Tehnika: Žarometi in svetila - kako so nastali sodobni žarometi in kaj vse nas čaka

Si predstavljate življenje brez svetlobe? Verjetno ne. Že pot do kuhinje z zaprtimi očmi bi bila nelagodna. Podobno je tudi v avtomobilu s slabimi žarometi, posebno ponoči in v zimskem času. K sreči pa je zadnje desetletje pri razvoju avtomobilskih svetil prineslo napredek, kakršnemu še nismo bili priča.

Naslovna (foto: Škoda Avto) Škoda Avto
7. 1. 2021

Vozniki starodobnih vozil, ki imajo v svojih garažah tudi kak nov avtomobil iz, na primer, druge polovice iztekajočega se desetletja, se bodo strinjali: so med vsemi avtomobilskimi sklopi, ki so v zadnjem obdobju doživeli napredek, enega najbolj dramatičnih in najbolj dobrodošlih doživela avtomobilska svetila, predvsem žarometov. Hkrati gre brez dvoma za spremembe, ki jih je večina voznikov sprejela z zadovoljstvom, saj je napredek na tem področju na prinesel občutno večjo varnost, zlasti v nočnem času, pa tudi občutno manj dela z vzdrževanjem in bistveno manjšo porabo energije.

Prvo pravo revolucijo na tem področju so že pred skoraj tremi desetletji prinesli tako imenovani ksenonski žarometi. Ponašajo se z bistveno boljšo svetilnostjo, kot jo imajo klasični žarometi s halogenskimi žarnicami. Sprva so bili izredno dragi in zato praviloma rezervirani za prestižna vozila, so pa se kasneje pojavili različni kompleti za naknadno vgradnjo. Veliko tovrstnih sistemov je bilo kitajskega izvora, pri katerih se je velikokrat pojavila težava z nivelacijo ksenonskih žarnic in posledično usmerjenost stran od vozne podlage. Oboji sistemi se danes precej hitro umikajo tako imenovanim LED-žarometom.

Razlika med halogenskimi žarometi in LED-žarometi je kot noč in dan. Medtem ko je bil halogenski žaromet svojčas sestavljen iz 20 do 25 sestavnih delov, je sodoben žaromet sestavljen iz 100 in več sestavnih delov, pri čemer si z izjemo kakšnega vijaka ne delita nobene komponente. Kam je usmerjen razvoj novih žarometov in drugih avtomobilskih svetil, so nam pojasnili strokovnjaki iz podjetja HELLA Saturnus Slovenija. Prav nemško podjetje HELLA je namreč v sodelovanju s koncernom Bosch leta 1992 predstavilo prvi ksenonski žaromet, ki ga je bilo tedaj mogoče v sklopu dodatne opreme naročiti pri nakupu nove BMW serije 7.

​Kot pojasnjuje Andrej Wagner, vodja predrazvoja v oddelku avtomobilskih svetil, je najhitrejši razvoj potekal med letoma 2008 in 2010, ko je na trg prišla LED-tehnologija in povsem spremenila pravila igre. Gre namreč za temelje vseh novih tehnologij, ki jih razvijamo in uporabljamo še danes. Nekaj časa je kazalo, da bodo preboj naredili laserski žarometi in OLED-žarometi, a se je izkazalo, da to nista pravi rešitvi. Več o njunih prednostih in predvsem slabostih sledi v nadaljevanju. Glavni področji razvoja so tako matrični žarometi in pa izdelava čim bolj ploščatih svetilk s čim manj globine.

Prednosti in slabosti LED žarometov/LED diod
+ daljša življenjska doba/ni potrebe po vzdrževanju in menjavi komponent skozi celotno predvideno življenjsko dobo avtomobila
+ večji izkoristek energije
+ večja svetilnost
– občutljivost LED-diod na poškodbe, nečistoče in elektrostatične šoke
– posledično težavnejše ravnanje
– višja cena proizvodnje v primerjavi s halogenskimi žarometi

Najprej pa si poglejmo, kaj pravzaprav je LED-žarnica. Žarnica pravzaprav ni primeren izraz, saj gre za diodo, polprevodniški elektronski element, ki pri prevajanju električnega toka iz anode v katodo ustvarja svetlobo. Pas svetlobe je pri tovrstnih diodah relativno ozek, a je zatogostoti svetlobnega toka neprimerno večja, kot pri klasični žarnici.

