Światło ksenonowe.

Reflektory są dziś tak oczywistym elementem wyposażenia samochodu, że rzadko zastanawiamy się nad ich działaniem. Mówiąc o bezpieczeństwie, zwykle zwracamy uwagę na poduszki powietrzne, układy ABS, napinacze pasów bezpieczeństwa i inne systemy, zupełnie zapominając o oświetleniu. Na szczęście producenci samochodów doskonale wiedzą, że odpowiednie oświetlenie drogi jest jednym z kluczowych czynników decydujących o bezpieczeństwie jazdy, i stawiają źródłom światła coraz większe wymagania.
Wydajność świateł samochodu kojarzy się zwykle z mocą zastosowanych żarówek. Jednak silne źródło światła nie wystarczy; trzeba je jeszcze odpowiednio skierować na drogę. Dlatego projektanci wszelkich systemów oświetlenia wiele uwagi poświęcają konstrukcji reflektora, odpowiedzialnego za odpowiednie ukierunkowanie wiązki światła dostarczanego przez żarówkę. Najpopularniejszym typem reflektora jest reflektor paraboidalny, którego historia sięga roku 1910. Jego nazwa pochodzi od kształtu powierzchni odbłyśnika. Elementami odpowiedzialnymi za odpowiednie ukształtowanie wiązki światła są zarówno odbłyśnik, jak i szkło reflektora, na którym widać wyraźne wyżłobienia. Zastosowanie żarówki dwuwłóknowej pozwala na uzyskanie świateł mijania i drogowych w jednym reflektorze.
Przy włączonych światłach drogowych wykorzystana jest cała powierzchnia odbłyśnika, a podczas jazdy na światłach mijania jedynie jego połowa. Jest to podstawowa wada reflektora paraboidalnego, zważywszy na to, jak rzadko używa się świateł drogowych. Z pomocą przyszła nowoczesna technika obliczeniowa, która dopiero kilka lat temu umożliwiła kształtowanie powierzchni odbłyśnika w praktycznie dowolny sposób, i tak powstał reflektor typu FF (Frei Form - swobodna forma), wykorzystujący technologię "swobodnych pól". Powierzchnia odbłyśnika takiego reflektora podzielona jest na segmenty, z których każdy za oświetlenie poszczególnych fragmentów drogi. Mówiąc obrazowo, odbłyśnik reflektora FF działa jak zestaw miniaturowych reflektorów, z których każdy można indywidualnie skierować na odpowiednie pola w obszarze drogi. Dzięki temu nie tylko górna, ale i dolna część odbłyśnika może być wykorzystana do oświetlania drogi podczas jazdy na światłach mijania, dzięki czemu większa część światła kierowana jest na jezdnię. Miarą wykorzystania światła dostarczanego przez żarówkę jest tzw. światło użyteczne, którego wartość dla świateł mijania w tradycyjnym reflektorze paraboidalnym wynosi 27%, a przy zastosowaniu technologii swobodnych pól wzrasta do 45%. Technologia FF szczególnie przypadła do gustu stylistom - to właśnie dzięki niej szkła reflektorów stały się przezroczyste. Skuteczność reflektorów zależy również od ich rozmiarów. Im większa powierzchnia odbłyśnika, tym swobodniej można kształtować wiązkę świetlną padającą na drogę. Jeżeli ograniczymy wymiary reflektora poniżej pewnej granicy, jego skuteczność może okazać się niewystarczająca nawet przy zastosowaniu technologii swobodnych pól. Problem rozwiązali inżynierowie z firmy Hella, którzy już w latach osiemdziesiątych opracowali elipsoidalny reflektor świateł mijania DE (Dreiachsiger Ellipsoid - elipsoida trójosiowa). Jak łatwo się domyślić, określenie elipsoidy trójosiowej dotyczy kształtu powierzchni odbłyśnika. Reflektor DE działa na zasadzie rzutnika slajdów, dlatego zaliczany jest do systemów oświetlenia projekcyjnego. Promienie świetlne po odbiciu od odbłyśnika trafiają do soczewki pełniącej funkcję obiektywu, która "wyświetla" je na jezdni. Między odbłyśnikiem a soczewką umieszczona jest przesłona, będąca odpowiednikiem slajdu w domowym rzutniku. Jej kształt wyznacza granicę między światłem a cieniem na drodze przed samochodem. Reflektor DE pozwolił na połączenie niewielkich wymiarów i dużej wydajności, jednak zastosowanie przesłony ograniczało pełne wykorzystanie powierzchni odbłyśnika. Dlatego powstał reflektor Super DE, w którym połączono zalety reflektora elipsoidalnego z technologią swobodnych pól. Dzięki wykorzystaniu niemal całej powierzchni odbłyśnika światło użyteczne takiego systemu wynosi aż 52%. Reflektory Super DE pozwalają ponadto na lepsze oświetlenie poboczy oraz zwiększenie zasięgu świateł. Dla potwierdzenia tych zalet wystarczy powiedzieć, że odbłyśniki FF występują niemal we wszystkich współczesnych systemach projekcyjnych stosowanych w światłach mijania.

