Auf den Punkt gebracht: Der Blick nach vorn und zurück – Von der Entwicklung zur Serie, drei Beispiele

Herzstücke der neuen HD-Matrix-Technologie sind die beiden unteren Lichteinheiten. In ihnen erzeugt jeweils ein identisches LED-Array mit integriertem LED-Treiber (ASIC) auf einer Fläche von nur 12,8 mm mal 3,2 mm einen bisher nicht erreichten, hochaufgelösten Lichtstrom. Jede der 16.384 einzelnen Leuchtdioden pro LED-Array wird von der Systemsteuerung – vergleichbar mit einer leistungsstarken Grafikkarte – nicht nur aktiviert, sondern auch in ihrer Helligkeit in 1.024 Stufen angepasst. Unterschiedliche Objektive mit jeweils spezifisch geschliffenen optischen Gläsern komplettieren die beiden HD-Module.

Abb. 1: Der SSL | HD-Scheinwerfer mit 32.000 einzeln ansteuerbaren Pixeln ist eine Weiterentwicklung und signifikante Miniaturisierung bestehender Matrix-LED-Systeme; der Bauraum für das Lichtmodul wurde hierbei um bis zu 75 % reduziert; Bilder: Porsche

Abb. 2: Porsche HD-Matrix LED Hauptscheinwerfer, Explosions-Darstellung

Die Objektive erzeugen unterschiedliche Ausleuchtwinkel. Das Weitwinkel-Objektiv des äußeren HD-Matrix-Moduls ‚Ausleuchtung' deckt dabei einen Winkel von 40 Grad in der Breite mal 10 Grad in der Höhe ab. Das innere HD-Matrix-Modul ‚Performance' mit Tele-Objektiv strahlt das Licht mit 20 ° mal 5 ° ab. Dessen Ausleuchtung ist damit zwar nur halb so hoch und halb so breit, dafür aber deutlich heller. Die Lichtverteilungen der beiden HD-Module überlagern sich im Zentralbereich. Dadurch kombiniert der neue Scheinwerfer eine breite Ausleuchtung mit hoher Intensität im zentralen Bereich.

Entwickelt und produziert werden die Scheinwerfer für den Porsche Cayenne am Hella Hauptsitz in Lippstadt.

In PLUS 2/2014 und 12/2014 stellten wir Ihnen die Zukunft der Automobilbeleuchtung vor. Die Zeiten, in denen man in der Automobilbeleuchtung nur zwei Schaltzustände kannte - Abblendlicht und Fernlicht -, nähern sich ihrem Ende. Die LED-Technologie hat ihren Siegeszug auch dank der Design- Freiheitgrade flexibler Schaltungen und der Beherrschung der thermischen Herausforderungen durch die Leiterplattenbranche begonnen. Wer hätte Anfang des letzten Jahrzehnts (um 2000) gedacht, dass aus banalen Scheinwerfern eine neue anspruchsvolle Applikation für die Printed-Circuit-Industrie wird?

Vor etwa 20 Jahren änderte sich die Scheinwerfertechnik in der Automobilbranche radikal. Die Glühbirne, Halogen- oder Xenon-Brenner wurden ersetzt durch LEDs. Ab 2008 folgte der Einsatz von Voll-LED Frontscheinwerfern. Flexible Schaltungen z. T. mit Kühlkörpern wurden zur Basis der Systeme. Audi war einer der ersten Hersteller, die mit Lichtdesign ihren Fahrzeugen ein markenspezifisches Aussehen verschafften.

Der digitale Außenspiegel ist jetzt in der Serie angekommen

Die Vorteile von digitalen Rückspiegeln liegen auf der Hand. Kein Beschlagen oder Vereisen im Herbst oder Winter oder Blenden durch die Sonne. Noch wichtiger ist aber die Totwinkel-Erkennung und die Freigabe gegenüber dem rückwärtigen Verkehr (Bilderkennung und -analyse) beim manuellen oder teilautonomen Überholen.

