Proszę wyłącz adblocka. Staram się, by reklamy nie przeszkadzały w czytaniu strony...

wtorek, 23 lutego 2016

Reflektory w samochodzie - od początku do współczesności

Czy wyobrażasz sobie jazdę samochodem nocą bez świateł? Chyba raczej nie (choć w przyszłości pewnie będzie to możliwe). Poniżej prześledzimy, jak ewoluowały światła w samochodach. Zapraszam do czytania i uprzedzam - będzie dużo literek!



Karl Benz w roku 1885 skonstruował pierwszy pojazd. Pomysł chwycił i już kilka lat później działało prężnie kilka przedsiębiorstw oferujących automobile. Pojazdy te jeździły także nocą i pojawiła się potrzeba oznaczenia takiego poruszającego się samochodu. Z początku rzeczywiście to było tylko oznaczenie pojazdu, gdyż wykorzystywano do tego celu wynalazek Ignacego Łukasiewicza, czyli lampę naftową. Używano także lamp karbidowych, których paliwem był acetylen. Gaz ten powstawał w reakcji karbidu z wodą, która to reakcja zachodziła w zbiorniku lampy. Światła to dawało tyle co nic, więc po zmroku kierowca mało co widział, więc generalnie to bardziej zgadywał gdzie jedzie, niż poruszał się zaplanowaną drogą. Za to był widziany przez innych.


W 1913 Cadillac zastosował elektryczne światła w samochodzie. Jednak zastosowana tam żarówka o szalonej mocy pół wata szału nie robiła. Tak więc zgadywanie po czym się jedzie nocą trwało w najlepsze. Jednak już w roku 1915 skończyło się zgadywanie i zaczęło się oświetlanie drogi dzięki wprowadzeniu żarówek o mocy 35 watów. Rozpoczęła się nowa era w podróżowaniu nocą. Wtedy jeszcze instalacje samochodowe miały napięcie 6V, więc 35-watowa żarówka była naprawdę sporym osiągnięciem. A przed samochodem wreszcie było jasno - zwłaszcza że producenci na światłach nie oszczędzali i często gęsto montowali po 6 reflektorów na pojeździe.


Te wesołe czasy trwały do roku 1924, kiedy to samochodów zaczęło przybywać i kierowcy zaczęli żalić się na oślepianie poprzez pojazdy jadące z naprzeciwka. Trzeba było coś z tym zrobić. I zrobiono. Wynaleziono żarówkę dwuwłóknową. Osobne włókno do świateł mijania, osobne do świateł szosowych. Kierowca mijając samochód jadący z naprzeciwka bądź pieszego miał obowiązek zmiany świateł z szosowych na światła mijania. Był to rewolucyjny wynalazek. Skończyły się czasy wesołej twórczości polegającej na zwiększaniu ilości świateł. Teraz wystarczyły dwa reflektory. A to bardzo korzystnie odbiło się na urodzie pojazdów. I tak powstały żarówki o nazwie Duplo. W latach 30. i 40. XX wieku zaczęto stosować w samochodach instalację o napięciu 12V.


Przez parę ładnych lat nic się w tej materii nie zmieniło. Dopiero w roku 1957 w europejskich autach wdrożono nowość - światła asymetryczne. O co w tym wszystkim chodzi? Do tej pory w samochodach stosowano światła symetryczne. Oświetlały tak samo prawą, jak i lewą stronę przed samochodem. By nie oślepiać kierowców jadących z naprzeciwka, światła świeciły dość blisko przed samochodem. Pozostała kwestia oświetlenia pobocza. I właśnie doświetlenie pobocza i naszej strony jezdni zapewniają światła asymetryczne.


I tu bardzo ważne jest, że są inne światła asymetryczne dla ruchu prawostronnego (doświetlają prawą stronę jezdni i prawe pobocze), a inne dla ruchu lewostronnego (analogicznie te światła doświetlają lewą stronę jezdni i lewe pobocze). I dlatego nie wolno jeździć światłami z ruchu lewostronnego w ruchu prawostronnym i na odwrót. Dlaczego? Dlatego że takie światła oślepiają kierowcę jadącego z naprzeciwka. I właśnie dlatego samochody z ruchu lewostronnego (popularne angliki) na czas wjazdu na kontynentalną Europę zyskują takie oto ozdobniki, które powodują symetryczne świecenie świateł.


Specjalnie do tego typu reflektorów stworzono nową żarówkę Duplo-D, którą szerzej znamy pod oznaczeniem R2.


