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Lichtjahre voraus

Text 
Timo Pape

Fotos
Ulrike Myrzik

Vorsprung in der Lichttechnologie

Ob Matrix Laser-Scheinwerfer oder organische LED: Die Lichtinnovationen, die Audi in den kommenden Jahren auf den Markt bringen wird, verbinden Ästhetik mit ganz erstaunlichen Funktionen.

Funktionen der
Matrix Laser-Technologie

Nur der Mond spiegelt sich in der Motorhaube, ansons­ten herrscht völlige Dunkelheit. Doch diese Nacht ist eine Illusion. Draußen strahlt in Wirklichkeit die Sonne, und der „Mond“ ist eine Deckenleuchte im Lichtkanal des Audi Lichtassistenzzentrums. Stephan Berlitz macht einen Schritt auf den Pro­totypen zu. Er kennt ihn bestens, denn er verantwortet bei Audi die Entwicklung der Lichtinno­vationen. Längst geht es in seinem Tätigkeitsfeld nicht mehr nur um einzelne Scheinwerfer: Das Auto vor ihm ist ein Gesamtkunstwerk der Licht­technologie.

Zebrastreifen:
Erkennt das Auto einen ­Fußgänger am Straßenrand, kann es per Licht mit ihm ­kommunizieren: „Das Auto gibt dem Passanten zum Beispiel das Zeichen, über die Straße zu gehen. Es kann ihn aber auch warnen, wenn ein schnelles Auto von hinten kommt“, erklärt Stephan Berlitz, Leiter Entwicklung Licht­innovationen/Funktionen bei Audi. „Der ­Fußgänger kann den Bereich ­hinter dem Auto nicht einsehen, das Auto aber schon.“ Dabei ­helfen dem Fahrzeug ­Kameras, Radar- oder ­Ultraschallsensoren.

Berlitz holt sein Smartphone aus der Tasche, per App entsperrt er die Türen und wird sogleich persönlich begrüßt: Die Front­schein­werfer projizieren ein „Servus“ und das Emblem von Bayern München, seinem Lieblingsverein, auf den Boden. Die markante Signatur des Tagfahr­lichts scheint auf und umrandet den nächsten Schritt automobiler Erleuchtung: die Matrix Laser-­Technologie.

Richtungssignale:
Der Matrix Laser-Scheinwerfer kann Lichtsignale auf die Straße projizieren, die dem Fahrer ­hilfreiche Hinweise geben. So wird ihm zum Beispiel nahegelegt, Abstand zum ­Vordermann zu halten oder in Kürze abzubiegen – eine sinnvolle Unterstützung beim Einsatz von Navigationsgeräten. Die Lichtsignale helfen aber auch allen anderen Verkehrs­teilnehmern ringsherum. ­Gefahrensituationen beim Spurwechsel werden ­dadurch ­minimiert.

Herzstück des neuen Frontscheinwerfers ist ein Hochleistungslaser, der eine Matrix von fast einer halben Million Mikrospiegeln anstrahlt. Diese haben eine Kantenlänge von nur wenigen Hundertstelmillimetern und lassen sich unabhängig voneinander bis zu 5.000 Mal pro Sekunde kippen. „In Zukunft werden wir keine LEDs pro Scheinwerfer mehr an Bord haben wie bei der aktuellen Matrix-LED im Audi A8, sondern mehrere hunderttausend verschiedene Pixel“, sagt Berlitz. „Das ist ein Entwicklungssprung wie vom Auto­maten­spiel Pong aus den 1970er-Jahren zur aktuellen PlayStation 4. Das sind Welten.“ Die sogenannte DMD-Technik (Digital Micromirror Device) kommt schon heute in vielen Video- und Kino-Beamern zum Einsatz.

Lichtteppich:
Hier setzt Audi auf Bewegung und Intuition: Ein Teil des Lichtfeldes ist breiter als der Rest. Er bewegt sich – je nach Standpunkt des Fußgängers – in die gewünschte Richtung und lässt somit keine Missverständnisse zu. Der Fußgänger weiß sofort, dass und in welche Richtung er gehen kann. „Wir wollen keine Schriftzüge projizieren, sondern intuitive Signale senden“, sagt Berlitz. „Dabei müssen wir global denken – sprachunabhängig und auch ohne Symbole.“

Die Matrix Laser-Technologie bietet natürlich weitaus mehr Möglichkeiten als persönliche Begrüßungs­szenarien. Während die Schein­werfer die Straße in jeder Situation perfekt ausleuchten, sparen sie andere Verkehrsteilnehmer präzise aus, so dass trotz Fernlicht niemand mehr geblendet wird. Dazu können Objekte wie zum Beispiel Verkehrs­schilder oder Fußgänger am Straßenrand mittels Licht markiert und so gezielt hervorgehoben werden. Das erhöht die Aufmerk­samkeit des Fahrers und damit auch die Sicher­heit. Alternativ können Verkehrsschilder gezielt ausgeblendet werden, da­mit der Fahrer diese optimal erkennt, ohne durch die Reflexion des hellen Fernlichts geblendet zu werden.

