Ambient Lighting: Licht - das neue Chrom

Fahren wie unterm Sternenhimmel – für diesen Eindruck sorgen unzählige Lichtpunkte im Rolls Royce Phantom. Und vermitteln gleichzeitig ein Gefühl von Luxus und Exklusivität. Im Gegensatz zu Chrom kann Licht noch viel mehr Funktionen erfüllen: Im Innenraum von Fahrzeugen beeinflusst es je nach Helligkeit und Farbe die Emotionen der Insassen: Sie fühlen sich wohlig, behaglich und weniger gestresst oder aufgeheitert und angeregt. Auch die kognitiven Fähigkeiten lassen sich mit Licht verbessern, so dass der Fahrer nicht so schnell müde wird und sich besser konzentrieren kann.

Doch Farben können auch negative Auswirkungen haben. Deshalb ist ein zusätzliches HMI-System sinnvoll, das dafür sorgt, dass die Farbe der Beleuchtung zum physischen und emotionalen Zustand des Fahrers passt. Dabei werden meist sogenannte Themes verwendet, bei denen verschiedene Parameter vorkonfiguriert sind. Ein solches System kann mehrere Mikrocontroller und bis zu 300 RGB-Module, bestehend aus LED-Chips und -Treibern, umfassen.

Raus aus der Komfortzone

Wurden LEDs im Innenraum anfangs nur in Luxusmodellen und als reine Komfort-Anwendung genutzt, kommen sie inzwischen auch häufig in Fahrzeugen der mittleren Preisklasse zum Einsatz. Hier geht es vor allem darum, diese als Teil der funktionalen Ausstattung zu etablieren und die Sicherheit zu erhöhen. Der gezielte Einsatz von Licht erleichtert dem Fahrer die Orientierung im Fahrzeuginneren, Bedienelemente und Anzeigen lassen sich nach Bedarf hervorheben oder „ausblenden“. Warnhinweise, z.B. wegen zu geringem Abstand, werden mit rotem Licht schneller wahrgenommen. Auch Informationen zum Fahrzeugzustand oder zu eingehenden Telefonanrufen lassen sich über LEDs elegant übermitteln und vom Fahrer schnell erfassen.  

Doch es darf nicht zu viel des Guten werden: Das Licht darf weder den Fahrer noch andere blenden oder ablenken. Und wenn zu viele Lichtelemente eingesetzt werden, geht deren Wirkung verloren. 

Kleinere LEDs rücken näher zusammen

Technische Weiterentwicklungen eröffnen noch mehr Spielarten und Einsatzszenarien. Zum Beispiel lassen sich LED-Streifen auf flexiblen Leiterplatten unter schwierigsten Bedingungen entlang der Ränder des Daches und in Sitzpolster integrieren.

Zudem werden die Bauteile immer kleiner, aktuelle LED-Module haben Abmessungen von nur noch 8x18mm². Das ist auch nötig, da der Bauraum für Elektronik-Komponenten ebenfalls mit jedem Entwicklungszyklus schrumpft. Für kleinere Module rückt somit der Diffusor näher an die Lichtquelle, also den LED-Chip.

Wird der Abstand der LED bzw. des LED-Moduls zum Diffusor kleiner, müssen diese dichter zueinander angebracht sein, um eine homogene Lichtfläche zu ergeben. Als Faustregel gilt, dass der Abstand zwischen LED und Diffusor dem Abstand zwischen zwei LEDs entsprechen sollte. Das heißt: Es müssen mehr LEDs verbaut werden.

Für kleine Lichtstreifen lässt sich ein Lichtwellenleiter von beiden Seiten bestrahlen. Das funktioniert jedoch nur bis zu einer Länge von ca. 15-20cm, darüber reicht das Licht nicht mehr stark genug bis in die Mitte des Leiters um eine durchgehende, homogene Farbdarstellung zur gewährleisten. Daher ist zum Beispiel für eine Dachbeleuchtung eine Aneinanderreihung von LEDs bzw. LED-Modulen im regelmäßigen Abstand notwendig.

LED-Treiber für engen Bauraum

Für Anwendungen wie z.B. die Mittelkonsole empfiehlt sich ein Multikanal-Treiber wie der E521.38 von Elmos. Er kann vier LEDs ansteuern, bei der Nutzung von Multiplexing sogar sechs. So trägt er dazu bei, strenge Bauraum-Anforderungen zu erfüllen. Entwickelt nach ISO26262 für ASIL-B-Applikationen kann er auch für Systeme der funktionalen Sicherheit eingesetzt werden. Sein DFN18-Gehäuse mit wettable flanks sorgt außerdem für eine bessere Inspektionsfähigkeit. Das differenzielle digitale Interface macht ihn zur ersten Wahl für dynamisches Ambient Lighting. Denn damit kommt es nicht – wie bei anderen Bus-Systemen und großen Bus-Anordnungen – zu Laufzeiteffekten durch zu geringe Datenraten. Es sind also gleichmäßige Farbdarstellungen und -verläufe gewährleistet.

Für kleine LED-Module ist der LIN RGB/W-Treiber E521.39 ideal. Dieser ist für das aktuell zumeist statische Ambient Lighting gedacht. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger verfügt er über einen Flash-Speicher, so dass der Baustein im Fahrzeug Software-Updates erhalten kann. Er verträgt eine Versorgungsspannung von maximal 40V und hat einen geringen Ruhestromverbrauch von maximal 30µA. So robust und sparsam eignet er sich perfekt für den Einsatz in batteriebetriebenen Fahrzeugen. Dank 12-Bit-ADC bietet er zudem eine hochauflösende Temperaturmessung - durch Auswertung des internen Temperatursensors - sowie eine Differentialmessung der Vorwärtsspannung. Damit ermöglicht der LED-Treiber der Software, Alterungs- und Temperatureffekte zu kompensieren.

Der Multikanal-Treiber E521.38 erzeugt mit einem integrierten Pulsweitenmodulation-Generator eine (PWM-) Frequenz von 1.000Hz bei voller 16 Bit Pulsweiten-Auflösung. Der E521.39 liefert bis zu 700Hz bei 16 Bit Pulsweiten-Auflösung. Damit liegen beide deutlich über den Anforderungen der Automotive-OEMs, die in ihrer jeweiligen Norm zur Flackerfreiheit der Innenbeleuchtung 500Hz vorschreiben. Das bietet Reserven, um auch höhere Anforderungen zu erfüllen.

Das PWM-System der LED-Treiber ermöglicht nicht nur flackerfreies Licht, sondern auch eine große Dynamik für sanfte Farbübergänge. Weiterer Vorteil: Da OEMs immer engere Farbräume für LEDs vorgeben, erlaubt dies ein größeres LED-Binning und reduziert die Kosten bei der LED-Auswahl.

Die Elmos-LED-Treiber kommen demnächst auf den Markt und sind dann über Rutronik erhältlich, ebenso wie weitere ICs des Herstellers, mit denen optische Lösungen für HMIs, z.B. berührungslose Gestensteuerungen, umgesetzt werden können. Zudem finden sich alle anderen Komponenten für eine innovative Ambient-Lighting-Lösung bei Rutronik, von weißen und RGB-LEDs in Top- oder Side-LED-Form über Chips für die Energieversorgung bis zu passiven Komponenten, wie Kondensatoren und Induktivitäten. Speziell für Automotive-Applikationen leistet die Rutronik Automotive Business Unit (ABU) herstellerunabhängigen technischen Support.

Komponenten gibt es auf www.rutronik24.de

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