Stosowane jeszcze kilkanaście lat temu żarówki R-2 odchodzą w zapomnienie. Ich miejsce zajęły żarówki halogenowe, których przewagą nad żarówkami R-2 jest dłuższa o 4-5 razy żywotność (ok. 800-1000 godz.) oraz blisko 2-krotnie większa wydajność (oznacza to, że przy tej samej mocy dają 2-razy więcej światła). W obecnej chwili większość samochodów poruszających się po drogach posiada w swoich reflektorach właśnie takie żarówki, choć coraz częściej spotyka się wyładowcze lampy ksenonowe, które zostały dopuszczone do sprzedaży w 1996 roku. Czym się różnią od klasycznych żarówek?
Więcej światła - lepsza widoczność - większe bezpieczeństwo. Światło ksenonowe w porównaniu z tradycyjnymi żarówkami ma dwie zasadnicze różnice : z jednej strony żarówka ksenonowa daje więcej niż dwa razy światła niż nowoczesna żarówka H7, zużywając przy tym dwie trzecie energii, z drugiej strony dysponuje barwą światła zbliżoną do barwy światła dziennego. W wyniku nadwyżki światła droga zostaje jaśniej i szerzej oświetlona. Wpływa to w istotny sposób na komfort jazdy i aktywne bezpieczeństwo. Technologia ksenonowa w chwili obecnej stanowi szczytowe osiągnięcie w rozwoju systemów reflektorowych do pojazdów samochodowych. Zalety tej technologii to w porównaniu z żarówkami halogenowymi 2,5 krotnie silniejszy strumień świetlny przy zużyciu energii mniejszym o jedną trzecią. Dzięki większej ilości światła droga jest oświetlana jaśniej i szerzej. A to oznacza zwiększenie bezpieczeństwa. Barwa światła zbliżona do barwy światła dziennego. Nowoczesne żarówki halogenowe również umożliwiają jednorodne oświetlenie jezdni jednak ich światło nie dorównuje jasnością i szerokością strumienia światłu lamp ksenonowych.

Na czym polega przewaga światła ksenonowego?

Światło ksenonowe w porównaniu z tradycyjnymi żarówkami ma dwie zasadnicze zalety : z jednej strony żarówka ksenonowa daje więcej niż dwa razy światła niż nowoczesna żarówka H7, zużywając przy tym dwie trzecie energii, z drugiej strony dysponuje barwą światła zbliżoną do barwy światła dziennego. W wyniku nadwyżki światła droga zostaje jaśniej i szerzej oświetlona. Wpływa to w istotny sposób na komfort jazdy i aktywne bezpieczeństwo.

Czy można wymienić żarówkę w reflektorze halogenowym (z żarówką halogenową np. H4) na żarówkę ksenonową?

NIE. Reflektor ksenonowy, to nie tylko żarówka ksenonowa. To przede wszystkim elektroniczne urządzenie sterujące bez którego reflektor nie będzie działał.

Czy każdy kierowca może mieć reflektory ksenonowe?

I tak i nie. Są trzy drogi, dzięki którym można mieć w swoim aucie reflektory ksenonowe. Pierwsza - zakup auta z fabrycznie zamontowanymi reflektorami ksenonowymi (np. Opla Omegi, Hondy Accord, VW Passata). Druga - zamiana fabrycznych reflektorów halogenowych na reflektory ksenonowe. Nie można kupić auta z reflektorami halogenowymi i zamontować reflektora ksenonowego, który nie jest SPECJALNYM zestawem akcesoryjnym, gdyż fabryczna instalacja samochodu nie jest do tego przystosowana (dotyczy to np. VW Passata)! Trzecia - montaż dodatkowych, ksenonowych reflektorów dalekosiężnych. Szeroka gama takich reflektorów oznacza, że praktycznie każdy kierowca może je kupić. Najmniejszy na rynku reflektor dodatkowy, to DE XENON, który można wmontować w zderzak.