Abb. 5: Links und rechts erkennt man die beiden 12 ″ OLED Bildschirme als digitale Rückspiegel im Ionicq 6; Bild: Hyundai

Abb. 6: Der Kamera-Ausleger mit transparentem Gehäuse bis auf die Leiterplatte hat deutlich mehr Funktionen als nur den digitalen Rückspiegel; Bild: HyundaiDas Fahrzeug verfügt über je eine Kamera links und rechts sowie zwei 12 Zoll große Bildschirme, welche die Spiegel ersetzen. Auch die Lufteinlässe an der Vorderseite oder die fehlenden Außenspiegel unterstützen das Vorhaben, einen besonders geringen Luftwiderstandswert zu kreieren. Der cw-Wert beträgt beim Hyundai IONIQ 6 lediglich 0,21.

Weitere Fahrzeuge mit digitalen Außenspiegeln sind der Lexus ES 300 h oder der Audi E-Tron.

In der PLUS 1/2016 titelten wir: ‚Wie die Elektronik weitere Fahrzeugbereiche erobert – Aus ‚dummen' Seitenspiegeln werden elektronische Systeme'. Kamerasysteme ersetzen Seitenspiegel: Sightstream, der Produktname von Valeo, ist ein neues Kamerasystem, das herkömmliche Seitenspiegel ersetzt (Abb. 7). Es erhöht nicht nur das Wahrnehmungsvermögen des Fahrers und damit letztlich die Sicherheit, sondern reduziert auch den Kraftstoffverbrauch durch eine verbesserte Aerodynamik des Fahrzeugs. Gleichzeitig eröffnet die Technologie neue Möglichkeiten im Fahrzeugdesign. Einklappen in engen Parklücken oder beheizen bei Kälte gehören der Vergangenheit an. Das System ist ein weiterer Schritt in Richtung automatisiertes Fahren. Verknüpft mit Fahrerassistenzsystemen wie der Toten-Winkel-Erkennung kann es so beim Öffnen der Tür vorbeifahrende Autos, Motorräder oder Fahrräder erkennen. Außerdem kann das System beim Spurwechsel oder Überholmanövern helfen, indem es Informationen im direkten Sichtfeld des Fahrers auf dem Display am Armaturenbrettanzeigt. Dazu kommt eine optimierte Aerodynamik für kraftstoffeffizientere Fahrzeuge.

Abb. 7: Der provisorische Einbau des elektronischen Seitenspiegels in einem Testfahrzeug. Am Holm ist anstatt eines Seitenspiegels nur ein kleiner Ausleger für die Kamera vorhanden; Bild: Valeo

Brake-by-Wire bei New Electric Vehicles in China

Was mit Fly-by-Wire in der Fliegerei seit vielen Jahren Standard ist, kommt nun auch bei Elektroautos an. In der Formel 1 und der Formel E wird Brake-by-Wire bereits seit mehreren Jahren eingesetzt.

Bei New Electric Vehicles (NEV) in China spielt die Brake-by-Wire-Technologie eine wichtige Rolle. Das Brake-by-Wire-System, das den Unterdruckverstärker durch einen elektronischen Verstärker ersetzt, ist die Lösung für den Mangel an stabilen Unterdruckquellen in NEVs und kann auch durch Rekuperation Energie zurückgewinnen, eine entscheidende Funktion zur Erhöhung der Reichweite von NEVs. Da autonome Fahrtechnologien immer beliebter werden, wird Brake-by-Wire in Bezug auf schnelles Ansprechen und präzise Ausführung immer überlegener und dient als Schlüsselfaktor, um elektrifizierte und intelligente Upgrades von Fahrzeugen zu erleichtern.

Brake-by-Wire in Europa

Abb. 8: Der italienische Bremsenspezialist Brembo kündigt für Anfang 2024 die Markteinführung eines Brake-by-Wire Systems unter dem Namen „Sensify“ an; Bild: BremboBosch und Hella entwickeln beide ein Brake-by-Wire Konzept, das voraussichtlich 2025 in Serie gehen soll. Der italienische Bremsenspezialist Brembo kündigt für 2024 die Markteinführung eines Brake-by-Wire Systems unter dem Namen ‚Sensify' an. Die bisher gezeigten Testfahrzeuge waren Tesla Modelle.

SENSIFY™ ist eine natürliche Weiterentwicklung auf Basis der jahrelangen Erfahrung und des Know-how von Brembo. Es vereint das Konzept der besten Bremskomponenten mit einem digitalen Gehirn und Sensoren, die jedes Rad einzeln innerhalb von 100 ms steuern. Das Ergebnis ist ein weitaus präziseres Handling sowie höhere Leistung mit kürzeren Bremswegen.

