Diagnostyka

W poprzednich częściach artykułu zaprezentowane zostały zakres diagnozowania oświetlenia zewnętrznego pojazdu, rodzaje świateł zewnętrznych pojazdów silnikowych i przyczep, wymagania dotyczące świateł zewnętrznych oraz metody ich diagnozowania. W części trzeciej opisujemy urządzenia do diagnozowania oświetlenia zewnętrznego pojazdów samochodowych.

Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych przyrządów do pomiaru ustawienia reflektorów i pomiaru parametrów fotometrycznych świateł. Do klasyfikacji tych przyrządów przyjmuje się na ogół następujące kryteria:
1) W zależności od przeznaczenia:

• do sprawdzania świateł drogowych, mijania, przeciwmgłowych,
• do sprawdzania świateł sygnałowych (rozwiązania prototypowe).

2) W zależności od stopnia skomplikowania:

• przyrządy proste (ekrany kontrolne),
• przyrządy złożone (optyczne, komputerowe).

3) W zależności od rodzaju mierzonych parametrów:

• do pomiaru parametrów geometrycznych (sprawdzenie ustawienia świateł w płaszczyznach pionowej i poziomej),
• do pomiaru parametrów geometrycznych i fotometrycznych świateł.

4) W zależności od miejsca kontroli:

• przenośne (do badań w warunkach drogowych),
• stanowiskowe (do badań na stacjach kontroli i obsługi pojazdów).

5) W zależności od sposobu bazowania przyrządu względem pojazdu:

• bazowanie mechaniczne (torem stałym względem kierunku jazdy, prowadnicą przenośną względem kół przednich pojazdu, drążkami ustawczymi względem reflektorów),
• projektorem świetlnym względem nadwozia,
• projektorem laserowym względem nadwozia,
• szerokopasmowym wizjerem (lustrem) względem nadwozia.

Początkowo stosowano przyrządy z bazowaniem mechanicznym przydatnym na stanowiskach nieprzelotowych, natomiast obecnie dla stanowisk przelotowych zaleca się używanie przyrządów z bazowaniem względem nadwozia.

1. Ekran kontrolny
Do kontroli ustawienia świateł używano początkowo przyrządów najprostszych – ekranów kontrolnych (stałych lub przesuwnych). Ekran kontrolny ma postać płyty (najczęściej pomalowanej na biało i poliniowanej) zamocowanej tak, aby istniała możliwość ustawienia jej prostopadle do nawierzchni stanowiska i podłużnej płaszczyzny symetrii badanego samochodu na różnej wysokości od nawierzchni. W razie braku ekran kontrolny można zastąpić gładką pionową ścianą. Zaletą ekranów jest ich prostota, głównymi wadami natomiast: znaczne zapotrzebowanie na miejsce, konieczność zaciemnienia stanowiska, mała dokładność pomiarów i ograniczony zakres stosowania (tylko sprawdzenie ustawienia świateł). Obecnie ekrany kontrolne zostały zastąpione przyrządami do kontroli świateł.

