چراغ‌های پایلوت فولکس‌واگن: جاده‌ای روشن به سوی آینده

در مرکز تحقیق و توسعه فولکس‌واگن در ولفسبورگ سکوت و رازداری حاکم است: دوربین تلفن‌ها و لپ‌تاپ‌ها با نوار چسب پوشانده شده‌اند و کوچک‌ترین انحراف از مسیر تعیین‌شده پذیرفته نیست. به ما فرصتی انحصاری داده شد تا آخرین پیشرفت‌ها در حوزه روشنایی خودرو را از نزدیک ببینیم — چراغ‌های جلو، لامپ‌ها و فراتر از آن‌ها. ابتدا طراحان ارشد سخن گفتند و همگی بر این نکته تأکید کردند که آزادی خلاقانه در کار با زیبایی‌شناسی وسایل روشنایی چه اهمیتی دارد. تا ۱۵ طراح داخلی تنها به این حوزه اختصاص یافته‌اند. اما مهندسان چطور؟

تاریخچه‌ای کوتاه از چراغ‌های جلو خودرو

مهندسان اصلاً در حاشیه نبودند. پیشرفت واقعی در روشنایی خودرو با معرفی لامپ هالوژن دو رشته‌ای H4 در سال ۱۹۷۱ آغاز شد. نور کم‌چراغ اسمی آن با ۱,۰۰۰ لومن در آن زمان بی‌رقیب بود و H4 تا امروز نیز در بسیاری از خودروهای مقرون‌به‌صرفه، از جمله نسخه‌های اولیه فولکس‌واگن پولو، به کار می‌رود. کل شار نوری منبع، مهم‌ترین عاملی است که تعیین می‌کند یک چراغ جلو تا چه اندازه جاده را روشن می‌کند — سطح بازتاب‌دهنده، شکل، کیفیت سطح و اپتیک پخش‌کننده، پالایش‌های ثانوی به شمار می‌روند.

تا اوایل دهه ۱۹۹۰، لامپ H4 و لامپ‌های هالوژن مشابه بر بازارهای جهانی تسلط داشتند (به استثنای ایالات متحده که استانداردهای خاص خود را حفظ کرده بود). در آن زمان مهندسان یاد گرفته بودند که با بهبود شکل بازتاب‌دهنده‌ها و ماژول‌های پروجکتور، شار نوری را به حداکثر برسانند. لامپ‌های جدید یکی پس از دیگری آمدند و هر بار سطح عملکرد را بالاتر بردند:

• H7 (۱,۵۰۰ لومن) — تک‌رشته‌ای، پرکاربرد هم در چراغ کم‌نور و هم در چراغ پرنور
• HB3 (۱,۸۶۰ لومن) — یافت‌شده در مدل‌هایی مانند کیا ریو و هیوندای سولاریس
• H9 (۲,۱۰۰ لومن) — رکورددار عملکرد در میان لامپ‌های هالوژن پرنور

انقلاب زنون: روشنایی تخلیه الکتریکی با شدت بالا

در سال ۱۹۹۱، مهندسان لامپ‌های زنون (HID) را معرفی کردند — انقلابی واقعی در روشنایی خودرو. این لامپ‌ها نور را از طریق قوس الکتریکی و نه رشته گرم‌شده تولید می‌کنند و شار اسمی ۳,۲۰۰ لومن دارند که بیش از سه برابر خروجی H4 است. اما فناوری زنون با چالش‌های فنی خاص خود همراه بود:

• نیاز به دقت بالاتر در اپتیک و تنظیم پرتو نور
• واحدهای پیچیده احتراق و بالاست که چیدمان اجزا را تحت تأثیر قرار می‌دهند
• اصلاح‌کننده‌های خودکار اجباری برای جلوگیری از خیره کردن رانندگان مقابل
• سیستم‌های شستشوی اجباری چراغ‌های جلو
• هزینه کلی بالاتر در مقایسه با سیستم‌های هالوژن

