NÁVRH ČELNÍHO OSVĚTLENÍ EXPERIMENTÁLNÍHO ELEKTROMOBILU

Bakalářská práce

Studijní program: B2646 – Informační technologie Studijní obor: 1802R007 – Informační technologie

Autor práce: Václav Veleba Vedoucí práce: Ing. Pavel Jandura

Liberec 2015

Bachelor thesis

Study programme: B2646 – Information Technology Study branch: 1802R007 – Information Technology

Author: Václav Veleba

Supervisor: Ing. Pavel Jandura

Liberec 2015

– 4 –

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.

Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

– 5 –

Abstrakt

Cílem práce bylo seznámit se s aktuálními možnostmi provedení čelního osvětlení moderních osobních automobilů a zejména těch s elektrickým pohonem. Dále se seznámit s příslušnou legislativou upravující požadované vlastnosti takovéhoto osvětlení.

Současně je práce zaměřena na vývoj světel, nastínění nových technologií, jejich výhody a nevýhody. Použití příkladů z praxe. Nakonec jsem navrhl vlastní řešení čelního osvětlení včetně směrových ukazatelů, systému denního svícení, resp. mlhových světlometů, respektující dané požadavky pro školní elektromobil.

Klíčová slova:

světlo, světlomet, svítidlo, osvětlení, adaptivní, technologie, optika, legislativa

– 6 –

Abstract

The aim was to explore current design opportunities frontal lighting modern cars and especially those with electric drive. Next to familiarize with the legislation governing the required properties such lighting. Subsequently, the work is focused on the development of lights, outlining new technologies, their advantages and disadvantages. Finally, I designed custom lighting solutions, including the front direction indicators, daytime running lights system, respectively fog lamps, witch respecting the requirements for school electric car.

Key words:

light, headlight, lamp, lighting, adaptive, technology, optical system, traffic, legislature

– 7 –

Obsah

ABSTRAKT ... 5

ABSTRACT... 6

OBSAH ... 7

1 ÚVOD ... 9

1.1 HISTORIE VÝVOJE OSVĚTLENÍ AUTOMOBILŮ: ... 9

1.2 SVĚTLO... 10

2 LEGISLATIVA ... 12

2.1 MEZINÁRODNÍ PŘEDPISY: ... 12

2.2 ČESKÉ VYHLÁŠKY A ZÁKONY: ... 12

2.3 PŘEDPISY PRO AUTOMOBILY A JEJICH VYBAVENÍ ... 12

3 KONSTRUKCE SVĚTLOMETŮ ... 14

3.1 PARABOLOVÝ REFLEKTOR S OPTIKOU NA SKLE ... 14

3.2 FREE-FORM REFLEKTOR ... 15

3.3 HALOGENOVÉ PROJEKTOROVÉ SVĚTLOMETY ... 16

3.3.1 Projektorový reflektor ... 17

3.4 ADAPTIVE FRONTLIGHTING SYSTÉM ... 17

3.4.1 Dálková a potkávací světla ... 17

3.4.2 Světlomet pro odbočování ... 18

3.4.3 Světlomet pro jízdu na dálnici ... 19

3.4.4 Světlo pro nepříznivé počasí ... 19

4 SVĚTELNÉ ZDROJE ... 20

4.1 KONVENČNÍ VLÁKNOVÉ ŽÁROVKY ... 20

4.2 HALOGENOVÉ ŽÁROVKY ... 20

4.3 XENONOVÉ VÝBOJKY ... 22

4.4 LED TECHNOLOGIE ... 23

4.4.1 Historie technologie LED ... 24

4.4.2 Vývoj LED technologie v datech ... 26

4.4.3 LED v automobilovém průmyslu ... 26

4.4.4 Barevné světlo LED diod... 26

4.4.5 Problémy LED technologie ... 27

– 8 –

4.4.6 Životnost LED čipů ... 28

4.4.7 Účinnost ... 28

4.4.8 Nebezpečnost pro lidský zrak ... 29

5 KONSTRUKCE ... 30

5.1 SVĚTLOMET ... 30

5.1.1 Potkávací světlo ... 30

5.1.2 Dálkové světlo ... 31

5.1.3 Přední světlomet do mlhy ... 31

5.2 SVÍTILNA ... 33

5.2.1 Směrová svítilna ... 33

5.2.2 Denní svítilna ... 35

5.2.3 Přední obrysová svítilna ... 36

5.3 MODELOVÁNÍ ... 37

5.3.1 CAD systém SolidWorks ... 37

5.3.2 Model mlhového světla ... 38

5.3.3 Model světlometu ... 39

5.4 NÁVRH DALŠÍHO POSTUPU ... 40

6 ZÁVĚR ... 41

CITOVANÁ LITERATURA ... 42

PŘÍLOHY ... 45

– 9 –

1 Úvod

Světlomety patří mezi nejdůležitější součásti automobilů. Jsou důležitým vybavením každého vozidla a bez nich je nelze provozovat na pozemních komunikacích. V provozu plní nezastupitelnou funkci, umožňují nám lépe vidět a také zajišťují, abychom i my byli viděni. Jsou tedy součástí jak pasivní tak aktivní bezpečnosti.

I přes nové inovativní technologie, které se dostávají do moderních vozů, se, alespoň v České republice, stále nedaří snižovat nehodovost. Velká část nehod končí těžkými zraněními, trvalými následky a nemalé procento z nich je bohužel také smrtelných.

V posledních několika letech, ostatně jako v mnoha dalších oblastech automobilového průmyslu, pokračoval vývoj osvětlovací techniky mílovými kroky. Tento vývoj značně usnadnil řidičům řízení vozidel v běžném provozu ale i za zhoršených světelných podmínek. Doufejme, že tento vývoj v budoucnu napomůže i ke snížení zmíněné nehodovosti.

Cílem této bakalářské práce je seznámit se s problematikou a navrhnout čelní osvětlení experimentálního elektromobilu TUL – eŠus.

1.1 Historie vývoje osvětlení automobilů:

 90. léta 18. století – Automobily používají olejové nebo acetylenové světlomety, jejichž plamen lépe odolává povětrnostním vlivům. Společností Columbia Automobile

Company byl představen první elektrický světlomet.

 polovina 19. století – Prosazují se světlomety s elektrický zdrojem světla, nejúspěšnější vyvíjí firma BOSCH. Další firma, OSRAM, představuje na svou dobu převratný vynález – bilux, žárovku, jejíž konstrukce umožňuje umístění dvou vláken v jedné skleněné baňce. To umožňuje spojit funkci tlumeného a dálkového světla do jednoho světlometu. Je všeobecně považována za předchůdce žárovky R2 nebo dodnes používané žárovky H4.

 2. polovina 19. století – Zkonstruována žárovka R2 umožňující použití asymetrických potkávacích světel. Jsou zaváděny přídavné dálkové světlomety

 1988 – Volně definovaná odrazná plocha postupně nahrazuje parabolu

 1991 – Potkávací světlomety Bosch Litronic s xenonovou výbojkou (BMW 7)

 1993 – Premiéra výkonnější halogenové žárovky H7

 1994 – Předpisy EHK 99 a 98, standardizující výměnné xenonové výbojky pro automobily

 1995 – Proměnný tvar světelného paprsku, do výroby 1996

– 10 –

 1996 – Dynamická regulace sklonu světlometu

 1997 – Úsporné a kompaktní halogeny nové generace H8, H9 a H11

 2002 – Elektronicky řízené adaptivní natáčecí světlomety

 2004 – Elektronicky řízená statická odbočovací světla („cornering“)

 2006 – Inteligentní světlomety ILS s proměnným tvarem a intenzitou paprsku (Mercedes-Benz E)

 2007 – Hlavní světlomety s diodami pro potkávací světlo (Lexus LS)

 2008 – Plně diodové hlavní světlomety (Audi R8)

 2009 – Řízení světelného paprsku podle kamery (Mercedes-Benz E)

 2010 – Diodová světla řízená kamerou (Audi A8)

 2012 – Světlomet s dynamickým cloněním části paprsku (Lexus LS)

 2013 – LED Laser Light (BMW i8)

 1962 – evropští výrobci světlometů představují halogenovou žárovku pro osobní automobily

 1991 – automobilka BMW představuje první xenonové světlomety, zatím pouze s jednoduchou výbojkou

 1999 – bi-xenonové světlomety, tedy klopená i dálková světla obstarává xenonová výbojka

 2007 – představen hlavní světlomet kompletně tvořený LED diodami

1.2 Světlo

Většina reálných zdrojů světla nevysílá jen záření jedné jediné vlnové délky, ale směs různých vlnových délek. Lidské vidění přitom není schopné samostatně rozlišit jednotlivé složky spektra. Skvěle ale dokáže vnímat směs mnoha vlnových délek jako jednu barvu.