2. Fotoelektryczne przyrządy optyczne
Wielu europejskich producentów sprzętu diagnostycznego oferuje w Polsce swoje przyrządy do kontroli reflektorów. Znanym wytwórcą takich urządzeń jest firma Fudim-Polmo, która do kontroli świateł oferuje fotoelektryczne przyrządy optyczne umożliwiające pomiar wszystkich parametrów diagnostycznych reflektorów (geometrycznych i fotometrycznych). W krajowych stacjach kontroli (obsługi) pojazdów do sprawdzania świateł często używa się przyrządów typu USP-20 tej firmy, które stanowią jedną rodzinę konstrukcyjną, różniącą się sposobem bazowania względem nadwozia samochodu (bazowanie projektorem świetlnym, projektorem laserowym lub za pomocą wizjera/lustra) – rysunek 1.
Przyrządy te służą do kontroli i regulacji ustawienia reflektorów w płaszczyźnie pionowej i poziomej oraz umożliwiają wykonanie pomiaru światłości świateł drogowych i natężenia oświetlenia światłami mijania. Są uniwersalne i mogą być stosowane do różnych typów pojazdów. Przystosowane są do kontroli reflektorów wyposażonych w różne źródła światła (żarówki tradycyjne, halogenowe, ksenonowe).
Działanie tych urządzeń polega na przeniesieniu strumienia światła, wysyłanego przez reflektor, na ekran pomiarowy urządzenia za pomocą soczewki skupiającej, która umożliwia znaczne zmniejszenie odległości (poniżej 1 m) między ekranem przyrządu i badanym reflektorem. Wbudowany w głowicę układ fotometryczny pozwala na wykonanie pomiarów światłości świateł drogowych i natężenia oświetlenia światłami mijania. W dalszej części dokładniej opisano przyrząd typu USP-20PS z projektorem świetlnym.

2.1. Charakterystyka techniczna
Podstawowe dane techniczne fotoelektrycznych przyrządów optycznych typu USP-20 do kontroli świateł firmy Fudim-Polmo zamieszczono w tabeli.

2.2. Bazowanie przyrządu
Wersja USP-20PS wyposażona jest w system bazowania względem nadwozia za pomocą wiązki światła. Do tego celu służy projektor świetlny (zasilany z własnego akumulatora) składający się z korpusu wyposażonego w soczewkę, żarówki halogenowej i rękojeści. W celu dokładnego, równoległego ustawienia osi optycznej głowicy pomiarowej względem podłużnej płaszczyzny symetrii samochodu należy postąpić w następujący sposób:

• chwytając za słup, przejechać przyrządem tak, aby głowica pomiarowa znalazła się możliwie dokładnie w środku między reflektorami;
• włączyć światło w projektorze i pochylając projektor (o kąt 45-60° od poziomu), skierować wiązkę światła na przód nadwozia;
• obracając przyrządem o niewielki kąt w prawo lub lewo, ustawić wiązkę światła na dwa symetrycznie rozmieszczone punkty nadwozia (np. narożniki pokrywy silnika, błotników, dysze spryskiwaczy szyby itp.); wiązkę światła przemieszcza się wzdłuż nadwozia przez zmianę pochylenia projektora;
• przejechać kolejno przyrządem do reflektorów w celu dokonania ich sprawdzenia (zwracać uwagę, aby nie obrócić przyrządu).

2.3. Budowa urządzenia
Przyrząd typu USP-20PS (rys. 2) składa się z głowicy z układem fotometrycznym wyposażonej w suwak, wózka ze słupem i akumulatorem oraz projektora wiązki światła z żarówką halogenową 150 W. Wyposażony jest w cyfrowy wskaźnik pomiaru światłości świateł drogowych i natężenia oświetlenia światłami mijania. Regulowanie świateł odbywa się na ekranie, którego wysokość ustawienia określa pokrętło (w cm/10 m).
Podstawowym zespołem przyrządu jest głowica pomiarowa (rys. 3). W przedniej części głowicy umieszczono soczewkę, a w tylnej części, wewnątrz głowicy, znajduje się ekran. W środku ekranu zamocowana jest fotodioda. Ekran widoczny jest przez szybę ze szkła organicznego. W części środkowej górnej płyty głowicy znajdują się ciekłokrystaliczny wskaźnik i dwuklawiszowy przełącznik układu pomiarowego. Na głowicy umieszczone są pokrętło i skala ustawienia ekranu. Z boku głowicy zamocowana jest poziomica do ustawiania osi optycznej przyrządu w poziomie. W tylnej ścianie głowicy znajduje się zasobnik na baterie. Układ fotometryczny został wykonany z zastosowaniem obwodów drukowanych. Wskaźnik ciekłokrystaliczny współpracuje z fotodiodą jako przetwornikiem światłości i natężenia oświetlenia na impulsy elektryczne.
Głowica pomiarowa wyposażona jest w suwak prowadzony po słupie na czterech rolkach z tworzywa sztucznego. W suwaku wmontowano pierścień zakleszczający się samoczynnie na słupie. Do odblokowania pierścienia służy przycisk na uchwycie. Opisana konstrukcja pozwala na przemieszczanie pionowe głowicy pomiarowej i zatrzymanie jej w dowolnym położeniu.
Słup zamontowano na wózku wyposażonym w trzy koła jezdne oraz dwa nożne korektory służące do bazowania i poziomowania przyrządu. Do wózka od spodu zamocowano akumulator 12 V służący do zasilania projektora. W przypadku braku danych do ustawiania świateł można posłużyć się pomocniczymi skalami na słupie przyrządu.