W roku 1966 wprowadzono kolejną nowość - żarówkę halogenową. Nazwano ją H1 i była ona rewolucją. Świeciła znacznie jaśniej niż dotychczasowe żarówki standardowe typu R. Świeciła ona z szaloną jak na owe czasy jasnością na poziomie 1100 lm (wiem, że to jednostka miary strumienia świetlnego, ale do potrzeb tego opisu uproszczę to stwierdzenie do takiego jak powyżej, OK?). W późniejszych latach technologię halogenową rozwijano i żarówki świecą z jasnością 1500 czy nawet 1700 lm. W porównaniu do standardowych 700 - 800 lm dla żarówki D był to przeskok o parę epok. W roku 1970 wprowadzono żarówkę typu H4, czyli dwuwłókową żarówkę dla świateł drogowych i mijania w jednym reflektorze. Podniesiono także moc żarówek z 40 i 45 W, jakie mieliśmy w R2 do 50/55W w H4 (obecnie moc żarówki H4 to 60/55W).


I z żarówkami H4 wiąże się pewne ograniczenie. Mogły się równocześnie świecić albo światła mijania, albo drogowe. Nie można było dopuścić do sytuacji długotrwałego świecenia obu żarników, gdyż żarówka potwornie się nagrzewała i groziła pęknięciem. Tak więc jechaliśmy albo na światłach mijania, albo drogowych. Niedogodność tę likwidowała żarówka H1, w którą wyposażano dodatkowe światła w reflektorze. Wtedy to żarówka H4 odpowiadała tylko i wyłącznie za światła mijania, a H1 za światła drogowe w dodatkowych reflektorach. I H4 nie gasła, a zaświecała się dodatkowo jedynie H1. Potem zostało to rozwiązane inaczej, ale do tego jeszcze dojdziemy...


Jak widać, w Europie w światłach wymieniano żarówki. Sprawa była prosta i banalna. Jednak nie dla wszystkich. Zdarzało się nagminnie, że żarówki R2 albo H4 wkładano odwrotnie (zawsze wkładamy ją tak, by blaszka była pod drucikiem żarowym), ale bywali artyści, którzy robili to inaczej. Niedokładne osadzenie żarówki w gnieździe powodowało oślepianie innych użytkowników dróg. Nie mówiąc już o tym, że żarówka i reflektor to bardzo skomplikowany układ optyczny. A wtedy jeszcze nie miano aż tak wysokiego reżimu technologicznego w produkcji żarówek (znaczy najwięksi mieli, ale mniejsi producenci produkowali położenie żarników na oko). Sprawę błędów podczas montowania oświetlenia bardzo szybko rozwiązali Amerykanie. Mianowicie produkowali oni żarówkę, która była jednocześnie reflektorem. Czyli składała się ze szkła, żarnika i odbłyśnika. Takie rozwiązanie miało tę zaletę, że zawsze mieliśmy świeże szkło i odbłyśnik, odpadało wadliwe zamontowanie żarówki w reflektorze, a samych reflektorów nie dało się założyć niewłaściwie. Dlatego też po wymianie takiej żarówko-lampy cały układ optyczny był od razu wyregulowany i świecił jak powinien. No i cena za takie żarówki naprawdę nie powalała. Dziś komplet 4 takich lamp (które miały trwałość około 5-6 lat) kosztuje około 100 złotych. Więc tyle, co para przyzwoitych żarówek, które wytrzymują z kolei koło roku świecenia. Ostatnie takie żarówko-lampy były stosowanie do 2012 roku i obecnie i Amerykanie przeszli na konwencjonalne reflektory.


Natomiast Francuzi przez bardzo długi czas stosowali w swych samochodach oświetlenie koloru żółtego. Uzasadniano to tym, że dużo więcej przy takim świetle widać we mgle (to prawda) i w deszczu (to także prawda). Natomiast na co dzień takie oświetlenie się nie za bardzo sprawdzało. Miałem kilka samochodów z francuskimi żółtymi światłami i podczas normalnej jazdy wzrok się męczył z racji nienaturalnego koloru. Nie mówiąc już o tym, że żółty filtr osłabiał strumień światła. Co ciekawe - geneza wprowadzenia takiego światła była dość niecodzienna. W roku 1929 nakazano montować rodzimym producentom takie światła, by chronić własny przemysł motoryzacyjny, eliminując jednocześnie konkurencję z rynku. Z tym że konkurencja także zaczęła stosować żółte światła dla samochodów kierowanych na rynek francuski, więc przepis okazał się martwy. Tym bardziej że rodzimi producenci także przestali produkować żółte klosze lamp, a skupili się na stosowaniu żarówek z żółtym filtrem. Żółte klosze pozostały jedynie na światłach przeciwmgłowych. Takie światła aż do roku 1992 były we Francji obowiązkowe. Po roku 1992 Francja znormalniała (albo ktoś sobie przypomniał o durnym przepisie i w końcu go odwołał) i ma w samochodach sprzedawanych na jej terytorium światła standardowe.


