Die Zukunft des Lichts

Die Zukunft des Lichts

Fahrzeuglicht von ZKW ist Produkt gewordene Innovation in begeisterndem Design. Unsere Produkte bringen nicht nur die Straßen zum Leuchten, sondern erhöhen gleichermaßen auch die Sicherheit. Wir erkennen und entwickeln Technologie für die Fahrzeug-Generationen der Zukunft.

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In unseren Entwicklungsfahrzeugen, den ZKW Development Cars, können wir neue Technologien testen und optimieren. Zur Verfügung stehen uns ein BMW 7er, ein BMW 3er und ein Audi A1.

Mit Innovationen in die Zukunft

Forschung fasziniert. Und treibt Entwicklungen in die richtige Richtung. Das Ergebnis sind Innovationen auf Basis jahrzehntelanger Erfahrungen, die Trends setzen, statt ihnen nur zu folgen. Dabei stellen unsere Mitarbeiter im F&E-Bereich sicher, dass die Schlüsseltechnologien von morgen den Anforderungen unserer Kunden schon heute entsprechen. Weil Forschung und Entwicklung auch immer Prozesse sind, die in Bewegung gehalten werden sollen, treiben wir neben Kundenaufträgen auch Eigenentwicklungen voran. Immer vor dem Hintergrund einer Unternehmensstrategie, die sich zum Ziel setzt, komplexe Produkte und Prozesse noch sicherer und effizienter zu gestalten.
Dazu greift der F&E-Bereich der ZKW Group auf einen der größten Lichtkanäle der Welt zurück, arbeitet mit modernster Messtechnik, die Prototypen wie Serienscheinwerfer gleichermaßen hinsichtlich Lichtstärke, Lichtfarbe und Homogenität beurteilt. Darin und daran arbeiten wir weiter an innovativen Lösungen, die der Schlüssel dafür sind, unseren technologischen Vorsprung und den unserer Kunden weiter auszubauen.

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Wie wird sich die Rolle des Lichts verändern, wenn das Fahrzeug autonom fährt?

Lichttechnologien

Einblicke in unsere Technologien

Mehr Power und weniger Energieverlust. Als erstes Serienfahrzeug weltweit ist der Hybrid-Sportwagen BMW i8 seit Herbst 2014 mit dem revolutionären Laser-Fernlicht erhältlich. Der „Laser-Boost“ besitzt eine deutlich höhere Lichtintensität als LED und leuchtet rund 600 Meter weit. Er ergänzt die serienmäßigen, lichtstarken LED-Scheinwerfer des Hightech-Sportlers und verdoppelt die bisherige Leuchtweite. Darüber hinaus ist das Laserlight deutlich kleiner und benötigt rund 30 Prozent weniger Energie als das bereits sehr stromsparende LED-Licht. Neben der hohen Leistung und Effizienz ist das System besonders sicher: Das gekapselte und crashsichere Laser-Leuchtmittel wird über einen speziellen, sogenannten Phosphor gestreut und so in taghelles, weißes Fernlicht umgewandelt. Dieses wird vom menschlichen Auge als angenehmer wahrgenommen und verbessert zusätzlich die Sicht bei Nachtfahrten deutlich. Die Laser-Dioden leisten 3 Watt und erzielen mit einem 0,3-Millimeter-Lichtstrahl einen Lichtstrom von cirka 500 Lumen. Damit übertrifft die Technologie sogar LED, die etwa 250 Lumen bei 1 Millimeter Lichtstrahldurchmesser erreicht.

Die optische Effizienz (das Verhältnis von erzeugtem Licht zu Lichtausbeute auf der Straße) liegt beim Laserlight mit 70 Prozent außergewöhnlich hoch. Im Vergleich dazu erreicht LED rund 40 Prozent, Xenon nur 30 Prozent. Das stärker gebündelte Laserlicht ermöglicht somit mehr Lichtleistung und Reichweite, aber auch kleinere Optiksysteme und Scheinwerfergehäuse, was sich im äußerst kompakten Scheinwerfer-Design des BMW i8 widerspiegelt. Um die großen Herausforderungen der neuen Laser-Technologie zu meistern, wurden neue Entwicklungs- und Simulationsverfahren eingesetzt.

