Dank Fortschritten in der LED- und LED-Steuerungstechnologie bewegen sich Autohersteller weg von Halogen- und Glühlampen. Dachleuchten, LED-Rückleuchten, Blinker, Abblendlicht, Nebel-, Positions-, Autobahn- oder sogar Infrarotbeleuchtung für Fahrassistenzsysteme lassen sich mit LED-basierten Designs realisieren. Diese bieten eine bessere Lichtsteuerung, höhere Zuverlässigkeit, einen geringeren Stromverbrauch, eine verbesserte Fahrzeugästhetik und eine insgesamt hellere Beleuchtung. Diese verschiedenen Systeme stellen jedoch unterschiedliche Steuerungsanforderungen und benötigen unterschiedliche Schaltungen, um die wichtigsten Vorteile in jeder Beleuchtungsanwendung zu erzielen.
Neue Fahrzeugdesigns beinhalten mehr Beleuchtung als je zuvor; Licht auf dem Dach, Bildschirmhinterleuchtung, Blinker (siehe Bild 1), Kurz- und Fernlicht, Nebelscheinwerfer, Abbiegelicht, Rücklicht, Warnlicht und sogar Infrarotbeleuchtung für die automatische Fahrunterstützung. In der Kabine hat LED-Beleuchtung Glühlampen ersetzt, hauptsächlich aufgrund ihrer Größe, Kosten, Effizienz und Langlebigkeit. Jüngste technologische Fortschritte bei LEDs und LED-Treiberschaltungen für LEDs mit hoher Helligkeit haben diesen Trend beschleunigt und die Außenbeleuchtung ersetzt, um ihre Sicherheit, Zuverlässigkeit und Ästhetik zu verbessern. Das Ersetzen von Deckenglühlampen und Bildschirmhintergrundbeleuchtungen durch LED-Bildschirme, die Jahrzehnte halten werden, ist einfach, aber das Ersetzen kritischer Außenbeleuchtung, die zwingenden Rechtsvorschriften unterliegt, erforderte erhebliche technologische Fortschritte sowohl bei den Dioden als auch bei den Steuerkreisen (und in einigen Fällen erfordert noch Gesetzesänderungen). Neue intelligente Steuerungstechniken sind in der Lage, mit LEDs völlig neue Dinge zu tun, und dies revolutioniert die Automobil-Außenbeleuchtung in rasantem Tempo.
Dieser Trend begann mit LED-Tagfahrleuchten beim Audi A8 von 2004 und wurde bis zu den Scheinwerfern des Audi R8 von 2007 erweitert.Heute haben viele Fahrzeuge in der Produktion Voll-LED-Außenscheinwerfer (einschließlich Cadillac, Audi, BMW, Mercedes-Benz, Toyota, Jaguar und Volkswagen, um nur einige zu nennen). (Siehe Abbildung 2) OSRAM gab kürzlich bekannt, dass bis 2020 jeder fünfte Scheinwerfer LED-basiert sein wird, was einen sich schnell entwickelnden Markt für typische Produkte der Automobilindustrie bedeutet. LED-Beleuchtung bietet Effizienz- und Energievorteile im Vergleich zu Halogen- und HID-Beleuchtung (High Intensity Discharge), der Preis für LEDs mit hoher Helligkeit sinkt rapide und die Zuverlässigkeit von Dioden ist unübertroffen. Der Hauptkatalysator für die Einführung von LEDs ist jedoch ihre Steuerbarkeit; und dies erfordert eine intelligente LED-Steuerschaltung. Schließlich und vielleicht das wichtigste Element für viele Benutzer, die ästhetischen Effekte einer guten Beleuchtung. Die Beleuchtung ist ein wichtiges Gestaltungselement am Fahrzeug; Benutzer sind leicht von schlechter Beleuchtung frustriert und schätzen eine gute Beleuchtung. Fahrer fragen danach und sind oft bereit, mehr zu zahlen.
