O farol do Veículo



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O Farol do Veículo
Tradução do artigo Headlamp, da Wikipédia

Denomina-se farol a cada uma das lanternas que, colocadas na frente de um veículo, produzem focos luminosos de grande intensidade com a finalidade de iluminar o trecho da via à frente durante períodos de baixa visibilidade, tais como escuridão, chuva e neblina.


O desempenho desse elemento evoluiu significativamente ao longo do tempo, estimulado pela enorme disparidade entre acidentes diurnos e noturnos: a U.S. National Highway Traffic Safety Administration atesta que aproximadamente metade das fatalidades reportadas ocorreram em condições de escuridão, mesmo com apenas 25% das viagens sendo feitas neste período [1].

Aspectos Construtivos
Os primeiros faróis utilizavam acetileno ou óleo e foram introduzidos na década de 1880. As lâmpadas de acetileno eram populares porque sua chama era resistente ao vento e à chuva.
Os primeiros faróis elétricos foram construídos em 1898 pela empresa Columbia Electric Car, de Connecticut, USA, e seu emprego era opcional. Dois fatores serviram para limitar a expansão dos faróis elétricos no início de sua história: a curta vida útil dos filamentos sujeitos às condições adversas em que devem funcionar e a construção de dínamos, com tamanho reduzido, mas com potência suficiente, para gerar a corrente elétrica necessária. Com o tempo, tais problemas foram sendo superados e, em 1908, o sofisticado modelo Peerless já dispunha de faróis elétricos. Em 1912, Cadillac lançou seu sistema Delco, responsável pelos sistemas de ignição e iluminação do veículo, criando o moderno sistema elétrico veicular.
O conceito de farol baixo foi introduzido em 1915 pela Guide Lamp Company, mas exigia que o motorista descesse do veículo e ajustasse esse recurso manualmente no próprio farol. Em 1917, um sistema lançado pela Cadillac permitia alternar os faróis alto e baixo desde o próprio painel do veículo, mas ainda utilizando lâmpadas específicas para cada um. Em 1924, foi lançada a lâmpada Bilux, que já cuidava das duas funções com uma única lâmpada.
Em 1927, foi introduzida a solução que permitia que o motorista acionasse e alternasse os faróis com os pés, alternativa que permaneceu durante mais de um século. O último conjunto de veículos a utilizar esse recurso foi a série Ford de 1991.
O primeiro veículo a utilizar o farol de neblina foi o Cadillac 1938.
Em 1935, foi lançado o Tatra T77a, primeiro modelo projetado com preocupação aerodinâmica, que lançou os faróis direcionais; tratava-se de um conjunto de três lâmpadas conectadas mecanicamente ao volante e que acendiam/apagavam de acordo com o giro deste.

Em 1962, um consórcio de fabricantes europeus de lâmpadas e faróis recorreu, pela primeira vez, à lâmpada halógena para servir de elemento luminoso. Esta tecnologia incrementa a eficácia (razão entre a potência da luz emitida e o consumo de energia correspondente) em relação à lâmpada incandescente além de eliminar o problema do escurecimento da lâmpada com o tempo.

Em 1991, foram introduzidas as lâmpadas de alta intensidade na série BMW 7. Os mercados europeu e japonês passaram a preferir esse tipo de iluminação, o que não ocorreu na mesma medida com o equivalente norte-americano.

Projeto

Além dos aspectos de engenharia, eficiência e cumprimento das regulamentações, devem também ser consideradas as várias formas com que os faróis podem ser desenhados e acondicionados dentro do veículo. Durante muitos anos, os faróis permaneceram com o formato esférico porque esta é a solução mais simples na hora de projetar e construir o refletor parabólico.

Antes de 1983, a Europa não dispunha de qualquer tipo de regulamentação ou padronização quanto à forma e tamanho dos faróis. Os fabricantes estavam livres para projetar essas características a seu bel-prazer, desde que fossem cumpridos os requisitos europeus de segurança.

Tal liberdade permitiu, por exemplo, a adoção de faróis retangulares a partir de 1961. Esse tipo de elemento foi desenvolvido pela Cibié para o Citroen Ami 6 (Figura 1) e pela Hella para o alemão Ford Taunus. Nos Estados Unidos, entretanto, os faróis esféricos foram exigidos até 1975 e proibida a adoção de qualquer outro formato.



Figura 1 – Farol retangular com luz amarela do Citroen Ami 6

Em 1940, a padronização dos faróis deu um grande passo nos Estados Unidos. Um grupo de órgãos estaduais, responsáveis pelas especificações veiculares, se reuniu e padronizou o farol esférico de duas polegadas (178 mm) com a utilização do sistema farol selado.

