Wiele elementów wyposażenia nowoczesnych samochodów postrzegamy jako oczywiste, nie myśląc o tym, jak długą ewolucję przeszły na przestrzeni lat. Jednym z takich elementów jest technologia oświetlenia pojazdów. W tym artykule przedstawiamy pełną historię tej ewolucji oraz przewidywane kierunki ich dalszego rozwoju.

Pierwsze reflektory do samochodów

Na samym początku należy zaznaczyć, że samochód jest wynalazkiem wcześniejszym w stosunku do oświetlenia samochodowego, które pojawiło się nieznacznie później. W 1908 r. zbudowano pierwszy elektryczny reflektor, którego celem było oświetlanie drogi przed kierowcą.

Gdy Henry Ford wprowadził samochody do produkcji masowej, a liczba samochodów na drogach gwałtownie wzrosła, pojawił się nieznany wcześniej problem: kierowcy oślepiali się nawzajem.

W 1915 r. wynaleziono tzw. reflektor mijania, którego nazwy używamy do dzisiaj. Reflektor ten był przyciemniany, ponieważ żarnik przed ogniskiem zwierciadła był od dołu zacieniony, co skracało wiązkę i kierowało ją w dół.

Z czasem reflektory zaczęły być wyposażane w coraz to nowe funkcje. Początkowo każda oznaczała montaż innego reflektora. W latach 20. ubiegłego wieku pojawiły się pierwsze modele zespolone, które zawierały m.in. światła drogowe i wspomniane wcześniej światła mijania.

Ruch na drogach stawał się coraz szybszy i intensywniejszy, więc oświetlany obszar przed samochodem musiał być coraz większy. Oprócz zwiększenia parametrów, konstruktorzy zaczęli zwracać uwagę także na odpowiednie sterowanie.

Niezależnie od tego, czy jedziemy po lewej czy po prawej stronie, nadjeżdżające z naprzeciwka samochody nigdy nie są bezpośrednio przed nami, ale zawsze mniej lub bardziej z boku. Nie ma zatem potrzeby, aby dwa przednie reflektory miały jednakowy zasięg. Reflektor znajdujący się dalej od osi drogi może świecić na większą odległość, bo nie oślepia nadjeżdżających pojazdów. Stanowi to ogromną zaletę, umożliwiając szybkie zauważenie znacznie wolniejszych rowerzystów i pieszych poruszających się poboczem.

W 1957 r. powstały pierwsze asymetryczne światła mijania. Układ taki uzyskuje się dzięki asymetrii klosza pod żarnikiem oraz specjalnemu żebru refrakcyjnemu w szklanej obudowie.

Normy i nowe technologie oświetlenia

Oświetlenie samochodowe można podzielić na dwie kategorie, w zależności od tego, czy służy do oświetlenia drogi czy do oświetlenia wnętrza. Na razie skupimy się na oświetleniu zewnętrznym.

Oprócz świateł mijania należy wspomnieć o światłach drogowych, w które reflektory są również wyposażone. W tym przypadku żarnik znajduje się w punkcie ogniskowym reflektora parabolicznego, wiązka jest lekko rozproszona, a natężenie światła wynosi ponad jeden luks według pomiaru z odległości 100 metrów.

Z biegiem czasu źródła światła spełniały te funkcje na różne sposoby. Najstarsze źródła światła, do dziś powszechnie stosowane w samochodach, działają na zasadzie termicznej, tzn. emisja fotonów następuje w wyniku podgrzania wolframowego żarnika prądem.

Reflektor – w zależności od swojej geometrii i budowy – może mieć szeroki zakres zastosowań. Ze względu na zasadę działania można je podzielić na dwie grupy w zależności od typu gazów wypełniających obudowę: konwencjonalne i halogenowe. Od czasu pojawienia się lamp halogenowych, zaczęły one stopniowo wypierać konwencjonalne żarówki, których strumień światła jest mniej intensywny, żywotność krótsza, rozmiary większe, a konserwacja trudniejsza.

Małe żarówki tradycyjne są jednak nadal stosowane do oświetlenia wewnętrznego i w kontrolkach. Typowe rodzaje to: H1, H3, H4, H7, H8, H9, H11, HB3, HB4

Z czasem pojawiło się zapotrzebowanie na inne rodzaje oświetlenia w zależności od sytuacji drogowej, np. kierunkowskazy, światła cofania, światła przeciwmgielne przednie i tylne, światła stopu, światła pozycyjne, oświetlenie tablicy rejestracyjnej oraz światła do jazdy dziennej.

