Tecnologia

Dai fari alogeni ai full Led, dal Laser all'Oled. Il futuro dell'illuminazione motociclistica

- C'è tanta tecnologia nei moderni gruppi ottici di moto e scooter, a beneficio della sicurezza e del design. Lo abbiamo scoperto visitando il centro ricerche BMW a Monaco. Vediamo vantaggi e difetti di Led, Laser, Oled, Xeno e lampade alogene
Dai fari alogeni ai full Led, dal Laser all'Oled. Il futuro dell'illuminazione motociclistica

Quattro anni dal primo disegno alla produzione di serie: è il tempo necessario alla realizzazione di un moderno faro Full Led. Basta questo dato a spiegare la complessità dei nuovi impianti di illuminazione che vediamo sulle moto più recenti di gamma media e alta.
Quello dei gruppi ottici di illuminazione è fra i settori che ha conosciuto i maggiori sviluppi tecnologici negli ultimi anni, e lo si è notato soprattutto nel mondo dell'automobile, con il passaggio dalle lampade alogene a quelle allo xeno, poi ai led e infine al laser, integrati da sistemi di controllo elettronici.

Le ultime due tecnologie, Led e Laser, stanno offrendo le migliori applicazioni in termini di efficienza luminosa, gestione del campo illuminato e adattabilità alle condizioni del percorso e del traffico. In questo caso, servendosi di sistemi adattativi gestiti da sensori, telecamere e GPS che sono in grado di vedere in anticipo gli altri veicoli, i pedoni o l'approssimarsi di una curva, per modificare il campo illuminato - anche in base alla velocità - e non abbagliare chi si incrocia.

Detto in parole povere significa veder aumentare enormemente la sicurezza attiva, incrementare l'affidabilità dei fari e diminuire i consumi elettrici. Il che si traduce in minori emissioni inquinanti: una questione particolarmente sentita nel settore automobilistico, per via delle norme sempre più stringenti.

Un incontro al dipartimento di ricerca e sviluppo BMW di Monaco con chi si occupa di progettare impianti illuminanti per i nuovi modelli, e una visita agli attrezzati laboratori del centro FIZ, ci hanno permesso di conoscere lo stato dell'arte di un settore che è in rapida evoluzione, e che è diventato decisamente più complesso rispetto a pochi anni fa. Una complessità che porta molti vantaggi e maggiore sicurezza, che favorisce la riconoscibilità di un modello o di un marchio, ma che comporta anche un prevedibile aumento dei costi.

Il centro ricerche e sperimentazione BMW FIZ a Monaco
Il centro ricerche e sperimentazione BMW FIZ a Monaco

 

Più complicato del previsto

Se è necessario così tanto tempo per metter a punto un nuovo fanale, come ci ha spiegato Roman Huska - developing engineer light technology per BMW - è soprattutto perché esistono ben dodici diverse omologazioni nel mondo alle quali occorre sottostare. Vuol dire dover rispettare ben oltre un centinaio di combinazioni diverse che considerano intensità luminosa, punti di misurazione, posizione delle luci sul veicolo, campi illuminati, eccetera. In Cina, curiosamente, viene chiesta una potenza inferiore rispetto ad altri Paesi, per cui le regole d'omologazione non seguono le stesse logiche ovunque.

Lo sviluppo sta portando alla messa a punto di una sola fonte luminosa adatta a tutte le normative, e in questo senso i Led semplificano le cose, perché la sorgente luminosa è maggiormente controllabile e adattabile.
La cosa non è banale se si pensa che, ad esempio, la sola normativa europea prevede il controllo di venti differenti punti all'interno del fascio proiettato dal faro anteriore.
Naturalmente vale la stessa considerazione anche per l'uso delle più semplici e diffusissime lampade alogene ma, come vedremo, la tecnologia Led che va ormai per la maggiore garantisce risultati decisamente superiori in molti ambiti, e non soltanto grazie anche all'introduzione della luce di marcia diurna DLR: quest'ultima è la terza luce, oltre ad anabbagliante e abbagliante, che ha aggiunto una funzione più efficace rispetto alla tradizionale luce anabbagliante lasciata accesa obbligatoriamente di giorno.

 

I disegni di stile del faro montato sulla nuova F 850GS
I disegni di stile del faro montato sulla nuova F 850GS

 

Per comparare i due sistemi ora disponibili e le rispettive diversità costruttive, sono stati presi come esempio il fanale alogeno dell'ultima BMW F 800GS e quello full Led della nuova versione F 850GS presentata a Eicma.

