Avances tecnológicos en el alumbrado de los vehículos

Avances tecnológicos en el sistema de alumbrado de los vehículos

Avances tecnológicos en el alumbrado de los vehículos. Alumbrado láser, LED y xenon

El sistema de iluminación de un vehículo, desempeña un papel fundamental en la seguridad vial, ya que nos permite tanto ver como ser vistos. A lo largo de los años, este sistema ha evolucionado junto con la tecnología disponible.

Si bien la función básica de permitir ser vistos se ha mantenido sin cambios significativos, ha habido avances en el diseño y la tecnología. Un ejemplo de ello es la incorporación de luces de posición diurnas, las cuales son obligatorias en los vehículos fabricados en Europa. Además, se ha introducido el uso de lámparas de menor consumo, como los LEDs, que han reemplazado a las lámparas convencionales. Es importante destacar que los LEDs no son solo una forma de iluminación, sino una tecnología en sí misma.

Sin embargo, el avance más significativo en los últimos años se ha producido en el área de mejorar la capacidad de “ver” en la conducción. Los sistemas de iluminación han mejorado para proporcionar una iluminación más clara y efectiva en diferentes condiciones de conducción. Por ejemplo, se han desarrollado luces adaptativas que se ajustan automáticamente según las condiciones de la carretera y la velocidad del vehículo. Esto permite una mayor visibilidad y, por lo tanto, una conducción más segura.

Tipos de lámparas o emisores de luz

Hay cuatro tipos de lámparas, comúnmente conocidas como bombillas, que se utilizan en los automóviles en la actualidad, y no son precisamente modernas. Las lámparas incandescentes, que tienen más de 130 años de antigüedad, han experimentado algunas mejoras a lo largo del tiempo. Por otro lado, los populares LEDs tienen más de 80 años, aunque puede resultar sorprendente.

Incandescentes

En el caso de las lámparas incandescentes, cuando se hace pasar corriente eléctrica a través de un filamento metálico (actualmente hecho de wolframio), que actúa como resistencia, este se calienta hasta ponerse al rojo y emite luz (junto con calor). El filamento se encuentra dentro de una ampolla de vidrio que ha sido sometida al vacío o llenada con un gas noble, como el kriptón. Estas lámparas son las menos eficientes en cuanto al consumo de energía y también tienen una vida útil más corta, lo que podría implicar que su uso esté en declive.

Halógenas

El principio es similar, pero en lugar de vacío, la ampolla se llena con un gas halógeno. Esto hace que el filamento dure más tiempo y emita una luz más brillante (con el mismo consumo) y de tono más blanco.

Debido a las altas temperaturas que se alcanzan, la ampolla de las bombillas halógenas está hecha de vidrio de arena de cuarzo en lugar del vidrio de arena de sílice utilizado en las bombillas convencionales. Por esta razón, al manipular una bombilla halógena, no se debe tocar la ampolla con los dedos desnudos, ya que el pH ligeramente ácido de la piel (grasa y sudor) puede dañar este tipo de vidrio.

Las lámparas halógenas representaron el primer gran avance en los faros de los automóviles, permitiendo obtener una mayor cantidad de luz. Esto ocurrió hace aproximadamente 30-35 años.

Xenón

Avances tecnológicos en el alumbrado de los vehículos. Alumbrado láser, LED y xenón

Lámparas de xenón (o HID, por High Intensity Discharge): también se les conoce como lámparas de descarga de gas. En lugar de tener un filamento en su interior, cuentan con dos electrodos de tungsteno muy cercanos, pero sin estar en contacto directo. La ampolla de vidrio de cuarzo está llena de vapor de mercurio, sales metálicas y gas xenón. Cuando se aplica corriente a uno de los electrodos, se produce un arco eléctrico que salta al otro electrodo, generando una gran cantidad de luz blanca, ligeramente azulada.

Aunque pueda parecer sorprendente, estas lámparas consumen menos energía que las lámparas halógenas durante su funcionamiento (solo 35 W en luz de cruce, en comparación con los 55 W de las halógenas).

