Lampy projektorowe, ksenonowe, LED i OLED czyli świetlne innowacje BMW

Przed laty wszystko było prostsze. Silniki, zawieszenia czy opony. Z biegiem czasu udoskonalono nawet reflektory pojazdów. Niegdyś kierowcom musiał wystarczyć snop generowany przez słabą żarówkę i zamontowany za nią odbłyśnik. Teraz drogę coraz częściej rozświetlają niewielkie i wydajne diody.

Z PRZODU

Pierwszy samochód BMW trafił na drogi w 1929 roku. Sześciowoltowe żarówki, mimo że współpracowały ze zwierciadłami o sporej średnicy, zapewniały tylko umowne oświetlenie jezdni. Z biegiem czasu oświetlenie było udoskonalane – wprowadzono instalację 12 V oraz montowano coraz bardziej efektywne żarówki, także halogenowe. Koncepcja charakterystycznych dla BMW podwójnych okrągłych reflektorów wykrystalizowała się pod koniec lat 60. XX wieku. W kolejnej dekadzie koncern zmienił praktycznie całą gamę modelową, a zdublowane lampy stały się ich znakiem rozpoznawczym.

Pomostem między oświetleniową prehistorią a czasami współczesnymi było wprowadzenie reflektorów projektorowych. Znajdujący się nich układ zwierciadła i soczewki zapewnił dobre oświetlenie drogi przy niewielkich rozmiarach lampy, jak również ustanowił wyraźną granicę między światłem i cieniem. Rozbudowane elementy optyczne zabierały więcej miejsca w komorze silnika, co było jedynym mankamentem reflektorów nowego typu. „Soczewki” zadebiutowały w BMW serii 7. W drugiej połowie lat 80. bawarska limuzyna była jednym z niewielu samochodów z reflektorami projektorowymi.

Poprzeczkę powieszono wyżej w 1991 roku, kiedy 750i sięgnęło po zaszczytny tytuł pierwszego samochodu z ksenonowymi światłami mijania. Były rewolucją. Rzucały na drogę szeroki snop światła o nieznanej dotychczas jasności. Każda z żarówek zużywała jednak 35 W, a nie 55 W, jak ich halogenowe odpowiedniki. Atutem ksenonów była też żywotność, szacowana na ok. 2000 godzin. Mankamenty? W pionierskim systemie zastosowano żarówki ze zintegrowanymi zapłonnikami. Pakietowe rozwiązanie wpłynęło na rozmiar elementu oraz jego koszt.

Żarówki ksenonowe nie nadawały się do świateł drogowych. Przypomnijmy, że źródłem światła jest płonący między elektrodami łuk elektryczny, który osiąga pełną jasność po kilku sekundach od uruchomienia. Jarznik zachowuje wysoką trwałość, jeżeli nie jest często włączany i wyłączany. Przy światłach drogowych uniknąć tego nie sposób. Rozwiązaniem okazały się reflektory biksenonowe, w których stale świeci jedna żarówka, a za przejścia między światłami mijania i drogowymi odpowiada szybko reagująca przesłona. Wyścig o ich wprowadzenie wygrał Mercedes. Biksenony zadebiutowały w 1999 roku w luksusowym CL-u.

W kolejnym sezonie zaprezentowano znak rozpoznawczy współczesnych BMW – kariera charakterystycznych ringów rozpoczęła się w zmodernizowanym E39. Zostały wykonane w światłowodowej technologii Celis. Oryginalne rozwiązanie zostało ciepło przyjęte przez klientów oraz… sektor akcesoriów, dzięki któremu ringi można dokupić nawet do klasycznego E30. Na przestrzeni lat funkcja oferowanych przez BMW pierścieni uległa zmianie. Pierwotnie były światłami pozycyjnymi. We współczesnych modelach pracują dwustopniowo – przy pełnej mocy są światłami do jazdy dziennej, po jej zredukowaniu stają się „pozycjami”.

Po wspomnianej modernizacji serii 5 inżynierowie koncernu nie spoczęli na laurach. Pracowali nad reflektorami biksenonowymi, które pojawiły się m.in. wśród opcji dla zmodernizowanego E46. Pełne wykorzystanie potencjału biksenonów gwarantują dodatkowe systemy. Chociażby układ skrętnych reflektorów, który od samego początku był dostępny w modelu E60. W 2005 roku na liście dodatków dla piątki pojawił się asystent świateł drogowych. Jego sercem jest zintegrowana z obudową lusterka kamera, która analizuje sytuację przed maską. Jeżeli droga jest słabo oświetlona i nie znajdują się na niej inne pojazdy, elektronika przełącza światła mijania na długie. Kiedy komputer wykryje inny pojazd, analizuje dystans do niego. Światła drogowe zostaną wyłączone w momencie, gdy mogłyby być uciążliwe dla innego kierowcy. Ze zleconych przez BMW badań wynika, że asystent świateł drogowych zwiększa czas jazdy na nich nawet pięciokrotnie.