با وجود این موانع، زنون بسیار مؤثر بود — به‌ویژه در ترکیب با سیستم‌های چرخش پرتو که در دهه ۲۰۰۰ معرفی شدند. بعداً استاندارد زنون کم‌توان ۲۵ واتی به عنوان جایگزینی برای نوع کلاسیک ۳۵ واتی توسعه یافت و شار نوری را به زیر آستانه ۲,۰۰۰ لومن رساند که نیاز به اصلاح‌کننده خودکار یا شستشوگر ندارد. با این حال، خروجی واقعی این واحدهای کم‌وات می‌تواند چندان چشمگیر نباشد. شایعه است که استاندارد ۲۵ واتی تا حدی تحت تأثیر سازندگان لامپ بود که می‌خواستند ظرفیت تولید بیکار خود را پر کنند. جالب آنکه نور سرد و صاف یک لامپ هالوژن خوب تنظیم‌شده اغلب تأثیر بهتری نسبت به زنون ارزان ۲۵ واتی به جا می‌گذارد.

ظهور چراغ‌های LED: جایی که طراحی با مهندسی پیوند می‌خورد

حدود ۱۵ تا ۲۰ سال پیش، طراحان واقعاً وارد صحنه شدند. آن‌ها ابتدا با ترکیب بصری فضای داخلی چراغ‌های جلو آزمایش کردند — پوشش‌های شفاف، دایره‌های ظریف داخلی، سیلوئت‌های کشیده و تیز. با رشد جاه‌طلبی‌های زیبایی‌شناختی، نیاز به منبع نوری که بتواند در تقریباً هر شکلی جای بگیرد نیز افزایش یافت. پاسخ LED بود و نه فقط برای فولکس‌واگن.

فناوری LED به دلایل چندی هم مهندسان و هم طراحان را جذب می‌کند:

• مصرف انرژی کمتر در مقایسه با هالوژن و زنون
• عمر سرویس طولانی‌تر — فولکس‌واگن تا ۸,۰۰۰ ساعت کارکرد تخمین می‌زند
• انعطاف‌پذیری طراحی — LED‌ها می‌توانند به آزادی درون محفظه چراغ جلو شکل گرفته و چیده شوند
• کاهش قیمت — چراغ‌های LED ابتدایی اکنون تنها اندکی گران‌تر از واحدهای هالوژن مشابه هستند، در حالی که یک واحد زنون ۲۵ واتی بدون اصلاح‌کننده می‌تواند تقریباً دو برابر هزینه داشته باشد

فناوری ماتریس و پیکسل LED: چراغ جلوی هوشمند

جهش بزرگ بعدی با چراغ‌های جلوی ماتریس LED آمد که از ده‌ها دیود کنترل‌شده به‌صورت مستقل استفاده می‌کنند تا توزیع نور کاملاً تطبیقی را ممکن سازند. نمونه برجسته، ماژول ماتریس IQ.Light در آخرین توارگ است — تقریباً به اندازه نیمی از یک پاکت سیگار — که شامل موارد زیر است:

• مدار چاپی و هیت‌سینک با فن خنک‌کننده
• ۴۸ دیود کم‌نور
• ۲۷ دیود پرنور
• المان‌های جانبی اضافی که نور را به بخش‌های تاریک جاده گسترش می‌دهند

این سیستم به‌طور خودکار وسایل نقلیه مقابل را هنگام روشن بودن چراغ پرنور سایه می‌زند و توزیع نور را بر اساس آب‌وهوا، سرعت و مسیر حرکت به‌طور پیوسته تنظیم می‌کند. برد مؤثر آن تقریباً ۱۰۰ متر بیشتر از زنون ۳۵ واتی است.

شگفت‌انگیزتر از آن، LED میکروپیکسل است — یک تراشه ۴×۴ میلی‌متری که می‌تواند با کل خروجی ماژول ماتریس توارگ برابری کند. تنها با سه دیود «پیکسل» از این نوع، هر کدام دارای ۱,۰۲۴ ریزپرتو مجزا، یک ماتریس چراغ جلو با ۳,۰۷۲ سلول ممکن می‌شود — در مقایسه با استاندارد فعلی ۷۵ تا ۸۰ سلول. با نگاهی به آینده‌ای دورتر، فیلترهای ماتریس میانی با رزولوشن‌هایی تا ۳۰,۰۰۰ پیکسل می‌توانند امکانات زیر را فراهم کنند:

• شکل‌دهی پرتو دقیق و تطبیقی در لحظه
• نمایش راهنمای مسیر پیچ روی سطح جاده پیش رو
• بازتولید راهنمای چرخش و هشدارهای خطر روی سطح جاده
• ارتباط نوری بین خودروها یا با زیرساخت جاده

اینکه نمایش تصویر روی سطح جاده به جریان اصلی تبدیل شود یا نه، قابل بحث است. جاده‌ها از نظر بصری از پیش شلوغ هستند، مسیرهای اخذ تأییدیه پیچیده‌اند و هر گونه آلودگی عدسی کیفیت تصویر نمایش‌یافته را به‌شدت کاهش می‌دهد.

چراغ‌های لیزری: قدرتمند اما محدود

نمونه‌های اولیه LED پرتوان — با دیودهایی که ۳ تا ۴ آمپر مصرف می‌کنند در برابر ~۱ آمپر معمول امروزی — هنگامی که به‌دقت متمرکز شوند، می‌توانند تا ۵۵۰ متر جلو را روشن کنند. این برد پیش از این تنها با چراغ‌های لیزری قابل دستیابی بود که در آن‌ها پرتوهای لیزر به یک صفحه فسفر فلورسنت برخورد می‌کنند تا یک مخروط نور شدید اما باریک ایجاد کنند.

چراغ‌های لیزری حدود پنج سال است که در دسترس هستند، عمدتاً در مدل‌های پریمیوم BMW و آئودی. اما احتمال استفاده از آن‌ها در خودروهای عادی به دلایل چندی بعید به نظر می‌رسد:

• هزینه بسیار بالا — گزینه لیزری آئودی A8 مبلغ قابل توجهی به واحدهای ماتریس که خود نیز گران هستند اضافه می‌کند
• مواد و فرآیند تولید تخصصی بدون مسیر روشنی برای کاهش معنادار هزینه
• کاربرد محدود — پرتو باریک تنها برای استفاده در چراغ پرنور کاربردی است

خواسته واقعی رانندگان: ترجیحات پرتو و سفارشی‌سازی

ترجیحات مصرف‌کنندگان در مورد الگوهای نور بر حسب منطقه و سلیقه شخصی تفاوت قابل توجهی دارد. چراغ‌های پرنور بیشترین بحث را برمی‌انگیزند:

• رانندگان اسکاندیناوی تمایل دارند پرتوهای برد بلند و نافذی را ترجیح دهند که مناسب جاده‌های روستایی تاریک است
• رانندگان اروپای مرکزی و غربی اغلب پرتوهای پهن را ترجیح می‌دهند که احساس فضای روشن قوی‌تری ایجاد می‌کنند
• ترجیحات کم‌نور بین مرزهای تیز نور/سایه (معمول در واحدهای پروجکتور) و گذارهای تدریجی و پراکنده تقسیم می‌شوند — هر دو در عمل به یک اندازه خوب عمل می‌کنند

هدف فولکس‌واگن این است که به رانندگان کنترل معناداری بر رفتار پرتو بدهد. تنظیمات پیش‌فرض برای ایجاد تعادل گسترده تنظیم شده‌اند — مرز کمی نرم‌تر که برای بیشترین طیف ترجیحات رضایت‌بخش باشد.

چراغ‌های مه‌شکن، شستشوی چراغ‌های جلو و دوام LED

چراغ‌های مه‌شکن مستقل در حال انقراض هستند — فدای تلاش برای خطوط بدنه تمیزتر شده‌اند. برای جبران کامل نبود آن‌ها، خودرو به چراغ‌های اصلی تطبیقی گران‌قیمتی نیاز دارد که بتوانند پرتو را در شرایط بد آب‌وهوایی و در هنگام پیچیدن گسترش دهند. در مدل‌های بودجه‌ای، این قابلیت تطبیقی اغلب در دسترس نیست و رانندگان را در شرایط نامساعد بدون منبع نوری ثانوی معنادار رها می‌کند.