Este tipo de lámpara ha supuesto una gran evolución en la iluminación de los vehículos, ya que proporciona una luz más intensa, homogénea y blanca, lo que reduce la fatiga visual. Sin embargo, su precio es considerablemente más alto. Mientras que una lámpara halógena puede costar entre 12 y 18 euros por unidad, una lámpara de xenón puede llegar a costar entre 150 y 200 euros por unidad. Se supone que tienen una mayor vida útil. Inicialmente se utilizaban en las luces de cruce (luz corta), pero ahora también se emplean en las luces de carretera (luz larga).

LED

Avances tecnológicos en el alumbrado de los vehículos. Alumbrado láser, LED y xenón

Los diodos emisores de luz (LED) son dispositivos que consisten en un material semiconductor encapsulado en una pequeña lente de plástico. Al pasar corriente eléctrica a baja tensión a través de ellos, emiten luz. Los LED han ganado popularidad en los últimos años debido a su estética y su bajo consumo de energía, lo cual los hace especialmente útiles en vehículos eléctricos.

En la actualidad, es cada vez más común ver coches equipados con faros o pilotos de LED. Se utilizan ampliamente en las luces de posición diurna debido a su alto brillo, y también se están incorporando en las luces traseras, luces de freno e intermitentes. Incluso en faros de alto rendimiento se emplean LED en la luz de cruce.

Aunque los faros de LED suelen ser más costosos que los convencionales, tienen una vida útil mucho más larga. Sin embargo, en comparación con el precio total de un automóvil, el incremento en el costo no es significativo.

Diseño del faro, reflectores y proyectores

Hace años, los faros de los vehículos solían tener cristales de dispersión opacos que no permitían ver su interior. El cristal desempeñaba un papel importante, ya que estaba tallado o moldeado internamente con prismas horizontales para distribuir el haz de luz.

En la actualidad, hemos adoptado cristales de dispersión transparentes, generalmente hechos de policarbonato. Sin embargo, es importante tener en cuenta que estos cristales son sensibles a la radiación UV y pueden deteriorarse si se exponen demasiado al sol. Para controlar la distribución del haz de luz emitido por la lámpara, se confía en el diseño geométrico del reflector, que puede ser parabólico o elíptico, o en una lente elipsoidal en el caso de los faros de proyección, que logran aproximadamente un 10% más de luz.

Más visibilidad: faros antiniebla y lavafaros

Durante muchos años, los conductores han buscado soluciones para obtener una mejor iluminación en diversas situaciones, lo que ha llevado al desarrollo de faros y estrategias complementarias.

Uno de estos avances es la incorporación de faros antiniebla, los cuales se caracterizan por emitir un haz de luz más corto y ancho, orientado hacia el suelo. Esto se hace con el objetivo de reducir la dispersión de la luz al atravesar nubes de polvo, arena, humo o niebla. Atravesar la niebla, compuesta por pequeñas partículas de agua suspendidas en el aire, es una tarea bastante difícil.

Otra estrategia implementada para mejorar la iluminación en situaciones complicadas son los lavafaros. Sin embargo, a lo largo del tiempo, esta opción no ha tenido mucho éxito. En el pasado, los lavafaros consistían en un dispositivo que rociaba agua y un limpiaparabrisas de goma. En la actualidad, se han simplificado y abaratado utilizando surtidores de agua a presión, los cuales pueden ser fijos o escamoteables.

Avances tecnológicos en el alumbrado de los vehículos. Alumbrado láser, LED y xenón

Luz adicional en giros

Las luces adicionales en giros son una innovación reciente en el sistema de alumbrado de los vehículos. Aunque no son ampliamente utilizadas como equipamiento de serie, cada vez más automóviles las incorporan. Estas luces consisten en encender una luz adicional en el lado hacia el cual se está girando el volante, iluminando lateralmente en lugar de hacia adelante.

El funcionamiento de estas luces es bastante sencillo. Se utiliza un captador de giro en la dirección, que activa la luz a partir de un determinado ángulo de giro del volante. En algunos casos, se agrega una bombilla adicional en el faro principal o en el faro antiniebla. Sin embargo, en sistemas más simples, no se añade una lámpara extra y se utiliza la propia luz del faro antiniebla, aunque esta solución no es ideal.

Estas luces suelen operar a velocidades bajas, generalmente hasta unos 40 o 50 km/h, y en algunos casos incluso hasta 70 km/h. Su objetivo principal es eliminar las zonas de penumbra en giros cerrados, como en cruces. Con un ángulo de iluminación de aproximadamente 65 grados y un alcance de hasta 30 metros, mejoran la visibilidad en situaciones de giro y aumentan la seguridad vial.

