自動車のライティングシステム入門 : 外部と内部

長年にわたり、車載ライティングの進化は、技術の進歩だけでなく、消費者の要求、デザインの美学、規制要件の変化を反映し、豊かな歴史的軌跡を残してきました。この道筋を調べると、革新性、機能性、安全性への配慮が、現代の道路を走る車両の開発にどのように影響を与えてきたかがわかります。

カーバイドランプからLEDライトへ

カーバイドランプ: 自動車のライティングは、アセチレンランプやカーバイドランプの利用から始まりました。これらのランプは、炭化カルシウムと水の反応によって形成され、アセチレンガスを点火して光を発生させました。

電球: タングステンフィラメント電球が何十年にもわたって定番となった後、1910年代には電気式ヘッドランプへの移行が始まりました。信頼性、明るさ、使いやすさの点で、これらの電球はカーバイドランプに比べて必要な改良が施されていました。

ハロゲンランプ: 1960年代に導入されたハロゲンランプは、通常のタングステン電球に比べて明るさと耐久性が向上しました。これらのランプは、ハロゲンガスで飽和したコンパクトな石英エンベロープ内に封入されたタングステンフィラメントを使用することで、フィラメントの高温動作を円滑にしました。

高輝度放電 (HID) ランプ: 特に高級車では、20世紀後半までにHIDランプやキセノンランプが普及し始めました。光の放射は、キセノンガスと金属塩を含む石英管内に配置された2つの電極間の電気アーク生成によって発生します。高輝度放電 (HID) ライトはハロゲンに比べて効率と明るさに優れていますが、導入にはより高いコストがかかります。

LEDライト: 車載アプリケーションでは、21世紀に発光ダイオード (LED) が登場しました。LEDの利点としては、エネルギー使用量の削減、寿命の延長、さまざまな形状に成形できる汎用性などが挙げられ、創造的で適応性の高い車両デザインが可能になります。

規制と安全に関する考慮事項

標準の進化: 自動車が普及するにつれて、安全を確保するために標準化されたライティングの必要性が顕著になりました。各国は、車両のライトの色、強度、位置を規定するための規制の準備を始めました。

安全機関の役割: 自動車のライティングの規制を策定する上で、欧州の欧州経済委員会 (ECE) や米国道路交通安全局 (NHTSA) などの機関が長年にわたって重要な役割を果たしてきました。多くの場合、これらの指示は、事故の原因と衝突を回避するためのライティングの重要性に関する調査から生まれました。

技術革新と規制: 技術革新によって促進された自動車のライティングの進化は、規制当局からさまざまな程度の承認を受けました。その一例として、カーブを照らすためにステアリング操作と連携して動くように設計された回転式ヘッドライトが挙げられますが、これは米国では認可を受ける何年も前に規制上の障害に遭遇しました。

地域間の一貫性: 国によって規制が一貫していないため、メーカーはさまざまな市場向けにさまざまなライティングシステムを製造することがよくあります。世界標準化の推進に取り組んでいる自動車基準調和世界フォーラムなどの団体とともに、これらの規制を整合させるための継続的な取り組みが行われています。

自動車技術の分野では、ライティングの進化はより大きな力学を反映しています。つまり、道路上の安全性と効率性を高めるという共通の目標を掲げ、技術革新と規制の間で綱引きが続いています。この導入部に続いて、後続のセクションでは、外部と内部の両方のライティングシステムの複雑さと進歩について詳しく説明します。

外部ライティングシステム

さまざまな状況下で運転手の視界を確保することから、車両の意図や状態を他の道路利用者に伝えることまで、車両の外部ライティングはさまざまな目的で機能します。長年にわたり、これらのライティングシステムは、技術の進歩、美的嗜好の変化、規制基準、安全性への重要視の高まりによって形作られてきました。

