Nowoczesne oświetlenie samochodowe

Fot. Philips

Potrzeba oświetlania pojazdu jest starsza niż motoryzacja, lecz w odległych czasach lampy służyły raczej do jego oznaczenia niż do oświetlenia drogi. Tak również było w przypadku pierwszych samochodów.

Początkowo w pojazdach tych stosowano lampy karbidowe lub naftowe. W toku rozwoju motoryzacji zaczęto w automobilach montować żarówki elektryczne, a pierwsze samochodowe światła, podobne do współczesnych, pojawiły się w roku 1913. Przełomem był wynalazek firmy Philips z roku 1924, czyli żarówka samochodowa Philips Duplo z dwoma żarnikami, dająca możliwość emisji świateł mijania i świateł drogowych.

Żarówki dwuwłóknowe

Rozwiązanie to udoskonalano, zwiększano zasięg reflektorów, wprowadzono światła asymetryczne, jednak cały czas bazą dla emisji światła była tradycyjna żarówka, czyli bańka wypełniona obojętnym gazem z umieszczonym wewnątrz drucikiem wolframowym, który, żarząc się pod wpływem przepływającego przezeń prądu elektrycznego, emitował światło.

Niestety żarówka taka – podobnie jak te stosowane w domach – ma ograniczoną żywotność. Drucik wolframowy powoli się wypala i następuje tzw. zjawisko czernienia, czyli osadzanie się oparów wolframu na wewnętrznej stronie szklanej bańki żarówki.

Halogeny

Kolejnym zwrotem w rozwoju techniki oświetlenia były żarówki halogenowe, wprowadzone w latach 60. XX w., które mimo upływu lat są wciąż najpowszechniej wykorzystywanym źródłem światła w przednich reflektorach samochodowych. Żarówki halogenowe są pozbawione wad żarówek wolframowych. Wnętrze ich bańki wypełnia się gazem zawierającym związki jodu i bromu (tzw. związki halogenowe). Gaz ten zapobiega osadzaniu się wolframu na bańce, czyli opisanemu wcześniej czernieniu szkła. Pary wolframu osiadają zatem ponownie na żarniku, co znacznie zwiększa trwałość żarówki. Można powiedzieć, że jest to swego rodzaju samoregeneracja, dzięki której żarówka halogenowa ma prawie niezmienną wydajność.

Najczęściej spotykane są żarówki halogenowe typu H4 oraz H7. W porównaniu z lampami wolframowymi starego typu, tzw. halogeny mają nie tylko większą żywotność (od 150 do 1000 godzin), lecz również większy zasięg i mocniejszy strumień światła (ok. 1500 lm).

Ksenony

Krokiem milowym było pojawienie się w latach 90. XX w. lamp wyładowczych, popularnie zwanych ksenonami. Choć z początku ten rodzaj oświetlenia rezerwowano dla luksusowych modeli aut, z czasem wszedł również do samochodów popularnych. Istota lamp wyładowczych polega na wyeliminowaniu żarnika. Źródłem światła jest łuk elektryczny powstający pomiędzy dwiema elektrodami w atmosferze mieszaniny gazów szlachetnych (argon, ksenon) oraz soli metali (rtęć, skand, sód). Łuk elektryczny pobudza gazy szlachetne do świecenia. Sam łuk ma 4–5 mm długości. Za zapłon łuku elektrycznego i stabilizację napięcia odpowiada generator prądu – starter.

Do rozpalenia łuku potrzebne jest napięcie ok. 25 000 V (starter dostarcza właśnie takie), jednak w późniejszej fazie pracy lampy do podtrzymania łuku wystarczy 85 V. Dzięki temu samochodowa lampa ksenonowa o mocy 35 W generuje o ponad połowę więcej światła niż żarówka halogenowa o mocy 55 W. Dodatkowo temperatura barwowa ksenonów jest bardzo zbliżona do światła słonecznego. W połączeniu z lepszym kontrastem barw i wyraźnym odcięciem wiązki światła w świetle ksenonów lepiej i szybciej rozpoznaje się np. pieszego na poboczu, znaki drogowe lub rowerzystę.

Kolejną zaletą lamp ksenonowych jest ich dłuższa żywotność (w porównaniu z żarówkami halogenowymi). Czas pracy tradycyjnej żarówki halogenowej, np. Philips X-tremeVision, szacowany jest na 450 godzin, Philips LongLife EcoVision – na ponad 1000 godzin, natomiast lampy ksenonowe mogą działać nawet do 3000 godzin.

Diody LED

XXI wiek przyniósł dalszy rozwój technik oświetlenia pojazdu. Postęp został z początku nieco wymuszony koniecznością montowania w samochodach świateł do jazdy dziennej. Konstruktorzy, poszukując trwałego, a jednocześnie oszczędnego energetycznie źródła światła, postawili na rozwój innowacyjnych wówczas świateł diodowych. Z początku stosowane były one właśnie jako światła do jazdy w dzień, jako światła kierunkowskazów lub światła stop, jednak w kolejnym etapie ich ewolucji opracowano również diodowe reflektory przednie. Składają się one zazwyczaj z od kilkunastu do nawet trzydziestu diod, które z pomocą skomplikowanego systemu soczewek i minireflektorów emitują jaskrawe, mocne światło.

Reflektory diodowe charakteryzują się nie tylko wysoką wydajnością energetyczną, lecz oferują też bezpieczeństwo i komfort. Dzięki temperaturze barwowej 5500 K ich światło podobne jest do światła dziennego i prawie nie męczy oczu kierowcy – przede wszystkim w ciemnościach i przy złych warunkach atmosferycznych. Reflektory diodowe dają też szersze w porównaniu z ksenonowymi pole widzenia. Podczas jazdy we mgle i w deszczu mniej oślepiają kierowców jadących z przeciwka.

Diody nie wymagają konserwacji, a ich żywotność jest równa żywotności pojazdu. Dodatkowo wielosegmentowe reflektory LED umożliwiają elastyczne sterowanie wiązką światła, co otwiera drogę do rozwiązań takich, jak stale włączone światła drogowe, które nie oślepiają innych kierowców, ponieważ pozostają oni w ciągle modyfikowanej strefie cienia.

Lasery

Najnowsze trendy wyznaczane przez motoryzacyjnych liderów wskazują, że przyszłość oświetlenia samochodowego należy do świateł laserowych. W tym wypadku źródłem światła jest dioda laserowa – odmiana tradycyjnej diody LED – tyle, że dużo mniejsza i znacznie bardziej wydajna.

Diody laserowe zużywają mniej energii i wytwarzają mniej ciepła, co upraszcza chłodzenie reflektora. Zasada działania świateł laserowych jest następująca: mały moduł laserowy generuje snop światła, który wiązką oświetla przestrzeń na długości nawet 500–600 metrów.

Monochromatyczne i koherentne niebieskie światło laserowe ma długość fali 450 nanometrów. Fosforowy konwerter przemienia je w białe światło drogowe o temperaturze barwowej 5500 K – idealne dla ludzkiego oka, pozwalające kierowcy lepiej rozpoznawać kontrasty i mniej męczące wzrok. Oczywiście, żeby taki zestaw nie zamienił się w broń oślepiającą kierowców jadących z przeciwka, reflektory muszą być sprzężone z kamerami i układem optoelektronicznym, który automatycznie skraca światła lub przekierowuje ich snop, jeśli wykryje ruch na drodze.