Směs všech barev dohromady potom lidské oko vnímá jako bílou, tedy neutrální barvu, ve které žádná vlnová délka nepřevažuje [1].

Za viditelné světlo je považována ta část elektromagnetického spektra, kterou je schopno rozpoznat lidské oko. Udávané hodnoty frekvencí pro viditelné světlo se často rozcházejí, nejčastěji se lze setkat s rozsahem 3,9×10¹⁴ Hz – 7,9×10¹⁴ Hz, kde rychlost (c), frekvence (f) a vlnová délka (λ) jsou ve vztahu:

𝑐 = 𝑓 ∙ 𝜆

Rychlost světla v dokonalém vakuu je univerzální fyzikální konstantou s hodnotou c = 299 792 458 ms⁻¹.

– 11 –

Zajímavou vlastností elektromagnetických vln je jejich dualistický charakter. Chovají se současně jako vlny i jako částice. Vlnový charakter převládá u záření s delší vlnovou délkou, korpuskulární neboli částicový charakter převládá u záření s kratší vlnovou délkou. V elektromagnetické vlně není energie rozdělena spojitě, ale je soustředěna v jakýchsi shlucích – kvantech, které jsou chápány jako kvazičástice, tj. částice s nulovou klidovou hmotností. Z tohoto hlediska má světlo také povahu částicovou a mluví se o vlnově částicovém dualismu [2].

Obr. 1 – Spektrum elektromagnetického záření [1]

– 12 –

2 Legislativa

Konstrukce a výroba světlometů podléhá předpisům Evropské hospodářské komise (EHK). Tento předpis dělí příslušenství automobilů do tří skupin:

 součásti aktivní bezpečnosti

 součásti pasivní bezpečnosti

 součásti pro ochranu životního prostředí 2.1 Mezinárodní předpisy:

 EHK R6 – ukazatel směru

 EHK R19 – přední mlhový světlomet

 EHK R37 – žárovky

 EHK R48 – instalace světelné techniky na voze

 EHK R87 – denní svítilna

 EHK R119 – rohový světlomet = corner

 EHK R123 – AFS světlomety

Většina předpisů EHK týkajících se osvětlení automobilu patří do skupiny aktivní bezpečnosti.

2.2 České vyhlášky a zákony:

 341/2002 – Vyhláška Ministerstva dopravy a spojů o schvalování technické způsobilosti a o technických podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích

 361/2000 – Zákon o provozu na pozemních komunikacích a o změnách některých zákonů

 102/1995 – Vyhláška Ministerstva dopravy o schvalování technické způsobilosti a technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích

2.3 Předpisy pro automobily a jejich vybavení

Jak jsem uvedl výše, předpisy pro vývoj a konstrukci automobilů se zabývá komise EHK při OSN. Předpisy se nazývají „Jednotná ustanovení pro homologaci… (a následuje

– 13 –

odborný název součásti či příslušenství)“. Ratifikace těchto dokumentů začala v roce 1958. Jednotlivé předpisy ratifikovaly v drtivé většině všechny evropské státy a na několik přistoupily i některé mimoevropské státy.

Kromě těchto dokumentů existují také předpisy, které jsou založeny na Směrnicích EU a ratifikovány členy ES. Některé tyto předpisy byly již pozměněny, aby je bylo možné převést na příslušný předpis EHK.

– 14 –

3 Konstrukce světlometů

3.1 Parabolový reflektor s optikou na skle

Parabolový reflektor s optikou na skle je nejstarší klasický světlomet s parabolickou odrazovou plochou. Odrazová plocha je tvořena povrchem rotačního paraboloidu. Tento typ má jedno ohnisko a malou ohniskovou vzdálenost, která zajišťuje konzistentní osvětlení. V těchto typech reflektorů se využívají konvenční žárovky s jedním nebo dvěma vlákny. V případě použití dvouvláknové žárovky je vlákno pro tlumená světla umístěno před ohniskem reflektoru a používá se jen horní část odrazové plochy. Odražené paprsky vycházející z takového reflektoru jsou paralelní. Aby vylo zajištěno asymetrické rozdělení světla, je clonka, která kryje vlákno tlumeného světla, natočena pod mírným úhlem (cca 15 °). Správné rozložení světla na vozovce je docíleno optickými prvky na krycím skle.

Obr. 2 – schéma parabolového reflektoru s optikou na skle [16]

– 15 – 3.2 Free-form reflektor

Free-form reflektor je světlomet s vícenásobnou parabolickou odrazovou plochou.

Obsahuje různé typy odrazových plošek s odlišnými funkcemi. Jednotlivé segmenty odrazové plochy osvětlují různé části vozovky. Konstrukce odrazových ploch reflektoru se provádí pomocí složitých výpočtů s užitím speciálních programů a výpočetní techniky.

Světlo již není třeba dále usměrňovat jakýmikoli optickými členy na krycím skle. Čelní sklo světlometu je čiré, popřípadě z jiných materiálů, např. polykarbonátu.

Obr. 3 – free-form reflektor [16]

– 16 –

Někdy bývá free-forms reflektor označován zkráceně jako FF reflektor. Světelným zdrojem FF reflektoru mohou být klasické halogenové žárovky (H1, H4, H7, …) nebo xenonové výbojky (D1S, D2S, …).

3.3 Halogenové projektorové světlomety

Projektorové halogenové světlomety jsou na trhu poměrně krátce, přesto se již používají i u nižších tříd osobních automobilů a nalezneme je také u nákladních vozů.

Světlomet využívá pro rozptyl světla projektorovou čočku. To umožňuje vysoce efektivní využití světelného zdroje. Konstrukce je jednoduchá, což snižuje cenu světlometu. Další výhodou je použití široce rozšířených a také levných žárovek typu H7.

Obr. 4 – projektorový reflektor [16]

– 17 – 3.3.1 Projektorový reflektor

Světlomet s odrazovou plochou tvaru elipsy se nazývá projektorový reflektor. Světelným zdrojem bývají xenonové výbojky nebo halogenové žárovky.

Světelné paprsky ze zdroje se odráží od eliptické odrazové plochy a prochází ohniskem čočky. Na vozovku se promítá obrys clonky, která je umístěna mezi odrazovou plochou reflektoru a čočkou. Celý světlomet je chráněn čirým krycím sklem.

Projektové světlomety bývaly fixní, nyní se používají tzv. bi-moduly. V bi-modulu dochází k přepínání mezi dálkovými a tlumenými světly elektromagneticky ovládaná clonka. Nově se používá též clonka plynule ovládaná krokovým motorkem.