High-End-Scheinwerfer sind eine gängige Fahrzeugoption für Neu- und Aftermarket-Autos. Sie beeinflussen den Stil des Fahrzeugs, seine Wahrnehmung, den Fahrkomfort und die Sicherheit. Automobilhersteller haben dies erkannt und Beleuchtungssysteme konzentrieren sich zunehmend auf die Bemühungen von Automobil- und Komponentenherstellern. HELLA, Automotive Lighting (Magneti Marelli), Koito und Valeo haben in den letzten sechs Monaten Pressemitteilungen zu Lichtsystemen veröffentlicht, die die Aufmerksamkeit verdeutlichen, die diesem Segment geschenkt wird. Durch Sicherheit, Zuverlässigkeit und Attraktivität können gute LED-basierte Beleuchtungsdesigns den Wert von Fahrzeugen erheblich steigern und Verkaufsvolumen und Marketingpreise verbessern.
Behörden und Gesetzgeber interessieren sich besonders für die Fahrzeugaußenbeleuchtung. In den meisten Teilen der Welt sind Anzahl, Helligkeit und Farbe der Außenbeleuchtung geregelt. Lichter, die zum Fahren zu hell sind, verursachen Blendungsprobleme, während schwache oder ausgefallene Außenlichter ein Sicherheitsrisiko darstellen.
Der Gesetzgeber hat allgemein akzeptable Helligkeitsbereiche für Tagfahrten, Abblendlicht (kurz), Fernlicht (lang), Blinker, Kurven- und Nebelscheinwerfer an der Fahrzeugfront festgelegt; mit ähnlichen Anforderungen an die Heckbeleuchtung des Fahrzeugs. Teilweise gibt es auch Regeln, welche Lichter unter bestimmten Bedingungen verwendet werden dürfen; B. wenn sich die Lichter selbst nivellieren müssen, um Straßenwinkel auszugleichen, und die Geschwindigkeiten, bei denen die Kurvenlichter aktiviert werden können. All dies bereitet den Designanforderungen Kopfzerbrechen, die eine Vielzahl herkömmlicher Halogenlampen und HID-Armaturen sowie möglicherweise zusätzliche mechanische Motoren oder Aktuatoren erfordern würden. LED-Lichtarrays können jedoch viele dieser Anforderungen erfüllen, wenn gut konzipierte Konstantstromantriebe und intelligente Architekturen verwendet werden.
Gute LED-Treiberschaltungen können wiederverwendet werden und die Elektronik kann in mehreren Designs eingesetzt werden. In die Scheinwerfer eingebettete Mikrocontroller können Informationen von den Licht- und Temperatursensoren verwenden, um den LED-Treiberstrom zu kompensieren; Sorgen Sie für eine konstante Lichtleistung, indem Sie den Strahl absichtlich neu fokussieren oder die Helligkeit je nach Fahrbedingungen anpassen.
Die verschiedenen in den Leuchten verbauten Dioden lassen sich zuschalten, abschalten oder dimmen, um Kurven auszuleuchten oder von entgegenkommenden Fahrzeugen nicht geblendet zu werden, und das ganz ohne mechanische Komponenten. Außerdem können die Brems-, Warnblink- oder Blinkerleuchten in Mustern oder Sequenzen aufleuchten, um sie besser sichtbar zu machen. Last but not least kann eine richtig implementierte LED-Beleuchtung fast sofort ein- oder ausgeschaltet werden (gegenüber der Verzögerung von 250 ms bei einer Glühlampe bei voller Helligkeit).
Die Wirksamkeit dieser Anpassungen zur langfristigen Reduzierung von Unfällen bleibt zwar abzuwarten, erscheint aber sehr vielversprechend. Die Sache ist die, dass all diese Funktionen hochwertige LED-Arrays und hochpräzise adressierbare Steuerschaltkreise mit Intelligenz erfordern. Die dsPIC® Digital Signal Controllers (DSCs) von Microchip erfüllen diese Anforderungen sehr gut. Die Qualität der Schaltungsimplementierung, der Algorithmen und der Komponentenauswahl wird die erfolgreichen Beleuchtungsprodukte von den anderen abheben.
