Оптика автомобиля что это
Виды автомобильной оптики: фара головного света
Сегодня даже опытные автомобилисты порой имеют весьма поверхностные представления о конструкции фары головного света – такое их теперь многообразие.
Давайте попробуем внести ясность в этот вопрос и вместе разобраться в столь важной детали современного автомобиля.
Безопасность и комфорт
Главная задача фары головного света – максимально ярко освещать дорогу перед автомобилем и не слепить других участников движения. Прежде всего, это касается ближнего света. По принятым в 1957 году европейским стандартам установлено понятие светотеневая граница (СТГ) с асимметричным светораспределением. СТГ – это такая линия на дороге (примерно в 55-60 метрах перед автомобилем), где луч света должен заканчиваться и переходить в практически полную темноту. Асимметричность заключается в том, что правая часть светового потока светит дальше, обеспечивая акцентированное освещение правой стороны дороги и обочины. До 90-х годов правильная СТГ достигалась путем отсечения световых пучков фильтрами и шторками, позже появились другие решения, но обо всем по порядку.
С параболическим отражателем
Вплоть до 90-х годов все автомобили были оснащены фарами с зеркальным параболическим отражателем. Лампа в них располагалась строго по центру, что удобно для дальнего света, когда лучи попадают на всю поверхность отражателя. При включении ближнего света, специальный фильтр не давал лучам падать на нижнюю часть зеркала. Также лампа прикрывалась специальным колпачком, который не позволял свету проходить прямо.
Недостатком таких фар была низкая эффективность. Лишь часть света лампы в итоге попадало на дорогу. Что подтверждает КПД в 27%. Ни один современный автопроизводитель уже не использует такой вид головной оптики в конструкции автомобиля.
С отражателем сложной формы (рефлекторные)
В 90-х годах, с появлением совершенно новых материалов, изменением технологий и внедрением компьютерного моделирования в автопромышленность пришли отражатели сложной формы, что кардинально преобразило внешний вид фары.
Отражатель в них разработан таким образом, чтобы свет от него попадал в нужное место дороги. Каждый изгиб отвечает за освещение конкретного участка дороги. При этом задействована и верхняя, и нижняя часть.
Рассеиватель стал больше не нужен, фара закрыта теперь ровным поликарбонатом. Отказ от стекла позволил снизить вес конструкции почти на килограмм.
Благодаря всем изменениям эффективность фары повысилась почти в два раза, до 45%.
Линзовая фара с проекционным (эллипсоидным) отражателем
Это самый современной тип фары, использующей отражатель. Пучок света в них формирует линза, которая и распределяет его в нужное место дороги.
Для получения четкой СТГ, применяется специальный экран, отсекающий часть света. Он выполняет роль заслонки, прерывающей луч света снизу. Подобная технология используется в биксеноновой фаре, но об этом позже.
КПД линзовой фары составляет 52%.
Корректоры света
Первые фары с параболическим отражателем нуждались в механической регулировке при помощи специальных винтов. Сегодня все автомобили оснащаются устройством, меняющим высоту света из салона. Водитель приподнимает лучи или опускает их, в зависимости от рельефа местности и загруженности багажника. Называется такое устройство корректором.
Бывают механические, гидравлические, пневматические и электромеханические устройства. Чаще всего встречаются электромеханические корректоры. Их начали применять с середины девяностых годов 20 века и используют до сих пор в большинстве легковых автомобилей.
С появлением ксеноновых ламп, понадобились автоматические корректоры. Они регулируют высоту лучей на основе телеметрических датчиков, отслеживающих высоту дорожного просвета.
Если вы решили самостоятельно установить ксенон в фары, в которых он не предусмотрен штатно, учтите, что по ГОСТ Р 51709-2001 вам придется раскошелиться и на автоматический корректор, иначе серьезного разговора с инспектором ДПС не избежать.
Какие лампы подойдут?
Часто на автофорумах приходится читать утверждения «опытных» водителей о том, что «линзованная оптика разработана исключительно для ксенона».
Начнем с того, что любая ксеноновая лампа имеет в своем названии букву S или R. S-type предназначена для элипсоидных отражателей, R–type – для рефлекторных.
