Содержание статьи

Как появился свет на автомобилях

Первым источником автомобильного света стал газ ацетилен – использовать его для освещения дороги в 1896 году предложил летчик и авиаконструктор Луи Блерио. Запуск ацетиленовых фар – целый ритуал. Сначала требуется открыть краник ацетиленового генератора, чтобы вода закапала на карбид кальция, который находится на дне «бочонка». При взаимодействии карбида с водой образуется ацетилен, который по резиновым трубкам поступает к керамической горелке, что находится в фокусе отражателя. Теперь шофер должен открыть стекло фары, чиркнуть спичкой — и пожалуйста, в светлый путь. Но максимум через четыре часа придется остановиться – для того, чтобы вновь открыть фару, вычистить ее от копоти и заправить генератор новой порцией карбида и воды. Однако светили карбидные фары на славу. Например, созданные в 1908 году Вестфальской металлопромышленной компанией (так в то время называлась Hella) ацетиленовые фары освещали до 300 метров пути! Столь высокого результата удалось достичь благодаря использованию линз и параболических рефлекторов. Первая автомобильная лампа накаливания была запатентована еще в 1899 году французской фирмой Bassee & Michel. Но вплоть до 1910 года лампы с угольной нитью накаливания были ненадежными, очень неэкономичными и требовали тяжелых батарей увеличенного размера, которые к тому же зависели от станций подзарядки: автомобильных генераторов подходящей мощности еще не существовало. И тут произошел переворот в «осветительных» технологиях – нити накаливания стали делать из тугоплавкого вольфрама (температура плавления 3410°С), который не «выгорал». Первым серийным автомобилем с электрическим светом (а еще – с электрическим стартером и зажиганием) стал Cadillac Model 30 Self Starter («самозапускающийся») 1912 года. Уже через год 37% американских автомобилей имели электроосвещение, а еще через четыре — 99%! С разработкой подходящей динамомашины исчезла и зависимость от зарядных станций.

Проблема ослепления

Впервые проблема ослепления встречных водителей возникла с появлением карбидных фар. Боролись с ней по-разному: перемещали рефлектор, выводя из его фокуса источник света, с той же целью двигали саму горелку, а также ставили на пути света различные шторки, заслонки и жалюзи. А когда в фарах засветилась лампа накаливания, в электрическую цепь при встречных разъездах даже включали добавочные сопротивления, снижавшие накал нити. Но лучшее решение предложила фирма Bosch, в 1919 году создавшая лампу с двумя нитями накаливания — для дальнего и ближнего света. К тому времени уже был придуман рассеиватель — покрытое призматическими линзами стекло фары, отклоняющее свет лампы вниз и по сторонам. С тех пор перед конструкторами стоят две противоположные задачи: максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей. Увеличить яркость ламп накаливания можно, подняв температуру нити. Но при этом вольфрам начинает интенсивно испаряться. Если внутри лампы вакуум, то атомы вольфрама постепенно оседают на колбе, покрывая ее изнутри темным налетом. Решение проблемы нашли во время Первой мировой войны: с 1915 года лампы стали заполнять смесью аргона и азота. Молекулы газов образуют своеобразный «барьер», препятствующий испарению вольфрама. А следующий шаг был сделан уже в конце 50-х годов: колбу стали наполнять галогенидами, газообразными соединениями йода или брома. Они «связывают» испаряющийся вольфрам и возвращают его на спираль. Первую галогенную лампу для автомобиля представила в 1962 году Hella — «регенерация» нити позволила поднять рабочую температуру с 2500 К до 3200 К, что 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 «оболочки»). А главный шаг в решении проблемы ослепления был сделан в середине 50-х — французская фирма Cibie в 1955 году предложила идею асимметричного распределения ближнего света для того, чтобы «пассажирская» обочина освещалась дальше «водительской». И через два года «асимметричный» свет в Европе был узаконен.

Так работают наиболее распространенные ранее фары
с параболическим отражателем и двухнитевой лампой Н4. Для
предотвращения ослепления встречных водителей нить ближнего света
располагают чуть впереди и выше фокальной точки и экранируют
специальным колпачком внутри колбы, используя только верхнюю половину
отражателя (слева). А нить дальнего света расположена в фокусе и
освещает всю поверхность отражателя (справа).

