KURZUS: Járművillamosság és elektronika 1.

MODUL: I. modul

5. lecke: Járművilágítás

| A lecke tanulásának a célja: A közlekedésben részt vevő gépjárműveknek nemcsak nappal, de éjjel is biztonsággal kell tudniuk haladni. Ehhez látni és látszani is kell, azaz ebben a leckében a járművek lámpatestjeire vonatkozó tudnivalókat tanulhatják meg a diákok.
Szükségesen elsajátítandó: A lámpatestek fejlődési állomásainak ismerete, tulajdonságaiknak, paramétereiknek elsajátítása. Szintén tudnia kell a hallgatóknak a közlekedési szabályok, előírások ezzel kapcsolatos tudnivalóit.
Oktatási segédlet: Endrődy-Nagy: Gépjármű villamos berendezések Tk. Bp. 1987. J 19-610 Schmidt-Rajki-Vincze: Járművillamosság Tk. Bp. 2002 Tom Denton: Automobile electrical and elect-ronic systems, British Library 2012 4th edition Bosch műszaki útmutató füzetek, Maróti kiadó
Lecke elsajátításának időtartama: A lecke elsajátításához kb. 90 perc szükséges.
Jármű világítás feladata:
jó látási feltételek megvalósítása, látás és láthatóság elérése, néhány fénytani fogalom megismerése, E=h ν , ν : nű, E az energia, h a Planck állandó, ν a frekvencia, ν=f λ , Max Planck : sugárzási törvény.
Max Planck sugárzási törvénye:
Abszolút fekete test minden elektromágneses sugárzást elnyel, s csak a hőmérséklete miatt sugároz adott felületi teljesítménysűrűséggel.
Ez közelítés, valóságban "szürke testekkel" találkozunk.
Felületi teljesítmény: Maximális értékei a T növekedésével a kisebb hullámhosszak felé tolódik el.
Felületi teljesítmény és hullámhossz változása
1. ábra
Az 1. ábra mutatja a felületi teljesítmény és hullámhossz viszonyát különböző hőmérsékletek esetén.
Látható hullámhossz tartomány:
400 nm < λ < 700 nm, sugárzások csak kis része tartozik a látható tartományba, 400 nm alatt: ultraibolya v. röntgen, 700 nm felett: infravörös v. mikrohullámok.
Elektromágneses spektrum, kiemelve az emberi szem által is érzékelt látható fény hullámhossz tartományával
2. ábra
A 2. ábra szemlélteti az elektromágneses sugárzás hullámhossztartományát. Kiemelve belőle a látható fény tartományát.
A 3. ábra az út perspektivikus képét mutatja egy mérőernyőre vetítve.
Emberi szem sajátosságai:
Nincs két egyforma Szemlencse a domborúságával fókuszál Adoptáció: szem illeszkedés a különböző fénysűrűséghez 80-100-szoros fénysűrűség elvakít, káprázik tőle a szem - kerülendő
Világító berendezések funkciók szerint:
Sötétedés utáni haladást biztosító lámpák fényvetők, ködlámpák, tolatólámpák Biztonságos közlekedést szolgáló lámpák: helyzetjelző, irányjelző, féklámpák Ellenőrző és kényelmi lámpák: műszerfal, utas és csomagtér lámpák
Fényvetők:
Távolsági vagy tompított fényszórók Jármű elején vagy karosszériához szerelve együtt vagy külön szerkezetben Beállítások mérőernyővel: 25 m-re állítva perspektivikus képe látható rajta a sofőr szemszögéből
Az út perspektivikus képe
3. ábra
Fényvetők és mérőkészülékük
4. ábra
A 4. ábra mutatja a fényvetők mérését szolgáló lámpa vizsgáló berendezést.
Az 5. ábra a paraboloid fókuszpontjában elhelyezett pontszerű fényforrás fénynyalábját mutatja.
Előírások távolsági fényszóróra:
Fényvető gyűjtőpontja a H ponton legyen, legnagyobb megvilágítás 32 lux, a H pontban legalább 90% Horizontális tengelyen jobbra haladva 1125mm-nél 16 lux, 2250 mm-nél 4 lux legyen Tiszta időben 100 m-ig kell előre világítani /1 lux a vertikális tengelyen/ Átvilágított terület alsó széle 0,5 m-re az úttesttől, felső széle 1,2 m-re Fehér vagy kadmium sárga lehet Műszerfalon kék színű visszajelző lámpa szükséges Kapcsolódása csak a helyzetjelző lámpákkal együtt vagy azok után kapcsolható, kivéve fénykürt Motorkerékpárt kivéve a reflektor nem fordulhat el a kormányzott kerékkel, kivéve:kiegészítő lámpa (kanyar megvilágító)
Fényvetők felépítése:
pontszerű fényforrás - mindenfelé sugároz, széttartó sugarakat forgási paraboloid tükörrel párhuzamosítják, fókuszpontban legyen az izzó, nagyobb tükör nagyobb fényerő, tükör mélyhúzott acéllemez, lakkozva, alumíniummal gőzölve.