2.4. Kontrola świateł
W celu poprawnego przeprowadzenia kontroli świateł pojazdu przyrządem typu USP-20 należy starannie wykonać następujące czynności.

1) Czynności wstępne

W ich ramach powinno się sprawdzić, czy:

• stanowisko pomiarowe jest poziome i płaskie,
• obciążenie samochodu jest zgodne z wymaganiami producenta,
• ciśnienie w ogumieniu odpowiada ciśnieniu nominalnemu,
• stan zewnętrzny reflektorów jest właściwy (zamocowanie reflektorów, czystość szkieł itp.).

2) Przygotowanie przyrządu do pomiaru

W celu przygotowania urządzenia do pomiaru należy wykonać takie czynności (rys. 4):

• ustawić głowicę przyrządu w odległości około 30 cm od szkła reflektora, a następnie ustawić środek soczewki naprzeciwko środka reflektora;
• ustawić oś optyczną głowicy pomiarowej równolegle do płaszczyzny symetrii samochodu (wykorzystując projektor optyczny).

3) Sprawdzenie ustawienia świateł mijania

Stosując przyrządy optyczne, należy pamiętać, że na ekranie przyrządu obserwuje się w zmniejszeniu to samo co na dużym, normalnym ekranie kontrolnym, oddalonym od samochodu o 10 m. Jedna działka elementarna na skali przyrządu odpowiada odcinkowi 1 cm na normalnym ekranie, zatem obrót pokrętła o jedną działkę odpowiada podniesieniu lub opuszczeniu linii poziomej na normalnym ekranie kontrolnym o 1 cm.

Światła należy ustawić zgodnie z danymi zawartymi w instrukcji obsługi pojazdu. W przypadku braku danych do ustawiania świateł można posłużyć się pomocniczymi skalami na słupie przyrządu. Podczas kontroli świateł mijania lub drogowych, po ustawieniu głowicy pomiarowej na wysokości reflektora, wartości odczytane na skali słupa należy ustawić pokrętłem na skali przyrządu.

W celu sprawdzenia ustawienia świateł mijania należy (rys. 5):

• pokrętło ustawić na żądaną wartość h (np. 12 DÓŁ),
• włączyć światło mijania,
• ustawić dokładnie reflektor w zakresie lewo – prawo i góra – dół, tak aby granica światła i cienia pokryła się z poziomą i ukośną linią na ekranie.

    Jeżeli reflektory są wyposażone w żarówki halogenowe, to regulację należy wykonać możliwie szybko lub z przerwami, ponieważ elementy optyczne, niechłodzone przepływem powietrza podczas jazdy, zbyt silnie się nagrzewają i mogą ulec uszkodzeniu.

4) Sprawdzenie ustawienia świateł drogowych

W celu kontroli ustawienia świateł drogowych należy wykonać następujące czynności (rys. 6):

• pokrętło ustawić na żądaną wartość h (np. 5 DÓŁ),
• włączyć światło drogowe,
• sprawdzić, czy środek plamy świetlnej znalazł się na przecięciu linii ekranu (dopuszcza się odchyłki w granicach tolerancji),
• jeżeli granice tolerancji zostały przekroczone, należy sprawdzić zamocowanie żarówki, jej stan techniczny lub wymienić żarówkę.

