Farovi – istorija, sadašnjost i budućnost

Od kerozina do lasera - istorija automobilskih farova nije bila naročito uzbudljiva sve do pre tridesetak godina, kada je ubrzano počelo da se radi na razvoju i uvođenju novih tehnologija, sistema, kao i dostupnosti ovih noviteta prosečnom vozaču, tj. njihovom omasovljenju. Pogledajmo kako je sve počelo i u kojem pravcu ide trenutno ide.

19. i početak 20. veka

Pre nego što su na scenu stupili automobili (a i dugo nakon toga), ljudi i roba prevozili su se kolima koja su vukli konji, volovi i druge životinje, a na njima su se za osvetljenje koristili fenjeri sa raznim vrstama goriva. Međutim, ovim fenjerima je teško mogao da se osvetli put, već su više služili kao poziciona svetla, ako tako može da se kaže.

Kada su se pojavili prvi automobili, oni ili nisu imali nikakvo osvetljenje ili su imali fenjere sa reflektujućom pozadinom, pa uglavnom nije ni bilo (bezbedne) noćne vožnje.

Iako je električna sijalica u raznim oblicima odavno bila poznata, ona nije bila dovoljno praktična za korišćenje na motornim vozilima, već su i dalje bili primarni fenjeri. Naime, razvoj električnog osvetljenja je posebna priča, koja zaslužuje čitavu knjigu, pri čemu i dalje ostaje mnogo nepoznanica, kontroverzi, naučnika koji su patentirali sijalice raznih vrsta ali ih nikada nisu komercijalizovali, tužbi...

Kako bi se dobilo više svetla za osvetljavanje puta, prvi farovi počeli su da dobijaju svoj specifičan oblik sa reflektujućom površinom u pozadini. Procenjuje se da su se do kraja 19. veka na automobilima u Evropi koristili kerozinski farovi, da bi prvih desetak godina 20. veka bili korišćeni acetilenski farovi. Ipak, još od 1901. godine neka vozila imala su električne sijalice napajane strujom od strane malog dinama koji je pokretao zamajac motora. Ti prvi električni farovi bili su i jedini potrošači električne energije.

Dodavanje akumulatora i regulatora uz kratak vek same sijalice i njenu osetljivost na vibracije i udare činilo je električno osvetljenje na automobilima skupim i komplikovanim. Stoga nije ni čudo da su acetilenski farovi relativno dugo zadržali popularnost.

Acetilen je gas koji se oslobađa kada voda dođe u kontakt sa kalcijum-karbidom. U automobilima je način rada bio sledeći - stavite određenu količinu kalcijum-karbida u metalnu posudu iznad koje se nalazi druga posuda u koju se natoči voda. Zatim odvrnete ventil koji pušta vodu da kaplje u donju posudu - u njoj se stvara acetilen i crevom se sprovodi do farova. Vozač otvori staklo fara i upali acetilen koji izlazi kroz diznu u faru.

Ovaj sistem je imao dosta mana - zimi bi se voda zaledila, što se donekle rešavalo dodavanjem alkohola, vrh dizne kroz koju izlazi acetilen morao je redovno da se čisti, trebalo je izbacivati masu koja je ostajala nakon reakcije kalcijum-karbida i vode, creva su znala da propuštaju, plamen u faru bio je promenljivog intenziteta (blago rečeno)...

Kamioni su, zahvaljujući većim dimenzijama, češće koristili rezervoar sa acetilenom rastvorenim u acetonu. Ovaj sistem bio je znatno jednostavniji.

U Americi su 1908. godine počele da se koriste prve sijalice sa ugljeničnim vlaknom u vakuumiranom staklenom balonu, ali samo kao opciona oprema. Ubrzo su počele da se koriste žarne niti od volframa. Istraživači u Americi i Evropi radili su na razvoju novih sijalica, sa nitima od različitih materijala i sijalicama punjenim inertnim gasovima. Prvo su korišćene za kućno i ulično osvetljenje, a naknadno su počele da se ubacuju i u automobile.

1911. - 1920.

Električni farovi masovnije su počeli da se ugrađuju u evropska vozila 1913. kao deo standardne opreme, otprilike u isto vreme kada je to počelo da se dešava u Americi. Veoma značajan korak načinjen je 1915. godine kada je počela da se koristi sijalica koja je imala žarnu nit od volframa smeštenu u stakleni balon punjen azotom. Ovaj inertni gas redukovao je isparavanje volframa, što je značilo da će sijalica duže trajati i da će se manje „garaviti“ unutrašnjost same sijalice.

