Первый автомобиль со светодиодными фарами

История автомобильных фар: от ацетиленовой горелки до искусственного интеллекта

Представить машину без фар невозможно. Благодаря хорошему автомобильному свету ночные поездки безопасны и приносят водителям удовольствие. Но так было не всегда. За сто лет фары проделали путь от простых горелок до компьютерных технологий с искусственным интеллектом в сердце. Рассказываем, как это было и что будет дальше.

1910-е: АЦЕТИЛЕНОВЫЕ ГОРЕЛКИ
Одновременно с изобретением автомобиля встала проблема освещения пути: в темноте поездки становились опасными. На заре автомобилестроения на кузов крепили масляные лампы, чтобы не попадать в аварии. Но горелки светили не дальше 30 метров и больше помогали обозначить автомобиль на дороге, чем осветить путь.

В 1908 году Салли Виндмюллер из компании WMI придумал новый принцип работы ацетиленовых горелок. Рефлектор и линзы задали свету направление: горелка стала светить вперёд, а не вокруг. Благодаря этому видимость выросла в 10 раз — до 300 метров.

1920-е: ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЛАМПЫ
Ацетиленовая горелка упростила жизнь водителям. Теперь можно было ездить ночью без опасности вылететь на повороте с дороги. Но появилась новая проблема: на дорогах стало значительно больше участников движения. Чтобы вовремя их заметить, требовался более мощный источник света. И ацетиленовые фары с этой задачей уже не справлялись.

Лампы накаливания с вольфрамовой нитью изобрели еще в XIX веке. Но для работы им требовался автономный источник энергии, которого в автомобилях поначалу не было. После изобретения генератора постоянного тока в 1912 году, автомобили получили долгожданный электрический свет.

1960-е: РАССЕИВАТЕЛИ ИЗ ПОЛИКАРБОНАТА
Спрос на автомобили рос, и в конкурентной борьбе дизайн вышел на первый план. Новые формы кузова стремились вписать в себя как можно больше элементов ради лучшей аэродинамики. На пути у дизайнеров встали стеклянные линзы, которые получалось делать только круглыми, а значит невозможно было вписать в обтекаемый кузов.

Поликарбонат позволил отказаться от линзы. Теперь свет фары распределял сам рассеиватель. Его структура состояла из мелких сот, каждая из которых могла задавать направление световому лучу. В отличие от линзы рассеиватель не обязан быть круглым, а значит стало возможным сделать фару любой формы. Это развязало руки дизайнерам, и в 1961 году с конвейера сошёл Ford Taunus с первыми прямоугольными фарами.

1970-е: ГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ
Водители постоянно сталкивались с гаснущими в пути фарами. При нагревании вольфрам быстро испарялся с нити накаливания, и лампы приходили в негодность. Менять их приходилось регулярно, и это доставляло много неудобств. Приходилось возить запасные и для замены каждый раз разбирать фару.

Чтобы избежать быстрого испарения вольфрама, лампы стали заполнять галогенидами — газообразными соединениями йода или брома. С их помощью повысили все характеристики лампы: ресурс работы увеличился вдвое, снизилась теплоотдача, а мощность лампы возросла с 15 лм/Вт до 25 лм/Вт. Чуть позже, в 1971 году Hella представила миру галогенную лампу с двумя нитями накаливания. Она объединила ближний и дальний свет в одной фаре и стала «золотой классикой» на долгие десятилетия.

1980-е: FREEFORM-РЕФЛЕКТОРЫ
В восьмидесятых автопромышленность совершила качественный прорыв в мощности двигателей. Усовершенствованные двигатели работали настолько бодро, что с 1986 года в них пришлось ставить ограничители скорости: первый появился на BMW 7-й серии и срабатывал на отметке 250 км/ч. Вместе со средней скоростью вырос тормозной путь, поэтому стало важно освещать не только дорогу, но и обочину, тротуар и боковые выезды.

В Hella разработали первую фару со свободной формой отражателя или Free Form. В ней за распределение отвечает поверхность рефлектора. Она создается таким образом, чтобы самостоятельно отражать свет в нужном направлении. При этом используется вся полезная площадь рефлектора. Каждая часть отвечает за свою зону освещения.

1990-е: КСЕНОН
В ночное время концентрация внимания за рулем резко падает, поэтому водители нередко засыпают за рулем. Это опасно, и чтобы избежать трагедии, водители идут на разные хитрости: крепкий кофе, болтливый попутчик, громкая музыка. Пытались решить проблему и производители автосвета.

Сконцентрироваться на дороге водителям помогли ксеноновые лампы. Они излучают свет в диапазоне около 4000 К, это больше, чем у ламп накаливания — 2700…3300 К, и значительно ближе к дневному свету — 3500…5300 К. Чем ближе освещение к дневному, тем меньше у водителя устают глаза и тем собраннее, сконцентрированнее и внимательнее он себя чувствует на дороге.

