Visita al Centro de Asistencia de Iluminación de Audi

por Celedonio y Cogolludo | 13 Mar 2015 | Engendro Mecánico | 5 Comentarios

Hemos estado en el  Centro de Asistencia de Iluminación de Audi (LAC, abreviado por sus siglas en inglés de Lighting Assistance Center), dentro de la fábrica de Ingolstadt.
En uno de sus sótanos, hay un túnel de 120 m de longitud, 12 m de anchura y 9 m de altura. Este túnel, inaugurado en marzo de 2015, ofrece mayores posibilidades para el ensayo de luces de largo alcance y los sistemas de asistencia a la iluminación basados en la utilización de cámaras que el anterior túnel, también sito en la fábrica, de 40 m de longitud. Su suelo es como la superficie asfaltada de una calle o una carretera, y sus paredes, oscuras.

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En este centro, Audi está trabajando con diferentes tecnologías de iluminación para encontrar posibles nuevas aplicaciones dentro del sector de la automoción. Para ello, colabora y experimenta  con materiales que le suministran empresas como BASF, BOSCH, Philips o Valeo, entre otras.
Con los diferentes materiales delante nos hacen una presentación de varios estudios que realizan con siliconas flexibles, diferentes tipos de polímeros o fibras ópticas adaptadas a formas y estructuras diversas. Estos materiales  pueden ofrecer propiedades aprovechables tanto para la emisión o el filtrado de la luz, como para el soporte y la fabricación de estructuras portantes, o para el aislamiento o disipación de la energía calorífica.

 
Los tipos de luz en los que está trabajando Audi se pueden clasificar en tres, en función del tipo de emisor: haz de luz láser, diodo de emisión de luz (led) y diodo orgánico de emisión de luz (denominado OLED). O en cuatro, en función del tipo de señalización y la disposición que adapten: luces frontales (posición, diurna, cortas, largas e intermitentes), pilotos (posición, frenado, antiniebla, intermitentes y luz diurna), iluminación «periférica» (intermitentes laterales e indicadores o proyectores de información) e iluminación interior (plafones, cuadro de instrumentos, instrumentación, etcétera).

 
A lo largo de varios talleres ubicados para la ocasión en el túnel, nos explican y muestran con modelos y prototipos algunos de los proyectos en que se encuentran trabajando.
En un primer taller nos dan detalles sobre algunas de las características de la luz láser y las formas que tienen de generar el haz y aplicarlo a la iluminación en carretera y sobre los objetos de la calzada:
FAROS CON HAZ DE LUZ LÁSER
Se trata de un tipo de iluminación que ya se encuentra disponible en el Audi R8 y en el BMW i8 y que, según Audi, se irá implementando paulatinamente al resto de su gama.

 
Un módulo por cada luz larga con cuatro diodos emisores de luz láser, genera un haz de luz azul que se proyecta sobre una célula contenedora de fósforo, cuyas propiedades luminiscentes se emplean para cambiar la longitud de onda de la luz emitida —el fósforo, al recibir energía lumínica, absorbe la radiación y la vuelve a emitir con una longitud de onda diferente a la de la energía activadora, también en el espectro de la luz visible—.

 
Esta luz obtenida, de una temperatura de color de 5500 K (blanco), es utilizable en carretera y se dispersa al interponer una lente en un haz de entre 2 y 3 grados. Su intensidad lumínica, superior a la de otros sistemas de iluminación, y su baja dispersión, permiten iluminar de manera intensa el equivalente al ancho de un carril (unos 2,5 m) a una distancia de 200 m del vehículo.
La sensación, al ver su efecto sobre un jabalí simulado con una maqueta al fondo del túnel iluminado por las luces largas de un Audi R8, es como tener a una persona iluminando con una potente linterna al animal a dos metros del mismo.
Aplicación del haz de luz láser para la comunicación con el entorno
Existe otro campo de investigación paralelo, con una aplicación útil para modelos de producción a largo plazo, en el que se emplea una pequeña matriz rectangular de microespejos para reflejar  un haz de luz láser de un proyector similar al que he mencionado en el apartado anterior. Audi denomina a esta tecnología «Matrix Laser» que presentó en el prototipo Audi Prologue.
Este dispositivo con disposición matricial se conoce en inglés mediante las siglas «DMD», acrónimo de Digital Mirror Device. No es una tecnología reciente (su primera aplicación data de 1977), pero sí  sería novedosa su utilización en iluminación automotriz.

 
Estos microespejos actúan como píxeles. Su orientación varía mediante la aplicación de campos electrostáticos. Con esta estimulación, cada microespejo sufre una torsión que lo deforma  a una posición de «encendido», en la que el brillo se orienta hacia el exterior, o de «apagado», donde la luz se dirige a un punto no visible haciendo que el «píxel» aparezca oscuro —el calor disipado se dirige hacia el exterior para aprovecharlo en el desempañado del cristal—. Pueden variar de orientación hasta 5000 veces por segundo, adaptando la iluminación según el patrón requerido por las condiciones de circulación en millones de combinaciones posibles.