A differenza dei filamenti usati per le lampade a incandescenza e degli elettrodi in atmosfera di gas (Xeno), i Led (ovvero Light Emitting Diode, diodi a emissione di luce) sono composti da un chip di materiale semiconduttore che emette luce quando è attraversato dalla corrente elettrica.

 

Fari Full Led al potere

I vantaggi di questa tecnologia sono molteplici, a partire dalla maggiore efficienza della sorgente luminosa che supera il valore del 25%, contro il solo 3% della lampada alogena e il 7% circa di quella allo Xeno.
Inoltre la luce Led è “pulita” perché priva di raggi ultravioletti e infrarossi, non visibili, così che si consuma molta meno energia: tornando al faro della nuova GS, il consumo totale si ferma a 34 W. L'importanza di questo aspetto in campo auto, come accennavamo all'inizio, potendo anche contare sull'utilizzo delle luci diurne Led al posto degli anabbaglianti e con le altre fonti Led/Xeno per l'intera vettura, taglia fino a venti volte le corrispettive emissioni di CO2.
 

 

Secondo aspetto, più importante ancora, è che per intensità e qualità la luce quella offerta dai Led è simile alla luce naturale – la temperatura colore supera infatti i 5.500 gradi Kelvin – a beneficio anche della percezione visiva dell'occhio umano.
La durata dei Led supera di 10-15 volte quella delle lampade allo Xeno (non ne è prevista di fatto la sostituzione dei diodi), i Led sopportano molto bene le vibrazioni (altri test che devono superare questi fari riguardano resistenze termiche e a sostanze chimiche), sono molto compatti e permettono ai designer molta libertà creativa, a vantaggio dell'estetica della moto.

Poiché rispetto a una lampada alogena con la tecnologia Led si usano molte più sorgenti luminose (dieci chip nel caso del faro GS850, ma si arriva a sessanta sui più sofisticati fari automobilistici) è molto più semplice gestire il fascio luminoso nei vari punti e modificarne le caratteristiche in modalità adattativa. La progettazione si avvale anche di uno speciale software in grado di simulare su strada le soluzioni allo studio, misurandone l'efficacia nelle diverse condizioni climatiche e viarie.

Le tolleranze costruttive dei fari Led, ci ha spiegato un altro ingegnere di sviluppo (Frederic Pfeuffer) richiedono però una grande precisione dimensionale, ma in compenso è possibile adottare superfici riflettenti più piccole e quindi ridurre l'ingombro dei fanali.
Uno dei problemi della tecnologia Led è il calore generato dai circuiti elettronici (si arriva a 130°C), tanto più che il faro deve essere a tenuta ermetica: per questo viene utilizzato un supporto radiante in alluminio per i circuiti, mentre il “vetro” è in speciale materiale plastico per resistere agli urti.
La luce emessa dai Led non è continua: è accesa per 10 millisecondi, spenta per 30, riaccesa per altri 10 millisecondi e così via. E' questo il motivo per cui nelle eventuali riprese video – dipende dalla frequenza dei fotogrammi di registrazione - capita di vedere i fari Led andare a intermittenza.

 

DRL: Sicurezza e riconoscibilità

L'introduzione delle luci diurne DRL (Daytime Running Light) ha seguito l'obbligatorietà dei fari anabbaglianti accesi di giorno.
Lo scopo di queste luci è di rendere il veicolo visibile, non è quello di illuminare la strada: per questo motivo è ammessa un'area molto più ampia in altezza rispetto agli anabbaglianti, senza peraltro correre il rischio di infastidire chi si incrocia.
Viene poi preferita una luce blu perché meglio individuabile dall'occhio umano. Risultato, grazie ai Led il consumo d'energia è molto inferiore rispetto alle luci alogene (21 W nel caso della citata F 850 GS), è possibile usare maggiore potenza (circa 300 candele in più secondo le normative) e la visibilità aumenta in maniera importante come hanno confermato le statistiche di incidenti registrate negli Stati Uniti.

