Témakör:
Automotív ledvilágítási rendszerek megvalósítási stratégiái
Megjelent: 2016. szeptember 30.
A ledek és vezérlésük fejlődésével az automotív gyártók egyre inkább „leválnak” a hagyományos halogén izzók és más izzószálas világítóeszközök alkalmazásáról. A háttérvilágítás, az irányjelző, a fényszóró, a ködlámpa, a hátsó világítás és féklámpa, sőt a vezetéstámogató rendszerek infravörös fényforrásai is ledes megoldásokra találnak. A jobb fényvezérlés, a nagyobb megbízhatóság, a kisebb fogyasztás, a sajátos új formavilág is a ledek fokozott alkalmazására csábít. Az új fényforrások azonban az előnyök teljes kiaknázásához új szabályozási és áramköri megvalósításokat igényelnek.
Az új járműformatervek több fényforrást tartalmaznak, mint bármikor valaha. A belső világítás, a kijelzők háttér-megvilágítása, az irányjelzők (1. ábra), a tompított fény és a fényszóró, a ködlámpák, a helyzetjelzők, a hátsó világítás és a féklámpák, a körvonalakat hangsúlyozó, dizájnelemként használt fény, de még az automatizált vezetéstámogató rendszerek (Automatic Drive Assistance System – ADAS) infravörös fényforrásai is az alkalmazott fényforrások számát növelik.
1. ábra A visszapillantó tükör házába épített ledes irányjelző javítja a láthatóságot
Az utastérben a ledes világítás felváltja az izzólámpákat, és mindez a méret, az ár, a hatások és a tartósság szempontjából előnyökkel jár. A legújabb ledtechnológiai fejlesztések és a nagy fényességű ledek modern meghajtó áramkörei egyaránt ezt a trendet gyorsítják, biztonságosabbá, megbízhatóbbá és esztétikusabbá téve ezzel a gépjármű-világítást. Az utastér belső világítását és a kijelzők háttérvilágítását ledesre átalakítani aránylag egyszerűen végrehajtható döntés volt, de a kritikus, hatóságilag kötelező, szigorúan specifikált külső világítás csak a diódák és vezérlő áramköreik jelentős technológiai fejlődésével vált lehetségessé (sőt, néhány esetben magát a hatósági szabályozást is meg kellett változtatni, hogy a ledvilágítás alkalmazhatóvá váljon). Az újszerű, intelligens vezérlőrendszerekkel teljesen új ledes megoldásokra nyílik lehetőség, amely gyors ütemben forradalmasítja az autók külső világítását. Ez a trend a 2004-es Audi A8 nappali helyzetjelzőivel kezdődött. A 2007-es Audi R8-ban már teljesen ledes megoldású első lámpatest jelent meg. Jelenleg pedig, hogy csak néhányat említsünk – számos autómárkánál (Cadillac, Audi, BMW, Mercedes Benz, Toyota Jaguar és Volkswagen) már a teljes első világításnál ledes fényforrásokat alkalmaznak. (2. ábra). Az Osram nemrég publikálta azt a piaci előrejelzést, hogy 2020-ig minden öt autóból egynek az első világítása ledes megoldású lesz, amely a gépjárműipari szabványok nagyon gyors alkalmazkodását követeli meg. Jelentős előnyöket kínál a ledek alkalmazása a halogén- és a nagy fényerejű gázkisüléses (High Intensity Discharge – HID) fényforrásokkal szemben, a nagy fényességű ledek ára gyorsan csökken, megbízhatóságuk pedig összehasonlíthatatlanul jobb. Mindezeken túl a ledek elfogadottságának egyik legfontosabb hajtóereje a vezérelhetőség, amelyhez viszont intelligens ledvezérlő áramkörökre van szükség.
