Was ist Kfz-Innenbeleuchtung?

Fahrzeuge verfügen über viele Arten von Innen- und Außenbeleuchtungssystemen, die eine Reihe von Funktionen erfüllen – einige dienen der Sicherheit, andere der Eleganz. Die Innenbeleuchtung eines Fahrzeugs wird als Fahrzeuginnenbeleuchtung bezeichnet und umfasst jede Art von Innenbeleuchtung, die Fahrer*innen und Beifahrer*innen betrifft, aber keine Auswirkungen auf Personen außerhalb des Fahrzeugs hat.

Die Fahrzeuginnenbeleuchtung kann wichtige Informationen anzeigen, wie z. B. die Geschwindigkeit und den Kraftstoffstand, oder die verschiedenen Warnleuchten, die bei einem Problem aufleuchten (z. B. bei niedrigem Ölstand oder hoher Motortemperatur). Dies sind wichtige und funktionale Sicherheitsleuchten. Darüber hinaus verfügen Sie über eine stilvolle Beleuchtung, die den Komfort der Beifahrer*innen verbessert, dem Fahrzeug eine Persönlichkeit verleiht und einem funktionalen Zweck dient, wie z.B. die Beleuchtung der Türverkleidung. 

Da in jedem Fahrzeug so viele verschiedene Innenbeleuchtungssysteme vorhanden sind, müssen viele technische Herausforderungen bewältigt werden, bevor ein Beleuchtungssystem für den gewerblichen Einsatz geeignet ist.

Innenbeleuchtungssysteme lassen sich in drei Hauptkategorien einteilen, die viele verschiedene Arten individueller Innenbeleuchtung enthalten:

• Displaybeleuchtung
• Beleuchtung
• Umgebungsbeleuchtung (Akzentbeleuchtung)

Displaybeleuchtung

Die Displaybeleuchtung übermittelt Informationen an Fahrer*innen und Beifahrer*innen, wie Geschwindigkeit, Navigation und Sicherheitsinformationen zum Motor. Anzeigesysteme wie Touchscreens sind auch in modernen Fahrzeugen in der Mitte des Armaturenbretts zu finden. Sie dienen zur Navigation in den Radio- und Bluetooth-Einstellungen, zur App-Steuerung, zur Koordination der Klimaanlage und zur Steuerung anderer atmosphärischer Funktionen des Fahrzeugs. 

Einige wichtige Beispiele für die Displaybeleuchtung sind:

• Armaturenbrettbeleuchtung
• Multimedia-Displays
• Instrumententafeln
• Satellitennavigation

Zu den neuesten Displaytechnologien gehören Head-Up-Displays, die auf die Windschutzscheibe projiziert werden und mit der Gruppe von Sicherheitsbeleuchtungskomponenten direkt über dem Lenkrad verbunden sind. Wenn man diese Warnleuchten in die Augenlinie der Fahrer*innen verlagert, müssen sie den Blick nicht von der Straße nehmen, um der Navigation zu folgen oder zu sehen, welche Warnleuchten aufleuchten.

Beleuchtung

Diese Beleuchtung ist eine funktionale Beleuchtung im Fahrzeuginneren, die Menschen hilft, Dinge im Fahrzeuginneren zu sehen und zu finden. Die in Fahrzeugen verwendete allgemeine Beleuchtung umfasst:

• Fahrgastraum-Beleuchtung
• Spiegelbeleuchtung
• Staufachbeleuchtung
• Kofferraumbeleuchtung
• Karten- und Leseleuchten
• Handschuhfachbeleuchtung
• Innenbeleuchtung

Umgebungsbeleuchtung

Die Umgebungsbeleuchtung – auch als Akzentbeleuchtung im Innenraum bezeichnet – wird verwendet, um Stilelemente zu erzeugen, ein Ambiente im Inneren des Fahrzeugs zu schaffen und verschiedene Bedienelemente rund um das Fahrzeug zu beleuchten. Die Umgebungsbeleuchtung ist für die Funktionalität des Fahrzeugs nicht entscheidend und hat tendenziell eine geringere Lichtintensität, da sie keine anderen Objekte im Fahrzeug beleuchten muss.

