Od początku mobilności człowiek potrzebował światła. Dziś dopuszczenie pojazdów do ruchu drogowego regulują sto czterdzieści dwie normy, z tego trzydzieści pięć związanych jest z oświetleniem. A czy w przyszłości, w świecie autonomicznych pojazdów będziemy potrzebować światła do oświetlania drogi?
W 1886 roku Gottlieb Daimler w swoim pojeździe używał do jazdy nocą lampy na świecę, która dawała widoczność na zaledwie parę metrów. Inni producenci aut tamtych czasów zamiast woskowego rozwiązania używali lamp naftowych. W tych czasach szybkości nie były tak wysokie, aby się jeszcze przejmować słabym oświetleniem drogi. Niedługo potem jednak pojazdy motorowe zaczęły stawać się szybsze od powozów konnych i trzeba było pomyśleć o efektywniejszych metodach oświetlania drogi przed nimi. Od 1892 roku nastały czasy lamp karbidowych. Działały one na zasadzie wynalazku irlandzkiego fizyka Edmunda Davy’ego – przy połączeniu wody z węglikiem wapnia powstawał acetylen. W ten sposób otrzymywano znacznie jaśniejsze światło podczas kontrolowanego spalania niż przy użyciu wosku lub nafty. Niektóre z tych lamp miały nawet reflektor lustrzany, a także soczewki z dodatnią ogniskową. Skupiały one promienie światła tak, aby oświetlały one drogę przed samochodem nawet do 30 m (wcześniejsze modele świeciły na odległości nie większą niż 15 m). Luksusowe samochody, jak Rolls-Royce Silver Ghost, miały systemy karbidowe, które składały się z dwóch pojemników: jeden na wodę drugi na karbid. Małą dyszą dostawała się woda do pojemnika z karbidem, a potem cienkimi rurkami do lampy dostarczany był gaz. W starszych modelach odpalano takie lampy ręcznie, a luksusowe pojazdy miały zapalniczki, którymi można było odpalić lampy ze środka samochodu. Takie lampy nie były zbyt bezpieczne, a ich zużycie gazu było bardzo duże, bowiem potrzebowały one około 30 i więcej litrów na godzinę pracy. Lampy karbidowe stosowane były w motoryzacji aż do połowy lat 30-tych ubiegłego wieku.
Przełom nastąpił w 1913 roku, kiedy to firma Bosch wprowadziła pierwsze lampy elektryczne na pokład samochodu, zasilane za pomocą generatora. Lampy te miały projektor paraboloidowy i mogły być załączane i wyłączane w zależności od potrzeby. Takie światło o napięciu 6 V efektywnie oświetlało drogę przy szybkościach, jakie w tamtych czasach osiągały samochody. Mimo jednak, że ówcześni konstruktorzy doskonalili oświetlenie elektryczne, to i tak karbid nadal pozostawał najczęstszym rozwiązaniem w technice oświetleniowej w samochodach. Liczne problemy z karbidem przyspieszyły w końcu wprowadzanie rozwiązań elektrycznych.
W 1925 roku firma Osram wprowadziła podwójną lampę tzw. bilux. W jednej żarówce znajdowały się dwa włókna – jedno do świateł mijania, a drugie do drogowych. To spowodowało ogromny przełom w jakości światła. Ale dopiero w 1936 roku rozwiązanie to zostało wprowadzone w Mercedesie 540K jako seryjne wyposażenie. Światła nie były jeszcze asymetryczne i tak naprawdę nie dawały nocą satysfakcjonującego efektu dla kierowców szybszych samochodów. Jednak dopiero trzydzieści lat od wprowadzenia dwuwłóknowych żarówek, większość państw zdecydowała się na ich obowiązkowe stosowanie. Biluxy montowano do asymetrycznych świateł, aby nie oślepiać kierowców jadących z przeciwka. Samochody jednak poruszały się z coraz większą prędkością i to oświetlenie szybko znów przestało być wystarczające.
Pierwsze reflektory z lampami halogenowymi trafiły do produkcji seryjnej w 1964 roku. Dodanie halogenków jodu lub bromu nie tylko wydłużyło żywotność żarówki dwukrotnie, ale również zwiększyło czterokrotnie natężenie światła. Lampy te miały oznaczenie H1 i H7. Mercedes ponownie stał się pionierem, gdy w modelu SL (R107) w 1971 roku zastosowano po raz pierwszy dwużarnikową żarówkę halogenową H4 o napięciu 12 V. Stopniowo zwiększa się moc światła w samochodowych reflektorach. Z roku na rok lampy stają się też coraz ważniejszym elementem stylistycznym. Aby zmniejszyć oślepianie jadących pojazdów z przeciwka powstał w 1974 roku pierwszy elektroniczny system poziomowania reflektorów w samochodach osobowych.
