Látni és látszani

Tudtad, hogy az első halogén fényszórókat a Monte Carlo Rally szakaszain, verseny körülmények között tesztelte a Bosch? És azt, hogy a legújabb lézer fényszórók akár 600 méterre is képesek elvilágítani a BMW és Audi járműveiben? Ehhez hasonló érdekességeket és egy látványos videót tartogat a következő bejegyzésünk!

Gépjárműveket már a XIX. század végétől használunk és az évtizedek során jelentős fejlődésen mentek keresztül – például a világítás területén is. Szinte biztos, hogy egykori feltalálói nem is gondolták, hogy „műveik” egy évszázad során milyen innovációs folyamatokat élnek meg.
A gépjárművek fejlődése meglehetősen sokrétű. Fejlődik a technológia, változnak az emberek igényei, vágyai. Viszont ez a folyamat egyre nagyobb kockázatot jelentett és jelent a vezető és a környezete számára egyaránt, éppen ezért a biztonság minden másnál fontosabb lett az évek során.
A technológia manapság már lehetővé teszi olyan rendszerek megalkotását és alkalmazását a járműveinkben, amelyek egyrészt megkönnyítik a vezetők életét, másrészt jelentősen csökkentik a baleseti kockázatot. Az egyik legjobb példát erre járműveink világítóberendezései szolgáltatják.

Karbidlámpát használtak a 20. század fordulóján

A XX. század előtt a gépjárművek még nagyon kezdetleges világítási megoldásokkal rendelkeztek és csak a szerkezetek vezetője elé világítottak. Ez nem is jelentett különösebb problémát, hiszen sebességük egyes esetekben még kisebb is volt, mint az állati erővel mozgatott járműveké. Ezek a fényforrások kezdetben ásványi olajjal működő lámpások voltak – mint például a petróleumlámpa – amelynek nagy hátránya volt, hogy működés közben nagy mennyiségű korom jutott a levegőbe, továbbá ezzel együtt mérgező anyagokat bocsátott ki.
Ezt követően kezdték alkalmazni az 1902-ben feltalált karbidlámpát. A fényforrásba helyezett kalcium-karbid és a hozzáadott víz elegye acetilén gázt fejlesztett, ami egy égőfejen kivezetve, majd meggyújtva erős fénnyel világított. Ennek fénye jelentősen erősebb volt, mint a petróleumlámpáké. Ugyanakkor ezen világítóberendezések hátrányai közé tartoztak, hogy a láng gyakran kialudt, sokat kellett tisztítani, a karbidot pedig nehéz volt vízmentesen tárolni.

A fényforrások terén a legnagyobb áttörést az izzólámpa feltalálása hozta meg a járműiparba is. Működésük során a fénykibocsátás, egy volfrám izzószál elektromos árammal történő hevítésének következtében jön létre. A burában kisebb teljesítményű izzóknál vákuum, nagyobbak esetén argon, illetve nitrogén gáz található. Ezeknek a fényforrásoknak a legnagyobb hátránya a gazdaságtalan üzemeltetés és a rövid élettartam volt a kezdetekben. A gazdaságtalan működés abból adódik, hogy az elektromos áram nagyobb része nem fénnyé, hanem hővé alakul. Használatát korlátozta az a tény is, hogy a fényforrás színhőmérsékletét befolyásolja a rákapcsolt feszültség. Emiatt a hagyományos izzók színhőmérséklete általában 2500-3300 Kelvin körüli, vagyis meleg, sárgás spektrumú volt.
Van azonban jó néhány tulajdonságuk, amelyek előnyösek voltak az addigi megoldásokhoz képest és ezek elősegítették az elterjedésüket. A bura miatt nem volt rájuk hatással a menetszél, nincs korom és mérgezőanyag kibocsátásuk. Továbbá a működésükhöz szükséges energia folyamatosan biztosított a jármű generátorának, valamint egy akkumulátornak köszönhetően.
Bár az izzólámpa feltalálása, fejlesztése a XIX. század közepén indult, az első, járművekhez való komplett rendszer felhasználását 1913-ban jegyezték fel, amikor a Bosch bemutatta a „Bosch-Licht” elnevezésű megoldását. Ez tartalmazta a működéséhez szükséges fényszórókat, a generátort, az akkumulátort, valamint egy szabályzó egységet is.

A világításrendszerrel együtt érkeztek az első Bosch önindítók is

Azonban nem csak a járművek, hanem az azokkal való közlekedés szabályai is folyamatosan fejlődtek. Kezdetekben a sofőrök karjuk kinyújtásával jelezték irányváltási szándékukat, ezt a módszert később a járművek gyorsulásával le kellett váltani. Talán már nem is meglepő, hogy erre is a Bosch fejlesztőmérnökei találtak megoldást 1928-ban. A „Bosch trafficator” elnevezésű rendszer tulajdonképpen egy, az autó karosszériájából kinyíló kar volt, amelyet megvilágítva, sötétben is jól láthatott a közlekedés többi résztvevője. Ez a megoldás egészen 1949-ig volt használatban. Ekkor jelentek meg az első, még ma is használatban lévő, teljesen elektronikus irányjelző berendezések.
1930-ban, két évvel a „Bosch trafficator” rendszer bemutatása után, a folyamatosan fejlődő vállalat újfent egy fontos innovációval rukkolt elő, mégpedig a ködfényszóróval. Erre a járművek egyre inkább növekvő teljesítménye és sebessége miatt volt szükség, hogy a járművezetők rossz látási viszonyok közepette is biztonságosan használhassák közlekedési eszközeiket.

