Anforderungen der Fahrsituation potenziell auch die Leuchtweite. Abb. 2 enthält Beispiele für die Vielzahl von hilfreichen Lichtmustervariationen, die nach ECE-R 123 („Adaptive FrontLighting System“) bereits Teil der AFS-Lösung sind. Eine Standardauswahl an AFSFunktionen umfasst: Abbiegelicht (BL), Schlechtwetterlicht (AWL), Fernlicht (HB), Autobahnlicht (ML), Landstraßenlicht (CL), Stadtlicht (TL) und Nebelscheinwerfer (FFL).

Abb. 2: Funktionaler Lichtumfang eines AFS-Grundpakets

Aus ergonomischer Sicht ist gutes Licht eine absolute Voraussetzung für komplexe Aufgaben wie Orientierung, Trajektorienplanung, Mikronavigation, Regel-/Grenz- /Schilderkennung sowie die Erkennung der Fahrbahnmarkierung und schlechter beleuchteter Verkehrsteilnehmer (VRUs) wie Fußgänger und Radfahrer, Abb. 3. Angesichts der Verantwortung, die auf dem Fahrer lastet, ist gutes Licht kein Luxus, sondern eine zwingende Voraussetzung für jedes Fahrzeug, die am besten durch intelligente Beleuchtung erfüllt werden kann.

Abb. 3: Auch schwache Verkehrsteilnehmer profitieren von intelligenter Beleuchtung

3. Zuweisung und Partitionierung der Lichtsteuerung

LED-Scheinwerfer erfordern zumindest ein Minimum an Elektronik zur Steuerung der LEDMatrix. Dieser Funktionsinhalt befindet sich in der Scheinwerfer-Schnittstelle in der Nähe der LED. Aufgrund des Installationsortes und der Platzbegrenzung (zwischen Motorraum und Licht) müssen LCUs trotz der wachsenden Funktionalität miniaturisiert sein. Auch das Thermomanagement ist eine Herausforderung, die durch die Miniaturisierung verstärkt wird. Letztlich ist es eine Frage der elektrischen/elektronischen Architektur (EEA) des Fahrzeugs, ob die Algorithmen der Lichtsteuerung in die LCU integriert sind oder die Scheinwerfer- Schnittstelle nur ein Mindestmaß an Steuerung bietet. Beide Strategien – mehr lokale Intelligenz vs. Konzentration der Intelligenz im Domain Controller – lassen sich auf dem Markt beobachten. Der Einsatz einer modularen Softwarearchitektur ist daher ein praktischer Ansatz. Die intelligenten Beleuchtungsalgorithmen sind unabhängig von der Scheinwerfer- Schnittstelle und können jeder geeigneten ECU, z. B. einem Body Domain Controller (BDC) oder Chassis Domain Controller (CDC), zugeordnet werden, Abb. 4.

Abb. 4: Die intelligente Beleuchtung ist keine Stand-alone-Lösung, sondern das Ergebnis der Vernetzung und Systemintegration.

Die bevorzugte Architektur und Partitionierung der Beleuchtungsalgorithmen ist größtenteils eine strategische Entscheidung des OEM. Aber je nach Strategie – verteilte vs. konzentrierte Intelligenz – muss die Vernetzung für den Datentransport im Fahrzeug entsprechend definiert werden. Während beispielsweise eine vektorbasierte Schnittstelle weniger Bandbreite erfordert, benötigt die Übertragung von Rohkameradaten an eine größere separate ECU eine wesentlich höhere Bandbreite. Intelligente Beleuchtung spiegelt diese potenziellen Variationen in der modularen Softwarearchitektur und den Schnittstellen für beide Optionen wider.

4. Möglichkeiten der intelligente Beleuchtung und neuer Anwendungen

Intelligente Lichtfunktionen werden ermöglicht, indem die Datenbasis zur Aktivierung dieser Lichtfunktionen erweitert wird. Schon heute stützen sich Funktionen wie das Kurvenlicht auf Sensorsignale für Beschleunigung/Geschwindigkeit, Lenkwinkel und Scheibenwischeraktivität (Schlechtwetterlicht). Der nächste Innovationsschritt ist die Einbindung von Daten aus anderen Quellen im und außerhalb des Fahrzeugs.

