הכתבה פורסמה במגזין אוטו בגיליון 234.
מערכות התאורה במכונית כיום הינן מערכות מורכבות, מתקדמות ומשלבות טכנולוגיה עילית, כל זאת על מנת להשיג רמת תאורה גבוהה ככל האפשר, להימנע מסינוור הנהגים האחרים ולשפר את בטיחות עוברי הדרך. עם זאת, לא תמיד היו מערכות אלה בראש מעייניהם של יצרני הרכב, ולאורך שנים לא הושקע מאמץ רב בפיתוחן, למעט בצידן העיצובי. אין ספק כי לצורת הפנסים נוכחות עיצובית מרשימה. אם מדובר בעיני דג, עגל או צפרדע, כבחיפושית ובמולטיפלה המוחלפת, דרך ^חרכי ירי^ משולבים בפס תאורה קדמי לרוחב כל המכונית, כבחלק מהמכוניות האמריקאיות ועד לפנסים מלוכסנים המשווים תדמית מרושעת לחזית המכונית. אך כפי שכבר למדנו בכתבות העיצוב הקודמות, לכל עיצוב חייב להיות מענה הנדסי פונקציונלי, שיאפשר למערכת המעוצבת לתת מענה לביצועים הנדרשים ממנה. במסגרת כתבות אלה ננסה להמחיש את התפתחות מערכות התאורה ברכב, החל בפנסי החזית, עבור לפנסים האחוריים על מרכיביהם, פנסי האיתות וכלה בתאורת הפנים. ננסה לבחון את הפיזיקה שעומדת מאחורי תכנונן, את המערכות העדכניות ביותר, תחזוקתן על ידי הנהג, שיפורן והכיוונים העתידיים (שבעצם חלקם כבר כאן).
עששיות ממונעות
בתחילת דברי הימים של האבטומובילים לא הוערכה נכונה השפעת המהירות על תנועת המכוניות, בפרט בלילה. בתחילת הדרך נתפשה המכונית ככרכרה ללא סוסים, ולפיכך נתלו עליה עששיות נפט, למען ייראו מכונות הרעש הללו מרחוק. אלא שהדרכים עליהן נסעו חייבו הארתן באופן קצת יותר רציני. בפורד מודל T נעשה שימוש במנורות קרביד-גז, על מנת להגדיל את הניראות והראייה. מנורות אלה היו מבוססות על שני מיכלים: מיכל עליון של מים ומיכל תחתון של קלציום-קרביד. תרכובת זו מבוססת על פחמן בו משולב הסידן בתוך המבנה הגבישי. כאשר החומר מובא במגע עם מים נוצר אצטילן - גז בעירה, המשמש היום לריתוך. טפטוף המים דרך שסתום לתוך מיכל הקרביד נשלט על ידי הנהג. הגז שנוצר זרם דרך צינור לתוך המנורה, שם הוצת בלהבה. רוב הפנסים דאז היו עשויים מנחושת, וכאשר הפעלת השסתום לא בוקרה כראוי היתה טמפרטורת הפנס עולה מעבר לנדרש והזכוכית המגנה היתה נסדקת. אספנים אדוקים של מכוניות אלה עדיין יכולים להשיג קלציום-קרביד אצל סוחרים המשוגעים לדבר, אך רוב האספנים כבר החליפו את מנורותיהם לחשמליות. היה זה השלב הבא בהתפתחות פנסי החזית. ב-1915 הומצא המגנטו, שייצר חשמל באמצעות סיבוב המנוע. חשמל זה שימש גם לשם הפעלת פנסי החזית באמצעות נורות ליבון ומחזירי-אור (רפלקטורים). נורת הליבון ויורשותיה המודרניות עוד תידונה בהמשך, אך מן הראוי לפרט מעט בנושא הרפלקטור. הבסיס הפיזיקלי לתכנון מחזירי האור נעוץ בתורת האופטיקה: קרני אור הפוגעות במראה קעורה מוחזרות לעבר מוקד המראה. צורת המראה היא כצורת פרבולה, אותה צורה שלא מעטים שנאו בעת לימודי המתימטיקה בתיכון, אותה צורה המאפשרת קליטת לוויינים, פעולת רמקולים ועוד. הואיל והחזרת האור עובדת גם בכיוון השני