A Bosch Trafficator korának egyik legjelentősebb biztonságtechnikai fejlesztése volt

A halogén izzót használó fényszórók újabb mérföldkövet jelentettek

Ezekben az években a közúti járművek egyre szélesebb körben terjedtek el, egyre zsúfoltabbá téve az utakat, ami miatt egy addig ismeretlen probléma jelent meg. A tömeges motorizáció után a vezetőket folyamatosan elvakították a szemből érkező járművek fényszórói. Erre jelentett megoldást egy újabb Bosch fejlesztés 1957-ben. Az asszimetrikus tompított fényszóró a járművezető saját forgalmi sávját jobban, míg a másik forgalmi sávot kevésbé világította meg.
Következő nagy újításunk a H1, illetve H4 típusú halogén izzók bevezetése volt 1966-ban, illetve 1971-ben. A Bosch mérnökei ekkorra már alaposan próbára tették az új fényforrásokat. Az 1963-ban megrendezett Monte Carlo Rally néhány indulójának Bosch kiegészítő fényszórójában már a vállalat halogén izzói dolgoztak. Az új generációs szabvány sajátossága, hogy a burában halogén gáz (jód vagy bróm) található. Segítségükkel a Volfram-szál közel az olvadási hőmérsékletéig tud felizzani, ez pedig növeli az izzó hatásfokát, élettartamát, valamint egyenletesebbé teszi a kibocsátott fényt. Ráadásul a H4 izzó speciális tulajdonsága volt továbbá, hogy két izzószálat tartalmazott, ezáltal sikerült egyesíteni a tompított és a távolsági fényszórót.

Mivel a hagyományos világítóberendezések hatásfoka csak erősebb fényforrás alkalmazásával növelhető, így új megoldást kellett találnia a mérnököknek a tovább gyorsuló járművek kapcsán. A fejlesztőink arra törekedtek, hogy a hagyományos izzószál helyett villamos ívet használjanak az új fényszórókban. Ez volt a fejlődés következő fontos állomása. A Bosch által 1991-ben bemutatott rendszer a Litronic nevet kapta (az angol Light és Electronic szavak összevonásával). Megalkotásakor igen nagy intenzitású, ugyanakkor minimális nagyságú fényforrást hoztunk létre.

A Litronic rendszer már úgynevezett gázkisüléses fényszóró, angolul GDL (Gas Discharge Lamp) volt. A fényforrásban található elektródákat egy gáztérben helyezték el a Bosch mérnökei, amit a Xenon gáz mellett fém-halogén sókkal töltöttek fel. Az ív létrehozásához nagyfeszültségre van szükség, amit külön trafó alakít át a jármű 12 voltos rendszeréből. A stabil ív teljesítményfelvétele jóval kisebb, mint egy hagyományos izzóé. A gázkisüléses fényszórók további előnyei közé tartoznak, hogy a hagyományos halogén izzókhoz képest 20-30 méterrel távolabb képesek világítani, valamint hogy az emberi szemnek kedvező, a nap fényéhez hasonló színhőmérsékletű fényt (4200 Kelvin) bocsátanak ki. Élettartamuk elérheti a 2000 órát.

Az első, sorozatban gyártott Litronic fényforrással szerelt jármű a BMW 750iL

Kezdetben ezt a rendszert csak a tompított fényhez használták a gyártók. Ebben az esetben egy másik, halogén fényforrás szolgáltatta a távolsági fényt. Ezt a megoldást 1991-ben a BMW alkalmazta először, a második generációs, E32 kódjelű 750iL modelljében, ahol a tompított fényszórót automatikus magasságállítással egészítették ki. Erre azért volt szükség, hogy a szemből érkező jármű vezetőjét ne vakítsa el az intenzív fényforrás. A technológia fejlődése 1998-ban lehetővé tette a gázkisüléses tompított és a távolsági fény kombinálását, ez a megoldás a köznyelvben „Bi-Xenon” fényszóróként terjedt el. Két megoldás létezik ennek kivitelezésére. Az egyik esetben a Litronic fényforrásának villámgyors elmozdításával történik a tompított és a távolsági fények közötti váltás. A másik esetben, a vetítőlencsés fényszóróknál ugyanez a folyamat egy fényfogó lamella betolásával illetve kihúzásával történik.
Ez a rendszer – amellett, hogy a látási viszonyokat jelentősen javította – kis méretével alapot adott a dizájnereknek, hogy megvalósíthassák „vadabb” elképzeléseiket is a járművek tervezésekor. Hátrányai közé tartozott, hogy a személy és teherautókat – a már említett automatikus magasságállítás mellett – fényszórómosó berendezéssel is fel kellett hozzá felszerelni, mert a koszos fényszórón zavaróan törnek meg a kibocsájtott fénycsóvák. Emellett az előállítási költségeik is viszonylag magasnak bizonyultak.

