چراغ جلو (هدلایت) خودرو - قسمت دوم

در قسمت اول مقاله چراغ جلو (هدلایت) خودرو در مورد چراغ جلو و تاریخچه آن، انواع نورهای هدلایت و عملکرد چراغ هدلایت و ... صحبت کردیم بهتر است که قبل از شروع به خواندن این مقاله ابتدا مقاله شماره یک را بخوانید. چراغ های خودرو یکی از بخش های مهم خودرو هستند که هم در رانندگی و هم در امنیت خودرو موثر هستند در این قسمت سعی داریم تا در مورد انواع بازتابنده ها صحبت کنیم.

بیشتر بخوانید: چراغ جلو (هدلایت) خودرو - قسمت سوم

اپتیک عدسی چیست؟

یک منبع نور (رشته یا قوس) در محل کانون یک بازتابنده که می تواند اشکال پیچیده سهموی و یا غیر سهموی داشته باشد یا نزدیک به آن قرار می گیرد. اپتیک های فرزنل و منشوری در داخل عدسی چراغ جلو به نحوی تعبیه می شوند که بخش هایی از نور را به صورت عمودی و جانبی به نحوی شکسته و منتقل کنند که الگوی توزیع مورد نظر تامین شود. اکثر چراغ های جلوی پرتودرزبندی شده از اپتیک عدسی بهره می برند.

جزئیات اپتیکی عدسی، از نمای کنار. نور به صورت عمودی (نشان داده شده) و جانبی (نشان داده نشده) منتشر می شود.

چراغ بازتابنده چیست؟

از اوایل دهه 1980 چراغ های جلوی بازتابنده دار از فرم ساده سهموی که با پرس کاری فولاد تولید می شد دچار تغییر و تحول شدند. مدل 1983 خودرو آستین مایسترو اولین خودرویی بود که از بازتابنده های هوموفوکال (هم کانون) لوکاس-کارلو استفاده می کرد که متشکل از قطاع هایی سهموی با فواصل کانونی مختلف بود که راندمان جمع آوری و توزیع نور را بهبود می بخشید. تکنولوژی ترسیم کامپیوتری(CAD)  امکان توسعه چراغ های جلویی با بازتابنده های اشکال پیچیده و غیر سهموی را فراهم نمود. اولین مورد تجاری این نوع چراغ ها که توسط Valeo و تحت برند Cibie ارائه شد انقلابی در طراحی خودرو ایجاد کرد.

دوقلوهای بازار آمریکا در سال 1987 یعنی دوج موناکو و ایگل پرمیر و همچنین سیتروئن XM از اروپا اولین خودروهایی بودند که از چراغ های جلو با بازتابنده های پیچیده و لنزهای اپتیکی وجه بندی شده استفاده کردند. واحد "چراغ هدایت" در جنرال موتورز در اوایل دهه 1970 در آمریکا با انواع لامپ های بازتابنده پیچیده با عدسی شفاف آزمایشاتی انجام داده بود و به نتایج خوبی هم دست یافته بود، اما هوندا آکورد مدل 1990 جهت ارائه به بازار خودروی آمریکا اولین بار از چراغ جلوی چند بازتابنده با عدسی شفاف استفاده کرد، این چراغ ها توسط شرکت Stanley در ژاپن طراحی شده بودند.

ابزار اپتیکی مورد نیاز برای توزیع نور در الگوهای دلخواه به جای آنکه در عدسی طراحی شوند در خود بازتابنده لحاظ می شوند. بسته به ابزار و تکنیک های طراحی به کار رفته، بازتابنده می تواند به طور کاملا سفارشی از صفر مهندسی شود یا اینکه به شکل یک سهمی که در ابعاد و اشکال بسته بندی نهایی چراغ گنجانده شده طراحی شود. در صورتی که به حالت دوم توسعه یابد، تمامی سطح آن باید برای ایجاد بخش هایی با خطوط سطح پیچیده و محاسبه شده ای که دقیقا طراحی شده باشند تغییر یابد. شکل هر یک از قطاع ها چنان خواهد بود که اثر افزایشی آنها الگوی توزیع نور مورد نظر را تامین کند.

