Nemecké výskumné združenie uskutočnilo s uznávanými členmi z oblasti priemyslu a výskumu základný výskum týkajúci sa inteligentného automobilového svetlometu s technikou LED s vysokým rozlíšením, ktorý posúva takzvané adaptívne stretávacie svetlo do novej dimenzie.
Predvádzací model vyvinul vedúci celého projektu, spoločnosť Osram, spoločne s partnermi v projekte Daimler, Fraunhofer, Hella a Infineon. Každý svetlomet obsahuje tri svetelné zdroje LED nového druhu, z ktorých každý má 1 024 individuálne ovládaných bodov. Takto možno svetlo zo svetlometov presne prispôsobiť aktuálnej dopravnej situácii, aby boli vždy zabezpečené optimálne svetelné podmienky bez oslnenia ostatných účastníkov cestnej premávky. Svetlo možno prispôsobiť každému mysliteľnému priebehu zákruty, takže žiadna okrajová zóna neostane v tme. Pomocou snímačov vo vozidle možno analyzovať okolie s cieľom dostatočne osvetliť ostatných účastníkov cestnej premávky. Vodič si ich tak dokáže lepšie všimnúť. Súčasne však možno vynechať časti svetelného lúča smerujúce na hlavy protiidúcich účastníkov cestnej premávky, aby sa spoľahlivo zabránilo ich oslneniu. Takéto variabilné diaľkové svetlo by na cestách nižšej triedy už vôbec nebolo potrebné tlmiť.
Osram a ďalší partneri vyvinuli LED do moderného auta
Projekt, ktorý získal podporu Spolkového ministerstva pre vzdelávanie a výskum (BMBF), teraz demonštrátori svetlometu po výrobe a skúške po tri a pol roku úspešne ukončili. Spoločnosť Osram Opto Semiconductors s partnermi Infineon a Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) vyvinula nový čip LED s 1 024 individuálne ovládateľnými svetelnými bodmi. Doteraz boli v prípade adaptívnych svetlometov viaceré komponenty LED ukladané vedľa seba a nad sebou. Na zvládnutie zapínania a vypínania svetelných segmentov boli potrebné ďalšie elektronické komponenty. Vzhľadom na obmedzený priestor v svetlomete bol počet segmentov obmedzený. V novom riešení je elektronické ovládanie jednotlivých LED integrované do čipu. Pre nové inteligentné automobilové svetlo vyvinula divízia Osram Specialty Lighting v druhom kroku modul LED usporiadaný okolo čipu LED s vysokým rozlíšením, ktorý svojím elektrickým a termickým rozhraním umožňuje priame napojenie na palubnú elektroniku.
Hľadanie bezpečného riešenia
Pri použití inteligentného svetlometu s vysokým rozlíšením, realizovateľnosť ktorého bola v projekte teraz úspešne predvedená, sú ustavične analyzované dopravné a poveternostné podmienky: aký je priebeh cesty, aká vysoká je rýchlosť, ide niekto v protismere a aká je vzdialenosť od ostatných účastníkov cestnej premávky? Systém variabilného a adaptívneho rozdeľovania svetla na základe toho zabezpečí v každej situácii osvetlenie na mieru. Pri vyššej rýchlosti sa napríklad automaticky zväčší aj dosah svetelného kužeľa. V mestskej doprave zasa širší rozptyl svetla zvyšuje bezpečnosť, pretože okrem cesty lepšie vysvieti aj chodník a okrajové zóny. Tieto funkcie sú realizované čisto elektronicky bez mechanických servomotorov. V prípade neoslňujúceho diaľkového svetla má vodič v noci vždy ten najlepší možný výhľad – bez obmedzovania ostatných účastníkov cestnej premávky. Pre vodiča to znamená výrazne lepšie vnímanie a dôležitý príspevok k zníženiu rizika nehody počas jazdy v noci.
„Tento nový druh svetelných zdrojov LED s vysokým rozlíšením chceme teraz pripraviť do sériovej výroby a vidíme veľký potenciál pre jeho použitie vo svetlách vozidiel,“ oznámil Stefan Kampmann, člen predstavenstva OSRAM Licht AG zodpovedný za techniku.
Technológia
Spoločnosť Infineon Technologies AG vyvinula inteligentný obvod budičov v novom čipe LED. Vďaka nemu možno individuálne ovládať každý z 1 024 svetelných bodov. Výrobcovi polovodičov sa podarilo navrhnúť ich tak, že sa v LED čipe priamo kontaktujú s poľom svetelných bodov usporiadaným nad nimi. Technickou výzvou bolo zosúladenie špeciálnych požiadaviek s výrobnými technológiami budičov LED. Inteligentným obvodom budičov a širokým aplikačným know-how pre automobilové aplikácie podporuje Infineon trend prechodu na vysokoinovatívne, adaptívne systémy predných svetiel.
