Farbenlehre im Fahrzeug: Entwicklung und Validierung von Ambiente-Beleuchtung.

Lesedauer: circa 3 Minuten.

Tür auf, Licht an – was einfach klingt, ist in der Welt der Elektronik eine komplexe Angelegenheit bei der Entwicklung und Validierung. Die ASAP Gruppe übernimmt deshalb nicht nur die Erstellung der Datensätze aller im Fahrzeug verbauten Ambiente-Lichtmodule, sondern auch deren Absicherung: mit der Entwicklung eines neuen Prüfstands und der benötigten Testautomatisierung hat der Entwicklungspartner der Automobilindustrie dabei für eine deutlich erhöhte Testabdeckung innerhalb kürzester Zeit gesorgt. Mit Blick auf das Autonome Fahren ist damit der Weg geebnet für den Bedeutungswechsel der Ambiente-Beleuchtung von der reinen Komfort- zur funktionalen Ausstattung.

In Form der Ambiente-Beleuchtung sorgen RGB-LED-Module im Fahrzeug dafür, dass Fußräume, Türen und Mittelkonsole in unterschiedlichen Farben erstrahlen können. Das nach Kundenwunsch personalisierbare Farbenspiel hat sich in den vergangenen Jahren immer mehr zum Standard entwickelt. Doch was auf Kundenseite mit individuellen Farbakzenten im eigenen Fahrzeug erfreut, bringt im Automotive Engineering neue Herausforderungen für die Entwicklung und Absicherung mit sich. 

Ein Lichteffekt – über 1.000 Parameter.

Damit der gewünschte Lichteffekt im richtigen Moment aktiviert wird – etwa die Fahrzeughimmel-Beleuchtung beim Öffnen der Tür – müssen zunächst für alle im Fahrzeug integrierten Lichtmodule spezifische Datensätze generiert werden. ASAP Entwickler erstellen die Funktionen entsprechend der im Lastenheft definierten Kundenvorgaben, wobei sie für jede Umsetzung eines Fahrzeugtyps mehr als 1.000 Daten parametrieren. Bei der Programmierung aller Lichteffekte eines neuen Fahrzeugmodells entstehen auf diese Weise zahlreiche Datensätze mit einer Gesamtmenge von rund 30.000 Byte.

Der Datensatz für ein personalisierbares, mehrstufig regelbares Kontur-Ambiente-Licht setzt sich beispielsweise wie folgt zusammen: zunächst werden rund 30 Farben angelegt, wobei sich jede der Farben aus jeweils einem Byte für rot, grün und blau zusammensetzt. Im Datensatz wird ebenfalls hinterlegt, welches RGB-LED-Modul sich in welchem Szenario wie zu verhalten hat. Hier sei beispielhaft das Entriegelungsszenario genannt, das dreistufig abläuft. Für alle drei Phasen müssen zunächst jeweils neben der Farbe auch Helligkeit und Dimmrampe definiert werden: so werden die Helligkeit, mit der die zu aktivierenden RGB-LED-Module angesteuert werden sollen, sowie die Dauer des Dimmvorgangs vom ausgeschalteten Modul bis zur Zielhelligkeit festgelegt. Für Phase eins des Entriegelungsszenarios wird dann festgeschrieben, dass das dem Fahrer zugeordnete Leselicht aktiviert wird. In der zweiten Phase wird die Konturbeleuchtung von beispielsweise Türen, Mittelkonsole, Sitzen und Instrumententafel geregelt. Die Ambiente- beziehungsweise Flächenbeleuchtung wird schließlich in der dritten und letzten Phase festgeschrieben. 

RGB-LED-Module auf dem Prüfstand.

Im Anschluss an die Generierung aller für ein Modell benötigten Datensätze, übernehmen ASAP Experten schließlich die Datensatzpflege und -versionierung sowie deren Absicherung. Neben der Funktionsabsicherung aller Lichtmodule zählt hierzu auch die Validierung der für die Ambiente-Beleuchtung eingesetzten RGB-LED-Module. Hierfür hat ASAP einen eigenen Prüfstand entwickelt: daran werden die RGB-LED-Module unter dem Einfluss von Temperatur und Spannung auf Farbe, Helligkeit sowie Farbortabweichungen getestet. Das Messsystem ist mit einer Ulbricht-Kugel sowie einem Spektrometer ausgestattet, das direkt in die CANoe-Simulation eingebunden ist. Mit der im Inneren für eine möglichst homogene Farbreflektion weiß beschichteten Ulbricht-Kugel lassen sich Farbtiefe und Helligkeit exakt messen. Nach Einlegen der einzelnen RGB-LED-Module in die Ulbricht-Kugel wird am Prüfstand sichergestellt, dass die Module bei verschiedenen Temperaturen und Betriebsspannungen fehlerfrei funktionieren: die Temperaturdifferenzen von null bis 100 Grad erzeugt ein im Prüfstand integriertes Peltier-Element. Eine von ASAP entwickelte Testautomatisierung sorgt gleichzeitig dafür, dass die Betriebsspannung durch das von ihr gesteuerte Netzteil verändert wird. Mit der Testautomatisierung kann so auch das Verhalten der Bauteile bei allen im Fahrzeug auftretenden Spannungsschwankungen überprüft werden – beispielsweise, wenn Spannungskurven durch das Zu- oder Abschalten der Klimaanlage oder beim Starten des Motors entstehen. Die am Prüfstand gewonnenen Messergebnisse sind schließlich die Farbwerte, die das menschliche Auge von der Ambiente-Beleuchtung im Fahrzeug wahrnehmen würde.