5) Sprawdzenie ustawienia świateł przeciwmgłowych

W przypadku braku danych do ustawienia świateł przeciwmgłowych można przyjąć (według zaleceń ITS) wartość h = 1/3 wysokości zamocowania reflektora przeciwmgłowego.
W celu sprawdzenia ustawienia świateł przeciwmgłowych należy:

• zmierzyć wysokość od posadzki do środka reflektora (np. 27 cm),
• pokrętło ustawić na żądaną wartość (w tym przypadku 9 DÓŁ),
• włączyć światło i ustawić reflektor (jak podczas sprawdzania świateł drogowych).

6) Pomiar światłości świateł drogowych:

• włączyć światła drogowe,
• pokrętłem sprowadzić ekran w takie położenie, aby linia pozioma przechodziła przez środek plamy świetlnej,
• wcisnąć klawisz przełącznika,
• odczytać wskazaną wartość światłości w kcd,
• wyłączyć miernik.

Pomiar światłości wykonuje się podczas pracy silnika ze średnią prędkością obrotową, jeżeli wymaga tego stan akumulatora.

7) Pomiar natężenia oświetlenia światłami mijania (próba olśnienia):

• włączyć światła mijania,
• pokrętłem ustawić ekran w takie położenie, aby jego środek znajdował się w obszarze, którego natężenie oświetlenia mierzymy (rys. 7),
• włączyć klawisz przełącznika,
• odczytać wskazaną wartość natężenia oświetlenia w lx,
• wyłączyć miernik.

Dopuszczalną maksymalną i minimalną wartość światłości światła drogowego i natężenia oświetlenia światłami mijania regulują odpowiednie przepisy [1, 2]. Natężenie oświetlenia mierzone jest z odległości 25 m. Maksymalne dopuszczalne natężenie oświetlenia światłami mijania mierzone na wysokości oczu kierowcy pojazdu nadjeżdżającego z przeciwka nie powinno przekraczać 1,0 lx (dla świateł halogenowych) lub 1,3 lx (dla świateł ksenonowych) Światłość i natężenie oświetlenia mierzy się po właściwym ustawieniu świateł.

3. Ekranowe przyrządy optyczne
Drugą grupę przyrządów optycznych do kontroli świateł stanowią urządzenia uproszczone typu ekranowego, przeznaczone do sprawdzania tylko parametrów geometrycznych świateł, to jest ustawienia reflektorów w płaszczyznach pionowej i poziomej. Do tej grupy należy przykładowo USW-20 firmy Fudim-Polmo (rys. 8). W tym urządzeniu zastosowano bazowanie względem nadwozia za pomocą wizjera (lustra).
Budowa tego przyrządu jest podobna do wcześniej opisanej wersji urządzenia USP-20. Składa się on z głowicy pomiarowej, wyposażonej w jej przedniej części w soczewkę i w tylnej części w ekran, wózka ze słupem wykonanym ze stopu lekkiego oraz wizjera optycznego (lustra) do bazowania przyrządu względem nadwozia samochodu. USW-20 nadaje się zwłaszcza dla stacji obsługi pojazdów i warsztatów naprawczych.

4. Przyrządy komputerowe (mikroprocesorowe)
Nowa generacja urządzeń do badania reflektorów to przyrządy komputerowe (z kamerami), w których zastosowano technikę mikroprocesorową. Są one przystosowane do łączenia z komputerem, drukowania wyników pomiarów i archiwizowania danych oraz umożliwiają bardzo precyzyjne automatyczne ustawienie i pomiar świateł. Wyświetlane komunikaty wspomagają diagnostę w wykonywaniu niezbędnych czynności związanych z badaniem świateł. Ten rodzaj przyrządów jest przystosowany do współpracy z centralną jednostką sterującą linii diagnostycznej. Urządzenia te eliminują podstawowe mankamenty klasycznego diagnozowania oświetlenia, to jest brak analizy rozkładu wiązki światła, trudności z dokładnym określeniem granicy światła i cienia, konieczność starannego poziomowania i niedokładne bazowanie przyrządu.
Przykładem komputerowego urządzenia do kontroli świateł jest opracowany w Instytucie Transportu Samochodowego (ITS) analizator świateł AS. Do istotnych cech charakteryzujących ten przyrząd należą:

• precyzyjna i automatyczna kontrola ustawienia świateł (wyznaczenie i ocena granicy światła i cienia);
• automatyczna analiza i wizualizacja rozkładu wiązki światła (drogowego, mijania, przeciwmgłowego);
• wyposażenie w układ automatycznego poziomowania i precyzyjnego ustawienia przyrządu (projektor laserowy);
• zapis wyników badań w pamięci komputera;
• wydruk wyników pomiaru w postaci protokołu.

Analizator świateł AS wyposażony jest w kamerę przetwarzającą obraz światła. Program komputerowy analizuje szczegółowo rozkład wiązki światła oraz precyzyjnie wyznacza granicę światła i cienia (wyniki pomiarów są jednoznaczne i powtarzalne). Jeżeli granica ma nieregularny kształt, wówczas na ekranie monitora pojawia się komunikat, sugerujący wymianę tylko żarówki lub całego reflektora. Uzyskuje się pełną automatyzację badania oraz informację o jakości światła i spełnieniu podstawowych wymagań. Dane pomiarowe są przechowywane w pamięci komputera, protokół z badań dostępny jest w formie graficznej i liczbowej.

Cały pomiar trwa około minuty.
Na przykład na rysunku 9 przedstawiono wyniki badania reflektora z uszkodzonym żarnikiem żarówki, a na rysunku 10 tego samego reflektora ze sprawną żarówką (zielona plama w dolnej części ekranu powinna być szeroka i jasna).
Innymi urządzeniami komputerowymi (z kamerami) przeznaczonymi do kontroli świateł są: HTD 815 firmy Bosch, SEG V firmy Hella (rys. 11), Premium firmy Magneti Marelli, MLD 815 wytwarzany przez firmę Beissbarth i MLT 3000 firmy Maha.
Przykładowo MLT 3000 (rys. 12) produkowany przez firmę Maha jest mikroprocesorowym przyrządem pracującym z wykorzystaniem kamery wideo, która przetwarza obraz światła. Urządzenie umożliwia sprawdzanie różnych rodzajów reflektorów (parabolicznych, DE, ksenonowych i innych), zarówno głównych, jak i przeciwmgłowych oraz dodatkowych drogowych. Można je podłączyć do komputera przewodem za pomocą portu RS232/USB lub bezprzewodowo przez Bluetooth. Zastosowane oprogramowanie umożliwia prezentację wyników badania na wielofunkcyjnym wyświetlaczu ciekłokrystalicznym. Na ekranie pokazywane są: przebieg granicy światła i cienia, kąt nachylenia światła, światłość światła, natężenie oświetlenia i położenie ogniskowej. Oprócz tego prezentowany jest graficznie obraz z soczewki. Wyniki pomiarów można przesyłać do komputera zewnętrznego. Podczas ustawiania świateł można korzystać z akustycznego trybu pracy (nie trzeba patrzeć na wyświetlacz). Częstotliwość dźwięku zwiększa się, gdy podczas regulacji pozycja reflektora zbliża się do pozycji wymaganej. Sygnał ciągły oznacza, że położenie reflektora jest prawidłowe. Wózek przyrządu przesuwa się po szynach, a pozycjonowanie względem nadwozia odbywa się za pomocą lustra.
Niektóre nowe samochody są wyposażone w inteligentne (adaptacyjne) systemy oświetlenia, które charakteryzują się ciągłym światłem drogowym i pionową granicą światła i cienia. Początkowo funkcję inteligentnego systemu oświetlenia realizowano za pomocą adaptacyjnych reflektorów ksenonowych, w których siłownik obraca cylindryczną przesłonę. Obecnie coraz częściej stosuje się nowej generacji matrycowe reflektory diodowe (LED). W przypadku reflektorów z pionową granicą światła i cienia poprawne ustawienie świateł jest absolutnie konieczne, aby nie doszło do oślepienia innych uczestników ruchu drogowego.
Niezależnie od rodzaju inteligentnego systemu oświetlenia, jego sprawdzenie i regulacja wymagają zastosowania testera diagnostycznego i najnowszych przyrządów komputerowych do kontroli świateł (z kamerą, mikroprocesorem i laserem). Producent pojazdu zawsze określa specyficzne warunki badania inteligentnych reflektorów (np. badanie świateł drogowych łącznie ze światłami mijania lub osobno, odpowiednie obciążenie samochodu, wymagana poziomość stanowiska kontrolnego). Dalej przedstawiono ogólne zasady ustawiania świateł adaptacyjnych.

