Během posledních několika málo let zaznamenal vývoj světel do automobilů obrovský rozmach. Světlomety s LED moduly a laser technologiemi jsou dnes obecně složitější, což s sebou přináší vyšší nároky na jejich konstrukci, ale i na specializaci konstruktérů, kteří světla vyvíjejí. Konstrukcí LED modulů a laser projekčních modulů se v Automotive Lighting Jihlava zabývá vývojové oddělení konstrukce modulů, ve zkratce uvedené jako ELD MOD.

Historie oddělení ELD MOD sahá do roku 2015, kdy oficiálně vznikla malá skupina konstruktérů, která už byla zaměřena pouze na LED moduly. Zpočátku pracovala jako podpora konstrukce pod vedením německých kolegů. Později, když se tým českých konstruktérů rozrostl, začal samostatně vyvíjet moduly nejen pro závod v Jihlavě, ale i v Číně a v Mexiku.

Proces vývoje modulu na tomto oddělení zahrnuje nejprve fázi nabídky pro zákazníka. V této fázi je již od zákazníka definovaný design, technické parametry a také pozice modulu ve světlometu. Ve spolupráci s ostatními odděleními je definován koncept modulu. Odpovědní pracovníci prověří, zda by bylo možné převzít některé mechanické díly z již vyráběných modulů (nosný rámeček, chladič, plošný spoj, atp.). Tímto je možno ušetřit nejen po stránce finanční, ale i po stránce kapacity vývoje. Je sestaven kusovník obsahující seznam dílců, ze kterých se bude nový modul skládat.

Optičtí inženýři provádí vlastní vývoj 3D dat na základě designových požadavků zákazníka a požadovaných optických funkcí. Nejprve vytvoří první verzi modulu ve 3D datech splňující zástavbové možnosti konkrétního světlometu, design a optické vlastnosti. Tímto okamžikem se roztáčí kolotoč událostí spojených s optimalizacemi. To lze zjednodušeně vyjádřit jako „svítivost-tuhost-vyrobitelnost-teplotní stabilita-chlazení-cena“.

Modul musí být ve výsledku jednoduše vyrobitelný a musí splnit požadovanou svítivost. Po technické stránce je to ovšem stále sestava tolerančně velmi citlivých komponentů. Velmi orientačně lze říci, že např. deformace optické plochy 0,1 mm může způsobit pokles svítivosti o 10 %. Proto se modul podrobuje sérii simulací reprezentujících virtuální testování.

Obr. 1: Příklad konceptu ve 3D datech a reálného provedení

Krom optických simulací jsou velmi důležité teplotní a mechanické simulace ověřující chování za teplotního a mechanického zatížení. Teplo v modulu vytvářejí LED diody, které je nutno uchladit vhodně dimenzovaným provedením chladiče. To zahrnuje výpočet chladící plochy a návrh celkové skladby včetně teplovodivé pasty. Zároveň je nutno optimalizovat způsob uchycení optiky s ohledem na tepelnou roztažnost (-40 / +80°C) a související deformace. Mechanické simulace jsou spojeny s tuhostí modulu a odolností proti vibracím. Cílem je maximalizovat frekvence, na kterých by došlo k rozkmitání modulu. Velmi často je v několika smyčkách optimalizováno právě uložení optiky.

Výroba prototypů nových dílců

Nové dílce jsou nejprve vytištěny na 3D tiskárně a sestaveny společně s dílci převzatými. Prototypy slouží jednak k představení nového modulu zákazníkovi, k posouzení funkčnosti modulu a v neposlední řadě k lepšímu odhalení dalších možných rizik (konstrukční a designový audit – FMEA). Na základě několika optimalizačních smyček pak odborníci z Automotive Lighting snaží eliminovat všechna nová rizika a dospět k nejlepšímu možnému výsledku.

Při rozsvícení modulu na zkušební stěnu nesmí docházet k parazitnímu svícení do stran, prostoru za reflektor nebo k nežádoucím světelným odrazům. Aby mohlo být světlo homologováno, musí splňovat celou řadu předpisů a směrnic (např. ECE R48). Světelný výkon a měřící body pro modul jsou stanoveny optikem. Jejich přesná definice je součástí sestavného výkresu každého modulu.

Ke složitému procesu vývoje modulů je potřeba součinnosti dalších oddělení – od obchodníků, přes projektové řízení, optiku, elektroniku, simulační a testovací inženýry. Do celkového výsledku – kterým je skutečný finální výrobek – je nutno zahrnout také plánování výrobní linky a velmi důležité odladění výroby s ohledem na dodavatelské tolerance a celkovou senzitivitu modulů.

Budoucí vyvíjené moduly míří na zdokonalení funkcionality, zmenšení rozměrů za současného nástupu zvyšování výkonnosti světelných parametrů a rozlišení (technologie „Digital light“ – schopnost promítat obrazovou informaci na vozovku). Pochopitelně budou čím dál tím větší slovo dostávat nové zdroje světla jako např. laser.