Paraboloid fókuszpontjában elhelyezett pontszerű fényforrás fénynyalábja
5. ábra
Távolsági lámpák: kis gyújtótávolságú, mélyen homorú tükör, jó fényhasznosítású, irányítottság nem annyira lényeges. Ködlámpa: nagy gyújtótávolság, irányítottság fontos, fényáram kihasználás rosszabb.
Tompított fényvetők:
A valóságos fényforrás nem pontszerű, kissé széttartó sugárnyaláb. Ezért árnyékolás szükséges az elvakítás megakadályozására. Aszimmetrikusnak kell lennie Európában (kevésbé zavarja a szemben jövőt). 40 m-ig biztosítsa a beláthatóságot. Fénynyaláb magassága és kapcsolhatósága, mint a fényszórónál.
Fókuszpont előtt elhelyezkedő fényforrás fénynyalábja
6. ábra
A 6. ábra mutatja a fókuszpont előtt elhelyezkedő fényforrás fénynyalábját.
Fókuszpont elé helyezve az izzót, lefelé árnyékolva, a fénysugarak a vízszintes felezősík fölé nem világítanak, nem vakítja a szemből jövőket.
Fényvetők felépítése:
tükrözőfelület (paraboloid tükör), fényforrás, szóróüveg.
Fényforrás:
W-szálas izzó:
kezdetekben csak ilyen izzók, rossz fényhasznosításúak, nem kell segédberendezés, a wolfram szál felizzik az áram hatására, fényt, hőt és gőzt (3000 °C körül) sugároz, fényhasznosítás 14-16 lumen/watt.
Halogén izzó:
Adalék halogén gáz (jód) a búrában. Termikus diffúzió hatására wolfram-jodid képződik, amely 600 °C felett visszaalakul. Nem gőzölög így el annyi wolframot - hosszabb élettartam. Magas hőmérséklet miatt kvarcüvegből készül. Fényhasznosítása 20-22 lumen/watt.
Élettartam változás:
Az izzószál hőmérséklete az áramtól, közvetve a feszültségtől függ. 5%-kal növelve a feszültséget a fényerő 20%-kal nő. Az élettartam 50%-kal csökken. Emiatt a feszültség szabályzás nagyon fontos.
Izzólámpák fényerőjének és élettartamának változása a %-os feszültség változással
7. ábra
A 7. ábra az izzólámpák fényerőjének és élettartamának változását mutatja a %-os feszültség változás
Közös burájú Duolux izzó:
Duolux izzó
8. ábra
A 8. ábrán egy duolux izzót látunk különböző nézetekből.
Közös burájú H4-es izzó látható a 9. ábrán
H4 típusú halogénizzó
9. ábra
Közös burájú izzók tulajdonságai:
fő és mellékizzó egy burában, távolsági izzószál a fókuszpontban, tompított izzószál előtte, alulról kanállal árnyékolva, a foglalat biztosítja, hogy csak adott irányban építhető be, az aszimmetriát a 165°-os takarókanál biztosítja.
A 10. ábra az izzószálak pozícionálását mutatja, illetve a fényük térképét.
Közös burájú izzók tulajdonságai
10. ábra
Szóróüveg:
lezárja a lámpát - mechanikai védelem, fényszórást biztosítja - a fényt vízszintes síkban teríti, bordázás segít az aszimmetria megvalósításában, különálló távolsági fényszóró üvege kis fénytörést okoz és a jármű elé is juttat fényt.
Kiegészítő berendezések:
fényvédő mosó + lapát, terhelés változásra tengely elmozdul - tompított is vakíthat, vízszintes tengely mentén billenthető, 3 állású vagy motoros, lehet automatikus is.