Die Datenbasis des Fahrzeugs lässt sich durch die Verwendung von Objektlisten (anstatt nur der „dunklen Stellen“ vor dem Fahrzeug) erweitern, die von FAS-Funktionen und automatisierten Fahrlösungen durch die Analyse von Kamera-, Radar- und LiDAR-Daten (Light Detection And Ranging auf Basis von Lasertechnologie) bereitgestellt werden. Diese Informationen zu den Objekten und deren Position – welche an Algorithmen weitergegeben werden, die ein umfassendes Modell der Fahrzeugumgebung mit verfügbaren Trajektorien innerhalb der geltenden Verkehrsregeln erstellen – können zur Verfeinerung intelligenter Lichtfunktionen wie blendfreies Fernlicht (GFHB) genutzt werden. Gestützt auf durch FAS- „Intelligenz“ bereitgestellte Informationen, kann die LCU einen Pixelscheinwerfer entsprechend steuern, um entgegenkommende Fahrzeuge mit größerer Präzision und Systemverfügbarkeit aus der Lichtverteilung auszublenden, Abb. 5.

Abb. 5: Eine der intelligenten Lichtfunktionen, die im OSRAM Continental Versuchsfahrzeug demonstriert werden, ist das blendfreie Fernlicht (GFHB).

Ein statisches eHorizon-System kann Funktionen wie z. B. das Abbiegelicht mit Kartendaten zu Kurvenradien versorgen, um die Funktion ohne Reaktionszeit zu aktivieren. Diese Art von erweiterter, auf statischen Kartendaten gestützter Steuerung ist bereits auf dem Markt verfügbar. Die erweiterte/intelligente Lichtfunktion GFHB lässt sich entweder durch Schrittmotor- oder Pixellichtsteuerung realisieren.

Eine weitere bereits bestehende erweiterte Lichtfunktion auf Basis von Daten im Fahrzeug ist das Markierungslicht: Ein vom FAS erkanntes und klassifiziertes Objekt, beispielsweise ein an der Straße entlang laufender Fußgänger, kann durch Aufblenden des Scheinwerfers gewarnt werden und damit wird eine Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Person hergestellt.

Zusätzliche Vorteile kann der Fahrer besser nutzen, indem Informationen über das Fahrzeug hinaus der Lichtsteuerung zugeführt werden, mit dem Ziel, die Qualität der Vorhersagen zu verbessern. Die Add-on-Lösung eHorizon.Weather liefert ein Beispiel: Auf Basis eines Dongle werden Statusinformationen des Fahrzeugsystems wie Nebelschlussleuchte Ein/Aus, Scheibenwischer Ein/Aus, ABS-/ESC-Aktivität und Temperatur gesammelt, im Backend in Echtzeit verarbeitet und die optimierten Ergebnisse als Wettermeldung über eine Smartphone-App kommuniziert, Abb. 6. Zwar findet die Lichtsteuerung bei dieser Lösung noch manuell statt, aber sie zeigt die künftigen Möglichkeiten auf. Der bestehende Dienst eHorizon.Weather ist der erste Schritt auf dem Weg zu einer fahrzeugintegrierten Lösung auf Basis des Telematiksystems im Auto als Gateway. In Zukunft kann diese Art von Nebelinformation in einem dynamischen eHorizon verwendet werden, das Informationen aus der Cloud (von einem dienstleistenden Backend) und auch der örtlichen V2V-Kommunikation verarbeitet, Abb. 7.

