Lichttechnisches Institut Optische Technologien im Automobil von Dr. Karl Manz Dipl.-Ing. Karsten Klinger Sommersemester 2006
Inhalt Leuchtenkonstruktion Erkennbarkeit von Signalen Sichtbereiche Fernbereich Nahbereich Typische Lichtquellen Spektren der Lichtquellen Lichtlenkung bei Leuchten Übersicht über aktuelle Leuchten
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]
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.
Sichtbereiche Bereiche vor dem Fahrzeug Fernbereich > 100 m Nahbereich < 100 m Primärer Gefahrenbereich 40-160 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, 2005 0,5(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)
Umfeldleuchtdichten im Verkehr Umfeldleuchtdichten Nacht 10-3... 10-2 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
Leuchtdichte Abblendlichtscheinwerfer
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 = 2 10-6 Konstante nach Boissin, Pages, Cole, Brown
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]
Signale im Nahbereich Im Nahbereich stellt die Leuchtdichte die erkennbarkeitsbestimmende Größe dar. Untersuchungen von Armbruster, Rippberger: [cd/m 2 ] Tag Nacht Schlußleuchte 8.600... 19.000 350... 800 Bremsleuchte 22.000... 50.000 1.200... 3.100
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
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]
Spektrum einer Glühlampe
Farborte von Lichtsignalen Rotbereich: ca. 615... 780 nm [Aus: Eckert, Lichttechnik und optische Wahrnehmungssicherheit im Straßenverkehr]
Spektrum einer roten Signallampe
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]
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... 17 cd
Lichtstärkeverteilung Lichtverteilung von Rückleuchten Laut ECE-Regelung 7
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
Lichtstreuung in Leuchten [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]
Lichtlenkung in einer LED [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]
Lichtlenkung in Leuchten [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]
Reflektorgeometrie Z r F X f 2f [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]
Vereinfachungen Parabolreflektor durch zwei Geraden angenähert [Aus: Datenblatt an1149-5a Secondary Optics Design Considerations for Super Flux LEDs, Firma Lumileds]
Aktuelle Leuchten
LED-Anordnung
Aktuelle Leuchten
Leuchten an Ralley-Fahrzeugen
Designfehler [Aus: www.vw.de]
Frontleuchten
Tagfahrlicht - Daytime Running Lamp DRL Lichtstärke: 400-800 cd
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