JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Autonvalmistajat ovat siirtyneet halogeeni- ja hehkulampuista ledeihin. Takavalot, suuntavilkut, ajovalot, sumuvalot, huomiovalot, jarruvalot ja jopa kuskin apujärjestelmien infrapunavalaistus voidaan kaikki toteuttaa ledeillä. Näissä valon ohjaus, luotettavuussa, tehonkulutus, estetiikka ja ylipäätään valaistuksen kirkkaus ovat parempia. Näillä eri järjestelmillä on hyvin erilaiset ohjausvaatimukset ja tarve erilaisiin piiritoteutuksiin, jotta joka sovelluksessa saataisiin käyttöön kaikki mahdolliset hyödyt.

Artikkelin kirjoittaja Fionn Sheerin toimii vanhempana tuotemarkkinoinnin suunnittelijana Microchip Technologiesilla. Hänen vastuullaan on auttaa asiakkaita uusissa tuoteprojekteissa, joissa hyödynnetään uusimpia tehonmuunnoksen tekniikoita. Sheerinillä on liiketoiminnan tutkinto Arizonan valtionyliopistosta sekä elektroniikkainsinöörin tutkinto saman opinahjon Ira A. Fulton -koulusta.

Uusissa ajoneuvoissa on enemmän valaistusjärjestelmiä kuin koskaan aikaisemmin (ks. kuva 1). Korin sisällä ledi on korvannut hehkulampun ensisijaisesti pienemmän koon, hinnan, tehokkuuden ja pitkäikäisyyden takia. Uudet tekniset edistysaskeleet erittäin kirkkaissa (high brightness) ledeissä ja niiden ajuripiireissä ovat kiihdyttäneet tätä trendiä: ledeillä on paranneltu auton valojen turvallisuutta, luotettavuutta ja ulkonäköä. Kattovalon hehkulampun ja näytön taustavalon vaihtaminen kymmeniä vuosi kestäviin ledeihin on helppoa, mutta lailla säädeltyjen ulkovalojen vaihtaminen vaatii yhä tekninen edistys sekä diodeissa että ohjauspiiristössä (ja joissakin tapauksissa myös lakimuutosta). Uudet älykkäämmät ohjausmenetelmät mahdollistavat aivan uudenlaisten asioiden tekemisen ledeillä ja tämä on nopeasti mullistamassa autojen valaisinratkaisuja.

Kuva 1. Ledisuuntavilkku, joka on asennettu sivupeiliin paremman näkyvyyden takia.

Tämä trendi alkoi vuoden 2004 Audi A8 -mallista, jossa ajovalot oli toteutettu ledeillä. Koko etuvaloumpio oli tehty ledeillä vuoden 2007 Audi R8 -mallissa ja nyt ledeillä on toteutettu koko valaistusjärjestelmä laajassa valikoimassa tuotanoautoja ympäri maailmaa (esimerkiksi Cadillac, Audi, BMW, Mercedes-Benz, Toyota, Jaguar ja Volkswagen, ks. kuva 2). Osram ilmoitti vastikään, että vuoteen 2020 mennessä joka viides ajovalojärjestelmä perustuu ledeihin. Konservatiivisessa autoteollisuudessa tämä tarkoittaa erittäin nopeaa kehitystä.

Halogeeni- ja kaasupurkausvaloihin verrattuna leillä on selviä etuja puolellaan sekä hyötysuhteessa että tehonkulutuksessa. Kirkkaiden HB-ledien (high brightness) hinta putoaa nopeasti, eikä diodien luotettavuudelle ole kilpailijaa. Ledien käyttöönoton tärkein ajava voima on kuitenkin kontrolloitavuus ja se edellyttää älykkäitä lediajureita. Viimeisenä ja monen kuluttajan kannalta tärkeimpänä elementtinä on hyvän valaistuksessa esteettinen vaikutelma. Valot ovat tärkeä osa ajoneuvon suunnittelua. Käyttäjät turhautuvat huonoista valoista, kuljettajat haluavat sitä ja ovat usein valmiita maksamaan siitä ekstraa. Huippuluokan ajovalot ovat yleinen uusien autojen arvoa nostava optio. Ne vaikuttavat ajoneuvon tyyliin, sen huomiokykyyn, ajamisen helppouteen ja turvallisuuteen. Autonvalmistajat tietävät tämän ja siksi valojärjestelmät ovat niin auton- kuin komponenttivalmistajien ponnstelujen keskiössä. HELLA, Automotive Lighting (Magneti Marelli), Koito ja Valeo ovat kaikki julkistaneet valojärjestelmiin liittyviä uudistuksia viime aikoina. Turvallisuuden ja luotettavuuden kautta hyvät ledipohjaiset valojärjestelmät nostavat auton arvoa, parantavat myyntilukuja ja myyntihintoja.

