Farurile auto: în lumina istoriei

Farurile sunt parte integrantă din istoria automobilului şi, mai mult, chiar au apărut înaintea sa. În secolul al 19-lea, faruri existau şi în dotarea vehiculelor cu roţi care nu aveau încă propulsie asigurată de vreun fel de motor termic. În cazul trăsurilor şi al caleştilor, nivelul lor redus de performanţe implica, mai degrabă, necesitatea de a fi văzut decât pe aceea de a vedea. Felinarele cu petrol sau ulei au asigurat cu prisosinţă funcţia respectivă.

Acetilenă, pentru început

Tot pe baza unui proces de ardere funcţionau şi farurile cu acetilenă, intrate în dotarea automobilelor de la sfârşitul acelui veac: într-un rezervor cu carbid se scurgea, printr-o supapă reglabilă, apa aflată într-un alt rezervor (situat deasupra) şi, astfel, era produs gazul de acetilenă.

Lumina acestui tip de faruri este destul de intensă, iar un reflector bine lustruit permite obţinerea unui fascicul relativ puternic. Pentru degajarea acetilenei din carbid au fost folosite, de-a lungul timpului, mai multe feluri de substanţe în scopul unei iluminări mai eficiente.

Principiul lămpii cu acetilenă a mai fost folosit la farurile de coastă (repere necesare navigaţiei) şi pentru iluminarea stradală (chiar şi în anii ’50 mai existau localităţi unde funcţionau felinare cu acetilenă). Cât despre farurile auto cu tehnologie similară, acestea au făcut parte inclusiv din dotarea primei maşini produse în mare serie din lume: Ford Model T.

farurile

Electricitatea îşi spune cuvântul

Ştim că, oficial, primul automobil din lume a fost patentat de către Karl Benz în 1886. Mai puţin cunoscut este faptul că, în anul 1900, supremaţia automobilelor având motoare cu combustie internă nu era încă evidentă. Pe atunci coexistau trei sisteme de propulsie: aburul, electricitatea şi motorul cu ardere internă.

Primele faruri electrice au apărut la automobilele electrice. Întâiul exemplu cunoscut în acest sens este cel al automobilelor electrice Columbia, produse de Electric Vehicle Company (Hartford, Connecticut), care datează din 1898.

La bordul acestora se găseau mari pachete de baterii, sursă potrivită de energie pentru alimentarea becurilor cu incandescenţă. O vreme a părut că viitorul nu va aparţine becurilor, deoarece filamentele lor metalice erau destul de fragile, iar zguduirea farurilor pe drumurile nepavate ducea destul de repede la arderea lor.

Lucrurile s-au schimbat odată cu perfecţionarea generatoarelor de curent continuu (dinam) din dotarea automobilelor cu motor termic. Chiar dacă becurile se ardeau relativ repede, înlocuirea lor persupunea mai puţin efort decât verificarea şi umplerea lămpilor cu acetilenă. Mai mult, lumina de origine electrică era mai puternică, argument apreciabil în contextul în care automobilele se deplasau din ce în ce mai repede.

farurile

Farurile cu acetilenă aveau reflector şi geam clar, dar înlocuirea arzătorului cu becul electric a schimbat situaţia: filamentul, sursa de lumină a becului, era mic şi foarte sclipitor, rezultând o lumină intensă, dar neuniformă şi greu de direcţionat. Pentru rezolvarea acestui neajuns, au început să fie folosite geamurile dispersoare, a căror suprafaţă este prelucrată în multe segmente lenticulare. Primele geamuri dispersoare pentru faruri au fost produse, pe scară largă, sub marca Corning Conaphore.

Becul: domnie de 100 de ani

Începând cu cel de-al doilea deceniu al secolului 20, farurile cu bec electric, reflector parabolic şi geam dispersor sunt adoptate din ce în ce mai mult de către producătorii auto. În timp, acest gen de far a trecut prin multe faze de perfecţionare, însă principiul său de bază este aplicat şi în zilele noastre.

