Немного истории .
Как появились автомобильные фары? На первых машинах использовались примитивные фонари с восковыми свечами или керосиновыми горелками внутри, заимствованные от конных экипажей. Естественно, такие «коптилки» должным образом не освещали дорогу, а потому инженерам пришлось подыскивать примитивным фонарям более эффективную замену, коей оказалось ацетиленовое освещение: на долгое время неизменным спутником автомобилистов стала пара бочонков, один — с карбидом кальция, второй — с обычной водой. Перед ночной поездкой «шофэр» (как называли тогда водителей) устанавливал бочонки на автомобиль, открывал краником подачу воды, а последняя, попадая на карбид, способствовала выработке ацетилена — газа, который при горении дает достаточно мощный световой поток. Правда, через несколько часов бочонки приходилось перезаряжать, а фару, состоящую из зеркального отражателя и линзы, чистить от копоти.
Но почему нельзя было использовать лампы накаливания, которые появились даже раньше самого автомобиля? В 1899 году французская фирма Bassee & Michel попыталась объединить автомобильную фару и лампу накаливания, но конструкция получилась неудачной — лампы с угольной нитью на неровных дорогах быстро приходили в негодность, а большой расход энергии требовал громоздких аккумуляторных батарей, поскольку генераторы на машины тогда не ставили. И только повсеместное появление генераторов, а также начало выпуска нового типа лампочек с вольфрамовыми нитями «перевели» автомобильный транспорт на электрическое освещение.
Вот только «электросвет» оказался. слишком ярким! Чтобы не слепить встречных водителей, пришлось придумывать дополнительные задвижки и шторки, уменьшать яркость лампочек, затем появилась двухнитевая лампа (с отдельными нитями для ближнего и дальнего света). В 1955 году, наконец, внедрили асимметричное освещение — когда фара со стороны пассажира светит дальше водительской.
Сейчас в фарах используются три источника света: лампы галогенные и газоразрядные, а также светодиоды. Про лазеры и прочую экзотику говорить рановато — до серийных автомобилей новомодные разработки дойдут нескоро. Тем более, что отказываться от «нелинзованной» фары, куда можно установить хоть «ксенон», хоть «галоген», хоть светодиоды, инженеры не собираются. Конструкция данного устройства доведена до совершенства: свет от лампы попадает на отражатель из металла, а затем проходит через рассеиватель — наружное стекло, состоящее из множества линз. Причем, когда появился новый пластик, не дающий усадки при формовке деталей, инженеры создали отражатель со «свободной поверхностью», который состоит из множества сегментов (каждый направляет поток света на определенную точку). Это позволило заменить тяжелое стекло легким пластиком и отказаться от рассеивателя.
Фара «линзованная» или линзы под ксенон (которую правильно называть светотехникой проекторного типа) устроена другим образом: свет от лампы попадает на отражатель, а затем направляется на специальный экранчик и собирающую линзу, которые формируют пучок света. И хотя сейчас «линзы под ксенон» можно увидеть на многих машинах, поскольку они известны компактностью и точной организацией светового потока, инженерам-светотехникам поначалу пришлось решать проблему перегрева и избавляться от слишком резкой светотеневой границы — оказалось, что глаз человека слишком быстро устает от четкой границы между светом и тенью. На «галогенках» проблему решили дифракционными кольцами (проще говоря, рисками на линзе), а на «линзе под ксенон» — установкой автоматического корректора, наличие которого в России и в Европе для газоразрядной светотехники обязательно.
Вот, собственно, мы и добрались до самого главного. Чем принципиально отличаются «ксенон», «галоген», линзы под ксенон и диоды? Галогенная лампа состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой размещены электроды и нить накаливания из вольфрама, а также закачана газовая смесь, необходимая, чтобы «ловить» испаряющийся вольфрам и регенерировать нить (именно поэтому «галогенка» компактнее и долговечнее обычной лампочки). Газоразрядная оптика (чаще именуемая «ксеноном») нити накаливания не имеет: внутри такой лампы светится не раскаленная нить, а электрическая дуга, возникающая между электродами, оттого величина светового потока ксеноновой лампы гораздо больше, 3200 против 1500 лм «галогенки»! Вот поэтому европейские эксперты постановили, что таким фарам необходим автоматический корректор и омыватель. И ограничили цветовую температуру лампы.