Finalmente, em 1968, os Estados Unidos iniciaram a regulamentação dos faróis no âmbito federal. Foram permitidos dois faróis grandes ou quatro menores, no formato esférico, e com a exigência do sistema farol selado. Ficaram proibidos quaisquer elementos decorativos ou de proteção na frente do farol. Coberturas de vidro, utilizadas pelos europeus Jaguar, Beetle Porsche, Citroen e Ferrari ficaram proibidas e esses veículos tiveram de excluir tais acessórios para poder ser exportados ao mercado norte-americano. Essas exigências impediram que os motoristas dos Estados Unidos pudessem aproveitar as vantagens de projetos aerodinâmicos durante muitos anos.

Em 1970, a regulamentação norte-americana passou a admitir os faróis retangulares. Por volta de 1980, a maioria dos veículos desse país já estava equipada com essa solução. A padronização só permitia duas configurações: um sistema com dois faróis, cada um com 7,9 x 5,6 polegadas (200 mm x 142 mm), responsável simultaneamente pelas luzes alta e baixa que correspondia ao padrão esférico de 7 polegadas ou um sistema com quatro faróis, dois para luz alta e dois para luz baixa, com 6,5 x 3,9 polegadas (165 mm x 100 mm), que correspondia ao padrão esférico de 5+34  polegadas.

Em 1983, outorgando uma petição da Ford, o órgão regulamentador federal norte-americano passou a admitir faróis com lâmpadas substituíveis, com formato não padronizado e lentes aerodinâmicas que podiam, pela primeira vez, serem confeccionados com material plástico. Essas alterações passaram a compatibilizar as exigências norte-americanas com as européias. O primeiro veículo norte-americano a ser construídos segundo os novos padrões foi o Lincoln Mark VII.

Nos últimos anos da década de 90, os faróis esféricos voltaram à moda, mas num desenho mais moderno e arrojado do que seus velhos antecessores.

Figura 2 – Farol selado, com quatro faróis, do AMC Ambassador



Faróis embutidos

A solução dos faróis embutidos na carroceria do veículo enquanto não são utilizados foi introduzida em 1936 no modelo Cord 810. Eram montados no próprio pára-lamas e permaneciam escondidos enquanto não eram acionados. Seu formato auxiliava o desempenho aerodinâmico, quando não em uso.

Muitos automóveis de marca chegaram a adotar a solução de faróis embutidos, mas nunca chegou a haver ampla disseminação no meio da produção comercial devido aos mecanismos caros e pesados envolvidos. Além disso, atualmente, encontram dificuldades em atender às especificações internacionais de segurança em relação à proteção dos pedestres.

Muitos projetos não utilizam faróis móveis; em vez disso, são cobertos, quando não em uso, por placas cujo desenho se harmoniza com o design do veículo. Quando os faróis são acesos, as placas são retraídas, geralmente na direção vertical, para cima ou para baixo. A movimentação desses elementos de cobertura pode utilizar mecanismos baseados na tecnologia de vácuo, ou simplesmente ser resolvida por instalação elétrica.



Figura 3 – Faróis embutidos do Mazda 323F



Regulamentações e especificações funcionais

Os modernos faróis são operados eletricamente e posicionados aos pares, um ou dois de cada lado da frente do veículo. Existe um sistema responsável por produzir a luz alta e baixa, seja utilizando uma única lâmpada responsável por ambas as funções, seja recorrendo a uma lâmpada específica para cada função.

O farol alto lança a maior parte de seu feixe luminoso na direção frontal, maximizando a distância de visibilidade, mas criando possíveis problemas de deslumbramento luminoso para os condutores em sentido contrário. Como não existe controle da altura do feixe em relação ao solo, ocorre também o fenômeno do deslumbramento reverso, quando a luz emitida é refletida pelas gotículas da neblina, chuva ou neve e passa a prejudicar o motorista do próprio veículo em questão. O órgão internacional ECE Regulations especifica a intensidade do feixe de luz alta no âmbito do contexto das North American regulations.[7]. A Figura 4 exemplifica a área iluminada pelo farol alto numa solução típica.

Figura 4 – Formato do feixe de luz, em planta, emitido por farol alto

O farol baixo apresenta um controle mais rígido em relação à altura do feixe em relação ao solo e dirige a maior parte de seu feixe de luz nas direções para baixo e para o lado direito nos países que adotam a circulação pela direita da via e para baixo e para o lado esquerdo nos países que adotam a mão-inglesa.Tal direcionamento tem o intuito de não cegar os condutores que se aproximam pelo outro lado da via e de não provocar o fenômeno do deslumbramento reverso. O órgão internacional ECE Regulations, em suas especificações relativas a filament headlamps[4] e a high-intensity discharge headlamps[5,] especifica a região iluminada pelo feixe de luz do farol baixo, com formato assimétrico e recortado a fim de evitar interferência nos condutores trafegando no sentido oposto, conforme ilustrado na Figura 5 para uma solução típica.