W latach 80. nastąpiła kolejna rewolucja, jeśli idzie o oświetlenie samochodów. Mianowicie pojawiły się reflektory soczewkowe. I w nich zaczęto stosować żarówki H1, a od roku 1993 żarówki H7 (bo właśnie w roku 1993 zadebiutowała na rynku żarówka H7, a do dziś rodzajów tego cholerstwa jest kilka - prócz wspomnianych H1, H4 i H7 są m.in. H3, H9, H11, HB3, HB4, H8.). Światła soczewkowe miały sporo zalet. Między innymi brak światła rozproszonego i precyzyjnie ułożoną wiązkę światła. Właśnie poprzez braki światła rozproszonego duża ilość kierowców uważa światła soczewkowe za gorzej świecące. W światłach tych bowiem granica światła i cienia jest bardzo wyraźna i tam gdzie jest cień, to naprawdę jest cień. Z czasem jednak zauważono, że brak światła rozproszonego to nie najlepszy pomysł, dlatego też do soczewek dodano opcję światła rozproszonego. Dzięki niemu widać dobrze oznaczenie pionowe. I narzekania na soczewki się skończyły, a ich zastosowanie stało się powszechne.


W roku 1988 rozpoczęła się kolejna świetlna rewolucja. Wtedy to właśnie rozpoczął życie projekt VeDiLiS, czyli Vehicle Discharge Lighting System, wspólny projekt producentów samochodów i producentów oświetlenia (lamp i żarówek). Dziecko tego projektu ujrzało światło dzienne w roku 1991, a w roku 1992 zostało zamontowane do pierwszego samochodu, czyli BMW 750. A owym dzieckiem był palnik D2...


Tak, chodzi o popularny ksenon. Palnik ten świecił z jasnością 3200 lm. Czyli skok światłości na poziomie tego, który odczuli kierowcy w latach 60. Żarówka ta była w odmianach D2 S (do reflektorów soczewkowych) i D2R (do reflektorów odbłyśnikowych). I znów zaczęły się narzekania kierowców (tym razem uzasadnione) na oślepianie. Bo oprócz tego, że żarówka ksenonowa świeciła sporo jaśniej, to jeszcze miała zupełnie inną barwę temperaturową. Żarówki halogenowe mają barwę temperaturową 2800 - 3200 K. Ksenon miał 4300 K, a z wiekiem niebieszczał i jego barwa zmieniała się nawet do 6000 K. Więc narzekania na oślepianie były uzasadnione. Dlatego też producenci wprowadzili drogie systemy samopoziomowania świateł i oczyszczania reflektorów. Początkowo samopoziomowanie zależne było od stopnia załadowania samochodu i reflektory ustawiały się powoli, porównując wyniki otrzymywane od czujników przechyłu (najczęściej tylko raz po uruchomieniu silnika). Później, po wprowadzeniu bardzo szybkich silników krokowych, samopoziomowanie było realizowane na bieżąco i reflektory reagowały dynamicznie na każdą zmianę przechyłu nadwozia podczas jazdy po nierównej drodze. Żarówka ksenonowa pomimo tego, że początkowo droga, była bardzo trwała. Wytrzymywała śmiało 10 lat nieprzerwanego świecenia. Jedyne, co jej szkodziło, to częste włączanie. A to dlatego, że pomimo iż żarówka ta jest zasilana z przetwornicy napięciem zmiennym o wartości koło 80 V (najczęściej 84-86V), to do zapłonu potrzebowała niezłego kopa w postaci napięcia 15 kV. Wadą tych żarówek było także dość długie rozświecanie się (koło 4 sekund, zanim żarówka się ustabilizowała). No i początkowo światła ksenonowe mogły służyć tylko jako światła mijania, które są włączone przez cały czas. Dlatego też w światłach tych pozostawiono konwencjonalną żarówkę, która służyła jako światło drogowe oraz do krótkotrwałego mrugania celem ostrzegania innych kierowców (na przykład przed misiaczkami). Na foto jest bi-xenon, o którym później - chciałem tylko pokazać ideę tych świateł.