Но если «ксенон» и «галоген» — это лампы, то светодиод — полупроводниковый прибор, который вырабатывает свет при прохождении тока. Полупроводник срабатывает быстрее традиционной лампочки, потребляет меньше энергии, отличается фактически неограниченным сроком службы и минимальными размерами. Но пока диодам поручают только второстепенные задачи (на основе светодиодных технологий делают стоп-сигналы, габаритные и дневные ходовые огни), хотя совсем недавно инженеры и дизайнеры прочили полупроводникам большое будущее. Все надеялись, что крохотный источник света обеспечит свободу компоновки и позволит избавиться от громоздких фар. Однако на примере Audi R8 и Nissan Leaf хорошо видно — существующая диодная оптика по размерам не отличается от газоразрядной.
Так почему светодиоды не вытеснили «ксенон» и примитивные «галогенки»? Оказалось, что полупроводниковая оптика имеет множество недостатков. Пока даже лучшие светодиоды не способны по светоотдаче догнать «ксенон» и остаются на уровне хороших «галогенок», что требует обязательного применения отражателя. Также диодные фары требуют отдельной системы охлаждения (инженеры даже пробовали охлаждать фары антифризом) и отличаются необычайной дороговизной: одна фара стоит примерно 1300 евро. Естественно, инженеры развивают данное направление, но до массового перехода автомобильного освещения на светодиоды далеко, поэтому ближайшее будущее остается за «ксеноновой» оптикой, которая становится компактнее и совершеннее, по энергопотреблению догоняя диодную.
Но и списывать «галогенки» на свалку истории рановато! Как считают инженеры компании Philips, современная галогенная лампа может светить на уровне газоразрядной. Чтобы этого добиться, необходимо заменить тугоплавкое стекло колбы кварцевым, во-вторых, стекло подвергнуть оптической полировке, в-третьих, нанести на колбу колпачок из палладия. И, наконец, применить новую смесь газов, куда входит ксенон, чтобы повысить температуру нити и приблизиться к спектру солнечного свечения. На выходе получается пусть дорогая, но уникальная лампочка: её световой поток на 100% мощнее обычной галогенной лампы, а срок службы — вдвое больше. Причем на лабораторной установке мы наглядно убедились, что «галогенка» Philips X-treme Vision по светосиле действительно догоняет «ксенон».
Немного истории :
ГАЛОГЕННЫЕ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ
Первые галогенные лампы появились еще в 1962 году (модель H1) и пока что являются самым распространенным источником освещения в автомобильных фарах. Конструкция этих ламп не сильно отличается от обычных ламп накаливания и является их эволюцией: «галогенка» также включает в себя герметичную стеклянную колбу, внутрь которой помещены электроды с нитью накаливания из вольфрама. Но из-за высокой рабочей температуры вольфрама его атомы испаряются на колбу, ограничивая срок ее службы. Для увеличения ресурса в колбу решили закачивать специальную смесь инертного и галогенного газов, которая, взаимодействуя с испаряющимися частицами вольфрама, препятствует их «прилипанию» к стенкам колбы и помогает им «вернуться» на нить накала. Этот процесс позволил продлить ресурс лампы и повысить температуру спирали, сделав свечение более ярким. Несмотря на свой возраст, фары с таким источником света вряд ли уйдут в отставку в ближайшие лет двадцать-тридцать. На их стороне предельно низкая себестоимость, соперничать с которой пока что не может ни «ксенон», ни светодиодные фары.