بازتابنده های مدرن معمولا به روش قالب ریزی تراکمی یا قالب تزریق پلاستیک تولید می شوند، گرچه بازتابنده های اپتیکی شیشه ای و فلزی نیز موجود است. سطح بازتابنده به وسیله بخار آلومینیوم پوشیده شده و پوششی شفاف برای جلوگیری از اکسید شدن این لایه بسیار نازک آلومینیومی بر روی آن اعمال می شود. در طراحی و تولید چراغ های دارای بازتابنده پیچیده باید رواداری های بسیار دقیقی رعایت شوند.

اپتیک بازتابنده، نمای کنار

چراغ جلو با بازتابنده دو پرتو

رانندگی در شب به واسطه کوری ناشی از خیرگی نور چراغ جلوی خودروی های روبرو سخت و خطرساز است. چراغ جلوهایی که در عین نورانی کردن جاده باعث خیرگی سایر رانندگان نشوند مدت ها است که مورد مطالبه هستند. اولین راه حل های پیشنهادی به استفاده از مدارهای دیمر نوع مقاومتی بر می گشت که شدت درخشش چراغ جلو را کاهش می دادند. این راه حل سپس جای خود را به بازتابنده های کج شونده داد و بعد ها با حباب های دو رشته ای که نور بالا و پایین را تولید می کردند جایگزین شد.

در چراغ های جلوی دو رشته ای، تنها یکی از دو رشته می توانست دقیقا در محل کانون بازتابنده واقع شود. برای تولید دو پرتوی نور مجزا با استفاده از حباب های دو رشته ای دارای یک بازتابنده، دو روش اصلی وجود دارد.

1- سامانه آمریکایی

یکی از دو رشته در محل کانون بازتابنده قرار می گیرد. رشته دیگر در راستای طولی و شعاعی از نقطه کانون دور می شود. در اکثر پرتوهای درزبندی شده دو رشته ای و در حباب های قابل تعویض دو رشته ای نوع 9004, 9007 و H13، رشته مربوط به نور بالا در محل کانون و رشته مربوط به نور پایین خارج از کانون قرار می گیرد. رشته مربوط به نور پایین برای استفاده در کشورهای راست ران نسبت به نقطه کانون کمی به سمت بالا، جلو و چپ منتقل می شود تا در زمان نورانی شدن پرتو را پهن تر کرده و کمی به سمت راست و پایین محور چراغ جلو منحرف کند. حباب هایی با رشته های عرضی همچون 9004 تنها با رشته های افقی قابل استفاده هستند، اما حباب های رشته طولی را می توان چرخانیده یا اصطلاحا توسط طراح تنظیم کرد تا الگوی پرتو را بهبود بخشد و یا اثرات مربوط به جهت رانندگی (راست ران یا چپ ران) را در نور پایین لحاظ نماید. هدف دوم از طریق تنظیم رشته نور پایین به سمت بالا، جلو و چپ برای تامین نور پایینی مناسب رانندگی از راست، و یا به سمت بالا، جلو و راست برای تامین نور پایین مناسب رانندگی از چپ محقق می شود.

استراتژی معکوسی نیز در مورد برخی چراغ های پرتو درزبندی شده دو رشته ای به کار رفته است. یعنی رشته نور پایین را در محل کانون قرار می دهند تا جمع آوری نور توسط بازتابنده بیشینه باشد، و سپس رشته نور بالا را کمی عقب، راست و پایین تر از نقطه کانونی می گذارند. تغییر راستای نسبی این دو پرتو در هر دو روش به طور یکسان انجام می شود، یعنی در کشورهای راست ران، نور پایین کمی عقب تر و متمایل به راست قرار می گیرد و نور بالا کمی بالاتر و متمایل به چپ- اما در هر حال بایستی از یک عدسی که برای محل دقیق رشته های نور پایین و بالا انتخاب شده استفاده گردد.