3.4 Adaptive Frontlighting Systém

Adaptive Frontlighting Systém (AFS), je adaptabilní systém předních světel. Tento systém zajišťuje, že se světlomety přizpůsobí aktuální situaci, tedy počasí či prostředí, ve kterém se vozidlo pohybuje. To nejvíce oceníme při jízdě v mlze, hustém sněžení nebo za deště. Světlomety jsou tedy konstruovány tak, aby co nejméně omezovaly všechny účastníky provozu, například oslněním nebo odlesky. Nabízejí různé režimy osvětlení, například pro město, dálnici či jízdu v dešti. [3]

Poprvé s těmito světly přišla v 60. letech automobilka Citroën. Technické řešení bylo založeno čistě na mechanickém principu. Systém byl velmi jednoduchým dálkové světlomety se pohybovaly horizontálně podle úhlu natočení volantu. V současné době je využíváno složité programové vybavení a moderní řídící elektronika.

Systém AFS se snaží řidiči poskytnout co možná nejvíce světla v každém okamžiku a za každé situace. Nejvíce je jeho potenciál samozřejmě využit v noci, ale své uplatnění najde, i pokud se řidič s vozidlem pohybuje v úzkých tmavých uličkách měst nebo za šera na polních cestách mezi vesnicemi. Systém AFS světla automaticky nastavuje a přizpůsobuje podle rychlosti jízdy, směru vozovky a natočení volantu.

3.4.1 Dálková a potkávací světla

Potkávací a dálková světla, pokud je vůz vybaven AFS, se automaticky zapnou, jakmile se překročí mezní úroveň okolního osvětlení, tedy pokud se večer setmí, nebo vůz vjede například do tunelu či podzemních garáží.

– 18 –

Zejména na polních cestách a silnicích se spoustou zatáček zlepšuje výhled a zvyšuje bezpečnost natáčení světel. To také zvyšuje komfort řidiče. Natáčení potkávacích i dálkových světel je realizováno pomocí servomotorů, které jsou ovládány řídící jednotkou. Ta neustále v reálném čase vyhodnocuje signály z čidel a podle nastavených parametrů, jakými může být natočení volantu či rychlost, řídí úhel natočení.

3.4.2 Světlomet pro odbočování

Světlo slouží pro osvětlení zatáčky a je spínáno automaticky při nízkých rychlostech, když vozidlo odbočuje, zatáčí nebo při zapnutí blinkrů. Jízdní pruh a krajnice jsou zřetelně lépe osvětlené. Světlomet do zatáčky je integrovaný budˇ přímo ve světle anebo může být v nárazníku mimo světlomet. Při aktivaci světla do zatáčky, krajnice je osvětlena od 30 do 60 stupňů. Levnější alternativa je nabízena v kombinaci s mlhovým světlem.

Obr. 5 – Porovnání konvenčních a AFS dálkových světel [17]

Obr. 6 – Automobil s a bez světlometu pro odbočování [17]

– 19 – 3.4.3 Světlomet pro jízdu na dálnici

Od rychlostí okolo 90 km/h se aktivuje světlo pro provoz na dálnici. Světlo se se zvyšující rychlostí mírně zvedne a výkon světelného zdroje se zvýší. Prodlouží se tak dosah osvětlení až na 130 m. Tento režim světla významně přispívá ke zvýšení bezpečnosti při vysokých rychlostech.

3.4.4 Světlo pro nepříznivé počasí

Toto světlo pomáhá řidiči během nepříznivého počasí, například v dešti anebo při mlze.

S aktivovaným potkávacím světlem, s mlhovým světlem a rychlostí pod 70km/h je levé světlo (při pravostranném řízení) nakloněno o 8 stupňů do vnější strany a o 1 stupeň níže.

Tímto je oslnění vlastním světlem v mlze zredukováno a levá krajnice lépe osvětlena.

Obr. 7 – Světlomet pro jízdu na dálnici [17]

Obr. 8 – Porovnání konvenčního světlometu a světlometu pro nepříznivé počasí [17]

– 20 –

4 Světelné zdroje

4.1 Konvenční vláknové žárovky

První pokusy se žhavením materiálů průchodem elektrického proudu byly zaznamenány na počátku 18. století. Výrobu žárovky zdokonalil a následně po soudních sporech patentoval Thomas Alva Edison v roce 1879. Na trh byly první žárovky uvedeny v roce 1881.

Konvenční vláknové žárovky jsou stále nejrozšířenějším druhem zdrojů světla motorových vozidel. Patří mezi žárové zdroje. Světlo vzniká rozžhavením wolframového vlákna na vysokou teplotu. V baňce žárovky dříve bývalo vakuum, ve kterém dochází k menší emisi materiálu vlákna. Nyní jsou baňky plněny směsí inertních plynů, většinou kryptonem, argonem, nebo dusíkem.

Mezi hlavní výhody žárovky jako světelného zdroje patří vysoce automatizovaná výroba, spojité spektrum vyzařovaného světla (obsahuje všechny vlnové délky, od červené po fialovou) a mají vynikající podání barev (Ra = 100). Dále pak neobsahují žádné škodlivé a pro životní prostředí nebezpečné látky, jako např. rtuť.

Mezi nevýhody patří především nízká účinnost, pouze okolo 10 – 15 %, to, že povrch žárovek se silně zahřívá a také velká závislost parametrů a životnosti na napájecím napětí.

Emisí materiálu se vlákno zeslabuje a v místě zeslabení dochází k přetavení nebo přetržení vlákna, navíc se emitovaný materiál pohybuje směrem od vlákna k baňce, na jejímž povrchu se usazuje a tím se snižuje světelná účinnost žárovky.

4.2 Halogenové žárovky

Halogenové žárovky mají v porovnání s konvenčními žárovkami delší životnost, vyšší účinnost a také svítivost. U automobilových halogenových žárovek se podařilo překročit hranici 1000 lm u tlumených a 1600 lm u dálkových světlometů. Skleněná baňka z křemičitého skla je u halogenové žárovky naplněna směsí plynů s příměsemi halových prvků, např. bromem a metylbromidem. Barevná teplota halogenových žárovek se pohybuje okolo 3200 K. Světelný výkon halogenových žárovek je však dosti závislý na velikosti napětí, s jeho poklesem se svítivost významně snižuje. Při vyšším napětí se zase

– 21 –

razantně snižuje jejich životnost. Vliv na životnost má i dlouhodobé působení otřesů, čemuž se při použití v automobilech dá jen stěží vyhnout.

Někteří renomovaní výrobci, např. Osram nebo Philips klasické halogenové žárovky dokázaly vylepšit. Jejich světlo se barevnou teplotou blíží teplotě denního světla a generují až o 80 % více světa. To umožňuje bez vysokých pořizovacích nákladů zlepšit viditelnost i ve starších automobilech. Daní za toto vylepšení je bohužel jejich o něco vyšší cena a snížená životnost.

Další výhodou, kromě již zmíněných, je jejich menší velikost, což je v dnešní době miniaturizace velmi kvitováno jak designéry, tak výrobci. Zmenšení velikosti klasických žárovek není možné, jelikož u svítící žárovky se z rozžhaveného wolframového vlákna uvolňují molekuly wolframu a usazují se vnitřní straně skleněné baňky, která je chladnější. Tyto usazené wolframové částice způsobují typické zčernání, jenž má za následek pohlcování části světla a snížení prostupnosti. Proto jsou klasické žárovky tak rozměrné, wolframové částice se usazují na větší ploše a zčernání není tak intenzivní.

Přidáním některého z halogenů, většinou bromidu nebo jódu, se sice uvolňování wolframových částic nezabrání, ale zamezí se jeho usazování na stěnách baňky.

„Než mohou částice wolframu uvolněné z vlákna dosáhnout vnitřní stěny baňky, naváží se na halogen a vznikne halogenid wolframu. Plynné halogenidy wolframu se neusadí na stěně baňky, ale díky tepelnému proudění se volně pohybují v baňce, dokud nedoputují zpět ke žhavému vláknu. Díky vysoké teplotě se halogenidy wolframu po dopadu na vlákno rozloží opět na halogen a wolfram. Částice wolframu se neusazují na horká místa vlákna, nýbrž na chladnější část na jeho konci. Uvolněné halogeny jsou znovu připravené vstoupit do halogenového cyklu. To znamená, že atomy wolframu se nemohou usazovat

Obr. 9 – Wolframové částice se vrací do vlákna a

halogeny se znovu uvolňují. [4] Obr. 10 – Černé částice wolframu se uvolňují ze žhavého vlákna a putují k chladnější stěně baňky. [4]

– 22 –

na stěně baňky a baňka tedy nezčerná, takže i sebemenší halogenová žárovka vždy zůstane čirá. Tím se zabrání nevyhnutelnému snížení světelného toku během životnosti, k němuž dochází u klasických žárovek.

