Автоновости
ДТП
Тест-драйвы
Бортжурнал
ПДД
Экзамен

Текст:

Елена Утехина, Владимир Саенко

Видео дня

Основной световой прибор автомобиля назван в честь одного из чудес света – Александрийского маяка на острове Фарос. Автофарам уже более ста лет, и за это время с ними много раз случались чудесные преобразования: менялся принцип работы, внешний вид, мощность. Сейчас эволюция ближнего и дальнего света значительно ускорилась. Пока российские сотрудники охотятся на «ведьм», укомплектованных нештатным ксеноном, автогиганты переходят на производство светодиодных приборов, немецкие разработчики готовятся ослепить рынок новыми лазерными фарами, а китайские производители изучают возможность изготовления их нелицензионных аналогов.

В XX веке очередное поколение ламп появлялось каждые десять лет. Основная задача – повышение световой отдачи – решалась за счет увеличения температуры нити накаливания. Но повышать температуру до бесконечности невозможно. При сильном нагреве материал нити – вольфрам – начинает интенсивно испаряться, осаждаясь на колбе в виде темного налета и не пропуская свет наружу. Решение проблемы в 1910-х годах нашел американский химик Ирвинг Ленгмюр (Irving Langmuir). Работая в исследовательской лаборатории , он доказал, что заполненная смесью азота и аргона лампа долговечнее вакуумированной, может работать при высоких температурах и, следовательно, дает больше света. Дело в том, что молекулы этих газов образуют своеобразный барьер, препятствующий испарению нити накаливания.

В ходе экспериментов с разными наполнителями были изобретены криптоновые лампы, превзошедшие азот-аргоновые по световой отдаче на 10 процентов. Лампы с ксеноновой атмосферой дали еще 60–70-процентный выигрыш в яркости. А следующий шаг был сделан уже в 50-е годы: в газовую среду ввели небольшое количество галогенов – соединений элементов седьмой группы таблицы Менделеева (фтор, хлор, бром, йод).

Галогенные лампы почти не темнеют благодаря тому, что галогены вступают в химическую реакцию с парами вольфрама, препятствуя их осаждению на колбе. Этот процесс является обратимым: при высоких температурах в непосредственной близости от спирали йодиды или бромиды распадаются, и вольфрам возвращается на тело накала.

В 1962 году первую галогенную лампу для автомобиля представила немецкая компания Hella. Регенерация нити позволила поднять рабочую температуру, приблизить спектр свечения к солнечному и почти в два раза увеличить светоотдачу. При этом вдвое вырос и ресурс ламп, а их размеры заметно уменьшились. Импульс к дальнейшему совершенствованию ксенон-галогенной лампы дала технология IRC (Infrared coated – инфракрасное покрытие). Специальное покрытие на колбе IRC-лампы пропускает видимый свет, а инфракрасное (тепловое) излучение отражает назад к спирали. За счет этого потери тепла уменьшаются, а энергоэффективность соответственно возрастает. По данным компании OSRAM, в сравнении с привычной галогенной лампой время работы удваивается, а потребление энергии снижается на 40–50 процентов.

Теперь давайте проведем простой расчет. Расход топлива при включенном ближнем свете составляет 0,1–0,2 л на 100 км. При годовом пробеге в 30 тыс. км лампочки с IRC позволяют сэкономить бак бензина.

Начиналась эволюция автофары практически с «лампочки Ильича»

В современных автомобилях, включая недорогие, «галогенки» постепенно вытесняются более эффективным и экономичным ксеноновым светом. Впервые такие лампы (Bosch Litronic) появились на серийном 750iL в 1991 году. В ксеноновых газоразрядных лампах светится не раскаленная нить, а электрическая дуга, возникающая между электродами под действием высокого напряжения. Точнее, в автомобильных лампах основной световой поток формируют пары ртути, соли натрия и скандия, а разряд в атмосфере ксенона происходит только в момент запуска, до испарения других компонентов. Поэтому их стоит скорее отнести к металлогалогенным лампам, однако при этом возникла бы путаница в названиях, поскольку галогенные лампы уже давно применяются на автомобиле.