 
 
Esta aplicación sería útil, según Audi, para generar un patrón de luz adaptado a prácticamente cualquier situación de conducción. También permitiría un mayor grado de comunicación entre el conductor, los vehículos que lo rodean y los peatones, gracias a la proyección de mensajes o signos en la calzada. La resolución y precisión de la imagen proyectada es superior a la de otros posibles sistemas.
MATRIZ DE LEDES
La disposición matricial también está siendo aplicada para disponer los ledes en los faros de los actuales Audi A7, A8 y TT. Las ventajas fundamentales de este tipo de iluminación es que, respecto a un proyector de xenón, permiten modificar el campo iluminado sustituyendo por programación los elementos mecánicos de variación, sin necesidad de motores que aumentan el peso ni de objetos propios de la estructura del faro, que generan sombras. El control es totalmente electrónico. La intensidad también es superior.
La luz larga de carretera está compuesta por diodos –doce por cada faro en el Audi TT, 25 en el Audi A8 o 30 en el nuevo Q7, por ejemplo–  agrupados de cinco en cinco (como la cara de un dado) en pequeñas placas, canalizando la luz a través de un único reflector. La iluminación se adapta tanto al tráfico como a las curvas. En este vídeo se puede apreciar su funcionamiento.

 
Cuando el mando de luces se pone en posición «Auto» y está conectada la luz larga, el sistema de gestión aprovecha datos del sistema de navegación para adaptar automáticamente la iluminación fuera de áreas urbanas a velocidades por encima de 30 km/h. Una cámara detecta la presencia de otros vehículos y los excluye de la zona de proyección, generando una especie de vacío oscuro en el interior del área iluminada. Esta adaptación es posible mediante la desconexión o atenuación en 64 niveles de intensidad de cada uno de los ledes.
Opel se encuentra actualmente desarrollando su sistema matricial de iluminación mediante ledes, del que ha informado que se presentará en los próximos 18 meses. Paralelamente experimenta con otro dispositivo que emplea sensores infrarrojos y fotodiodos para escanear el movimiento de los ojos del conductor —según Opel, más de 50 veces por segundo en conducción al atardecer y de noche—. Mediante el procesado de los datos, la programación activa los actuadores de los faros para que estos adapten su iluminación a la zona donde dirige su visión el conductor, discriminando los movimientos erráticos que realiza inconscientemente. Afirman que será un equipamiento complementario a la luz adaptativa de futuros modelos Opel.

 
TECNOLOGÍA OLED
Un diodo OLED (acrónimo de Organic Light-Emitting Diode) consiste en unas placas de vidrio muy finas, entre las que se interpone una película de componentes orgánicos artificiales (generalmente moléculas o polímeros que conducen la electricidad) con propiedades luminiscentes, que genera y emite luz ante una estimulación eléctrica.
Esta película está formada por dos finas capas que actúan como emisor y conductor, envueltas entre otras dos capas que hacen de ánodo y cátodo. La elección del material orgánico interno determina el color, la durabilidad y la eficiencia energética del «OLED».
Su apariencia, cuando está apagado, es la de un espejo de muy pequeño grosor, apenas dos o tres mm. La materia orgánica siempre debe ir bien aislada entre láminas de vidrio —el oxígeno o el agua la oxidan rápidamente generando manchas en su interior, y no soportan temperaturas superiores a los 80 ºC—.

 
Estos son los mayores problemas a la hora de colocarlos en la carrocería de un coche, dadas las condiciones extremas que sufren expuestos a la intemperie. Deben ir encapsulados para resistir la vida útil del automóvil sin deteriorarse con las condiciones atmosféricas, y este encapsulamiento es, por ahora, parte fundamental del desarrollo del OLED como elemento de iluminación para un automóvil.
Su intensidad luminosa es muy inferior a la de los dos anteriores sistemas y a los dispositivos convencionales como Xenón y lámparas halógenas, por lo que su aplicación, por el momento, se limitaría a las luces traseras, laterales e interiores del vehículo.
Ingenieros de Audi nos enseñaron dos diferentes modelos de OLED, uno totalmente plano y otro con forma de onda. Según Audi, en el futuro, los OLED se podrán realizar tridimensionales. La idea es conseguir que recubran la carrocería del vehículo sustituyendo los pilotos actuales. Una lámina de revestimiento en la posición de los pilotos tendría una profundidad de 2 a 3 mm, por contraposición a los 120 mm que tiene un piloto convencional.
Su ventaja respecto a las placas matriciales de ledes está, principalmente, en la uniformidad de la luz generada, sin sombras (lo que supone más una utilidad estética que práctica), pero también en las posibilidades que abre para futuras aplicaciones de luces «dinámicas».

