AUS DER FORSCHUNG Der
AUS DER FORSCHUNG Der LED-Chip mit 1024 einzeln ansteuerbaren Lichtpunkten ist etwa so groß wie ein Fingernagel. Die Kombination von drei solchen LED-Chips ermöglicht eine Auflösung von 3072 Pixel je Scheinwerfer Mehr Sich(t)erheit im Verkehr Forschungsverbund entwickelt intelligenten Pixelscheinwerfer Gemeinsam mit Projektpartnern hat Osram Opto Semiconductors einen neuartigen LED-Chip mit 1024 einzeln ansteuerbaren Lichtpunkten entwickelt. Er soll das sogenannte adaptive Fahrlicht in eine neue Dimension bringen. Die intelligente Lichtlösung kann als technische Grundlage für eine neue Klasse energieeffizienter LED-Frontscheinwerfer mit ergänzenden Verkehrs - sicherheitsfunktionen gelten. Ein deutscher Forschungsverbund mit namhaften Mitgliedern aus Industrie und Forschung hat die Grundlagen für einen intelligenten LED-Fahrzeugscheinwerfer mit hoher Auflösung entwickelt. Das Demonstrationsmodell wurde vom Gesamtprojektleiter Osram gemeinsam mit den Projektpartnern Daimler, Fraunhofer, Hella und Infineon entwickelt. Erstellt aus Unterlagen der Projektteilnehmer von Jens-Peter Knauer, Redakteur AutomobilKonstruktion Jeder Scheinwerfer enthält drei neuartige LED- Lichtquellen mit jeweils 1024 einzeln ansteuerbaren Punkten. Dadurch lässt sich das Scheinwerferlicht sehr genau an die jeweilige Verkehrssituation anpassen, sodass immer optimale Lichtverhältnisse herrschen, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden. Das Licht kann an jeden denkbaren Kurvenverlauf so angepasst werden, dass es keine dunklen Randbereiche gibt. Mithilfe von Sensoren im Fahrzeug kann zudem das Umfeld analysiert werden, um andere Verkehrsteilnehmer ausreichend anzuleuchten. Dies macht sie für den Fahrer deutlicher wahrnehmbar. Gleichzeitig können aber die Köpfe entgegenkommender Verkehrsteilnehmer vom Lichtstrahl ausgespart werden, um zuverlässig deren Blendung zu vermeiden. Solch ein variables Fernlicht bräuchte daher auf der Landstraße nie mehr abgeblendet zu werden. Variable und adaptive Lichtverteilung Beim Einsatz eines intelligenten und hochauflösenden Scheinwerfers, dessen Machbarkeit nun in dem Projekt erfolgreich demonstriert wurde, werden die Fahr- und Wettersituationen kontinuierlich analysiert: Wie ist der Straßenverlauf, wie hoch die Geschwindigkeit, kommt Gegenverkehr und wie ist der Abstand zu anderen Verkehrsteilnehmern? Darauf ba- Bild: Osram sierend, sorgt die variable und adaptive Lichtverteilung in jeder Situation für eine passgenaue Beleuchtung. Bei höherer Geschwindigkeit vergrößert sich beispielsweise automatisch auch die Reichweite des Lichtkegels. Im Stadtverkehr bringt hingegen eine breitere Lichtverteilung mehr Sicherheit, die zusätzlich zur Straße auch den Bürgersteig und Randbereiche besser ausleuchtet. „Wir wollen diese neue Art hochauflösender LED-Lichtquellen nun zur Serienreife bringen und sehen großes Potenzial für die Anwendung im Fahrzeuglicht“, sagt Stefan Kampmann, Technikvorstand der Osram Licht AG. Infineon entwickelte die intelligente Treiberschaltung im neuartigen LED-Chip. Dank ihr lässt sich jeder einzelne der 1024 Lichtpunkte individuell ansteuern. Dem Halbleiterhersteller ist es gelungen, sie so zu designen, dass sie im LED-Chip direkt mit dem über ihr liegenden lichtemittierenden LED-Array zu verbinden ist. Die Hella KGaA Hueck & Co spezifizierte – ausgehend von den funktionalen Anforderungen von Daimler – die wesentlichen technischen Anforderungen an die Lichtquelle. Der Licht- und Elektronikspezialist entwickelte das gesamte optische System der Lichtmodule sowie deren Entwärmungskonzept und baute die Prototypenscheinwerfer auf. Von Daimler wurden im Forschungsprojekt die funktionalen Anforderungen und die künftigen Fahrzeugeigenschaften für das Scheinwerfer-Gesamtsystem spezifiziert. Daraus ergaben sich die Komponenten und die Moduleigenschaften für das Scheinwerfer-Gesamtsystem, das unter Berücksichtigung künftiger Sensoren und Fahrzeug-Architekturen die optimale Lichtverteilung berechnet und an die Pixel-Scheinwerfer weitergibt. Für die Erprobungstests im