Technik: Audi Licht-Technologie

Licht-Blick

28.04.2015 Arne Olerth - Audi hat Europas längsten Lichtkanal eingeweiht um auch in Zukunft Vorreiter in Sachen Licht zu sein. LED, Laser, Matrix – die Scheinwerfer können bald sogar Bilder auf die Straße projizieren
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Mit dem R8 LMX brachte Audi letztes Jahr Laserlicht in die Serie. Damit konnte die Reichweite des Fernlichts verdoppelt werden. Vier Laser-Dioden je Scheinwerfer erzeugen einen blauen Lichtstrahl, der gebündelt und per Phosphor-Scheibe in weißes Licht
konvertiert wird

Vorsprung durch Technik  – in kaum einem Bereich ist Audis Vorherrschaft im Verkehrs­bild ähnlich offensichtlich wie bei der Fahrzeug-Beleuchtung. Bereist 2004 statteten die Ingolstädter Autobauer ihr Topmodell Audi A8 W12 mit LED-Tagfahrlicht aus: eine Revolution. Als 2006 auch der S6 damit ausgerüstet wurde, explodierte die Nachfrage im Nachrüstmarkt: Audi verzeichnetet etwa dreimal so viele Ersatzteil-Verkäufe der Scheinwerfer wie Neufahrzeuge verkauft wurden. Dies lag keineswegs an der kurzen Lebensdauer der Einheiten – vielmehr hatte Audi mit dem LED-TFL eine neue Wertigkeit in das Exterieur-Design gebracht, die viele A6-Kunden nachrüsten wollten. GUTE FAHRT lieferte übrigens eine Bauanleitung dazu.

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Aufgeschäumte Kunststoffe, Silikonlinsen, gegossene Platinen und optische Fasern – die Ingenieure tüfteln mit vielen neuartigen Materialien

Seither geht es Schlag auf Schlag: 2006 erhielt der A6 Avant eine neue Rücklichtsignatur – geformt aus je 27 LED. Zwei Jahre später präsentierte Audi Voll-LED-Scheinwerfer im R8. Das homogene LED-Tagfahrlicht löste 2011 im A6 die Spots ab, ein Jahr später folgte das dynamisierte Blinklicht im R8. 2013 dann der nächste Meilenstein: Matrix-LED-Scheinwerfer (A8). Letztes Jahr stand ganz im Zeichen des Laser: Audi präsentierte den R8 LMX mit Laser-Fernlicht sowie das spektakuläre Showcar Prologue mit Matrix-Laser-Licht. Durchatmen. Betrachtet man die Entwicklung der Fahrzeugbeleuchtung von Karbid- über Normal-, Halogen- und Xenonlicht, so hat die Entwicklung in den letzten Jahren dramatisch an Fahrt aufgenommen. Und der Höhepunkt ist längst nicht erreicht. Steter Innovations­treiber ist Audi. Damit dies so bleibt, haben die Ingolstädter jetzt ein neues Lichtassistenzzentrum für 54,5 Millionen Euro errichtet. Herzstück: ein 120 Meter langer unterirdischer Lichtkanal, der größte befahrbare Europas. Hier arbeiten rund 15 Ingenieure aus der Licht-Vorentwicklung und dem Design an Kamera-basierenden Lichtsystemen der Zukunft.

Kooperation von Technikern und Designern

Die Einbindung beider Berufsgruppen symbolisiert den hohen Stellenwert, den Audi dem Thema Licht zuschreibt. So werden innovative Lichttechnologien stets in ein besonders ansprechendes Design integriert. Beispiel Matrix-LED-Scheinwerfer (A8): Fünf Projektions­gruppen zu je fünf Leuchtdioden sind für das Fernlicht zuständig. Optisch setzt sich das technologische Meis­terstück durch die Gitteranordnung (Matrix) der Projek­toren für Fern- und Abblendlicht in Szene. Designblenden aus gebürstetem Edelstahl grenzen die einzelnen Gruppen voneinander ab und sorgen für ein exklusives Erscheinungsbild.

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Ein spezielles Terminal kann komplexe Lichtsysteme verständlich abbilden – ein Tool aus dem Entwicklungslabor

Die Funktionsweise: Außerorts – das Navi liefert die nötigen Daten – ist das Fernlicht bereits ab 30 km/h aktiv. Zusammen 50 LEDs können in je 64 Helligkeitsstufen angesteuert werden – daraus ergeben sich mehrere Millionen unterschiedliche Einstellungen. Gegenverkehr und vorausfahrende Fahrzeuge werden gezielt aus dem Lichtbild ausgeschnitten, der Rest wird voll erleuchtet. Doch Matrix-LED kann noch mehr: Vor dem Einlenken in eine Kurve – die Daten liefert erneut das Navi – wird der Licht-Fokus als Kurvenlicht dorthin gerichtet.

Wohlgemerkt: Matrix-Licht kommt ohne anfällige Mechanik aus. Audi will die innovative Technologie auf alle Fahrzeugklassen ausweiten, aktuell ist sie in A6, A7, Q7 und A8 erhältlich sowie im TT. Stets damit verbunden: das dynamisierte Blinklicht. Der Fahrtrichtungsanzeiger mit Lauflichtfunktion wird etwa eine Sekunde früher wahrgenommen, was bei Tempo 70 etwa 11 Meter Bremsweg ausmachen kann. Apropos Bremse: Bereits 2008 führte Audi das adaptive Bremslicht ein, das heute zur Serienausstattung aller PKW gehört. Im Falle einer Notbremsung pulsieren die Bremslichter und das Warnblinklicht wird eingeschaltet. Sicherheitsplus: Die Warnwirkung wird erhöht. Noch Zukunftsmusik freilich ist der rückwärtige Laserstrahl, der bei Nebel ein rotes Dreieck hinter den Wagen projiziert.