2000-е: СВЕТОДИОДЫ
Ксеноновые фары отлично зарекомендовали себя. Мощность света выросла в разы. Но конструкция осталась сложной: блок розжига поставь, омыватель и корректор фар подключи. Кроме того, ксенон потребляет много энергии и работает на лампочках, которые время от времени выходят из строя. Стало понятно, что нужно что-то настолько же яркое, но устроенное проще, более энергоэффективное и долговечное.

Проблему решили с помощью светодиодов. У светодиодных фар простая конструкция: для них не нужны дополнительные блоки, поэтому их легче ставить и обслуживать. Они потребляют заметно меньше энергии, это снижает нагрузку на бортовую систему и, соответственно, расход топлива. Их свет ещё ближе к лёгкому дневному, он меньше утомляет водителя. В конце концов, в них просто больше не надо менять лампочки.

Наши дни: МАТРИЧНЫЕ LED-СИСТЕМЫ
Мощный свет ксенона и светодиодных фар продолжал нещадно слепить водителей встречных машин: вовремя переключиться с ближнего на дальний получается не у всех и не всегда. Ослепленный водитель легко может потерять управление, и это опасно. Исследования показали, что это даже опаснее, чем принято думать: у однажды ослеплённого водителя восприятие полностью восстанавливается только через сутки (24 часа).

Как работают матричные LED-системы:

На основе диодов специалисты из Hella создали матричную LED-систему, которая не слепит: она состоит из камеры на лобовом стекле, процессора, электронных блоков и светодиодов. Камера передает информацию о дорожной ситуации в блок управления, который включает и выключает отдельные светодиоды. Например, если камера видит встречный автомобиль, блок управления отключает модуль, который освещает этот участок дороги. Так встречный свет никого не ослепляет.

Будущее: LCD-ФАРЫ
Сегодня управление автомобилем — всё в большей степени удовольствие и всё в меньшей — труд. Появились автоматические помощники: система торможения, поворотные фары, парковочный ассистент. Нас ждет будущее, где автомобиль будет передвигаться на автопилоте. В этих условиях нужна система освещения, которая будет самостоятельно принимать решения.

Как работают матричные LCD-фары:

Инженеры лаборатории Hella предложили революционное решение — использовать жидкокристаллические технологии LIQUID CRYSTAL HD. С помощью системы камер и LCD-технологий удалось добиться полной автоматизации системы освещения.

В 2018 году Хелла впервые установит LCD-фару на серийный автомобиль. Марка и модель автомобиля пока держатся в секрете. Однако, Hella тесно сотрудничает с «немецкой тройкой», поэтому, скорее всего, это будет Audi, Mercedes-Benz или BMW. Хотя и это тоже всего лишь догадка. Есть мнение, что среди претендентов есть и Porsche.

Угадаете марку и модель автомобиля?
Напишите свои варианты в комментариях. Первых правильно угадавших мы порадуем призами. Конечно, после выставки во Франкфурте, где тайну раскроют публике.

Официальное заявление от компании:
Мы продляем наш мини-конкурс на правильно угадавшего автомобиль!
Головная компания Hella решила пока не раскрывать секрет по просьбе автопроизводителя, но в скором времени мы с вами этот секрет узнаем. А пока, продолжаем делиться идеями!

Наша страница на DRIVE2:

Комментарии 100

Автор, на фото где на бампере блок ксенона у БМВ на самой машине галогеновые фары. Без омывателя. Отличие — улыбка под линзой. У ксеноновой фары нет её. На фото выше кстати БМВ с ксеноновой фарой или американка.

Bugatti Launches Limited Chiron Super Sport

Тоже думаю, что это будет AUDI A6!

Думаю новая 7-ка BMW

зачем гадать)) нам то от этого что легче станет? или тот кто отгадает ему поставите такие фары)))

Стеклянные рассеиватели производились и отличных от круглых форм. И в довоенный период в т.ч. Opel Capitan к примеру.

ДУмаю это будет Audi A8

Текущие массово-распространённые решения для ретрофита (связки xenon 35w + линзы китайские) или исходно-диодные (вариации на тему Bi Led Optima-Dixel 3.0 4500 — 5500k) в СУРОВЫХ российских реалиях, где яма на яме по колено, слякоть 24-7-365 дней в году, диодные решения с температорой 6000 кельвин (голубое свечение, как у мерседес или тойота рав) и светоотдачей в 2000 люмен КАТЕГОРИЧЕСКИ не подходят для использования!