Sočivo fara ili bolje reći poklopac fara, nije imao nikakve „optičke elemente”, pa nije bilo kontrolisanog rasprostiranja svetlosti osim samim oblikom reflektujuće površine iza sijalice. Jedna zanimljivost - u Americi je prva regulativa po ovom pitanju usvojena u državi Masačusets, 27. oktobra 1915. godine, a ukratko kaže sledeće: na svim mestima na auto-putu gde nije bilo dovoljno svetla da se dobro vidi na udaljenosti od 45,7 metara (150 stopa), farovi su morali da budu u mogućnosti da obezbede osvetljenje na toj distanci.

Korišćeni su razni načini za sprečavanje zaslepljivanja vozača iz suprotnog smera, od postavljanja posebnih maski, do mehaničkog obaranja čitavog fara pri mimoilasku sa drugim vozilom, što je mogao da obavi vozač iz kabine.

1921. - 1930.

U ovom periodu došlo je do nastanka ozbiljnijih razlika kod automobilskih svetala u Evropi i Americi, čemu je najviše doprinela činjenica da je broj automobila u Americi neuporedivo brže rastao nego u Evropi. Takođe, Amerikanci su brže usvojili način života u kojem se automobil znatno češće koristi i pri čemu se prelaze velike udaljenosti, naročito na otvorenim putevima i noću. Evropljani, sa druge strane, vozili su uglavnom u urbanim sredinama.

Do polovine ove decenije, svi farovi su mogli da daju samo jedan način osvetljenja - nisu postojala duga i kratka svetla. Tada je došlo do napretka i stigle su sijalice sa dve niti - jedna za kratka, druga za duga svetla.

1931. - 1940.

U Americi se eksperimentisalo sa različitim načinima osvetljenja kako bi se vozaču omogućilo da što bolje i dalje vidi, ali da ne zaslepljuje druge učesnike u saobraćaju. Između ostalog, razvijene su sijalice sa tri niti da bi se dobile četiri vrste osvetljenja: obična duga svetla, obična kratka svetla, svetla za mimoilaženje sa drugim vozilom i super-duga svetla za vožnju van grada bez nadolazećeg saobraćaja.

1941. - 1950.

U ovoj deceniji nije bilo značajnih promena. Nakon Drugog svetskog rata, na evropskim putevima našlo se mnogo američkih automobila, što je intenziviralo uočavanje razlika između američkih i evropskih farova.

1951. - 1960.

Inženjeri i proizvođači sijalica i farova, proizvođači vozila i drugi, organizovali su seriju testova kako bi pokušali da standardizuju osvetljenje kod motornih vozila, tj. da se „izbrišu“ razlike između američke i evropske „filozofije“. Uprkos velikim naporima, do kompromisa nije došlo. Jednostavno, nisu se poklapali prioriteti po pitanju smanjenja mogućnosti zaslepljivanja drugih vozača i snage, širine, i „rasporeda“ osvetljenja ispred automobila.

1961. - 1970.

Jedna od negativnih karakteristika niti od volframa jeste isparavanje ovog metala pri visokim temperaturama, tj. kada je far upaljen. Nakon određenog vremena, nit u nekoj tački postane suviše tanka i pregori.

Rešenje je praktično već postojalo, tj. otkriveno je još 1912. godine. Reč je o određenim halogenim gasovima kojima se napuni sijalica - oni se praktično sjedinjuju sa molekulima volframa koji su isparili i vraćaju na užarenu nit, gde se volfram odvaja od tog jedinjenja i integriše u nit.

Na ovaj način nit može više da se zagreje i jače da svetli bez skraćenja životnog veka sijalice. Ipak, ovaj proces ne može da se odvija unedogled, pa će sijalica ipak u nekom trenutku pregoreti.

Sama sijalica se izrađuje od posebne vrste stakla otpornog na nagle promene temperature, pri čemu je staklo deblje pošto mora da izdrži visok pritisak pod kojim je napunjena halogenim gasovima. Halogene sijalice imaju brojne prednosti: male su, lagane, jeftine, daju svetlo koje je bojom bliže sunčevom svetlu, imaju duži životni vek... Ne smeju nipošto da se dodiruju prstima.

Sijalica H1, snage 55 W, stigla je 1962. godine, H2 iste snage 1964. (kasnije izbačena iz upotrebe), a H3 takođe iste snage 1966. godine. Sijalica H4 sa dve niti - jedna za kratko, druga za dugo svetlo, stiže 1971. godine.

1971. - 1980.

Početkom 70-ih godina u Americi su bile legalne samo dve veličine okruglih farova: od 178 mm i 146 mm; i to dva veća ili četiri manja po vozilu. Godine 1974. dozvoljeni su i četvrtasti farovi dimenzija 100 x 165 mm i to četiri komada po vozilu, a dve godine kasnije uvedeni su i četvrtasti dimenzija 142 x 200 mm, ali samo dva komada po vozilu.

