Während ausgefeilte, steuerbare Ambientebeleuchtung bis jetzt – abgesehen von Hintergrundbeleuchtungsfunktionen – so gut wie nicht existent war, entwickelt sie sich nun zum De-facto-Standard im Fahrzeuginnen- und -außendesign.

Die Herausforderung

: Bei der Gestaltung von Ambientebeleuchtungssystemen zeigen sich einige fertigungstechnische Einschränkungen. Die Lichtleiter können nur dort platziert werden, wo sie von Verkabelungsanbietern leicht installiert werden können: von links nach rechts, im Fußraum usw. Die Anbringung der Lichtleiter an Lenkrad, Schalthebel und Dachkonsole gestaltet sich schwierig, da diese nicht miteinander verbunden sind. Um unterschiedliche Farbtöne zu vermeiden, wurden LEDs in völlig unterschiedlichen Farben gewählt (blaues Ambientelicht an den Lichtleitern und oranges an den Lenkradtasten). Nichts wäre verwirrender als vier verschiedene Rottöne auf vier verschiedenen Tasten.

Wenn verschiedene Zulieferer für die Lichtführung, das Lenkrad, die Dachkonsole und das Türmodul zuständig sind, gestaltet sich die Herausforderung sehr komplex. Hinzu kommt, dass die LEDs von unterschiedlichen Herstellern und aus verschiedenen Produktionschargen stammen und daher unterschiedliche Alterungskurven und Temperaturdrift aufweisen. Das bedeutet, dass ein Unternehmen, das sich auf Lenkradtasten oder kapazitive Touchscreens spezialisiert hat, nicht in die Verkabelung, Sortierung, Kompensation oder Kalibrierung der LED-Fertigung eingreifen kann, das Ambientebeleuchtungskonzept nicht vollständig integrieren kann.

Innovationen im Fahrzeuginnenraum, insbesondere die integrierte Beleuchtung, sind sehr komplex. In Abbildung 1 ist die Beleuchtung dort positioniert, wo die Führungsschiene leicht montiert werden kann, beispielsweise in der Nähe der Instrumente oder im Fußraum – jedoch nicht dort, wo sie aus gestalterischer Sicht sinnvoll wäre. Darüber hinaus lassen sich sicherheitsrelevante Funktionen integrieren, beispielsweise in das Lenkrad oder die Dachkonsole, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Konzept der Ambientebeleuchtung der Zukunft im Auto.


Die verschiedenen Beleuchtungsmodule kommunizieren nicht synchron, wodurch dynamische Lichteffekte praktisch unmöglich zu realisieren sind. Beispielsweise lässt sich kein Licht erzeugen, das sich von links nach rechts bewegt. Um dies zu erreichen, müssen neue Designmethoden und -techniken angewendet werden, wodurch die Tür für die nächste Generation von Fahrzeuginnenbeleuchtungen geöffnet wird. Stellen Sie sich ein autonomes Fahrzeug der Stufe 3 im autonomen Fahrmodus vor. Dies wird durch eine grüne oder blaue Anzeige signalisiert. Sobald das Fahrzeug den Fahrer zur Übernahme der Steuerung auffordert, gewährt es 10 Sekunden Zeit und bewegt sich dynamisch in Gelb oder Rot. Kurz bevor der Fahrer die Kontrolle übernimmt, blinkt die Anzeige rot.

Die
ISELED-Lösung zielt darauf ab, dieses Problem durch die Integration eines intelligenten Geräts in das LED-Modul zu lösen. Dieses Modul übernimmt die Farbtemperaturkompensation, das Binning und die Kalibrierung. Dadurch verhalten sich die LEDs unabhängig von der Produktionscharge, über die Zeit und bei jeder Temperatur identisch. Jede LED weist exakt dieselbe Farbtemperatur auf, wodurch die Herausforderungen, mit denen Automobilhersteller bisher konfrontiert waren, überwunden werden. Die Kalibrierung erfolgt an jeder einzelnen LED, und führende Hersteller wie OSRAM und DOMINANT Opto produzieren diese LEDs bereits.

Ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit der Kette, mehr als 4.000 Knoten mit einer sehr hohen Datenübertragungsgeschwindigkeit von 2 Mbit/s zu verbinden, wie in Abbildung 3 dargestellt. Diese Spezifikation ermöglicht die Realisierung verschiedener dynamischer Lichteffekte sowie Farbmischungen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten im Bereich Matrix-Hintergrundbeleuchtung, Außenbeleuchtung und Bildschirmhintergrundbeleuchtungssteuerung umfassen verschiedene Stufen der dynamischen LED-Hintergrundbeleuchtungsdimmung zur Verbesserung von Kontrast und Farbqualität.

Abbildung 3: Konfiguration einer ISELED-Kette bei 2 Mbit/s.