2. ábra A ledes kialakítású első lámpatest függetlenül vezérelhető fényfüzérei számos világítási funkció megvalósítására alkalmasak
Végére hagytuk a sok autóvásárló számára legfontosabb szempontot, hogy a világítás ne csak jó, hanem esztétikus is legyen. A világítás egyfelől az autó fontos dizájneleme, másfelől azonban a fogyasztó érdeklődését jelentősen csökkenti a gyenge világítás, és növeli, ha az jó színvonalon van megoldva. Ez a vásárlók kifejezett elvárása, ami abban is lemérhető, hogy sokszor hajlandók felárat fizetni a jobb világítást adó „extrákért”. A különleges minőségű (premium) első világítás ma egy szokásos, „kategóriajavító” opció az új autók vásárlásakor és a már használatba vett autó későbbi módosításai területén egyaránt. Ez a jármű megjelenésén kívül az észlelhetőségére, a vezethetőségére és biztonságára is kihat. Az autógyártók felismerték ezt, és a világítási megoldásokra helyeződik az autógyártók és az alkatrészgyártók fejlesztési erőfeszítéseinek súlypontja is. A Hella, az Automotive Lighting (Magneti Marelli), a Koito és a Valeo cégeknek az utóbbi fél évben kiadott sajtótájékoztatói szinte kivétel nélkül az autóvilágításra koncentrálnak. A biztonság, a megbízhatóság és az esztétikai vonzerő növekedése egyaránt azt jelzi, hogy a ledes járművilágítás alkalmazása jelentős „hozzáadott értéket” képvisel, egyaránt növeli az eladási számokat és az értékesítési átlagárat.
A hatósági szabályozás és a törvényhozás egyaránt különös érdeklődést mutat a járművek külső világítása iránt. A világ legtöbb részén a külső világítóeszközök számát, fényességét és színét jogszabállyal határozzák meg. Az út- és megvilágítási viszonyokhoz mérten túl fényes fényforrások káprázási problémákat okozhatnak, a halvány vagy hibás külső fényforrások a közlekedésbiztonsági kockázatot növelik. Általánosságban az érvényes jogszabályok megjelölik azokat a fényességtartományokat, amelyek határai közt kell tartani a nappali helyzetjelző, a tompítottfény, a fényszóró, az irányjelző, helyzetjelző és ködlámpák, valamint a hátsó világítás és a féklámpa fényességét. Jogszabályok határozzák meg azt is, melyik világítási módot milyen körülmények között szabad (illetve kell) használni, beleértve azt is, hogy a fényekkel a szembejövő forgalomhoz kell alkalmazkodni, valamint azt a sebességet, amely felett a helyzetjelző fényeket be kell kapcsolni. Ez a tervezési követelmények olyan szövevényét jelenti, amelyet hagyományos halogén vagy HID-lámpatestekkel gyakran csak úgy lehet kielégíteni, ha az egyes funkciókhoz külön lámpatestet rendelünk, esetleg motorokkal mozgatjuk a világítótestet, vagy vezérelhető árnyékolókkal változtatjuk a fénykibocsátás irányát. Ezzel szemben a ledes fényforrások rendszere ezeknek a követelményeknek egyszerűbben tud megfelelni, ha jól tervezett, intelligens funkciókra is alkalmas, állandó áramú vezérlő áramkörökkel hajtjuk meg azokat. A jó ledmeghajtó áramkörök „újrahasznosíthatók”, azaz elektronikus megoldásuk több termékben is alkalmazható. Az első lámpatestbe épített mikrokontroller a led-meghajtóáram kompenzációjához információt adhat a fény- és a hőmérséklet-érzékelők által mért adatokról, gondoskodhat az állandó áramú meghajtás kompenzációjáról, állandó értéken tarthatja a fénykibocsátást, vagy szükség szerint módosíthatja a sugár fókuszálását vagy a fényforrás fényességét a változó vezetési feltételekhez alkalmazkodva.
