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Licht in Sicht

Licht in Sicht: FEV-Tochter entwickelt Mikro-Linsen-Array für automobile Anwendungen

3. Februar 2020 | Corporate

Licht in Sicht: FEV-Tochter entwickelt Mikro-Linsen-Array für automobile Anwendungen

Neben klimafreundlichen Antriebskonzepten und dem automatisierten Fahren hält der Fortschritt auch in anderen Bereichen der Automobilindustrie Einzug. Das Licht-Design erfährt mit Blick auf Sicherheitsapplikationen und Markendifferenzierung zunehmende Bedeutung. EDL Rethschulte – ein Tochterunternehmen von FEV – hat sich auf diese Disziplin spezialisiert. Mit dieser Kompetenz bietet die FEV Gruppe Lösungen an, die einen direkten Einfluss auf die Wahrnehmung, Sicherheit und Bedienung von zukünftigen Automobilen haben.

Diese Lösungen basieren auf langjährigen Erfahrungen, z. B. bei der Entwicklung von innovativen Lichtsystemen für Scheinwerfer oder transparenten OLEDs für Rücklichtanwendungen. Auch die jüngste Entwicklung hat das Potenzial, den Blick auf das (und aus dem) Automobil nachhaltig zu verändern. Das REALEYES Mikro-Linsen-Array (MLA), eine Weiterentwicklung der MLA Wafer-Technologie, ermöglicht die Herstellung von extrem kompakten und leichten LED-Projektoren aus Kunststoff in der Größe eines Fingerhuts. Mit deren Hilfe können zum Beispiel Bilder beziehungsweise Grafiken aus nahezu jedem Winkel auf beliebige Flächen projiziert werden, ohne dabei zu verzerren. Auch extrem flache Einfallswinkel stellen für das MLA kein Problem dar, was in Kombination mit der kompakten Bauform eine hohe Flexibilität beim Einbau ermöglicht und Kosten reduziert. Bisherige Lösungen bestehen meist aus Projektoren mit nur einem einzelnen Objektiv und sind nicht in der Lage, schräge Projektionen konturscharf durchzuführen.

Die Entwicklung von FEV kann auch mit einem hohen Kontrast und einer homogenen Ausleuchtung deutlich punkten. So ergeben sich völlig neue Anwendungsmöglichkeiten. Einerseits liefern diese neuen Grafikprojektionen einen innovativen Designeffekt, beispielsweise in Form von Lichtteppichen, wie sie in Vorstufen bereits in der Praxis zu sehen sind und dem Fahrer Orientierung und ein angenehmes Ambiente bieten. Bei Mobilitätskonzepten wie dem vollelektrisch betriebenen 3-Sitzer SVEN, den FEV dieses Jahr auf der IAA in Frankfurt am Main als Carsharing-Mobilitätskonzept vorgestellt hat, bietet die neue MLA-Technologie weitere informative Einsatzmöglichkeiten. So kann der Nutzer bei Ankunft am gemieteten Fahrzeug per Projektion außen neben dem Fahrzeug begrüßt werden, oder weitere Informationen erhalten.

Die neue Lichttechnik bietet dabei nicht nur mit Blick auf die erweiterten Designaspekte Vorteile, sondern schafft sie auch einen hohen funktionalen Nutzen, z. B. ein Mehr an Sicherheit, welche sich in Zukunft speziell in Elektrofahrzeugen zum Standard entwickeln wird. Elektrisch betriebene Fahrzeuge, die nahezu geräuschlos unterwegs und in ihrer Umgebung akustisch kaum wahrzunehmen sind, können durch Projektionen auf den vorausliegenden Fahrbahnbereich andere Verkehrsteilnehmer auf sich aufmerksam machen.

Denkbar sind auch Szenarien, in denen via Projektion eines Zebrastreifens vor dem Fahrzeug Fußgänger darüber informiert werden, dass das Fahrzeug anhält und sie die Fahrbahn überqueren können. Fahrradfahrer können durch auf die Fahrbahn übertragene Hinweise davor gewarnt werden, dass sich die Tür eines am Straßenrand parkenden Autos öffnet. Auch beim Rückwärtsfahren oder Ausparken ist eine ähnliche visuelle Information für die Verkehrsteilnehmer denkbar.