Единственное решение, позволяющее комфортно перемещаться — это квадро би ксеноновые комплекты со светоотдачей в 10.000 люмен на лампу, температурой порядка 3900 кельвин. Да, я имею в вижу колхозно-китайские решения 100 ваттного ксенона + линзы които или хелла — с буквой Р.

Их светоотдача при тёмлом свете пучка с ровной СТГ порядка 90 килолюкс при измерении на приборе на одну линзу. У ДИодных решений это значение порядка 35 — 55 килолюкс при синем свете, 5000 — 7000 кельвин, которого не видно на слякоти!

Ибо даже решения с двумя Bi Led модулями а-ля MB-Audi-Lexus и т.п. не дают нужной освещённости.

Итого, считаю, что к эксплуатации надо рекомендовать квадро-биксеноновые решения с 4 комплектами по 100 ватт, со светоотдачей в 400 килолюкс.

Любое прямое сравнение с любыми интеллектуальными решениями, годными для западной европы — нам не подходят! Ибо не видно ничего. Ни на А8, ни в MB S.

Ещё раз, ставим два-три авто рядом и сравниваем. Делаем заезд по тамбовской обычной дороге, где яма на яме на оставит живого места в подвеске премиума за сутки. Всё. Доказывать никому ничего не нужно будет.

Источник

От керосинки до лазера: эволюция автомобильной фары за 110 лет истории

На первых автомобилях, которые гордо именовались самобеглыми колясками или самобеглыми экипажами, не то что фар, даже подобия какой либо «осветительной арматуры» не было и в помине. Днем ездить можно. Ночная поездка, если не считалась самоубийством, то уж точно была в те времена довольно рискованным предприятием. Хоть и не было тогда большого скопления автомобилей на дорогах, но и дорог (как таковых в нашем понимании) тоже практически не было. А вот во время начала массового распространения самоходных машин остро встал вопрос необходимости освещения пространства перед движущимся транспортом в темное время суток. Сегодняшний пост расскажет, как менялась автомобильная фара, пройдя за более чем век эволюции несколько этапов: с разными источниками света, формой и «начинкой».

Содержание

1. Керосинки

Первым подобием фар, устанавливаемых на автомобилях, стали керосиновые лампы. Конструкция — простейшая и широко распространенная в то время для нужд бытового освещения. Правда с задачей освещения дороги перед автомобилем такие «фары» абсолютно не справлялись. Максимум, для чего годны были керосинки — это обозначить присутствие автомобиля на дороге (что-то похожее на функцию современных габаритных огней). С такой «фарой» разглядеть дорогу впереди автомобиля можно было лишь на 8-10 метров.

2. Ацетиленовые горелки

В самом конце XVIII века на автомобилях стали устанавливать ацетиленовые горелки, которые освещали дорогу намного лучше керосиновых ламп. Идея таких фар была позаимствована у ацетиленовых прожекторов, которые служили тогда источниками света на паровозах. А с 1910-х годов форма и конструкция автомобильной ацетиленовой горелки приобрела подобие «настоящей» фары, в нашем понимании. Сзади ацетиленовой горелки установили отражатель с серебряным покрытием (напыление), а перед горелкой установили линзу. Теперь свет горелки отражался от рефлектора и проходил через прозрачную линзу, тем самым создавался довольно таки мощный направленный поток света. Благодаря такой конструкции, видимость освещаемой впереди автомобиля дороги доходила до 150-300 метров. А вот чтобы «включить» такую фару, водителю приходилось выйти из автомобиля, засыпать в бачок карбид кальция, залить туда же воду, открыть кран подачи ацетилена, снять стеклянный колпак фары, спичкой зажечь горелку, установить на место стеклянный колпак. «Выключить» фару было немного проще — надо перекрыть кран подачи ацетилена.

3. Электрические лампы накаливания

С начала 1920-х годов в автомобильных фарах стали применять электрические лампы накаливания, которые являли собой более мощный и менее проблематичный источник света, по сравнению с ацетиленовыми горелками.

В течение последующих 80-ти лет, как сами лампы, так и конструкция фар, материал и форма сот отражателей претерпевали изменения. Появились лампы с двумя нитями накаливания, позволяющие водителю переключаться с ближнего на дальний свет и обратно. Стали изготавливать фары с асимметричным пучком света, в результате чего дальность освещаемой дороги со стороны пассажира стала больше, чем со стороны водителя. За счет применения рассеивателя, покрытого мелкими сотами разной формы, появилась возможность задавать направление световому лучу и равномерно распределить его свет по поверхности дороги. В свою очередь это позволило отказаться от обязательной до этого круглой формы фар (дизайнеры теперь могли «вписывать» в автомобиль не только прямоугольные, но и фары практически любой формы).

