Лазерный мир

Знаете ли вы, что автомобильным фарам в этом году исполняется 110 лет? Во всяком случае тем, к которым мы все привыкли – электрическим. До них в автомобилях использовались керосиновые и ацетиленовые горелки. Сегодня световые приборы продолжают эволюционировать, обретая интеллект, пускай и искусственный. Но обо всем по порядку.

Подкиньте… карбида!

Самые первые примитивные самобеглые экипажи не имели фар вовсе. Но с распространением автомобилей вполне естественно возникла и необходимость поездок на них в темное время суток. Проблему освещения дороги решили простым и понятным для конца XIX века способом – установили керосиновые лампы. Само собой, толку от них было немного и годились они скорее на роль габаритных огней. Не сильно помогали и масляные лампы, используемые параллельно с керосиновыми.

В 1896 году на автомобили перекочевало решение, позаимствованное, как принято считать, из железнодорожного транспорта, – ацетиленовые фонари. Сегодня мы привыкли включать фары из салона, но тогда нужно было совершить целый ритуал: заложить в один отсек карбид кальция, в другой залить воду, открыть кран, чтобы вода начала поступать в отсек с карбидом. Далее следовало дождаться пока вырабатываемый в ходе реакции карбида с водой ацетилен по трубкам поступит в горелку фары, открыть колпак и зажечь пламя. Так себе удовольствие, хотя света такие фонари давали больше, чем керосиновые. 

В 1908 основатель компании WIMI Салли Виндмюллер создал ацетиленовые фары, в которых помимо горелки применялись рефлектор и зеркальная линза, что позволило задать световому потоку направление. Вместе с ацетиленовыми фарами Виндмюллер зарегистрировал и товарный знак, дошедший до наших дней в виде названия компании, – Hella.

Премиальное электричество

В 1912 году на премиальных, как принято сейчас говорить, автомобилях появилось электрическое освещение. Фары, состоящие из лампочки, рефлектора и линзы, установили на Rolls-Royce Silver Ghost и Cadillac Model 30. Для работы электрических ламп требовался генератор, а он еще некоторое время ставился лишь на дорогие машины, и лишь в 1920-ых годах появился на доступных моделях. А вместе с ним массы водителей того времени получили возможность пользоваться электрическим светом.

К этому времени уже стали очевидными недостатки первых фар. Поэтому еще в 1910-х годах появились фары с двумя лампами для ближнего и дальнего света, но для переключения между ними водителю требовалось выйти из машины. В 1917 году инженеры Cadillac решили эту проблему, реализовав управление светом с водительского места. А в 1919 году Bosch представила первую лампу с двумя нитями накаливания. К тому времени уже был изобретен рассеиватель, который позволил повысить эффективность освещения дороги, минимизировав при этом ослепление встречных водителей. Также были придуманы различные типы корректоров фар: тросовые, рычажные, гидравлические. 

30 лет застоя

Далее развитие головной оптики застыло фактически на 30 лет. Лишь в середине 50-ых годов в области автомобильного света произошло оживление: французская компания Cibie предложила идею ассиметричного пучка света, правая часть которого светит дальше левой (для Великобритании наоборот). В 1957 году такое распределение светового потока становится обязательным для всех европейских автомобилей.

В то же время американцы идут своей дорогой. В 1940 году в США был принят единый для всех автопроизводителей стандарт на герметизированные источники света. Они представляли собой круглые неразборные фары диаметром 7 дюймов, состоящие из корпуса, отражателя, рассеивателя и двух нитей накала. Отдельной лампочки внутри не было – вся фара являлась большой лампой. 

17 лет спустя, в 1957, американские автопроизводители получили неслыханную свободу: вместо двух больших фар можно было устанавливать четыре маленькие, но по-прежнему круглые. Прямоугольные разрешили устанавливать лишь в 1974, при этом они все еще оставались герметизированными без сменных ламп. Понятно, что если нить перегорала – замены требовала фара целиком. Все эти требования были отменены лишь в 1983 году.

До 1978 года в США под запретом были и галогеновые лампы, представленные в Европе Hella еще в 1962 году. Заполнение колбы парами брома или йода позволило минимизировать испарение вольфрама с нити накаливания, значительно увеличив ее срок службы, увеличить светоотдачу лампы и снизить ее размер. Это решение оказалось настолько удачным, что «галогенки» применяются уже 60 лет и на покой не собираются.

Интересно, что в 1968 году на Citroen DS были установлены фары с поворотными блоками дальнего света, которые позволяли пучку света изменять направление синхронно с изменением положения передних колес. И все это работало без помощи электроники. Такие фары были созданы при поддержке уже упомянутой компании Cibie, в последствии ставшей частью группы Valeo.