Microchip-Lösungen:
In der Praxis wird ein Mikrocontroller benötigt, um mit der ISELED-LED-Kette zu kommunizieren. Hierfür ist ein spezielles Protokoll mit einer ISELED-kompatiblen seriellen Schnittstelle erforderlich. Der Vorteil einer Lösung mit einem Microchip-Mikrocontroller mit Core Independent Peripherals (CIPs) liegt darin, dass diese einzigartigen Blocksets ohne zusätzliche Logik oder andere Peripherieelemente wie Flip-Flops etc. miteinander verbunden werden können. Dadurch kann Microchip ein ISELED-Peripheriegerät rein hardwarebasiert realisieren, ohne die Belastung durch Software und CPU-Verarbeitung. Diese Eigenschaften ermöglichen die Ansteuerung von ISELED-LEDs selbst mit einfachsten und kleinsten 8-Bit-Mikrocontrollern. Microchip bietet ISELED-Unterstützung für alle seine Mikrocontroller, bis hin zum leistungsstarken 32-Bit-Modell AUTOSAR mit 2 MB (Abbildung 4).

Abbildung 4: Mikrocontroller in verschiedenen Anwendungen.

Darüber hinaus ermöglicht diese Fähigkeit die Implementierung und Kombination weiterer zentraler Designbausteine ​​und treibt so Innovationen voran. Beispiele für solche Bausteine ​​sind LIN-Module, Bootloader, kapazitive Touch-Steuerungsmodule oder kapazitive Näherungssensoren. Dank der verbleibenden Bandbreite lassen sich diese Lösungen mit minimalem Softwareaufwand und geringster CPU-Zyklen realisieren. Die Mikrocontroller-Familie PIC18F K42 beispielsweise verfügt über ein ISELED-Modul und eine LIN-UART-Schnittstelle mit LIN-Zustandsautomatik, die synchrone Interrupts (Sync Break) und automatische Baudratensteuerung für die UART-Schnittstelle bietet. Diese Mikrocontroller-Familie wird mit einem CAPTouch-Hardwaremodul gefertigt.

Abbildung5: Mikrocontroller mit ISELED- und LIN-zu-ISELED-Lösungen auf einem einzigen Chip.

Ein einzigartiger Kandidat im 32-Bit-Portfolio von Microchip ist die SAM HA1-Familie von Bausteinen. Diese integriert Vbat Load Dump, LDO und LIN-Transceiver sowie ISELED-, UART-LIN- und PTC-Module mit kapazitiver Berührungserkennung. Daher lässt sich eine Ein-Chip-Lösung, beispielsweise LIN zu ISELED, zusammen mit einem internen Näherungssensor in einem 5x5-mm-Gehäuse realisieren. Dies ist die kleinste ISELED-Lösung auf dem Markt. Abbildung 5 zeigt eine Liste der aktuell für ISELED verfügbaren Mikrocontroller.

Zur Konfiguration und Aktivierung des ISELED-Peripheriegeräts ist die Modulkonfiguration in einer separaten, herunterladbaren Datei namens MPLAB Code Configurator integriert. Dank dieser grafischen Benutzeroberfläche lässt sich das Peripheriegerät mit einem einfachen Mausklick konfigurieren. Es kann außerdem mit anderen Peripheriegeräten wie Touch- und LIN-Modulen kombiniert werden.

Abbildung 6: MPLAB Code Configurator für ISELED.

Der Code-Konfigurator kann kostenlos von der Microchip-Website oder über einen Microchip-Vertreter heruntergeladen werden. Hierfür ist die Annahme einer kostenlosen Testlizenzvereinbarung erforderlich (siehe Abbildung 6). Microchip bietet außerdem Entwicklungsboards für seine Mikrocontroller an. Diese Boards verfügen über einfache Anschlussmöglichkeiten für die ISELED-Hardware (siehe Abbildung 7; weitere Optionen sind für den LIN-Transceiver und die kapazitiven Berührungssensoren verfügbar). Sobald die ISELED-Stränge verbunden sind, kann der Code-Konfigurator verwendet werden, und die Entwicklung ist schnell abgeschlossen. Ziel ist es, die von ISELED bereitgestellte Innovation so schnell und einfach wie möglich zugänglich zu machen.

Abbildung 7: Entwicklungsboard mit ISELED-Anschlussmodul.

Fazit:
RGB-Innenraumbeleuchtung stellte die Fertigung vor komplexe Herausforderungen. Diese Komplexität behinderte Innovationen in vielen Fahrzeuganwendungen, die Umgebungsbeleuchtung mit anderen Funktionen kombinieren wollten. ISELED und Microchip überwinden diese technischen und fertigungstechnischen Hürden und ermöglichen so Innovationen in der Beleuchtung und anderen Anwendungen wie Sensorintegration, Näherungserkennung und Handerkennung.
Microchip bietet ein umfassendes Portfolio, das die Verwendung von ISELED mit Mikrocontrollern ermöglicht – von High-End-32-Bit-Modellen bis hin zu einfacheren, kostengünstigeren und stromsparenden 8-Bit-Modellen. Microchip bietet Kombinationen aus LIN-zu-ISELED, Stromversorgung und kapazitiver Sensorik. Diese sind sogar in einem einzigen Chip erhältlich und nutzen das kleinste LIN-zu-ISELED-Gehäuse mit Abmessungen von nur 5 x 5 mm. Die CIPs lassen sich mit Microchips kostenlosem MPLAB Code Configurator und der kostenlosen Evaluierungsversion von ISELED konfigurieren. Der Quellcode kann auf ein flexibles Entwicklungsboard heruntergeladen werden und bietet so eine innovative und umfassende High-Level-Lösung, die die Markteinführungszeit verkürzt und die Investitionskosten senkt.