4. Галогенные (галогеновые) лампы

Электрические лампы накаливания, установленные в автомобильных фарах довольно часто выходили из строя, так как вольфрам довольно быстро «испарялся» с нити накаливания. В 1970-х годах на смену лампам накаливания пришли галогенные лампы. Это практически та же лампа накаливания с нитью из вольфрама, но газовая колба наполнена галогенидами, которые препятствуют испарению вольфрама. В результате чего ресурс работы и мощность лампы увеличились вдвое, существенно снизилась теплоотдача.

5. Ксеноновые лампы

В 1990-е годы в автомобильных фарах стали устанавливать ксеноновые лампы. Колба ксеноновой лампы, внутри которой установлены два электрода, заполнена смесью инертных газов. При подаче напряжения, за счет ионизации газа, между электродами образуется очень яркая световая дуга. За счет излучения такими лампами света со световой температурой около 4000 К, свет ксеноновых ламп близок к дневному свету. Поэтому, во время движения в темное время суток, свет автомобильных фар с ксеноновыми лампами позволяет водителю за рулем сохранять концентрацию, не засыпать. С таким светом фар меньше устают глаза и не так рассеивается внимание.

6. Светодиоды

Следующим этапом в эволюции фар автомобиля стало применение светодиодов в 2000-е годы. Это нововведение упростило конструкцию фар (отпала необходимость в дополнительных блоках, омывателях, корректорах и т.д.), повысило надежность, срок службы и уменьшило потребление энергии.

7. Лазерные фары

Достижением современных высоких технологий стали лазерные фары. Сейчас установка на автомобиль лазерных фар — это очень «дорогое удовольствие» (дорогостоящие комплектующие, дополнительные электронные блоки и т.д.) и автопроизводители только начинают осваивать «лазерный свет». Но, со временем (когда технология будет полностью отработана и такие изделия пойдут в массовое серийное производство), лазерные фары будут устанавливаться на автомобили повсеместно, так как их свет еще более благоприятен для глаз человека и не вызывает усталости, даже по сравнению со светом светодиодных фар. А длина самого светового луча лазерной фары составляет порядка пятисот метров! Лазерные фары не слепят встречных водителей и пешеходов, так как свет электроника (компьютер и датчики) направляет именно в ту зону, которая должна освещаться, не «задевая» встречных автомобилей. Ближайшее будущее автомобильных фар однозначно за лазером.

За 110 лет своей эволюции автомобильные фары прошли огромный путь от керосиновой горелки до лазера. Какими они будут через 10 или 50 лет, точно сказать, конечно, никто не может. Но, несомненно, что будущее автомобильных фар — это новые источники света, невообразимые формы и удивительные технологии.

Источник

Разбираем исторический путь автомобильных фар

Но теоретические плюсы использования электричества в качестве источника для освещения дороги не переставали занимать умы инженеров, особенно после появления в качестве зажигания магнето. Использовать его в качестве источника электрического тока для автомобильных фар было нельзя, однако, это был первый шаг к изобретению ставшего привычным генератора. После того, как в 1902-м году Роберт Бош предложил магнето высокого напряжения, прошло всего четыре года, как в 1906-м году одновременно появились сразу несколько разработок электрических фар.

Так, американская компания «General Electric» покупает патент на лампу накаливания с вольфрамовой нитью у русского инженера Александра Лодыгина. Это был первый серьезный успех: вольфрамовая нить давала куда более яркий свет и намного лучше переносила тряску. А компания Роберта Боша предложила набор «Bosch-Light», который позволил системе освещения работать по замкнутому циклу без зависимости от зарядных станций. «Bosch-Light» состоял из фар, генератора, аккумуляторной батареи и реле-регулятора для управления подзарядкой батареи. Система оказалась настолько удачной, что всего за год было продано более 3000 комплектов для установки на автомобили.

К 1924-му году автомобильные фары уже приобрели узнаваемый вид, однако, сигналы поворота еще долго оставались опцией: даже эксклюзивный Lincoln в 1924-м ими еще не обзавелся.

На этот раз революция в автомобильном освещении наступила куда быстрее: первую «галогенку» на автомобильном рынке представила фирма «Hella» уже в 1962 году. Галогеновые лампы стремительно перешли из класса опции «для богатых» в «массы», став стандартом для головного света и оставив обычным лампам накаливания лишь небольшой спектр применения в других световых приборах автомобиля.

Ксеноновые лампы включаются аналогично люминесцентным и другим газоразрядным. Для их поджига требуется специальная пуско-регулирующую аппаратура. При включении такой лампы сначала начинается газовый разряд в аргоне, который, легко ионизируясь, запускает электрическую дугу между электродами колбы. Ртуть и галогениды в выключенной лампе оседают в виде частичек на стенки колбы. Электрическая дуга мгновенно разогревает колбу и испаряет твердые частицы, и разряд продолжается уже в парах ртути и солей. В течение 1-2 минут температура существенно возрастает, как и яркость излучения разряда.

