Inicjatywa na rzecz
dobrych świateł samochodowych

Analizator świateł

 

Specjaliści z Instytutu Transportu Samochodowego pod kierownictwem dr inż. Tomasza Targosińskiego opracowali ANALIZATOR ŚWIATEŁ.

Jest to całkowicie innowacyjne, komputerowe urządzenie diagnostyczne przeznaczone do kontroli eksploatacyjnej i pomiarów właściwości reflektorów samochodowych. Jego podstawowe, ale nie jedyne zastosowanie to badanie reflektorów w warsztatach i stacjach kontroli pojazdów.

W Instytucie Transportu Samochodowego od wielu lat wykonywane są badania homologacyjne oświetlenia pojazdów. Do tego celu używana jest stacjonarna aparatura - stanowiska goniofotometryczne i standardowa ciemnia fotometryczna o długości 25 m. Ponadto w ramach prac naukowo-badawczych prowadzonych w ITS opracowano nowatorską koncepcję zastosowania przetworników obrazu do fotometrycznych pomiarów laboratoryjnych. Tego rodzaju przetwornik został zastosowany także w ANALIZATORZE ŚWIATEŁ. Natomiast doświadczenia związane z procedurami i praktyką diagnostyki pojazdów stały się podstawą do opracowania szczegółów konstrukcyjnych analizatora w celu zapewnienia doskonałych właściwości użytkowych i ergonomii. To zarówno z konstrukcja mechaniczna, wyposażenie i zaawansowane przetworniki pomiarowe jak też z oprogramowanie, które przetwarza i analizuje otrzymane dane. Innowacyjność urządzenia polega na rejestrowaniu za pomocą fotometrycznego przetwornika obrazu tzw. „bryły fotometrycznej" reflektorów czyli intensywności światła wysyłanego z reflektora dla każdego punktu przestrzeni przed nim. Ten szczegółowy rozkład jest następnie w inteligentny sposób automatycznie analizowany dając kompleksową informację o właściwościach świateł - jakości oświetlenia drogi i oślepianiu. Urządzenie bada jakość wiązki świetlnej i wykonuje pomiar ustawienia reflektorów, a robi to w zaawansowany, inteligentny sposób i to dla wszystkich rodzajów reflektorów: drogowych, mijania, przeciwmgłowych przednich, świateł do jazdy dziennej, a także najnowszych świateł adaptacyjnych. W szczególności światła przeciwmgłowe przednie powinny być ustawiane i to dość precyzyjnie. Ze względu na to, że sprawiają trudności przy tradycyjnym ustawianiu diagności zwykle ich nie ustawiają.

Zasada działania ANALIZATORA ŚWIATEŁ polega na tym, że obraz wiązki świetlnej reflektora rzutowany jest na ekran urządzenia za pomocą soczewki. Następnie jest „obserwowany" i rejestrowany pomiarowym przetwornikiem obrazu, precyzyjne przekształcającym wartości świetlne na sygnały elektryczne. Rozkład ten jest następnie przetwarzany na postać cyfrową i przeliczany za pomocą programu komputerowego na rozkład oświetlenia reflektora. Następnie wydzielane są informacje służące do oceny wiązki świetlnej reflektora, która jest dokonywana za pomocą odpowiednich algorytmów. Jednym z badanych elementów wiązki świetlnej jest granica światła i cienia, wyznaczana w sposób analogiczny do percepcji wzrokowej diagnosty ustawiającego światła. Procedura taka - w odróżnieniu od dotychczasowego ustawiania wzrokowego - jest obiektywna powtarzalna. Analizator ocenia, czy granica światła i cienia konkretnego reflektora jest wystarczająco jednoznaczna i wyraźna i czy pozwala na niezawodne ustawianie świateł. Zdarza się, że na skutek wadliwej konstrukcji reflektora lub nieprawidłowej geometrii żarnika żarówki granica światła i cienia jest „wielokrotna", „połamana", nieregularna lub nieostra. Wówczas ustawienie świateł będzie nieprecyzyjne lub może być wykonane na kilka różnych sposobów bo będzie zależało od subiektywnego odczucia konkretnego diagnosty.