Revenind la farurile electrice din prima parte a secolului trecut, s-au mai remarcat câteva inovaţii în tehnologia acestora. Astfel, a câştigat teren ideea fazei lungi şi a fazei scurte. La majoritatea automobilelor, trebuia să opreşti, să cobori şi să te duci să reglezi manual unghiul farurilor pentru a trece de la faza „de drum” la cea „de oraş”. În 1912, Cadillac a înlesnit această operaţiune, montând la bord un levier cu un sistem mecanic de comandă.

În 1924, a apărut becul Bilux, având două filamente destinate, fiecare, unei intensităţi luminoase specifice. În America anilor ’30, se produceau inclusiv automobile cu faruri având configuraţie „tri-beam”: „country passing”, „country driving” şi „city driving”.

farurile

În 1938, Cadillac a introdus farurile de ceaţă, având bătaie scurtă şi largă. Tot în America, în 1940, a fost adoptat un standard legal referitor la toate farurile auto: acestea trebuiau să fie de tip „sealed beam” (geamul, reflectorul şi becul erau etanşate, nedemontabile) şi să aibă diametrul de 7 inch (178 mm).

În Europa, „ostilităţile” au fost duse la un nivel superior, fiind introduse farurile orientabile după direcţia comandată din volan. Adică, precursoarele celor „adaptive” din zilele noastre. Un bun exemplu în acest sens: limuzina de avangardă Tatra T77a din 1935. Ulterior, după o perioadă de hiat, luxosul Citroen DS a readus în atenţia publicului inovaţia respectivă, în anii ’50.

Materialele pentru filament au evoluat, de-a lungul timpului fiind folosite mai multe tipuri de gaz inert pentru umplerea becului (gazele capabile de ardere nu au ce căuta acolo); la rândul lor, formele reflectoarelor şi ale geamurilor s-au tot schimbat.

Pe această temă merită să menţionăm introducerea, în 1962, a becurilor cu halogen de tip H1 în Europa (termenul „halogen” se referă, desigur, la caracterul chimic al gazului din bulb).

Deşi ofereau o iluminare mai puternică, becurile cu halogen şi-au făcut loc pe piaţa americană abia în ultima parte a anilor ’70, din cauza greoiului sistem de faruri „sealed beams”. La acest sistem s-a renunţat oficial abia în 1983 (ca urmare a unei petiţii iniţiate de Ford, doi ani mai devreme), dar pe piaţa americană continuă şi astăzi să fie oferite faruri fabricate după acest principiu.

farurile

Mai ales în clasa automobilelor sport, a fost promovată, începând de la sfârşitul anilor ’60, ideea farurilor escamotabile (soluţie aplicată, în premieră, la Cord 810 din 1936). Acest detaliu constructiv a avut rol preponderent estetic şi s-a menţinut pe piaţă în pofida unor dezavantaje tehnice clare: risc de blocare a sistemului de escamotare, greutate suplimentare, efect aerodinamic nefast când farurile erau ridicate, risc de rănire mai gravă în situaţia accidentării unui pieton.

O altă soluţie specifică segmentului sportivelor sunt farurile carenate, integrate în forma caroseriei. Aici apar certe avantaje aerodinamice, de masă redusă şi de stil. Farurile escamotabile au dispărut din producţia actuală, dar cele montate sub carenaj transparent sunt încă actuale.

Un pas tehnic important în evoluţia farurilor cu bec cu incandescenţă a fost trecerea de la dispersor la geamul clar. Aceasta a fost posibilă prin adoptarea unui reflector multifaţetat, capabil să concentreze şi să direcţioneze eficient fasciculul luminos.

Idei noi: proiectorul elipsoidal şi lumina descărcării în gaze

Urmărind aceeaşi idee, producătorii de faruri au dezvoltat, în ultimul deceniu al secolului trecut, tehnologia proiectoarelor elipsoidale şi a surselor luminoase de tip HID (High Intensity Discharge – lumină obţinută prin descărcare electrică în mediu gazos).