Хотя появились металлогалогенные лампы почти полвека назад, в автомобили в виде знаменитого ксенона они пришли не так давно. Из-за высокой температуры работы они имеют тенденцию изредка взрываться, поэтому инженерам пришлось хорошо поработать, прежде чем они попали в серийные автомобили.

В автомобилестроении все началось с дневных ходовых огней, главная задача которых обозначить автомобиль на дороге в любое время года, в любую погоду. Светодиоды справились с этим на «отлично».

Сегодня светодиоды с успехом «добивают» оставшиеся кое-где в недрах автомобилей лампы накаливания. Теперь их можно видеть и на месте стоп-сигналов, и в качестве сигнала поворота и в виде подсветки салона. Но в качестве головного света до недавнего времени светодиодам было трудно конкурировать со своими предшественниками. Все дело в том, что изначально светодиоды выдают холодный монохроматический свет, который очень не любит человеческий глаз, рассчитанный на изобилие световых волн разной длины в поле зрения. В таком свете далеко не все воспринимается четко, к тому же свет у таких ламп выглядит мертвенным и неприятным, и очень быстро утомляет глаза. Нужное глазу разнообразие в свете дает люминофорное покрытие, через которое проходит свет. И, вот сейчас, наконец, инженерная наука дошла до того, чтобы сделать свет таких ламп приемлемым для человеческого глаза.

Немецкие инженеры с размахом подошли к решению вопроса: их технология Audi Matrix LED не заканчивается на простом переборе возможностей компоновки работы наборов светодиодов. Это действительно разработка из будущего: светодиодные фары Audi Matrix LED получают информацию для анализа от камеры, навигационной системы и датчиков других систем автомобиля. Когда камера распознает транспортные средства, дальний свет, разделенный на несколько зон, в определенных подзонах блокируется. Даже в сложных ситуациях фары могут освещать зоны между несколькими автомобилями.

Светодиодные фары Audi Matrix LED на Audi A8 приходят на смену ксенону.

Более того, фары Audi Matrix LED будут угадывать, что надо осветить на основе навигационных данных, меняя направление дальнего света в поворот еще до того, как водитель начнет вращение рулем. Такой дальний свет фактически ведет водителя по дороге. Еще одной функцией, полезной для таких стран, как Великобритания, является автоматическое переключение фар в режим левостороннего движения.

Источник

Автомобильные фары

Автомобильная оптика прошла долгий путь развития с момента ее появления на транспортных средствах. Датой рождения автомобильных осветительных приборов можно считать 1896 год.

Ни для кого не секрет, что системы освещения и световой сигнализации в таком виде, в каком мы привыкли их видеть на современных автомобилях, появились не сразу, а относительно недавно. Автомобильная оптика прошла долгий путь развития с момента ее появления на транспортных средствах. Если не брать во внимание фонари, работавшие на керосине, которые не освещали дорогу, а, скорее, служили для обозначения движущегося экипажа, то датой рождения автомобильных осветительных приборов можно считать 1896 год — именно тогда авиаконструктор Луи Блерио предложил использовать на автомобилях ацетиленовые светильники.

Чтобы «включить» такую несложную по конструкции фару требовалось время и некоторые навыки. Для начала требовалось засыпать карбид кальция F (Рис. 1) в отведенную для этого емкость, затем через пробку H залить воду. С помощью клапана G можно регулировать количество подаваемой воды в реакторную трубку. В процессе реакции карбида с водой выделялся горючий газ ацетилен, который по шлангу D подавался к горелке A в фаре. Через некоторое время после начала реакции можно было зажечь горелку спичкой. Пламя горелки отражалось от зеркала B и фокусировалось на дороге.

Рис. 1. Устройство ацетиленовой фары

Свет от ацетиленовой фары был теплого спектра (Рис. 2) и, благодаря параболическому отражателю, изобретенному Иваном Кулибиным, освещал дорогу перед автомобилем на сотню метров. Основным недостатком такого типа фар было малое время работы из-за необходимости пополнять запас карбида и воды, а также удалять с горелки и отражателя сажу и копоть.

Рис. 2. Ацетиленовая фара

Дальнейшей эволюцией автомобильных фар стали фары с лампами накаливания. Первая фара такого типа была изготовлена в 1899 году французской фирмой «Bassee & Michel». Ее сделали по модели Эдисона с угольной нитью (Рис. 3), однако, такая конструкция оказалось неудачной и малопригодной для автомобиля — большой расход электроэнергии требовал наличия на автомобиле тяжелых аккумуляторных батарей, которые, в свою очередь, нуждались в частых зарядках — генераторы на тот момент в автомобилях не применялись. К тому же, угольные нити ламп накаливания были очень чувствительны к тряске на неровностях и быстро выходили из строя.