Kuva 2. Ledipohjainen ajovalosuunnittelu, jossa on itsenäisiä ledejä erilaisille valotoiminnoille.

Valtionhallinnossa ja lainsäädännössä ollaan erityisen kiinnostuneita ajoneuvon ulkovaloista. Useimmissa osissa maailmaa ajovalojen lukumääärä, kirkkautta ja värejä säädellään lailla. Tieolosuhteisiin nähden liian kirkkaat lamput voivat olla häikäiseviä ja himmentyneet tai rikkoutuneet lamput muodostavat turvariskin. Yleisesti laissa on säädetty hyväksytyt kirkkaustasot päiväajovaloille, parkkivaloille, kaukovaloille, suuntavilkuille, sumuvaloille niin auton etu- kuin takaosassa.

Joissakin tapauksissa on myös määritelty, mitä valoja saa missäkin olosuhteissa käyttää. Joskus valojen pitää automaattisesti säätyä tien kallistusten mukaisesti. Myös kääntyvien valojen nopeutta on säädelty. Tämä on painajainen suunnitteluvaatimusten kannalta, sillä perinteisillä halogeeni- ja kaasupurkauslampuilla tarvittaisiin hyvin monimutkaisia rakenteita ja ehkä jopa mekaanisia moottoreita ja sulkimia.

Ledimatriiseilla voidaan vastata moniin näistä vaatimuksista, kunhan käytetään hyvin suunniteltuja vakiovirtaregulaattoreita ja älykkäitä ohjausarkkitehtuureita. Hyvät ledien ajuripiirit ovat uudelleenkäytettäviä ja elektroniikka voidaan kopioida useisiin suunnitteluihin. Ajovaloihin koteloidut mikro-ohjaimet voivat hyödyntää valo- ja lämpötila-anturien informaatiota kompensoidakseen ledin ajurivirtaa, säilyttää vakaan valotehon ja tarkoituksellisesti uudelleenkohdistaa säteen tai säätää valon kirkkautta muuttuvissa ajo-olosuhteissa.

Yksittäiset diodti lampun sisällä voidaan kytkeä päälle tai pois tai himmentää, heijastaa valoa mutkissa tai välttää vastaantulevan auton häikäisy – kaikki ilman mekaanisia komponentteja. Lisäksi jarru-, hätä- ja suuntavilkkuvalot voidaan sytyttää kuvioina tai kuviosarjoina, jolloin ne huomataan helpommin. Viimeisenä, muttei vähäisimpänä, oikein toteutetut ledivalot voidaan sytyttää ja sammuttaa lähes välittömästi täyteen kirkkauteen (verrattuna standardien hehkulamppujen 250 millisekunnin viiveeseen). Jää tietenkin nähtäväksi, kuinka tehokkaasti nämä ominaisuudet vähentävät onnettomuuksi pitkällä aikavälillä, mutta tällä hetkellä se näyttää lupaavalta. Kaikkien näiden toimintojen toteuttaminen vaatii sekä korkealaatuisia ledimatriiseja että tarkkoja älykkäitä ajuripiirejä. Microchipin dsPIC-sarjan digitaaliset signaaliohjaimet sopivat näihin vaatimuksiin erittäin hyvin. Piiritoteutusten laatu, algoritmit ja komponenttien valinta erottavat voittavat valotuotteet muista.

Ledien luontainen luotettavuus on myös iso etu aiempiin valaistussukupolviin verrattuna. Kun jotkut ledivalmistajat väittäjät tuotteidensa eliniän ylittävän 20 vuotta, on mahdollista ettei ajoneuvojen valoja tarvitse tulevaisuudessa vaihtaa koskaan. Tehtaalla asennetut lamput voisivat kestää yhtä kauan kuin voimansiirto, eivätkä ne vaatisi ylläpitoa. Ledipohjaiset valojärjestelmät voidaan myös suunnitella luontaisen luotettavaksi. Jarru- tai ajovaloon voidaan sijoittaa useita itsenäisiä ledinauhoja, joilla saadaan kustannustehokkaasti toteutettua redundanssi yhdellä ainoalla lampulla, jolloin rikkoutuminen tai vaurio vain vähentäisi valotehoa sen sijaan että sammuttaisi valon kokonaan (ks. kuva 3).