S-type применяется в биксеноне. При переключении на ближний, свет лампы не уменьшается, как думают многие, а используется механическая шторка, которая поднимается и перекрывает нижнюю часть отражателя, образуя светотеневую границу.
R –type разработана для рефлекторных отражателей и работает, как правило, в качестве лампы ближнего света. Функцию механической шторки выполняет фильтр, расположенный на самой колбе лампы. По сути, это защитное покрытие, которое не пропускает свет на нижний отражатель и формирует все ту же СТГ.
Как увеличить яркость?
Еще один распространенный вопрос автомобилистов: «Можно ли ставить лампу большей мощности, чем рекомендует изготовитель?». Если на фаре написано 55Вт, то превышать эту цифру не стоит.
Во-первых, вырастет энергопотребление бортовой сети. Во-вторых, более мощная лампа будет перегревать фару, что в конечном итоге выведет из строя весь блок. Если вы не удовлетворены яркостью лампы, вам не обязательно повышать ее мощность. Например, новое поколение NIGHT BREAKER LASER является сегодня самой яркой галогенной автолампой OSRAM! При этом потребляемая мощность составляет все те же 55 Вт.
Инновационные лазерные технологии обеспечивают до 150% больше яркости, если сравнивать с минимальными установленными требованиями, а тщательно продуманная структура нити накала позволила добиться дополнительной светоотдачи. Световой луч от этой лампы до 150 м длиннее, а излучаемый свет до 20% белее. Как конструкторам удалось добиться столь выдающихся показателей, мы расскажем позже в отдельной статье.
Автомобильные фары – виды современного освещения и технологии будущего
Автомобильное освещение развивается с каждым днем. Многие компании обещают большой прорыв в этой области. Чего же ожидать от подобных заявлений?
Причины инноваций
Совсем недавно был проведен эксперимент с головной оптикой Страховым институтом безопасности дорожного движения США. В тестировании приняли участие современные кроссоверы.
Эксперты пришли к выводу, что транспортные средства оснащены некачественной оптикой, которая не только недостаточно освещает дорогу, но и может «засветить» обзор встречным автомобилям.
Большинство компаний обратили внимание на данное заявление и принялись за улучшение световых характеристик, повышая безопасность на дорогах.
Виды освещения
Сегодня появляются все новые виды лампочек в фары с улучшенными характеристиками. Водитель имеет возможность приобрести любую оптику, но важно знать как она работает и подойдет ли она к автомобилю.
Галогеновые фары
Сейчас большое распространение получили ксеноновые фары, однако несмотря на это галогенная оптика остается одной из самых часто приобретаемых.
Это обосновывается тем, что себестоимость галогенных ламп намного ниже, чем у ксеноновых. К тому же они достаточно эффективны, если это не автомобиль класса люкс.
Также для подобного типа освещения не требуется дополнительного оборудования, с помощью которого преобразуется ток.
Светодиодные лампы
Эксперты прогнозируют, что в скором времени почти все автомобили перейдут на подобный вид освещения. Его уже активно используют в качестве габаритного света, ведь таким образом снижается потребление топлива, а значит приводит к экономии средств.
Целью многих компаний стало именно повышение экономичности любыми способами. По этой причине внедрение светодиодов стало актуальным на сегодняшний день. При этом такие лампы моментально выдают максимально яркий свет, т.к. им не нужно время для накаливания.
Главный недостаток такой продукции – высокая стоимость производства. Однако вскоре ее обещают сравнять с себестоимостью галогенового освещения.
Самые популярные компании активно инвестируют в подобные разработки, выпуская марки автомобилей с различными вариантами использования данной технологии.
Светодиодные матрицы
Такая оптика имеет ряд преимуществ перед обычными светодиодными лампами.
Самое главное их преимущество — они имеют возможность освещать встречную полосу, но не ослепляют других водителей.
Такие матрицы состоят из множества светодиодных ламп, создавая подобие экранных пикселей. Таким образом, они обладают высокими характеристиками и отменным качеством.
Передняя оптика 
Задняя оптика
Освещение оснащено умным управлением, позволяя освещать все вокруг, но не ослеплять пешеходов или водителей. Однако такая оптика почти не используется в настоящее время, т.к. ее производство слишком затратное.
Лазерные фары
Лучшее нововведение в современной автомобильной оптике. Активно начало использоваться на гиперкарах BMW.