Halogenový cyklus v halogenových žárovkách umožňuje použití výrazně menší baňky oproti klasické žárovce. Díky menší velikosti je možné k výrobě baňky a k jejímu naplnění použít dražší materiály a zvýšit tak kvalitu světelného zdroje. Výsledkem je významné zkvalitnění světla a prodloužení životnosti. Všechny halogenové žárovky se vyznačují konstantním světelným tokem a delší životností.“ [4].

4.3 Xenonové výbojky

Zdrojem světla je v xenonových světlometech výbojka, která zaručuje vysokou svítivost a dlouhou životnost. Oproti halogenovým světlometům jsou výrazně dražší, proto se používají u vyšších tříd automobilů.

Světlo ve výbojce vydává elektrický oblouk, který vzniká mezi dvěma elektrodami, umístěnými ve skleněné baňce, naplněné inertním plynem – Xenonem. Pro vznik výboje mezi elektrodami je zapotřebí vysokonapěťový impulz o velikosti několika tisíc voltů, který je generován zapalovacím modulem.

Největší výhodou je bezesporu barva světla, vydávaná výbojem v prostředí s xenonem.

Ta se pohybuje okolo 4 000 °K, takže je bližší teplotě denního světla než halogenová žárovka, která má 3 200 °K.

Obr. 11 – Xenonová výbojka [5]

– 23 –

Výbojky se používají z důvodu vyšší účinnosti. Při stejném příkonu dokáží emitovat přibližně dvaapůlkrát více světla v porovnání s halogenovou žárovkou, tudíž mají i vyšší dosvit. Jejich životnost je zhruba šestinásobná.

Xenonové světlomety jsou vyspělým moderním zařízením se spoustou podpůrných systémů, které řídí jejich start, hlídají teplotu a proudy, automaticky nastavují sklon světlometů podle aktuální zátěže vozu. Podle předpisů musí být vybaveny ostřikovači.

Standardní xenonové světlomety v sobě kombinují halogenové žárovky, které jsou použita pro dálková světla a výbojky pro potkávací. V novějších bi-xenonových světlometech jsou použity výbojky pro oba typy světel. [5]

4.4 LED technologie

Zavedení LED technologie v oblasti osvětlení automobilů bylo významným posunem v jeho kvalitě a v této oblasti to znamenalo malou revoluci. V porovnání s tradičními světelnými zdroji spotřebovávají diody třetinu elektrické energie. To je jejich hlavní výhodou.

Na počátku roku 2011 uvedla společnost OSRAM ve své tiskové zprávě, že LED světla mohou snížit spotřebu v automobilech, obzvlášť pokud jsou alternátory a generátory uzpůsobeny pro vyšší efektivitu. Výhody LED světel lze názorně předvést právě

Obr. 12 – Porovnání rozptylu světla xenonové výbojky a halogenové žárovky [5]

– 24 –

na elektromobilech. Podle společnosti je možné zvýšit dojezdovou vzdálenost údajně až o 9,5 km. V současné době je kladen důraz na co nejvyšší efektivitu, která souvisí se zmenšováním motorů, snižováním hmotnosti a celkové spotřeby. LED zdroje světla jsou tedy jedním z dalších logických kroků, které pomáhají plnit náročné emisní normy. Běžné halogenové žárovky do auta mají totiž výkon 240 W, zatímco OSRAM JOULED LED světla pouze 56 W. Problémem však i nadále zůstává výrazně vyšší cena. [6]

Snahou výrobců aut a zejména pak elektromobilů, je snížení energetické náročnosti doplňkových spotřebičů, tedy i osvětlení, které je nutné pro dodržení všech legislativních požadavku a norem pro provoz na pozemních komunikacích. Tím se zvyšuje následný dojez a prodloužení životnosti hlavních akumulátorů z hlediska dobíjení, energetického vytížení apod. [7]

Již v roce 2003 americké ministerstvo energetiky zpracovalo rozbor, ze kterého vyplynulo, v jaké výši by bylo možná úspora nákladů, pokud by byly všechny světelné zdroje v osobním automobilu v USA vyměněny za LED. Z rozboru vyplývá, že potencionální úspora činí až 308 100 l paliva. V následující tabulce Tabulka 1 – Porovnání spotřeby energie je uvedeno porovnání spotřeby energie konvenčních a LED zdrojů.

Automobilová světla podle

funkce

Roční doba využit (h/rok)

Příkon tradičního osvětlení

(W)

Roční spotřeba tradičního osvětlení

(W)

Příkon osvětlení s LED

(W)

Roční spotřeba osvětlení s LED

(W)

přední potkávací 200 86 až 110 21 600 90 až 130 22 000

přední dálková 30 130 až 240 3 900 90 až 130 3 300

brzdová 200 51,20 10 240 6,0 1 200

koncová 220 15,10 3 322 0,5 110

parkovací 220 14,20 3 115 2,0 440

směrovky 220 6,92 3 045 1,2 264

centrální brzdové 200 25,10 5 016 2,2 440

couvací 25 35,80 895 6,0 150

osvětlení RZ 220 9,48 2 086 2,5 550

denní (20 %) 280 51,20 2 867 3,5 392

celkem 59 926 29 596

Tabulka 1 – Porovnání spotřeby energie [8]

4.4.1 Historie technologie LED

LED diody se poprvé objevily před více než 30 lety. Od té doby jsou stále vyvíjeny a zlepšovány, přičemž v posledních deseti letech jejich technický vývoj pokračuje vysokým

– 25 –

tempem. Za poslední roky se obrovsky zvýšila jejich účinnost. V nedávné době byla překonána hranice 300 lm / W a stále se zvyšuje.

– 26 – 4.4.2 Vývoj LED technologie v datech

 1907 – britským výzkumníkem H.J. Roundem objevena elektroluminiscence

 1921 –Olegem Vladimirovichem objevena první LED dioda

 1935 – francouzským fyzikem Georges Destriauem objeveny světelné emise v sulfidu zinečnatém

 1962 – Američanem Nickem Holonyakem vyvinuta první červená luminiscenční dioda, zahájena průmyslová produkce

 1971 – zahájena výroba LED diod dalších barev

 1993 – japonským profesorem Shuji Nakamurou vyvinuta první vysoce svítivá modrá a zelená LED

 1995 – zahájena průmyslová výroba bílých LED, ve kterých vzniká bílé světlo pomocí luminoforu

 2006 – vyrobeny první LED diody se světelnou účinností 100 lm / W

 2014 – firmou Osram překonána hranice účinnosti 300 lm / W

4.4.3 LED v automobilovém průmyslu

V České republice se první automobil s LED světlomety objevil zkraje roku 2015. Místo xenonů je začala nabízet automobilka Seat [9]. Kompletní osvětlení vozu, tedy přední světlomety včetně LED denního svícení a koncová světla spolu s osvětlením registrační značky, lze pořídit jako příplatkovou výbavu za zhruba 30 000 Kč. Jedná se tedy stále o poměrně drahou záležitost, ovšem s jejím masivnějším rozšířením se dá očekávat její výrazné zlevnění.

4.4.4 Barevné světlo LED diod

Vlnová délka světla vyzařovaného LED diodou závisí na použitém materiálu polovodiče.