Рис. 3. Лампа накаливания с угольной нитью (слева) и первая накаливания с вольфрамовой нитью

Они оказались намного экономичней ламп с угольными нитями и почти не боялись тряски автомобиля на неровностях, к тому же, тугоплавкость вольфрама позволяла намного увеличить срок службы нити, которая не выгорала. В 1906 году американская компания «General Electric» покупает у Лодыгина патент на вольфрамовую нить и начинает производство подобных ламп. Однако массовая установка таких источников света на автомобили стала возможна после появления в 1911 году автомобильного генератора. Первым автомобилем, который серийно комплектовался фарами с лампами накаливания с вольфрамовой нитью и генератором стал Cadillac Model 30 Self Starter (Рис. 4), причем генератор был одновременно еще и стартером. То есть генератор запускал двигатель, используя энергию аккумуляторных батарей, а после пуска двигателя заряжал аккумуляторы. Чуть позже на основе этой схемы немецкая фирма «Bosch» рекламировала набор «Bosch-Light», который позволил системе освещения работать по замкнутому циклу вне зависимости от зарядных станций. «Bosch-Light» состоял из фар, генератора, аккумуляторной батареи и реле-регулятора для управления подзарядкой батареи. Система оказалась настолько удачной, что всего за год было продано более 3 тысяч комплектов для установки на автомобили.

Рис. 4. Cadillac Model 30 Self Starter

Фары с лампами накаливания породили другую проблему — они слепили ярким светом встречных водителей. Поначалу с этим пытались бороться механическим способом — установкой с внешней стороны фар различных задвижек и шторок. Так, фирма «Zeiss» предлагала оптику, в которой с помощью электромагнитов перед лампочкой выдвигался фильтр из желтого стекла. Потом яркость света стали уменьшать, включая в систему добавочное сопротивление, снижавшее накал нити. А в 1919 году «Bosch» нашла оптимальное решение — это была лампочка с двумя нитями накаливания, для дальнего и ближнего света. Тогда уже вместо обычного стекла применялся рассеиватель с призматическими линзами, отклоняющими свет вниз, на дорогу. С тех пор перед конструкторами стоят две противоположные задачи: максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей. Примерно в то же время лампы накаливания стали заполнять смесью аргона и азота, который препятствовал испарению вольфрама с нити, что благоприятно сказывалось на долговечности ламп. В 50-е годы срок их службы стали продлевать с помощью галогенидов — газообразных соединений йода или брома. В такой лампе галогенный газ вступал в соединение с испарившимся вольфрамом, затем при высоких температурах это соединение распадалось на составляющие вещества, и атомы вольфрама оседали на спирали. Первую галогеновую лампу в 1962 году на автомобильном рынке представила фирма «Hella». Технология заполнения колбы галогенами позволила поднять рабочую температуру с 2500К до 3200К. Это увеличило светоотдачу в полтора раза — с 15 лм/Вт до 25 лм/Вт. При этом ресурс ламп вырос вдвое, теплоотдача снизилась с 90% до 40%, а размеры стали меньше (галогенный цикл требует близости нити и стеклянной колбы). Главный шаг в решении проблемы ослепления был сделан в 1955 году — французская фирма «Cibie» предложила идею асимметричного распределения ближнего света для того, чтобы правая обочина освещалась дальше левой. И через два года асимметричный свет в Европе был узаконен. Вплоть до 1961 года фары автомобиля были круглой формы — впервые прямоугольные фары стали устанавливаться на Citroen AMI 6 (Рис. 5). Такие фары были сложнее в производстве, требовали большего подкапотного пространства, но вместе с меньшими вертикальными габаритами имели большую площадь отражателя и увеличенный светопоток.

Рис. 5. Citroen AMI 6

Чтобы заставить такую фару ярко светить при меньших габаритах, следовало придать параболическому отражателю (в прямоугольных фарах — усеченный параболоид) еще большую глубину. Это было трудоемко, поэтому привычные оптические схемы для дальнейшего развития не годились. Тогда английская фирма «Lucas» предложила использовать гомофокальный отражатель — комбинацию двух усеченных параболоидов с разными фокусными расстояниями, но с общим фокусом. Одним из первых новинку примерил Austin-Rover Maestro в 1983 году. В том же году фирма «Hella» представила концептуальную разработку — «трехосные» фары с отражателем эллипсоидной формы (DE, DreiachsEllipsoid). Дело в том, что у эллипсоидного отражателя сразу два фокуса. Лучи, выпущенные галогенной лампой из первого фокуса, собираются во втором, откуда направляются в собирающую линзу. Такой тип фар называют прожекторным. Эффективность эллипсоидной фары в режиме ближнего света превосходила параболическую на 9% (обычные фары отправляли по назначению лишь 27% света) при диаметре всего в 60 миллиметров. Эти фары предназначались для противотуманного и ближнего света (во втором фокусе размещался экран, создающий асимметричную светотеневую границу). А первым серийным автомобилем с «трехосными» фарами стала BMW седьмой серии в конце 1986 года (Рис. 6). Еще через два года «Hella» представила эллипсоидные фары Super DE. На этот раз профиль отражателя отличался от чисто эллипсоидной формы — он был «свободным», рассчитанным таким образом, чтобы основная часть света проходила над экраном, отвечающим за ближний свет. Эффективность фар возросла до 52%.

