Die Vorteile vernetzter LEDs im Fahrzeug

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Licht im Fahrzeug hat nicht nur einen emotionalen Aspekt, sondern dient auch der Sicherheit. BMW arbeitet an der ISELED, bei der LED und Logikcontroller eine Einheit bilden. Beim Thema Licht als unterstützendes Medium ist BMW schon weit fortgeschritten.

Wer heute in ein modernes Fahrzeug steigt, dem fällt neben einem großen Display oft die Beleuchtung auf, die nicht mehr nur auf das Cockpit beschränkt ist. Das Innenlicht hat sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. Gab es vor zehn Jahren noch überwiegend Glühfadenlampen und vereinzelt vernetzte monochrome LEDs in Fahrzeugen, so hat die Anzahl verbauter LEDs für die Interieurbeleuchtung wie bei der BMW Group stetig zugenommen. Beispielsweise hatte der BMW i3 aus dem Jahr 2013 nur drei diskret verdrahtete LEDs. Bei dieser Anwendung war die kundenwahrnehmbare Veränderung des LED-Lichts bedingt durch die LED-typische Bandbreite von Helligkeit und Farbe aus der Produktion sowie die Veränderungen während des Betriebs nicht gelöst.

Mit fortschreitender Industrialisierung der LEDs kam sehr schnell die nächste LED-Generation. Für den BMW i8 aus dem Jahr 2013 mit zehn LEDs in RGB wurden erstmalig LIN-fähige LEDs entwickelt. Zur Weiterentwicklung der Farbstabilität unter nahezu allen Bedingungen wurden die LED-Binnings optimiert und eine bauteilspezifische Kalibrierung eingeführt. Zusätzlich konnten die Entwickler damit das Problem der diskreten Verdrahtung lösen. Wie rasant sich der Trend zur Anwendung von Licht für eine hochwertige Innenraumgestaltung entwickelt hat, zeigt der aktuelle BMW X7 aus 2018: Im Innenraum sind bereits 44 RGB-Leuchtstellen verbaut. Jedoch stößt ein einzelner LIN bereits bei 26 LEDs an seine technische Grenze, weshalb innerhalb der Fahrzeugarchitektur seit dem BMW 7er aus 2016 bereits schon zwei LINs pro Fahrzeug verbaut werden.

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Licht im autonomen Fahrzeug bietet neue Möglichkeiten

Nach Ansicht von BMW sind in den letzten Jahren die Kundenwünsche hinsichtlich Innenraumbeleuchtung stets gewachsen. Ähnlich wie dem wachsenden Markt an Lampen und Leuchten für den privaten Anwender. Für einen Automobilhersteller hat das die Konsequenz, neue Innovationsfelder zu erschließen und bestehende weiter auszubauen. Hier helfen neue Designansätze, um Automobilkunden durch geschickte Gestaltung abwechslungsreiche Lichterscheinungsbilder in Form von Dekoren, Durchleuchtungen oder Projektionen zu bieten. Dabei kommt es auf eine flexible Farbgestaltung und auf eine in sich variable Lichtszenerie an. Licht soll ein Erlebnis sein und gleichzeitig den Komfort des Fahrers verstärken.

Das Licht kommuniziert mit dem Fahrer

Licht kann zudem mit dem Fahrer kommunizieren: Über Parameter wie Farbe, Anzeigeort und Bewegungsfrequenzen kann das Licht den Fahrer mit notwendigen Informationen versorgen oder in kritischen Situationen warnen und somit die Sicherheit der Insassen erhöhen. Damit der Fahrer sich auf die Anzeige des Lichts verlassen kann, ist natürlich eine entsprechend sichere und zu jederzeit deutlich sichtbare Anzeige des Lichts unerlässlich. Das autonome Fahren wird die Automobilbranche verändern: Mit dem Vision iNEXT hat BMW ein Fahrzeugkonzept vorgestellt, das Ort der Entspannung, der Interaktion, des Entertainments oder der Konzentration sein kann. Entsprechend gleicht das Interieur eher einem modern eingerichteten, behaglichen Wohnzimmers auf vier Rädern. Für die Lichtgestaltung bedeutet beispielsweise: Für produktive Tätigkeiten muss ein produktives Licht zur Verfügung stehen.

