Z2, Lichtsysteme

• Mittels Walze:
  • zwischen Lampe und Linse
  • Walze hat unterschiedliche Profile
• Mittels Blende:
  • Verschiedene Drehbare Blendenbleche
• Zusätzliche kann komplettes Projektionsmodul (Lampe, Linse, Reflektor) mittels Stellmotoren horizontal und vertikal bewegt werden
  • reduziert die «Gleitende Leuchtweite» die Scheinwerferreichweite solange, bis die Stellung des Abblendlichts erreicht ist

• Stellung des Lichtschalters (Lichtautomatik)
• Fahrgeschwindigkeit
• Lenkwinkel
• Fernlicht "EIN/AUS"
• Nebellicht "EIN/AUS"

• Variable Lichtverteilung
  • < 40km/h = Stadtlichtverteilung
  • > 45 km/h = Landstrassenlichtverteilung
  • 30 sek > 110 km/h bzw. > 140 km/h  = Autobahnlichtverteilung
• Übergänge sind nicht ruckartig, sondern koninuierlich
• Benötigte Eingangsignale: 
  • Stellung Lichtschalter (Lichtautomatik) 
  • Fahrgeschwindikgeit
  • Lenkwinkel
  • Fernlicht "Ein"
  • Nebellicht "Ein"

• Aktivierung des Führungsnebellicht
  • Beide Scheinwerfer um 8° nach aussen geschwenkt 
  • nach unten geschwenkt
• dadurch werden Randbereiche besser ausgeleuchtet und Eigenblendung minimiert. 
• Eingangsignale: 
  • Abblendlicht Ein
  • Nebelschlussleuchte Ein
  • Geschwindigkeit <70km/h 

• Mittels Blende oder Walze wird ein blendfreier Bereich vor dem Fahrzeug geschaffen
• Mittels Schwenkmotoren kann dieser Bereich horizontal und vertikal verschoben werden
• Bei neueren Systemen erfolgt die Ausblendung durch Dimmen einzelner LEDs

• Navidaten als Information zum aktuellen Strassentyp
• Systeme können bereits ab 30 km/h arbeiten
• Navigations Informationen sind: 
  • Strassenklasse
  • Zugelassene Geschwindigkeit
  • Anzahl Fahrspuren
  • Nahende Kurven und Kurvengeometrie
  • Bevorstehnde Kreuzungen
  • Aktueller Standort (innerorts/ausserorts)
  • Aktuelles Land (Links-/Rechtsverkehr)

• Beleuchtung nicht mehr nur aus einer Lichtquelle
• LEDs in Zeilen und Spalten (Matrix)
• Jede Diode ist einzeln ansteuerbar
• Vorteile: 
  • Gleitende Leuchtweite realisierbar
  • Maskiertes Dauerfernlicht
  • Dynamische Kurvenausleuchtung
  • Selektive Beleuchtung von Fussgängern und Schildern

• 32 LEDs auf Kühlkörper
• Untere Reihe für Fernlicht, obere Reihe für Abblendlicht
• Kollimator bündelt das Licht und projiziert es umgekehrt auf die Strasse

• 84 einzlen ansteuerbare LEDs
• Abhängig von Fahr-, Wetter, Lichtsituation
• Multibeam kommt ohne bewegeliche Teile aus

• Digital-Light oder Pixellicht ist ein LED-Chip, auf dem Mikrospiegel zu finden sind, die sich in unterschiedliche Richtungen lenken lassen
• Das Pixellicht ist eine Weiterentwicklung des Matrixlichts und wird auch Digital-Micromirror-Device (DMD)
• Bis zu eine Million Mikrospiegel pro Scheinwerfer, welche angesteuert werden können.
• Können auch Bilder oder Warnhinweise direkt auf die Strasse projiziert werden
• Arbeitet mit Kamera und Navigation

• ein LC-Display, zwischen der LED-Lichtquelle und der Projektionslinse 
• Display generiert eine Matrix von 100 x 300 Bildpunkten, die sich einzeln schalten und dimmen lassen
• Informationen aus Sensoren und Kamera steuern die Bildpunkte bis 60x / Sekunde

• Nahbereichsinfrarot-System (NIR)
  • aktives System
  • Beleuchtung der Szene
• Fernbereichsinfrarot-System (FIR)
  • passives System

• NIR-System basiert auf Infrarot-Strahlung 800 - 1000nm 
• Fahrzeugvorfeld wird mit Infrarot-Scheinwerfern ausgeleuchtet
  • Infrarot-LED oder Halogen-Scheinwerfer, wobei Licht geblockt wird
• Infrarot- und Multifunktions-Kamera können dann die Bilder erkennen und auswerten
• Objekte und Fussgänger werden bis 150 Meter erkannt
• Zum Schutz vor Augenschäden werden Infrarot erst ab einer gewissen Geschwindigkeit eingeschaltet