Плюсы
Низкая стоимость лампы и оптики в целом, простота конструкции, не обязательна установка автокорректоров и омывателей фар.
Минусы
Малый срок службы, низкий КПД, сильный нагрев оптики, слабый по сравнению с «ксеноном» свет.
ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ КСЕНОН
Прогрессивная для своего времени оптика с газоразрядными лампами впервые появилась в 1991 году, как это водится, на автомобиле премиум-сегмента — BMW 7-й серии. И с самого начала главное преимущество «ксенона» было неоспоримо: его эффектный и, главное, эффективный свет. Также к достоинствам относятся меньшее энергопотребление (в тепло здесь уходит около 7 % энергии вместо 40 %) и более долгий срок службы. Если жизненный цикл «галогенки» составляет порядка 500–800 часов, то «ксенон» доживает и до 3000 ч (в отличие от нити накаливания, в ксеноновых лампах свечение дает дуга разряда между электродами). Но и недостатки до сих пор весьма существенны: такой источник света требует установки дорогостоящих блоков розжига, а также специальных ламп, которые должны меняться парой (во избежание разницы в цвете, который со временем изменяется). Но и этого недостаточно: при загрязнении поверхности фар встречным водителям приходится тяжко: при более ярком по сравнению с обычными лампами освещением преломляемый загрязненным стеклом свет рассеивается во все стороны, мешая встречному потоку. Но и с чистыми стеклами на неровностях дороги можно ослепить «встречку». Поэтому любая оптика, световой поток которой превышает 2500 люмен, должна дополнительно комплектоваться автокорректором и омывателем, что, собственно сказывается на конечной цене автомобиля. В «Филипсе» нашли выход, выпустив лампу с «безопасным» световым потоком в 2500 люмен — это меньше, чем у традиционного «ксенона» (3500– 4000 люмен), но все равно ярче, чем у «галогенок» (1000–1500). В целях удешевления пересмотрели и остальную конструкцию, совместив блок розжига с лампой. В первую очередь подобные системы будут устанавливаться на доступные малолитражки. Хотя, может, дни «ксенона» уже сочтены, ведь появились светодиодные фары.
Плюсы
Примерно вдвое ярче и в 5–6 раз долговечнее «галогенок», низкое потребление энергии, малый нагрев оптики.
Минусы
Необходимость замены ламп сразу в двух фарах, высокая стоимость ламп «уменьшенной мощности».
ЛАЗЕРНЫЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА
Однако в BMW нацелены на другой результат. Осенью 2014 года в серийное производство выйдет BMW i8: гибридный спорткар должен был стать первым серийным автомобилем с лазерным источником света, а в ближайшие годы в BMW Group намерены оснащать и другие новинки концерна подобной технологией. Но баварцев опередили ребята из Audi: уже летом должна выйти ограниченная партия спортивного R8 LMS с лазерными фарами. Изюминка такого освещения — небывалая дальность света, доходящая до 600 метров, что в два раза больше диапазона современных светодиодных фар дальнего света. Сама технология очень близка к светодиодам, но есть отличия: лазерные диоды в десять раз меньше обычных и одновременно мощнее. Это дает возможность сэкономить пространство внутри фары, сократив при этом размер отражательной поверхности почти в десять раз по сравнению со светодиодными элементами. Но поскольку лазерный луч слишком мал, он проходит через специальные линзы во флюоресцирующую фосфорную субстанцию внутри фары, которая трансформирует его в яркий белый свет. За счет того, что исходящий свет гораздо ярче современного головного освещения, здесь не обойтись без использования системы управления дальним светом, использующей камеры для слежения за встречным автомобильным потоком.
Плюсы
Несравнимая эффективность освещения, превосходящая любые аналоги; крайне компактная конструкция фары, эффектный внешний вид, низкое энергопотребление.
Минусы
Необходимость использования высокотехнологичных, а следовательно, дорогостоящих электронных систем.
Лазерная оптика — очередной революционный этап в развитии автомобильного освещения.