Avances tecnológicos en el alumbrado de los vehículos. Alumbrado láser, LED y xenón

Encendido automático de las luces

“Debido a la tendencia humana a la pereza (o distracción), la creciente cantidad de tecnología electrónica en nuestros vehículos permite la integración de un sensor de luminosidad en el parabrisas (generalmente ubicado en la parte superior, detrás del espejo retrovisor). Por lo general, este sensor es un fotodiodo (otra vez, un diodo y un material semiconductor) que se activa con la luz y genera una corriente eléctrica.

Cuando hay menos luz (se debe ajustar un umbral), la corriente disminuye o se detiene, momento en el cual un pequeño microprocesador enciende las luces de cruce (y las apaga cuando vuelve a haber luz).”

Faros orientables

Ya hemos observado que existen luces adicionales para los giros, pero su utilidad es limitada cuando nos encontramos en carretera a velocidades medias o altas, principalmente debido a su baja potencia y alcance. Por lo tanto, se requería una solución para iluminar mejor las curvas, ya que el haz de luz se proyecta en línea recta hacia el exterior de la curva, dejando poco iluminado el interior de la misma.

La idea consistió en hacer girar el faro, o al menos una parte de él. Lo común es que la unidad de la luz de cruce, por lo general un proyector con una lente elipsoidal (detrás de la cual se encuentra la lámpara), gire gracias a un pequeño motor eléctrico que rota un determinado número de grados en función del giro del volante.

El resultado es que el haz de luz del faro se orienta hacia la curva y gira junto con el coche. Lo habitual es que los faros giren entre 10 y 15 grados, lo que proporciona unos 20 a 30 metros adicionales de iluminación en la calzada.

Faros adaptables automáticos

El sistema más básico comenzó con la regulación de la altura de la luz de cruce en los faros de xenón. Debido a que estos faros pueden causar deslumbramiento a los conductores que se crucen, se implementó un sistema automático que ajustara la altura de manera instantánea para mantenerla siempre en el nivel óptimo.

A través de sensores ubicados en la suspensión, tanto en el eje trasero como en el eje delantero, el microprocesador puede determinar el ángulo de inclinación del automóvil. Al acelerar (o al cargar mucho peso en el maletero), el ángulo es positivo (el haz de luz “se eleva”), y al frenar, el ángulo es negativo (el haz de luz “se inclina hacia abajo”).

De esta manera, pequeños motores eléctricos realizan ajustes leves para inclinar ligeramente hacia abajo o hacia arriba el faro, con el fin de mantener la altura del haz de luz adecuada. Esto garantiza una iluminación óptima y evita el deslumbramiento de otros conductores.

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Luces de carretera automáticas

Otro sistema que se encuentra en proceso de implementación es el de luz de carretera (luces largas) automáticas. Mediante el uso de un sensor de luminosidad y la detección de la velocidad a la que circula el vehículo (generalmente ajustada para velocidades superiores a 70 km/h), un microprocesador determina si hay un vehículo en sentido contrario o si acaba de adelantarnos (detectando la luz de sus faros) y automáticamente desactiva las luces largas para evitar deslumbrar al otro conductor. Cuando la oscuridad vuelve, las luces de carretera se activan nuevamente.

El sistema más avanzado y sofisticado es la adaptación activa de la iluminación, también conocida como faros adaptativos, que puede operar en diferentes niveles o de manera continua, combinando todos los sistemas mencionados anteriormente. En este caso, una unidad electrónica de control de la iluminación procesa constantemente los datos de velocidad, luminosidad, ángulo de giro del volante y ángulo de guiñada (giro efectivo del vehículo).

Con base en estos datos, las luces se adaptan automáticamente para proporcionar la mejor iluminación posible. Si se utilizan diferentes niveles, lo habitual es contar con luces de cruce (complementadas con luces direccionales) y dos o tres niveles adicionales en las luces de carretera. Un nivel está diseñado para carreteras secundarias (hasta 90 km/h), donde el haz de luz es más amplio, especialmente hacia la izquierda. Los otros dos niveles son para autopistas, a partir de 90 km/h (aumentando la potencia de las lámparas de xenón para obtener mayor intensidad luminosa) y a partir de 110 km/h elevando ligeramente el ángulo del faro para lograr mayor alcance.