Die Umgebungsbeleuchtung befindet sich häufig unterhalb der Gurtlinie des Fahrzeugs und soll den Benutzer*innen ein besseres Erlebnis bieten als Sicherheit oder funktionale Leistung. 

Einige Beispiele für Anwendungen der Umgebungsbeleuchtung sind:

• Beleuchtung der Fensterheber
• Beleuchtung um die Bedienknöpfe des Funkgeräts und andere Bedienknöpfe
• Fußraumbeleuchtung
• Beleuchtung der Türverkleidung
• Beleuchtung für Becherhalter
• Beleuchtung für Ladeanschlüsse

Bei so vielen verschiedenen Arten von Innenraumleuchten gibt es viele Designüberlegungen, die Ingenieur*innen aus Leistungs- und Sicherheitsgründen berücksichtigen müssen. Ingenieur*innen müssen auch die Verbraucher*innen berücksichtigen, die das Fahrzeug fahren, da Stil oft mehr als Funktion geschätzt wird. In vielen Fällen muss ein Gleichgewicht zwischen Funktionalität, Stil und Themenharmonisierung gefunden werden, damit alle Beteiligten mit dem fertigen Produkt zufrieden sind.

Kleine Komponenten – wie die Nadeln für den Tachometer – sehen sehr einfach in der Konstruktion aus, aber hinter ihrem einfachen Erscheinungsbild verbergen sich komplexe Zusammenhänge. 

Diese Nadeln werden Ätz-, Beschichtungs- und Lackierprozesse durchlaufen, um die gewünschte optische Transparenz zu erhalten, damit Licht durch sie hindurchgehen kann. Einige enthalten auch Prismen auf der Rückseite der Nadel. Diese Beschichtungen und Anstriche sind Dünnschichtlacke, daher ist ein hohes Maß an Präzision erforderlich, um sie zu konstruieren und herzustellen. 

Die anderen kleinen Grafiken auf der Instrumententafel erfordern auch, dass der Kunststoff auf die gewünschte Transparenz geätzt wird, damit verschiedene Lichtfarben für die Fahrer*innen durch sie hindurch strahlen können.

Auswahl der richtigen Farben

Ingenieur*innen haben heute verschiedene LED-Optionen und Farbkombinationen zur Verfügung, was den Verbraucher*innen mehr Auswahl gibt. Allerdings muss das Verhältnis zwischen Kosten und Designfunktionalität gewahrt werden, da extravagantere Farbsysteme teurer sind als herkömmliche LED-Beleuchtungskits.

Grafiken auf dem Armaturenbrett oder der Instrumententafel sind Sicherheitswarnleuchten, die wichtig sind, um sicherzustellen, dass Probleme sofort behoben werden. Ingenieur*innen haben heute Zugriff auf viele Arten von Beleuchtungskits, sodass eine höhere Anpassungsmöglichkeit bei Innenbeleuchtungssystemen möglich ist. Beispiele für Beleuchtungsoptionen, die Ingenieur*innen zur Verfügung stehen:

• LED-Streifen 
• LED-Module
• LED-Lichtwellenleiter
• MicroLEDs
• Weiße LEDs
• Mehrfarbige/RGB-LEDs
• LED-Lampen
• Konventionelle/Glühlampen

Da es viele verschiedene Farben gibt – zum Beispiel Rot ist dringend und erfordert sofortige Aufmerksamkeit, und Orange ist weniger dringend und erfordert baldige Aufmerksamkeit – müssen diese Farben einheitlich und genau sein, unabhängig davon, welches Beleuchtungskit verwendet wird.

Wenn sie nicht genau sind, verpassen die Fahrer*innen möglicherweise wichtige Probleme, die die Sicherheit des Fahrzeugs und der darin befindlichen Personen beeinträchtigen. Eine grüne Kontrollleuchte „Motor prüfen“ weist nicht ganz auf die gleiche Dringlichkeit hin wie rot.