באותה צורה בדיוק, הרי ששיגור קרני אור ממוקד המראה לעבר היקפה תחזיר את האור בקווים מקבילים קדימה. באופן זה, אור המתפזר בדרך כלל בצורה סימטרית לכל הכיוונים מכוון כך שיאיר רק לכיוון אחד, במקרה שלנו - לפנים. הרפלקטורים מיוצרים היום בדרך-כלל מפלסטיק קשיח ועמיד בחום, המצופה ציפוי מבהיק על בסיס כרום או אלומיניום מלוטש והם בעלי מקדם החזרת אור גבוה, גם אם לא מושלם. כאשר כל האור מרוכז לכיוון אחד, הוא נראה חזק יותר מאשר כשהוא מתפזר לכל (ה)רוחות השמיים. אלא שבנהיגה איננו רוצים שקרני האור תופנינה במקביל לכביש, שכן אז הן תארנה את האוויר, תסנוורנה את הנהגים ממול ולא תארנה את הכביש. לפיכך, יש צורך להפנות את קרני האור כלפי מטה, אך במידה שתאפשר עדיין להאיר שלטי דרכים במידה מספקת. כרגיל - דרישות סותרות. הפנייה זו מתאפשרת בשתי דרכים המשלימות זו את זו. הראשונה היא על-ידי משחק במיקום נקודת ההארה ביחס למוקד המראה. כאשר אלמנט התאורה (עליו נדון בהמשך בהרחבה) נמצא מעל למוקד המראה, קרני האור תופנינה כלפי מטה. כאשר האלמנט יהיה מתחת למוקד המראה, האור יופנה כלפי מעלה. תכנון מדוקדק של האופטיקה ומיקום הנורה יקבע את ^גובה^ האור, כפי שאנו נוהגים לומר. הדרך השניה, המשלימה את הפניית קרני האור, תלויה במבנה כיסוי הפנס. אותה זכוכית ששימשה כבר בתחילת הדרך היא בעצם מנסרה (פריזמה) אופטית. במכוניות המודרניות, כפי שיוסבר בהמשך, נעשה שימוש בפלסטיק שאינו פריזמטי. במבט מקרוב על הזכוכית המכסה את הפנס נוכל לראות כי היא אינה חלקה, שכן על פניה סדרות של פסים בצורות שונות. עיצוב פריזמטי זה מיועד להבטיח כי מירב שטף האור המופק על ידי הנורה ומוגבר על ידי הרפלקטור, ירוכז לכיוון הנכון וימוקד לצורכי הנהג, תוך התייחסות למגבלות התקן והחוק. כפי שכבר למדנו בכתבות האוירודינמיקה, לא די בעיצוב החזותי ובפונקציונליות התפקודית מבחינת מיקוד האור. על כיסוי הזכוכית להוות חלק בלתי נפרד ממערך החלקת זרימת האוויר. יחידת פנסים אחת, הכוללת בתוכה את פנסי התאורה הרגילה ופנסי האיתות, מתאימה יותר מבחינה אווירודינמית, שכן כשכל פנס עומד בגפו, נוצרים רווחים בחיבור בינו לבין הגוף ובינו לבין יחידות התאורה האחרות, רווחים דרכם נכנס האויר ונעצר, תוך יצירת גרר. מנגד, כיסוי גדול כזה (ע^ע רנו סניק) יקר מאד. הזכוכית עצמה, מלבד הדרישות האופטיות, צריכה לעמוד גם בתנאי סביבה לא פשוטים. נניח שאנו נוסעים במשך שעתיים בלילה. הזכוכית מתחממת עקב פעולת הנורה, וכעת מתחיל לרדת גשם. בזכוכית רגילה ההלם התרמי שיווצר יגרום להתנפצות הזכוכית. אשר על כן, זכוכית הפנס נדרשת להיות מחוסמת. תהליך החיסום הוא תהליך תרמי, המקנה לזכוכית חוזק מוגבר. החיסום מתבצע לאחר כל תהליך ייצור הזכוכית, שכן לאחר חיסומה, ניסיון לעבדה יגרום לשבירתה. יש יצרנים שאצלם כיסוי הפנס, ובעצם צורתו, משמשים כסימנם המסחרי. פיז'ו הוא יצרן בעל מובהקות ברורה בפנסי החזית שלו, אולי יותר מכל יצרן אחר.