ヘッドライト : ハイビームとロービーム

基礎: 夜間や視界が悪い場合、ヘッドライトが前方を照らす主な光源となります。利用できる主な設定は、ハイビームとロービームの2つです。

ハイビーム: ハイビームは、集中した強力な光を発し、前方の広範囲を照らします。これは、周囲のライティングがほとんどない地域では非常に重要です。しかし、その明るさは接近する運転手にとってまぶしいものとなり、交通状況での使用には制限が生じます。

ロービーム: 対向車の目をくらませないために、ロービームは下方と横方向に拡散した光を照射します。ロービームは、まぶしさを生じることなく、車両の前方の道路と周囲を照らすように設計されています。

テールライト、ブレーキライト、方向指示灯

テールライト: テールライトは赤色で、後部に配置されており、ヘッドライトが点灯しているときは常に点灯します。他の運転手に車両の大きさや存在を知らせるのに役立ちます。

ブレーキランプ: 運転手がブレーキをかけるとブレーキランプが点灯し、後続の運転者に車両が減速または停止していることを知らせます。これらも赤色ですが、テールライトよりも明るくなっています。

方向指示器: これらの点滅ライト (前面と背面) は通常、琥珀色で、車両が曲がったり車線変更したりする意図を示します。

デイタイムランニングライト (DRL)

目的と設計: DRLと呼ばれる前方を向いた低輝度ライトは、日中も点灯したままになります。DRLは主に日中の車両の視認性を高めるために設計されており、日中の事故の可能性を減らすことを目的としています。

規制の観点: DRLが道路の安全性を高める役割を果たすという証拠があるため、多くの国でDRLが義務付けられています。ただし、管轄区域が異なれば、DRLの仕様と強度も異なる場合があります。

フォグランプ

設計と機能性: フォグランプは霧の深い環境での視認性を高めるために、通常は車両の下部、多くの場合はバンパーの下に取り付けられ、水平方向に広がる幅広い光のパターンを発します。このような設計により、光が霧で反射することがなくなり、運転手のまぶしさを防ぐことができます。

使用上の検討事項: 霧の状態でフォグランプは不可欠ですが、慎重に使用することが重要です。晴れた日には他の道路利用者の目をくらませる可能性があります。特定の地域では、フォグランプの適切な使用方法が規制されています。

結局のところ、美観、安全性、機能性の要求を満たすために、外部ライティングシステムは長年にわたって進化してきました。安全性をさらに高めるために、運転状況に応じてライティングを調整できるインテリジェントシステムが現代の車両に組み込まれています。以降のセクションでは、これらの進歩と車両内の照明の複雑な世界について説明します。

内部ライティングシステム

外部ライティングシステムは、他の運転者や歩行者などの外部の存在との視認性とコミュニケーションを優先します。逆に、内部ライティングは、美観と快適性を高め、車内の重要な情報を伝達することを目的としています。テクノロジーと設計哲学が時とともに進歩するにつれ、内部ライティングシステムは機能的かつ装飾的な目的の両方を満たす、より洗練されたものへと進化してきました。

ダッシュボード照明

目的と基本事項: 運転手と車両システム間の主なインタフェースはダッシュボード、つまり計器パネルです。特に暗い場所で重要な情報にアクセスするには、運転手にとって照明の存在が不可欠です。燃料計、タコメータ、スピードメータ、各種警告灯が主要なインジケータとして含まれています。

設計上の考慮事項: LEDまたは電界発光技術を活用した最新のダッシュボードライティングは、クリアな視界、長く続く性能、エネルギー効率に優れた動作を実現します。通常、目の疲れを軽減するために、ソフトブルー、グリーン、またはホワイトが色のオプションとして選択されます。

可変照明: 可変のダッシュボード照明は、多くの最新車両に見られる一般的な機能です。この機能を使用すると、運転手は好みに応じて明るさのレベルをカスタマイズできるため、快適さと鮮明さの両方を確保できます。