Технология оснащена сложными конструкциями, с помощью которых происходит преобразование света в одним сплошной пучок, проецирующийся на дорогу в довольно широком спектре. Его дальность также поражает, ведь составляет более чем 500 метров.
Помимо этого, они обладают невероятной яркостью, которая примерно в 10 раз превышает яркость всех вышеуказанных видов фар.
В настоящее время для создания такой оптики требуется три светодиодных лазера, однако сообщают, что вскоре будет представлена продукция всего с 1 лазером, а значит сократится ее себестоимость.
Также читайте что такое биксеноновые фары.
Чего ожидать в будущем?
Возможности не стоят на месте, поэтому есть вероятность, что вскоре начнет создаваться гибридная техника для освещения, сокращая общую себестоимость. Однако процесс это достаточно длительный, так что в ближайшие годы не стоит ждать удивительных изобретений.
Та самая статья про фары, но теперь на русском языке
Шутки про ближний-дальний — одна из самых распространенных тем автомобильного юмора. А шутка, обычно, тем смешнее, чем более серьезный и важный предмет в ней обсуждается. «Ближний-дальний» же — иными словами — оптика это важно. Это залог безопасности не только водителя и пассажиров. Но и других участников движения. Тем более, что автосвет — вообще сложная штука. В прошлой статье мы рассказывали, про адаптивный головной свет. Сегодня поговорим об истоках — как развивалась автомобильная оптика, что такое фотометрия, зачем корректировать свет фар и по какому принципу работает BI-xenon. Как все это устроено и выстраивается в единую систему.
В конце, как обычно конкурс — ставьте лайки, подписывайтесь и рассказывайте в комментариях, о чем еще хотели бы узнать. Авторам лучших комментариев подарим призы!
Автомобильный свет начинается с фотометрии — науки про измерение визуальной реакции человека на свет. Первая характеристика света, о которой надо сказать — интенсивность. По сути, речь о мощности потока, которая передается от источника света в определенном направлении. Единица измерения интенсивности — Сandela (cd) — производная от английского «candle» — свеча. В фотометрии свеча — это эталонный источник света, поэтому ее интенсивность равна 1 cd. Интенсивность же, например, света заднего стоп-сигнала — 60 cd.
Еще один важный параметр — световой поток, который измеряется в люменах (Лм). Грубо говоря, световой поток — это весь свет с разной длиной волны, распространяемый источником. Человек может различать ограниченную часть светового потока.
Как это работает, можно увидеть на двух диаграммах, описывающих разные источники света: мощность светового потока первого источника постепенно нарастает, а у второго — распределяется небольшими отрезками. Красная линия на диаграмме — это та область, которую видит человек.
На первой диаграмме изображено, как мощность света нарастает, но ее максимум не попадает под красную линию. На второй — большинство скачков мощности находится в поле зрения человека. А это значит, что второй источник света кажется нам намного ярче, чем первый, хотя с точки зрения физики это и не так.
Но даже при одинаковой мощности, восприятие сильно зависит от цвета источника. На рисунке выше показано, как отличается восприятие света автоламп в зависимости от их цвета: белая лампочка P21W покажется человеку намного ярче, чем оранжевая той же мощности.
Третий важный параметр — освещенность, иными словами это высвеченная площадь поверхности, на которую падает световой поток. Освещенность зависит от мощности светового потока и расстояния до источника света.
В свою очередь, световая эффективность показывает отношение всего света, который распространяет источник к свету, который воспринимает глаз человека. Например, лампы накаливания излучают много тепла — это инфракрасная часть спектра. Ее человек невооруженным глазом не видит. С точки зрения освещения эффективность ламп накаливания не высока — 25 лм/Вт. Большей эффективностью обладают ксеноновые лампы, а у светодиодов она максимальная — 100 лм/Вт.
Типы автомобильного света
Хорошие автомобильные фары обеспечивают максимальную видимость водителю на дороге и не создают неудобства для других участников дорожного движения. Поэтому в автомобиле традиционно используется всем знакомые три типа освещения: противотуманные фары, ближний и дальний свет.