Feldversuche zeigen, dass viele Autofahrer nachts das Fernlicht zu spät aktivieren, und – aus Angst, den Gegenverkehr zu blenden – zu früh wieder auf Abblendlicht schalten. Dabei belegen Studien, dass nachts die Unfallzahlen deutlich steigen; schlecht sichtbare Fußgänger sind dann besonders stark gefährdet. Verkehrsteilnehmern kann die Angst vor zu viel Licht genommen werden: Ein automatisch arbeitender Fernlicht-Assistent erhöht den Fernlicht-Anteil deutlich. Mittels eines blendfreien Systems lässt sich der Fernlicht-Betrieb auf 90 Prozent der Fahrtzeit steigern – das erhöht die Verkehrssicherheit zusätzlich.

ZKW entwickelt und produziert seit Jahren blendfreie Fernlichtsysteme, sowohl auf Basis hochkomplexer mechatronischer Systeme als auch bereits solche der nächsten Generation. So nutzt das Matrix-lite von ZKW die speziellen Eigenschaften der neuen Lichtquelle LED: Durch gezieltes Ansteuern einzelner Dioden lässt sich blendfreies Fernlicht direkt durch aktives elektronisches Ein- oder Ausschalten einzelner LED-Segmente erzeugen.

Die optische Effizienz (das Verhältnis von erzeugtem Licht zu Lichtausbeute auf der Straße) liegt beim Laserlight mit 70 Prozent außergewöhnlich hoch. Im Vergleich dazu erreicht LED rund 40 Prozent, Xenon nur 30 Prozent. Das stärker gebündelte Laserlicht ermöglicht somit mehr Lichtleistung und Reichweite, aber auch kleinere Optiksysteme und Scheinwerfergehäuse, was sich im äußerst kompakten Scheinwerfer-Design des BMW i8 widerspiegelt. Um die großen Herausforderungen der neuen Laser-Technologie zu meistern, wurden neue Entwicklungs- und Simulationsverfahren eingesetzt.

Weit mehr Fahrkomfort und Sicherheit als herkömmliches Abblendlicht machen intelligente Systeme möglich, bei denen sich die Lichtverteilung spezifischen Verkehrs- und Wettersituationen automatisch anpasst. Auf die Entwicklung des dynamischen Kurvenlichts setzten Lösungen auf, die als „Adaptive Frontlighting System“ (AFS) inzwischen eine Vielzahl innovativer Funktionalitäten bieten.

Autobahnlicht: Bei höherer Geschwindigkeit wird der Lichtkegel angehoben, die Intensität und somit die Reichweite der Beleuchtung erhöht. Dies verbessert die Reaktionszeit und Sicherheit in Gefahrensituationen.

Dynamisches Kurvenlicht: Abhängig vom Lenkradwinkel wird der Lichtkegel in die Kurve geschwenkt, um eine bessere Sicht zu gewährleisten.

Landstraßenlicht: Das Landstraßenlicht entspricht einer klassischen Abblendlicht-Verteilung. Der Lichtkegel hat am rechten Fahrbahnrand eine höhere Reichweite und sorgt dafür, dass Fußgänger früher erkannt werden können. Bei der Beleuchtung der Gegenfahrbahn wird über eine Hell-Dunkel-Grenze sichergestellt, dass der Gegenverkehr nicht geblendet wird.

Schlechtwetterlicht: Durch eine gezielte Veränderung der Lichtverteilung wird die Sicherheit bei schlechtem Wetter erhöht. So wird zum Beispiel weniger Licht im Bereich direkt vor dem Fahrzeug abgestrahlt, um die durch Wasserpfützen entstehenden Reflektionen (und damit Blendungen des Gegenverkehrs) zu reduzieren.