キャビンライティング

概要: キャビンライティングは、照明という主な機能を超えて、車内の雰囲気や美観の向上にも貢献します。

タイプと配置:

• オーバーヘッドライト: 乗車時や降車時に全体を照らす照明で、通常は車両の中央に配置されます。
• 読書灯: 読書灯は、読書やその他の類似の活動に従事する乗客に集中的な照明を提供するもので、オーバーヘッドコンソールにあります。
• フットライト: 美観と安全性を高めるために、これらのライトは通常、フロントシートの下部に柔らかな照明を提供するLEDです。

ムードライティング: 一部の高級車ではムードライティングの選択肢が用意されており、運転手や乗客は好みに合わせて車内のライティングの色を変更できるため、全体的な運転体験が向上します。

貨物エリアライティング

機能性: 特に周囲の光が少ない状況では、貨物エリアのライトは車両のトランクまたは貨物エリアに設置され、荷物の積み下ろしのための照明を提供します。

設計面: 特定の機能のために設計された、これらのライトは、明るく、広い分散角度を持つように設計されています。トランクと後部ドアが開いているときは、これらのライトが自動的に点灯し、閉じると消灯してエネルギーを節約します。

車内のライティングは、幅広い車両デザインの中では小さな要素のように思えるかもしれませんが、安全性を確保し、運転手に重要な情報を提供することで、運転体験を向上させる上で重要な役割を果たします。技術の進歩により、機能性と美観をシームレスに融合した、さらに独創的な室内ライティングのアプローチが出現することが期待できます。

アダプティブ・インテリジェントライティング・システム

自動車のライティングは、光源だけでなく、光の拡散や利用方法の面でも進化を遂げてきました。技術の進歩により、現代の自動車には、運転者の視認性と安全性を高め、全体的な運転体験を向上させることを目的とした、洗練されたアダプティブでインテリジェントなライティングシステムが搭載されています。これらのシステムについてさらに詳しく見てみましょう。

アダプティブ・フロントライティング・システム (AFS)

コンセプト: アダプティブ・フロントライティング・システムは、車両の負荷、速度、ステアリング角度に応じて、ヘッドライトのビームの方向と範囲を調整するように設計されています。特に曲がりくねった地形や変化に富んだ地形では、前方の道路を最適に照らすことができます。

図1 : AFSシステムの仕組み

機能性: センサは、車両が曲がるときに、車両の速度、ステアリング角度、ヨーレートを検出します。道路のカーブをよりよく照らすために、AFSはヘッドランプの投影角度を調整します。特に、曲がりくねった道を夜間に運転するときに便利です。

利点: AFSは、ビーム方向を動的に調整することで、対向車の運転手の目をくらませるリスクを減らし、カーブでの運転手の視界を広げ、最終的にはより安全な運転体験に貢献します。

自動ハイビーム制御

目的: このシステムは、周囲のライティング状況と交通状況に基づいて、ハイビームとロービームの切り替えを自動化します。

仕組み: システムは、カメラとセンサを使用して、後方からの車両、対向車、または十分な周囲光を検出します。他の道路利用者の眩惑を防ぐため、検知すると自動的にロービームに切り替わり、安全が確保されるとハイビームに戻ります。

安全性への影響: このシステムは、ハイビームを最適に使用することで、他の道路利用者の安全を損なうことなく、運転手の視界を拡大します。

室内のアンビエントライティング

設計哲学: 車内に望ましい雰囲気を作り出す上で、ライティングは操作目的を超えて重要な役割を果たします。アンビエントインテリアライティングの主な目的は、車内の美観と快適性を高めることです。

機能: このシステムでは、通常、色と強度をカスタマイズできるLEDライトが使用されます。アンビエントライティングの共通エリアには、フットウェル、カップホルダ、ドアハンドル、センターコンソールが含まれます。