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Zukunftsmusik: Für die Heckbeleuchtung könnte ein Schwarm bewegender Lichtpunkte eingesetzt werden. Konzeptcode: The Swarm

Dennoch hat der Laser bereits Einzug in die Serie gefunden: Vier blaue Laserdioden erzeugen im R8 LMX-Scheinwerfer Lichtstrahlen, die durch ein Prisma gebün­delt und durch eine Phosphor-Scheibe in weißes Licht konvertiert die Reichweite des Fernlichts auf 600 Meter schlicht verdoppelt. Die Wirkung: atemberaubend (GF 11/14). Wahrhaft revolutionär aber ist der neueste Coup der pfiffigen, bajuwarischen Ingenieure: das Matrix-Laserlicht, wie es an der Studie Prologue zu bewundern war. Hier erhöht Audi die Zahl der ansteuerbaren Leuchteinheiten von 25 auf schier unglaub­liche 420.000. Ähnlich wie bei einem Videobeamer wird der zentrale Lichtstrahl von mikros­kopisch kleinen Spiegeln mit Kantenlängen im Hundertstel-Millimeter-Bereich des Digital Micromirror Device (DMD) beeinflusst, die durch elektrostatische Felder zigtausend Mal in der Sekunde angesteuert werden können.

Der Scheinwerfer projiziert quasi ein Bild auf die Straße, das beliebig gestaltet werden kann. Fußgängern könnte ein Stopp-Schild auf den Asphalt geworfen oder dem Fahrer im Baustellenbereich die Fahrzeugbreite auf den Boden projiziert werden. Das maskierte Dauerfern­licht kann weitaus präziser den Fahrzeugumriss der Verkehrsteilnehmer ausblenden – oder auch nur die Fensterfläche davon. Wie wäre es mit Navi-Signaturen auf der Straße? Alles scheint möglich. Eine eindrucksvolle Demonstration ist online abrufbar.

Die Studie Prologue weist zudem eine technische Besonderheit auf, die den Designern künftig mehr Gestaltungsfreiheit bietet: Die Laserbrenner sind im Motorraum untergebracht und durch Glasfaserbündel mit den Scheinwerfern verbunden. Das gestattet eine sehr flache Ausführung der Leuchteinheiten und bietet zudem Vorteile bei der Kühlung der Brenner. "Die Matrix Laser- und die Matrix LED-Technolgie haben noch sehr viel Potential", weist Stephan Berlitz, Leiter der Entwicklung Lichtfunktion und Innovation den Weg in die Zukunft. "Wir werden das Licht über Kamerasysteme hochpräzise steuern. Und da, wo unser Sichtfeld endet, können wir Car-to-X-Technologien nutzen, also Informationen von anderen Autos und der Infrastruktur."

Etwas weiter in der Zukunft liegt der Einsatz von OLED-Einheiten, organische Leuchtdioden, die heute bereits bei Handydisplays zum Einsatz kommen. OLEDs bieten den großen gestalterischen Vorteil, eine Fläche völlig gleichmäßig zu erleuchten, dabei aber mit weniger als einem Millimeter extrem flach zu bauen und keine besonderen Steuer- oder Kühleinheiten zu benötigen. Nachteil: Sie reagieren sehr empfindlich auf Umwelteinflüsse wie extreme Temperaturen oder Feuchtigkeit und schließen dadurch den Einsatz im Automobil eigentlich aus. Audi hat es jetzt jedoch geschafft, die Technologie soweit zu entwickeln, dass mit einem Serienstart in etwa drei Jahren gerechnet werden kann. Sogar gewölbte OLED-Flächen sind in der Vorentwicklung, die in etwa fünf Jahren den Sprung in die Serie von beispielsweise Rückleuchten schaffen könnten.

Interieur-Beleuchtung mit Warnfunktion

© Audi
Interaktive Interieurbeleuchtung: eine Lenkkranz-Korona signalisiert den Systemstatus, beleuchtete Türverkleidungen warnen vor kreuzenden Radfahrern

Auch bei der Gestaltung der Innenraumbeleuchtung sind die Audi-Ingenieure hoch kreativ: Licht wird immer mehr zur Interieur-Inszenierung genutzt und kann dabei wechselvolle Spannungsfelder erzeugen. Je nach Farbtemperatur können auch bestimmte Stimmungen hervorgebracht werden – traditionell setzt Audi dabei häufig auf kühles Weiß, das dem progressiven Charakter der Marke entsprechen soll. Gleichwohl lässt sich die Farbe in immer mehr Audi-Modellen einstellen. Doch das Innen-Licht kann auch Sicherheits- und Warnfunktionen erfüllen. So können rot blinkende De­kor­einlagen in der Tür den Fahrer beim Öffnen vor einem rückwärtig näherkommenden Radfahrer warnen. Oder: Der Lenkradkranz leuchtet beim pilotierten Fahren im Stau grün. Muss der Fahrer die Kontrolle des Autos wieder übernehmen, so signalisiert dies intuitiv der Wechsel auf die Warnfarbe Rot.  

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Ausgabe 4/2015Forschung & EntwicklungLicht

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