Отражатель «свободной» формы отличается от
параболического. Это отличие не заметно на глаз, но поверхность
рассчитана таким образом, что направляет весь свет от однонитевой лампы
в заданном направлении — чуть вниз, чтобы избежать ослепления.

Впервые «прожекторная» фара ближнего света с
эллипсоидным отражателем появилась в 1986 году на «семерке» BMW. Лучи,
собираясь во втором фокусе отражателя, «подрезаются» экраном, который
обеспечивает заданную светотеневую границу, а затем еще раз
фокусируются линзой.

В 1988 году с помощью компьютера отражателю
эллипсоидной фары удалось придать «свободную» форму — основная часть
лучей проходит над экраном, чем обеспечивается лучшая эффективность.

Эволюция автомобильной фары

На протяжении многих лет фары оставались круглыми — это наиболее простая и дешевая в изготовлении форма параболического отражателя. Но порыв «аэродинамического» ветра сначала «задул» фары в крылья автомобиля (впервые интегрированные фары появились у Pierce-Arrow в 1913 году), а затем превратил круг в прямоугольник (прямоугольными фарами оснащался уже Citroen AMI 6 1961 года). Такие фары были сложнее в производстве, требовали больше подкапотного пространства, но вместе с меньшими вертикальными габаритами имели большую площадь отражателя и увеличенный светопоток. Чтобы заставить такую фару ярко светить при меньших габаритах, следовало придать параболическому отражателю (в прямоугольных фарах — усеченный параболоид) еще большую глубину. А это было чересчур трудоемко. В общем, 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 «семерка» BMW в конце 1986 года.

Еще через два года эллипсоидные фары стали просто супер! Точнее- Super DE, как называла их Hella. На этот раз профиль отражателя отличался от чисто эллипсоидной формы — он был «свободным» (Free Form), рассчитанным таким образом, чтобы основная часть света проходила над экраном, отвечающим за ближний свет. Эффективность фар возросла до 52%.

Дальнейшее развитие отражателей было бы невозможно без математического моделирования- компьютеры позволяют создавать самые сложные комбинированные рефлекторы. Компьютерное моделирование позволяет увеличить число сегментов до бесконечности так, что они сливаются в единую поверхность «свободной» формы. Взгляните, к примеру, в «глаза» таких машин, как Daewoo Matiz, Hyundai Getz . Их отражатели 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…

Прожекторный тип фары. Здесь показан вариант «биксенон» – переключение с дальнего света на ближний осуществляется перемещением экрана, управляемого соленоидом. Если экрана нет, то прожектор, как правило, работает в режиме ближнего света. Место газоразрядной лампы может занимать «галогенка».

Так выглядит газоразрядная ксеноновая фара. Поскольку «ксенон» светит очень ярко, таким фарам положено обязательно иметь механизм автоматической регулировки угла наклона и омыватели.

Ксенон и светодиоды

Вековое господство лампы накаливания близится к концу. Достойно «завершить карьеру» ей помогают благородные газы криптон и ксенон. Последний считается одним из лучших наполнителей для ламп накаливания- с ксеноном можно поднять температуру нити вплотную к точке плавлению вольфрама и приблизить свет по спектру свечения к солнечному. Но наполненные ксеноном обычные лампы накаливания- это одно. А «ксенон» с ярким голубым свечением, который применяют на дорогих автомобилях,- это принципиально другое. В ксеноновых газоразрядных лампах светится не раскаленная нить, а сам газ- вернее, электрическая дуга, которая возникает между электродами при газовом разряде при подаче высоковольтного напряжения.