Kiegészítő lámpák:
Ködlámpa (ködfényszóró): lejjebb a többi fényvetőnél, szóróüveg bordázata függőlegesen sűrűbb - jobban teríti a fényt - kevesebb verődik vissza a ködről, 25 cm-nél nem lehet közelebb az úthoz, tompított fényszóró után kapcsolható. Hátsó helyzetjelző ködlámpa: csak vörös színű lehet, kötelező visszajelezni borostyán sárga színnel. Tolató lámpa: csak fehér színű lehet, csak hátramenetnél kapcsoljon, kocsi mögött 10 m-nél maximum 3 lux lehet a fényereje. Helyzetjelző lámpa: elöl fehér (vagy kadmium sárga), hátul vörös, tiszta időben 300 m-ről észlelhetőnek kell lennie, egyszerre kell kapcsolni mindegyiket (kivéve a várakozó lámpát (bal hátsó) álló motornál), vissza kell jelezni (akár műszerfal megvilágítással).
Irányjelzők, elakadásjelzők:
irányváltási szándékot jelzünk vele, elöl, oldalt és hátul villogó, sárga fénnyel, zöld visszajelzés (90ą30 villogás percenként), azonos oldalon egyszerre villanjanak, hibás izzót jelezze (nem villog vagy más ütemben).
Elektromechanikus vagy hódrótos kapcsolású irányjelző:
AB között hődrót, R ellenállással együtt index nem ég, de a hődrót melegszik é1 zár index ég, tekercs zárja é2-t visszajelzés ég, olcsó, kopik, rádiózavart okozhat.
A 11. ábra mutatja az elektromechanikus vagy hődrótos irányjelző kapcsolót. Melynek működése az előző sorokban volt látható. A 12. ábra egy elektronikus irányjelzőt és elakadásjelzőt mutat.
Hődrótos villogó adó
11. ábra
Elektronikus kapcsolású irányjelző:
Elektronikus kapcsolásnál:
ütemadó multivibrátor a kapcsoló, a relé pedig tranzisztor vagy tirisztor.
Vészkapcsoló kapcsolás:
Elektronikus irány- és elakadásjelző
12. ábra
Féklámpa:
nappal 50, éjjel 300 m-ről legyen látható, 4-szeres fényű, mint a helyzetjelző, 10%-os fékpedál nyomásnál már égjen, világító lámpákat biztosítékkal védjük /külön a jobb és bal oldalt/, nagyobb fogyasztókat relékkel kapcsoljuk.
Rendszámtábla és belső világítás:
éjjel 20 m-ről olvasható kell legyen a rendszám, helyzetjelzővel együtt kapcsolható, belső világítás külön kapcsolóval működtethető.
Modern lámpák:
Xenon lámpák (xenon gázzal töltött izzók):
Elektródák között elektromos ívfény, 23 kV-os trafó /gyújtáskor/, később 80-100 V, 5-6 másodperc után már 90 %-kal világít, Majd 40-50 mp múlva maximális fényerőt eléri.
HID /high intensity discharge/ lámpa:
3200-3500 lumen (Halogén izzó: 1000 lumen) 1.5-2 mp után 90% fényerő 20 mp után 100% fényerő
Miért jobb a xenon, mint a halogén?
jobb látási és láthatósági feltételek (3-4 szeres fénytöbblet), nagyobb oldalirányú terítés, színe jobban közelíti a természetes fényt (nem fárasztja a szemet annyira), 6-7 szeres élettartam, rázásra nem érzékeny, kisebb fogyasztás(55-100 W helyett 35 W).
Különbségek a xenon és halogén izzók esetében:
foglalatuk azonos, de kell egy trafó a xenonhoz, CAN buszos áramfigyelésnél hibát jelezhet a kisebb fogyasztás miatt, speciális izzókábel (+20 W, nincs spórolás), ki kell kapcsolni az izzó kontrollt vagy átállítani xenonra, Single-xenon: egyfajta lámpa csak (pl. tompított), Bi-xenon: két lámpa is xenon (tomp. és reflektor), Tri-xenon: három fajta lámpa is xenon (ködlámpa is).
Legújabb fejlesztések: LED (Light Emitting Diode)
1955, Rubin Braunstein felfedezte a gallium-arzenid (GaAs) és egyéb félvezető-ötvözetek infravörös fénykibocsátását. 1961, General Electric forgalmazza 1980-tól nálunk is (csak piros, zöld és sárga színben először) 100 lumen/watt fénykibocsátás 300-400 mA áramfelvétel Tömbösítés, több led-et kapcsolgatnak elektronikával vezérelve LED-es termékek előnyeik: gyorsabban kapcsolnak, akár néhány száz ms-mal - féklámpánál lényeges- métereket nyerhetünk vele, áramfelvétele töredéke a hagyományos izzókénak (ha a Szesocar-on az összes lámpa ég, akkor 14 wattot fogyaszt), élettartamuk többszöröse a régi lámpákénak, rázkódással szemben érzéketlen, a felvett teljesítmény 15 %-át sugározza ki fény formájában (többi hővé alakul, halogén izzóknál ez 5 % volt) Negatívum: túlfeszültségre érzékeny LED-es termékek: Először a hátsó lámpákba kerültek beépítésre (fék, helyzetjelző, tolató), majd belső világításként is kezdték használni 2008-tól kerül sorozatgyártásban első lámpába is (tompított és távolsági fényszóró, motorway light - nagy sebességhez, PBL (progressive bending light) - kanyar bevilágításához, DRL (daytime running light - nappali jelző világítás) ),akár XLED (kombinált Xenon és LED-es lámpa) Gyártók: VALEO, TOYODA, HELLA, OSRAM, STANLEY, LUMILEDS (Philips) Alkalmazók: Renault, Saab, Lexus, Toyota, VW, Audi
Lámpák kapcsolása:
Lámpák kapcsolása
13. ábra
A 13. ábra a különböző lámpák kapcsolási rajzát mutatja.