Figura 5 – Formato do feixe de luz, em planta, emitido por farol baixo (sistema de circulação do lado direito da via)

Na Europa, quando um veículo equipado com faróis para transitar do lado direito, tem de circular em países que o fazem pelo lado esquerdo, ou vice-versa, durante um período curto de tempo (por exemplo, em férias ou só de passagem), é obrigatório ajustar a direção dos faróis baixos temporariamente a fim de que o lado mais intenso do feixe de luz não prejudique os condutores em sentido contrário. Aceita-se que esse ajuste provisório seja feito colando fitas adesivas foscas na parte crítica do farol. Muitos faróis de tungstênio fabricados na França pela Cibié, Marchal e Ducellier têm a capacidade de serem ajustados para se adequar às regras de circulação de cada país.

O uso do farol durante a luz do dia

Em alguns países é obrigatório que o veículo seja equipado com um sistema automático encarregado de manter acesos os faróis durante o período diurno (Daytime Running Lamps – DRL) com a finalidade de aumentar sua conspicuidade. O sistema DRL pode consistir no acendimento, automático ou manual, dos faróis baixos em sua intensidade máxima ou parcial, ou dos faróis altos com intensidade reduzida; pode, também, recorrer a outras soluções que não utilizem os faróis dianteiros.

Alguns países que tomam essa medida de segurança são Albânia, Argentina,[9] Bósnia, Canadá, Colômbia, Dinamarca, Estônia, Finlândia, Hungria, Israel, Noruega, Polônia, Rússia, Uruguai, e Suécia.

Características construtivas

Basicamente, existem dois padrões mundiais no que diz respeito às especificações construtivas dos faróis veiculares. O padrão ECE, que é requerido em virtualmente todos os países industrializados, exceto nos Estados Unidos e o padrão SAE, que é adotado principalmente neste país. As diferenças entre esses dois padrões se referem primordialmente ao índice de deslumbramento permitido, sobre o condutor que se aproxima em sentido contrário, quando da utilização do farol baixo (SAE permite uma intensidade muito maior), à intensidade mínima do feixe de luz frontal no caso do farol alto (SAE exige uma intensidade maior) e aos pontos de referência, no interior do feixe luminoso, para os quais são especificadas as intensidades mínima e máxima.

Os defensores de cada um desses padrões depreciam o outro, alegando sua insegurança. Os norte-americanos afirmam que o feixe do farol baixo do padrão ECE possui insuficiente distância de visibilidade e iluminação inadequada das sinalizações viárias localizadas sobre a via enquanto os outros países, principalmente os europeus, contestam o padrão SAE, alegando que produz excessivo deslumbramento[11]. Estudos comparativos entre ambas as soluções demonstraram que inexiste uma diferença verificável sob o aspecto segurança; a escolha por um ou outro sistema se ateria, principalmente, a motivos de costume e facilidade em aproveitar a base já instalada[10] e [12].

Nos Estados Unidos, o projeto, desempenho e instalação de todos os equipamentos dos veículos automotores, relacionados ao sistema de iluminação, são regulamentados pelo Federal and Canada Motor Vehicle Safety Standard 108 que incorpora o padrão SAE, enquanto que no resto do mundo, a regulamentação do padrão ECE é viabilizada através de especificações internacionais que estão consubstanciadas ou através de simples referências, ou, mais fortemente, por meio do código nacional que trata do assunto.

As leis norte-americanas exigiram faróis selados entre 1940 e 1983; em muitos países, tais como Japão, UK e Austrália ainda prepondera o uso desses elementos. Na maioria dos outros países, e nos Estados Unidos desde 1984, são utilizados preferencialmente faróis com lâmpadas substituíveis.

Os faróis, nos veículos novos, devem produzir luz branca, tanto no padrão SAE como no ECE. A regulamentação antiga do padrão ECE permitia a luz amarela, que foi inclusive exigida na França entre 1936 e 1993. A luz amarela não é mais exigida em nenhum país, embora ainda seja permitida na França, Bélgica, Holanda, Suíça, Japão e Nova Zelândia.

O feixe luminoso deve ser mantido corretamente alinhado. As regulamentações que especificam o alinhamento variam de país para país. O padrão norte-americano SAE não vincula a altura do feixe de luz com a altura em que estão posicionados os faróis. Essa omissão propicia maior distância de iluminação ao custo do maior deslumbramento dos condutores que se aproximam pelo sentido oposto. Já o padrão ECE estabelece uma correlação entre o alinhamento do farol e a altura em que o mesmo está instalado. Esse cuidado acarreta que a distância de visibilidade seja aproximadamente igual para todos os veículos e, consequentemente, que o fator deslumbramento também permaneça num mesmo patamar.