Dlaczego reflektory ksenonowe są takie drogie?

Głównym powodem jest stosowanie zaawansowanej technologicznie elektroniki, która “podraża” koszt reflektorów. Dotyczy to zarówno zapłonnika, jak również urządzenia samopoziomującego reflektor (w przypadku świateł mijania). Z technicznego punktu widzenia reflektory ksenonowe wymagają urządzenia, które zmienia prąd stały w wymagany prąd zmienny i wytwarza napięcie 20 000 V wymagane do zapłonu gazu znajdującego się w żarówce.

Jak to działa?

Żarówka ksenonowa różni się trochę zasadą działania od zwykłej żarówki, gdyż światło nie jest wytwarzane przez żarzący się drucik, lecz przez łuk elektryczny, który daje snop światła tak jasny, że można go porównywać do światła dziennego. Warto zauważyć, że "ksenony" są używane w światłach mijania, natomiast w światłach drogowych są żarówki halogenowe (nie dotyczy to najnowszych konstrukcji biksenonowych). Wewnątrz lampy ksenonowej znajduję się gaz szlachetny, ksenon (i od tego pochodzi nazwa), bezbarwny i bezwonny. Aby móc "zapalić" łuk elektryczny w ksenonie, potrzeba bardzo wysokiego napięcia - 24 kV, które podczas pracy spada do kilkuset Voltów. Praca łuku jest kontrolowana za pomocą mikroprocesora, dzięki czemu niweluje się oślepianie kierowców jadących z przeciwka, ponadto odłącza zasilanie, gdy dojdzie do wypadku (rozbita lampa ksenonowa może spowodować pożar). Instalacja elektryczna samochodu musi być ponadto odpowiednio przygotowana do pracy z "ksenonami", więc nie ma możliwości dokupienia ich do samochodu już używanego lub nie przystosowanego do pracy z takiego rodzaju oświetleniem.

Lampy ksenonowe generują 2,5 razy silniejsze światło niż najczęściej stosowane żarówki halogenowe H-4, wytrzymują aż 3000 godzin ciągłego świecenia (czyli 125 dni bez przerwy, w praktyce kilka lat). Ich największą zaletą jest bardzo niskie, wynoszące tylko 35 W, zużycie energii, zaś największą wadą - oczywiście cena (najczęściej kilka tys. PLN), dlatego też najczęściej są one wyposażeniem dodatkowym (za wyjątkiem samochodów najwyższej klasy w najbogatszych wersjach wyposażeniowych).

Zauważalna wada lamp ksenonowych to praca w tylko światłach mijania. Lampa ksenonowa wymaga około jednej sekundy, aby osiągnąć pełną jasność, i właśnie z tego powodu stosowana jest niemal wyłącznie w światłach mijania. Gdyby lampy ksenonowe zastosowano również w reflektorach dalekosiężnych, to przełączaniu świateł towarzyszyłby moment zupełnej ciemności. Rozwiązanie tego problemu zaproponowała Hella, a zostało ono nazwane reflektorami bi-ksenonowymi. Aby sprawić, żeby światła drogowe również mogły działać z "ksenonami", wykorzystano technologię tzw. odbłyśników wieloogniskowych (FF), lecz nieco ją modyfikując w taki sposób, aby uzyskać dwa obszary o największej jasności (zwane obszarami gorącymi), z których jeden stosowany jest w światłach mijania, a drugi odsłaniany przez blaszaną przysłonę w momencie włączania świateł drogowych. Dzięki temu żarówka ksenonowa może być cały czas włączona, co dobrze wpływa na jej żywotność. Lampy bi-ksenonowe w swoich samochodach oferują m.in. Saab, Mercedes, Porsche i Ferrari.

Dlaczego do ksenonowych świateł mijania potrzebne jest urządzenie czyszczące klosz reflektora - ”spryskiwacz”?

Bardzo jasne światło ksenonowe mogłoby stanowić ryzyko oślepienia jadących z przeciwka bez zastosowania dodatkowych środków, szczególnie wobec zmieniającego się obciążenia pojazdu (zmiana kąta padania) oraz zanieczyszczania klosza (defleksja strumienia świetlnego w obszar oślepiania).
Także z powodu możliwego oślepiania nadjeżdżających pojazdów bardzo ważne w przypadku ksenonowych świateł mijania jest urządzenie poziomujące, które wykorzystuje czujniki ugięcia tylnego zawieszenia, na podstawie którego dobierane jest odpowiednie ustawienie reflektorów zależnie od obciążenia auta. Bardziej zaawansowanym rozwiązaniem jest dynamiczna kontrola ustawienia świateł, zapewniająca optymalne ustawienie reflektorów do zmiennych warunków jazdy. Mikroprocesor sterujący pracą układu zbiera dane o ugięciu przedniego i tylnego zawieszenia, a także rejestruje prędkość pojazdu. Układ działa tak szybko, że reaguje nawet na gwałtowne zmiany położenia nadwozia podczas przyspieszania i hamowania, zapewniając odpowiednią widoczność zarówno kierującemu, jak i nadjeżdżającym z przeciwka.

