Tehnika: Žarometi

Do danes dolg in zasenčen snop žarometov. Jutri dinamično krmiljeni žarometi.

11. 2. 2009

Zadnja desetletja je bil razvoj usmerjen v večjo učinkovitost svetilnosti žarometov, torej v kakovostnejšo osvetljenost ceste, ostala pa je dolgo znana zasnova dvojne osvetlitve: z 'dolgimi' in z 'zasenčenimi' žarometi; prvi služijo vožnji, ko je vozilo na cesti (ponoči) samo, drugo pa, ko je vozilo v prometu – vozečem v isti smeri ali v nasprot­ni smeri.

Ko govorimo o učinkovitosti osvetlitve ceste, je tehnika naredila veliko; za kaj več bi bila potrebna nova tehnična dognanja. Ksenonska tehnika je namreč po vseh merljivih kategorijah že dovolj učinkovita, da zmore kakovostno in varno opravljati svoje delo: da voznik dobro vidi cesto pred seboj in vse, kar je na njej.

Dizajnerji in v njihovem imenu tržniki avtomobilskih tovarn so se seveda domislili 'nove' tehnike, ki pa sama po sebi že dolgo ni več nova: LED (Light-Emitting Diode, dioda, ki oddaja svetlobo). Iznajdba ima eno dobro lastnost: zaradi majhnosti luči (žarometi) niso več eden izmed osnovnih gradnikov oblike, ampak se lahko obliki avtomobila bistveno bolj prilagajajo, saj en žaromet sestavlja večje število majhnih svetil LED; s tem imajo dizajnerji krepko bolj proste roke pri oblikovanju prednjega dela avtomobila.

Tržniki so seveda tehniko povzdignili v višave in jo naredili trendno. Brez zadržkov lahko napovemo, da bo velik del prestižnih avtomobilov v bližnji prihodnosti (vsaj za doplačilo) lahko opremljen z žarometi s tehniko LED. Svetila LED pa imajo še eno prednost: bistveno lažje kot druga svetila jih lahko krmilimo tudi po moči, kar pomeni, da ni nujno, da vedno svetijo z največjo možno močjo ali pa da so ugasnjeni.

Toda prava stvarnost jutrišnjega dne ne sloni (le) na tehniki LED – prej (ali bolj) na ksenonski. Odkar je v avtomobile pošteno stopila (mikro)elektronika, so tehniki predlagali nekaj zanimivih rešitev, ki sledijo iz računalniškega krmiljenja žarometov; to pa je seveda možno le na osnovi pravih tipal, majhnih (in učinkovitih, torej hitrih in nepo­žrešnih) elektromotorjev in pravega softvera.

Tako je lahko sicer že davno od tega izumljen sistem sledenja žarometov ovinku zdaj ne več povsem mehanski, temveč elektronski. Sistem je že nekaj časa dvojen (in ne nujno kot takšen uporabljen v vseh avtomobilih): prvi del je sestavljen iz vodoravno pomičnih žarometov, ki se na podlagi tipala na volanskem obroču sučejo v smer, ki jo ukaže voznik, drugi del pa je preprostejši, saj pri enakih podatkih s tipala le prižigajo dodatne luči (po navadi so to kar meglenke).

Tudi druga domislica, samodejno nastavljiva višina snopa zasenčenih žarometov, je bila že davno od tega uporabljena v povsem mehanski obliki, zdaj pa je po zaslugi elektronike bistveno hitrejša in učinkovitejša; tipalo na zadnji premi služi (predvsem) za nastavitev višine snopa pri obremenitvi vozila (zadnja klop, prtljažnik), tipalo na prednji premi pa (spet predvsem) za izravnavanje snopa žarometov pri izrazitejših pospeševanjih in zaviranjih, ko se avtomobil spredaj opazno dviguje ali spušča. Elektronika nenehno spremlja podatke iz obeh tipal in ustrezno (ter hipno) z majhnimi elektromotorji nastavlja višino snopa.