Ближний свет создает широкую освещенную область перед автомобилем и не слепит встречных водителей. Качество ближнего света оценивают по трем параметрам:
ширине — она обеспечивает видимость при поворотах или плохих погодных условиях на 20-30 метров;
комфорту — свет должен охватывать область, куда падает взгляд водителя — обычно это диаметр 30-60 метров;
дальности — более 60 метров.
Дальний свет распределяется далеко вдоль оси автомобиля, поэтому светит в том числе и на встречную полосу, ослепляя других водителей. Качество этого света оценивают по тем же параметрам, что и ближний:
ширине — 10-20 метров,
комфорту — 50-150 метров,
дальности — более 150 метров.
Противотуманные фары решают другую задачу — освещают как можно более широкую область на небольшом расстоянии — до 20 метров.
Чтобы не ослеплять встречных водителей, свет фар направляют под определенным углом, который называется углом прицеливания.
Изначально угол прицеливания настраивает производитель на заводе — с точностью до 0,1%. Обычно параметры угла написаны на фаре автомобиля. Это значение рассчитано с учетом того, что в машине находится один водитель, без пассажиров и дополнительного груза. В противном случае — когда водитель перевозит пассажиров или загрузил полный багажник вещей, угол падения света изменится. Для оптимальной видимости его придется корректировать вручную, если в конструкции нет автоматической системы регулировки угла прицеливания.
В фары автомобилей с ручным выравниванием встроена специальная система управления. Автоматическая система выравнивания обязательна для фар с высокой яркостью, например, ксеноновых. Регулировкой управляют автоматические датчики и электронный блок, которые корректируют свет фар в зависимости от нагрузки автомобиля и его скорости.
При настройке фар производитель учитывает сразу несколько параметров, связанных, как с дорогой, так и с особенностями физиологии водителя.
Точка 75R — расположена в 75 м на правой обочине. Здесь должна быть максимальная освещенность, это место, где взгляду водителя максимально комфортно.
Точки 50R и 50V — расположены на расстоянии 50 м от автомобиля. Также важно учитывать точку B50L, которая находится на расстоянии 50 метров на встречной полосе — здесь должна быть минимальная освещенность, чтобы не ослеплять встречных водителей.
Точки 25L и 25R расположены на расстоянии 25 м от автомобиля, это ширина луча.
Для точной настройки света используют фотометрические диаграммы. Они стандартизированы для каждого типа источника света и меняются в ходе того, как эволюционируют системы освещения. Простыми словами, фотометрическая диаграмма — это график проекции света на расстоянии 25 м на плоском вертикальном экране, которое симулирует реальное освещение на дороге. С 2015 года интенсивность света на такой диаграмме измеряется в Lux или cd.
Для создания хорошей видимости на дороге, в автомобильной фаре используется несколько технологий: переключение дальнего и ближнего света, корректировка угла освещения, ассиметричные лучи, которые не ослепляют встречных водителей.
Все эти технологии работают за счет использования отражателей — сложной системы зеркал. В автомобилях используются параболические отражатели, отражатели со сложными поверхностями или эллиптическая оптика.
Параболические отражатели создают ближний и дальний свет при использовании двойной лампы накаливания. Такие отражатели в основном используются в европейских автомобилях в лампах с двойным накаливанием H4. Например, так устроены фары в Opel Corsa. Чтобы не ослеплять встречных водителей, в фаре устанавливают специальный экран. Но из-за такого экрана теряется 40% энергии, производимой лампой H4.
Отражатели со сложной поверхностью позволяют уменьшить потери энергии. Такие фары позволяют настроить любой тип дальнего и ближнего света. Эта технология, например, использовалась на Peugeot 207 с 2006 года и на Renault Laguna 2 c 2005 года.
Эллиптическая оптика — следующее поколение. Такие фары обеспечивают лучшее освещение, при этом, сами они значительно меньше по размерам, так как источник света расположен в отражателе, а передняя линза фокусирует луч.
Отражатель в таких фарах состоит из эллиптических и параболических поверхностей, расположенных вокруг источника света. Отражение лучей в эллиптических зонах дает лучший диапазон и охват при использовании дальнего света. Параболические зоны предназначены для создания света в близком диапазоне.
Чтобы не ослеплять водителей, в такой оптике используют специальный экран. Он расположен между отражателем и линзой. Так экран может быть фиксированным или подвижным.