К идее адаптивных фар автопроизводители вернулись в конце 90-ых – начале нулевых годов. На дорогих машинах для изменения направления светового потока использовались поворотные блоки, на более дешевых изгибы дороги подсвечивались дополнительными лампами или противотуманными фарами.

От ксенона к лазерам

Новым этапом развития автомобильных фар стало появление в 1992 году на BMW 7 Series газоразрядных или ксеноновых ламп в качестве источника ближнего света. А в 1999 году на Mercedes CL появились полностью ксеноновые фары. 

В газоразрядных лампах, в отличие от галогеновых, нет нити накала. В них свет исходит от ионизированного под действием электрической дуги инертного газа. К достоинствам газоразрядных ламп относят близость цветовой температуры свечения к таковой у дневного света, а также более высокую яркость при меньшем энергопотреблении, чем у «галогенок». Еще один очевидный плюс – длительный срок службы. Впрочем, хватает у ксеноновых фар и минусов: они требуют использования блоков розжига, омывателя фар и автоматического корректора положения, который позволяет избежать ослепления встречных водителей. 

Кстати, несмотря на то что первые вариации корректоров фар были придуманы еще в начале XX века, обязательным оборудованием для всех новых автомобилей они стали лишь в 1998 году.

Вернемся к недостаткам «ксенона». Таким лампам требуется время для выхода на рабочий режим, из-за чего их приходится либо использовать только в качестве источника ближнего света, а для дальнего устанавливать галогеновую лампу, либо прибегать к использованию дорогих биксеноновых ламп, способных работать в двух режимах. При этом лучшие современные образцы галогеновых ламп не так уж и сильно уступают в эффективности ксеноновым при куда меньшей стоимости.

Поэтому именно газоразрядные лампы с начала 2010-х годов постепенно уступают место светодиодам. Еще совсем недавно светодиодные фары были прерогативой дорогих автомобилей, но сегодня их можно встретить даже в бюджетном сегменте. Среди очевидных плюсов светодиодных фар – низкое энергопотребление, длительный срок службы, сопоставимый со сроком службы автомобиля, отсутствие задержки при включении и промежуточных блоков в электрической цепи. К недостаткам можно отнести высокий нагрев задней части фары, что в некоторых случаях даже требует использования принудительного охлаждения. При этом стекло остается холодным и, будучи обмерзшим зимой естественным образом, не оттаивает. Вернее, оттаивает, но когда потеплеет на улице. 

В недорогих авто применение светодиодных фар является скорее маркетинговым ходом. В них используются базовые решения, состоящие из нескольких светодиодов, которые по эффективности зачастую уступают обычным фарам с галогеновыми лампами.

Впрочем, главным преимуществом светодиодных фар, оснащенных даже небольшим количеством светодиодов, является возможность изменять световой пучок в зависимости от ситуации на дороге. И все это без использования механических элементов вроде шторки-барабана, которая применялась в первых адаптивных биксеноновых фарах.

Матричные фары – топ светодиодной технологии. В них используется большое количество светодиодов в сочетании с системой линз, которыми можно управлять как пикселями монитора, изменяя яркость свечения по отдельности и формируя луч света, форма которого может постоянно изменяться, адаптируясь под окружающую обстановку. 

Скажем, если у вас работает дальний свет, то при приближении встречного автомобиля нет необходимости в полном его выключении: «мозг» системы просто погасит часть светодиодов, вырезав поток света, направленный на машину, движущуюся по «встречке». Точно так же световой поток способен обогнуть и попутный автомобиль. 

Для эффективной работы такой системы требуется большое количество датчиков, камер и управляющей электроники, поэтому вряд ли в ближайшей перспективе мы увидим матричные фары в недорогих автомобилях.

Вершиной эволюции головного света должны были стать лазерные фары, появившиеся на серийных спорткарах Audi и BMW в 2014 году. Само собой, светит на дорогу не лазер. Синий лазерный луч отражается от системы зеркал и попадает на линзу, покрытую люминофором, вызывая его свечение белым светом. 

При своих компактных размерах лазерные фары формируют луч, способный освещать дорогу на невероятные 500-600 метров. В современных автомобилях лазерные модули используются для увеличения дальности светового потока в составе матричных светодиодных фар. Самые передовые из которых в сочетании с системой ночного видения даже способны подсвечивать пешеходов.

Наш вердикт

На первый взгляд кажется, что автомобильные фары уже достигли вершины своего прогресса. Но точно так же многие из нас думали 20 лет назад о мобильных телефонах, а сегодня все используют смартфоны, по своему функционалу не уступающие компьютерам. И не исключено, что спустя еще 20 лет матричные светодиодные фары будут вымирающим видом, как сейчас «ксенон». А нечто новое, о чем мы пока даже подумать не можем, будет вытеснять с рынка… галогеновые лампы. 

Источник: https://www.abw.by/novosti/experience/226507