• Aus Militärtechnik
• Passives System
• Nutzt Wärmestrahlung, 7 - 12 µm
• Wärmebildkamera, die thermische Strahlung in elektronische Signale umwandelt
• IR-Kamera darf nur hinter IR-transmittierendem Material platziert werden
• Je grösser Temperatur-Unterschied, desto besser erkennbar. Warme Gegenstände sieht man als helle Kontur

• Sensorelemente erzeugen ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der auftreffenden Intensität der Wärmestrahlung.
• Umwandlung der Wärmestrahlung in elektrische Signale basiert auf dem Prinzip einer Widerstandsänderung.
• Je höher die Temperatur, desto heller wird der entsprechende Pixel dargestellt. Pro Sekunde kann das Bild bis zu 30-mal erneuert werden.
• Kamera ca. alle 120 – 180 s selbst kalibrieren.

• NIR: 150 Meter
• FIR: 300 Meter

• Mittels Geschwindigkeit und Lenkwinkel errechnet System ob Gefahr vorliegt
• Erkannte Personen und Tiere werden markiert und es ertönt ein Warnsignal bei Gefahr
• Objekt muss im Bereich von 15 - 90 Metern zum Fahrzeug sein.  

• Mithilfe von Matrixscheinwerfer können die vom Bildverarbeitungssystem erkannten Fussgänger oder Tiere angeleuchtet oder angeblitzt werden.
• Die Aufmerksamkeit wird dadurch automatisch auf den Fussgänger gelenkt.

• Sowohl das Fahrzeug, als auch die Fussgänger befinden sich in Bewegung
• Die Proportionen von Menschen sind sehr individuell und können erheblich voneinander abweichen.
• Als Basis der Klassifizierung dient ein zweidimensionales Bild. Steht der Mensch ungünstig zur Kamera, so erschwert dies die Klassifizierung.
• Es genügt nicht nur ein Bild auszuwerten, es muss in Echtzeit eine fortlaufende Serie von Bildern ausgewertet werden.
• Kopf und Gliedmassen können be- oder verdeckt sein, was eine Klassifizierung erschwert.

• Nah-Infrarot
  • Nah am sichtbaren Spektrum
  • Mittels Infrarot Lampen (Halogen, mit Infrarot Filter, oder LED)
• Fern-Infrarot
  • Fern vom sichtbaren Spektrum
  • Wärmebildkamera
  • Ohne Infrarot-Lampe

• Bei jeder Farbe, welche wir feststellen können, handelt es sich um eine andere Wellenlänge
• Wellenlängen zwischen 380nm - 780nm 

• Entscheidend die Wellenlänge ausserhalb unserers Sichtspektrums
• Infrarot: > 770nm (Nanometer)
• Ultraviollett: < 380 nm 

• Sichtbare Strahlung, Strahlungsquelle in einer gegebenen Richtung und ist das Verhältnis von Leistung und Raumwinkel. Sie beschreibt die sichtbare Strahlung, die sich von einer Lichtquelle in eine bestimmte Richtung ausbreitet. Angabe in Candela

Die Strahlungsleistung ist eine Energiemenge pro Zeiteinheit. (in Watt) 

• die von einem leuchtenden Körper in den Raum abgegebene, sichtbare Strahlungsleistung. In Lumen (lm)
•  Je höher der Wert in Lumen, desto heller leuchtet die Lampe 

• Quotient aus dem auf eine Fläche auftreffenden Lichtstrom und der Fläche definiert. In Lux (lx)
• Wir nehmen Beleuchtungsstärke als Helligkeit wahr.
• Sonne im Sommer - 100'000lx, im Winter - 10'000 lx
• 100W Glühlampe, 1 Meter Abstand = ca. 100 lx

• Wirkungsgrad oder die Effizienz einer Lampe und wird in Lumen pro Watt (lm/W) angegeben.
• Ein höherer Wert deutet auf eine höhere Effizienz hin. Die Lichtausbeute ist ein wichtiger Wert zum Vergleichen von Leuchtmitteln und Lampen.

• Die Farbtemperatur einer Glühlampe beschreibt, wie warm oder kalt ihr Licht ist.
• Sie wird in Kelvin (K) angegeben.
• Um das Licht einer Glühlampe genau zu beschreiben, vergleichen Wissenschaftler sie mit einem idealen Lichtgeber, dem Planc’schen Strahler. 

• Gasfüllung Halogen (Brom, Jod),
• Wolfram-Draht wird erhitzt.
• Damit der verdampfende Wolfram-Draht setzt Atome frei, welche sich mit dem Halogen verbinden
• Die Verbindung wird wieder zersetzt und der Wolfram-Draht nimmt sein eigenes Atom wieder auf.
• Ergibt Verlängerung der Lebensdauer
  • Steigt die angelegte Spannung um 5% steigt der Lichtstrom um 20%
  • Lebensdauer nimmt um ca. 50% ab.