W 2008 roku BMW zaprezentowało F01. Kolejna generacja serii 7, jak nakazuje tradycja, ustanowiła nowe standardy w kwestii oświetlenia. Inżynierowie BMW zintegrowali w funkcjonalną całość wszystkie światła przednie, a zawiadująca nimi elektronika uwzględnia sytuację przed maską, ukształtowanie drogi i warunki atmosferyczne. Bawarska limuzyna była pierwszym samochodem na świecie, w której snop światła był regulowany zarówno w płaszczyźnie poziomej, jak i pionowej. Podkreślmy, że mowa o aktywnym zarządzaniu wiązką, a nie prostym samopoziomowaniu, które zmienia położenie reflektora wyłącznie w oparciu o sygnały płynące z czujników ugięcia zawieszenia. System Adaptive Vertical Beam Control analizuje także prędkość i kąt nachylenia drogi, by dopasować do nich kąt nachylenia wiązki światła. W trakcie hamowania zostaje lekko podniesiona. Korekty następują także podczas wjeżdżania pod wzniesienia i zjeżdżania z nich. Przykładowo, kiedy F01 znajdzie się w dole między dwoma pagórkami, snop światła zostanie podniesiony – oczywiście w zakresie, który nie doprowadzi do oślepiania innych kierowców. Poniżej 50 km/h reflektory pracują w trybie miejskim. Plama światła ulega skróceniu i rozszerzeniu, by ułatwić dostrzeżenie pieszych i rowerzystów przy krawędzi drogi. Kiedy przekraczamy 110 km/h, aktywny staje się tryb autostradowy, w którym priorytetem jest maksymalny zasięg światła. W momencie włączenia przez kierowcę lamp przeciwmgielnych adaptacyjne reflektory przechodzą w tryb mgłowy. Poniżej 70 km/h świecą szeroko i bliżej niż zwykle, wspomagając światła przeciwmgielne oraz ograniczając efekt samooślepiania. W każdym z wymienionych trybów kierunek wiązki światła pozostaje skorelowany z wychyleniem kierownicy. Doświetlanie zakrętów dodatkowo poprawia komfort i bezpieczeństwo.

Jesienią 2011 roku u dilerów BMW pojawiła się seria 6 Coupé z reflektorami Adaptive LED. W ich wnętrzu umieszczono niewielkie i wydajne diody, które rzucają na drogę światło o barwie zbliżonej do światła słonecznego. Clou programu jest system inteligentnego zarządzania snopem światła. Podąża on za kątem skrętu kierownicy, a powyżej 70 km/h jest zwężany i wydłużany, by zapewnić optymalne oświetlenie pozamiejskich dróg. Funkcja Selective Beam dąży do możliwie długiego utrzymywania świateł drogowych. Po wykryciu innych pojazdów przesłony zaczynają wycinać obszar z dobrze oświetlonego pasa jezdni. Ciemny prostokąt przesuwa się wraz z znajdującym się w jego wnętrzu samochodem. To ogromne udogodnienie. Przypomnijmy, że światła mijania oświetlają 50 – 85 metrów drogi przed maską. Teoretycznie. Badania wykazały, że po zmroku dostrzegamy wiele obiektów z zaledwie 30-metrowym wyprzedzeniem, a czas na reakcję jest liczony w sekundach. Przy aktywnej funkcji Selective Beam droga jest doświetlona nawet na 400 metrów, a oczy kierowcy rzadziej muszą przywykać do światła i półmroku. Precyzyjny system zarządzania wiązką światła pozwolił na wprowadzenie także Dynamic Light Spot. Funkcja współpracuje z termowizyjną kamerą systemu Night Vision. Wykryty pieszy zostaje oświetlony wiązką światła drogowego. Korzyści są obustronne – pieszy jest ostrzegany o zbliżaniu się samochodu, a jego kierowca ma precyzyjną informację o lokalizacji przechodnia.

Poprzeczkę podniesiono w 2014 roku, kiedy do salonów trafiło i8 z opcjonalnymi laserowymi światłami drogowymi. Ich odbłyśniki mają trzykrotnie mniejszą średnicę od stosowanych w reflektorach LED. Kompaktowe rozmiary nie oznaczają, że snop światła jest mizerny. Wręcz przeciwnie. Sięga na 600 metrów – dwukrotnie dalej od najlepszych z dotychczas oferowanych reflektorów. Lampy BMW i8 świecą dziesięć razy intensywniej od ksenonów czy LED-ów, jednak zużywają 30 procent mniej energii. Laserowe diody są źródłem niebieskiego światła. Układ optyczny z soczewkami i fluorescencyjną substancją fosforową przekształca promień w wyjątkowo białe światło – intensywne, jednorodne i zbliżone do światła dziennego, a co za tym idzie – przyjemne dla oka.