Lisäksi kehittyneemmällä elektroniikalla voidaan lisätä vikaraportoinnin keinoja, joten valojen tila voidaan näyttää auton kojelaudassa tai raportoida se diagnostiikkakoodien lukulaitteeseen. Kun valojärjestelmä on liitetty CAN-, LIN- tai vastaavaan ajoneuvoväylään, auto voi varoittaa kuljettajaa mikäli valot eivät toimi oikein. Microchip valmistaa valikoimaa CAN- ja LIN-lähettimiä, joita voidaan käyttää tähän tarkoitukseen. Tämä ei ole uusi konsepti, sillä CANBUS-yhteensopivat valot ovat olleet tarjolla joissakin ajoneuvoissa jo pidemmän aikaa. Mutta vanhemmat järjestelmät kykenevät havaitsemaan vain isoja muutoksia toiminnallisuudessa: tehokkaat pienen tehonkulutuksen lamput aiheuttavat yleisesti vääriä hälytyksiä. Älykkään lediajuripiiristön avulla on mahdollista raportoida enemmän yksityiskohtia valojen tilasta. Valojärjestelmä voi kustannustehokkaasti raportoida yksityiskohtaista telemetiadataa esimerkiksi virta- ja jännitevaihteluista, lämpötilamuutoksista ja jopa syöttöjännitteen muutoksista. Diagnostiikkadata voisi ilmaista laiterikot ennen kuin ne tapahtuvat ja havaita pieniä muutoksia, kuten yksittäisen ledin pettämisen pitkässä ledinauhassa.

Kuva 3. Ledipohjainen takavalo, jossa ylimääräinen valolähde lisää luotettavuutta.

Jotta näitä diagnostiikkatoimintoja voisi suunnitella, pitää lediajurin ja monitorointipiirin olla yhtä luotettavia kun diodit, joita ne monitoroivat. Usein ledipohjaiset valojärjestelmät sisältävät enemmän komponentteja kuin perinteiset hehkulamput, joita ledeillä orvataan. Täyden eliniän saaminen ledistä edellyttää oikeaa ajuripiiriä, joka reguloi virtaa hyvin koko toiminta-alueella. Erinomainen valonlaatu ja luotettavuus edellyttävät, että ajuripiiri kompensoi muutokset lämpötilassa, syöttöjännitteessä ja kuorman resistanssissa: vakaan lähtövirran säilyttäminen kaikissa olosuhteissa.

Jokainen lisäkomponentti järjestelmässä tarkoittaa uutta mahdollista vikaantumiskohtaa. Jotta ajovalo voisi toimia 20 vuoden ajan, sekä ledin että ledin ohjaimen pitää toimia ainakin 20 vuoden ajan. Tällainen regulointi ja pitkäikäisyys ei ole mahdollista vastuksia käyttämällä. Valojärjestelmän täytyy käyttää tiukasti kontroloitua DC-DC-regulaattoria toimittajalta, joka on tunnettu autoelektroniikan komponenttitoimittaja, jotta pitkäikäinen luotettavuus voidaan saavuttaa.

Microchip valmistaa useita digitaalisesti paranneltuja PWM-ohjaimia, kuten MCP19115, jotka pystyvät alan johtavaan virran regulointiin ja joihin on valmiiksi integroitu tietoliikenneliitännät. Oikein suunniteltuina valojärjestelmä sisältää kaikki vaaditut pitkäikäisyyden elementit: luotettavat komponentit, vikavarmistuksen (redundanssi) sekä monitoroinnin.