Ein weiterer Schwerpunkt im Kontext der MLA-Technologie wird auf den 3D-Bereich gelegt. Setzten bisherige 3D-Verfahren bei Displays meist auf Holographie und Autostereoskopie, basiert das Patent der FEV-Tochter EDL auf der Lichtfeldtechnologie. Mit ihr können hochwertige dreidimensionale Bilder produziert werden, für deren Betrachtung keine Brille oder andere Hilfsmittel benötigt werden. Schließt man bei herkömmlichen autostereoskopischen Technologien ein Auge, ist der 3D-Effekt nicht mehr vorhanden, da vor jedes Auge jeweils ein einzelnes Bild projiziert wird und es sich somit nur um eine 3D-Täuschung handelt. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass die Linse des menschlichen Auges nicht auf die wahrgenommene Tiefe eines dargestellten Objektes, sondern auf die Entfernung des Displays scharfgestellt werden muss. Dies führt beim Betrachter oft zu Irritationen und Kopfschmerzen. Diese unangenehmen Effekte treten bei der Lichtfeldtechnologie von EDL nicht auf. Selbst mit einem geschlossenen Auge nimmt der Betrachter immer noch ein räumliches, dreidimensionales Bild wahr, da die Bildpunkte durch Lichtstrahlen in den Raum projiziert werden, so dass ein echtes räumliches Bild entsteht.

Basis dieser patentierten Technologie ist ebenfalls das MLA, das aus einer Vielzahl von Mikroobjektiven von der Größe eines Streichholzkopfes besteht; auf der Fläche eines Quadratmeters sind das 253.000 Objektive. Die Anfertigung dieser Linsen erfolgt mit einer Genauigkeit von unter einem Mikrometer, was entscheidend ist, um qualitativ hochwertige 3D-Displays zu produzieren. Dieser Fertigungsprozess gehört ebenfalls zum Know-how von EDL. Als Speichermedium wird ein Spezialfilm verwendet, der sich hinter den Mikroobjektiven befindet und in der Lage ist, große Datenmengen zu speichern. Dies ist nötig, da jede der 253.000 Linsen das um wenige Tausendstel von ihrer Nachbarlinse abweichende vollständige Bild zeigt und jedes dieser einzelnen Bilder aus 65.000 Pixeln besteht. Die Bildinformationen für die Optik liefert bei der Herstellung ein von EDL patentierter LED-Belichter, der eine exakte Ausrichtung sicherstellt. Farbfehler und Verzerrungen treten bei dieser Methode nicht auf.

Die Technologie führt dazu, dass der Betrachter das Gefühl hat, dass die Objekte bis zu einem Meter aus den Displays herausragen. Für den Automotive-Bereich ergeben sich dafür spannende Anwendungsfelder. Im Fahrzeug-Cockpit der Zukunft können etwa holographische Bedienelemente erzeugt werden, beispielsweise ein virtuell aus der Mittelkonsole projizierter dreidimensionaler Regler oder Schalter, den der Fahrer per Hand – und von Sensorik erfasst – bequem bedienen kann.

Auch außerhalb des Fahrzeugs kann diese 3D-Entwicklung ihre Vorteile ausspielen – wie z. B. integriert in die Scheinwerfer. Durch den Einsatz von Kunststoffoptiken im Spritzgussverfahren in der Qualität von Glasoptiken ergaben sich in diesem Anwendungsfall völlig neue Designfreiheiten, die in einer Scheinwerferhöhe von lediglich 11 mm mündeten und so zu deutlicher Gewichtseinsparung beitrugen. Des Weiteren konnte beim Abblendlicht die sogenannte „Hell-Dunkel-Grenze“ auf das Filmmaterial hinter den Linsen belichten werden, wodurch kein Einsatz von Blenden mehr nötig war, die ein derart schmales Design ebenfalls unmöglich gemacht hätten.

Mit diesem 3D-Licht-Know-how wurden bereits für Prototypen Fahrzeugrücklichter entwickelt, bei denen das Rücklicht optisch aus der Rückleuchte des Fahrzeugs tritt und so deutlicher und schneller zu erfassen ist als bei herkömmlichen Rückleuchten. Bislang haben Fahrzeughersteller zum Beispiel mit Spiegeln arbeiten müssen, um eine ähnliche Tiefenwirkung zu erzielen, die jedoch bei Weitem nicht so ausgeprägt ist. Im Ergebnis erhält man mit dieser 3D-Lichttechnologie ein klares Plus an Sicherheit für die Verkehrsteilnehmer bei deutlich geringerem Bauraum.