شستشوی چراغ جلو نیز به همان اندازه ثابت مانده است. سیستم‌های فعلی اسپری‌کننده همچنان استاندارد صنعت هستند و فولکس‌واگن بازنگری اساسی در افق نزدیک نمی‌بیند. یک چالش خاص با LED‌ها گرمایی است: برخلاف لامپ‌های هالوژن و زنون، آن‌ها گرمای بسیار کمی ساطع می‌کنند، بنابراین برف و یخ روی عدسی به‌طور طبیعی ذوب نمی‌شوند. خودروهایی با چراغ‌های جلوی LED پرتوان که دارای فن خنک‌کننده هستند، اغلب آن جریان هوا را در امتداد سطح عدسی هدایت می‌کنند تا جبران شود.

در مورد دوام: در حالی که LED‌ها از نظر نظری به مراتب از لامپ‌های معمولی دوام بیشتری دارند، یک نکته عملی مهم وجود دارد — بیشتر مجموعه‌های چراغ جلوی LED واحدهای درزبندی‌شده‌ای هستند که دیودهای غیرقابل تعویض دارند. فولکس‌واگن عمر ۸,۰۰۰ ساعتی تخمین می‌زند که معادل تقریباً ۱۱ سال با دو ساعت استفاده در روز است. تحت استفاده سنگین‌تر، این پنجره به‌طور قابل توجهی کوتاه‌تر می‌شود. معرفی ماژول‌های LED قابل تعویض توسط تویوتا در مدل‌های اخیر کورولا استثنایی قابل توجه است که ارزش دارد زیر نظر گرفته شود چرا که ممکن است صنعت در نهایت از آن پیروی کند.

جاده پیش رو: آینده‌ای تمام‌LED برای فولکس‌واگن

گذار به چراغ‌های جلوی تمام‌LED در سراسر خط محصولات فولکس‌واگن به‌خوبی در جریان است. برای طراحان، این آزادی خلاقانه بی‌سابقه‌ای را نمایندگی می‌کند. برای مهندسان، مرزهای جدیدی می‌گشاید — به‌ویژه در حوزه ارتباط خودرو به خودرو از طریق روشنایی هوشمند. مفاهیمی که از پیش در حال توسعه هستند یا به تولید نزدیک شده‌اند عبارتند از:

• نمایش راهنمای پارکینگ فعال روی سطح جاده
• پیام‌رسانی متنی و بصری از طریق آرایه‌های LED چراغ عقب برای ارتباط با ترافیک اطراف
• سیگنال‌دهی نوری تطبیقی برای سناریوهای رانندگی خودکار و نیمه‌خودکار

راهنمای خرید: چگونه چراغ جلوی مناسب انتخاب کنیم

نکته کلیدی برای مصرف‌کنندگان: تنها به برچسب فناوری اکتفا نکنید. نوع چراغ جلو تنها بخشی از ماجراست — کیفیت در هر دسته‌بندی تفاوت بسیار زیادی دارد. نکاتی که باید در ذهن داشته باشید:

• هالوژن به‌طور پیش‌فرض ضعیف نیست — چراغ‌های جلوی هالوژن با مشخصات بالا می‌توانند از واحدهای LED ابتدایی بهتر عمل کنند
• LED به‌طور خودکار از زنون بهتر نیست — ماژول‌های LED ارزان‌قیمت می‌توانند از سیستم‌های HID خوب مهندسی‌شده کمتر باشند
• بدون شستشوگر = زیر ۲,۰۰۰ لومن — چراغ‌های بدون سیستم تمیزکننده طبق مقررات تضمیناً خروجی کم‌نور کاهش‌یافته‌ای دارند
• «چراغ جلوی LED» اصطلاحی گسترده است — می‌تواند یک سیستم ماتریس تطبیقی پیشرفته یا یک واحد ابتدایی ارزان‌قیمت را توصیف کند
• واحدهای درزبندی‌شده یعنی بدون تعویض لامپ — هنگام بررسی مالکیت بلندمدت، هزینه تعویض کل مجموعه چراغ جلو را در نظر بگیرید

یک چیز مسلم است: چراغ‌های جلوی خودرو هوشمندتر، کارآمدتر و — بدون شک — روزبه‌روز زیباتر می‌شوند.

این یک ترجمه است. نسخه اصلی را می‌توانید اینجا بخوانید: https://www.drive.ru/technic/volkswagen/5be9abb9ec05c4fe3d0000db.html