Abb. 6: In Zukunft lassen sich auch Wettermeldungen einsetzen, um vorausschauende Lichtfunktionen zu ermöglichen

Da beide Technologien (Cloud/Backend und direktes V2V) sehr wahrscheinlich über Jahrzehnte parallel in einer heterogenen Landschaft existieren werden (bei einigen Fahrzeugen immer noch nicht vernetzt), sollten beide Datenverbindungen sowie das Smartphone als Ergänzung für eine möglichst breite Abdeckung und Reichweite gesehen werden.

Angeschlossen an die LCU, lassen sich über Nebelinformationen automatisch die Nebelschlussleuchte und Nebelscheinwerfer aktivieren, sobald sich das Auto dem entsprechenden Bereich nähert. Diese Form der intelligenten Lichtsteuerung ist durch die Schaffung zusätzlicher Vorteile ganz klar auch ein Schritt in Richtung Servitization der Beleuchtung.

Ein weiteres Beispiel sind vernetzte Fernlichtsysteme: Dabei sorgen die von anderen Fahrzeugen stammenden Informationen zum Fernlichtstatus (direkt über den V2V-Kanal und/oder über Backend/Cloud) dafür, dass das Fernlicht ohne Fahrertätigkeit gesteuert wird, wenn vorausfahrende Fahrzeuge, zum Beispiel wegen eines einsamen Gebäudes an einer Landstraße, zum Abblendlicht wechseln. Diese Beleuchtungsinformationen stammen aus Fahrzeugen, die miteinander kommunizieren und werden an ein Backend übermittelt, wo die Daten analysiert, optimiert und anschließend wieder an andere Autos verteilt werden. Auch hier sollten V2V und Backend nicht als „Entweder-oder“-Entscheidung, sondern vielmehr als ein komplementärer Ansatz betrachtet werden, mit dem so viele Autos und Fahrer wie möglich erreicht werden sollen, um die Qualität der Lichtsteuerung und die Unterstützung für den Autofahrer zu verbessern.

5. High-Definition-Beleuchtung

High-Definition-Beleuchtungssysteme (HD-Beleuchtung) sind ein viel diskutiertes Thema und werden in den kommenden Jahren kommen. Im Vergleich zu bestehenden Standard-Matrix- Lichtlösungen mit z. B. acht steuerbaren Elementen pro Scheinwerfer mit bis zu je 84 LEDs kann die HD-Beleuchtung auf vielen verschiedenen Systemen beruhen und z. B. zwei oder drei LED-Arrays mit je 1024 Pixel oder sogar noch höheren Auflösungen umfassen. Mit der HD-Beleuchtung lassen sich GFHB-Systeme weiter verbessern und neue Funktionen implementieren. Um die hohe Auflösung solcher Matrizen voll auszunutzen, werden zur Matrix-Steuerung vor allem die Vernetzung und Objektdaten aus der Sensorfusion benötigt. Diese Daten dienen zur Berechnung der Position der Beleuchtungslücken mit größtmöglicher Präzision sowie der optimalen Form. Aktuell werden zwei grundsätzliche technische Lösungen diskutiert, beide mit gewissen Stärken und Schwächen:
Subtraktive Systeme können auf Digital Micromirror Devices (DMDs) und Digital Light Processing (DLP) mit hoher Auflösung gestützt werden. Subtraktive DLPBeleuchtungsfunktionen können jedoch nur in einem begrenzten Öffnungswinkel von ca. 7° verwendet werden, da sonst bestimmte Bereiche zu wenig Licht abbekommen. Die neueste Möglichkeit, subtraktive Beleuchtungsfunktionen zu schaffen, ist die LCD-Technologie. Additive Lösungen basieren auf Laserlicht (als weiße Lichtquelle) und mikrostrukturierten LEDs, welche mehr Licht bieten. Wir erforschen auf Grundlage des DLP-Systems (Versuchsfahrzeug, erwähnt in Abschnitt 4), wie sich High-Definition-Beleuchtungssysteme besser verstehen und ECUs für die HD-Beleuchtung allgemein bereitstellen lassen.