بیشتر بخوانید: انواع لامپ خودرو

2- سامانه اروپایی

روش مرسوم در اروپا برای تامین نور بالا و پایین از یک حباب واحد نیازمند دو رشته است که در طول خط کانون بازتابنده واقع شده باشند. رشته نور بالا در محل کانون و رشته نور پایین تقریبا به فاصله یک سانتیمتر جلوتر از نقطه کانونی و 3 میلیمتر بالاتر از محور قرار می گیرند. زیر رشته نور پایین یک حفاظ گود (سپر قبری) با شعاع انحنایی برابر با 165 درجه قرار دارد. هنگامیکه رشته نور پایین گداخته می شود این سپر سایه ای بر روی بخش مورد نظر از بازتابنده ایجاد می کند و راه پرتوهای نور رو به پایینی را که پس از برخورد با بازتابنده در جهت بالای خط افق منعکس می شوند سد می کند. حباب در داخل چراغ جلو چرخیده (یا تنظیم می شود) تا سپرهای قبری را در جایی قرار دهد که به نور اجازه دهد تنها یک قطاع 15 درجه ای از نیمه پایینی بازتابنده را روشن کند. از این روش برای تولید خصوصیت پرتاب به بالای توزیع نور پایین که در ECE خواسته شده استفاده می شود. موقعیت دورانی حباب نسبت به بازتابنده بسته به نوع الگوی تابشی که مد نظر است و همچنین جهت رانندگی بازار مورد نظر تعیین می شود.

این سامانه اولین بار با استفاده از حباب Bilux/Duplo R2 رشته تنگستنی در سال 1954 و سپس با حباب های هالوژنی H4 در 1971 تولید شد. در 1992 متممی به مقررات آمریکا اضافه شد که امکان استفاده از حباب های H4 را با نام جدید Hb2 و 9003 مجاز می شمرد که تنها تغییراتی جزئی در رواداریهای ساخت و تولید آنها به چشم می خورد. این حباب ها از نظر فیزیکی و الکتریکی کاملا با حباب های H4 یکسان هستند. برای تولید الگوی پرتوی آمریکایی نیز تکنیک های اپتیکی مشابهی بر روی تجهیزات اپتیکی عدسی و بازتابنده متفاوت اعمال می شود.

هر یک از دو سامانه مزایا و معایب خاص خود را دارا می باشد. در سامانه آمریکایی به طور تاریخی شدت تابش بالاتری برای نور پایین مجاز بوده، چرا که تمام سطح بازتابنده و عدسی استفاده می شده، در عین حال سامانه آمریکایی کنترل کمتری بر روی انحراف عمودی نور، که منشا اصلی پدیده خیرگی است ارائه می کند و به همین دلیل در بیشتر بازارهای خارج از آمریکا ممنوع است. علاوه بر این سامانه آمریکایی امکان تمایز دقیق بین الگوی توزیع نور بالا و پایین را به سختی فراهم می سازد. نور بالا معمولا یک کپی بی دقت از نور پایین است که فقط به سمت بالا و چپ متمایل شده است. سامانه اروپایی به طور سنتی نور پایینی با شدت نور کمتر تولید می کرده زیرا تنها 60 درصد از سطح بازتابنده برای تولید نور پایین استفاده می شود. با این حال فوکوس و کنترل خیرگی نور پایین در آن ساده تر حاصل می شود. علاوه بر این 40 درصد پایینی سطح بازتابنده و عدسی به نور بالا تخصیص داده می شود، که امکان بهینه سازی هر دو پرتو را فراهم می کند.

پیشرفت فناوری بازتابنده

فناوری بازتابنده های پیچیده به همراه طراحی های جدید حباب از جمله H13 امکان تولید الگوهای نور پایین و بالای اروپایی را بدون نیاز به استفاده از سپر قبری فراهم کرد و تائیدیه سال 1992 حباب های H4 امکان استفاده از تقسیم بندی 40-60 سنتی اروپایی برای نور پایین و بالا را در آمریکا نیز رواج داد. بنابراین تفاوت بین سطح اپتیکی فعال و همچنین محتوای پرتو نور بین پرتوهای آمریکایی و ECE دیگر چندان چشمگیر نیست. چراغ جلوهای HID دو پرتویی که از فناوری بازتابنده استفاده می کنند با ایجاد تغییراتی در هر دو تکنیک به دست آمده اند.