Faróis direcionais

Alguns veículos dispõem de faróis conectados ao sistema de direção de forma que o feixe de luz acompanhe a direção das rodas dianteiras. A fábrica tcheca Tatra foi uma importante pioneira dessa técnica, produzindo na década de 1930 um veículo com um farol central direcional. O americano Tucker sedan 1948 também possuía um terceiro farol conectado mecanicamente ao volante. Os modelos franceses Citroen DS (Figura 7) e Citroen SM eram equipados[50] com um elaborado sistema dinâmico que ajustava os posicionamentos horizontal e vertical dos faróis conforme os dados obtidos pelo monitoramento do sistema de direção e de suspensão.



Figura 6 – Willys-Knight 70A Touring com terceiro farol direcional central



Figura 7 – Faróis direcionais do modelo Citroen DS (o motorista consegue visualizar melhor a trajetória à sua frente, nas curvas)



Sistemas Avançados de Iluminação

Tem havido um crescente interesse em direcionar e otimizar o feixe de luz não apenas tomando por base a direção do veículo e a dinâmica da suspensão, mas também de acordo com outros aspectos como, por exemplo, condições ambientais, condições de visibilidade, velocidade do veículo e geometria da via.

Um grupo de trabalho formado pela EUREKA, composto principalmente por montadoras européias, setores privados do ramo de iluminação e órgãos reguladores governamentais vem desenvolvendo especificações relativas ao aspecto construtivo e funcional para o que está sendo chamado de Sistemas Avançados de Iluminação[51]. As fábricas BMW, Toyota,[52] Škoda[53] e Vauxhall/Opel[54] têm lançado veículos equipados com esse tecnologia desde 2003.

Nessa moderna tecnologia, em vez das vinculações mecânicas utilizadas nos modelos ancestrais que trabalhavam o tema direção do feixe de luz versus angulação do volante, recorre-se a sensores eletrônicos, transdutores, acionadores mecânicos e sistemas ópticos montados no interior do próprio compartimento que abriga o farol.

Todos esses subsistemas podem ser ativados e desativados de acordo com as necessidades provocadas pela trajetória do veículo e pelas condições ambientais a fim de criar zonas mais ou menos iluminadas. Um projeto típico recorre à medição do ângulo de esterçamento e ao cálculo da velocidade do veículo para calcular o giro necessário que deve ser aplicado ao feixe luminoso. Os sistemas mais avançados utilizam, inclusive, sinais de GPS para antecipar possíveis alterações no traçado da via à frente, em vez de simplesmente esperar até chegar nelas para poder detectá-las e tomar a devida providência [56]..

Alternância automática entre o farol alto e baixo

Em muitas ocasiões, os motoristas deixam de acionar o farol alto, mesmo quando as condições do entorno exigem tal providência [57]. Tem havido muitos esforços, principalmente na América do Norte, para construir um sistema automático que ative o farol correto, alto ou baixo, de acordo com as condições prevalecentes, liberando o motorista dessa seleção. Cadillac's Autronic Eye appeared in 1952

Já encontramos um esforço desse tipo em 1952, denominado Cadillac’s Autronic Eye, que consistia na instalação de um “olho elétrico” na parte superior do painel do veículo encarregado de verificar a aproximação de veículos em sentido contrário e, em função disso, ativar ou desativar o farol alto. Tais sistemas não conseguiam distinguir, com a precisão necessária, os faróis dos veículos que se aproximavam de outras fontes de luz à beira do caminho como, por exemplo, as próprias luminárias de iluminação pública ativando desnecessariamente a luz baixa. Além disso, não desativavam o farol alto quando o veículo se aproximava da traseira do veículo da frente.

Os sistemas atuais utilizam principalmente a tecnologia de vídeoprocessamento de imagens captadas por câmeras instaladas em locais estratégicos do veículo. Essa metodologia permite eliminar informações espúrias geradas por fontes de luz que não a gerada por outros veículos. A primeira aplicação prática dessa solução foi no Jeep Grand Cherokee e vem sendo cada vez mais incrementada desde então por montadoras do mundo inteiro.



Farol alto adaptável

Trata-se da mais recente tecnologia aplicada ao processo de iluminação veicular. Foi introduzida em 2009 na nova série do modelo Mercedes-Benz E-Class. Assenta-se nas informações captadas por uma câmera montada atrás do pára-brisa que monitora continuamente a distância até o veículo da frente no mesmo sentido ou até o veículo que está se aproximando pelo outro lado da via. Com essas informações, o sistema controla a direção e intensidade do feixe de luz emitido pelo farol alto.



Referências

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