Az Audi R8 V10 nagy innovációja a teljes mértékben LED fényszóró volt 2010-ben

A jelenleg használt legmodernebb fényszórók az elmúlt évtizedek egyik legrohamosabban fejlődő iparágán, a félvezető technológián alapulnak. Az új fényforrás neve LED (Light Emitting Diode) vagyis fénykibocsátó dióda.
Ez az alkatrész rendkívül olcsón előállítható, kisméretű, energiafogyasztása pedig jóval alacsonyabb bármely eddig alkalmazott technológiáénál. Ráadásul nem igényel hátsó tükröt, amely jelentősen csökkenti a lámpatest fizikai méreteit. A LED-ek fontos tulajdonsága, hogy színképük, a diódát alkotó anyagok jellemzőitől függ. A folyamatos fejlesztések eredménye, hogy napjainkban gyakorlatilag a teljes látható színkép tartományban készítenek LED fényforrásokat. Ez az ami a fénykibocsátó diódák autóiparban való tömeges elterjedését lehetővé tette.
A LED-et a harmadik, úgynevezett „pótféklámpánál” alkalmazták először a járműiparban. Az elektronikai tulajdonságai miatt ugyanis 0,2 másodperccel korábban villannak fel, mint a hagyományos izzók, ami autópálya tempónál közel öt méter előnyt jelent a fékút szempontjából.
Ezt követően terjedt el a hagyományos féklámpákban, ahol a technológia fejlődése és a szabályok modernizációja lehetővé tette a kétfokozatú berendezések alkalmazását. Ezeknél vészfékezés esetén erősebb fénnyel, vagy villogó, pulzáló fénnyel jelez a jármű a mögötte haladó gépjárműveknek. Napjainkban a Bosch ACS technológiájának (Advanced Calculated Surfaces) alkalmazásával, számítógéppel megtervezett hátsó reflektorelemek gondoskodnak az optimális fényeloszlásról. Segítségével látványos és szokatlan formák is kialakíthatók a fényerő romlása nélkül.
Emellett a járműgyártók használni kezdték a járművek front részén is az úgynevezett nappali menetfényeknél (Daytime Running Lights) a technológiát. Az első jármű, amely nappali menetfényében LED-et alkalmaztak, az Audi A8 W12 volt 2004-ben. A járműipar következő nagy újítására 2006-ig kellett várni ebből a szempontból, amikor a Lexus, az LS 600h modelljében bemutatta a világ első LED rendszerű tompított fényszóróját.

Az Audi Matrix LED fényszórója elsőként az S8-ban tűnt fel

A jelenleg kapható legmodernebb autók esetén a teljes első, illetve hátsó világítást is fénykibocsátó diódákkal oldják meg. A fényszórókban található tompított és távolsági fények, a LED alkalmazásával összemosódtak. Mindössze a diódák fényerejének változtatásával, egymástól független be, illetve kikapcsolásával is megoldható a megvilágítás távolságának, magasságának változtatása. Az első, Európában engedélyezett, LED technológiával készített tompított és távolsági fénnyel rendelkező fényszóróját a Bosch készítette.
További előnyük az akár adaptívan változtatható fényterjedés, amely a szembe jövő járművek esetén a távolsági-tompított váltás helyett, csak a szembejövő jármű irányába világító diódák fényerejét csökkenti, illetve kapcsolja ki. A paraméterek a járművek mozgása miatt folyamatosan változnak, ezek vezérlésében a Bosch szintén az élen jár.
Néhány gyártó – mint a BMW és az Audi – már alkalmazza a lézer diódákból (LASER LED, vagyis Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Light Emitting Diode) készített fényszórókat is. A lézer jelentősége abban rejlik, hogy a kibocsátott fény színe közel egyenletes, valamint segítségével összefüggő, végig azonos, kis keresztmetszetű fénynyalábok állíthatók elő. Ezekből nem, vagy csak nagyon kis szögben szóródik fény, még pontosabbá téve a fényszórót. Egy pontban nagy energiasűrűség érhető el, nagyon nagy távolságokban is. Ez a járművekben jelenleg alkalmazott fényszórók esetén akár 600 métert is jelenthet.

A világon elsőként, a BMW i8 modellben alkalmazzák a lézer világítást

Mindezek már most is elképesztő távlatokat jelentenek, de borítékolható, hogy a jövőben is nagy változások jöhetnek majd. Persze az ember ma már nem csak a saját szemére, hanem videó és radarérzékelőkre is számíthat. Ez azonban már egy egészen más, külön fejezetet érdemlő történet. Addig is, amíg ahhoz a fejezethez nem érünk a Bosch történelemkönyvében érdemes végignézni az alábbi videót, amely jól bemutatja az eddig leírtakat vizuális formában!