 

La firma della luce diurna sulla nuova F 850GS
La "firma" della luce diurna sulla nuova F 850GS

 

Dalle automobili, la soluzione DLR è stata inizialmente trasferita alle moto proprio da BMW.
Nel caso della GS 850 ci sono quattro Led che puntano inclinati di 45° nel diffusore anulare, che deve avere per legge una superficie minima di 25 cmq. E proprio con la funzione DLR qui entra in gioco la componente design, tanto che le luci diurne vengono sempre più impiegate come firma di un modello o di una marca.

Harry Schmidt, designer del centro stile BMW Motorrad che fa da tramite con chi progetta i fari, racconta come i gruppi ottici siano diventati una parte sempre più influente dell'estetica di un nuovo modello, proprio per la loro integrazione nel design complessivo, e questo aumenta la riconoscibilità del modello. Tanto che ormai fari e luci di coda richiedono un processo di sviluppo più lungo rispetto al resto delle sovrastrutture.

 

Il diverso sguardo con anabbagliante o con DLR
Il diverso "sguardo" con anabbagliante o con DLR


Un altro aspetto interessante della tecnologia Led è che viene creato il fascio stradale illuminato a seconda del tipo di moto. Per esempio, sui modelli da enduro, che prevedono la guida in piedi e il superamento di ostacoli, viene data più importanza alla zona immediatamente davanti alla ruota, mentre per le GT conta l'ampiezza in curva e per le sportive la profondità. Dal punto di vista tecnico, racconta sempre il designer, è più difficile lavorare sui modelli naked, perché i fari hanno poso spazio a disposizione, sono arretrati e generalmente rotondi. Sportive carenate e GT permettono in questo senso maggiore libertà di progettazione.

 

Fari adattivi: per curve e frenate

Il faro della K 1600GT
Il faro della K 1600GT

BMW è stata la prima casa a proporre un faro motociclistico adattivo allo Xeno, sulle K1600 GT e GTL del 2010. La lampada principale adotta uno specchio riflettente, sensori e servomotori provvedono a mantenere il fascio all'altezza corretta durante i trasferimenti di carico (una moto si alza e abbassa in accelerazione e frenata molto più di un'automobile) e a orientarlo all'interno della svolta quando si è inclinati in curva. Naturalmente un faro così concepito è più grande, complesso e costoso rispetto ai full Led, e per questo è disponibile su modelli di fascia alta.

Il video qui sotto mostra il funzionamento del sistema Selective Beam automobilistico di BMW. Una telecamera gestisce il fascio di luce consentendo una visibilità migliore e senza il pericolo di abbagliare chi si incrocia. Il sistema riconosce gli altri veicoli e ne esclude l’abbagliamento. La profondità dei fari è di oltre 400 metri.

 

 

Le lampade allo Xeno hanno superato l'efficienza di quelle alogene, ma a loro volta stanno patendo la concorrenza dei Led.
Questi ultimi, oltre ai vantaggi ricordati prima, hanno anche la preferenza dei motociclisti perché offrono una buona caratterizzazione estetica, e questo non è un aspetto secondario nella scelta di una moto.

Fra i difetti dei fari full Led ci sono peraltro il peso maggiore rispetto ai tradizionali alogeni, e soprattutto il costo parecchio superiore. E' una voce che diventa importante nel malaugurato caso di una sostituzione.

 

La precisione e la potenza Laser

Fra i diversi primati tecnologici di BMW c'è quello della luce abbagliante Laser, introdotta per la prima volta sulla i8 di serie nel 2014 e mostrata su una speciale K 1600GTL nel 2016 al CES di Las Vegas. Giusto per ricordare che anche sulle moto è possibile adottarla.

La luce abbagliante laser è l'ultima frontiera in fatto di potenza, efficienza e compattezza raggiungendo una portata di 600 metri contro i 300 metri dei migliori Led e una luminosità quattro volte superiore.
Il sistema LARP (Laser Activated Remote Phosphor) prevede un diodo laser che genera un flusso puntiforme di pochi micron. La luce laser emessa viene percepita come blu dall'occhio umano e per questo è convertita il luce bianca attraversando una una sostanza fluorescente (fosforo giallo) ottenendo una temperatura colore di 5.500 gradi kelvin. Come nei diodi a emissione luminosa, i Led appunto.