Na chwilę obecną nie ma łatwo dostępnych metod wszechstronnej oceny oświetlenia. Kierowcy mogą zaufać pośrednim informacjom takim jak reklama producenta samochodu albo opinia mechanika lub diagnosty. Jednak nie zawsze polegają na tych opiniach. W pewnej mierze słusznie, ponieważ diagności dysponują jedynie przyrządami do optycznego ustawiania świateł, a jakości wiązki świetlnej nie maja czym ocenić. Więc oceniają jedynie ustawienie i ew. ewidentne problemy z granicą światła i cienia. Chcąc wyrobić sobie zdanie na temat świateł kierowcy próbują je ocenić patrząc w nocy na oświetloną drogę. Ponieważ plamę świetlną widać na powierzchni drogi można starać się na podstawie tego widoku ocenić jakie światła ma pojazd. Jest to jednak mylące. Światło jest widoczne na powierzchni drogi stosunkowo blisko pojazdu. Natomiast odległości oświetlanych obiektów istotnych dla bezpieczeństwa to od ok. 40m do nawet ponad 150m. W takiej odległości na drodze prawie nie widać plamy światła i to niezależnie jak "silne" będą światła pojazdu. Jasna plama na drodze może być widoczna w znacznie bliższej odległości od ok. 5m do ok. 30m. Paradoksalnie światła ustawione za nisko mogą dać dają taki "jasny" efekt. Natomiast zauważenie przeszkody w bliskiej odległości w ostatniej chwili nie daje żadnych szans na zatrzymanie auta czy jej ominiecie. Dlatego porównywanie światła reflektorów widocznego na powierzchni drogi nie ma większego sensu, chociaż różnice pomiędzy pojazdami są łatwo dostrzegalne. Aby przekonać się jak złudna jest wzrokowa ocena świateł można porównać oświetlenie tymi samymi reflektorami na suchej i mokrej nawierzchni. Na nawierzchni mokrej światła prawie nie widać bo od mokrej nawierzchni światło odbija się jak od lustra, ale nie rozprasza się w kierunku kierowcy, jak na matowej suchej powierzchni. Dlatego oświetlenie odległych obiektów takich jak piesi czy znaki drogowe jest wtedy lepsze. Jednak równocześnie gdy nawierzchnia jest mokra nie widzimy światła na drodze mamy więc wrażenie, że oświetlenie jest gorsze i jedziemy wolniej. Jest to z drugiej strony słuszne, bo mokra nawierzchnia to gorsza przyczepność i dłuższa droga hamowania. Ponadto odbite od mokrej powierzchni drogi światło oślepia nadjeżdżających z przeciwka.

ANALIZATOR ŚWIATEŁ jest przeznaczony do badań eksploatacyjnych reflektorów w warunkach warsztatowych. Urządzenie jest zasilane z wbudowanego akumulatora, który pozwala na wiele godzin pracy. Natomiast czas wykonania pojedynczego pomiaru światła jest zbliżony do badania tradycyjnym przyrządem optycznym (kilkadziesiąt sekund).

Badanie ANALIZATOREM ŚWIATEŁ zewnętrznie jest nieco podobne do wykonywanego obecnie ustawiania świateł za pomocą optycznego przyrządu. Różnica wynika natomiast z pomiaru i komputerowego przetwarzania sygnałów uzyskanych z przetwornika obrazu.

Wynikiem badania jest wszechstronna analiza i ocena wiązki świetlnej reflektorów „tu i teraz", a więc na pojeździe który jest badany, z uwzględnieniem wszystkich czynników mających wpływ na jakość światła wysyłanego przez lampę:

 

  • Jakość i stan techniczny reflektora (lampy), jego zużycie, zabrudzenie,
  • Jakość i zużycie źródła światła (żarówki, lampy ksenonowej , diod LED)
  • Napięcie zasilające (spadki napięć, skorodowane konektory, słaby akumulator lub alternator itp.)
  • Ustawienie świateł jest mierzone znacznie dokładniej niż pozwalają na to dotychczasowe, proste przyrządy

 

Wynik pomiaru jest prezentowany na ekranie w sposób graficzny oraz może być wydrukowany. Wynikiem badania jest ponadto automatyczna ocena słowna, zrozumiała dla każdego użytkownika pojazdu oceniająca opisowo jakość oświetlenia drogi i stopień olśnienia na podstawie specjalnego algorytmu.

Szybkie, precyzyjne, wszechstronne i tanie pomiary wykonywane za pomocą ANALIZATORA ŚWIATEŁ są uproszczonym odpowiednikiem pomiaru laboratoryjnego. Są ponadto uzupełnione szczegółową analizą uzyskanych wyników. Powinny stać ogólnie dostępne, a być może nawet obowiązkowe po to, by zapewnić kierowcom rzetelną informację na temat stanu lamp, a przez to bezpieczeństwo na drodze podczas jazdy nocą.