Az első lámpatestbe épített, egymástól függetlenül vezérelhető ledek szükség szerint be- és kikapcsolhatók, vagy fényességük változtatható annak érdekében, hogy a kanyarodó jármű pályájához igazítsa a világítást, továbbá megelőzze a szembe jövő jármű vezetőjének elvakítását – és mindezt egyetlen mozgó alkatrész nélkül. Ezenkívül a féklámpa, a vészvillogó és az irányjelző időzítését vagy a villanások idősorrendjét úgy tudja módosítani, hogy a jelzés feltűnőbb, felismerhetőbb legyen. És végül, de nem utolsósorban a helyesen tervezett ledvilágítás gyakorlatilag késleltetés nélkül kapcsolható be és ki (összehasonlítva azzal a 250 ms-os késleltetéssel, amíg egy hagyományos izzólámpa fényessége növekszik a maximumra). Kétségtelen, hogy ma még várat magára annak pontos értékelése, hogy ezek a változások hosszú távon milyen mértékben csökkentik a járműbalesetek kockázatát, de az eddigi tapasztalatok biztatóak. Mindezek a változások kivétel nélkül arra a következtetésre vezetnek, hogy a járműiparnak jó minőségű ledekből álló, célszerű elrendezésekre és nagy pontosságú, „címezhető”, intelligens meghajtó áramkörökre van szüksége. A Microchip dsPIC® digitális jelfeldolgozó mikrovezérlője (Digital Signal Controller – DSC) negyon jól megfelel ezeknek a követelményeknek. Az áramköri megvalósítás minősége, az alkalmazott algoritmusok és az alkatrészválasztás különbözteti meg a „nyertes” világítástechnikai termékeket a többiektől.
A ledek „veleszületett” megbízhatósága is jelentős előny a korábbi generációs világítástechnikai megoldásokhoz képest. Mivel néhány ledgyártó azt garantálja, hogy termékeinek átlagos élettartama meghaladja a 20 évet, feltételezhető, hogy a belőlük felépített járművilágítási eszközöket nem kell cserélni a jármű teljes élettartama alatt. A gyárilag beépített fényforrások élettartama hasonló lehet a hajtásláncéhoz, és ez idő alatt nem igényelnek karbantartást. A ledalapú világítási rendszerek megbízhatósága ráadásul tervezett módon tovább növelhető. Ha például egy féklámpába vagy hátsólámpába több, egymástól független ledfüzért építünk be, ez költséghatékonyan valósítja meg a redundanciát egyetlen lámpatesten belül. Ugyanis ha az egyik ledfüzér megsérül vagy meghibásodik, az csak a kibocsátott fénymennyiség csökkenését okozza, de a lámpatest továbbra is ellátja fontos biztonsági funkcióját (3 ábra). Ráadásul egy korszerű meghajtó-elektronikának lehetnek hibajelentő funkciói is, tehát a fényforrás állapotáról visszajelzés jeleníthető meg a műszerfalon, és/vagy a hibaállapot beíródhat a járműszervizben kiolvasható diagnosztikai naplófájljába. Ha a fényrendszer részegységei CAN, LIN vagy hasonló fedélzeti kommunikációs buszrendszerre csatlakoznak, a jármű vezérlése figyelmeztetheti a vezetőt, ha valamelyik világítótest nem működik megfelelően. (A Microchip a CAN- és a LIN-adóvevők és az ilyen buszokon kommunikálni képes mikrovezérlők széles választékát kínálja). Ez nem új ötlet, mivel a „CAN-busz kompatibilis” világítótestek már jó ideje elérhetők bizonyos autótípusokhoz. Ám a régebbi rendszerek csak a funkcionalitás jelentősebb változásainak felismerésére képesek, ezért a hatékony, kis fogyasztású csereégők gyakran okoznak hamis hibajelzéseket. Ezzel ellentétben az intelligens ledvezérlőkkel lehetséges a durva hibák egyszerű felismerésénél „tartalmasabb” diagnosztikai jelentésekhez jutni.
3. ábra Ledes hátsó lámpatest, a megnövelt megbízhatóság érdekében alkalmazott redundáns fényforrásokkal