Turvallisuus ja luotettavuus ovat ilman muuta haluttuja ominaisuuksia ja autonostajat näkevät puutteet näillä alueille usein syyksi olla ostamatta autoa. He välttävät merkkejä ja malleja, jotka katsovat turvattomiksi tai epäluotettaviksi, ja valitsevat autona muista miellyttävyyden perusteella. Onneksi hyvin suunniteltu valojärjestelmä, joka parantaa auton ulkonäkyä, voi houkutella ostajia. Yhä useammin autoja markkinoiden dramaattisilla videoilla, joissa auton ajovalot kääntyvät odottamattomasti pimeässä. Hyvin suunnitellut valot lisäävät houkuttelevuutta niin edeullisemmissa kuin kalliimmissa autoissa. Mikä tärkeintä, asiakkaat ovat valmiita maksamaan enemmän näistä ominaisuuksista.

Jälkikäteen ostetut lisävalot ovat yksi yleisimpiä autoon lisätyistä laitteista, oli kyse sitten maastoauton valoista (vaikkei sitä koskaan ajettaisi maastoon) tai sumuvaloista luksusmallissa (jota ei koskaan ajeta sumussa). Valojen visuaalinen miellyttävyys on yhtä tärkeää kuin korin tai sisustan muotoilu. Huolimatta kaikista turvallisuuteen, luotettavuuteen, hintaan ja pitkäikäisyyteen liittyvistä huolenaiheista auto on useille kuljettajille yhä paljon osa heidän persoonallisuuttaan kuin väline liikkumiseen. Miellyttävyys myy autoja ja hyvin sijoitetut, tarkkaan ohjatut ledinauhat voivat herättää tällaisia tunteita (myös pimeässä). Edelleen jotkut autonvalmistajat miettivät puolijohteiden määrän kasvun vaikutuksia auton hintaan, mutta totuus on että useimmat näistä uusista toiminnoista ja ominaisuuksista lisäävät auton arvoa hintaansa enemmän.

Auton valot ovat erityisen sopiva sovelluskohde leditekniikalle. Vanhat halogeeni- ja kaasupurkausvalot eivät tarjoaa samaa joustavuutta moderniin muotoiluun tai turvallisuusodotusten täyttämiseen. Tarkkoja DC-DC-muuntimia, joihin joskus lisätään mikro-ohjainälyä, voidaan käyttää toteuttamaan kaikkea perusajovaloista edistyneimpään jaettuun valoratkaisuun. Tulevaisuuden lamppusuunnittelut – sekä uuden ledi- että lasertekniikan myötä – näyttävät suuntaa tulevaisuuden älykkäisiin ajoneuvojärjestelmiin. Näiden toteutuksen tiellä olevien esteiden tunnistaminen on yksi askel tiellä kohti auton automatisointia. Autoteollisuudelle tämä on tärkeä mahdollisuus todistaa, että se voi parantaa turvallisuutta, lisätä luotettavuutta, parantaa autojen ulkonäkyä ja lopulta lisätä ajoneuvon arvoa.

Kuinka pysäyttää tappajarobotit?

Kun autonomisista autoista tulee todellisuutta ja eri puolilla maailmaa testataan robottiautoja, yhä useampi alkaa kysyä etiikkaan ja vastuuseen liittyviä kysymyksiä. Suunnittelijat ovat kuitenkin painineet eettisten ongelmien kanssa jo vuosia osana tekniikan kehitystä.

Lue lisää...

Suojaus kannattaa aina tehdä raudalla

Kaikki alkaa luottamuksesta, kuului aikoinaan saksalaisen pankin mainosslogan. Mitä arvokkaampaa data on tai mitä monimutkaisempi järjestelmä on, sitä vaikeampi luottamus on varmistaa. Sama pätee sulautettuihin järjestelmiin.

Lue lisää...
 
ETN_fi Abloy Focus Forum: Hybrid operations is the new normal. Aapo Cederberg. #cip #focusforum https://t.co/Tt7nJMCbOK
ETN_fi Facebookilla on jo 2 miljardia aktiivista kk-käyttäjää. Q1:llä yhtiö teki 8 miljardin myynnillä 3 Mrd voittoa. https://t.co/nTw7HGx6gA
ETN_fi DIMECC on julkaissut kaksi opaskirjaa ohjelmistoyrityksille parhaista käytännöistä. Ks. https://t.co/m6VgKCJ19e
ETN_fi Embedded World avasi ovensa tänään. ETN uutisoi messuilla laajasti. https://t.co/LoXBmMsTe7
ETN_fi Mikropiirien myynti kasvoi tammikuussa 14 prosenttia. SIA:n mukaan kasvu on nopeinta kuuteen vuoteen. https://t.co/0DeApXU868