Oprócz precyzyjnego ustawiania świateł, znacznie dokładniejszego niż używane powszechnie przyrządy, ANALIZATOR ŚWIATEŁ dokonuje także automatycznej oceny zgodności parametrów reflektorów z wymaganiami przepisów krajowych, a także z wybranymi wymaganiami regulaminów homologacyjnych obowiązujących nowe pojazdy. To dodatkowy „bonus", gdyż obecne prawo nie wymaga takich sprawdzeń, ale dla kierowcy mogą być ważną wskazówką czy potrzebna jest już wizyta w serwisie lub wymiana żarówki, aby dla własnego bezpieczeństwa używać świateł, które dobrze oświetlają drogę i nie oślepiają innych .

ANALIZATOR ŚWIATEŁ spełnia formalne wymagania stawiane przyrządom do wzrokowego ustawiania świateł, a przy tym umożliwia ustawienie świateł ze znacznie większą precyzją niż obecnie używane przyrządy.

ANALIZATOR ŚWIATEŁ ze względu na swoją konstrukcję i właściwości ma możliwość rozbudowy oprogramowania. Możliwa jest także bardziej zaawansowana analiza wyników pomiarów za pomocą zewnętrznego oprogramowania. Dlatego może mieć szersze zastosowanie. Np. można badać jakość reflektorów jako części zamiennych przed zamontowaniem do pojazdu albo żarówki samochodowe.

Urządzenie uzyskało patenty: krajowy oraz europejski.

 

Widok ANALIZATORA ŚWIATEŁ Wynik badania dobrego prawidłowo ustawionego reflektora

 

Przykład wyniku pomiaru obrazujący możliwości ANALIZATORA ŚWIATEŁ


Przykład wyniku pomiaru obrazujący możliwości ANALIZATORA ŚWIATEŁ

 

 

Światła to jeden z ważniejszych elementów wyposażenia pojazdu wpływających na bezpieczeństwo ruchu drogowego. O ile wymieniamy w pojazdach elementy zużywające się takie jak olej, opony, klocki czy tarcze hamulcowe, to światła traktujemy jak cos wiecznego, niezniszczalnego. Wymieniamy jedynie przepalone żarówki. Natomiast lampy także się zużywają. Po kilku czy kilkunastu, latach intensywnej eksploatacji klosze - szczególnie plastikowe - mogą być porysowane i zmatowiałe, a odbłyśniki zakurzone. Zdarzają się też nieszczelności i do wnętrza dostaje się brud i woda. Kiedy należy wymienić reflektor na nowy? Zależy to w dużym stopniu od jego konstrukcji. Niektóre starzeją i zużywają się szybciej inne wolniej. Wzrokowo trudno to ocenić. Pomiar ANALIZATOR ŚWIATEŁ pokaże jednoznacznie czy reflektor nadaje się do dalszego użytku czy konieczna jest jego wymiana.

Można użyć porównania ANALIZATORA ŚWIATEŁ do aparatu USG. Gdy nie był jeszcze wynaleziony i powszechnie dostępny diagnoza często opierała się na pośredniej ocenie dokonywanej badaniem palpacyjnym lekarza, badaniami pośrednimi np. krwi, a ostateczna weryfikacja często dokonywała się na stole operacyjnym. Czasem operowano niepotrzebnie, czasami za późno... A byli ludzie zdrowi i chorzy, podobnie jak dzisiaj. I świat istniał, a lekarze leczyli najlepiej jak potrafili. Dziś nikt nie próbuje nawet stawiać diagnozy wielu schorzeń bez badania USG. Co więcej, po operacji często sprawdza się stan pacjenta i skuteczność zabiegu. To samo dotyczy świateł. Dziś badanie jest intuicyjne i pośrednie, a wynik czasami przypomina wróżenie z fusów. Jeżeli światła są dobre- wystarczy dobrze je ustawić. Jeżeli nie są to nawet poprawne ustawienie nie zapewnią odpowiedniej widoczności, a mogą tez oślepiać. ANALIZATOR ŚWIATEŁ jest odpowiednikiem USG dla świateł, który pozwala na szybkie, pewne i bezbolesne sprawdzenie w jakim są stanie. Przy czym przekazuje w prostej i zrozumiałej formie informacje bezpośrednio dla „pacjenta", jak też zaawansowane, które może analizować specjalista, potrafiący przetwarzać i interpretować kolorowe mapy „izoluksów".