Die inhärente Zuverlässigkeit von LEDs ist auch ein großer Vorteil gegenüber früheren Beleuchtungsgenerationen. Da einige LED-Hersteller mit einer Lebensdauer ihrer Geräte von über 20 Jahren werben, ist es absehbar, dass künftig Scheinwerfer an Fahrzeugen nicht mehr ausgetauscht werden müssen. Werkseitig installierte Leuchten könnten so lange halten wie der Motor und wartungsfrei. LED-basierte Beleuchtungssysteme können auch mit inhärenter Zuverlässigkeit entworfen werden. Das Anbringen mehrerer unabhängiger Lichterketten an einer Bremsleuchte oder einem Rücklicht kann eine kostengünstige Redundanz mit einer einzigen Leuchte bieten, so dass bei einer Beschädigung oder einem Ausfall das erzeugte Licht nur reduziert und nicht vollständig ausgeschaltet wird (siehe Abbildung 3). Darüber hinaus kann die fortschrittlichste Elektronik Fehlerberichte integrieren, sodass der Status der Lichter auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs angezeigt oder über das Diagnosecode-Lesegerät gemeldet wird.
Wenn die Beleuchtungssysteme an CAN, LIN oder einen ähnlichen Kommunikationsbus im Fahrzeug angeschlossen sind, könnte das Auto den Fahrer warnen, wenn die Lichter nicht richtig funktionieren. (Microchip stellt eine Vielzahl von CAN- und LIN-Transceivern und Mikrocontrollern her, die für diese Anwendung verwendet werden können.) Dies ist kein neues Konzept, da für bestimmte Fahrzeuge seit einiger Zeit eine „CANBUS-kompatible“ Beleuchtung verfügbar ist. Ältere Systeme waren jedoch nur in der Lage, größere Funktionsänderungen zu erkennen; Energieeffiziente Ersatzlampen verursachen oft falsche Fehler.
Mit der intelligenten LED-Steuerschaltung ist es jedoch möglich, mehr Details als einen schwerwiegenden Fehler zu melden. Beleuchtungssysteme können detaillierte und kostengünstige Berichte von Telemetriedaten durchführen, wenn Strom-/Spannungsschwankungen, Temperaturänderungen oder sogar Schwankungen der Eingangsspannung auftreten. Diagnosedaten können zukünftige Fehler anzeigen, bevor sie auftreten, und sogar kleine Änderungen wie eine einzelne kurzgeschlossene LED in einer langen Kette erkennen.
Um diese Diagnosefunktionen richtig zu gestalten, muss die LED-Überwachungs- und Steuerschaltung so zuverlässig sein wie die Dioden, die sie steuert. LED-basierte Beleuchtungssysteme enthalten oft mehr Komponenten als die Glühbirnen, die sie ersetzen. Um die maximale Lebensdauer einer LED zu erreichen, bedarf es einer geeigneten Ansteuerschaltung mit guter Stromregelung für alle Betriebsbedingungen. Für eine hervorragende Lichtqualität und einen zuverlässigen Betrieb sollte die Steuerschaltung Änderungen der Temperatur, der Eingangsspannung und des Lastwiderstands kompensieren und unter allen Umständen einen konstanten Ausgangsstrom aufrechterhalten.
Jede dem System hinzugefügte Komponente führt zu einem weiteren möglichen Fehlerpunkt. Damit ein Rücklicht 20 Jahre lang funktioniert, müssen sowohl die LEDs als auch die LED-Treiberschaltung etwa 20 Jahre halten. Diese Art der Regulierung und Langlebigkeit ist mit Bias-Widerständen nicht möglich.