• Lumineszenz Strahler (35W)
• elektrischer Strom durch ein Xenon Gas geleitet. Dadurch entsteht ein Plasma, das Licht aussendet.
• Prozess ist nicht auf thermische Anregung zurückzuführen, sondern auf die elektrische Energie, die in Licht umgewandelt wird.
• Ist Tageslichtähnlicher (kaltes Licht)
• D3/D4 Lampen ohne giftiges Quecksilber
• Ab D5 kleinere Leistungsaufnahme (25W), dennoch 1/3 mehr Lichtstrom als H7
• 30kV benötigt zum Zünden der Lampe, 85V Wechsel-Spannung während Betrieb
• >2000 lm, Pflicht für automatische Leuchtweitenregulierung / Scheinwerfereinigungsanlage (VTS Art. 74 Abs. 4)

• Zwei verschiedene Versionen
  • Bi-Xenon-Reflexionsscheinwerfer
    • Lampe wird im Scheinwerfer verschoben mittels Elektromagnet (D2R)
  • Bi-Xenon-Projektionsscheinwerfer
    • Umschaltung über eine Blende, welche den Abstrahlwinkel verändert (D2S)

• ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement mit einem pn-Übergang
• Leuchtdioden erzeugen nur ein einfarbiges Licht.
• Mit den Dotiersubstanzen Indium, Gallium und Stickstoff = Blau bis Grün reichen.
• Mit Indium, Gallium, Aluminium und Phosphor =  Grün bis Rot ausstrahlen.
• Das Wärmeproblem wie bei Gleichrichterdioden, durch den fliessenden Strom und die Schwellenspannung.
• Ein LED-Chip weist in einem Matrixaufbau auf einer Fläche von wenigen Quadratmillimetern bis zu mehreren hundert Leuchtdioden bzw. Leuchtdiodenfunktionen auf.

• Weisses Licht kann nicht direkt mit einer LED erzeugt werden.  
• Kombination aus drei Leuchtdioden mit den Grundfarben Rot, Grün und Blau verwendet
• oder man regt mit einer blau oder ultraviolett strahlenden Leuchtdiode einen Fluoreszenz-Farbstoff an
  •  blau leuchtende LED wird teilweise mit Phosphor-Leuchtschicht versehen, die einen Teil des blauen Lichtes in gelbes Licht umwandelt. Somit werden alle Spektralfarben erzeugt, die für weisses Licht erforderlich sind. 

• Lichtausbeutung
  • von Leuchtdioden liegen von 20 - > 100 lm/W
  • Max. Lichtausbeutung sogar > 300 lm/W
• Farbtemperatur kann eingestellt werden. 
  • Je nach Halbleitermaterial und Filter
  • Im Automobilbereich Farbtemperatur > 5'000 K

• Epoxidharzlinse
  • Schützt Halbleiterchip 
  • Bestimmt Abstrahlwinkel und Wirkungsgrad
• Reflektorwanne auf Kathode 
  • Rückstahlung Licht von Halbleiterchip
  • Stromanschluss N-Leiter 
  • Kühlung des Chips

• Bedrahtete Leuchtdioden (DIP):
  • älteste Bauform 
  • LED-Spots und Leuchtstofföhren 
• SuperFlux: 
  • Deutlich Leistungsstärker
  • bis zu 4 Chips, grosser Abstrahlwinkel
• SMD-LED: 
  • oberflächenmontierte LED
  • intensiv leuchten: Blink-, Brems- und Tagfahrlichtern
• High-Power-LEDs:
  • leistungsstark und widerstandsfähig
  • benötigt effizientes Thermomanagement
• COB-LEDs:
  • modernste LED
  • grosser Abstrahlwinkel, hohe Leuchtkraft
  • homogene Ausleuchtung
  • ideal für flexible Anwendung

• Vorteile:
  • Die Lichtfarbe der LEDs entspricht nahezu dem Tageslicht.
  • Eine lange Lebensdauer der LEDs
  • Ein bedeutend geringerer Energieverbrauch (Reduzierung des CO2-Ausstosses)
  • Eine effizientere Bauraumnutzung ¡ LEDs sind extrem schnell schalt- und dimmbar
  • Freiheit und Vielfältigkeit im Styling der Scheinwerfer.
• Nachteile:
  • Geringe Leuchtstärke einer einzelnen LED
  • kürzere Lebensdauer von Hochleistungs-LEDs
  • hohe Stückkosten
  • Hochleistungs-LEDs müssen zwingend gekühlt werden
  • Benötigen eine konstant geregelte Stromquelle

• müssen zwingend mit dem vorgeschriebenen Konstantstrom betrieben werden, damit weisses Licht abgestrahlt wird. 
• PWM-Ansteuerung mit Konstantstrom für weisse LEDs
  • Die PWM Funktion bietet den entscheidenden Vorteil, dass bei einer Dimmung der Farbton konstant gehalten wird, da die Höhe des Stromes konstant bleibt und nur die Pulsdauer variiert wird.