Licht hat somit eine unterstützende Funktion. Der Arbeits-/Lesebereich muss gut ausgeleuchtet sein, so dass ein möglicher Schattenwurf vermieden wird. Am besten bietet sich daher nach wie vor eine Positionierung des Lichts im Dachhimmel an, welche gängige Anforderungen der Farbtemperaturgestaltung zu unterschiedlichen Tageszeiten erfüllen muss. Die Entwickler arbeiten daran, dass das Auto selbstständig erkennt, was der Fahrer tun möchte und welches Licht dafür notwendig ist. Schließt der Fahrer das Fahrzeug auf einem dunklen Parkplatz auf, so geht schon heute das Licht im Auto an. So findet der Fahrer sein Auto schneller und beim Einsteigen leuchtet es nicht nur die Pfützen vor den Türen aus, sondern unterstützt durch eine Inszenierung den Einsteige-Vorgang und leuchtet dann auch alle Ablagen im Innenraum optimal aus. Beim Start des Fahrzeugs dimmt das Licht auf ein angenehmes Niveau für die Fahraufgabe herunter.

Das Fahrzeug weiß um die Wünsche der Insassen

Aktuell bedient der Fahrer oft noch manuell über Schalter: Das Leselicht wird über einen Knopfdruck aktiviert. Künftig soll ein autonomes Fahrzeug erkennen, dass der Insasse ein Buch aufschlägt, wo im Fahrzeug er das tut und das Leselicht automatisiert anschalten und ausrichten. Die Intelligenz des Fahrzeugs muss also an dieser Stelle für den Komfort des Kunden zunehmen. Ähnlich verhält es sich in einem Smart Home. Hier ist das vernetzte Gebäude mit Sensorik und Steuerelektronik ausgestattet, um die Bewohner zu unterstützen.

Damit das im Automobilbau möglich ist, sind verschiedene Techniken und Steuermöglichkeiten im Automobil notwendig. Mit nur einer LED wäre es unmöglich, verschiedene Orte ausreichend auszuleuchten. Dabei sind gerade das die Anforderungen: mehr Orte, aber auch Durchmischungen und unterschiedliche Ausprägungen der Lichterscheinung. Ein Anwendungsfall, wo diese Anforderungen zum Tragen kommen, ist die Follow-Me-Situation, in welcher der Lichtkegel einer Person folgen können muss. Das Licht als Funktionselement sowie als Designelement verbunden mit ansprechender Inszenierung wird künftig sowohl die Technik als auch die Architektur der Vernetzung im Fahrzeug grundlegend verändern.

LED und Logikcontroller sind eine Einheit

Beim Launch des aktuellen BMW X5 im November 2018 wurde klar, dass in Zukunft eine Hochgeschwindigkeits-Vernetzung der LEDs notwendig wird. Die nächste Generation muss vom Herstellprozess verbessert, in Anzahl und Anwendung einfach skalierbar und kostenoptimiert, genauso wie einfach ins Fahrzeug zu integrieren sein. Schnell war klar: LED und Logikcontroller verschmelzen. Entstanden ist ISELED als ein smartes LED-Konzept, mit einer optimalen Vernetzung und Datenraten mit bis zu 2 MBit/s, um bis zu 4000 LEDs in Millisekunden in beinahe Videogeschwindigkeit zu betreiben. Der Logikcontroller mit integrierter Temperaturkompensation ist verlustleistungsoptimiert und wird im Fertigungsprozess der LED direkt mit den Kalibrierungsdaten für Farbe und Helligkeit programmiert. Probleme mit Binnings und Lieferabhängigkeiten der Klassen sind somit gelöst und das alles mit einer Genauigkeit nach MacAdams Step 1 und optimiertem Yield für das Produkt.