Prava bližnja prihodnost tehnike žarometov, ki se je že pošteno približala, je dinamično uravnavanje svetlobe enega samega žarometa (ali natančneje: enega para), ki bi se zmogel prilagajati vsem razmeram na cesti. Tako bi žaromet, ko na cesti pred avtomobilom ne bi bilo nikogar, svetil daleč, ko pa bi tipalo (v tem trenutku je tipalo znana kamera na principu CMOS, Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, polprevodnik iz kovinskega oksida) zaznalo drugo vozilo, bi ustrezno spremenilo snop, da ta ne bi motil drugih voznikov.

Sistem deluje dinamično in hipno, vsekakor pa bistveno hitreje, kot reagira voznik pri preklapljanju z dolgih na zasenčene žaromete, zmore pa ustvarjati snope (skoraj) poljubnih oblik, ki jih zahteva dana situacija. Seveda je sistem hkrati podprt tudi z že znanima nastavljivostjo višine snopa in sledljivostjo v ovinek.

Pri tem seveda ne smemo pozabiti, da gre za le en vir svetlobe (ali natančneje: en par), ki je v tem trenutku ksenonske tehnologije. Toda vir svetlobe pri tem ni pomemben, saj lahko sistem izdelajo tudi s klasičnimi (halogenskimi) žarnicami ali s svetili LED – s temi celo še lažje, saj je LED–žaromet vsaj za zdaj sestavljen iz množice posameznih majhnih svetil (LED, seveda), ki jih lahko nadzorna elektronika poljubno prižiga in ugaša.

Poleg tega bo tak sistem znal sam izbrati enega izmed petih različnih splošnih osvetlitev: mestno, podeželsko (podobno klasični zasenčeni obliki osvetlitve), avtocestno, dolgo (klasična dolga osvetlitev) in vremensko – za čim manj odboja od dežnih ali meglenih kapljic nazaj proti vozniku. In to seveda še ni vse; sistem bi lahko zlahka prilagodil osvet­litev pri spremembi strani vožnje ('naša' desna ali britanska 'leva')!

Malo bolj oddaljena prihodnost pa nakazuje krmiljenje omenjenega tipa žarometov tudi v kombinaciji z inteligentnim tempomatom in celo z navigacijskim sistemom, kar pomeni, da bi žarometi že vnaprej 'vedeli', kakšno obliko ceste lahko pričakujejo v naslednjem trenutku. Takšen sistem bo nedvomno izjem­no kompleksen, saj bo tipal zanj ogromno.

Tehniki napovedujejo celo vklop sistema, ki nadzira dinamiko vožnje (prek tipal za hitrost vozila, zasuk volana, hitrost sukanja volana …), pa dodajanje na prvi pogled nesmiselnih veličin (medosna razdalja, masa vozila …), toda vedeti je treba, da lahko popoln sistem deluje le, če ima na razpolago popoln nabor potrebnih, čeprav tu in tam na videz marginalnih informacij.

Čeprav je zgoraj nabranih veliko tehnično izjemno naprednih tehnologij in rešitev, pa gre pri žarometih ves čas za isti cilj: za optimalno osvetlitev ceste pred avtomobilom – v vsakem trenutku. Ponoči in podnevi. Prihodnost svetil bo zato brez dvoma vse svetlejša. No, vsaj ta.

Cena LED–žarometov

Proizvajalci v tem trenutku še globoko sežejo v žep kupcu, ki si kot dodatno opremo zaželi žaromete LED. Pri Audiju R8, ki je sicer serijsko opremljen s ksenonsko tehniko, je treba za LED doplačati 3.600 evrov. Toda v tem primeru gre izključno za prestiž, saj niti osnovna prednost svetil LED ni izkoriščena – žarometa sta namreč na videz (in ne preveč od blizu) povsem enaka, kot če bi bila ksenonska.

Standardi

Že desetletja prevladujeta dva standarda za žaromete, ameriški in evropski, ki se toliko razlikujeta, da je treba svetila avtomobilov posebej prilagoditi drugemu trgu. Razlike pri žarometih so v dolžinah in oblikah snopov, dolgo pa so v ZDA (standard pa je veljal tudi v deželah Commonweltha) predpisovali tudi obliko (okroglo) žarometa. Zadnji standardi se nanašajo na ksenonske žaromete, ki morajo imeti zaradi večje svetilnosti samodej­no nastavitev višine snopa in sistem za pranje žarometov, oboje v prid manjši zaslepitvi nasproti vozečih. Večina preostalega sveta sledi tema dvema standardoma, vključno z Japonsko, ki se je v preteklosti naslanjala na ameriške standarde, danes pa sledi evropskim regulativam.