W konwencjonalnych reflektorach też się w tym czasie sporo zmieniło. Mianowicie w połowie lat 90. zrezygnowano z reflektorów robionych z ryflowanego szkła (klosz) i metalu (odbłyśnik) na rzecz świateł całkowicie wykonanych z plastiku. I wtedy to klosze reflektorów stały się gładkie, a za wiązkę odpowiadało zwierciadło, które poprzez zastosowanie tworzyw sztucznych można było dowolnie kształtować. Reflektory plastikowe mają swoje niewątpliwe zalety. Poprzez pozbawienie ich ryflowanych kloszy można było je dowolnie formować. Światła stały się naprawdę fikuśne, czego dowód choćby na poniższym zdjęciu. No i w tych światłach żarówka H7 stała się powszechna.


Światła ksenonowe w roku 2000 także przeszły małą rewolucję. Zintegrowano w soczewce światła mijania i drogowe. Poprzez sprytny zabieg opadania przesłony, z soczewki wydobywało się więcej światła. O wiele więcej.


Jednak jak widać na powyższym filmie, pozostały także konwencjonalne żarówki, służące do migania i ostrzegania (przed misiaczkami). Na początku widać test samopoziomowania. Na szczęście producenci żarówek halogenowych nie próżnowali i wprowadzali nowe produkty z serii premium, dające ileś tam procent więcej światła, a także... Wprowadzili żarówki z niebieskim filtrem, które świeciły z temperaturą barwową 3800 - 4100K, i to już była barwa zbliżona do ksenonu, wobec czego można się było pokusić o włożenie takich żarówek do świateł drogowych, bo ich barwa aż tak bardzo nie przeszkadzała podczas jazdy na drogach.

Dla porównania - światło żarówkowe (tutaj żarówki premium z serii blue, wiodącego producenta, oraz nowe reflektory):



Światła mijania bi-xenon



Światła drogowe bi-xenon z doświetlaniem standardowymi żarówkami (jednak są to żarówki premium dające + ileś tam procent do światłości):


Same światła ksenonowe także przeszły ewolucję. Wprowadzono coraz to doskonalsze przetwornice, które to powodowały natychmiastowy zapłon żarówek, oraz nowe generacje samych żarówek, jak choćby D1S, która to żarówka jest zintegrowana z zapłonnikiem i dzięki temu można było zrezygnować ze stosowania żarówek wspomagających. Sam ksenon wystarczył. Jednak to rozwiązanie ma tę wadę, że palniki D1S są droższe i bardzo nietrwałe.


Jednak nowoczesne światła mają swoje wady. Najważniejszą z nich jest sama żarówka. Świeci we wszystkich kierunkach i o ile jest dobrze wyprodukowana, to strumień świetlny wydobywający się z reflektora spełnia wszystkie parametry. Gorzej, jak za produkcję żarówek biorą się Chińczycy i zalewają rynek tanimi żarówkami o dość podejrzanej geometrii. Po włożeniu takiej żarówki do reflektora mamy taki oto obraz światłocienia:


A taki powinniśmy mieć:


Tak że jak już wspomniałem, sama wymiana żarówek jest okazją do złego założenia samych żarówek (a dostęp do większości świateł jest podły). W światłach ksenonowych wymiana takich żarówek kończy się najczęściej demontażem lampy z samochodu. Dlaczego? Ponieważ palniki ksenonowe są trwalsze od standardowej żarówki, producenci samochodów nie zaśmiecają sobie umysłów, by stworzyć łatwy dostęp do samego palnika. Ponowne jej założenie to zmiana wysokości linii światłocienia. A korygowanie jej na oko kończy się najczęściej padem systemu korekcji ustawienia świateł. Dlatego też jeśli padnie ci żarówka w ksenonie - pojedź do warsztatu, gdzie mają przyrząd do ustawiania świateł oraz komputer, który pozwoli wyszukać punkt zerowy silników krokowych i dzięki temu można ustawić światła i przy okazji nie rozstroi się systemu korekcji. A najlepiej udaj się do ASO, tam po rozkręceniu połowy samochodu wymienią ci palniki i zedrą z ciebie furę pieniędzy, bo przecież o to chodzi.


Kolejną ogromną wadą świateł plastikowych jest degradacja kloszy reflektorów. Kto widział całkowicie matowe światła w samochodzie, ten wie o czym piszę. Doraźnie można takie zabrudzenia spolerować, jednak reflektor pozbawiony twardej warstwy ochronnej będzie się zużywał jeszcze szybciej. No i plastikowe odbłyśniki są także bardzo wrażliwe na promienie UV i temperaturę. Więc stosowanie dobrej jakości żarówek jest tu priorytetem. Inaczej bardzo szybko taki reflektor stanie się jedynie ozdobą, zamiast lampą pełniącą jakąkolwiek funkcję oświetlającą.