Izkoristek LED-diod je namreč med 40- in 50-odstoten, medtem ko se večinski delež energije, ki jo porabi halogenska žarnica, pretvori v toploto, svetlobna učinkovitost pa je le med dvema in štirimi odstotki. Hkrati je uporaba LED diod dolgoročno cenejša. Čeprav je njihova proizvodnja nekoliko dražja, je njihova življenjska doba namreč kar za 40- do 50-krat daljša kot pri halogenskih žarnicah. Kot pojasnjuje Janez Nučič, vodja razvoja žarometov za francoske in japonske kupce, je njihova življenjska doba pravzaprav enaka življenjski dobi avtomobila, zato diod ni treba menjati. Se pa dogajajo izredne okvare, ki običajno zahtevajo zamenjavo celotnega žarometa. Moduli se namreč zamenjajo le izjemoma.

V času razvoja in preboja je morala LED-dioda tekmovati še z dvema drugima viroma svetlobe, OLED-diodami in laserskimi žarometi, vendar pa sta se obe rešitvi pojavili kasneje, hkrati pa so se pri obeh pojavile različne slabosti. Tehnologija v ozadju OLED-diod temelji na organskih snoveh, ki razpadajo različno hitro glede na časovno komponento in glede na druge dejavnike, kot je sončna osvetlitev in prisotnost zraka.

V praksi to pomeni, da na primer zadnja svetilka sprva sveti z živordečo svetlobo, sčasoma pa zaradi razpadanja omenjenih organskih snovi začne postajati vse bolj rumena in posledično neprimerna za uporabo v prometu; hkrati je spremembe mogoče opaziti tudi v porazdelitvi svetlobe, ki jo oddaja, saj površina svetilke nima več homogenega videza. Na drugi strani gre za zelo drago tehnologijo, ki je zelo občutljiva za vse mehanske poškodbe. Gre za dve bremeni, ki na koncu padeta na pleča kupcev avtomobilov.

Laserski žarometi so se na drugi strani v primerjavi z LED-žarometi izkazali kot še precej zmogljivejši, vseeno pa jim preboj na trg ni uspel zaradi dveh razlogov. Prvi razlog se nanaša na varnost tovrstnih žarometov. V laserskih žarometih – danes jih še vedno uporabljata BMW in Audi – so vgrajeni laserji razreda tri, ki so dovolj močni, da v primeru neposrednega pogleda v nezaščiten laserski izvor (npr. pri poškodovanem žarometu ob prometni nesreči, pri brezhibnem žarometu te nevarnosti n) trajno izgubimo vid.

Drugi razlog je njihova visoka cena. Ta je namreč kar desetkrat višja v primerjavi z LED-žarometi. Edina prednost je torej izjemna svetilnost, po kateri pa v prometu dejansko ni potrebe, saj, kot so se slikovito izrazili pri HELLI , ni potrebe po žarometih, ki bi svetili 800 in več metrov daleč. Ne nazadnje težko najdemo že tako dolge odseke ceste.

LED-diode bodo tako vsaj še nekaj časa v prvi vrsti namenjene pasivni osvetlitvi kabine in pa, najpomembnejšemu: osvetljevanju ceste pred vozilom. A tudi na tem področju so se v zadnjih letih zgodile revolucionarne stvari, ki jih s klasičnimi žarometi ni bilo mogoče udejanjiti. V zadnjih letih ste verjetno že večkrat slišali za izraz matrični LED-žarometi. Rešitev je prvi leta 2013 predstavil Audi, v cenovno dostopnejše avtomobile pa jo je najprej uvedel Opel.

In za kaj pravzaprav gre? Veliko pove že ime. Gre namreč za posebne žaromete, ki imajo namesto ene ali več fiksno postavljenih LED diod v predelu, od koder prihaja svetlobni snop, nameščeno mrežo, optični LED sklop, katerega posebnost je, da lahko več svetlobnih snopov usmerjajo neodvisno drug od drugega in tako dinamično osvetljujejo različne segmente ceste. Kateri del cestišča bo osvetlila katera dioda v sklopu določa avtomobil sam na podlagi slike, ki jo posreduje kamera na vetrobranskem steklu.

Računalnik je ob tem na podlagi slike sposoben zaznati, ali vozimo znotraj naselja (po osvetljenih cestah) in ali se iz nasprotne strani približuje drugo vozilo ter posledično zasenči, maskira svetlobni snop ali pa ga mora zgolj preusmeriti stran od bližajočega se vozila in elementov, ki bi utegnili zaslepiti druge voznike.