Stadtlicht: Dank waagerechter Hell-Dunkel-Grenze vermeidet es das Blenden anderer Verkehrsteilnehmer. Außerdem wird der Bereich unmittelbar vor dem Fahrzeug breiter ausgeleuchtet, um Hindernisse frühzeitig zu erkennen.

Bei Nacht werden Fußgänger vier Mal so oft angefahren wie tagsüber. Beim GZA erfasst ein Nachtsichtsystem alle bewegten Objekte im Blickfeld, auch wenn diese vom Scheinwerfer noch nicht beleuchtet werden. Ein ausgeklügeltes System zur Bildverarbeitung ermittelt daraus mögliche Gefahrenpotentiale und markiert diese mit einem scharf begrenzen Lichtstreifen falls eine erhöhte Kollisionswahrscheinlichkeit vorliegt. Der Blick des Fahrers wird dabei direkt auf das erkannte Gefahrenobjekt gelenkt. Auf diese Weise kann wertvolle Reaktionszeit zur Vermeidung von Fußgänger- oder Wildunfällen eingespart werden.

ZKW hat das erste Marking Light für den 7er-BMW auf den Markt gebracht. Es basiert auf der LED-Technologie und ist mit einer schwenkbaren Projektionslinse ausgestattet.

Lässt sich Licht einfangen und in Formen bringen? Ja. Wir geben ihm eine Hülle, einen Halt, und damit unverwechselbaren Charakter. Wir beherzigen, dass das Erscheinungsbild von Scheinwerfern und Signalleuchten eine zentrale Komponente zeitgemäßen Fahrzeugdesigns ist, weil wir uns der wachsenden Bedeutung der „Augen“ von Fahrzeugen bewusst sind.

Durch den Einsatz von LEDs in Kombination mit Lichtleitern, leuchtenden Platten und Körpern sind gestalterischen Variationen kaum noch technische Grenzen gesetzt. Deshalb gelingt es uns, charakteristische, markenspezifische Merkmale sowohl bei Tag- als auch im Nachtbetrieb wirkungsvoll zur Geltung zu bringen.

So haben wir für den 6er-BMW das charakteristische Doppeltuben-Design aus einem transparenten, frei formbaren 3D-Körper abgeleitet; für den 7er-BMW haben wir eine Innovation entwickelt, bei der Abblend- und Tagfahrlicht aus derselben Austrittsfläche in beiden Tuben kommen, dies führt zu einem rund um die Uhr einheitlichen Erscheinungsbild. Sicherheit muss funktional sein – im Idealfall ist sie auch schön anzusehen.

Autonomes Fahren aus der Sicht des Lichtherstellers

Es ist eine der großen Fragen der Zukunft: „Wie wird sich die Rolle des Lichts verändern, wenn das Fahrzeug autonom fährt?“ Diese Frage ist noch nicht geklärt. Wir beschäftigen uns jedoch bereits jetzt intensiv mit der Zukunft des Lichts!

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Analysieren und Anzeigen der Wegführung

Nach einem entspannten Tag mit Freunden am See fahren Sie mit dem Fahrrad erst nach Einbruch der Dunkelheit nach Hause. Der Heimweg führt über Freiland, ist gut asphaltiert jedoch schlecht beleuchtet und bedeutet somit eine potentielle Gefahrenquelle für Sie. Würde Ihnen nun ein autonom fahrendes Auto entgegenkommen, könnten Sie dank der vom Auto ausgehenden Lichtsignale am Boden die Fahrtrichtung und speziell die Wegführung des Fahrzeuges frühzeitig erkennen und entsprechend darauf reagieren. Ohne diese wegweisenden Lichtsignale am Boden, würde Ihnen der Blinker lediglich anzeigen, dass das Fahrzeug abbiegt– so wie dies heute funktioniert. Sie können somit aber nur erahnen, welchen Weg das Fahrzeug nehmen wird.