Proiectoarele elipsoidale au o capacitate superioară de a concentra şi direcţiona fasciculul luminos. Reflectorul este semnificativ mai strâmt şi mai adânc decât cel al farurilor clasice, iar, în locul geamului, se află o lentilă convergentă. Razele luminoase emise de reflector se întâlnesc într-un punct focal aflat dinaintea lentilei, apoi urmează traiectorii divergente, fiind reaşezate „în paralel” datorită trecerii prin lentilă. Principiul acesta de „prelucrare” a luminii este asemănător cu cel ce se regăseşte la proiectoarele cinematografice.

farurile

HID (High Intensity Discharge): o altă tehnologie întâlnită mai întâi la cele mai performante proiectoare de film şi apoi transpusă în aplicaţia de far auto, se referă la o sursă luminoasă fără filament, funcţionând prin descărcare în gaze – fenomen ce dă naştere unui arc electric. Ca şi la bec, avem aici doi electrozi într-o incintă transparentă etanşă, umplută cu gaz şi săruri metalice.

Gazul (xenon, în majoritatea aplicaţiilor auto) are funcţia de a favoriza apariţia arcului electric luminos, iar acesta încălzeşte şi vaporizează sărurile metalice, fenomenul fiind însoţit de o creştere importantă în intensitate a luminii arcului electric. Primul producător care a trecut la farurile HID/Xenon a fost BMW, în 1991.

Farurile LED: eficienţă şi flexibilitate avansată

Elementul-cheie al unei noi ere în concepţia farurilor este LED-ul (Light-Emitting Diode). La baza funcţională a LED-ului stă fenomenul electroluminiscenţei, mai prozaic spus, emisia de lumină a unor materiale semiconductoare prin care trece curent electric (doar fotoni, nu stări de incandescenţă sau plasmă).

Totuşi, pentru ca electroluminiscenţa să apară, este necesar ca elementul semiconductor să fi fost configurat ca o joncţiune p-n. Cu alte cuvinte, conductibilitatea a două porţiuni din acel semiconductor este de tip opus. Proprietatea în cauză poate fi obţinută prin impurificare, iar traversarea completă a materialului respectiv de către un flux de electroni are drept consecinţă schimbarea nivelului energetic al unora dintre ei, aceştia devenind fotoni (particule luminoase).

Lumina produsă de LED-uri necesită un consum de energie mult mai mic decât al becurilor cu halogen, iar durata de viaţă a LED-ului este semnificativ mai mare. LED-urile au dimensiuni mici şi pot fi grupate sub forme şi funcţii diferite în cadrul blocului optic (de exemplu, faze cu configuraţii progresive sau semnalizare de direcţie).

farurile

Un mare avantaj al blocului optic alcătuit din LED-uri: în urma unui impact, farul sau proiectorul convenţional se sparge şi nu va mai lumina, pe când unele porţiuni, mai puţin afectate, ale unui bloc optic cu LED-uri pot rămâne funcţionale.

Una dintre cele mai interesante aplicaţii ale luminilor cu tehnologie LED se regăseşte la limuzina Audi A8, fiind vorba despre opţiunea farurilor Matrix. Acestea, cu toate că emit un fascicul luminos foarte puternic, nu orbesc pe cei care vin din sens opus (sau pe cei aflaţi în maşinile care rulează în faţă). Pentru traficul din contrasens, maşinile ce se apropie sunt detectate şi menţinute într-un con de umbră prin stingerea şi reaprinderea selectivă a LED-urilor din blocul optic.

Vizibilitatea nu are de suferit, ba chiar distribuirea luminii în ansamblul zonei va fi mai omogenă. Când de apropii de o maşină care rulează pe acelaşi sens, fasciculul luminos al lui A8 este reconfigurat să bată sub o anumită înălţime. În plus, reorientările şi reconfigurările luminilor LED nu presupun nici un fel de intervenţie mecanică asupra blocului optic. Totul se face instantaneu, prin stingerea şi aprinderea comandată automat a unor segmente funcţionale specifice, integrate constructiv în blocul optic.