Avances tecnológicos en el alumbrado de los vehículos. Alumbrado láser, LED y xenón

Si el sistema es más avanzado, el cambio no se realiza por niveles, sino de manera continua, adaptándose a la distancia con los vehículos que nos preceden, medida por un radar, o con los vehículos con los que nos cruzamos. Esto se logra variando la potencia de las lámparas o ajustando la altura del faro para que el cono de luz termine siempre delante de los otros vehículos, evitando el deslumbramiento.

En el caso de las luces de carretera, además de ajustar la altura del faro con servomotores, también se puede utilizar obturadores variables que se accionan eléctricamente según lo determinado por el microprocesador. Estos obturadores tapan parcialmente la parte superior de la lámpara para emitir una luz baja, y se van destapando gradualmente para emitir una luz alta, permitiendo así la función de luz de carretera que puede iluminar hasta 300 metros por delante del vehículo.

Incluso se puede utilizar la adaptabilidad del faro para mejorar las condiciones de visibilidad en caso de niebla, complementando a los faros antiniebla específicos. El faro se orienta hacia abajo y hacia afuera, reduciendo los reflejos y aumentando la amplitud del campo visual.

Sistema de visión nocturna

En cuanto a los sistemas de visión nocturna, aunque no son sistemas de iluminación en sí mismos, permiten una mejor visibilidad durante la noche. La imagen nocturna captada puede proyectarse en el parabrisas mediante un sistema HUD o mostrarse en pantallas LCD u OLED a color en la pantalla del sistema de navegación en la consola central, e incluso en una pantalla dentro del cuadro de instrumentos.

Avances tecnológicos en el alumbrado de los vehículos. Alumbrado láser, LED y xenón

Un método para ver mejor en la oscuridad es usar cámaras térmicas activas que no necesitan refrigeración. Estas cámaras captan la luz ultravioleta que emiten los faros principales con un filtro de infrarrojos. Así, pueden detectar lo que refleja esa luz, como peatones, animales u objetos, que serían invisibles al ojo humano. Algunos sistemas no requieren emitir luz previamente.

Otra forma de aumentar la visión nocturna es usar sistemas que identifican a los peatones y avisan al conductor con señales visuales. Estos sistemas también pueden hacer destellos o iluminar con una luz especial al peatón (por ejemplo, el sistema BMW Dymanic Light Spot). Estos sistemas tienen un alcance de unos 80 metros.

La iluminación láser

La iluminación laser es un tipo de fuente de luz que utiliza la emisión estimulada de radiación para generar un haz de luz coherente y monocromático. A diferencia de las luces convencionales, que emiten luz en todas las direcciones, la iluminación laser se concentran en un punto y tienen una mayor intensidad y alcance.

¿Cómo funcionan las luces laser en los vehículos?

La iluminación laser en los vehículos no son exactamente lo que se imagina. No se trata de proyectar un rayo láser directamente sobre la carretera, sino de utilizar un diodo láser como fuente de luz que se combina con un sistema óptico y un convertidor de fósforo. El diodo láser emite una luz azul que se dirige al convertidor de fósforo, que la transforma en una luz blanca. Esta luz blanca se refleja en un espejo y se proyecta sobre la carretera a través de una lente.

¿Qué beneficios tienen la iluminación laser en los vehículos?

La iluminación laser en los vehículos tienen varias ventajas respecto a las luces tradicionales, como las halógenas, las LED o las xenón. Algunos de estos beneficios son:

– Mayor eficiencia energética: las luces laser consumen menos energía que las otras opciones, lo que supone un ahorro de combustible y una reducción de las emisiones de CO2.
– Mayor seguridad: las luces laser tienen un mayor alcance y una mejor visibilidad nocturna, lo que permite anticiparse a posibles obstáculos o situaciones de riesgo. Además, se adaptan automáticamente a las condiciones ambientales y al tráfico, evitando el deslumbramiento a otros conductores.
– Mayor durabilidad: las luces laser tienen una vida útil más larga que las otras fuentes de luz, lo que reduce el mantenimiento y el coste de sustitución.
– Mayor diseño: las luces laser tienen un tamaño más pequeño y una forma más flexible que las otras opciones, lo que permite crear diseños más innovadores y personalizados para los vehículos.