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Effizientes Datenmanagement

Effizientes Datenmanagement: Kooperation zwischen FEV und Microsoft

28. Januar 2020 | Corporate

Effizientes Datenmanagement: Kooperation zwischen FEV und Microsoft

Automatisierte Fahrfunktionen und das autonome Fahren beeinflussen grundlegend die Art und Weise, wie wir uns in Zukunft fortbewegen. Bei der Absicherung dieser automatisierten Fahrfunktionen sind Systeme erforderlich, die bei Testfahrten die vielfältigen Szenarien im Straßenverkehr erkennen, bewerten und für die Entwickler aufbereiten. Dieser zentralen Herausforderung begegnet FEV mit einem eigens entwickelten Datenmanagement- und Auswertungssystem, welches auf die Rechnerleistung der Microsoft Cloud-Computing-Plattform „Azure“ zurückgreift.

Nach heutigen Schätzungen sind für die Absicherung
einer automatisierten Fahrfunktion Testumfänge von 240 Millionen bis 16 Milliarden Straßenkilometern* erforderlich. Dabei bestimmt jedoch nicht die Menge der Tests die Reife eines Systems, sondern die Anzahl an „erfahrenen“ Situationen im Straßenverkehr, in denen die Algorithmen aktiv eine Entscheidung treffen müssen – beispielsweise bei einem Überholvorgang auf der Autobahn.

In diesem Zusammenhang stellt das von FEV etablierte V2I-(Vehicle-to-Infrastructure)-Datenmanagementsystem eine effiziente Lösung für die Entwicklung und Absicherung solcher Fahrfunktionen dar. Denn neben der Dauer und Anzahl von Erprobungsfahrten sind im Rahmen der Validierung auch die riesigen anfallenden Datenmengen eine große Herausforderung. So erzeugt das im Fahrzeug installierte Sensorset, bestehend aus Kamera, Lidar (Light Detection And Ranging) und Radar (Radio Detection And Ranging), an einem einzigen Tag schnell bis zu 40 Terrabyte an Daten.

Die Datenmanagementlösung von FEV setzt genau an diesem Punkt an. Zunächst übernimmt ein eigens entwickelter, vernetzter Datenlogger die Sammlung ausgewählter Fahrzeugsignale und sendet diese noch in Echtzeit während der Testfahrt an ein Backend. Hierzu kooperierte FEV zum wiederholten Mal erfolgreich mit dem Unternehmen Microsoft. Mittels der Kombination der Microsoft-Produkte „Azure Cloud“ und dem für den Datentransfer zuständigen IOT-Hub konnte FEV auf eine leistungsstarke und etablierte Toolkette zurückgreifen. In der Cloud werden die übersendeten Fahrzeugdaten konsolidiert, während parallel Algorithmen die Signale hinsichtlich relevanter Szenarien analysieren. Es besteht somit bereits während Testfahrten die Möglichkeit, Rückmeldungen an die jeweiligen Ingenieure zu senden und ganze Flotten nach einem vorher definierten Plan flexibel zu koordinieren.

Ein einheitlicher Zeitstempel vereinfacht weiterhin signifikant die Bereinigung und Aufbereitung aller Fahrzeugdaten. Nicht zuletzt ermöglicht diese Szenarien-basierte Vorfilterung auch eine kosteneffiziente Datenspeicherung in der Cloud. Lediglich vorher detektierte Datenpakete bzw. Szenarien werden in den Cloud-Hot-Storage geladen – also dem Layer mit der höchsten verfügbaren Rechenleistung und Zugriffsverwaltung. Weniger wichtige Abschnitte werden in rechenärmeren und somit kostengünstigeren Cloud-Arealen gespeichert.

Als Integrations- und Entwicklungspartner bei Serienprojekten verschiedener Automobilhersteller hat sich für FEV und seine Kunden das effiziente Auswerten und Validieren von Sensordaten schnell bewährt. Um den allgemeinen Erprobungsaufwand auf realen Straßen und die damit verbundenen