В продвинутых системах объединяют различные типы фар и источников света: (H1, H7, Xenon, Led). Яркий пример такой системы — фары Valeo для Audi A4. Здесь используются лампы D2S+H7 с эллиптическим модулем и сложными поверхностями в отражателе.
Эллиптические отражатели позволяют создавать ближний и дальний свет с использованием одной и той же лампы. Эта технология называется Bi-Xenon:
Экран включается при помощи соленоида или электромеханической системы. Кроме того, перемещая сам отражатель в ксеноновых фарах можно переключаться между ближним и дальним светом.
Отражатель имеет два заданных положения внутри фары: один для ближнего света, другой — для дальнего. Такая система используется в автомобилях Volvo-XC 90
c лампами D2R+H7 lamps.
Автомобильная фара, да и весь комплекс оптики в машине — крайне сложная система. Когда-то можно было сказать: фара — всего лишь лампочка под стеклом. Сегодня, чтобы понять как все это устроено приходится глубоко окунаться в инженерные процессы. Надеемся, вам это понравилось. Напишите, пожалуйста, в комментариях, что вам понравилось в этом тексте, и о чем хотели бы прочитать еще.
Подписчики — авторы конструктивных комментариев получат гарантированные призы от Valeo. Самый лучший — станет основой нового поста.
Путь света: развитие автомобильных фар
Почему первые фары были газовыми, как русский инженер помог General Electric внедрить электрический свет и чем линзованная оптика лучше рассеивателей. Изучаем столетнюю эволюцию фар от карет с керосинками до конца ХХ века.
Фары для автомобиля — это все. Они освещают дорогу, они делают его заметным для остальных участников движения, недаром как в России, так и во многих других странах ближний свет должен быть включен в любое время суток. Ну а кроме того, фары являются важным имиджевым элементом или даже визитной карточкой некоторых моделей.
Первый опыт
Первые световые приборы пришли на машины из мира карет. Вопреки распространенному заблуждению, кареты были не такими уж примитивными транспортными средствами, у них имелись и подвески, и системы обогрева, и даже тормоза. И, разумеется, освещение. Первоначально освещение дороги не входило в число приоритетных задач — главным было обозначить положение экипажа на дороге и осветить ближайшие окрестности.
Скорости были невелики, лошади сами искали дорогу, да и ночные поездки были не слишком частыми. Обычно в полной темноте ехать не было нужды, либо это была хорошая лунная ночь, либо карета ожидала рассвета на постоялом дворе от греха подальше. Боялись тогда вовсе не ночных ДТП, а дорожного разбоя.
На экипаже Короля Георга VI и Королевы Елизаветы хорошо виден газовый фонарь. 1939 г.
Масляные и керосиновые лампады
С появлением первых самодвижущихся повозок и постепенным ростом скоростей старые способы с использованием керосиновых, масляных ламп или даже свечей себя исчерпали. На момент появления автомобиля уже были известны и параболические отражатели и даже линзы, они использовались в фонарях на судах и на железной дороге, но все упиралось в источник света.
Мощные газовые фонари требовали запаса газа, а его надолго не хватало, даже довольно большой и тяжелый баллон работал от силы час. Электрические лампы требовали мощного источника тока, а с ним были проблемы. Даже системы зажигания на первых машинах были основаны на магнето, свободной электроэнергии не было на борту, а аккумуляторов не хватало даже на электромобилях. Последние тоже довольствовались керосиновым или газовым освещением.
Первые газовые лампы
Решение предложил Луи Блерио в 1896 году, запатентовав ацетиленовую лампу и генератор. Прелесть этого решения была в том, что горючий газ ацетилен вырабатывался прямо на машине при соединении карбида кальция и воды. Без воды карбид был почти безопасен, а объем производимого газа легко регулировался поступлением воды в генератор.
Пламя ацетиленовой горелки оказалось очень мощным, ярким и довольно «чистым» — копоти почти не было, что позволяло использовать различные оптические элементы в компактной фаре. А объем готового ацетилена, весьма опасного газа, склонного к детонации и самовозгоранию, оказывался невелик. К тому же ацетиленовый генератор можно было расположить подальше от фар, которые часто повреждались.