КПД газоразрядного «ксенона» намного выше, чем у самых совершенных ламп накаливания – на бесполезный нагрев здесь расходуется не 40, а всего 7–8 процентов энергии. 35-ваттные газоразрядные лампы светят вдвое ярче 55-ватных галогенных. А поскольку нити нет, то и перегорать нечему – ксеноновые лампы служат гораздо дольше обычных. Но устроены они сложнее. Для их работы необходимы достаточно дорогие схемы управления. При розжиге на лампу подается переменное напряжение 10–20 киловольт с частотой 400 герц, затем электроника снижает напряжение до 85 вольт – этого достаточно для поддержания разряда. Во избежание ослепления встречных водителей ксеноновая фара должна иметь систему автоматической регулировки угла наклона.

Ксенон сегодня в приоритете

Сложность конструкции и инерция при зажигании первоначально ограничили применение газоразрядных ламп режимом ближнего света. Объединить ближний и дальний свет в одной фаре удалось только через шесть лет. Причем существует два способа получить биксенон. Если используется фара прожекторного типа, переключение режимов осуществляется экраном во втором фокусе эллипсоидного отражателя: в режиме ближнего света он отсекает часть лучей, а на дальнем прячется и не препятствует световому потоку. В отражающем типе фар переключение режимов обеспечивается взаимным перемещением рефлектора и источника света. По некоторым оценкам, применив отдельные газоразрядные лампы для ближнего и дальнего света, можно достичь на 40 процентов лучшей освещенности, чем у биксенона. Правда, модулей розжига потребуется уже не два, а четыре. Это решение впервые применили в 2002 году на Phaeton W12.

Проблема ночного освещения возникла по мере превращения автомобиля из игрушки в полноценное транспортное средство. Тогда по ночам решались ездить только настоящие лихачи, прадедушки современных стритрейсеров. В 1896 году летчик и авиаконструктор предложил использовать на автомобиле карбидные лампы – газовые горелки на ацетилене. К тому времени уже был накоплен опыт эксплуатации таких светильников в горном деле и в качестве паровозных прожекторов. Яркость карбидных светильников была велика даже по современным меркам. В 1908 году Вестфальская металлопромышленная компания (ныне Hella KG Hueck Co, крупнейший мировой производитель автооптики) наладила серийное производство ацетиленовых фар дальнобойностью 300 метров. С появлением ярких прожекторов возникла новая проблема. При встречном разъезде ослепленные светом фар водители теряли управление, а это приводило к новым авариям. С проблемой боролись по-разному: поворачивали фары вниз с помощью рычажного или гидравлического привода, перемещали отражатель, выводя из фокуса источник света, устанавливали на пути луча шторки или жалюзи. Удобства управления эти решения, конечно, не прибавляли. Не менее сложной оказалась эксплуатация самих карбидных фар. Чтобы включить свет, водитель или механик должен был выйти из машины, запустить газогенератор, открыть фары и зажечь горелки при помощи спички.

Однако будущее газоразрядных ламп вовсе не такое яркое, как излучаемый ими свет. По оценке специалистов, в ближайшие пять-семь лет полупроводниковые технологии, воплощенные в светодиодах, обгонят ксенон и по цене, и по энергоэффективности. До начала 90-х световой поток, излучаемый светодиодами, был настолько невелик, что их применение ограничивалось индикацией на приборной панели. В 1992 году Hella установила светодиоды в центральный стоп-сигнал «трешки» BMW Cabrio. Прошло каких-то десять лет, и полупроводники стали использовать в качестве габаритных огней и стоп-сигналов даже на грузовиках. Светодиоды срабатывают на доли секунды быстрее традиционных ламп, тратят меньше энергии (для стоп-сигналов – 10 Вт против 21 Вт) и отличаются почти не ограниченным сроком службы. Уверенно занимают новые позиции появившиеся совсем недавно сверхъяркие светодиоды. Первой ласточкой стали полупроводниковые дневные ходовые огни в фарах W12. Сегодня светодиодные фары головного света можно встретить на серийных , Prius, Escalade. Фара новой – это 64 высокоэффективных светодиода и система адаптивного головного освещения (Advanced Frontlighting System – AFS), благодаря которой водитель всегда обеспечен лучшими из возможных световых условий. Благодаря включению или выключению отдельных светодиодов распределение света меняется в зависимости от скорости движения и условий, в которые попадает автомобиль.