Každý materiál, případně jejich kombinace, vyzařuje světlo v jiné části spektra. Tímto způsobem, tedy volbou materiálu, lze docílit vyzařování konkrétní barvy světla. Jedná se o monochromatické LED. Tyto jednobarevné LED diody své světlo vyzařují ve velmi úzkém spektru vlnových délek.

To je také důvodem, proč prozatím nelze vyrobit diodu, která vyzařuje bílé světlo. Bílou barvu lidské oko vnímá světlo, které obsahuje všechny vlnové délky viditelného spektra.

K tomu, aby LED dioda svítila bíle, se využívají 2 způsoby. Prvním z nich je míchání

– 27 –

barev aditivním způsobem, další možností, jak dosáhnout bílé barvy, je pomocí fotoluminiscence.

4.4.4.1 Aditivní způsob

Při aditivním skládání světel se výsledné vlnové délky dosáhne sčítáním vlnových délek jednotlivých složek. Bílé světlo vznikne smícháním červeného, zeleného a modrého světla, tedy tak, že v malém prostoru, pixelu, jsou 3 monochromatické diody. Tohoto způsobu se využívá v barevných displejích. Výhodou tohoto způsobu je to, že kromě bílé, je možno dosáhnout kterékoliv barvy a to vhodným poměrem intenzit světla jednotlivých základních barev.

4.4.4.2 Fotoluminiscence

Fotoluminiscence se u bíle svítících LED diod využívá častěji. Dioda je zkonstruována tak, že oblast, kterou světlo prostupuje ven, je opatřena vrstvou luminoforu. Dioda produkuje záření v modré části spektra (vlnové délky 450 – 470 nm) a luminofor toto záření následně transformuje na světlo o větší vlnové délce, které se nám jeví jako bílé, popř. žlutobílé. Barevnou teplotu světla lze ovlivnit právě tloušťkou a složením luminoforu. [10]

4.4.5 Problémy LED technologie

Nahrazení klasických žárovek, či výbojek LED technologií není zcela jednoduché. Jedná se totiž o naprosto odlišnou technologii a pracovníci vývojových center proto musí řešit rozdílné problémy, než tomu bylo při konstrukci světel s klasickými zdroji světla.

4.4.5.1 Chlazení

LED čipy, jako i všechny ostatní polovodičové součástky, se při svém provozu zahřívají.

Aby teplota P-N přechodu nevzrostla nad nebezpečnou mez (cca 100 °C), je nutné čipy dostatečně chladit, nejlépe na teploty pod 80 °C. Při vyšších teplotách klesá životnost čipů. Nejčastěji se používá pasivní chlazení pomocí hliníkových nebo měděných chladičů. Provedení a tvar chladičů závisí na typu čipu a požadovaném světelném výkonu.

– 28 – 4.4.5.2 Napájení

LED technologie potřebuje ke svému napájení zdroj stejnosměrného napětí o velikosti přibližně 3 V. V automobilovém průmyslu se ovšem používá napětí o velikosti 12 V nebo 24 V. [7] Tento problém se většinou řeší zapojením více LED čipů do série.

LED čipy mají dosti strmou závislost proudu na napětí. To má za následek, že i nepatrný výkyv ve velikosti napájecího napětí má za následek dosti významný vliv na velikost proudu. Může tak dojít k výraznému zvýšení proudu protékajícího čipem, který jej může snadno zničit. Jelikož v napájecí soustavě automobilu dochází k přepětím poměrně často, je důležité pro napájení LED čipů využívat zdroje konstantního proudu. [7]

4.4.6 Životnost LED čipů

Životnost LED čipů je ovlivněna teplotou přechodu P-N při provozu. Pokud je čip dobře chlazen, je možné dosáhnout životnosti až 100 000 hodin. V současnosti se však většinou životnost pohybuje okolo 50 000 hodin, což je přes 5,5 roku nepřetržitého svícení.

Životnost je často také omezena použitými napájecími zdroji, které vydrží méně než samotné čipy.

4.4.7 Účinnost

Dnešní moderní LED čipy se téměř přibližují fyzikálnímu limitu, tedy k hranici, kdy na jeden foton vystupující z čipu je potřeba jednoho elektronu, který do něho vstupuje.

Nejvyšší účinnosti lze dosáhnout u jednobarevných LED. U bílých, které se skládají z různě barevných čipů a pro vyzařování bílé barvy světla využívají luminofor, dochází samozřejmě ke ztrátě účinnosti. Při použití luminoforu lze totiž dosáhnout zhruba jen třetinové hodnoty teoretického maximálního světelného výkonu. Další součástí, která snižuje celkovou účinnost, je napájecí zdroj. Ten má svou vlastní účinnost mezi 80 – 95 %. [11]

V současné době se stále daří účinnost zvyšovat. V roce 2014 byla americkou společností CREE překonána magická hranice 300 lm/W. V březnu 2014 vydala tato společnost zprávu [12], že se jí podařilo vyvinout diodu, která je schopna za běžné pokojové teploty dosáhnout účinnosti 303 lumenů na watt a to při teplotě chromatičnosti 5150 K a proudu 350 mA.

– 29 – 4.4.8 Nebezpečnost pro lidský zrak

V posledních letech se LED technologie masivně rozšířila do všech odvětví spotřební elektroniky. V souvislosti se zvyšováním výkonu LED diod nastává problém s jejich bezpečným použitím. Především bílé diody s vyšším výkonem, které se používají pro osvětlování, představují riziko pro lidský zrak. Problémem je úzký vyzařovací úhel a také jiné spektrum vyzařovaného světla, na které není lidské oko přizpůsobeno.

LED diody vyzařují kromě viditelného i infračervené a ultrafialové záření. Obě tato pro lidi neviditelná záření mohou při delší expozici poškodit oční sítnici. Nedoporučuje se proto dívat přímo do LED zdrojů světla a to ani po krátkou dobu v řádech několika sekund.

– 30 –

5 Konstrukce

Pro návrh osvětlení jsem použil CAD software čili počítačem podporované projektování (computer-aided design). Jedná se o oblast v počítačové technice, která se zabývá navrhováním, projektováním a modelováním. CAD programy obsahují různé nástroje od navrhování 3D modelů i 2D výkresů až po pokročilé výpočty a simulace reálných fyzikálních dějů.

5.1 Světlomet

Světlomet je definován jako zařízení primárně konstruované k osvětlení vozovky. Účel světlometu je vždy stejný – osvětlení vozovky. Světelným zdrojem může být klasická halogenová žárovka, xenonová výbojka či LED dioda. Světlomety dělíme podle typu vytvořeného světla.

5.1.1 Potkávací světlo

Tlumené světlo je užívané pro osvětlení vozovky před vozidlem, nesmí oslňovat ani jinak obtěžovat řidiče jedoucí v protisměru či před vozidlem.

Světlo, které vydává, je asymetrické. Část svazku světla je z referenční osy vychýlena pod stanoveným úhlem na tu stranu, po které se v zemi registrace vozidla jezdí, tedy u nás vpravo.

Je povinné u motorových vozidel, zakázané u přípojných vozidel. Je povolena pouze bílá barva. Mohou být pouze dvě.

5.1.1.1 Umístění:

 Na šířku: okraj svítícího povrchu, nejvíce vzdálený od podélné střední roviny vozidla, nesmí být od nejvzdálenějšího vnějšího okraje vozidla vzdálen více než 400 mm. Vnitřní okraje svítícího povrchu musí být od sebe vzdáleny nejméně 600 mm.

 Na výšku: nejméně 500 mm a nejvýše 1200 mm nad zemí.

 Na délku: na přední části vozidla se tato podmínka považuje za splněnou, jestliže vyzařované světlo neobtěžuje řidiče ani přímo, ani nepřímo přes zpětná zrcátka nebo jiné plochy na vozidle, odrážející světlo, případně přes obojí.