Der große Spielraum, der sich durch die HD-Beleuchtung zur Bestimmung der Lichtverteilung und Leuchtweite bietet, kann genutzt werden, um den Fahrer zu unterstützen sowie die Mensch-Maschine-Interaktion zwischen Fahrer und Fahrzeug und die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und anderen Verkehrsteilnehmern zu verbessern. Wird zum Beispiel ein VRU an einem schlecht beleuchteten Straßenrand oder Gehweg von einem FAS aufgegriffen, kann die intelligente Beleuchtung diesen VRU markieren, indem mehr Licht auf ihn geworfen wird (natürlich ohne ihn dabei zu blenden), um so eine gegenseitige Kommunikation herzustellen: Der Fahrer wird durch die Markierung auf die Person aufmerksam gemacht und der VRU merkt, dass er auch wirklich vom Fahrzeug/Fahrer bemerkt wurde. So lassen sich unsichere und potenziell gefährliche Situationen aufklären. Der Schlüssel dazu liegt in der Erweiterung der Mensch-Maschine- Schnittstelle um die Beleuchtung.

6. Vernetzung der Lichtsteuerung mit dem AR-HUD

Das Augmented Reality Head-up-Display (AR-HUD) sorgt dafür, dass die adaptive Lichtverteilung in einer GFHB-Lösung weiter verbessert werden kann. Im Prinzip erfordert die Berechnung der Größe und Positionierung der Augmentierungen (= virtuelle Symbole und Hinweise, die die reale Ansicht des Fahrers durch temporäre Überlagerungen ergänzen) eine sehr ähnliche Lösung wie ein GFHB-System. Im Fall der Augmentierung wird diese Funktion durch das AR-Creator-Steuergerät [1] durchgeführt. Darin enthalten sind leistungsfähige Algorithmen, die Form, Größe und Position der einzelnen Augmentation auf Grundlage einer umfassenden Datenfusion der Fahrzeugumgebung (wie vom Fahrer gesehen) und der Positionierung des Fahrzeugs berechnen. Durch Vernetzung des AR-Creators mit der LCU können andere Fahrzeuge mit größerer Präzision vom Fernlicht ausgeblendet werden, denn die Lichtverteilung lässt sich mit einer zweiten Steuerung abgleichen, die die Außenansicht für den Fahrer abbildet. Auf Basis dieses Konzepts kann eine integrierte Mensch-Maschine-Schnittstelle aus Kombiinstrument, Head-up-Display (= Windschutzscheiben- oder Combiner-HUD) und AR-HUD entwickelt werden. Diese Vernetzung der intelligenten Beleuchtung mithilfe des AR-Creators lässt sich für zukünftige Anwendungsfälle einsetzen. Sinnvoll wäre es für die Interaktion zwischen Fahrer und Fahrzeug, wenn Augmentierungen wie Navigationssymbole (virtuelle Turn-by-Turn- Anzeigepfeile) durch Lenkung des Lichts in die gewünschte Richtung ergänzt würden, zum Beispiel, wenn ein Fahrer an der nächsten Kreuzung rechts abbiegen muss.