Za to vreme, Evropljani su „uživali“ u dizajnu farova bez ograničenja.

1981. - 1990.

Širom sveta radilo se na razvoju ksenonskih svetala. Ona u to vreme nisu predstavljala novu tehnologiju, ali izazov je bio prilagoditi ih za upotrebu u automobilskim farovima.

Evropski inženjeri su, koristeći uglavnom H4 sijalice, počeli da rade na razvoju segmentovane reflektujuće površine fara, ali su osnovne površine i dalje bile parabolične. Kako je napredovala kompjuterska tehnologija, tako su inženjeri mogli da, koristeći softver za simulaciju optičkih karakteristika oblika reflektujuće površine fara, sve preciznije definišu karakteristike osvetljenog prostora ispred automobila bez korišćenja sočiva. Prvi serijski far sa „čistim“ sočivom primenjen je 1989. godine.

1991. – stižu ksenonski farovi

Prvi ksenonski farovi instalirani su 1991. u BMW serije 7, ali bila su to samo oborena svetla, dok su duga i dalje bila klasična. Da je dobio prve Bi-Xenon farove (i duga i kratka svetla) može da se pohvali Mercedes CL iz 1999. godine.

Ksenonska sijalica nema žarnu nit, već svetlo proizvodi električni luk između dve elektrode. Međutim, svetlo ne dolazi od samog električnog luka - on u stvari pobuđuje reakciju mešavine gasova (od kojih je jedan ksenon) i soli metala, nakon čega dolazi do stvaranja vrele plazme koja emituje svetlost. Ovo je prilično uprošćeno objašnjenje, kako ne bismo ulazili u svet hemijskih reakcija...

Prednosti ksenonskih svetala su mnogobrojne: daju jače svetlo i to približnije boje sunčevom svetlu, pa je zbog kvalitetnije osvetljenosti vožnja sa njima bezbednija, a imaju i duži vek trajanja. Međutim, tu su i mane, kao što su visoka cena i visoki troškovi u slučaju kvara ili oštećenja.

Takođe, mogu ozbiljno da zaslepe druge vozače, zbog čega automobil sa ksenonima mora da ima automatsku nivelaciju farova, tj. automatsko podešavanje visine snopa svetla. Kada u automobil sa ksenonima stavite mnogo tereta u prtljažnik, prednji kraj će da se izdigne, pa će snop svetala da „bije“ u oči drugim vozačima. Isti problem je prisutan i kod vozila sa običnim farovima, ali zbog razlike u intenzitetu svetla ksenoni su u ovom slučaju vrlo nezgodni.

Zbog drugačije prirode svetla kod ksenona, nečistoće na farovima mogu da rasipaju svetlost i tada takođe zaslepljuju ostale učesnike u saobraćaju, pa bi trebalo da imaju sistem za pranje farova. U našem Zakonu o bezbednosti u saobraćaju ove dve stavke su jasno definisane - auto sa ksenonima mora da ima automatsko podešavanje visine farova i sistem za pranje.

Međutim, po evropskim propisima, ako je svetlosni fluks ksenona do 2.000 lumena (ovo nema veze sa bojom/temperaturom svetla ili snagom), automobil ne mora da ima ni automatsku nivelaciju farova, ni sistem za pranje, pošto svetlost nije suviše „jaka“. Ovu mogućnost koristi npr. Škoda kod nekih svojih modela, kako bi ponudila ksenone po što nižoj ceni.

Ugradnja ksenonskih farova u automobile koji ih nemaju fabrički prilično je komplikovana tema, pa nećemo suviše ulaziti u detalje. Uglavnom, da biste u Srbiji legalno ugradili ksenone, neophodno je da dobijete saglasnost/potvrdu ovlašćenog predstavnika proizvođača za tu marku, da imate gore pomenuto podešavanje visine i pranje ili da ugradite ako nemate, a zatim da prođete ispitivanje u AMSS. Ovu „akciju“ je u praksi ili nemoguće izvesti ili je vrlo komplikovana i skupa.

Zato na ulicama imamo čitavu vojsku vozila sa naknadno ugrađenim ksenonima. Jedni su samo stavili ksenonsku sijalicu na mesto halogene (uz ugradnju dodatne elektronike za „sređivanje“ napona), pa zaslepljuju sve živo oko sebe, pri čemu obično ni sami ne vide bolje iako su ubeđeni u suprotno.