– 31 – 5.1.2 Dálkové světlo

Dálkové světlo je užívané k osvětlení vozovky na velkou vzdálenost před vozidlem. Je povinný u motorových vozidel, zakázaný u přípojných vozidel. Je povolena pouze bílá barva. Mohou být dva nebo čtyři, s uděleným schválením typu podle předpisů č. 31, 98 nebo 112, vyjma světlometu třídy A. Dálkové světlomety mohou být rozsvěcovány současně nebo ve dvojicích. Při přepínání z potkávacího světla na světlo dálkové se musí rozsvítit nejméně jedna dvojice dálkových světlometů. Při přepínání z dálkového světla na světlo potkávací musí zhasnout současně všechny dálkové světlomety. Potkávací světla mohou zůstat rozsvícena současně se světly dálkovými. Kontrolka zapojení obvodu je povinná.

5.1.2.1 Umístění:

 Na šířku: vnější okraje svítícího povrchu nesmějí být v žádném případě blíže k nejvzdálenějšímu vnějšímu okraji vozidla než vnější okraje svítícího povrchu tlumených světlometů.

 Na výšku: nepředepisuje se.

 Na délku: před přední nápravou vozidla a je namontován tak, aby vyzařované světlo neobtěžovalo řidiče ani přímo ani nepřímo přes zpětná zrcátka nebo jiné plochy vozidla, odrážející světlo, případně obojí.

5.1.3 Přední světlomet do mlhy

Vytváří světlo zlepšující osvětlení vozovky za mlhy, deště, sněžení, ale i např. v mračném prachu Přední mlhový světlomet je nepovinný u motorových vozidel, nepřípustný u přípojných vozidel. Zákon číslo 361/2000Sb.§ 63 odst. 1 říká, že motorová vozidla, která mají nejméně čtyři kola, a motorová vozidla se třemi koly uspořádanými souměrně k podélné střední rovině vozidla, mohou být vybavena dvěma předními světlomety shodného provedení se světlem do mlhy bílé nebo žluté selektivní barvy. Použití předních mlhových světlometů tedy není povinné. Proto se tyto světlomety u vozidel se základní výbavou, u kterých je rozhodující cena, neobjevují. Většinou však bývá možné si v rámci příplatkové výbavy přední světlomety dokoupit. V současné době, kdy je kladen velký důraz na bezpečnost, se přední mlhové světlomety již začínají dostávat do základních výbav i levnějších modelů.

– 32 –

Přední mlhová světla osvětlují vozovku před vozidlem v případě mlhy, v noci i ve dne.

Mlhová světla zajišťují krátký, ale široký světelný paprsek, který pomáhá prosvítit mlhu, a osvětluje tak prostor přímo před vozidlem a pomáhá řidič lépe se orientovat podle značení na vozovce.

Od 1. července 2006 obecně platí, že motorová vozidla musí mít rozsvícená světla ve dne i v noci po celý rok, musí používat obrysová světla a potkávací světla (nebo světla pro používání za dne) zvláště při snížené viditelnosti, ve veškerém provozu.

V mlze, při sněžení nebo silném dešti může řidič používat přední mlhová světla a v těchto podmínkách musí používat zadní (červená) mlhová světla.

5.1.3.1 Umístění:

 Na šířku: bod svítícího povrchu, nejvíce vzdálený od podélné střední roviny vozidla, nesmí být vzdálen více než 400 mm od nejvzdálenějšího vnějšího okraje vozidla.

 Na výšku: nejméně 250 mm nad zemí. Žádný bod svítícího povrchu nesmí být výše než nejvyšší bod svítícího povrchu tlumeného světlometu.

 Na délku: na přední části vozidla se tato podmínka považuje za splněnou, jestliže vyzařované světlo neobtěžuje řidiče ani přímo, ani nepřímo přes zpětná zrcátka nebo jiné plochy na vozidle, odrážející světlo, případně přes obojí.

5.1.3.2 Orientace:

Mlhové světlomety nesmějí měnit svou orientaci v závislosti na poloze řízení. Musí být orientovány směrem dopředu, aniž by oslňovaly nebo příliš obtěžovaly řidiče, přijíždějící v opačném směru nebo ostatní uživatele vozovky.

5.1.3.3 Kombinace:

Může být skupinový s ostatními předními světlomety, resp. svítilnami. Nesmí být sdružený s řádným jiným světlometem. Může být sloučený s dálkovými světlomety, nepohyblivými v závislosti na poloze řízení, jsou-li použity čtyři dálkové světlomety, a dále s předními obrysovými svítilnami, s parkovacími svítilnami.

– 33 – 5.1.3.4 Elektrické zapojení:

Mlhové světlomety musí být možné rozsvěcet a zhasínat nezávisle na dálkových a potkávacích světlometech a naopak. Kontrolka je nepovinná.

5.1.3.5 Barevná teplota světla

Dle předpisů EHK/OSN č. 19 a EHK/OSN č. 48 je možné na vozidle použít mlhové světlomety dvou barev, selektivně žluté nebo bílé. Co přesně se rozumí pojmem

„selektivní žlutá“ je definováno v předpise EHK/OSN č. 48. Zjednodušeně se dá říct, že se jedná o bílé světlo, ze kterého bylo zcela odstraněno jeho modré spektrum. Důvodem pro používání selektivně žlutého světla je fakt, že lidské oko jej vnímá mnohem lépe.

Je poměrně rozšířenými mýty, že žluté světlo mlhu lépe prosvítí nebo že dosvítí dál. Ve skutečnosti tomu tak není. Selektivně žluté světlo má asi o 20 % menší světelný výkon, než je světelný výkon etalonové bílé žárovky.

Světlo modré barvy je všeobecně lidským okem vnímáno velmi negativně. Čím vyšší teplotu chromatičnosti světlo má, tím hůře je lidským mozkem posuzováno. Je to jedním z důvodů, proč si často lidé stěžují, že se jim HID světlomety, které mají teplotu chromatičnosti okolo 4500 K, špatně jezdí, nebo že je tato světla nepříjemně oslňují.

Aby mlhové světlomety sloužily skutečně svému účelu dobře, navrhuji tedy použít zdroj světla selektivně žluté barvy.

5.2 Svítilna

Svítilna je zařízení k vysílání světleného signálu ostatním uživatelům silnice. Na vozidle je umístěno několik typů.

5.2.1 Směrová svítilna

Směrová svítilna znamená svítilnu, sloužící k informaci pro ostatní uživatele silnice, že řidič chce měnit směr vpravo nebo vlevo. Směrová svítilna je povinná. Barva je oranžová.

Typy směrových svítilen jsou rozděleny do kategorií (1, 2 a 5), jejichž montáž na jednom motorovém vozidle tvoří uspořádání A (Uspořádání A platí pouze pro motorová vozidla) 5.2.1.1 Počet:

 dvě přední směrové svítilny (kategorie 1),

– 34 –

 dvě zadní směrové svítilny (kategorie 2),

 dvě doplňkové boční směrové svítilny (kategorie 5).

5.2.1.2 Umístění:

 Na šířku: vzdálenost mezi nejvzdálenějšími vnějším okrajem vozidla a vnějším okrajem svítícího povrchu nesmí být větší než 400 mm. Vzdálenost mezi vnitřními okraji obou svítících povrchů nesmí být menší než 600 mm. Jestliže svislá vzdálenost mezi zadní směrovou svítilnou a příslušnou zadní obrysovou svítilnou není větší než 300 mm, vzdálenost mezi nejvzdálenějším vnějším okrajem vozidla a vnějším okrajem svítícího povrchu zadní směrové svítilny nesmí být o více než 50 mm větší než vzdálenost mezi nejvzdálenějším vnějším okrajem vozidla a vnějším okrajem svítícího povrchu příslušné zadní obrysové svítilny. U předních směrových svítilen nesmí být svítící povrch vzdálen méně než 40 mm od svítícího povrchu potkávacího světlometu nebo předního mlhového světlometu, pokud je. Menší vzdálenost se však vypouští, je-li svítivost ve vztažné ose směrové svítilny při nejmenším rovna 400 cd.