Мощный импульс автомобильная оптика получила благодаря развитию вычислительной математики, когда появилась возможность рассчитывать сложные комбинированные рефлекторы на компьютере. Современные рефлекторы поделены на сегменты, каждый из которых имеет свой фокус и фокусное расстояние. Каждый сегмент отвечает за освещение определенного участка дороги. Фары такого типа называются отражающими. Свет лампы используется почти полностью, за исключением разве что ее торца, закрытого колпачком. А рассеиватель, то есть оптическое стекло со множеством встроенных линз, ушел в прошлое: отражатель прекрасно справляется с распределением света и созданием светотеневой границы. Современные отражающие фары накрывают не стеклами, а поликарбонатом. Первый пластиковый рассеиватель появился в 1993 году на седане . Это позволило снизить массу каждой фары почти на килограмм. Поликарбонатные стекла не трескаются при попадании воды на нагретую поверхность, не образуют осколков при аварии. Единственный их недостаток – гораздо худшее, чем у настоящего стекла, сопротивление истиранию. Поэтому на смену щеточным очистителям фар, которые в 1971 году предложил , пришли омыватели высокого давления.

На светодиодах работает и Dynamic Light Spot (система динамического точечного освещения) – фирменная новинка от BMW. Автоматика обнаруживает пешехода и направляет на него свет, точно указывая на потенциальную опасность. Подсказка появляется раньше, чем ближний свет фар сможет осветить объект. Следовательно, водитель получает фору в несколько секунд или десятков метров, которых часто не хватает, чтобы затормозить или объехать человека. Система получает информацию от аппаратуры ночного видения BMW Night Vision, которая за 200–300 метров улавливает объекты, излучающие тепло. И если сидящий за рулем вовремя не среагировал на сигнал, бьющий примерно на 100 метров луч Dynamic Light Spot выхватывает из темноты человека или животное и держит его под прицелом, пока тот не выйдет из потенциально опасной зоны. При этом маркирующий свет лишь освещает, но не ослепляет объект. Такую подсказку вряд ли пропустишь, к тому же она интуитивно понятна водителю. На этапе испытаний исполнительный механизм нового ассистента – сверхъяркий светодиод с поворотным устройством – встраивают в противотуманные фары. Не исключено, что когда разработка дойдет до конвейера, эти операции поручат основным фарам – так называемым LED-Arrays, многосекционным светодиодным блокам.

Ближайшее будущее фар – за светодиодами

Представление о том, как будет выглядеть лазерная фара на серийном автомобиле, дает BMW i8 Concept, представленный на Франкфуртском автосалоне. Излучение лазера в сотни раз интенсивнее, чем у нынешних светодиодов. В корпусе каждой фары расположены три источника излучения мощностью около одного ватта каждый. При помощи системы зеркал лучи направляются на элемент из флуоресцентного материала, который дает мягкий белый свет, близкий по спектру к дневному – самому приятному и безопасному для человеческого глаза. Ничто не мешает обучить лазерные фары полезным функциям, с которыми сейчас справляются ксенон и светодиоды. Например, то же динамическое точечное освещение или интеллектуальный неослепляющий дальний свет. Впрочем, с появлением лазерных фар баварцы обещают расширить список. Вероятно, познакомиться с новым суперсветом можно будет через два-три года, когда появится серийный вариант i8.

Пока интеллектуальные фары только топчутся на пороге российского рынка автомобилей, самое темное время года уже подошло вплотную. До 22 декабря от нашего и без того тусклого уличного света темнота ежедневно будет отбирать по несколько секунд. Эксперты опасаются, что из-за введения моратория на обязательный техосмотр многие водители махнут рукой и не станут тщательно готовить свой автомобиль к зиме, хотя именно в этот период перегоревшие или просто грязные фары могут стать основной причиной опасных ситуаций на дороге. Отрегулированный ближний свет освещает дорогу на расстоянии около 40 метров. При езде со скоростью 80–90 км/ч водитель проезжает эту дистанцию менее чем за две секунды. А если у машины «косоглазие», времени на то, чтобы принять решение и среагировать, остается еще меньше. Вывод очевиден: подготовить «глаза» автомобиля к зиме не менее важно, чем переобуть колеса. Яркого и зоркого взгляда вашему автомобилю!