Entwerfen des Verpackungsraums in Deckenleuchten

Ein weiterer Aspekt bei der Gestaltung der Innenbeleuchtung ist, wie der Verpackungsraum in Deckenleuchten optimiert werden sollte. Der Verpackungsraum ist das erste, was zu berücksichtigen ist, da er für die Fahrer*innen aus ästhetischer Sicht akzeptabel sein muss. Die Anforderungen an die Lichtleistung müssen jedoch erfüllt sein, damit jeder Beifahrer beim Einschalten den Innenraum des Fahrzeugs sehen kann. 

Deckenleuchten sind eine der wichtigsten Designherausforderungen, bei denen zwischen Stil und Funktionalität Kompromisse bestehen müssen. Der Designprozess erfordert ein ständiges Hin und Her zwischen Technik und Styling, um ein für beide Seiten vorteilhaftes Design zu finden.

Dann gibt es die verschiedenen Komponenten in der Lampe, die zu berücksichtigen sind. Zum Beispiel kann das Objektiv einige Körnungen oder Prismen aufweisen, um die Ausbreitung und Ausrichtung des Lichts zu erleichtern. Das Objektiv benötigt möglicherweise auch eine gewisse Transparenz, die präzise entwickelt werden muss.

Es muss auch entschieden werden, wie viele LEDs (oder Glühlampen) im Design verwendet werden sollen, da dies die funktionalen Anforderungen des Objektivs und anderer optischer Komponenten in der Lampe beeinflusst.

Designüberlegungen zum Einzel- und Multi-LED

Der Wechsel von einer auf zwei LEDs führt zu einem erheblichen Kostenanstieg und ist eine Designentscheidung, die frühzeitig getroffen werden muss, um unterschiedliche Designüberlegungen zu berücksichtigen. Ein Beispiel sind die Türverkleidungsleuchten. Für die Krümmung und Länge des Rohrs sind möglicherweise mehrere LEDs erforderlich, um eine gleichmäßige Lichtleistung zu erzielen.

Ebenso muss der Typ der LED unter Berücksichtigung von Kosten und Funktionalität betrachtet werden, da einige LEDs mehrfarbige Funktionen und Lichteffekte bieten. RGB-LEDs bieten mehr Flexibilität und Freiheit bei der Anpassung der Farbe des Beleuchtungssystems, sind aber viel teurer als herkömmliche LEDs. In einigen Fällen müssen herkömmliche Innenraum-LEDs auf der Grundlage des Volumens des hergestellten Fahrzeugs ausgewählt werden.

Die Optimierung des Konstruktionsprozesses mit Simulationssoftware wie Ansys Speos hilft, Zeit und Geld zu sparen und gleichzeitig die Arbeit zu optimieren. Speos Software ist ein auf Physik basierendes Modellierungstool, das die Beleuchtung und Leistung optischer Systeme vorhersagt und es Konstrukteur*innen und Ingenieur*innen ermöglicht, zu sehen, wie optische Systeme funktionieren, ohne dass hierfür Prototypen erforderlich sind. Die Speos-Software kann von der ersten Phase der Konzeptdurchführbarkeit bis hin zu den Validierungsphasen verwendet werden.

Die Speos-Software berücksichtigt die Farben, Materialien und potenziellen Positionen eines Beleuchtungssystems bereits in den frühen Designphasen, um zu visualisieren, wie das Licht aussehen könnte und wie das Fahrzeug unter diesen Lichtbedingungen aussehen könnte, lange vor dem Tooling. So können Konstrukteur*innen und Ingenieur*innen das System im Fahrzeug sehen, bevor sie große Entscheidungen treffen. Sobald die Entscheidung getroffen wurde, wo ein Licht- oder optisches System eingesetzt werden soll, kann die Speos-Software verwendet werden, um die Konstruktion selbst zu optimieren, da der Platz begrenzt ist, und um präzisere CAD-Konstruktionen basierend auf verschiedenen Komponentenkonfigurationen aus optomechanischer Perspektive zu ermöglichen.

