Lampputrilogia, osa 3 21.04.2020 Juha Kiiskinen

Valonlähteenä LEDin ura ajoneuvoissa alkoi 1980-luvulla merkinantolamppuna. Sittemmin käyttökohteita ilmaantui lisää, ja valkoista, kirkasta valoa säteilevän LEDin kehittämisen jälkeen LED-tekniikkaa alettiin yhä useammin nähdä myös ajovaloissa.

Ensimmäinen LED-ajovaloilla varustettu auto oli Audi R8. Tämä tapahtui vuonna 2008. Tosin Lexus toi markkinoille omat LED-ajovalonsa LS 600h-mallissa likipitäen samoihin aikoihin.

Audi R8 oli ensimmäisiä sarjavalmisteisia autoja, jossa LED-ajovaloja alettiin käyttää. Tämä tapahtui vuonna 2008. Kuva © Audi AG.

Tällä tavoin uuden, monimutkaisemman ja ohjauselektroniikkaa vaativan valaistustekniikan vyörytys aloitettiin kalliista urheilu- tai edustusautosta. Siihen mennessä LED-tekniikkaa olikin jo käytetty taka- ja merkinantovaloissa sekä päiväajovaloissa, joissa näkyminen on tärkeämpää kuin näkeminen. Tiettävästi ensimmäinen täys-LED-takavaloilla varustettu auto oli Maserati 3200 GT itse asiassa jo niinkin varhain kuin vuodelta 1997.

Hehkulanka- ja ksenonlampun korvaava LED on ensimmäinen valonlähde, missä ei hehkuteta eikä polteta mitään kuten tähän saakka. LED on lyhenne sanoista Light Emitting Diode eli valoa emittoiva diodi. Emittoida tarkoittaa säteilyä diodin ollessa puolijohdekomponentti, joka siis säteilee valoa, kun sen läpi johdetaan sähkövirta. Fysikaalisessa mielessä – ehkä hieman karkeasti ottaen – LEDien toiminta perustuu n-puolijohteiden ylimääräisten elektronien ja p-puolijohteiden elektroneista vajaiden aukkojen fuusioon.

On ennustettu, että halogeenilamppuja ja tavallisia hehkulankalamppuja asennetaan vielä vuosia eteenpäin uusiinkiin ajoneuvoihin, ja näin etenkin pienissä ja edullisissa automalleissa, mutta ksenonlamppujen päivät ensiasennusvarusteena alkavat olla luetut. Ksenonlamppujen kehittämiseen ei pahemmin enää panosteta, mutta varaosajakelusta lamppuvalmistajat toki pitävät huolen.

Yksi tehokaskaan LED ei pysty korvaamaan ksenonlamppua eikä edes ajovalossa yleisesti käytettyä, lähivalona 1000 luumenin H4-halogeenipolttimoa, joten tämän vuoksi niitä onkin useampi riittävää valovirtaa esimerkiksi lähivaloille toimittamassa. Valonlähteenä LEDit ovat kestäviä ja voivat normijännitteellä toimia hyvinkin yli 15 000 tuntia, mikä 50 km/h keskinopeudella tarkoittaisi 750 000 km ajomatkaa.

MULTIBEAM LED-valonheitin E-sarjan Mercedes-Benzissä vuodelta 2016. Valonheitin on varustettu 84:llä yksilöllisesti ohjattavalla korkean suorituskyvyn LEDillä. Kuva © Daimler AG.

Reilussa kymmenessä vuodessa LED-valot ovat kehittyneet melkoisin harppauksin. Sähkötehon tarve on vähentynyt tai pysynyt kutakuinkin samana, mutta valaistusteho on kirkkauden, valonjakauman ja valon käytettävyyden eri olosuhteiden osalta kohentunut pitkin matkaa. Ihmissilmälle näkyvän valon kannalta LED toimii noin 40 % hyötysuhteella halogeenilampun hyötysuhteen jäädessä alle 10 prosentin ja ksenonlampun vastaavasti 28 % lukemaan. Lyhyesti ilmaistuna LEDit kehittävät varsin vähän lämpöä siihen verrattuna, mihin aikaisemmin on totuttu. 