W 1983 roku firma Hella prezentuje tzw. technologię DE (triple elipsoid), dzięki której wreszcie możliwe stawało się wykonanie kompaktowych i bardzo płaskich reflektorów. Praktycznie zakończyła się wówczas era samochodów sportowych z chowanymi światłami. Reflektory DE mogą być specjalnie ukształtowane. Przed oprawą znajduje się soczewka, która wiąże światło, podobnie jak diaskop. Reflektory DE mają na celu utrzymanie dokładnej granicy jasności i cienia, zwłaszcza w przypadku świateł mijania, a przy tym dają jednolity rozkład światła i zapobiegają odbiciom światła rozproszonego. Takie systemy mają znacznie mniejszy obszar wyjścia i potrzebują mniej miejsca, oraz można w nich zastosować różne źródła światła. Zyskują popularność szczególnie wśród projektantów karoserii, ponieważ pozostawiają im więcej swobody w tworzeniu przodu pojazdu. Światła DE pozostały standardem do dziś. W 1989 roku firma Philips opracowała lampę D1 – lampę metalohalogenkową – wyładowczą, w której światło powstaje dzięki wyładowaniu elektrycznemu w gazie szlachetnym (ksenon).
W 1991 roku BMW wprowadza jako pierwsza ksenony w modelu 7 (Bosch Litronic). To światło ma barwę zbliżoną do światła dziennego i mniej męczy oczy podczas jazdy nocnej niż wcześniejsze rozwiązania. Jednak początkowo oczy kierowców nie akceptowały tej barwy i wydawało się, że reflektory ksenonowe rażą użytkowników dróg. Ksenony są bardziej wytrzymałe od poprzednich rozwiązań. Średni czas życia lampy ksenonowej wynosi 2000 godzin, w porównaniu do 450 godzin dla lampy halogenowej np. H7. Ich niebieskie światło powoduje wzmocnienie kontrastu w warunkach dobrej widoczności, co ma czyni kierowców bardziej czujnymi i zwiększać ich zdolność koncentracji. Zużycie energii w trybie ciągłym, w porównaniu do konwencjonalnych lamp, jest niższe o 20%, przy trzykrotnie większej wydajności. Reflektory ksenonowe mają też jednak sporo minusów, przede wszystkim – wysokie koszty zakupu i złożoność systemu. Konieczne jest automatyczne wypoziomowanie reflektorów i system ich czyszczenia, co prowadzi do wyższych kosztów części zamiennych. Ponadto światła te wymagają więcej miejsca do zabudowy, a we mgle i przy złych warunkach atmosferycznych, wysoki odczynnik błękitu ma negatywny wpływ na kontrast i rozpraszanie światła. Można jeszcze długo wymieniać. Ostatnim krokiem w rozwoju świateł ksenonowych było wprowadzenie w 1999 roku tzw. Bi-Xenon w Mercedesie klasy CL, gdzie światła mijania i drogowe działały w jednej obudowie.
W drugiej połowie lat 90-tych konstruktorzy zaczęli intensywnie zajmować się diodami LED. Koncerny zaczęły zatrudniać specjalnych stylistów od zewnętrznego i wewnętrznego wyglądu lamp. Już na początku obecnego stulecia koncerny samochodowe prezentują pełnosprawne światła LED, które zawdzięczamy coraz większej wydajności diod elektroluminescencyjnych. Na razie znajdują one miejsce tylko w tylnej część pojazdu. Krótki czas reakcji (0,001 s), dłuższa żywotność (do 10000 godz.), niższe zużycie energii (o prawie 80%) i mała objętość zabudowy sprawiają, że diody stają się szczególnie popularne wśród producentów samochodów.
W 2002 roku zostaje wprowadzony system adaptacyjnych świateł mijania AFS (Advanced Front-Lighting System), którego atrybutem jest nie tylko dopasowanie świateł mijania do warunków atmosferycznych i drogowych, ale również zmiana projekcji na zakrętach, co producenci próbują sprzedać nam, jako innowację. Tymczasem skrętne światła zastosowano już w 1918 roku w Cadillacu Type 57. Tatra wprowadziła takie światła w 1935 roku w modelu 77 i później, w modelu 87. Inne firmy miały w tych latach podobne systemy świetlne na seryjnym wyposażeniu.