Automatisierte Identifizierung von Farbortabweichungen.

Damit dem Fahrer die von ihm gewählte Farbe exakt angezeigt wird, werden die RGB-LED-Module hinsichtlich Farbortabweichungen überprüft. Die von ASAP entwickelte Testautomatisierung sorgt dabei für den automatisierten und zeitsparenden Ablauf der Validierung am neu entwickelten Prüfstand: sie stellt fest, ob das RGB-LED-Gamut – also die Gesamtheit der durch das Modul abbildbaren Farben innerhalb des CIE-Normvalenzsystems – fehlerfrei dargestellt wird. Dabei fährt die Testautomatisierung die benötigten RGB-Farbwerte zwischen null und 255 für jede der Farben ab, die bei der Ambiente-Beleuchtung zu Anwendung kommen kann. Bei einem Standard-Lichtpaket handelt es sich um mehr als 100 Farboptionen, da die Farben innerhalb des spezifischen RGB-LED-Gamuts gemischt werden können. Die Vielzahl an Möglichkeiten macht deutlich, weshalb die Validierung am Prüfstand mit einer Testautomatisierung notwendig ist: mit ihr erfolgt die Absicherung weitaus schneller, genauer und kostengünstiger als es beispielsweise durch manuelles Testen möglich wäre.

Im Laufe des Validierungsprozesses steuert die Testautomatisierung alle Farbwerte an, gibt also den Befehl an das RGB-LED-Modul zur Darstellung eines bestimmten Farbwertes. Der Controller im Modul setzt den Befehl um und triggert die RGB-LED: sie wird aktiviert und die Farbe schließlich in der Ulbricht-Kugel gemischt. Daraufhin löst die Testautomatisierung die Messung aus, bei der das im Prüfstand integrierte Spektrometer den Farbwert feststellt. Abschließend gleicht die Testautomatisierung den Ist-Wert (tatsächlicher Farbort) mit dem Soll-Wert (Farbort nach Kundenvorgabe) der Farbe ab und überprüft, ob beide Werte übereinstimmen. Selbst minimale Farbortabweichungen werden dabei von der Testautomatisierung dokumentiert und gemeldet, denn für eine optimal personalisierbare Ambiente-Beleuchtung sind kleinste Farbnuancen entscheidend. 

Aufgabenzuwachs für die Ambiente-Beleuchtung.

Im Zuge des Megatrends Autonomes Fahren wird der Beleuchtung im Fahrzeug künftig neben ihrer ästhetischen Aufgabe mehr Verantwortung übertragen: sie erfährt einen Bedeutungswechsel von der reinen Komfort- hin zur funktionalen Ausstattung. Grund hierfür ist zum einen, dass über Lichteffekte die Kommunikation zwischen Fahrer und Fahrzeug hergestellt werden kann. So könnten künftig mittels Lichtsignalen beispielsweise Informationen zu Abstandsmeldung, Fahr- und Fahrzeugzustand oder eingehenden Telefonanrufen transportiert werden. Zusätzlich kann etwa ein spezieller Lichteffekt als Warnhinweis dienen und die Aufmerksamkeit des Fahrers in Situationen, in denen sein Eingreifen notwendig ist, schnell zurück auf das Geschehen lenken. Ein weiterer Sicherheitsaspekt: das richtige Licht sorgt im Fahrzeuginnenraum für eine verbesserte Orientierung des Fahrers – Symbole oder Schalter sind besser sichtbar oder besonders hervorgehoben. Gleichzeitig lässt sich mit der richtigen Farbwahl und -intensität die Stimmung des Fahrers positiv beeinflussen, Müdigkeit vorbeugen und eine höhere Aufmerksamkeit erzielen. 

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