چراغ های پروژکتوری (بیضوی چندگانه)

در این سامانه رشته لامپ در یکی از نقاط کانونی بازتابنده بیضوی قرار گرفته و دارای یک عدسی کندانسور در جلوی چراغ می باشد. سایه ای در صفحه تصویر بین بازتابنده و عدسی قرار گرفته و پرتاب نور لبه بالایی این سایه خط قطع نور پایین را ایجاد می کند. شکل سایه و موقعیت دقیق آن در سامانه اپتیکی بسته به شکل و وضوح خط قطع مورد نظر تعیین می شود. این سایه می تواند توسط یک مفصل با محرک موتور برقی به سمت پایین حرکت کند تا نور پایین تولید شود، و از سر راه پرتو برداشته شود تا نور بالا تولید شود. این دسته از تجهیزات اپتیکی با نام پروژکتورهای Bi-Xenon و Bi-Halogen شناخته می شوند. چنانچه سایه خط قطع در مسیر پرتو نور ثابت باشد، برای نور بالا به لامپ های جداگانه نیاز خواهد بود. عدسی کندانسور می تواند دارای حلقه های فرزنل خفیف یا سایر پرداخت های سطحی باشد تا از وضوح خط قطع بکاهد. عدسی های کندانسور مدرن از ویژگیهای اپتیکی که مخصوص هدایت بخشی از نور به سمت بالا و به سمت تابلو های کنار جاده ای بازتاب دهنده می باشد بهره می برند.

اپتیک پروژکتور، نمای کنار

شرکت Hella در سال 1911 در چراغ های جلوی استیلنی خود از اپتیک های بیضوی استفاده کرده بود، اما پس از ورود الکتریسیه به حوزه روشنایی خودرو این تکنیک اپتیکی تا چند دهه به فراموشی سپرده شد. اولین چراغ خودروی بیضوی چندگانه (پروژکتوری) مدل Super-Lite بود که به عنوان چراغ کمکی و به صورت مشترک توسط شرکت کرایسلر و Sylvania تولید شد و به صورت آپشن مابین سال های 1969 و 1970 بر روی خودروی های دوج کلاس بزرگ نصب می شد. این سامانه از یک حباب با رشته تنگستن-هالوژن عرضی 85 واتی استفاده می کرد و به عنوان نور مابین پایین و بالا و به منظور افزایش مسافت دید نور پایین هنگام عبور از عوارضی اتوبان ها طراحی شده بود تا به جای استفاده از نور بالا که باعث ایجاد خیرگی بیش از حد می شد، به کمک نور پایین به تقویت روشنایی بپردازد.

چراغ های جلوی پروژکتوری اولین بار بر روی آئودی کوارتز، خودرویی مفهومی مبتنی بر پلتفرم کواترو به طراحی Pininfarina برای ارائه در نمایشگاه خودروی ژنو در سال 1981 ظاهر شدند. نور پایین پروژکتوری تقریبا به طور همزمان در آلمان نیز توسط Hella و بوش و در فرانسه توسط Cibie توسعه یافت و پرتو نوری دقیق تر و بسته اپتیکی (بدنه چراغ) جمع و جورتری را، ولو به قیمت عمق بیشتر چراغ برای هر دو پرتو نور خروجی ارائه می کرد. در سال 1986 بی ام و سری 7 (E32) اولین خودروی تولید انبوهی بود که از چراغ های جلو با نور پایین بیضوی چندگانه استفاده می کرد. عیب اصلی این نوع چراغ اصلی نیاز به در نظر گرفتن عمق بسیار زیادتر مجموعه چراغ بود که گاه تا داخل محفظه موتور نیز امتداد پیدا می کرد.