1) Ustawianie adaptacyjnych reflektorów ksenonowych:

• wykonać czynności wstępne (właściwe ciśnienie powietrza w ogumieniu, obciążenie pojazdu zgodne z wymaganiami producenta, prawidłowe ustawienie przyrządu przed reflektorem);
• podłączyć tester diagnostyczny do gniazda w samochodzie, wybrać i uruchomić funkcję badania reflektorów;
• reflektory ustawią się w określonej pozycji, po czym aktywowana zostanie pionowa granica światła i cienia;
• pionowa granica światła i cienia powinna znajdować się na linii zerowej ekranu kontrolnego przyrządu (rys. 13);
• w innym przypadku ustawić pionową granicę światła i cienia na linii zerowej ekranu kontrolnego (śrubami regulacyjnymi);
• zapisać w pamięci sterownika reflektorów nowe ustawienie.

2) Ustawianie adaptacyjnych reflektorów diodowych:

• wykonać czynności wstępne (właściwe ciśnienie powietrza w ogumieniu, obciążenie pojazdu zgodne z wymaganiami producenta, prawidłowe ustawienie przyrządu przed reflektorem);
• podłączyć tester diagnostyczny do gniazda w pojeździe, włączyć diodę LED Master, zostanie aktywowana granica światła i cienia;
• wewnętrzna granica światła i cienia powinna znajdować się na linii zerowej ekranu kontrolnego przyrządu (rys. 14a);
• w przypadku odchylenia od tej pozycji (rys. 14b) za pomocą testera diagnostycznego wprowadzić wartość korekty; 
• zapisać w pamięci sterownika reflektorów prawidłowe ustawienie.

5. Przyrządy przenośne do sprawdzania ustawienia świateł
Przykładem przenośnego przyrządu do sprawdzania ustawienia świateł (szczególnie mijania) w warunkach drogowych jest – wyprodukowane w niewielkiej liczbie – KS-30. Światła drogowe można kontrolować nim wyłącznie w przypadku oddzielnych reflektorów. Urządzenie KS-30 składa się z dwóch zasadniczych elementów: głowicy pomiarowej ze wspornikiem i projektora ze wspornikiem. Najpierw należy wykonać bazowanie przyrządu względem pojazdu, a następnie dokonuje się kontroli ustawienia świateł mijania. Jego wadą jest niewielka dokładność pomiaru.

dr inż. Kazimierz Sitek

Literatura
1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 31 grudnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (Dz.U. z 2016 r., poz. 2022, z późn. zm.).
2. Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 26 czrewca 2012 r. w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach (Dz.U. z 2015 r., poz. 776, z późn. zm.).
3. Sitek K., Syta S.: Badania stanowiskowe i diagnostyka. WKŁ, Warszawa 2011.