Луи Блерио, уличный газовый фонарь и Ford model N, оснащенный газовыми фонарями
Запаса карбида в генераторе хватало на несколько часов, а зеркало фары надо было чистить не чаще, чем раз в десять-двадцать часов. По тем временам это был вполне разумный интервал технического обслуживания. Часто примерно через такое же время нужно было уже проводить серьезные работы по двигателю и подвеске.
Наиболее «чистые» и технически совершенные карбидные лампы могли вообще не требовать технического обслуживания годами, а свет, производимый ими, попадал в самый «удачный» для человеческого глаза диапазон. Но конкуренции с электрическим освещением газовые лампы не выдержали. Как только электрические лампы стали долговечнее и появились достаточно мощные генераторы, яркая эра карбидного освещения закончилась.
Переход к электричеству
Электрическое освещение пытались приспособить для машин и паровозов еще с момента изобретения первых вакуумных электрических лапм, например, конструкции Александра Лодыгина в 1874-м или Томаса Эдисона в 1879-м. Основным достоинством электричества являлись полная безопасность и отсутствие необходимости очищать оптическую систему фонаря.
До изобретения вольфрамовой нити лампы изготавливали с угольной нитью или с платиновой, но первые были не очень долговечны, а вторые очень уж дороги. Первые патенты на использование вольфрамовой нити получил, опять же, Лодыгин. Уже в 1906 году он продал разработку корпорации General Electric, которая смогла значительно удешевить производство вольфрамовой нити и в 1910-м запустить лампы в серийное производство.
Ford model T 1915 г., оснащенный электрофонарями
Несмотря на КПД около 2-3%, это было серьезным прорывом, ведь электричество в машине можно было применить не только для работы головного освещения. Освещение панели приборов и салона, электрический прикуриватель сигар, батарейное контактное зажигание и самое главное — электрический стартер для двигателя! И об этом в нашем рассказе стоит упомянуть чуть подробнее.
В 1911 году сотрудник компании Delco Чарльз Кеттеринг опубликовал в журнале Popular Mechanics статью о проектируемом им устройстве электрического старта. Причем стартер являлся еще и генератором, ведь электричество для зарядки аккумуляторной батареи тоже нужно было где-то брать.
Идея настолько понравилась основателю компании Cadillac (и Lincoln, кстати) Генри Леланду, что в 1912 году в серийное производство запустили первый автомобиль с «полным электропакетом» — Cadillac Model Thirty SelfStarter, на котором был и электростартер, и генератор, и, разумеется, полное электрическое освещение, включая задние фонари и освещение салона.
Можно сказать, что прорыв в электрификации серьезно повысил шансы на победу ДВС в затянувшейся борьбе с паровыми автомобилями и электромобилями, удобство использования и надежность запуска намного улучшились, а по мощности и автономности ДВС и так опережал конкурентов.
Cadillac Model 30 4-door Tourer 1912
Всеобщая электрификация машин свершилась: уже к 1915 году аккумулятор и генератор стали непременным атрибутом автомашины, как и электрическое освещение, а вот стартеры еще некоторое время оставались люксовой опцией — заводили машину по-прежнему «кривым стартером», маховиком, пневмосистемой или холостым патроном.
В дальнейшем освещение на машинах было только электрическим. Поначалу мощность ламп накаливания была значительно меньше, чем ацетиленовых, но со временем этот вопрос решили, поэкспериментировав с наполнителем для колбы. Изначально внутри лампы был вакуум, а потом туда догадались закачивать газ. Сначала аргон, а затем пары галогенов (брома или иода). Это позволило продлить лампам жизнь, существенно увеличить температуру накаливания нити, а следовательно, и силу света.
И основной задачей конструкторов на долгие годы стало уже не увеличение мощности излучения, а удобство использования света. Первыми задачами стали стандартизация цоколей ламп, формирование ограниченного луча для скрытого освещения и предотвращения ослепления встречных машин. Все задачи были связаны между собой и ставились перед конструкторами военными — как раз шла первая мировая война.
Ближний и дальний
Уже к двадцатым годам сформировалось разделение на «ближний» и «дальний» свет. Дальний работал по-паровозному, освещая дорогу на пределе яркости светового пучка, а ближний свет освещал только ограниченный участок дороги, не ослепляя водителей встречных машин. Соответственно, больше света попадает на обочину и меньше — на встречную полосу.