Kmalu eden za vse?
Sodobni avtomobili so običajno opremljeni z različnimi tipi žarometov. Čeprav so že na izhodnih vratih, so halogenski žarometi še vedno aktualnih v manjših in cenejših avtomobilih. Nadnje se nato uvrščajo klasični LED-žarometi, še višje pa matrični LED-žarometi z manjšim in večjim številom svetlobnih diod v matriki. Naknadno je treba upoštevati še prilagajanje žarometov zakonskim zahtevam na posameznih avtomobilskih trgih in pa smeri vožnje, kar je za proizvajalce žarometov velik izziv, poleg tega prinaša dodatne stroške. Dolgoročni cilj proizvajalcev žarometov je, da bi lahko izdelovali le še en tip žarometov, nato pa ga programirali glede na potrebe posameznih trgov, kar matrični LED-žarometi že omogočajo. Prvi naj bi to dosegli pri znamki Tesla.

LED-žarometi so tudi bistveno energetsko učinkovitejši kot klasični halogenski žarometi, saj pri delovanju oddajajo le malo toplote. Prav to pa je verjetno edina lastnost, ki še govori v prid klasičnih žarometov, zlasti še v zimskem času oziroma v hladnih delih leta. Toplota sestavnih komponent žarometa in infrardeča svetloba namreč učinkovito pomagata pri taljenju ledu in snega s krovnih leč in pri odroševanju notranjosti žarometa. LED-žarometi in svetila tega niso sposobni, saj še tiste nekaj malega toplote po zaslugi hladilnih sistemov hitro zapusti žaromet, zato se pri novih žarometih pogosto dogaja, da se na določenih predelih zarosijo.

Številne voznike bi ta pojav utegnil skrbeti in bi celo začeli razmišljati o reklamaciji, vendar pa pri HELLI pojasnjujejo, da gre za povem normalen pojav. Vsak žaromet gre namreč pred začetkom serijske proizvodnje skozi zahtevna testiranja, del katerih je tudi odroševanje žarometa. Pri tem, dodaja Nučič, sledijo zahtevam avtomobilskih proizvajalcev, ki določijo, v kolikšnem času mora kondenzirana vlaga zapustiti žaromet, vseeno pa se trudijo, da bi nastajanje in zadrževanje vlage v žarometih zmanjšali na minimum.

Če se ta vendarle pojavlja, se sicer zadržuje na predelih, skozi katere svetlobni žarek neposredno ne sveti in tako nima vpliva na učinkovitost žarometa. Sicer pa je vlaga v žarometu celo povsem običajen pojav, ki nastaja po zaslugi tlačnih kompenzatorjev v žarometu. Gre za naprave, ki s prepuščanjem ustrezne količine zraka skrbijo, da je v žarometu vselej ustrezen tlak, posledično pa v žaromet vstopa tudi vlaga. Tako pojavljanje vlage torej tudi nima vpliva na življenjsko dobo žarometa.

Vlaga v žarometih torej ni problematična. Kako pa je z njenim odstranjevanjem ledu z leč žarometa? Večjih posebnosti pri tem ni. Pri čiščenju leda z vozila je žarometom treba nameniti enako pozornost kot na primer vetrobranskemu steklu. Se pa zato pri LED-žarometih lahko pojavi težava ponovnega nastanka ledu, ki lahko vpliva na delovanje žarometa oziroma smer svetlobnega snopa in pa njegovo razpršenost. Prav zato je na tem mestu priporočljivo, da se kupci ob nakupu novega avtomobila (čeprav zakonodaja tega od njih ne zahteva, kakor je bilo to pri ksenonskih žarometih), odločijo za nakup sistema za tlačno čiščenje žarometov.

LED-tehnologija je torej trenutno najoptimalnejša rešitev, tako z vidika učinkovitosti kot tudi stališča stroškov proizvodnje. Zaradi tega je mogoče pričakovati, da bo ta tehnologija uporabljena tudi pri rešitvah v prihodnje, konkretno pri razvoju matričnih žarometov in pa novih rešitev. Mednje spadajo tudi zadnje luči, žarometi ter svetila na sprednjem delu vozila, katerih naloga bo najprej predvsem estetska (kot so osvetljene mreže hladilnikov, kakršne je mogoče najti pri BMW-ju X6), kasneje pa še komunikacijska, saj bodo te rešitve služile za komunikacijo med vozilom in drugimi udeleženci v prometu, kar bo še posebej pomembno pri avtonomnih avtomobilih.