Markierungslicht:
Fußgänger, Wildtiere oder etwa Straßenschilder können gezielt angestrahlt werden. Der Matrix Laser-Scheinwerfer erkennt Umrisse präzise und kann sie somit gezielt ­markieren. Dadurch lenkt er die Aufmerksamkeit des Fahrers ­unmittelbar auf das ­angestrahlte Objekt am ­Fahrbahnrand, wodurch sich die Sicherheit für alle Verkehrs­teilnehmer verbessert.

Unzählige ­Möglichkeiten

Außerdem lassen sich die unterschiedlichsten Formen und Signale auf den Asphalt projizieren. So zeichnen beispielsweise in besonders engen Passagen zwei Lichtstreifen die exakte Fahr­spur und Fahrzeugbreite auf die Straße, in der das Auto in den nächsten Augenblicken fahren wird. „Jeder kennt das mulmige Gefühl beim Befahren enger Baustellenpassagen“, erläutert Berlitz die Situation. „Komme ich an dem breiten LKW vorbei? Die Lichtspuren geben dem Fahrer ein sicheres Gefühl, und er fährt deutlich entspannter durch die Engstelle.“

Und der Lichtexperte geht noch einen Schritt weiter: Wenn in einigen Jahren das pilotierte Fahren die Automobilbranche revolutioniert habe, werde das Matrix-Licht sein Potenzial noch stärker zur Geltung bringen, denn dann seien völlig neue Kommunikationsformen zwischen den Verkehrsteilnehmern gefragt. „Das Auto wird künftig auf verschiedenste Art und Weise mit Fußgängern kommunizieren“, erläutert Berlitz. Und zwar auch, wenn der Fahrer gerade abgelenkt sein sollte, weil er zum Beispiel Mails liest – denn zukünftig kann das Auto selbst fahren. Dann geben zum Beispiel Lichtsignale Hinweise auf die Fahrtrichtung oder es helfen Lichtteppiche bei der Entscheidung zur Über­querung eines Zebrastreifens.

Berlitz geht um einen Prototypen herum und wird dabei von homogen leuchtenden OLEDs (Organic Light Emit­ting Diode) begleitet. Sie zieren die Flanken der Designstudie OLED Lighting. „Das Licht folgt dem Fahrer um das Auto herum und zeigt ihm etwa, wo die Türgriffe sind“, erklärt Berlitz und denkt dabei an künftige Möglichkeiten dieser Tech­no­logie. „Das geht natürlich auch im Innen­raum. Das Interieur wird künftig immer mehr mit dem Exterieur verschmelzen.“

Am Heck strahlen die beiden Rückleuch­ten mit stechend scharfen Konturen. Mehrere kleine „Lichtkacheln“ sind darin kunstvoll angeordnet. Auch hier kommen organische Leucht­dioden zum Einsatz. Eine einzelne OLED kann die Größe eines Smartphonedisplays haben, doch die Dicke des Materials liegt unter einem Millimeter. Auf diese Weise bietet es unzählige Gestaltungs­möglichkeiten.

Jede „Lichtkachel“ besteht aus sieben verschiedenen Schichten, die übereinandergestapelt sind. Manche dienen der Bauteileffizienz, am prominentesten ist jedoch die Emitterschicht. In jeder OLED-Einheit schließen zwei Elektroden, von denen mindestens eine transparent sein muss, eine Vielzahl dünner Schichten aus organischem Halbleitermaterial ein. Eine niedrige Gleich­strom­spannung – zwischen drei und vier Volt – bringt die Schichten, die weniger als einen Tausend­stel­millimeter dick sind, zum Leuchten. OLEDs basieren – analog zu konventionellen LEDs – auf dem Phänomen der Elektrolumineszenz.

Licht-Origami


Faltkunst: Diese neue Rückleuchte mit dem Entwicklungsnamen Origami demonstriert die Gestaltungsmöglichkeiten von OLEDs.

Im Gegensatz zu Punktlichtquellen wie LEDs aus Halbleiterkristallen sind OLEDs Flächen­lichtquellen. Für ihr homogenes Erscheinungsbild benötigt die Technologie keine Reflektoren, Licht­leiter oder zusätzliche Optiken. Eine OLED lässt sich in beliebig viele Leuchtflächen unterteilen, die einzeln angesteuert werden können. So haben die Audi-Entwickler und -Designer die Möglich­keit, unterschiedliche Helligkeitsstufen auf einer einzigen „Kachel“ trennscharf voneinander abzugrenzen.