 

 

Przykład ogólnych cech korzystnej wiązki świetlnej


 

 

Przykłady rzeczywistych wiązek świetlnych reflektorów świateł mijania, których właściwości nie są najlepsze.


 

Dlatego ANALIZATOR ŚWIATEŁ jest niezastąpiony, jeżeli potrzeba szybko, dokładnie i obiektywnie zbadać i rzetelnie ocenić jakość światła.

Badanie ANALIZATOREM ŚWIATEŁ ma duże znaczenie w przypadku reflektorów z wyładowczym źródłem światła (ksenonowym). Lampy ksenonowe z upływem czasu tracą wydajność, lecz nie przepalają się jak żarówki. Kiedy je wymieniać? Ponieważ są dość drogie kierowcy nie kwapią się z wymianą skoro jeszcze "świecą". Oznacza to, że świecą coraz słabiej, aż do momentu gdy przestają spełniać minimalne wymagania. Świecą wówczas słabiej niż przeciętne halogeny. Wtedy trzeba wymienić źródła światła na nowe. W przypadku badania tradycyjnym przyrządem nie ma możliwości stwierdzenia czy ta operacja powinna być już wykonana.

Na rynku oferowane są też zestawy z lampami ksenonowymi w miejsce żarówek halogenowych. Pomijając, że takie "zamienniki" są nielegalne, czasem diagnosta ma problem ze stwierdzeniem czy taki "zamiennik" nie został założony. Wynik pomiaru za pomocą ANALIZATORA ŚWIATEŁ jednoznacznie pokazuje czy takie światła świecą "lepiej" czy tylko silniej oślepiają. Wynik badania może zniechęcić do takiego niebezpiecznego "tuningowania" reflektorów pokazując niezbicie jakie są tego skutki.

Przykładowy wynik badania reflektora z nielegalnym „zamiennikiem ksenonowym" żarówki halogenowej


 

Światła mijania zgodnie z obecnymi przepisami ustawiane są wzrokowo na podstawie położenia granicy światła i cienia. Precyzja tego ustawienia zależy od wyrazistości i rzeczywistego kształtu granicy. ANALIZATOR ŚWIATEŁ ocenia poprawność granicy światła i cienia, której kształt i ostrość jest podstawowym warunkiem umożliwiającym prawidłowe ustawienie świateł za pomocą tradycyjnego przyrządu. W rzeczywistych światłach granica czasami jest nieregularna, rozmyta lub podwójna albo nawet potrójna. W takiej sytuacji każdy diagnosta ustawi światła nieco inaczej. Analizator posiada wbudowaną automatyczną procedurę wyznaczania granicy na podstawie modelu matematycznego obserwacji wzrokowej. Jest to operacja powtarzalna, a przy tym wyeliminowany jest czynnik subiektywny. Jakość granicy także jest badana automatycznie. Gdy odbiega od wymaganego wzorca na tyle dużo, że niemożliwe jest poprawne ustawienie świateł, przyrząd wyświetla odpowiedni komunikat. Powodem takiej sytuacji czasami jest wadliwa żarówka.

Bardzo ważne podczas ustawiania świateł jest zgranie położenia przyrządu i pojazdu. Przy badaniu tradycyjnym przyrządem pojazd powinien znajdować się na idealnie wypoziomowanym stanowisku, a przyrząd powinien także zostać wypoziomowany. Służy do tego najczęściej poziomnica i dźwignia regulacyjna, którą należy poziomować przyrząd każdorazowo po zbliżeniu go do kolejnego światła pojazdu. Jest to operacja uciążliwa i czasochłonna, natomiast konsekwencją nie wykonania w/w zabiegu są błędy w ustawieniu świateł. ANALIZATOR ŚWIATEŁ posiada wbudowany układ automatycznego poziomowania, co zapewnia zawsze idealne zgranie położenia i precyzyjny pomiar, a ponadto zwalnia diagnostę z pamiętania o tej czynności. Jeżeli stanowisko do badania świateł nie jest idealnie poziome taką informację można wprowadzić do pamięci urządzenia, co umożliwia pomiar w różnych sytuacjach. Pozwala to także obniżyć koszty przygotowania stanowiska do badania świateł w stacji diagnostycznej. Podobnie rzecz wygląda w przypadku zgrywania położenia urządzenia w kierunku poziomym. W tradycyjnych przyrządach stosowane są różne rodzaje celowników wzrokowych, niewygodnych w obsłudze i mało precyzyjnych. Analizator posiada dwa laserowe celowniki, co zdecydowanie ułatwia pomiar, poprawia jego precyzję i powtarzalność.