Vedomosti HELLA KGaA Hueck & Co
Spoločnosť HELLA KGaA Hueck & Co špecifikovala hlavné technické požiadavky na zdroj svetla, vychádzajúc pritom z funkčných požiadaviek spoločnosti Daimler. Špecialista na svetlo a elektroniku vyvinul celý optický systém svetelných modulov, ako aj koncepciu odvádzania ich tepla a vyrobil prototypy svetlometov. Tie majú veľmi vysokú systémovú efektívnosť a vytvárajú vyslovene homogénny svetelný obraz pri súčasne dobrej kvalite obrazu jednotlivých svetelných bodov. Jednotlivé svetelné obrazy tak možno vytvárať čisto elektronicky, a teda bez mechanických akčných prvkov. To je krok smerom k digitalizácii v oblasti svetla. Svojím vývojom potvrdzuje Hella vlastné ambície vyvíjať inovatívne svetelné systémy pre zákazníkov spolu s nimi a nielen ich pripraviť v požadovanej presnosti a kvalite do sériovej výroby, ale technologicky myslieť vždy o krok dopredu.
Daimler AG diktuje a skúša
Zo strany Daimler AG boli vo výskumnom projekte špecifikované funkčné požiadavky a budúce vlastnosti automobilov pre ucelený systém svetlometu. Z toho vyplynuli komponenty a vlastnosti modulov pre ucelený systém svetlometu, ktorý pri zohľadnení budúcich snímačov a automobilových architektúr vypočíta optimálny rozptyl svetla a odošle ho do rastrových svetlometov. V súvislosti s budúcimi elektromobilmi bola veľmi dôležitá aj otázka energetickej úspornosti novovyvinutých svetelných diód. Na overovacie skúšky v reálnej premávke bolo použité vozidlo Daimler s inteligentnými svetlometmi s LED.
V aktuálnej Triede E značky Mercedes-Benz pracujú svetlomety MULTIBEAM LED značky Hella, každý s 84 individuálne ovládanými vysokovýkonnými svetelnými diódami Osram. Daimler poháňa vývoj svetlometov s LED so stále väčším počtom ešte menších svetelných bodov a upevňuje svoju pozíciu priekopníka v sektore svetiel.
Fraunhofer-Institut spája
Fraunhofer-Institut vniesol do projektu svoju kompetenciu v oblasti spojovacej techniky (prepojenie LED a integrovaných obvodov) a materiálov, ako aj v oblasti zisťovania a izolovania defektov. Veľmi vysoké rozlíšenie sa podarilo dosiahnuť pomocou ešte jemnejšej štruktúry so špeciálnou, miniaturizovanou technikou pripojenia. Na Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM v Berlíne sa tak podarilo napojiť polia LED od spoločnosti Osram s 1 024 svetelnými bodmi na aktívny obvod budičov od Infineon, ktorý každý bod riadi individuálne. Pri extrémne dobrom odvode tepla boli čipy navrhnuté tak, že umožňujú vykompenzovať výškový rozdiel niekoľkých mikrometrov. Pritom boli súbežne odskúšané dva technologické varianty: kontaktovanie termokompresiou s nanoporéznym zlatom a pájkovanie pretavením s vysokospoľahlivou pájkou zlato-cín. Obe montážne techniky boli úspešne aplikované s vysokou výťažnosťou a dokazujú robustné rozhranie pre následné procesy svetelných diód.
Medzi technologické výzvy svetlometu LED s vysokým rozlíšením patrí porovnateľne veľký čip s 1 024 individuálne ovládateľnými svetelnými bodmi. Pretože s rastúcou veľkosťou čipu LED sa zvyšuje riziko zlyhania alebo nižšej svietivosti jednotlivých svetelných bodov v rastri. Na zvládnutie tejto problematiky vyvinul Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF vo Freiburgu novú technológiu na opravu defektov počas prebiehajúceho výrobného procesu. Zakladá sa na mikroopracovaní ultrafialovým laserom a umožňuje opravu defektov v čipoch LED počas prebiehajúceho výrobného procesu. A takto to funguje: po identifikácii defektu sa pomocou UV laseru šetrne odstránia alebo elektricky odizolujú jeho mikroskopické zóny bez toho, aby pri tom laser spôsobil nové defekty, takzvané „dráhy zvodového prúdu“. Po úprave sa opravené svetelné body opäť naplno rozžiaria – „luminiscenčný obraz“ je tak opäť homogénny.
Na čo treba myslieť
Hospodársky prínos mikroopracovania laserom na Fraunhofer IAF spočíva nielen v redukovaní defektov počas výroby, a teda vo vyššej výťažnosti, čo znamená nižšie výrobné náklady veľkoplošných čipov LED: postup dokáže zvýšiť priemernú životnosť svetelných diód, čo predstavuje dôležitú konkurenčnú výhodu a zvyšuje spokojnosť zákazníka.
Projekt μAFS, ktorý podporilo spolkové ministerstvo BMBF dotáciou pod kódom 13N12510, prebiehal od februára 2013 do septembra 2016. Partneri projektu dosiahli cieľ výskumu a vyvinuli inteligentné svetelné riešenie, ktoré sa môže stať technickým základom novej triedy energeticky úsporných predných svetlometov LED s doplňujúcimi funkciami na zvýšenie bezpečnosti dopravy. Na tomto základe môžu vzniknúť adaptívne systémy predného osvetlenia (AFS), ktoré zvýšia bezpečnosť vodičov a cestujúcich.