W ośrodku badawczo-rozwojowym BMW trwają prace nad nowymi funkcjami świateł. Zaprezentowane na początku 2015 roku M4 Concept Iconic Lights ma system analizowania szerokości pasa ruchu. Po wykryciu znacznego przewężenia, na przykład przez unieruchomiony na poboczu pojazd, reflektory rzucają na asfalt dwie skupione wiązki światła, by ułatwić ocenę, czy przeszkodę uda się bezpiecznie ominąć. Reflektory M4 Concept Iconic Lights współpracują nawet z nawigacją. Dostarczane przez nią informacje o kształcie drogi pozwalają na zmianę kształtu świetlnej plamy przed skręceniem kierownicy.

Jak wspomnieliśmy, LED-y i laserowe diody świecą bardzo intensywnie, pobierając ograniczone ilości prądu. Nie są jednak pozbawione wad. Zmorą konstruktorów reflektorów diodowych jest rozkład ciepła. Powstaje w tylnej części lampy, którą dodatkowo podgrzewa temperatura panująca wewnątrz komory silnika. Konieczne jest zastosowanie układów chłodzenia i cyrkulacji powietrza, które zabezpieczą diodę przed przegrzaniem, jak również dogrzeją klosze reflektorów, chroniąc je przed osiadaniem śniegu i lodu.

Z TYŁU

Ewolucja tylnych lamp przebiegała wolniej. Przez lata królowały klasyczne żarówki. Na przełomie XX i XXI wieku BMW przekonało się do LED-ów, które pojawiły się m.in. w lampach modelu E39 (od połowy 2000 roku). Rozwiązanie okazało się wodą na młyn dla producentów akcesoriów – rynek zalała fala diodowych lamp do wszystkich starszych modeli koncernu. Z biegiem czasu BMW ograniczyło im pole manewru. Diodowe lampy tylne zaczęły pojawiać się w kolejnych samochodach, a niedawno M Performance zaczął przygotowywać ich tuningowe odpowiedniki z przydymionymi kloszami.

Kolejna – tylne lampy w technologii OLED prezentowano już w prototypie M4 Concept Iconic Lights, a później zamontowano do M4 GTS. Minimalna grubość organicznych diod elektroluminescencyjnych (1,4 mm) pozwala na układanie ich w efektowne wzory. Źródłem światła jest cała powierzchnia OLED-ów. Nie musi pozostawać idealnie płaska, nie wymaga podświetlania ani filtrów polaryzacyjnych. Na tym nie kończą się zalety organicznych diod, które doskonale odwzorowują barwy i emitują światło widzialne nawet z kątów zbliżonych do prostych. Czas reakcji jest liczony w mikrosekundach. Na popularyzację tylnych lamp OLED nie będziemy musieli długo czekać. Kołem zamachowym jest… konkurencja. Nad analogicznym rozwiązaniem pracuje też Audi. Marka z Ingolstadt rywalizowała z BMW także podczas wprowadzania reflektorów laserowych. By wygrać wyścig z i8, Audi wprowadziło limitowaną serię (99 sztuk) modelu R8 LMX z laserowymi punktami świetlnymi.

Ultranowoczesne źródła światła mają ogromny potencjał. Poprawiają bezpieczeństwo, ograniczają zużycie energii i ułatwiają projektowanie coraz bardziej efektownych samochodów. Oczyma wyobraźni widzimy w nich metodę informowania o sile wywieranej na pedał hamulca. Na razie czynnikiem limitującym są przepisy. Chociażby amerykańskie, które nie zezwalają na stosowanie laserowych reflektorów.Wielokrotnie słyszeliśmy, że w motoryzacji dzieje się niewiele, inżynierowie spoczęli na laurach i ograniczają się do kosmetycznych poprawek w sprawdzonych już rozwiązaniach. O tym, że są to krzywdzące opinie, świadczy chociażby dynamika rozwoju reflektorów. W ostatniej dekadzie zrobiono więcej niż w okresie od początku motoryzacji do 2005 roku. Adaptacyjne reflektory, diody i lasery znacząco poprawiły oświetlenie drogi, a co za tym idzie – bezpieczeństwo i komfort jazdy. Jak na ironię, działają w niemalże niezauważalny dla kierowcy sposób, który stwierdza jedynie, że droga jest dobrze oświetlona. Warto ze zrozumieniem spojrzeć na spektakl światła i cienia przed maską. Zmieniający się wraz z prędkością czy kątem skręcenia kształt świetlnej plamy czy wycinanie innych pojazdów z doświetlonego obszaru robią wrażenie. Jest o co walczyć. Po zmroku ryzyko wypadków komunikacyjnych wzrasta czterokrotnie. Do wielu z nich dochodzi z powodu niezauważenia pieszych lub zwierząt znajdujących się w skrajni drogi. Na pochwałę zasługuje polityka BMW, które prezentuje innowacyjne źródła światła w topowych modelach, ale możliwie szybko wdraża je na listę opcji popularnych samochodów. Dość powiedzieć, że reflektory Adaptive LED można już zamówić nawet do serii 1.

Szymon Łukasik, fot. BMW