چراغ های پروژکتور یک مرسدس بنز C-Class

منابع نور چراغ های جلو

1- رشته های تنگستن

اولین منبع نور چراغ جلوی الکتریکی رشته های تنگستن بودند که در خلا یا گازهای بی اثر در داخل حباب چراغ جلو و یا پرتو درزبندی شده استفاده می شدند. در مقایسه با فناوری های جدید تر منبع نور، رشته های تنگستن نور کمتری به نسبت توانی که مصرف می کنند از خود ساطع می کردند. همچنین در حین عملکرد عادی این لامپ ها، تنگستن از روی پوسته رشته ها تبخیر شده و بر روی جداره داخلی شیشه حباب نشست می کرد که به تدریج باعث سیاهی آن می شد. این به نوبه خود از خروجی تابش نور رشته کاسته و قسمتی از نوری را که باید از شیشه شفاف عبور می کرد سد می کرد، گرچه این مسئله "دوده زنی" در چراغ های پرتو درزبندی شده کمتر احساس می شد، چرا که سطح داخلی بزرگتر آنها از ضخامت لایه انباشته شده تنگستنی می کاست. به این دلایل رشته های تنگستن ساده امروزه به طور کامل از حوزه روشنایی خودرو کنار گذاشته شده اند.

2- تنگستن-هالوژن

فناوری تنگستن-هالوژن (که کوارتز-هالوژن، کوارتز-ید، سیکل ید و غیره نیز نامیده می شود) اثربخشی روشنایی رشته تنگستنی را بهبود می بخشد. چراغ های دارای تنگستن-هالوژن در دماهای بالاتری که به درخشش بیشتر رشته می انجامد از طول عمر بهتری نسبت به چراغ های فاقد چرخه بازسازی هالوژنی برخوردارند. برای میزان درخشش یکسان نیز حباب های سیکل هالوژن طول عمر بیشتری دارند. منبع نور در چراغ های جلوی هالوژن طراحی شده در اروپا برای تامین نور بیشتر به ازای همان مصرف برقی که لامپ های کم راندمان تر تنگستنی استفاده می کنند بهینه سازی شده اند. در مقابل، بسیاری از طراحی های آمریکایی به نحوی تنظیم شده اند که مصرف برق را به ازای حداقل های قانونی میزان خروجی نور به حداقل برسانند. برخی منابع نور چراغ های جلوی تنگستن-هالوژن آمریکایی نور اولیه کمتری نسب به انواع غیر هالوژنی تولید می کنند. هنگامیکه صنایع آمریکا در حال تصمیم گیری در مورد این شیوه تعبیه فناوری تنگستن-هالوژن بودند از بهبود مصرف سوختی جزئی و کاهش هزینه های تولید خودرو از طریق کاهش سخت گیریهای سیم کشی و سوئیچ های برقی به عنوان دلایل آن نام می بردند. با روی کار آمدن فناوری هالوژن در آمریکا، مسافت دید راننده بهبود زیادی یافت زیرا برای اولین بار تولید کنندگان مجاز بودند تا 150000 کاندلا نور در هر خودرو تعبیه کنند که دو برابر میزان قبلی یعنی 75000 کاندلا برای فناوری غیر هالوژنی بود، که البته همچنان از حد مجاز بین المللی یعنی 225000 کاندلا بسیار پایین تر است. پس از صدور اجازه نصب هالوژن های قابل تعویض در چراغ های جلو درآمریکا در سال 1983، توسعه حباب های آمریکایی با هدف افزایش طول عمر حباب و مصرف برق کمتر ادامه یافت، درحالیکه اروپاییان اولویت طراحی را بر روی دقت اپتیکی و حداکثر توان خروجی گذاشتند.