Infraroşu: lumina invizibilă te ajută să vezi

Unele dintre automobilele premium actuale sunt dotate cu sisteme Night Vision. Chiar dacă spectrul infraroşu nu este sesizabil vederii umane, un fascicul şi o cameră de luat vederi calibrate pe infraroşu dezvăluie pe un ecran ceea ce nu se vede bine în întuneric. Sistemele Night Vision în spectru infraroşu au avantajul de a nu-i orbi pe cei care vin din contrasens.

farurile

Farurile laser: un fel de lumină… laminată

Înainte de toate, să nu uităm că „laser” nu este un cuvânt, ci un acronim, care înseamnă „light amplification by stimulated emission of radiation”. Sursele de lumină laser diferă de orice alte surse prin emisia coerentă a luminii, favorizând intensităţi mari pe secţiuni foarte restrânse (şi precise în lungime) ale fasciculului.

În principiu, laserul apare ca o emisie de radiaţie electromagnetică (nu întotdeauna în spectrul vizibil, dar calibrabilă pentru a se înscrie în acesta), determinată de un aport extern de energie.

Aplicaţiile laserului sub cele mai diverse forme de instrumente de mare fineţe nu mai reprezintă o noutate (citirea DVD-urilor pare a fi aici exemplul cel mai ordinar).

Lumina laser poate fi de 1.000 de ori mai intensă decât cea a oricăror alte surse actuale cu tehnologie electrică. Mai ştim că laserul poate tăia diverse materiale dure sau să-i orbească pe cei care îl privesc direct. Oare simpla aprindere a unor faruri laser ar putea produce pagube dezastruoase?

Tehnologia recent aplicată de către BMW pentru supercar-ul eco i8 nu lasă loc de aşa ceva. De fapt, ceea ce iese din farurile coupe-ului nu este laserul propriu-zis. Razele laser din sursele blocului optic sunt dirijate, prin oglinzi, către o lentilă care conţine fosfor galben. Expusă laserului, această substanţă emite o lumină albă intensă care este apoi trimisă spre un reflector aflat în fundul blocului optic, iar acesta reflectă spre direcţia de ieşire un fascicul mai puţin concentrat, mai difuz.

farurile

Oricum, deoarece farurile cu laser pot oferi o lumină mult mai puternică decât alte tipuri de faruri, dimensiunile lor pot fi mai mici. Tehnic, ele „bat” dublu sau triplu în comparaţie cu tehnologiile HID/Xenon sau LED, putând lumina pe o distanţă de 600 m.

Stilistic, dimensiunile lor reduse crează noi oportunităţi de exprimare pentru designerii auto şi… ceva spaţiu pentru alte dotări sub caroseria maşinii. Cât despre chestiunea siguranţei, eventual se poate pune problema unei coliziuni în urma căreia un bloc optic dislocat ar putea trimite raze laser în direcţii nedorite.

Specialiştii de la BMW nu se tem de acest fapt, ei susţinând că, mult înainte ca o dislocare semnificativă a farului să aibă loc, orice impact asupra acestuia va avea drept consecinţă ieşirea din aliniere a oglinzilor şi surselor laser (ca să nu mai punem la socoteală întreruperea alimentării cu energie).

Aşadar, ei insistă că problema siguranţei a fost acoperită complet prin alegerea configuraţiei constructive.

farurile

Concluzie

BMW a ajuns să comercializeze faruri pe bază de raze laser, în timp ce tehnologiile HID/Xenon şi LED sunt deja mai mult decât suficiente pentru necesităţile unor automobile care se deplasează noaptea cu viteze legale.

Se pare că s-a trecut deja de pragul necesităţii tehnice în sine, realizările ajungând în zona unui potenţial funcţional extins şi a rafinamentului conceptual/estetic declarat. Cu atât mai bine. Mai ales pentru cine e dispus să plătească…

Surse: Audi, BMW, Bosch, Mercedes-Benz, Auto Kiosk, Carlightblog, Sport Antiques, Wikipedia, Bold Ride

Error thrown

Cannot use object of type stdClass as array