 Na výšku nad zemí: nejméně 500 mm u směrových svítilen kategorie 5, nejméně350 mm u směrových svítilen kategorií 1 a 2, nejvýše 1500 mm u všech kategorií. Jestliže nosná konstrukce vozidla neumožňuje dodržet tuto maximální hranici, smí nejvyšší bod svítícího povrchu u směrových svítilen kategorie 5, být ve výšce 2300 mm a u směrových svítilen kategorií 1 a 2 ve výšce 2100 mm.

 Na délku: vzdálenost mezi vztažným středem svítícího povrchu boční směrové svítilny (uspořádání A) a příčnou rovinou vozidla, vymezující vpředu celkovou délku vozidla, nesmí být větší než 1800 mm. Jestliže nosná konstrukce vozidla neumožňuje dodržet nejmenší úhly viditelnosti, může se tato vzdálenost zvětšit až na 2500 mm, je-li vozidlo vybaveno podle uspořádání A.

5.2.1.3 Kombinace:

Může být skupinová s jednou nebo více svítilnami, světlometem. Nesmí být sdružená s žádnou jinou svítilnou. Nesmí být sloučená jinak než s parkovací svítilnou.

Elektrické zapojení: Zapínání směrových svítilen je nezávislé na zapínání ostatních svítilen a světlometů. Všechny směrové svítilny na téže straně vozidla se musí zapínat a

– 35 –

vypínat týmž ovládacím zařízením a musí svítit přerušovaně synchronním způsobem.

Provozní sdělovač je povinný pro všechny směrové svítilny, které řidič přímo nevidí.

Může být optický nebo akustický nebo obojího druhu. Je-li optický, může svítit přerušované světlo, které v případě vadné činnosti kterékoli směrové svítilny zhasne (s výjimkou bočních směrových svítilen), zůstane rozsvíceno bez přerušování nebo výrazně změní frekvenci přerušování. Je-li výlučně akustický, musí být dobře slyšitelný a za týchž podmínek jako u optického sdělovače se u něho musí projevit výrazná změna frekvence.

5.2.1.4 Přerušování světla:

Frekvence přerušování světla musí být 90 ± 30 period za minutu. Po uvedení spínače světelného signálu v činnost musí nejdéle do jedné sekundy následovat rozsvícení světla a nejdéle do jedné a půl sekundy první zhasnutí světla. Je-li motorové vozidlo vybaveno k tažení přípojného vozidla, musí ovládání směrových svítilen rovněž uvádět do provozu směrové svítilny přípojného vozidla. V případě selhání některé ze směrových svítilen, s výjimkou zkratu, musí ostatní směrové svítilny dále vyzařovat přerušované světlo, přičemž frekvence přerušování může být za těchto podmínek odlišná od předepsané frekvence.

5.2.2 Denní svítilna

Denní svítilna znamená svítilnu, která směřuje dopředu a která činí vozidlo snadněji viditelné za jízdy ve dne. Světla pro denní svícení se vyznačují silně rozptýleným tokem světla, který netvoří kužel jako u běžných reflektorů. Rozptýlené světlo svým charakterem neoslňuje protijedoucí řidiče ani neosvětluje vozovku, ale v dostatečné míře zajišťuje zásadní podmínku bezpečného provozu "být viděn". Režim denního svícení je zprostředkováván speciálním světlem pro denní svícení, které musí být homologováno podle EHK/OSN č. 48 a je určené výhradně pro osvětlení ve dne za nesnížené viditelnosti.

Provedení a umístění světel pro denní svícení je dáno homologačním předpisem EHK/OSN č. 48, který předepisuje vyhláška č. 341/2002 Sb. A jejich používání se řídí zákonem č. 361/2000 Sb. o provozu na pozemních komunikacích pozměněným zákonem č. 411/2005 Sb. (viz přesné znění výše). Na jedno vozidlo se montují dva kusy (jeden pár) světel. Umísťují se ve vodorovné rovině ve výšce od 250 mm do 1500 mm na přední část vozidla. Vzdálenost světel od bočního obrysu je max. 400 mm a vzájemně mezi světly

– 36 –

min. 600 mm (u vozidel s šířkou menší než 1300 mm je povolena vzájemná vzdálenost 400 mm). Světla se rozsvítí automaticky po zapnutí zapalování (nastartování motoru) a zhasnou po jeho vypnutí. Při rozsvícení obrysových světel musí světla pro denní svícení také automaticky zhasnout.

Obr. 13 – Montážní rozměry denního svícení [13]

5.2.3 Přední obrysová svítilna

Přední obrysová svítilna znamená svítilnu, užívanou k označení přítomnosti vozidla a jeho šířky při pohledu zepředu. Přední obrysová svítilna je povinná u všech motorových vozidel. Maximální počet svítilen jsou dvě, barvy světla bílé.

5.2.3.1 Umístění:

 Na šířku: bod svítícího povrchu, který je nejvíce vzdálen od podélné střední roviny vozidla, nesmí být vzdálen více než 400 mm od nejvzdálenějšího vnějšího okraje vozidla. Vzdálenost mezi vnitřními okraji obou svítících povrchů musí být nejméně 600 mm.

– 37 –

 Na výšku nad zemí: nejméně 350 mm, nejvýše 1500 mm nebo nejvýše 2100 mm, jestliže tvar karosérie nedovoluje dodržet 1500 mm.

 Na délku: na přední části vozidla.

5.2.3.2 Geometrická viditelnost:

Horizontální úhel pro obě přední obrysové svítilny – buď 45° dovnitř a 80° vně, nebo 80°

dovnitř a 45° vně. Vertikální úhel – 15° nad a pod horizontálou. Vertikální úhel pod horizontálou může být snížen na 5°, je-li výška svítilen menší než 750 mm nad zemí.

5.2.3.3 Kombinace:

Může být skupinová s kteroukoli jinou přední svítilnou, resp. světlometem. Nemůže být sdružená s kteroukoli jinou svítilnou. Může být sloučená s kteroukoli jinou přední svítilnou, resp. světlometem.

5.2.3.4 Elektrické zapojení:

Elektrické zapojení se nepředepisuje. Sdělovač „obvod zapojen“ je povinný. Tento sdělovač musí být nepřerušovaný a nevyžaduje se, dá-li se osvětlení přístrojové desky zapínat nebo vypínat jen současně s obrysovými svítilnami.

5.3 Modelování

Jak jsem již zmínil, modelování světel probíhalo v CAD systému SolidWorks. Oba modely, jak model sdružených světel, tak model mlhových světel jsou navrženy tak, aby bylo možné zaměnit pravý a levý kus, tedy aby se daly při montáži použít na obou stranách vozidla. Toto jsem volil proto, aby byla následná výroba co nejjednodušší, popřípadě aby takto bylo možné snížit náklady na případnou vstřikolisovací formu.

5.3.1 CAD systém SolidWorks

Osvědčený 3D CAD systém. Ve své třídě patří k nejlepším na českém trhu. Zároveň je SolidWorks jediný CAD systém na českém trhu, který je kompletně lokalizován přímo výrobcem, tedy společností Dassault Systèmes SolidWorks. Jako parametrický 3D modelář umožňuje modelování částí i sestav, plechových součástí, svařenců a dalších.

Samozřejmostí automatické generování výrobních výkresů. Navíc umožňuje import velkého množství 2D a 3D datových formátů souborů a má mnoho dalších funkcí, kvůli kterým jsem si jej vybral.