Beleuchtungssysteme müssen streng kontrollierte DC/DC-Regler verwenden, die von Unternehmen mit nachgewiesener Erfahrung in der Automobilqualität geliefert werden, um eine langfristige Zuverlässigkeit zu erreichen. Microchip stellt mehrere Digitally Enhanced Power Analog PWM (Digitally Enhanced Power Analog PWM)-Controller her, darunter den MCP19115. Dies sind Geräte, die in der Lage sind, die beste Stromregelung auf dem Markt anzubieten und digitale Kommunikationsschnittstellen zu integrieren. Bei richtiger Auslegung verfügen Beleuchtungssysteme über alle notwendigen Elemente für eine lange Lebensdauer des Produkts: hochzuverlässige Geräte, gepaart mit Redundanz und Überwachung.
Sicherheit und Zuverlässigkeit sind sicherlich erwünschte Eigenschaften, und Mängel in diesem Bereich werden von Verbrauchern oft als Ausschlussgrund für den Fahrzeugkauf angeführt. Sie werden nicht zögern, Marken oder Modelle zu meiden, die sie als unsicher oder unzuverlässig empfinden, und werden aufgrund ihres attraktiven Aussehens unter den verbleibenden „akzeptablen“ Fahrzeugen auswählen.
Glücklicherweise verleihen gut gestaltete Beleuchtungssysteme dem Fahrzeug einen differenzierenden ästhetischen Aspekt, der die anspruchsvollsten Käufer ansprechen kann. Autos werden immer häufiger mit spektakulären Videos vermarktet, in denen die Autolichter plötzlich angehen und sich gezielt im Dunkeln bewegen.
Gut gestaltete Leuchten sind sowohl für High-End- als auch für Low-End-Fahrzeuge attraktiv. Noch wichtiger ist, dass die Kunden bereit sind, dafür zu bezahlen. Lichter sind eines der am häufigsten an einem Aftermarket-Fahrzeug angebrachten Elemente, ob es sich um die Lauflichter für einen Geländewagen (der möglicherweise niemals den Bürgersteig verlässt) oder die Nebelscheinwerfer für eine Luxuslimousine (mit denen Sie möglicherweise niemals im Nebel fahren) handelt. , ist die optische Attraktivität der Außenbeleuchtung genauso wichtig wie die Karosserie oder das Styling des Innenraums. Trotz Fragen der Sicherheit, Zuverlässigkeit, Kosten und Langlebigkeit ist das Fahrzeug für viele Fahrer sowohl ein Spiegelbild ihrer Persönlichkeit als auch ein sicheres Transportmittel.
Emotionale Anziehungskraft verkauft Autos, und gut installierte, präzise gesteuerte LED-Ketten können diese Emotion hervorrufen (selbst im Dunkeln). Derzeit sind einige Tier-XNUMX-Autohersteller und -Zulieferer möglicherweise besorgt über die zusätzlichen Kosten von Halbleiterinhalten in ihren Fahrzeugen; Aber die Realität ist, dass viele dieser elektronischen Funktionen mehr Wert bringen, als ihre Implementierung kostet.
Die Automobil-Außenbeleuchtung eignet sich besonders für den Einsatz der LED-Technologie. Ältere Halogen- und HID-Systeme bieten nicht die gleiche Flexibilität, um moderne Designs und zukunftssichere Sicherheit zu übernehmen. Präzise Konstantstrom-DC/DC-Wandler, manchmal in Verbindung mit Mikrocontroller-Intelligenz, können verwendet werden, um alles vom einfachen Rücklicht bis zum fortschrittlichsten Frontlicht zu implementieren.
Die Beleuchtungsdesigns der Zukunft, sowohl kommende LED-basierte Designs als auch neue laserbasierte Systeme, ebnen den Weg für intelligente Systeme in den Fahrzeugen der Zukunft. Die Hindernisse für seine Umsetzung zu identifizieren, ist ein weiterer Schritt in Richtung Fahrzeugautomatisierung und eine wichtige Gelegenheit für die Automobilindustrie zu zeigen, dass sie die Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie die Ästhetik verbessern und letztendlich den Gesamtwert der Fahrzeuge steigern kann.
