Optische Technologien im Automobil

Transkript

1 Lichttechnisches Institut Optische Technologien im Automobil von Dr. Karl Manz Dipl.-Ing. Karsten Klinger Sommersemester 2006

2 Inhalt Leuchtenkonstruktion Erkennbarkeit von Signalen Sichtbereiche Fernbereich Nahbereich Typische Lichtquellen Spektren der Lichtquellen Lichtlenkung bei Leuchten Übersicht über aktuelle Leuchten

3 Erkennbarkeit von Sehobjekten Schwellenreize - Schwellenkontrast Erkennbarkeit: P = 0,5 In 50% aller Fälle wird das Sehzeichen erkannt. Leuchtdichtekontrast C: C = L t - L u L u L u Umfeldleuchtdichte (hier: 100 cd/m 2 ) L t Sehobjektleuchtdichte (L t > L u ) [Aus: Kokoschka: "Beleuchtung, Bildschirm, Sehen", S. 22]

4 Erkennbarkeit von Signalen Sichere Erkennung von Signalen: Standard-Sehobjekt 30 x 30 cm C = 0,3 Trefferquote > 99% Beispiel: Reflexionsgrad Straße r 5% Reflexionsgrad Sehobjekt r 7% Stark überschwellige Reize für Lichtsignale benutzen, um sichere Erkennung zu gewährleisten.

5 Sichtbereiche Bereiche vor dem Fahrzeug Fernbereich > 100 m Nahbereich < 100 m Primärer Gefahrenbereich m Bremsweg s bei 100 km/h Faustformel s = 100 m [Aus: Fahrschule Lehrbuch, Plewka (km/h / 10) 2 ] Faustformel s = 50 m [Aus: Fahrsicherheitstraining, ,5(km/h / 10) 2 ] Stand der Technik s < 40 m [Aus: Mastertest 2005, AMS Heft 9, 13. April 2005] Reaktionsweg (1 sec) s = 30 m Wechselzeit (0,3 sec) s = 10 m (Wechsel von Gas- zu Bremspedal)

6 Umfeldleuchtdichten im Verkehr Umfeldleuchtdichten Nacht cd/m 2 Himmel und Umfeld bei städtischer Umgebung 10-1 cd/m 2 Beleuchteter Gehweg 2 cd/m 2 Tag 10 4 cd/m 2

7 Leuchtdichte Abblendlichtscheinwerfer

8 Lichtstärken von Signalen im Fernbereich Lichtstärke I = L A Mit: L Leuchtdichte des Lichtsignals A Fläche des Lichtsignals Notwendige Signallichtstärke (nach CIE 48) I S = c d 2 L U Mit: I S Signallichtstärke d Erkennungsentfernung L U Umfeldleuchtdichte c = Konstante nach Boissin, Pages, Cole, Brown

9 Lichtstärken bei verschiedenen Umfeldleuchtdichten Lichtstärken Tag: I S, opt = 1000 cd I S = 800 cd I S2Tag = 728 cd Nacht:I S, opt I S I Schl = 0,1 cd = 0,08 cd = 4 cd [Aus: Eckert, Lichttechnik und optische Wahrnehmungssicherheit im Straßenverkehr]

10 Signale im Nahbereich Im Nahbereich stellt die Leuchtdichte die erkennbarkeitsbestimmende Größe dar. Untersuchungen von Armbruster, Rippberger: [cd/m 2 ] Tag Nacht Schlußleuchte Bremsleuchte

11 Lichtquellen Lichtquellen Festkörperlampen Entladungslampen Lumineszenz Temperaturstrahlung Glimmentladung Bogenentladung Elektrolumineszenz chemisch elektrisch Glimmlampen mit Kolben frei Laser LEDs OLEDs EL-Folien Flammen Glühlampen Halogenglühlampen Glimmlampen Hochdruckentladung Niederdruckentladung Kohlebogenlampen

12 Typische Lichtquellen Typ P21/4W Superflux Luxeon Leistung 4 W 0,2 W 1 W Lichtstrom 15 lm 3,5 lm 44 lm [Bild P21/4W: Osram Internet-Katalog] [Bilder LEDs: Datenblätter Firma Lumileds]

13 Spektrum einer Glühlampe

14 Farborte von Lichtsignalen Rotbereich: ca nm [Aus: Eckert, Lichttechnik und optische Wahrnehmungssicherheit im Straßenverkehr]

15 Spektrum einer roten Signallampe

16 Lichtströme roter Lichtquellen Typ P21/4W mit Rotfilter Superflux Luxeon Leistung Lichtstrom Wirkungsgrad 4 W 2,5 lm 0,6 lm/w 0,2 W 3,5 lm 17,5 lm/w 1 W 44 lm 44 lm/w [Bild P21/4W: Osram Internet-Katalog] [Bilder LEDs: Datenblätter Firma Lumileds]

17 Verfügbare Lichtstärke einer Glühlampe Glühlampe: Abstrahlung in Halbraum (2π) I =! 2" I = 2,5 lm / 2π I = 0,4 cd Gesetzlicher Wertebereich für Schlußleuchten: I = 4 cd cd

18 Lichtstärkeverteilung Lichtverteilung von Rückleuchten Laut ECE-Regelung 7

19 Minimaler Lichtstrom Lichtverteilung von Rückleuchten Laut ECE-Regelung 7 4 cd 0,54 lm Lichtverteilung von Bremsleuchten Laut ECE-Regelung 7 60 cd 5,94 lm 100 % optischem Wirkungsgrad der Leuchte

20 Lichtstreuung in Leuchten [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]

21 Lichtlenkung in einer LED [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]

22 Lichtlenkung in Leuchten [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]

23 Reflektorgeometrie Z r F X f 2f [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]

24 Vereinfachungen Parabolreflektor durch zwei Geraden angenähert [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]

25 Aktuelle Leuchten

26 LED-Anordnung

27 Aktuelle Leuchten

28 Leuchten an Ralley-Fahrzeugen

29 Designfehler [Aus:

30 Frontleuchten

31 Tagfahrlicht - Daytime Running Lamp DRL Lichtstärke: cd

32 Literaturangaben Zugelassene Lichtquellen im Automobil: ECE-R 37, Glühlampen Daten Superflux: Technical Datasheet DS05, Lumileds Daten Luxeon: Technical Datasheet DS25, Lumileds Lichttechnik und optische Wahrnehmungssicherheit im Straßenverkehr, Eckert Verlag Technik, 1993