Oman erityisryhmänsä LED-tekniikassa muodostavat niin sanotut Laser-LEDit, joita lähinnä Audi ja BMW ovat asentaneet tiettyihin (kalliimpiin) automalleihin lisävarusteena saataviksi. Näissä Laser-LEDejä on käytetty pistekaukovaloina eikä sinistä valoa ”lasermaisesti” ole valonheittimestä johdettu suoraan tielle vaan pienten peilien kautta. Tämän jälkeen valo johdetaan pistemäisessä kimpussa eteenpäin keltaisella fosforilla pinnoitetun linssin kautta, jolloin tuloksena on kirkasta, valkoista valoa säteilevä valonheitin. Laser-LED on tehokas ja sen hyötysuhteen valonlähteenä on hyvä (luokkaa 50 %), mutta samalla se on kallis valmistaa ja vaatii monimutkaisen valonheittimen sekä runsaasti ohjaustoimintoja. Autosta riippuen Laser-LED-pistokaukovalot voivat aktivoitua vasta 80 km/h nopeudesta alkaen. Lisäksi autossa saattaa olla eteenpäin tähyävä kamera, jonka tehtävänä on varmistaa, ettei pimeässä ole tulossa ajoneuvoa vastaan. Häikäistymisen vaara kun voi olla suuri, sillä Laser-LEDien valo kerrotaan ylettyvän 500 metrin päähän. Tosin kuinka monta luksia puolen kilometrin etäisyydellä auton keulasta on, sitä ei ole ilmoitettu.

Yksi varsin nopeasti yleistynyt LED-valonheitinrakenne on saanut nimen Matrix-LED, jossa valonheittimeen asennetut useat kymmenet LEDit toimivat kimppuina. Näin esimerkiksi lähivaloa voi olla toimittamassa tietty matriisi LEDejä, mutta kaukovalosta pitävät huolen eri LED-matriisit. Kuitenkin LEDejä eri matriiseista voidaan lainata johonkin toiseen valaistustoimintoon joko sytyttämällä LEDit tai tehostamalla hetkellisesti niiden toimintaa. Kamera- ja muuta tunnistintekniikkaa hyödyntämällä voidaan autoon yhdistää kattava ja eri tilanteisiin mukautuva valaistusjärjestelmän automaattinen ohjausjärjestelmä.

Ajovalojen pesulaite ei LED-valojen tapauksessa ole itsestään selvyys, sillä tässäkin pesulaitteen mukana olon määrittää luumeneissa mitattava lähivalon valovirta. Mikäli lähivalon valovirta ylittää 2000 luumenin rajan, tulee pesulaite olla EU-määräysten mukaisesti olla auton varustelussa. Tämä nostaa kokoonpanon hintaa.

Uuden Opel Corsan valinnaisvarusteena saatava IntelliLux LED® Matrix-valonheitin todistaa, että pieneenkin automalliin on haluttu kehittää nykyaikaiset ja energiatehokkaat ajovalot. Mukavuustoiminnot, kuten kääntymisvalo, pysäköintivalo, risteysvalo sekä moottoritievalot ovat kaikki integroitu LED-tekniikkaan. Kuva © Opel Automobile GmbH.

LED-tekniikka tarjoaa autojen muotoilusta vastaaville mahdollisuuden valita entistä matalampia ja vähemmän tilaa autojen keulalla vieviä valonheittimiä. Lisäksi energiatehokasta LED-tekniikkaa käyttämällä voidaan auton CO₂-päästöjä viilata alaspäin. Tässä osuvan esimerkin tarjoaa Opel, joka hiljattain ilmoitti uudistettujen Astra- ja Insignia-mallien sekä täysin uuden Corsa-mallin kohdalla siirtyneensä käyttämään IntelliLux LED® Matrix-valonheittimiä, joiden sähkötehon tarve lähivaloilla on vain 13-14 wattia per valonheitin. Tämä on 80 % vähemmän kuin perinteisillä halogeenilampuilla tarkoittaen auton hiilidioksidipäästöissä 1-1,3 gramman vähennystä/km. Energiansäästön lisäksi LED-valonheittimet ohjaavat valon jakautumista ja tarjoavat kehittyneemmän toiminnallisuuden verrattuna aikaisempiin valaistusjärjestelmiin.

Joustava laitealusta ja kehittynyt ohjelmisto perinteisen “raudan” sijaan. Saksalaisen valmistajan Hellan mukaan sen korkean resoluution SSL 100-valomoduuli pystyy korvaamaan 12 erilaista, aikaisemmin tuotannossa tarvittua LED-valonheitinversiota. Kuva © Hella KGaA Hueck & Co.

Lisää syvällisempää informaatiota ajovaloista löytyy uudesta SATL:n julkaisemasta Modernit valaistusjärjestelmät-kirjasta.