Individualisierung von Car Sharing Autos

Stellen Sie sich vor: Sie sitzen bis weit nach Mitternacht im Büro und sind völlig übermüdet. Der Heimweg beträgt eine halbe Stunde mit dem Auto und öffentliche Verkehrsmittel gibt es in der näheren Umgebung nicht. Ihre Wahl fällt auf eines der bequemen und immer verfügbaren „Urban-Cabs“. Dies sind autonom fahrende Autos, welche Sie mit Ihrem Mitgliedsbeitrag in einer Gemeinschaft für ein paar Stunden im Monat nutzen können. Wegstrecke, Abholzeitpunkt und Ort sind online schnell eingegeben und ihr Transportmittel steht unmittelbar nach Buchung bereit. Um herauszufinden, welches autonom fahrende Auto für Sie reserviert ist, müssen Sie auf das auf den Boden projizierte Licht achten. Dieses markiert Ihr bestelltes Fahrzeug. Anschließend steht einer entspannten Heimfahrt nichts mehr im Wege. Am Ende der Fahrt macht Sie ein entsprechendes Licht auf das Aussteigen aufmerksam und verabschiedet Sie.

Dynamische Zebrastreifen einblenden

Die Zeitung lesen, auf dem Smartphone surfen und Nachrichten schreiben, sich mit anderen Menschen unterhalten und dabei gedankenverloren ohne Voraussicht oder Sichtkontakt über die Straße gehen. Unzählige Unfälle passieren mittlerweile genau deswegen. Hier wollen in Zukunft Licht und Sensorik ansetzen. Sie steigen vom Gehweg auf die Straße und das autonom fahrende Auto erkennt dies sofort und bleibt stehen. Zusätzlich soll das Auto auch mittels Lichtstrahl einen Zebrastreifen auf die Straße projizieren, um Ihnen zu signalisieren, dass Sie die Straße bedenkenlos passieren können. Damit auch der Gegenverkehr weiß, dass Sie die Straße queren wollen, sorgt die Lichtlösung der Zukunft für eine rote Haltelinie auf der Gegenfahrbahn.

Analoge Verkehrsteilnehmer nicht blenden

Eigentlich ist es bereits Realität. Mit modernen Scheinwerfern, die wir heute schon entwickeln und produzieren, blenden wir niemanden mehr. Unser Produktportfolio umfasst Matrix-Scheinwerfer, Laserscheinwerfer oder voll adaptive LED-Licht-Lösungen. Alles ist hell erleuchtet und wird im Bedarfsfall einfach und gezielt ausgeblendet. Autonom fahrende Autos kommen in Zukunft mit weniger Licht aus. Für Menschen, die aber weiterhin selbst ein Auto steuern möchten, muss diese Technologie stetig verbessert werden. So gesehen liegen Zukunft, Gegenwart und Vergangenheit immer eng beieinander.

Situationsunabhängigen Bremsweg anzeigen

Wenn Autos autonom fahren, werden wir kaum darauf achten, wo wir uns befinden und welchen Weg wir gerade fahren. Sämtliche Funktionen regeln sich automatisch. Davon ausgeschlossen ist die Physik, die sich dem neuen Zeitalter nicht beugen will. Jeder kennt die Formel: Anhalteweg = Reaktionsweg + Bremsweg. Man kann davon ausgehen, dass sich der Reaktionsweg deutlich verkürzen wird, denn Sensoren bremsen zeitgleich mit dem vorangehenden Fahrzeug. Der Bremsweg hängt allerdings nicht nur von der Geschwindigkeit ab. Physische Einflüsse wie eine nasse Fahrbahn oder der Reifendruck müssen hier ebenso berücksichtigt werden. Um zu wissen ob unser autonom fahrendes Auto auch ausreichend Sicherheitsabstand einhält, kann das vorausfahrende Fahrzeug, je nach Bremsintensität, einen Abstandsstreifen bzw. eine Sicherheitszone auf die Fahrbahn zeichnen.