La lampada Laser
La lampada Laser

La luminosità elevata offerta dai sistemi LARP permettono di avere componenti ottiche di dimensioni molto ridotte, e il tipo di fascio generato si presta a essere pilotato efficacemente. Sulla i8, come sulla Serie 7, l'illuminazione spot si attiva una volta superati i 70 km/h. La telecamera sul veicolo rileva l'assenza di traffico in senso opposto e quando si incrociamo altri mezzi il fascio viene modificato per evitare l'abbagliamento. Ragioni di costo rendono al momento questi sistemi relegati al mondo automobilistico.

Il fascio abbagliante centrale del sistema laser misurato in laboratorio
Il fascio abbagliante centrale del sistema laser misurato in laboratorio

 

Frontiera Oled

Un'altra tecnologia innovativa e già presente in campo auto da un paio d'anni per i gruppi ottici posteriori è quella Oled. La BMW M4 GTS è stata la prima auto di serie a proporla.
Si tratta di luce emessa da diodi di origine organica (Organic Light Emitting Diode), che sfruttano molecole di carbonio e idrogeno per generare luce visibile grazie al passaggio di corrente elettrica (elettroluminescenza). E' lo stesso principio usato per gli schermi smartphone e TV: i diodi hanno una costruzione a sandwich con strati semiconduttori dello spessore di pochi micron, e uno spessore totale che va da 0,8 a 1,5 mm.

A differenza dei Led, l'emissione della luce è diffusa invece che puntiforme, quindi può essere regolata a piacimento e adottata per luci di stop e di svolta. La tecnologia Oled offre una visibilità costante da qualsiasi angolazione, ha un basso consumo di energia mentre il sistema faro permette una costruzione semplice e creativa perché gli Oled possono essere curvati, non servono parti riflettenti e nemmeno raffreddanti o di guida. Tutte caratteristiche che possono essere sfruttate dai designer: i fari Oled possono essere formati da piccoli segmenti con diversi orientamenti, colori e accensione. Hanno un costo di produzione ancora alto e questo ne fa un'applicazione di nicchia e ancora lontana dal settore motociclistico.

Il fanale posteriore della BMW M4 con elementi Oled
Il fanale posteriore della BMW M4 con elementi Oled

 

La differenza di funzionamento fra i sistemi alogeni, Led, Laser e Oled l'abbiamo vista nei laboratori di prova che BMW ospita al FIZ di Monaco: al centro di ricerca e sviluppo lavorano ottomila ingegneri su un totale di 20.000 addetti, in massima parte dedicati al mondo automobilistico ma le cui conoscenze ed esperienze – come per l'argomento che abbiamo affrontato - ricadono anche sulla divisione tecnica Motorrad.
Chiudiamo tornando all'illuminazione alogena. E' una tecnologia che va ancora per la maggiore (è usata da oltre il 90% delle nuove moto e scooter) e vedrà ulteriori prospettive di sviluppo per essere applicata su modelli più economici, ma anche classici, proprio per il suo design.

 

Alogene non al tramonto

Nonostante la minore efficienza delle lampade alogene, comparata a Xeno e Led, ci sono continui miglioramenti che riguardano brillantezza della luce (secondo il produttore Philips gli ultimi modelli hanno superato le alogene standard del 130%), aumento del campo illuminato (+60%), luce più bianca (+40%, 4.000 Kelvin e oltre) e durata incrementata a 450 ore.
In ogni caso l'obiettivo resta l'aumento della sicurezza di guida, ed è un peccato che la normativa vigente regoli malamente le modifiche retrofit ai fari di serie.

 

  • clapas64, Clusone (BG)

    Tutto bene quando parliamo di tecnologia e di design, ma vogliamo parlare di costi? E' vero che la durata teorica dei fari a LED è lunghissima, ma si rompono ugualmente e non si va dall'elettrauto a cambiare le luci. NO! Si va dal concessionario a comprare il pezzo originale! Costi infinitamente più alti ed obbligo di concessionario specifico. Meditate gente, meditate!
    Ciao a tutti
  • saverio.parroni, Milano (MI)

    Peccato però - poi - che per ragioni di costo i fari delle moto abbiano smesso di essere asimmetrici e quindi di fatto illuminano meno il lato destro della carreggiata (quello peraltro dove è posizionata la segnaletica verticale) ...
    Poi che la si smettesse una volta per tutte con le lampade da 35W che non fanno assolutamente luce ...
    Anche in città c'è bisogno di vedere dove sono le buche, le rotaie del tram ed avvallamenti vari dell'asfalto ...
    Rimane troppa la differenza con l'illuminazione delle auto!
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