Przepisy homologacyjne biorą te uwarunkowania pod uwagę.

Według ECE reflektory ksenonowe świateł mijania mogą być stosowane tylko wraz z automatycznym układem poziomowania reflektora oraz systemem oczyszczania klosza, uzależnionych od charakterystyki układu jezdnego pojazdu.

Kilka praktycznych rad i zaleceń na wypadek konieczności naprawy pojazdu ze światłami ksenonowymi:

W przypadku wymiany uszkodzonego reflektora ksenonowego należy wymienić również lampę w drugim, nie uszkodzonym reflektorze. Ze względu bowiem na stały rozwój technologii może się zdarzyć, że w wymienionym reflektorze zastosowano lampę ksenonową trzeciej generacji. Jedynie jednoczesna wymiana obu lamp ksenonowych gwarantuje uzyskanie jednorodnego światła o takiej samej barwie. Jeśli wymieniacie Państwo jedną lampę ksenonową proszę zastosować lampę tego samego producenta.
Lampy ksenonowe są odpadami wymagającymi specjalnej utylizacji (rtęć)!

Dokonując wymiany lamp ksenonowych należy zwrócić uwagę na to, by właściwie umieścić lampę w oprawce przed jej włączeniem. W przeciwnym razie może dojść do przedwczesnego zapłonu i w konsekwencji nawet do uszkodzenia zapłonnika.

Po każdej wymianie lampy należy bezwzględnie sprawdzić poprawność ustawienia świateł. Przy ustawianiu proszę przestrzegać instrukcji eksploatacji w zakresie automatycznej regulacji wiązki światła.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Aktywne światła?

Współczesny ruch drogowy wymaga nowych rozwiązań w zakresie oświetlenia. Dla polepszenia widoczności powiększenie strumienia świetlnego, wydobywający się z reflektorów, nie wystarczy. To byłoby najłatwiejsze ale badania wykazują, że w Europie używamy świateł drogowych (długich) zaledwie przez 5% czasu jazdy. To, co jest najważniejsze, to skuteczność świateł mijania. Ich działania jednak, zgodnie z przepisami, modyfikować nie wolno.

Według koncepcji producentów oświetlenia nadszedł czas, by reflektory samochodu adaptowały się do warunków drogowych samoczynnie, odczytując dane o warunkach jazdy, posiłkując się przy tym elektroniką - coś na wzór ABS, ESP, sterowania wtrysku itp. Hella opracowuje obecnie system VARILIS (Variable Intelligent Lighting System), adaptujący działanie reflektorów do konkretnych potrzeb, np:

• Na zakrętach - rozszerzanie wiązki świetlnej i kierowanie jej w głąb zakrętu

• Przy zmianach pochylenia auta - dynamiczne działanie poziomujące

• Różne formy wiązki światła, w zależności od szybkości

• Zmiana zasięgu wiązki na drodze suchej (dłuższa) i na mokrej (krótsza, likwidująca odblaski).

System VARILIS można traktować jako koncepcję, która będzie zrealizowana na różne sposoby. Najprostszym jest oczywiście mechaniczne obracanie i pochylanie reflektorów. Możliwe jest też zastosowanie dynamicznie zmieniających się przysłon lampy ksenonowej, podobnie jak uczyniono w istniejącym już rozwiązaniu Bi-Xenon (uzyskano w ten sposób światla mijania i drogowe z jednej lampy ksenonowej). Wreszcie innym sposobem realizacji koncepcji VARILIS będzie całkowite oddzielenie źródła światła (lampy) od soczewki i reflektora poprzez dostarczanie tam strumienia świetlnego za pomocą światłowodów. System ten zastosowano w koncepcyjnym Volvo SCC - Safety Concept Car.