7. Hochautomatisiertes Fahren und intelligente Beleuchtung

Das hochautomatisierte Fahren (HAF) wird aller Wahrscheinlichkeit nach die Anforderungen an die Lichtsteuerung verändern. Zum Beispiel benötigt der Fahrer weniger Licht, wenn er anderen Tätigkeiten nachgeht. Es muss jedoch genug Licht für die Kamerasensoren vorhanden sein, damit der Fahrer die Situation überprüfen kann. Die intelligente Beleuchtung kann auch hilfreich sein, wenn die Automatisierung die Steuerung des Fahrzeugs wieder an den Fahrer übergibt. Damit könnte die intelligente Beleuchtung zur sogenannten „Mode Awareness“ des Fahrers beitragen: Dass der Fahrer stets seine unmittelbare Rolle und Verantwortung („Fahrer“ oder „Beobachter“) intuitiv versteht, ist ein wichtiges Element beim Interaktionskonzept für das HAF. Neue Lichtfunktionen im Fahrzeug könnten genutzt werden, um diese entscheidende „Mode Awareness“ weiter zu stärken. Ein Beispiel ist die Erhöhung der Frontlichtmenge und potenziell die Ausweitung des Lichtkegels zu Beginn der Übergabe, um dem Fahrer ein möglichst klares Verständnis der Situation zu geben. Ein weiterer wertvoller Beitrag, den die intelligente Beleuchtung zum HAF leisten könnte, liegt im Vertrauensaufbau. Weist die Beleuchtung den Fahrer auf vorausfahrende Fahrzeuge, erkannte Objekte oder Verkehrszeichen hin, würde er intuitiv verstehen, dass sein Fahrzeug diese erkannt hat, was zum Vertrauensaufbau in die Automatisierung beiträgt. Natürlich muss dieses mögliche Element der Mensch-Maschine-Schnittstelle Teil eines ganzheitlichen Ansatzes sein, der alle Säulen des Interaktionskonzepts berücksichtigt (d. h. Kombiinstrument, Display(s), akustische/haptische Kommunikation und auch (AR)-HUD). Andererseits könnte ein Fahrzeug, das sich in einer automatisierten Fahrphase befindet, die Beleuchtung als zusätzliches Kommunikationselement mit anderen Fahrzeugen oder Fußgängern nutzen. Zum Beispiel kann der Fahrer bei Fahrten in der Innenstadt, wenn er seine E-Mails liest, nicht mit dem Fußgänger kommunizieren und ihm zu verstehen geben, dass er ihn gesehen hat und ihm Vorrang gibt. Geeignete Scheinwerfersignale könnten Teil dieses neuen Bedarfs an einer Mensch-Maschine-Interaktion sein. Einer der Vorteile dieser neuen Kommunikationsart ist, dass sie auf einem sehr schnellen Kommunikationskanal arbeitet.

Die intelligente Beleuchtung baut nicht nur auf neue Eingabemöglichkeiten und bessere Informationen, sie kann auch für eine Verbesserung der Datenbasis für das HAF sorgen: Der Prozess ist bi-direktional, denn die Automatisierungssteuerung könnte die Berechtigung erhalten, besseres Licht (= homogenes Licht) in einem bestimmten Frontbereich anzufordern, um zum Beispiel die visuelle Objektklassifizierung zu verbessern. Trotz der enorm vorangeschrittenen Dynamik aktueller und künftiger Kameragenerationen könnte dies den Algorithmen helfen, welche die Kamera-Rohdaten verarbeiten. Solch eine Anforderung kann natürlich nur in einem blendfreien Ansatz erfüllt werden. Die homogene Beleuchtung wird die Leistung von Sensoren ebenso verbessern wie die Leistung eines menschlichen Fahrers.

Die Notwendigkeit, die funktionale Wahl der Fahrzeugbeleuchtung an den „einzigartigen Bedürfnissen“ des HAF auszurichten, spiegelt sich auch in der SAE Recommended Practice J3134 „Autonome Fahrzeugbeleuchtung“ wider, die von einer Task Force als erste Leitlinie für „Empfehlungen für standardisierte Lösungen, die diese Bedürfnisse erfüllen“ erstellt wurde [2].

8. Zusammenfassung und Ausblick

Die intelligente Beleuchtung steht kurz davor, ein neuer Bestandteil der Fahrerassistenz zu werden. Genau wie das FAS unterstützen auch situationsspezifische Lichtprofile den Fahrer und/oder die Fahrzeugautomatisierung. Die Voraussetzung für die Nutzung neuer Lichtfunktionen ist die Vernetzung. In Zukunft kommen die Daten für die intelligente Lichtsteuerung aus zusätzlichen Quellen im Auto sowie weiteren Quellen (Sensoren, eHorizon, V2V, FAS, HAF), um z. B. vorausschauende Lichtfunktionen zu ermöglichen. Ein System wie das GFHB kann über die V2V-Kommunikation verbessert werden, wobei einander näherkommende Fahrzeuge über die Luftschnittstelle kommunizieren, um eine schnelle Reaktionszeit oder vorausschauendes GFHB zu ermöglichen.