Temperature

Barvo svetlobe izražamo v temperaturi. Halogenska žarnica sveti pri 3.000 do 3.550 kelvinih, ksenonska pri 4.100 do 4.400 kelvinih, sončna svetloba pa pri 6.500 kelvinih.

Proizvajalci LED žarometov

Evropska Hella, japonski Koito in severnoameriški Automotive Lightning so vodilni v razvoju tehnike LED za žaromete. Hella že opremlja Audi R8, Koito Lexus LS 600h, AL pa Cadillac Escalade Platinum.

Faze ksenonske tehnike

Prižiganje ksenonske žarnice sledi trem fazam, od katerih sta prvi dve hipni in očesu komaj zaznavni:

1. vžig: visoka napetost povzroči nastanek iskre, ki jonizira plin ksenon;

2. ogrevanje: nadzorovana ­preobremenitev povzroči hitro ogrevanje na delovno temperaturo;

3. obratovalna faza: obremenitev je zmanjšana in nespremenljiva, barva svetlobe in količina svetlobe sta konstantni.

Tehnike svetil: za in proti

Klasične halogenske žarnice so stvar preteklosti, ker so manj učinkovite od sodobnih rešitev; svetijo slabše in barvna temperatura je manj prijazna voznikovim očem. So pa še vedno najcenejše.

Ksenonska tehnika je očem prijetnejša, saj je barva svetlobe bližje sončni, poleg tega učinkoviteje osvetljujejo cesto. Ima tudi daljšo življenjsko dobo (2.000 ur proti 450 do 1.000 pri halogenski) in proizvaja več svetlobe z manj energije, kar načelno pomeni tudi manjšo porabo goriva (čeprav se strošek pri nakupu z manjšo porabo ne povrne) in s tem manj onesnaževanja. Zaradi boljše osvetlitve (v primerjavi s halogenskimi) so dokazano varnejše v prometu, saj vozniki reagirajo hitreje in natančneje.

Ima pa nekaj slabosti: zahteva kompleksnejšo napravo (več prostora, več mase, več denarja) in vsebuje naravi neprijazno (pri razgraditvi! ) živo srebro. Tehniki mrzlično iščejo nadomestek. Se pa njihova cena hitro niža in je že nekako v razmerju 1 : 4 v primerjavi s halogenskimi žarometi.

Tehnika LED je prijazna avtomobilskim dizajnerjem in krmiljenju dinamičnih žarometov (posamično prižiganje, ugašanje ali le omejevanje moči enega ali več svetlobnih elementov žarometa, možnost kombinacije ksenonske in LED tehnike v sodobnem dinamičnem žarometu), ima pa precej slabih lastnosti.

V nasprotju s splošnim mnenjem ima dioda LED zelo slab izkoristek (le okrog 10 odstotkov električne energije se spremeni v svetlobo), kar pomeni, da se LED zelo greje. To toploto je treba učinkovito odvajati, da ne bi stalila in s tem poškodovala zadnjega dela žarometa, to pa v praksi pomeni precej zapleten sistem odvoda toplote. In ker se toplota pojavlja na zadnjem delu, v svetlobi LED pa je zelo malo infrardečih žarkov, je treba dodati še sistem za gretje prednjega dela žarometa za mrzle zimske dni, ko se lahko na žarometu začne nabirati led. Zato tehniko LED spremlja krepko višja cena (razmerje za kupca je prek 1 : 10 v primerjavi s halogensko tehniko! ), LED pa so zelo občutljive tudi za zunanjo temperaturo: če rečemo, da pri 16 stopinjah Celzija oddajajo 100 enot svetlobe, potem je oddajo pri 30 stopinjah le še 60 in pri minus 12 stopinjah 160!

Vse to so zadostni razlogi, da LED še nekaj časa ne bo zmogel tekmovati s ksenonsko tehniko, ko gre za učinkovitost pri opravljanju naloge in pri ceni za kupca.

Vinko Kernc, foto: Tovarne