VARILIS, pomimo tego, że badania są zaawansowane i bardzo obiecujące, nie wejdzie do użytku przed rokiem 2005. Powodem są przepisy, określające ściśle działanie świateł samochodowych, a szczególnie mijania. Spowodowanie zmiany tych przepisów okazuje się dla firm produkujących reflektory samochodowe trudniejsza niż opracowanie nowych rozwiązań technicznych. Warto przypomnieć, że w latach sześćdziesiątych Citroen zrealizował w modelu DS system obracania reflektorów świateł drogowych, sprzęgając go mechanicznie z układem kierowniczym. Ponieważ nie dotyczyło to świateł mijania, układ Citroena jest wciąż legalny, ale zupełnie nie rozwiązuje problemów, o których wspomnieliśmy wyżej.

Możliwe jest, że w roku 2003 wejdzie w życie w Europie cząstkowa regulacja prawna dopuszczająca dodatkowe światła "wirażowe", poprawiające oświetlenie wnętrza zakrętu. Hella ma nadzieję, że możliwe jest też zaakceptowanie przez ustawodawców gotowego już rozwiązania Vario-X, zmieniającego strumień świetlny (bez pochylania i obracania reflektora) na zasadzie zmiany przesłon lampy ksenonowej.

Istnieje też całkowicie nowa koncepcja - Night Vision, czyli oświetlanie drogi niewidocznym dla człowieka strumieniem promieniowania podczerwonego, który wykorzystywany byłby przez kamerę czułą na podczerwień. Obraz drogi (w którym przeszkody widoczne byłyby na dystansie znacznie większym niż możliwe jest to w klasycznych światłach) można wyświetlać na szybie przedniej samochodu, a więc przed oczami kierowcy - podobnie jak dzieje się w np. w samolotach wojskowych.

Jerzy Dyszy

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Night Vision.

Wielu z kierowców nie lubi jeździć po ciemku. Ich obawa jest w pełni uzasadniona: oko człowieka w ciemności trudniej rozpoznaje przedmioty, ponieważ zacierają się ich kontury. W nocy łatwiej spowodować wypadek. Z pomocą dla wielu, dla których jazda w ciemnościach jest problemem, przyjdzie system Night Vision (dostępny od 1999 roku, na razie tylko w Cadillac'ach DeVille na rynku amerykańskim), owoc współpracy firm General Motors, Delphi-Delco oraz dostawcy US Army, firmy Rytheon. Dzięki tej współpracy udało się zminiaturyzować całe urządzenie: Night Vision podczas pierwszych prób miał wielkość walizki, obecnie ma wielkość porównywalną do kasety magnetofonowej. Zasada działania tego systemu jest łatwa do zrozumienia. Zespół detektorów podczerwieni oraz elementów optycznych dokonuje pomiaru temperatury wszystkiego, co jest przed samochodem (i znajduje się w zasięgu urządzenia). Wykorzystuje do działania bardzo oczywistą rzecz: każdy obiekt, czy jest żywy czy też martwy, emituje promieniowanie cieplne. Wychwycone promieniowanie cieplne jest przekształcane na czytelny dla człowieka obraz za pomocą mikroprocesora. Obraz ten jest wyświetlany w wyniku pracy projektora na szybie przedniej samochodu poprzez wyświetlacz umieszczony w zasięgu wzroku kierowcy. Obraz wyświetlony dzięki temu systemowi swoim wyglądem przypomina czarno-biały negatyw: obraz jaśniejszy oznacza obiekty cieplejsze, obraz ciemniejszy chłodniejsze. System Night Vision może mylić kierowcę, który widzi jednocześnie dwa obrazy - rzeczywisty i wyświetlany przez protektor, jednakże jest to kwestia wprawy, aby nie być mylonym przez wyświetlany za pomocą projektora obraz. Stosując Night Vision zostaje podniesione bezpieczeństwo prowadzenia samochodu w nocy, może jednak mylić początkujących użytkowników systemu. Rozwiązanie to podlega prawom rządzących światem, ma zatem oprósz zalet szereg wad, z których należy wymienić (oprócz wymienionej wcześniej dekoncentracji kierowcy) przede wszystkim dość wysoką cenę (na rynku amerykańskim jest to ok. 1500 USD) oraz brak możliwości założenia systemu inaczej jak poza fabryką (podobnie jak układy ABS, ESP i poduszki powietrzne, ze względu na konieczność bardzo dokładnego umieszczenia czujników "obserwujących" drogę przed samochodem).

Układ Night Vision to kolejne rozwiązanie mające na celu zwiększenie bezpieczeństwa podróżowania autem. Czy sprawdzi się na rynku? Poczekajmy z opinią na ten temat do momentu, gdy urządzenie tego typu pojawi się w Europie.

---