Drugi su to odradili malo kvalitetnije, ali među njima je većina sa loše usmerenim snopovima svetla, bez automatske nivelacije i pranja farova, pa takođe zaslepljuju. Nivo kvaliteta osvetljenja i zaslepljivanja drugih vozača zavisi od toga šta je i kako ugrađeno.

Ipak, da se ne lažemo, mali broj vozača ugrađuje „aftermarket“ ksenone zbog boljeg osvetljenja, već je glavni razlog to što automobil sa njima izgleda „opasnije“.

LED farovi

Odavno smo okruženi diodama. Sijaju iz raznih kućnih uređaja, „glume“ blic na telefonima, a sve su prisutniji i u automobilima. Međutim, lako je ubaciti dva niza dioda na prednji kraj da služe kao dnevna svetla, u migavce, pozicije ili stop svetla. Problem je kada želite da diode budu glavni izvor svetla u farovima.

Različiti proizvođači su to rešili na različite načine, npr. smeštanjem većeg broja dioda u posebne grupe ili nizove zadužene za osvetljavanje određenog prostora ispred automobila, pri čemu svaka dioda može da se pali i gasi individualno. Tako se svetlo može prilagoditi različitim situacijama i nije potrebno pomeranje čitavog ili delova fara.

Jedan od najnaprednijih je Audijev LED Matrix sistem. Na primer, vozač ne mora da prebacuje između dugih i kratkih svetala, već se snop svetla automatski prilagođava. Sistem detektuje vozila ispred u istoj traci i vozila koja dolaze iz suprotne trake, pešake i razne prepreke i u zavisnosti od njihove udaljenosti velikom brzinom prilagođava snop svetla tako da nikoga ne zaslepljuje; osvetljava krivine, pri čemu mu pomaže i satelitska navigacija, pa će osvetliti bočnu stranu čak i pre nailaska na krivinu, itd.

LED farovi se konstantno unapređuju, dodaju se nove funkcije, snižava se cena kako bi bili dostupniji širem krugu vozača, itd. Pogledajte na ovom Audijevom promo video snimku kako se „inteligentni“, tj. adaptivni LED farovi ponašaju u vožnji:

Još jedan video snimak iz pozicije vozača – Audi A4 sa Matrix LED farovima u noćnoj vožnji:

Laserski farovi

Iako se nazivaju laserskim farovima, to u stvari ne znači da iz farova izlazi lasersko svetlo i osvetljava put. Pomalo razočaravajuće, zar ne? Šalu na stranu, kako zaista rade laserski farovi?

Na primer, kod BMW-a tri plava lasera gađaju set ogledala, koja zatim te zrake šalju ka sočivu napunjenim žutim fosforom, što ga pobuđuje, pa počinje da emituje intenzivnu belu svetlost. Ta bela svetlost „udara“ u zadnji kraj fara, tj. na reflektujuću površinu/površine, odakle se, logično, reflektuje napred i osvetljava put.

Laserski farovi po dimenzijama mogu da budu mnogo manji, što dizajnerima ostavlja šire mogućnosti u estetskom smislu i konstruktorima po pitanju uštede prostora ispod haube. Što se tiče bezbednosti, nema nikakve opasnosti po vid ostalih učesnika u saobraćaju - objasnili smo već kako funkcionišu, tako da sam laserski zrak nikada neće stići do nečijeg oka.

Pogledajte video snimak - BMW 730d sa laserskim farovima:

BMW i8 sa svojim laserskim farovima može da osvetli do 600 metara udaljenosti. Ovaj mod se aktivira čim brzina pređe 70 km/h, a posebna kamera prati saobraćaj i u odnosu na uslove podešava dužinu i širinu snopa.

Budućnost farova?

Uzimajući u obzir cenu, halogeni farovi će još dugo zadržati primat, ali nove tehnologije će biti sve prisutnije. Naravno, poseban je problem kako će se napredni sistemi pokazati po pitanju pouzdanosti nakon desetak i više godina? Koliko će koštati zamena LED modula ili čitavog fara, lasera, sistema za njihovu kontrolu, kamera i senzora...

Da li će u budućnosti prevagnuti LED ili laserski farovi ili će se pojaviti neka još naprednija tehnologija, trenutno je teško reći. Treba prvo sačekati da se omasove, naročito laserski, da se vidi koliko može da im padne cena.  Možda će ipak pobediti kombinacija laserskih i LED farova – ovaj recept se, inače, već koristi.

Adaptivni farovi – prilagođavaju se svakoj situaciji i osvetljavaju krivine

O njima smo prošle godine pisali u tekstu:  Farovi koji misle umesto vas.  U ovom tekstu možete naći dodatne informacije o načinu rada farova koji se automatski prilagođavaju uslovima u saobraćaju.