 
A partir de estas tres «maneras de iluminar», los técnicos de Audi experimentan con las posibles posiciones en que se pueden colocar. El trabajo de diseñadores e ingenieros debe converger en criterios estéticos y técnicos que satisfagan a ambos, primando a la funcionalidad sobre la forma. Esta es la idea que me transmiten en una conversación informal un ingeniero y un diseñador, que sonríen dando a entender que no siempre es fácil llegar a acuerdos.
Un ejemplo son los denominados «intermitentes dinámicos» —el intermitente, formado por una tira de ledes, no parpadea con todos los ledes al unísono. Estos se encienden secuencialmente siguiendo un sentido determinado: de izquierda a derecha para indicar un giro a la derecha y de derecha a izquierda para indicar un giro a la izquierda—. Durante un instante, que ocurre a los 0,5 segundos de iniciarse la secuencia de encendido, todos los ledes brillan a la vez. Esta es una exigencia de la normativa europea para permitir patentarlos. Se estima que la reacción de un humano ante el estímulo de un intermitente convencional es de 1,1 segundos.

 
Esta forma de encendido permite, según Audi, saber hacia qué dirección se va a mover un coche 0,6 segundos antes que con un intermitente convencional. Los también llamados intermitentes secuenciales no son un invento reciente. Se incorporaron en algunos modelos de coches americanos y japoneses durante los años sesenta y setenta (Ford Thunderbird, Shelby Cobra o Nissan Cedric, por ejemplo), pero los costosos sistemas de activación (electromecánicos o mediante transistores) y la reglamentación europea no facilitaron que proliferasen. Actualmente, modelos como el Ford Mondeo también lo han implementado.
Esto es útil, por ejemplo, para minimizar el tiempo de reacción cuando un vehículo que nos precede obstaculiza la visión de otro coche que está señalizando una maniobra con el intermitente. Este tiempo de reacción a 70 km/h significa anticiparse doce metros a la maniobra.
Otro ejemplo de forma y función consensuadas es el diseño de un faro como el de un Audi A8. Su estructura comprende 230 piezas. Para que en el aspecto exterior del faro no existan distorsiones de color con el gris predominante, ni siquiera cuando se observe el faro desde una distancia mínima, elementos como las placas de disipación de calor de las matrices de ledes o las placas base de los circuitos internos son de un color similar (gris, blanco o negro) al entorno que los rodea.
Los disipadores, en algunos modelos, se diseñan como parte visible del faro, en lugar de escondidos de la vista. Las placas base se solicitan al fabricante en color blanco en vez del verde tradicional. El cableado interno es enteramente de color negro, y los técnicos de instalación o, posteriormente, los mecánicos durante una reparación, los deben distinguir mediante la programación interna. Todos estos detalles encarecen el coste total de fabricación al no ser elementos estandarizados.
Para el futuro, Audi estudia la posibilidad de implementar iluminación lateral a los vehículos, como la que se emplea en los coches que circulan en Estados Unidos mediante luces laterales de posición, pero sustituyéndolos por ledes, que también realicen una iluminación progresiva, de manera que indiquen en qué sentido circula el vehículo durante la conducción nocturna o con malas condiciones de visibilidad. Un modelo de intermitente lateral progresivo es el que aparece en esta imagen. Ocupa toda la longitud de la puerta.

 
El futuro también apuntaría a la gestión de información en el habitáculo de manera intensiva, con ejemplos que se observan en el vídeo que hay al principio del texto, donde la madera de los embellecedores o el volante tienen superficies iluminadas que indicarían al conductor, incluso, cuando puede soltar las manos del volante durante una detención en un atasco.
Otro ejemplo de aplicación de los ledes orgánicos aparece en el vídeo. La parte trasera de un prototipo es una superficie que podría asimilarse, para su comprensión, a una pantalla con forma de portón. Las luces simulan flujos de luz que circulan, y que adaptarían este flujo, el color y la intensidad al mensaje que se necesitase transmitir en cada momento a los conductores que prosiguen al coche: posición, frenado, luz antiniebla, cambio de carril, giro, etcétera. Con esta solución se pretendería aplicar capas de OLED directamente a la chapa de la carrocería, aunque su viabilidad dependerá del aislamiento que se consiga.
Habiendo preguntado a un técnico sobre la viabilidad del uso de la luz láser en condiciones de niebla, me comenta que su uso está contraindicado, como ocurre con cualquier sistema de luz de largo alcance. Una matriz de ledes suple las funciones de una luz antiniebla convencional, al dirigir el haz de luz hacia los bordes de la carretera.
En el momento de hacer la pregunta, otro técnico me aseguró que, aunque actualmente es necesario «informar» al vehículo de que se circula con niebla pulsando un botón en el salpicadero, están trabajando, y dice que se introducirá en modelos de muy pronta incorporación, en un sistema de detección automático de condiciones climatológicas que elimine la necesidad de pulsar botón alguno para adaptar la iluminación.
La conclusión tras esta visita al centro de investigación de iluminación de Audi es que la dirección en la que avanza este campo es la de la sustitución de cualquier elemento mecánico por programación que, mediante la introducción de algoritmos que se «auto instruyen» durante el trayecto y obtienen datos de la navegación, del conductor y del entorno, mejoren la calidad de la iluminación hasta eliminar casi por completo la necesidad de controlarlas manualmente mientras conducimos.

 Por Mario Garcés