Die intelligente Lichtsteuerung, die aus Situationen (bzw. aus der Mustererkennung) lernen kann, wird in der Lage sein, Entscheidungen (z. B. den Wechsel auf Abblendlicht bei Annäherung an ein Haus auf einer Landstraße) von vorausfahrenden Fahrzeugen zu verarbeiten. Eine entsprechende Lichtfunktion kann so ohne Reaktionszeit und Blendung aktiviert werden.

Insgesamt wird sich mit der intelligenten Beleuchtung die Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbeleuchtung steigern lassen. Das Ziel: den Fahrer – idealerweise – von allen Lichtsteuerungstätigkeiten zu befreien. Stattdessen wird dem Fahrer immer das beste Beleuchtungsprofil für die unmittelbare Fahr- und Verkehrssituation zur Verfügung gestellt. Statt die aktuellen strengen Grenzen von Rechtsvorschriften in den Mittelpunkt zu stellen, wird die intelligente Beleuchtung eine höhere Leistungsfähigkeit bieten können. Beim HAF kann die intelligente Lichtsteuerung potenziell Anforderungen erfüllen, die sowohl das menschliche als auch das maschinelle Sehvermögen verbessern. Gleichzeitig ebnet die intelligente Beleuchtung den Weg für eine Servitization der Beleuchtung durch neue backend-basierte Dienste, die zusätzliche Vorteile bieten.

Die intelligente Lichtsteuerung kann auch einen Beitrag zur Straßendatenbank leisten, die durch die Sammlung und Verarbeitung von High-Definition-Fahrzeugkameradaten an bestimmten Straßenpunkten aufgebaut wird, um die Datenbasis für intelligente Verkehrslösungen und das HAF zu verbessern. Ist die Fahrzeugposition genau bekannt und enthält die Straßendatenbank relevante Lichtinformationen, die aus der Verarbeitung der Daten vieler Fahrzeuge, die bereits die Gegend durchfahren haben, gewonnen wurden, dann kann die Beleuchtung anderer Fahrzeuge von diesen Informationen profitieren.

9. Abkürzungen

ADB = Adaptives Fernlicht (= blendfreies Fernlicht)
AFS = Adaptives Frontlichtsystem
AR-HUD = Augmented Reality Head-up-Display
AWL = Schlechtwetterlicht
BDC = Body Domain Controller
BL = Abbiege-/Kurvenlicht
CDC = Chassis Domain Controller
CL = Landstraßenlicht
CoBePa = Continental Backend Platform (für SOTA)
DLP = Digital Light Processing
DMD = Digital Micromirror Device
ECU = Elektronisches Steuergerät
EEA = Elektrische/elektronische Architektur
FAS = Fahrerassistenzsystem
FFL = Nebelscheinwerfer
GFHB = Blendfreies Fernlicht
HAF = Hochautomatisiertes Fahren
HB = Fernlicht
HD-Beleuchtung = High Definition-Beleuchtung
HUD = Head-up-Display (Windschutzscheiben- oder Combiner-HUD)
IoT = Internet der Dinge
LCU = (Externe) Lichtsteuerung
LED = Leuchtdiode
LiDAR = Light Detection And Ranging
ML = Autobahnlicht
OEM = Original Equipment Manufacturer (Fahrzeughersteller)
SOTA = Software Over-the-Air (Download)
TL = Stadtlicht
V2V = Vehicle-to-Vehicle-(Kommunikation)
VRU = schwacher Verkehrsteilnehmer

10. Literaturhinweise

[1] Giegerich, P., Richter, P., Dittmann, H.: Head-Up-Display Algorithmen für Augmentierungen. In: ATZelektronik 9 (2014) Nr. 6, Seite 64-67

[2] http://standards.sae.org/wip/j3134/

11. Autor

Hr. Maximilian Austerer