Die Speos-Software kann dann während der späteren Entwicklungszyklen verwendet werden, um das Verhalten, das Erscheinungsbild und die Harmonisierung der Beleuchtungssysteme mit anderen Innenbeleuchtungssystemen zu validieren. 

Zu diesem Zeitpunkt umfassen Entwicklungen in der Regel ein ausgereiftes Beleuchtungssystem, das alle elektrischen, mechanischen und optischen Anforderungen erfüllt und zusammen mit einem vollständig modellierten Fahrzeuginnenraum sowie Umgebungslichtbedingungen (Tag, Dämmerung, Nacht) bewertet wird. All diese Szenarien können in Speos-Softwaremodelle integriert werden, um eine immersive Validierungsumgebung zu schaffen.

Es gibt verschiedene kurz- und langfristige Trends, die einen Einblick in die Zukunft der Innenbeleuchtung im Automobilbereich geben.

Sicherheitsleuchten für autonome Fahrzeuge

Die Umgebungsbeleuchtung, die Fahrer*innen Sicherheitsinformationen liefert, wird immer häufiger, insbesondere mit dem Aufkommen autonomer und halbautonomer Fahrzeuge.

Angesichts des wachsenden Interesses an autonomen Fahrzeugen werden auch fortschrittliche Displays entwickelt, um Fahrer*innen über koordinierte Lichtimpulse über Sicherheitsprobleme zu informieren – z. B. blinken oder pulsieren die Leuchten in einer bestimmten Farbe (z. B. rot), um die Fahrer*innen darauf hinzuweisen, das Lenkrad zu ergreifen, wenn sie kurz davor sind, einen Biker anzufahren oder einzuschlafen.

Smart Glasses

Auch bei Smart Glasses und Augmented Reality-Displays gibt es eine Zunahme, bei der photonische Komponenten im Nanomikrobereich auf oder innerhalb einer Windschutzscheibe oder einer anderen Glaskomponente emittiert werden. Diese können in Head-Up-Displays oder an anderen Stellen im Fahrzeuginnenraum gefunden werden, wo Informationen normalerweise nicht angezeigt werden, z. B. in Türverkleidungen oder auf der Schiebedachscheibe.

Viele Konzeptfahrzeuge zeigen Informationen an nicht traditionellen Orten mit Smart Glass an, aber viele Premium-Serienfahrzeuge verwenden sie bereits heute.

Nachhaltige Materialien

Letztlich werden Beleuchtungssysteme durch neue oder recycelte Materialien effizienter und nachhaltiger, die umweltfreundlicher sind und gleichzeitig sicherstellen, dass das Lichtsystem weiterhin optimal funktioniert.

Die Innenbeleuchtung in einem Auto ist weniger reguliert als die Außenbeleuchtung, sodass Konstrukteur*innen mehr Materialoptionen zur Verfügung stehen, um die Systeme an jedes Fahrzeug anzupassen. 

Mit einer größeren Auswahl ergeben sich jedoch größere Designschwierigkeiten, da es mehr potenzielle Kombinationen von Beleuchtungsoptionen gibt, die theoretisch genutzt werden könnten. 

Der Konstruktions- und Validierungsprozess basiert auf Simulationssoftware wie Ansys Speos, um die besten Materialien und Beleuchtungskits für die Innenraumbeleuchtung zu ermitteln, die während des gesamten Konstruktionsprozesses verwendet werden können. Die Speos-Software hilft auch dabei, Stil und Funktionalität in Einklang zu bringen, ohne teure Prototypen zu benötigen.

Erfahren Sie mehr über den Einsatz der Speos-Software zur Lösung Ihrer Herausforderungen bei der Gestaltung von Fahrzeuginnenbeleuchtung, indem Sie sich an unser technisches Team wenden.

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