Realverkehr war ein Fahrzeug von Daimler mit den intelligenten LED-Scheinwerfern im Einsatz. Fraunhofer brachte in das Projekt seine Kompetenz zu Verbindungstechnik (LED & ICs) und Materialien sowie zur Erkennung und Isolation von Defekten ein. Die sehr hohe Auflösung gelang durch eine noch feinere Strukturierung mit einer außergewöhnlichen, miniaturisierten Anschlusstechnik. Hierzu wurden am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin LED-Arrays von Osram mit 1024 Pixeln auf eine aktive Treiberschaltung von Infineon montiert, die jeden Pixel individuell ansteuert. www.osram.de 28 AutomobilKonstruktion 4/2016
ANTRIEB Dr. Uwe Dieter Grebe, Geschäftsführer Entwicklung Antriebssysteme, und Kai Uwe Voigt, Geschäftsführer Motorenmesstechnik und Testsysteme, AVL List GmbH „Kostenparität zwischen elektrischen und verbrennungsmotorischen Fahrzeugen denkbar“ Automobil Konstruktion Welche Herausforderungen sieht AVL bei der Batterieentwicklung? Prof. Grebe: Neben der Kostenreduzierung sind das die Erhöhung der Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien und langfristig die Optimierung neuer Zellchemien. Im Gesamtsystem „batterieelektrischer Antrieb“ sehen wir das Geräuschverhalten, den Wirkungsgrad, die Ansteuerung und die Leistungselektronik, Stichwort Silizium-Karbid-Technik, sowie das thermische Management noch als Entwicklungsschwerpunkte. Wir integrieren beispielsweise Zellen zu raumökonomischen Batteriemodulen, entwerfen Managementsysteme für den Ladungs- und Wärmehaushalt und arbeiten eng mit den Zellenherstellern bei der Entwicklung von automotivetauglichen Zellen und Modulen zusammen. Auch die Entwicklung von Fertigungstechniken zählt zu unserem Portfolio, wir haben bereits zahlreiche Patente angemeldet. Automobil Konstruktion Welches Optimierungspotenzial steckt aus Ihrer Sicht noch in der Lithium- Ionen-Technik? Grebe: Die Kostenreduzierung ist das wichtigste Entwicklungsziel. Durch technische Weiterentwicklungen und Skaleneffekte dürften bis in die erste Hälfte des nächsten Jahrzehnts die Kosten in etwa zu halbieren sein. Dann sind Produktkosten von etwa 100 Euro pro Kilowattstunde für das einbaufertige Batteriepack vorstellbar. Gleichzeitig ist noch eine volumetrische Verdoppelung der Speicherdichte bei lithiumbasierter Technologie möglich. Wir bewegen uns dann zumindest bei Stadtfahrzeugen auf eine Kostenparität zwischen elektrisch und verbrennungs - motorisch angetriebenen Fahrzeugen zu. Automobil Konstruktion Und bei den E-Maschinen? Voigt: Ein Trend bei E-Maschinen geht zu immer höheren Drehzahlen – 20 000 oder Wohin steuert die Elektrifizierung des Antriebs? Prof. Dr. Uwe Dieter Grebe, Geschäftsführer Entwicklung Antriebssysteme, und Dipl.-Ing. Kai Uwe Voigt, Geschäftsführer Motorenmesstechnik und Testsysteme, legen aus Sicht der AVL List GmbH dar, welche elektrifizierten Antriebslösungen sie am Horizont sehen. „Automobile Elektro - antriebe sind bei weitem noch nicht so entwickelt wie Verbrennungsmotoren.“ V.l.: Prof. Dr. Uwe Dieter Grebe und Dipl.-Ing. Kai Uwe Voigt sind zwei der Geschäftsführer der AVL GmbH 30 000 Umdrehungen pro Minute sind keine Ausnahme mehr. Für solche hochdrehenden Antriebe sind spezielle Prüfstände erforderlich, deren Dynamik weit über der von konventionellen Prüfständen liegt. Und für die neue Generation der Hochvoltbatterien mit 800 Volt Spannung haben wir 2016 den AVL-E-Storage- Batterietester vorgestellt, dessen verbesserte Dynamik und Genauigkeit gezielt auf diese hohen Spannungsbereiche ausgelegt ist. Bild: AVL Automobil Konstruktion Welche Anforderungen stellt die Elektrifizierung des Antriebsstrangs künftig an die AVL-Testsysteme? Voigt: Bei Elektroantrieben sehe ich etwa bei der Energiedichte der Batterien und den Materialien für Umrichter und Elektromotoren noch erhebliches Entwicklungspotenzial. Für die Umrichter haben wir deshalb in unserem Joint Venture mit der SET Power Systems GmbH aus Wangen im Allgäu Testwerkzeuge entwickelt, Das Interview führte Hartmut Hammer, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion 4/2016 AutomobilKonstruktion 29