Na kolejną rewolucję w oświetleniu czekaliśmy do roku 2007. Wtedy to wprowadzono do oświetlenia diody LED. I to od razu jako światła mijania i dzienne. Tutaj zespół dioda - odbłyśnik stanowi integralną całość. Taki reflektor projektowany jest co do tysięcznych części milimetra i ma taką zaletę, że dioda świeci kierunkowo. Jej światło można ukształtować bardzo precyzyjnie. Odpadają błędy montażu przez użytkownika. No i można włączać odpowiednie diody pracujące w zespół z jednym odbłyśnikiem, wskutek czego na jednej soczewce można uzyskać naprawdę wiele różnych rozkładów światła. Światła LED mają tak precyzyjnie ukierunkowany snop światła, że można było zrezygnować z układu oczyszczania reflektorów, gdyż takie lampy praktycznie nie oślepiają. A jak świecą? Genialnie.




Kolejną innowacją są światła typu Matrix LED. O co chodzi? Jest to bardzo skomplikowany system, który sprzęga światła i kamery oraz czujniki i sensory oraz GPS. Dzięki czemu możemy zawsze jechać na włączonych światłach drogowych. Samochód wie, kiedy znajdujemy się w terenie zabudowanym i zmienia światła na mijania. A poza terenem zabudowanym, gdy kamery i czujniki wykryją samochód lub pieszego, to wygaszają pewne segmenty lamp tylko w miejscu samochodu lub pieszego. Wszędzie indziej światła mamy pod dostatkiem. Jest to naprawdę genialne rozwiązanie. Jego wadą jest koszt reflektora. Mówi się po cichu, że taka lampa kosztuje około 12 000 zł za sztukę. A i niestety przepalenie się którejkolwiek diody sygnalizowane jest jako błąd i wymaga wymiany całej lampy. Problemem także są dość duże ilości ciepła wyzwalane przez diody, jako że stosuje się w tych lampach diody mocy, które świecą jaśniej od standardowych diod LED, ale też i mocniej się grzeją. Ale efekt działania takiej lampy jest piorunujący.


Obecnie wprowadzane są światła laserowe. Czyli jeszcze mocniejsze, jeszcze lepsze, jeszcze skuteczniejsze. O tej technologii za dużo nie mogę napisać, bo jeszcze dostatecznie się z nią nie zapoznałem i nie chciałbym wprowadzać w błąd. Niemniej ci, co mieli z nią styczność mówią, że to przyszłość oświetlenia. A my póki co dbajmy o czystość lamp i przejrzystość kloszy. To jeszcze nie koniec pogadanki o reflektorach i światłach w samochodzie. Niektóre wątki na pewno rozwinę. Do przeczytania!

Kopiowanie tylko z podaniem źródła!

3 komentarze:

  1. To troszke nie tak jest z tymi żółtymi reflektorami.

    To nie jest nienaturalne światło - wręcz przeciwne. Słońce najwięcej światła emituje właśnie w takiej długości fali (bodajże 590 nm, ale z głowy mówię, to może się mylić) dlatego nasze oczy są najbardziej czułe na taką własnie długość fali. I stąd był pomysł, żeby oświetlać drogę wyłącznie światłem żółtym, dzięki czemu oko łatwiej rozpoznawało kontury, a jednocześnie światło to nie rozprasza się w takim stopniu jak to o długości fali bliżej koloru niebieskiego.

    To, że takie światło było gorsze wynikało z tego, że przeważnie odbywało się to przez filtrowanie normalnego światła żarówki przez przepusczanie go przez odpowiednie filtry, co oczywiście powodowało utratę dużej jego ilości.

    OdpowiedzUsuń
  2. Świetny blog! Już widzę, że jak aspirujący automotive engineer dużo się nauczę. Zaczynam od początku i będę często wpadał. Dobra robota!

    OdpowiedzUsuń
  3. Dobry artykul. Wiele mi uporzadkowal, choc moje swiatla w omedze i octavii nadal swieca DD (do d..y). Jedne na H1 w soczewce, drugie na H4 w standardowym zwierciadle. Przy czym zwierciadlo octavii daje lepszy efekt niz soczewka omegi.

    OdpowiedzUsuń

Proszę komentować artykuły. Proszę nie robić wycieczek osobistych do innych komentujących. Proszę nie reklamować swoich stron w komentarzach. Takie komentarze będą usuwane, a nagminne niestosowanie się do próśb spowoduje zaostrzenie dodawania komentarzy.