Na tym jednak nie koniec.

Lampy metalohalogenkowe (MH) należą do rodziny źródeł światła HID (High Intensity Discharge – wyładowania o wysokiej intensywności) i lamp wyładowczych (GDL). Zasada działania polega na tym, że emisja światła (podobnie jak w lampach rtęciowych) powstaje w wyniku wzbudzenia łukowego w ceramicznej lub szklanej kwarcowej rurze wyładowczej, wypełnionej gazami i solami metali pod wysokim ciśnieniem.

Rura ceramiczna jest lepsza, ponieważ może wytrzymać wyższe temperatury, stąd wyższa skuteczność świetlna. Jednak w lampach dużej mocy (>150 W) stosuje się rury kwarcowe. Oprócz rtęci i argonu (Ar) lub ksenonu (Xe) w przestrzeni wyładowczej znajdują się różne substancje halogenowe (jod lub rzadziej brom) oraz związki soli metali lub metali ziem rzadkich, czyli halogeny metaliczne.

Najczęściej stosowane metale to sód (Na), ind (In), tal (Tl), cyna (Sn) i lit (Li), natomiast metale ziem rzadkich to skand (Sc), dysproz (Dy) i holm (Ho). Jest to istotne, ponieważ skład gazów obojętnych i związków metalohalogenkowych decyduje o emisji widma, czyli ma bezpośredni wpływ zarówno na barwę i skorelowaną z nią temperaturę barwową źródła światła, jak i na natężenie oświetlenia.

Lampy metalohalogenkowe są szeroko stosowane ze względu na swoje korzystne właściwości, ale sprawdzają się również tam, gdzie ważnym wymogiem jest dobre oddawanie barw i wysoki strumień świetlny, np. w oprawach ulicznych i sufitowych, reflektorach samochodowych (wersje ksenonowe), oświetleniu hal, projektorach, oświetleniu scenicznym i studyjnym. Nie nadają się one do oświetlenia pomieszczeń wewnętrznych, gdzie istotne są szybkie czasy rozruchu i ponownego zapłonu.

Typowe rodzaje: D1S, D2S, D2R, D3S, D4S

Lampy LED, które zmieniły świat

W 2022 r. niemal nie do pomyślenia jest nowy samochód bez diody elektroluminescencyjnej w przynajmniej jednym z jego świateł zewnętrznych.

Chociaż technologia ta jest dostępna od dość dawna, pierwsze LED-owe światło stop zostało wprowadzone przez Cadillaca w modelu DeVille w 2000 r., a pierwszym samochodem z pełnym oświetleniem zewnętrznym LED było Audi R8 w 2009 r.

Zasada działania diod świecących jest stosunkowo prosta. Prąd płynie od anody (warstwy p) do katody (warstwy n), dzięki czemu wzbudzone elektrony z warstwy domieszkowanej n przechodzą do warstwy p, a dziury z warstwy domieszkowanej p do warstwy n. Następuje rekombinacja poruszających się ku sobie nośników ładunku, a następnie ich przejście na niższy poziom energetyczny. To z kolei uwalnia energię pod postacią fotonów.

Pole zastosowania tych reflektorów jest bardzo szerokie, tak samo jak ich spektrum kolorów. Do tego dochodzi kolejna zaleta w postaci oszczędności energetycznej, znacznie wyższej niż w przypadku żarówek halogenowych.

Typowe rodzaje: TMD, SMD, HPLED, COB

Technika oświetleniowa przyszłości

Obecne reflektory matrycowe LED mają w przyszłości zyskać jeszcze większą popularność. Technologia inteligentnych reflektorów pozwala samochodowi rozpoznawać nadjeżdżający pojazd i w czasie rzeczywistym przyciemnić lampę, co przyczynia się do lepszej widoczności, a linia graniczna między światłami mijania a długimi, zanika.

Mercedes-Benz MultiBeam jest doskonałym przykładem tego, co można dziś osiągnąć za pomocą tych reflektorów:

Choć wszystko zależy od trendów politycznych i przemysłowych, to kierunek rozwoju w tej dziedzinie wydaje się przesądzony na najbliższe dekady. Należy spodziewać się, że technologia ta będzie coraz bardziej energooszczędna, a kolejne jej odsłony coraz bardziej zaawansowane technicznie.