Schon bald werden dreidimensionale Leucht­dioden in der Serie zum Einsatz kommen: „Bei flexiblen OLEDs ist das Substratmaterial – anstelle von starrem Glas – nur noch eine Folie“, erläutert Berlitz. „Wir können damit ganz neue Formen gestalten und dreidimensional völlig neue Wirkungen erzielen. Diese Kombination aus Ästhetik und hochinnovativen Technologien werden wir künftig forcieren, weil uns OLEDs ein noch progressiveres Design ermöglichen“, freut sich der Lichtingenieur.

Neben dem niedrigen Energieverbrauch und einer langen Lebensdauer liegt ein weiterer Vorteil der OLED in dem breiten Abstrahlwinkel, der zu noch besserer Erkennbarkeit des Fahrzeugs führt und damit zu mehr Sicherheit im Straßen­verkehr.

Plötzlich wird es wieder hell im Tunnel und die Mondscheinkulisse verblasst. Doch der Prototyp mit den beeindruckenden Innovationen bleibt an Bord. Schon in wenigen Jahren werden die heute noch futuristisch anmutenden Inno­va­tionen auf öffentlichen Straßen unterwegs sein. Das gilt auch für die Matrix Laser-Technologie, sobald der Gesetzgeber grünes Licht gibt.

Rund ein Drittel der gesetzlichen Vor­schriften für Autos betrifft die Beleuchtung. „Die Signale, sei es der Blinker oder das Bremslicht, müssen eindeutig sein“, erläutert Berlitz. Außer­dem gibt es viele regionale Unterschiede: „In den USA dürfen wir zum Beispiel unsere Matrix-LED-Scheinwerfer bis heute nicht ausliefern, da es noch keine passende Regelung gibt.“

 

Die Kombination aus ­Ästhetik und hochinnovativen
Technologien werden wir ­künftig forcieren,
weil uns OLEDs ein noch progressiveres Design ermöglichen.

Stephan Berlitz
Leiter Entwicklung Lichtinnovationen/Funktionen

Designfreudig

Der gemeinsame ­Ursprung des Lichts

Matrix Laser und OLED scheinen zwei völlig unterschiedliche Techniken zu sein, und doch haben sie denselben Ursprung: die LED. „Aus ihr entspringen zwei verschiedene Konzepte“, erklärt Stephan Berlitz, Leiter Entwicklung Lichtinno­va­tionen/Funktionen bei Audi. „Auf der einen Seite steht die Weiterentwicklung in Richtung Hoch­leistung, das ist die Laserlichtquelle. Die andere Richtung zielt auf die flächenhafte Beleuchtung ab. Hier heißt die Lösung OLED. Brauche ich mehr Licht, nehme ich Laser. Will ich hingegen eher Design­elemente gestalten, nehme ich OLED. Die gemeinsame Basis ist jedoch eine normale LED-Lichtquelle.“

Das Lichtassistenz­zentrum

Unter der Erde des Audi-Werksgeländes in In­­golstadt erstreckt sich ein über 120 Meter langer Tunnel. Dieser bietet Audi alle Möglichkeiten bei der Entwicklung neuer Lichttechniken. Das Licht­assistenzzentrum (LAZ) wurde 2015 an den alten Lichtkanal von Audi angeschlossen. Es beinhaltet ein Laserlabor, einen Drehteller, eine Autowaage, einen Medienraum und nicht zuletzt straßenähnlichen Bodenbelag. In weiteren Räumlichkeiten entwickelt Audi das Innenlicht. Am Ende des Kanals befindet sich außerdem der sogenannte Dom. Er ist 18 Meter breit, neun Meter hoch und 25 Meter tief.

Der neue Lichtkanal von Audi hat
beeindruckende ­Dimensionen: 120 Meter lang,
zwölf Meter breit und fünf Meter hoch.
Er bietet den Entwicklern alle Möglichkeiten, auch tagsüber
im Dunkeln zu arbeiten.

Im Fokus der Entwicklung stehen derzeit innovative Lösungen für das Fernlicht sowie kamerabasierte Lichtassistenzsysteme, die künftig ebenfalls den Weg in die Serie finden könnten. Durch das neue LAZ werden viele Nachtfahrten überflüssig, denn Audi kann nun auch tagsüber im Dunkeln arbeiten, und so kommen die Ent­wick­lungen noch schneller auf die Straße.