Anzeige, Display, Licht und Sensoren verschmelzen

Im Bordnetz werden diese smarten LEDs im ersten Schritt über LIN-Hubs (ILH) angebunden. Bestehende LIN-LEDs werden um Multi-LED-Konfigurationen erweitert. Aktuell verfügbare RGB-LEDs und Multi-LED-Systeme mit LIN-Anbindung sind allerdings nur der notwendige Grundstein für künftige Kundenfunktionen. Mit der zunehmenden Dominanz von Anzeige-Elemente im Fahrzeug zeichnet sich ein weiterer technischer Trend ab: Anzeige/Display/Licht und Sensorik verschmelzen. Damit geht der nächste technische Schritt einher: die LIN-LEDs, Multi-LEDs mit LIN-Anbindung sowie Sensoren und weitere Aktuatoren in einem Feldbus direkt im Fahrzeug zu vernetzen.

Ein möglicher Schritt ist die Entwicklung des ICN-Systems. Solch ein Netzwerk kann über eine zentrale Steuersoftware Schalter, Sensoren, Licht bis hin zu einfachen Projektionssystemen miteinander verbinden. Damit sind LEDs realistisch, welche die definierte Infrastruktur optimal nutzen und weitere Features ermöglichen. Im Sinne der Vernetzung und Smart-Funktionen sind neue Anwendungsfälle möglich: Beispielsweise Matrix-Schaltung oder LEDs mit einstellbarer Farbtemperatur.

Wie es mit der ISELED weiter geht

Die mit ISELED neu geschaffenen technischen Möglichkeiten liefern die Grundlage für weitere Entwicklungen. Im Mittelpunkt steht dabei immer der Anwender, wenn es um Funktionsinhalte geht. Wird der Anwender frühzeitig eingebunden, kann die Gestaltung ganz auf dessen Bedürfnisse ausgelegt werden. Bei der BMW Group wurde schon vor einigen Jahren mit Überlegungen begonnen, in welchen Situationen künftig unterstützende Lichteffekte angezeigt werden können und sollen. Diese ursprüngliche Sammlung an Use Cases wurde inzwischen mithilfe von Nutzerstudien in verständliche Kategorien aufgeteilt. Durch Interviews haben die Entwickler wertvolle Kenntnisse darüber gewonnen, wie die Nutzer in verschiedenen Situationen unterstützt werden möchten und welche Merkmale eines Lichteffekts dabei entscheidend sind.

Um die Anforderungen mit wahrnehmungspsychologischen Grundsätzen zu vereinen, wurden weitere Probandenstudien durchgeführt. Dabei wurde der Fokus auf die individuelle Wirkungsweise der einzelnen Lichtbausteine gelegt: Wie schnell kann ein Fahrer auf unterschiedliche Farben oder Bewegungsarten eines Lichteffekts reagieren? Welche lenken ihn dabei von einer Primärtätigkeit ab? Wie schön wird ein Effekt empfunden? Und welchen Einfluss hat eigentlich die Lieblingsfarbe eines Kunden? Die umfassenden Ergebnisse lassen Schlüsse zu, was ein Fahrer möchte und wasin einer bestimmten Situation am geeignetsten hinsichtlich der jeweiligen Fahrsituation ist. Die gesammelten Erkenntnisse ermöglichen es BMW, ansprechende Kundenfunktionen zu gestalten, die dem Nutzer ein optimales fahrsituationsübergreifendes, unterstützendes Erlebnis bieten.

Fahrzeug-LED: Wie ein Controller-Chip das Licht im Kfz steuert

RGB-LED mit integriertem Treiber für den Fahrzeuginnenraum

* Robert Isele ist Gruppenleiter Nachtdesign und Innenlicht BMW Group Interieur-Elektronik. Franziska Hertlein ist Doktorandin für das Thema Nutzerwahrnehmung von dynamischem Innenlicht als Funktionsträger.

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