ユーザーエクスペリエンス: 運転手はカスタマイズ機能を使用して、キャビンの雰囲気を好みに合わせて設定できます。一部の車両には、「リラックス」や「エネルギッシュ」などのプリセットモードが用意されており、選択したモードに応じてライティングの色と強度が自動的に調整されます。

車両にさらに高度なテクノロジーが組み込まれるにつれて、アダプティブでインテリジェントなライティングシステムの役割はますます重要になります。これらのシステムは主に運転体験を向上させることを目的としていますが、その基本的な目的は、運転手に最適な視界を提供し、他の道路利用者の混乱を軽減することで安全性を確保することにあります。自動車のライティングの未来は、これらのシステム内で機能性、安全性、美観がシームレスに統合されることに象徴されます。

安全性と視界に関する考慮事項

自動車のライティングシステムは、美観と機能の要素としての役割を超えて、運転手と他の道路利用者の安全を確保する上で重要な役割を果たします。視界を向上し、他の運転手に意図を伝え、あらゆる運転状況で車両の視認性を確保することが、自動車のライティングの主な機能です。車両のライティングに関連する安全性と視認性のパラメータを調べてみましょう。

運転手の視界と疲労への影響

視界の向上: ヘッドライトが適切に機能し、正しく調整されていれば、夜間や悪天候時の運転者の視界は大幅に向上します。自動車のライティングは、障害物や前方の道路を照らすだけでなく、運転者が道路標識、標示、潜在的な危険を速やかに検出して解釈し、タイムリーな対応ができるようにします。

疲労軽減: 継続的かつ適切な照明によって目の疲れを軽減できます。照明が不十分だと、目を細めたり、頻繁に焦点を調整したりするようになり、眼精疲労の発生を加速します。特に長時間の夜間走行では、効果的なライティングにより疲労の発生を遅らせることができるため、より安全で快適な運転体験を提供できます。

ライティング規制と基準

目的: 均一性と照明の適切性を確保し、対向車の運転手のまばゆさを防ぐために、ライティング規制が作られています。

標準化: 国連欧州経済委員会 (UNECE) や米国の連邦自動車安全基準 (FMVSS) などの組織によって制定された規格では、位置、色、明るさ、操作機能などの要素を網羅した車両ライティングの具体的な基準が概説されています。

異なる規制: ライティングに関する規制は国によって異なる場合があることを認識することが重要です。例えば、ヘッドライトの明るさや色温度に関しては、米国と欧州では基準が異なります。

故障診断

ライティングシステムの故障は美観を損なうだけでなく、安全性にも大きな影響を及ぼす可能性があります。ライティングシステムの異常を特定して運転手に通知するために、最近の車両には診断システムが装備されています。

オープンサーキットとショートサーキットの故障

• オープンサーキット: オープンサーキットは電流の流れを防ぎ、電気回路の断線を意味します。考えられる原因としては、ライティング部品の損傷、配線の断線、スイッチの故障などが挙げられ、これらはすべてライトが機能しなくなる原因になります。
• ショートサーキット: 回路内に意図しない経路が作成され、望ましくない経路に沿って電流が流れると、短絡が発生し、多くの場合、LEDの内部短絡が発生します。その結果、部品の損傷、ヒューズの切れ、または深刻な場合には火災が発生する場合があります。

故障検出の必要性は、機能や国の規制によって異なります。

冗長電源

• コンセプト: ライト、特にブレーキライトなどの重要なライトは安全機能が極めて重要であるため、一部の車両には冗長電源が装備されています。二次光源は、一次光源に障害が発生した場合でもライトの継続的な機能を保証します。

結論として、自動車のライティングシステムが安全性にとってどれほど重要であるかは、いくら強調してもしすぎることはありません。道路上での安全な航行と通信を確保する上で、それらは重要な役割を果たします。すべての道路利用者にとって、適切なメンテナンス、規制の遵守、およびこれらのシステムに内在する複雑さの理解を優先することが重要です。