– 38 –

„Uživatelské rozhraní SolidWorks je velmi intuitivní a nabízí pohotové pracovní postupy, rapidně snižuje nutné pohyby myší a umožňuje okamžitou, kontextově závislou interakci s uživatelem. Ovládání je založené na technologii SWIFT, která redukuje potřebu opakujících se úkonů, manuálních zásahů i takových operací, kde si ani zkušený uživatel není dopředu jist postupem a často sahá po metodě pokus omyl. SWIFT dokáže ušetřit významné množství času a umožní se více věnovat samotnému procesu navrhování a ne ovládání systému.“ [14]

Pro modelování osvětlení jsem se řídil předpisy a nařízeními, které vychází z platné legislativy. Při návrhu jsem se snažil o co nejjednodušší řešení, které bude snadno vyrobitelné na 3D tiskárně.

5.3.2 Model mlhového světla

Mlhové světlo se skládá ze tří hlavních částí, vlastního těla, vnitřní části, která bude nést LED zdroj světla a krycího skla.

Obr. 14 – Tělo mlhového světlometu

– 39 – 5.3.3 Model světlometu

V hlavním světlometu jsou sdruženy všechny druhy čelních světel, kromě mlhového.

Největší část tvoří prostor pro vmontování stávajících světlometů. Dále je zde navrženo chladicí těleso pro LED zdroj denního svícení.

Zbylou obloukovou část pak vyplňuje konstrukce pro směrovou svítilnu. Její povrch by bylo vhodné opatřit odraznou vrstvou.

Obr. 15 – Pohled na rozebraný mlhová světlomet

Obr. 16 – Model hlavního světlometu

– 40 – 5.4 Návrh dalšího postupu

Podle modelů, které jsem vytvořil by se nyní měly vyrobit fyzické světlomety. Nejlepším způsobem, vzhledem k tomu, že se jedná pouze o kusovou výrobu, by bylo zvolit metodu 3D tisku, v případě průhledných dílů lisování ve vstřikolisovací formě.

Při konstrukci světlometu bylo počítáno s nahrazením konvenčních zdrojů světla moderní technologií LED. Z toho důvodu jsou obě světla dostatečně prostorná, aby do nich bylo možné vložit tělesa pasivního chlazení. V případě hlavního světlometu je možné použít LED náhrady konvenčních žárovek s vlastním aktivním chlazením.

Obr. 17 – Kryt hlavního světlometu

– 41 –

6 Závěr

Cílem práce bylo seznámit se s aktuálními možnostmi provedení čelního osvětlení moderních osobních automobilů a zejména těch s elektrickým pohonem. Z tohoto důvodu je práce rozdělena do několika tematických celků. Nejprve jsem se seznámil s příslušnou legislativou upravující požadované vlastnosti takovéhoto osvětlení. Poté jsem navrhnul vlastní řešení čelního osvětlení včetně směrových ukazatelů, systému denního svícení, resp. mlhových světlometů, respektující dané požadavky pro školní elektromobil.

Po analýze současného stavu ve vývoji automobilové osvětlovací techniky zde byl uveden výklad pojmů, související s osvětlením vozidel a výčet současných evropských předpisů a zákonů i vyhlášek. Dále jsem zde popsal vývoj v moderní osvětlovací technice v posledních letech, zejména se zaměřením na adaptivní systémy světel a porovnání konvenčních a LED zdrojů světla. Nakonec je zde ukázána podoba navržených světlometů. Výsledky této bakalářské práce mohou být použity jako podklady pro fyzickou výrobu světel na školního experimentálního elektromobilu.

– 42 –

Citovaná literatura

[1] Fotografovani.cz, "Vše o světle - 1. Co je to světlo - Fotografovani.cz - Digitální fotografie v praxi," 2003. [Online]. Available:

http://www.fotografovani.cz/fotopraxe/zakladni-postupy1/vse-o-svetle-1-co-je-to- svetlo-152057cz. [Accessed 2 11 2014].

[2] J. Štěrba, M. Libra and I. Blíhová, "Odborné časopisy - Časopis Světlo," 2001.

[Online]. Available: http://www.odbornecasopisy.cz/svetlo/casopis/tema/fyzikalni- podstata-svetla--16967. [Accessed 28 10 2014].

[3] Texas Instruments, "Automotive Adaptive Front-lighting System Reference Design," 2013. [Online]. Available: http://www.ti.com/lit/ug/spruhp3/spruhp3.pdf.

[Accessed 13 2 2015].

[4] OSRAM, "Halogenový cyklus | Technické informace | OSRAM," 2015. [Online].

Available: http://www.osram.cz/osram_cz/novinky-a-znalosti/halogenove-

zarovky/technicke-informace/halogenovy-cyklus/index.jsp. [Accessed 14 3 2015].

[5] J. Sajdl, "Xenonové světlomety (výbojky) | autolexicon.net," 2015. [Online].

Available: http://cs.autolexicon.net/articles/xenonove-svetlomety-vybojky/.

[Accessed 6 1 2015].

[6] PR Newswire Association LLC, "OSRAM Forecasts Electric Vehicles to Benefit Most From New LED Lighting," 19 1 2011. [Online]. Available:

http://www.prnewswire.com/news-releases/osram-forecasts-electric-vehicles-to- benefit-most-from-new-led-lighting-114220924.html. [Accessed 15 3 2015].

[7] J. Tomsa, Elektrická zařízení elektromobilu eTUL, Liberec: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Technické univerzity v Liberci, 2014.

– 43 –

[8] Residit s.r.o., "Odborné časopisy - Časopis Světlo," 2014-2015. [Online].

Available: http://www.odbornecasopisy.cz/svetlo/casopis/tema/bile-led-svetlo- budoucnosti--16118. [Accessed 3 12 2014].

[9] AUTOHIT, "První české auto s LED světlomety? Seat Toledo - Autohit," 3 1 2015. [Online]. Available: http://www.autohit.cz/novinky/128306-prvni-ceske- auto-s-led-svetlomety-seat-toledo. [Accessed 26 2 2015].

[10] OSRAM, "Barvy světla | Základní přehled LED | OSRAM," 2015. [Online].

Available: http://www.osram.cz/osram_cz/novinky-a-znalosti/led-

domov/technicke-informace/zakladni-prehled-led/barvy-svetla/index.jsp.

[Accessed 6 2 2015].

[11] xBizon, s. r. o., "LED diody: Nobelova cena a problémy s modrou barvou | Nazeleno.cz," 2008. [Online]. Available: http://www.nazeleno.cz/led-diody- nobelova-cena-a-problemy-s-modrou-barvou.aspx. [Accessed 8 12 2014].

[12] CREE, "Cree News: Cree First to Break 300 Lumens-Per-Watt Barrier," CREE, 26 3 2014. [Online]. Available: http://www.cree.com/News-and-Events/Cree-

News/Press-Releases/2014/March/300LPW-LED-barrier. [Accessed 3 11 2014].

[13] Zabezpečení vozidel Auto Topra, "Světla pro denní svícení - Zabezpečení vozidel Auto Topra," 2009. [Online]. Available: http://www.topra.cz/svetla/svetla-pro- denni-sviceni. [Accessed 2 4 2015].

[14] SolidVision, "SolidWorks - komplexní nástroj pro 3D CAD navrhování | SolidVision," [Online]. Available: http://www.solidvision.cz/solidworks/.

[Accessed 24 3 2015].

[15] Škoda Auto a. s., " Střední škola automobilní a informatiky, Weilova 4, Praha 10,"

[Online]. Available:

http://www.skolahostivar.cz/DownloadPF/Vyvoj_a_konstrukce_svetlometu_28.3.0 7.pdf. [Accessed 25 1 2015].

– 44 –

[16] www.autolexicon.net, "www.autolexicon.net | ... náskok díky znalostem," 2015.

[Online]. Available: http://www.autolexicon.net/cs/. [Accessed 24 3 2015].

[17] Automotive Lighting Reutlingen GmbH, "Automotive Lighting | AFS," 2015.

[Online]. Available: http://www.al-lighting.com/lighting/headlamps/afs/.

[Accessed 2 5 2015].

– 45 –

Přílohy

1 ks CD ROM

– 46 –

– 47 –