Intelligens lámpa vezérlés:
Kanyarban: Dinamikus Bixenon Lámpa- 15 fokot elforgatja Fix Bending Lámpa -külön lámpa Sebesség és kormány elfordítás szöge a szab. jel Autópályán: 80 km/h fölött, magasság állítás + lámpa akár Városban: magasság állítás, oldalra jobban világítson
A 14. ábra mutatja az intelligens lámpavezérlések közötti különbséget.
Intelligens lámpa vezérlés
14. ábra
Jármű világítás komplett kapcsolási rajza:
Jármű világítás komplett kapcsolási rajza
15. ábra
A 15. ábra egy komplett jármű világítás kapcsolási rajzát mutatja.
Hella and Stanley
A következő 16-20. ábrákon első modern fényvetőket láthatunk, míg 21-25. ábrákon hátsó LED-es világítótesteket és belső világítást
Hella and Stanley
16. ábra
Hella's earlier LED-headlamp prototype
Hella's earlier LED-headlamp prototype
17. ábra
Valeo full LED
Valeo full LED
18. ábra
Valeo's XLED
Valeo's XLED
19. ábra
Lexus LS600h
Lexus LS600h
20. ábra
Hátsó lámpák:
Opel Antara GTC ésToyota RAV4 SUV
21. ábra
VW Golf Plus:
VW Golf Plus
22. ábra
Delphi
Delphi
23. ábra
Boeing 787
Boeing 787
24. ábra
Mercedes-Benz S-Class
Mercedes-Benz S-Class
25. ábra

| Önellenőrző kérdések
1. Milyen színe lehet a fehéren kívül a távolsági fényszóróknak?
| zöld
| kék
| kadmium sárga
| piros
2. Milyen színű lámpával kell a műszerfalon visszajelezni a távolsági fényszóró használatát?
| zöld
| piros
| sárga
| kék
3. Mekkora a látható fény hullámhossza (nm)?
| 100-300
| 1000-2000
| 800-870
| 400-700
4. Milyen színnel világíthat a hátsó helyzetjelző?
| zöld
| kadmium sárga
| kék
| fehér
| vörös
5. Milyen gyakorisággal kell felvillanjon az irányjelző lámpa percenként?
| 90 ±30
| 50 ±30
| 30 ±10
| 100
6. Milyen messziről kell észlelni sötétben a féklámpa használatát (m)?
| 300
| 500
| 1000
| 100
7. A fékpedál hány %-os lenyomásánál kell jeleznie?
| 5
| 10
| 30
| 50
| egyik sem
8. Mi a fejlődési sorrendjük a felsorolt lámpának? (Első a legrégebbi) xenon-A, halogén-B, LED-C, W-szálas-D
| DBCA
| BDAC
| DBAC
| BDCA
9. Hány %-át sugározza ki hasznos fény formájában egy LED-es lámpa a felvett teljesítményéhez képest?
| 5
| 15
| 25
| 50
| 30
10. Mi a legfontosabb jó tulajdonsága a LED lámpáknak a korábbiakhoz képest?
| gyorsabban bekapcsolnak
| kevesebb fogyasztást
| rázkódással szemben ellenállóbb
| hosszabb élettartam
| jobb fényhasznosítás
11. Hányszoros fénysűrűség növekedés vakíthatja meg rövid időre a szemet?
| 80-100
| 10-20
| 1000
| 500
12. Hová helyezik a tompított fényvetőben az izzót?
| lámpatest fókuszpont elé
| lámpatest fókuszpontba
| lámpatest fókuszpont mögé
13. Hová helyezik a távolsági fényszóróban az izzót?
| lámpatest fókuszpontba
| lámpatest fókuszpont elé
| lámpatest fókuszpont mögé