لامپ H1 اولین منبع نور چراغ جلوی تنگستن-هالوژن بود. این چراغ در سال 1962 توسط کنسرسیومی از سازندگان چراغ و حباب اروپایی تولید شد. این حباب دارای یک تک رشته طولی است که 55 وات را در 12 ولت مصرف کرده و 1550 لومن (15± درصد) را در 13.2 ولت تولید می کرد. H2 (55 W @ 12.0 V, 1820 lm @ 13.2 V) در سال 1964 و H3 (55 W @ 12.0 V, 1450 lm ±15%) با رشته عرضی در 1966 به بازار آمد. H1 و همچنین H3 کماکان بیشترین اقبال را برای استفاده به عنوان نور پایین، بالا، جانبی و مه شکن به خود می بینند. درحالیکه H2 دیگر پرکاربرد نیست، چرا که در محل اتصال حباب به لامپ نیاز به تجهیزات بسیار ظریفی داشته، طول عمر کوتاهی دارد و کار با آن مشکل است. به همین دلایل چراغ H2 از مقررات شماره 37 ECE برای استفاده در طراحی های جدید چراغ کنار گذاشته شده (گرچه H2 همچنان برای استفاده به عنوان قطعه قابل تعویض توسط حباب سازان در حال تولید است)، اما H1 و H3 همچنان کاربرد داشته و هر دو در سال 1993 برای بازار ایالات متحده مجاز شدند. طراحی های به روز تر حباب های تک رشته ای شامل H7 و H8 (35 W @ 12.0 V, 800 lm ±15% @ 13.2 V) ، H9 (65 W @ 12.0 V, 2100 lm ±10% @ 13.2 V) و H11 (55 W @ 12.0 V, 1350 lm ±10% @ 13.2 V) می باشند. نسخه 24 ولتی بسیاری از انواع حباب ها نیز برای استفاده در کامیون ها، اتوبوس ها و سایر خودروهای تجاری و نظامی تولید می شوند.

اولین حباب هالوژن دو رشته ای که نور بالا و پایین را به صورت توامان تولید می کرد لامپ H4 بود H4 (60/55 W @ 12 V, 1650/1000 lm ±15% @ 13.2 V) که در سال 1971 تولید شد و به سرعت جایگاه خود را به عنوان حباب چراغ جلوی غالب در تمام جهان به غیر از ایالات متحده تثبیت نمود، در آمریکا همچنان استفاده از H4  در خودروسازی ممنوع است. در سال 1989 آمریکایی ها نسخه استاندارد شده خود را با نام HB2 تولید کردند که تقریبا تشابه کاملی با H4 داشت با این تفاوت که مقررات سخت گیرانه تری بر روی هندسه و جانمایی رشته، مصرف برق و توان خروجی نور در ولتاژ مرجع آمریکایی یعنی 12.8 ولت تحمیل می کرد.

اولین حباب چراغ جلوی هالوژن آمریکایی در سال 1983 و با نام HB1/9004 تولید شد. این چراغ یک طراحی دو رشته ای عرضی 12.8 ولتی است که 700 لومن را در نور پایین و 1200 لومن را در نور بالا تولید می کند. مدل 9004 برای 65 وات نامی (نور بالا) و 45 وات نامی (نور پایین) در 12.8 ولت طراحی شده است. سایر حباب های هالوژن مورد تائید در آمریکا شامل HB3 (65 W, 12.8 V)، HB4 (55 W, 12.8 V) و HB5 (65/55 watts, 12.8 V) می باشند. کلیه طراحی های اروپایی و بین المللی به غیر از H4 در حال حاضر برای استفاده در چراغ جلو در قوانین آمریکایی مجاز برشمرده می شوند.

3- بازتابنده فروسرخ هالوژن (HIR)

یکی از انواع توسعه یافته حباب تنگستن-هالوژنی از پوشش دیکروئیک (اپتیک دوقلو) که نور مرئی را عبور داده و نور فروسرخ را منعکس می کند بهره می برد. شیشه این حبابها می تواند کروی یا استوانه ای باشد. تشعشع منعکس شده فروسرخ با رشته ای که در مرکز پوسته شیشه ای قرار گرفته برخورد کرده و دمای رشته را فراتر از آنچه که از طریق گرمایش مقاومت الکتریکی میسر است بالا برده و رشته فراگرم شده نور بیشتری را بدون مصرف برق اضافی تولید می کند.

مجموعه پارتستان آماده است تا انواع قطعات لوازم یدکی مورد نیاز خودروی شما را با بهترین کیفیت و نازل ترین قیمت در اختیار شما بگذارد قطعاتی همچون انواع لوازم یدکی کیا و لوازم یدکی هیوندای برای اطلاعات بیشتر در این خصوص با کارشناسان ما در قسمت تماس با ما تماس حاصل فرمایید.