Trendi se recimo pomikajo v to smer, da bo s pomočjo tovrstne tehnologije ali pa projektorjev mogoče ustvarjati različna personalizirana sporočila ali celo slike, ki jih bodo uporabniki naložil v vozilo in se bodo nato prikazovala v skladu z lastnikovimi željami. Med najnaprednejšimi znamkami na tem področju sta Audi in Daimler, ki sta tovrstno tehnologijo že predstavila na svojih vozilih, še več znamk pa se že premika v to smer. Pomembno vlogo pri tem bo igralo število svetlobnih točk ali pikslov.

Sodobni žarometi imajo namreč ločljivost le nekaj sto svetlobnih točk, kmalu pa se nam obeta prihod bistveno bolj jasnih žarometov z ločljivostjo do kar 50.000 svetlobnih točk, tako da bo dejansko mogoče projicirati sporočila – tudi tista, ki jih doslej vidimo zgolj na projekcijskem zaslonu – na želene površine in prilagojene glede na to, kje bo oseba, ki ji bo sporočilo namenjeno – ali je to voznik, voznik drugega vozila ali pa tudi pešec.

Da bi torej zadostili zahtevam in potrebam kupcev in trga, bodo proizvajalci svetil veliko pozornosti namenili še dvema področjema: mikroprocesorjem in tiskanim vezjem, vgrajenih v žaromete, ter razvoju lastne programske opreme. Pri HELLI so se s tem med drugim srečali pri izdelavi sprednjih dnevnih ter zadnjih luči za Audija E-trona, in sicer so morali sprogramirati vzorec vklapljanja posameznih segmentov luči v skladu z željami proizvajalca.

V tem primeru torej ni šlo za praktično funkcijo žarometa, temveč izključno za (estetsko) dodano vrednost, pri čemer so morali razvojniki v veliki meri zadostiti tudi zakonodaji, ki je na tem področju še vedno precej omejujoča. A to je, kot vse kaže, tudi del prihodnosti na področju avtomobilskih svetil.

HELLA Saturnus Slovenija

Podjetje HELLA Saturnus Slovenija je eden izmed oddelkov globalnega koncerna HELLA, ki ima svoje proizvodne enote v Evropi, Severni in Srednji Ameriki ter na Kitajskem. Zgodba slovenskega podjetja sicer sega že v leto 1921, ko je v Ljubljani nastala Tovarna izdelkov iz pločevine in kovin Saturnus, avtomobilske žaromete pa so začeli izdelovati leta 1948, ko je nastal prvi žaromet za tovorno vozilo znamke TAM. Prvi lastni žaromet izdelan iz plastičnega ohišja so v podjetju razvili leta 1990, od leta 2004 pa je podjetje del globalnega koncerna Hella.

Danes gre za enega najpomembnejših razvojnih centrov v mreži, saj se med drugim v Sloveniji ukvarjajo z razvojem in izdelavo žarometov, notranje osvetlitve, pomožnih svetil, svetlobnih preprog in drugih elementov, svoj portfelj pa še širijo. Na letni ravni v Sloveniji proizvedejo deset milijonov izdelkov, od tega dva milijona žarometov, v zadnjem času pa se posvečajo tudi izdelavi tako imenovanih radomov (logotipov na maski hladilnika, ki služijo kot pokrov radarjem) in tiskanih vezij za lastna svetila.

Žaromet kot interaktivni element

Avtomobili prihodnosti ne bodo omejeni zgolj na komunikacijo s sprednjimi in zadnjimi žarometi ter lučmi, temveč bodo to vlogo dobila tudi stranska svetila in svetila v notranjosti kabine, ki bodo prav tako lahko komunicirala oziroma se odzivala na želje ter zahteve voznika v odnosu do vozila ali okolice. Prve takšne rešitve že najdemo v najnovejših avtomobilih, kakršen je Cupra Formentor, katerega test je objavljen v tej številki naše revije.

Tudi Formentor je namreč opremljen s pasom ambientalne LED-osvetlitve, pri čemer pa, recimo, z rdečo barvo pred voznikom ali sovoznikom sporoči, da eden izmed njiju ni pripet z varnostnim pasom, medtem ko oranžno obarvan pas v zgornjem sprednjem delu vratne obloge med vožnjo opozarja na vozilo v mrtvem kotu.