Zudem ist SENSIFY™ eine nachhaltigere Bremslösung. Dank der optimierten Bremswirkung an jedem Rad und des fehlenden Widerstands zwischen Belägen und Scheiben werden Emissionen verringert.

PLUS 05/2018: Brake-by-Wire –Ablösung der hydraulischen Bremse.

Siemens-VDO testet derzeit mit der elektronische Keilbremse EWB (Electronic Wedge Brake) eine beispielhafte Innovation.

Mit der elektronischen Bremse (Brake-by-Wire) wird gleichzeitig ein Mehrfachnutzen erreicht. Zunächst entfallen 22 Liter Bauraum und ca. 15 kg Gewicht (Benzinverbrauch) gegenüber einem hydraulischen System. Noch wichtiger ist aber der Sicherheitseffekt, denn der Bremsweg reduziert sich deutlich um ca. 15 % z. B. auf Eis. Während bei einem Test auf Eis das mit der Electronic Wedge Brake ausgerüstete Fahrzeug bereits steht, hat das gleiche Fahrzeug mit hydraulischer Bremse noch eine Restgeschwindigkeit von 30 km/h.

Die Elektronik ist hier ungleich schneller als die vergleichsweise träge Hydraulik. Während diese nur 100 mal pro Sekunde die Radbewegung kontrolliert und die Bremskraft anpasst, schafft das elektronische System 1000 Regelzyklen pro Sekunde. Dabei benötigt die elektronische Keilbremse nur 10 % der Energie, die ein hydraulisches System braucht, um einen vergleichbaren Bremsdruck aufzubauen. Die maximale Bremskraft der EWB liegt bei 90 kN bei einer Stromaufnahme von 85 A bei 12 Volt Bordspannung.

Abb. 9: Brake-by-Wire im Test; Bild: Siemens-VDODie Leistung der elektronischen Keilbremse wird erreicht durch die Kombination einer intelligenten Ansteuerungs-Elektronik verbunden mit einem leistungsstarken, schnell reagierenden Elektromotor pro Rad und dem Keilprinzip (Abb. 9). Mit Brake-by-Wire bahnt sich ein noch größerer Innovationssprung an wie mit der Einführung von ABS. Schlecht für die Hydraulikkomponenten-Zulieferer, aber gut für die Elektronik-Hersteller!

1. SSL HD-Matrix-Scheinwerfer auf Basis von Mikro-LEDs haben 32.000 Pixel, die in Echtzeit einzeln ansteuerbar sind. Der Serien-Einsatz erfolgt im neuen Porsche Cayenne.
2. Die Prototypen der Matrix LED Frontscheinwerfer haben wir hier vor neun Jahren vorgestellt. Trendsetter war hier der AUDI A8.
3. Der digitale Außenspiegel auf Kamerabasis ist mit dem Hyundai Ionicq 6 und dem Lexus ES 300 in Serie gegangen. Niedriger Luftwiderstandswert, Totwinkel-Erkennung, kein Beschlagen oder Vereisen sind nur einige positive Features.
4. Die Prototypen des elektronischen Seitenspiegels in einem Testfahrzeug des französischen Zulieferers Valeo stellten wir hier in 1/2016 vor.
5. Brake-by-Wire bei New Electric Vehicles in China steht vor dem Durchbruch. Bessere Bremswerte durch schnelleres Ansprechen und die Verknüpfung mit der Rekuperation sind nur einige Vorteile. In Europa stehen die italienische Brembo sowie Bosch und Hella vor der Serieneinführung.
6. In der PLUS 5/2007 berichteten wir über die Entwicklung von Siemens-VDO einer elektronischen Bremse, der sogenannten Electronic Wedge Brake (EWB)

Manchmal ist auch der Blick zurück in den ‚elektronischen Rückspiegel' ganz interessant, um zu sehen, was aus Entwicklungen geworden ist. Teilweise sind wie beim Beispiel Brake-by-Wire bis zu 16 Jahre vergangen, bevor die Serienproduktion beginnt. Gut zu wissen, dass die PLUS am Puls der Zeit ist.

Ich wünsche Ihnen einen geschäftlich ‚heißen' Herbst.
Ihr
Hans-Joachim Friedrichkeit

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