ציר הסימטריה
לכיוון פנסי הרכב משמעות רבה, כפי שכבר הובן. לא מדובר רק ביכולתנו לראות את הכביש בתנאי תאורה שונים, אלא גם להימנע מסינוור הנהגים האחרים. ברכב גבוה, דוגמת אוטובוסים ומשאיות, בהם ממילא הפנסים נמצאים גבוהים ביחס לכביש, נדרש כיוונון אחר על מנת למנוע סינוור. עם הזמן התפתחו שני כיוונוני תאורה עיקריים: הכיוונון הסימטרי, הנהוג בארה^ב, והא-סימטרי, הנהוג באירופה. ככלל, כל תחום הרכב מתחלק על פי שניים אלה: משרד התחבורה האמריקאי, שכל תקן שלו מלווה בצירוף ראשי התיבות של שמו (DOT) ותקני האיחוד האירופי, שבדרך כלל מתחילים באות E. הדרישות לתקן באו לתת מענה לצורך לתאורה חזקה ככל האפשר מצד אחד, אך תוך מניעת סינוור מנגד. על פי התקן האמריקאי, שני פנסי הרכב מאירים באופן שווה ובגובה שווה. לאור הנחייה זו, תכנון הפריזמות האופטיות, אותן זכוכיות המכסות את הפנס, שונה בתכלית מהתכנון האירופאי. זה האחרון מגדיר כי תאורת הפנס הימני תאיר למרחק גדול יותר, בעוד שהשמאלי יאיר נמוך יותר, על מנת להגדיל את תאורת השוליים ולהימנע מסינוור הנהגים ממול. כמובן שבמדינות בהן נוסעים בצד שמאל, ארצות האימפריה הבריטית ומספר מדינות במזרח אסיה, הא-סימטריה הפוכה: הפנס השמאלי מאיר רחוק יותר. משמעות ההבדל בתקינה היא שכאשר מיובא רכב מארה^ב לישראל, הפועלת על פי התקינה האירופית, הוא מחוייב בשינוי פנסי החזית לפנסים א-סימטריים. אגב, בתחום התאורה (ואולי לא רק?) התקינה האמריקאית מפגרת אחרי זו האירופית. דוגמא נוספת לשמרנות האמריקאית: ב-1930 נקבע כי תאורת המכוניות תתבסס על ^קרן אטימה^ (Sealed Beam), שמשמעה כי הפנס יהיה מורכב מיחידה אחת הכוללת את הנורה, הרפלקטור וכיסוי הזכוכית, שתהיה אטומה למים. דרישה זו נמשכה עשרות שנים, גם כשמערכות התאורה שופרו והצורך באטימתן ירד, ולמרות המחיר היקר יותר שנדרש הצרכן לשלם. בקליפורניה, עד היום, רכב שהיה מאובזר בתאורה מסוג זה, יכול היה להחליפה רק לתאורה דומה, אם חל בה נזק או שבר. דוגמא נוספת היא שעד שנת 1965 כל המכוניות שיצרו בארה^ב חוייבו בפנסי חזית עגולים, גם כשהטכנולוגיה האופטית איפשרה מעבר לפנסים מרובעים, מלבניים או כל צורה אחרת.
קולות רבים בארה^ב קוראים למשרד התחבורה האמריקאי לאמץ את התקינה האירופית, ולו משום שרכב אירופי המיובא לארה^ב מגיע עם פנסים א-סימטריים. האירופים פשוט לא מייצרים משהו אחר. הבעיה ^זוחלת^ גם לתחום הנורות - יצרני הנורות הגדולים בעולם, הלה הגרמנית (Hella)
ו-וולאו הצרפתית (Valeo), מייצרות נורות המתאימות לדרישות האירופיות, ובעלי רכב אירופי בארה^ב מתקשים למצוא נורות תחליפיות, מעבר לכך שהתקינה הא-סימטרית נכונה יותר. אבל זה כבר סיפור של פוליטיקה, לא בהכרח של טכנולוגיה.
כיוון אורות
פנסי הרכב, כמו כל אביזר אחר המורכב בו, נחשפים לתנאי עבודה לא פשוטים. תאוצות הרכב והאטותיו, הפניות, פני הכביש המשובשים, רעידות המנוע, כל אלה חוברים על מנת ^לחָרֵב^ את הכיוונון הראשוני של גובה האלומה. משום כך מותקנים בפנסים ברגי כיוונון, שסגירתם או פתיחתם משנה את זווית הפנס למול מכשיר מדידה. המכשיר מכוייל לתקן גובה אלומת האור (בישראל, כאמור, לתאורה א-סימטרית), כשזו נמדדת פעמיים - פעם אחת לאור מעבר (אור נמוך) ופעם שניה לאור הדרך (אור גבוה). המכשיר מצוייד בסקאלה המתאימה לתקן, אלא שבבדיקה בארץ יש מספר תורפות: הרכב נבדק כשהוא אינו עמוס, ובמכוניות המודרניות, בהן יש מתג חשמלי להתאמת גובה אלומת האור לרמת העמסת המכונית, לא נבדקים כל המצבים הללו. כמובן, שינוי גודל הצמיגים בהיבט קוטרם או חתך הדופן, משפיע אף הוא על גובה אלומת האור. גם לחץ האוויר בצמיגים עלול להשפיע, שכן צמיגים קדמיים בהם חסר אויר יגרמו להורדת אלומת האור, ובצמיגים האחוריים - להרמתה.