Pomiar wszystkich rodzajów reflektorów

ANALIZATOR ŚWIATEŁ umożliwia precyzyjny pomiar i zapamiętanie rozkładu światła całej wiązki każdego rodzaju świateł. Pozwala to na ich obiektywną ocenę i zalecenie wymiany żarówki bądź całego reflektora, gdy nie zapewnia on przynajmniej minimalnego oświetlenia drogi lub powoduje niedopuszczalnie wysoki poziom olśnienia. Każdy rodzaj świateł badany i oceniany jest w odmienny sposób dostosowany do jego właściwości. W przypadku świateł mijania wykonywany jest pomiar ustawienia i ewentualna jego korekta. Dodatkowo dokumentowane są wartości natężenia oświetlenia dla podstawowych punktów homologacji odpowiedzialnych za oświetlenie prawej krawędzi drogi w odległości 50 m i 75 m (50 R i 75R) oraz punktu oczu kierowcy nadjeżdżającego z przeciwka (B50L), a także całej strefy olśnienia. Światła drogowe w obecnej praktyce nie są regulowane, chociaż zgodnie z przepisami powinny być także ustawione. Wynika to z tego, że nie ma jednoznacznego kryterium ustawiania. Światła te nie posiadają granicy światła i cienia, a wzrokowe ustawienie najjaśniejszej części plamy nie zapewnia wymaganej precyzji. Dlatego najczęściej ustawia się tylko światła mijania, a światła drogowe mają ustawienie wypadkowe. ANALIZATOR ŚWIATEŁ wykorzystuje precyzyjny algorytm ustawiania również dla świateł drogowych. Wykres izoluksów dla tych świateł także daje wiele szczegółowych informacji o ich jakości, a pomiar wartości maksymalnej światłości, która rzadko znajduje się w osi optycznej reflektora także informuje o potencjalnych możliwościach świateł drogowych.

Światła przeciwmgłowe przednie nie są obowiązkowe. Jednak gdy pojazd jest w nie wyposażony zgodnie z przepisami powinny być również ustawione. To ustawianie jest trudne, chociaż ograniczone do kierunku pionowego. Światła te nie muszą posiadać wyraźnej granicy światła i cienia. Kryteria ustawiania są więc niejednoznaczne, natomiast precyzja ustawienia ma istotne znaczenie. Światła przeciwmgłowe ustawione za nisko nie poprawią widoczności we mgle. Ustawione za wysoko będą silnie oślepiać, także tego, kto je włączył, gdyż oświetlą mgłę a nie drogę.

Podobnie można zbadać i ocenić światła do jazdy dziennej. Choć są to światła sygnałowe, to aby należycie wypełniały swoją rolę powinny być także prawidłowo ustawione. Dotyczy to zwłaszcza świateł instalowanych dodatkowo, które powinny być wyregulowane tak, aby świeciły na wprost. Procedura ustawiania jest w tym przypadku podobna jak dla świateł drogowych - ustawienie możliwie symetryczne, a ponadto maksimum zgodne z osią podłużną pojazdu. Ważna jest możliwość pomiaru intensywności wiązki tych świateł, aby były dobrze widoczne podczas dnia w całym wymaganym zakresie, ale by nie powodowały oślepiania.

Wszystkie wyniki pomiarów wykonane ANALIZATOREM ŚWIATEŁ są dokumentowane w postaci wydruków z wykresami. Mogą być także zapisane w pamięci komputera. Jest to bardzo przydatne zarówno do porównania wpływu wymiany np. żarówki lub całego reflektora, a także do oceny na ile pogorszyły się właściwości oświetlenia w stosunku do poprzedniego badania, czy do tego jakie były w fabrycznie nowym pojeździe.

Szczegółowe informacje:


Instytut Transportu Samochodowego
ul. Jagiellońska 80
03-301 Warszawa

www.swiatla.its.waw.pl

tel. 22 43-85-400

e-mail swiatla@its.waw.pl