Fahrzeug unabhängig sichtbar machen

Ist Ihnen bereits aufgefallen, dass in der Stadt der Sternenhimmel verschwindet? Die Astronomie bemerkte zuerst die Schattenseite der lichtdurchfluteten Städte. Die Beobachtungsmöglichkeiten großstadtnaher Observatorien wurden durch die Lichterflut in den letzten Jahrzehnten massiv eingeschränkt. Heute müssen bereits Observatorien auf hohen Bergen, fernab von Millionenstädten errichtet und vor Lichtverschmutzung geschützt werden. Diese „Lichtglocken“ über urbanen Gebieten können mehrere hundert Kilometer weit reichen. Wenn man die Milchstraße, Sternschnuppen oder Kometen erleben und beobachten will, dann ist dies nur noch fernab der Städte möglich. Aus diesem Grund zeigen wir ein Szenario, in dem Licht beim autonomen Fahren ausschließlich in gewissen Situationen eine Rolle spielt. Wenn Sie autonom über Freiland oder in der Natur unterwegs sind, dann verursacht Ihr selbstfahrendes Auto auch keine Lichtverschmutzung, da es kaum Licht emittiert. Erst wenn Sie gesehen werden müssen, beginnt das Fahrzeug, mit dem „Marking Light“, die Konturen aufzuhellen. Im Zuge dessen wird auch auf Überlandfahrten Energie gespart.

Konvoi fahren, Abstand halten, Abstand optimieren

PKW wie auch LKW können dicht hintereinander fahren, völlig autonom und untereinander vernetzt. Theoretisch können LKW-Kolonnen mehrere hunderte Meter lang sein. Kolonnen ermöglichen es durch den Windschatten Kraftstoff zu sparen, bei der Logistik von Waren können Personalkosten eingespart werden und bestimmte Waren könnten somit wieder billiger werden. Auf der rechten Spur der Autobahn könnte eine Kolonne von LKW autonom fahren. Beim Auffahren auf die Autobahn wird der Beschleunigungsstreifen dadurch aber sehr bald zu kurz, wenn die LKW-Kolonne nicht zu enden scheint. In dieser Situation kann das Licht helfen. Sobald den LKW bewusst wird, dass ein anderes Fahrzeug auf die Autobahn fahren möchte, kann sich ein Fenster auftun und durch Licht wird dem anderen Fahrzeug angezeigt, dass es die Kolonne passieren und sich in den Verkehr einreihen kann.

Sichere Fahrzonen mitteilen

An einem schönen Herbsttag unternimmt eine Familie einen Radausflug. Die Eltern und Kinder fahren im Konvoi. Kinder, obgleich sie meist sehr diszipliniert sind, können im Straßenverkehr oft unberechenbar agieren. Es ist ihnen noch nicht möglich, Entfernungen und die Geschwindigkeit von Objekten, die auf sie zukommen, wie Erwachsene einzuschätzen. Auch in diesem Fall kann Licht helfen. Mit Lichtkreisen um das Fahrzeug wird der sichere Bereich angezeigt sowie der Abstand markiert, um nicht gefährdet zu werden. Selbst wenn das Auto die ganze Familie überholt, kann der Lichtkreis somit ein Gefühl von Sicherheit geben.

Verhinderung von Kollisionen

Da Sie in ein spannendes Buch vertieft sind, zieht die Außenwelt unbemerkt an Ihnen vorbei. Sie befinden sich in Ihrem Fahrzeug und haben aus dem Augenwinkel den Knopf „Nach Hause“ gedrückt. Kurz darauf sind Sie wieder in Ihren Roman versunken. Sie verlassen sich somit voll und ganz auf die Sensoren, die Technik und Bequemlichkeiten, die das autonome Fahren mit sich bringt. Nicht jeder Verkehrsteilnehmer kann dies jedoch im gleichen Umfang tun. Der E-Bike-Nutzer auf der Nebenspur muss sich zwar auch auf die Sensoren des autonomen Fahrzeugs verlassen, jedoch auf eine andere Art. Er sieht lediglich die Lichtzeichen und Markierungen direkt am oder um das Auto, die ihm anzeigen, welche Bewegungen das Fahrzeug im nächsten Moment unternehmen wird. Licht agiert also als Kommunikationsmittel. Es kann Kollisionen vermeiden und die Welt etwas sicherer gestalten.

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