Рис. 6. BMW 7 серии Е32

Дальнейшее развитие отражателей было бы невозможно без математического моделирования — компьютеры позволяют создавать самые сложные комбинированные рефлекторы. Отражатели современных фар поделены на сегменты, каждый из которых имеет свой фокус и фокусное расстояние. Каждая «долька» многофокусного отражателя отвечает за освещение «своего» участка дороги. Свет лампы используется почти полностью — за исключением разве что торца лампы, прикрытого колпачком. А рассеиватель, то есть стекло с множеством «встроенных» линз, теперь не нужен — отражатель сам отлично справляется с распределением света и созданием светотеневой границы. Эффективность таких фар, называемых отражающими, близка к прожекторным. Современные отражатели «формируют» из термопластика, алюминия, магния и термосета (металлизированного пластика), а накрывают фары не стеклами, а поликарбонатом. Впервые пластиковый рассеиватель появился в 1993 году на седане Opel Omega. Это позволило снизить массу фары почти на килограмм. Но зато поликарбонатные «стекла» гораздо хуже сопротивляются истиранию, нежели стекла настоящие. Поэтому щеточных очистителей фар, которые еще в 1971 году предложил Saab, больше не делают. Новым витком в развитии автосвета стала установка на автомобиль фар с газоразрядным источником света (Рис. 7), попросту «ксенона». Принципиальное отличие таких ламп от галогеновых в том, что в них свет излучает электрическая дуга, возникающая между двумя электродами в среде инертного газа при подаче высоковольтного напряжения. Впервые такие лампы серийно устанавливались на BMW 7 серии в кузове E38 с 1991 года.

Рис. 7. Газоразрядная лампа

Газоразрядные лампы на голову эффективнее самых совершенных ламп накаливания — на бесполезный нагрев здесь расходуется не 40% электроэнергии, а всего 7—8%. Соответственно, газоразрядные лампы потребляют меньше энергии (35 Вт против 55 Вт у галогенных) и светят при этом вдвое ярче (3200 лм против 1500 лм). А поскольку нити нет, то и перегорать нечему — ксеноновые газоразрядные лампы служат гораздо дольше обычных. Но устроены газоразрядные лампы сложнее. Главная задача — зажечь газовый разряд. Для этого нужен короткий импульс из 25 киловольт — причем переменного тока, с частотой до 400 Гц! Для этого служит специальный блок розжига. Когда лампа зажглась (для разогрева требуется некоторое время), электроника снижает напряжение до 85 вольт, достаточных для поддержания разряда. Высокая светоотдача газоразрядных источников света потребовала внедрение автоматического корректора наклона пучка света, а так же омывателя фар высокого давления (Рис. 8). Без всего этого возможно сильное ослепление встречных водителей.

Рис. 8. Омыватель фары

Сложность конструкции и инерция при зажигании ограничили первоначальное применение газоразрядных ламп режимом ближнего света. Дальний свет использовал галогенную лампу. Объединить ближний и дальний свет в одной фаре конструкторы смогли через шесть лет, причем существует два способа получить «биксенон». Если используется прожекторная фара (как та, что придумала «Hella»), то переключение режимов света осуществляется экраном, находящимся во втором фокусе эллипсоидного отражателя: в режиме ближнего света он отсекает часть лучей. При включении дальнего света экран прячется и не препятствует световому потоку. А в отражающем типе фар «двойное действие» газоразрядной лампы обеспечивается взаимным перемещением рефлектора и источника света. В итоге, вслед за фокусным расстоянием изменяется и светораспределение. Но по данным французской фирмы «Valeo», применив отдельные газоразрядные лампы для ближнего и дальнего света, можно достичь на 40% лучшей освещенности, чем у «биксенона». Правда, модулей зажигания требуется уже не два, а четыре — такие фары имеет Volkswagen Phaeton W12, например (Рис. 9).