W 2003 roku firma Hella wdrożyła pierwszą na świecie serię białych LEDów, jako połączenie światła dziennego i pozycyjnego w reflektorach Audi A8. Rok później światło do jazdy dziennej zostaje seryjnie zastosowane w Porsche 911 Turbo, Audi S6 i Audi A8 W12. Amerykanie w 2005 roku wyposażają tylne światła swojego Cadillaca DTS w Full LED System. Jest to pierwsze auto, które nie ma żadnej konwencjonalnej żarówki w tylnej części oświetlenia.
Wprowadzanie innowacji w oświetleniu pojazdów w tych czasach przypominało wyścigi, w których każdy chciał być pierwszy. To tempo stało się tak szybkie, że nawet ustawodawcy nie potrafili nadążyć z dostosowywaniem odpowiednich przepisów. W czerwcu 2006 roku Mercedes wprowadza w E-klasie tzw. Intelligent Light System (ILS), w którym komputer ustawia moc, poziom i kierunek światła, zależnie od warunków atmosferycznych lub miejsca, gdzie się pojazd znajduje (np: autostrada lub miasto). Pierwsze LEDowe światła mijania prezentują prawie równocześnie Lexus i Audi. W 2009 roku, w salonach Cadillaca i Audi, można było już zamówić samochód, w którym kompletne oświetlenie wykorzystuje wyłącznie LED. W 2013 roku Mercedes prezentuje tzw. Full LED, reflektory z systemem ILS, które oferują wszystkie dynamiczne funkcje oświetleniowe w technologii LED – światła autostradowe, światła na drogę krajową, rozszerzone światło przeciwmgielne, aktywne światło do jazdy w zakręcie i światła skręcania. Oczywiście dostosowane do typowych warunków jazdy lub warunków pogodowych. Ponadto, zastosowano tu tzw. asystenta świateł drogowych z adaptacyjnym zakresem oświetlenia.
Pod koniec tego samego roku Audi wprowadził na rynek Matrix-LED (jako źródła światła zastosowane zostały tzw. LED-Arrays – ustawione w szereg tablice mini diod). Taki reflektor składa się z trzydziestu sześciu modułów LED o wysokiej rozdzielczości, z których dwadzieścia cztery mogą być osobno sterowane. Dzięki temu droga może być automatycznie precyzyjnie oświetlona, bez oślepienia kierowców nadjeżdżających z przeciwka aut. Reflektory są sterowane za pomocą kamery zamontowanej w przedniej szybie. W sumie cztery jednostki sterujące analizują sytuację przed samochodem sto razy na sekundę. Nowością jest tzw. światło ruchu okrężnego, które wykrywa ronda na podstawie danych z nawigacji i odpowiednio dostosowuje promienie światła. Jak na razie, ze względu na wysoką cenę takich świateł, są one oferowane wyłącznie w samochodach luksusowych. Pomimo dużych możliwości w dziedzinie wykorzystania LEDów, technologia ksenonowa pozostaje nadal aktualna. Wynika to głównie z faktu, że konwencjonalny reflektor ksenonowy zużywa średnio około 40 W, a LEDy o wysokiej wydajności wymagają chłodzenia, co powoduje znacznie większe zużycie energii. Według wielu współczesnych konstruktorów LEDy to już jednak przestarzała technologia. Światłem przyszłości jest laser. Jego atutem jest moc światła. Mierzona w liczbie lumenów na wat jest większa od LEDów. Zużycie energii jest o połowę niższe od LEDów, co obniża zużycie paliwa. Dla konstruktorów interesującym walorem diody laserowej są jej rozmiary. Dioda LED jako kwadratowe źródło światła ma długość boczną jednego milimetra, podczas gdy dioda laserowa mierzy tylko jedną setną milimetra.
Pierwszym samochodem ze światłem laserowym jest BMW i8. Z przodu ma laser, a z tyłu – OLED (tzw. organiczne LEDy). Materiał organiczny zamknięty jest między cienkimi szklanymi płytkami. Przepływ prądu przez warstwę organiczną wytwarza światło. Jednak diody OLED są obecnie jeszcze zbyt wrażliwe na ciepło. Niszczą je promienie słońca.
Całkiem prawdopodobnie jednak przyszłość świateł w motoryzacji będzie wyglądać jeszcze inaczej. W czasach autonomicznych pojazdów światło nie będzie już bowiem potrzebne, aby ułatwiać nam widoczność. Będzie za to niezbędne do komunikacji między pojazdami.
Raimund Engwer
artykuł pochodzi z wydania 11 (122) listopad 2017