Рис. 9. Фара Volkswagen Phaeton W12

Несмотря на многочисленные преимущества газоразрядных ламп над всеми остальными, они постепенно утрачивают популярность, уступая светодиодам. До недавнего времени их светоотдача была слишком мала, чтобы использовать их в качестве основного света, поэтому поначалу им нашли применение в дневных ходовых огнях. Но технологии стремительно развивались, и вот впервые полностью светодиодный ближний свет появился на Audi A8. Новые светодиодные фары Matrix LED – одна из самых заметных инноваций на модернизированном Audi А8, причем заметных не только внешне. Главное – их начинка: матрица из 25 мощных светодиодов (Рис. 10), независимое включение и отключение которых позволяет изменять форму светового пучка фар и тем самым предотвращать ослепление встречных водителей и обеспечивать подсветку поворотов.

Рис. 10. Фара Matrix LED Audi A8

Несмотря на сложность конструкции, подобные технологии уже начинают внедрять в свои автомобили некоторые производители премиум-сегмента. Например, новый KIA Quoris щеголяет двумя матрицами из четырех светодиодов (Рис. 11). Еще у светодиодов есть большой недостаток — они очень чувствительны к температуре окружающей среды и требуют охлаждения при работе.

Рис. 11. Светодиодные матрицы KIA Quoris

Среди последних новинок — лазерные фары BMW i8. Под лазерным светом баварцы подразумевают люминофорные фары с лазерным возбуждением. В каждой фаре три микроскопических лазерных диода (они компактнее традиционных в десять раз) с синим излучением (длина волны 450–480 нм). Оно направлено на люминесцирующий полупроводник – люминофор. Это фосфорная точка диаметром 0,4 мм, которую лазерные лучи разогревают до 200ºС! Синие лучи проходят через фосфор, тысячекратно усиливаются и преобразуются в пучок белого света, который бьет в отражатель. Он тоже сверхкомпактный: высота всего 30 мм против привычных девяноста. Темноту такие фары прорезают приятным глазу ярким белым светом, причем освещают дорогу намного эффективнее газоразрядных фар (они на фото слева). Дальний свет эффективен на дистанции до 600 м (Рис. 12)! Поскольку лазерный свет монохромный, пучок получается очень четкий. Его можно настроить предельно точно. За это отвечает High Beam Assistant, который следит за тем, чтобы дальний свет не слепил как встречных водителей, так и попутных.

Рис. 12. Лазерно-люминофорные фары BMW i8 в режиме ближнего (слева) и дальнего света

Можно бесконечно совершенствовать источники света в автомобильных фарах, но улучшить эффективность головного света можно и другими способами! Уже во второй половине прошлого века инженеры пытались адаптировать свет фар под условия движения. Так в 1967 году на Citroën DS23 появились сдвоенные фары, располагавшиеся под общим рассеивателем. При этом внутренняя поворачивалась вместе с поворотом руля, а внешняя меняла свой наклон в зависимости от загрузки автомобиля (Рис. 13).

Рис. 13. Поворотные фары Citroën DS23

Большее распространение получил принцип подсветки поворота соответствующей противотуманной фарой или дополнительной секцией в фаре (Рис. 14).

Рис. 14. Дополнительная секция освещения поворота в фаре (показана стрелкой)

С появлением газоразрядных источников света в фарах возникла необходимость динамически корректировать угол наклона пучка света, чтобы исключить ослепление других водителей. Система состоит из датчика положения кузова, который, как правило, связан с задней осью автомобиля, управляющего модуля и сервопривода наклона линзы в фаре. Вслед за этим фару «научили» поворачивать линзу не только в вертикальной плоскости, но и в горизонтальной. Это позволило динамически корректировать угол поворота света фар в зависимости от поворота руля. Современная же оптика умеет изменять пучок света перед автомобиля в зависимости от скорости автомобиля, погодных условий (дождь, туман). Например, фары Skoda A7 имеют следующие режимы работы фар: город, трасса, магистраль, поворот и перекресток (Рис. 15).

Рис. 15. Режимы работы головного освещения Skoda A7: 1-режим «перекресток»; 2-городской режим; 3-режим «трасса»; 4-режим поворота; 5-режим «магистраль»

Пионером в гонке технологий стала BMW со своей системой BMW Intelligent Headlight Technology. Камера, расположенная около зеркала заднего вида на ветровом стекле следит за положением объектов на дороге, а специальная шторка в блок-фаре, повинуясь командам блока управления, «отрезает» часть светового потока (Видео 1).

Видео 1. BMW Intelligent Headlight Technology

Видео 2. Mercedes Benz Multibeam LED headlights

Наконец, самой совершенной на сегодняшний день системой располагает Audi c Matrix LED (Видео 3). В отличие от Mercedes, используется пять матриц, в каждой из которых по пять светодиодов.

Видео 3. Matrix LED system by HELLA

Технологии не стоят на месте. Не так давно появились лазерно-люминофорные фары, но и они когда-то канут в лету и на автомобили придут принципиально новые источники света.

Источник