Впервые такие лампы (Bosch Litronic) были установлены на серийном BMW 750iL в 1991 году. Газоразрядный «ксенон» 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 из 12 «постоянных» вольт бортовой сети нужно получить короткий импульс из 25 киловольт- причем переменного тока, с частотой до 400 Гц! Для этого служит специальный модуль зажигания. Когда лампа зажглась (для разогрева требуется некоторое время), электроника снижает напряжение до 85 вольт, достаточных для поддержания разряда. Сложность конструкции и инерция при зажигании ограничили первоначальное применение газоразрядных ламп режимом ближнего света. Дальний светил по старинке- «галогенкой». 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 дальнем 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 дорогой Volkswagen Phaeton W12.

Однако будущее газоразрядных ламп вовсе не такое яркое, как излучаемый ими свет. Наибольший успех специалисты прочат светодиодам. Светодиод- это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении тока. До начала 90-х их автомобильное применение ограничивалось индикацией- уж слишком низкой была светоотдача. Однако уже в 1992 году Hella оснастила «трешку» BMW Cabrio центральным стоп-сигналом на основе светодиодов, и сегодня они все шире используются в задних фонарях в качестве «габаритов» и стоп-сигналов. Светодиоды срабатывают на 0,2 секунды быстрее традиционных лампочек, тратят меньше энергии (для стоп-сигналов- 10 Вт против 21 Вт) и отличаются почти неограниченным сроком службы. Но для того, чтобы заменить лампы светодиодами в фарах головного света, нужно преодолеть ряд препятствий. Во-первых, даже самые лучшие светодиоды по эффективности пока сопоставимы только с галогенными лампами (светоотдача- около 25 люменов на ватт). При этом они дороже и требуют специальной системы охлаждения- ведь это такие же полупроводниковые приборы, как и процессоры компьютеров. Но разработчики уверяют, что к 2008 году светоотдача диодов достигнет уже 70 лм/Вт (у нынешнего «ксенона»- 90 лм/Вт). Так что первые серийные светодиодные фары могут появиться в 2010 году. А пока полупроводникам поручают второстепенные функции- например, постоянный «дневной свет», как это сделала Hella, расположив в каждой фаре Audi A8 W12 по пять светодиодов.

Адаптивный свет

Попытки повернуть фары автомобиля вслед за рулем люди начали предпринимать сразу после появления самих фар. Ведь это удобно- освещать ту часть дороги, куда ты едешь. Однако механическая связь фар и руля не позволяла соотносить угол поворота лучей со скоростью движения, и правила начала прошлого века «адаптивный» свет просто запрещали. Попытку возродить оригинальную идею осуществила фирма Cibie. В 1967 французы представили первый механизм динамической регулировки угла наклона фар, а через год на Citroen DS начали ставить поворотные фары дальнего света.

Теперь идея поворотного освещения возрождается- на новом, «электронном», уровне. Самое простое решение- дополнительная «боковая» лампочка, которая загорается при повороте руля или включенном «поворотнике» на скорости до 70 км/ч. Подобные фары имеют, к примеру, Audi A8 (первое применение) и Porsche Cayenne. Следующая ступень- действительно поворотные фары. В них биксеноновый прожектор с учетом скорости движения, угла поворота руля и угловой скорости автомобиля вокруг вертикальной оси («датчик поворота») поворачивается вслед за рулем в пределах 22°- на 15° наружу и на 7° внутрь. Такими фарами оснащаются и BMW, и Mercedes, и Lexus, и даже Opel Astra.

Третий вариант «адаптивного» света- комбинированный. На высоких скоростях активен только поворотный прожектор, а в медленных поворотах или при маневрировании «подключается» статическое освещение (оно имеет больший угол охвата- до 90°). Такими фарами оснащен Opel Signum. Но, пожалуй, самая интересная из разработок- это VARILIS: система, которую Hella разрабатывает вместе с несколькими автопроизводителями. Сокращение расшифровывается как Variable Intelligent lighting system. Одна из вариаций- система VarioX, которая позволяет фаре работать в пяти режимах света. Для этого в «ксеноновом» прожекторе вместо экрана, включающего ближний свет, находится цилиндр сложной формы. Смена режимов света происходит при вращении цилиндра. Так, например, в городе фары светят близко, но широко, а на трассе ближний свет немного изменяет форму пучка — для большей дальнобойности. А чуть позже европейские правила позволят связать фары с системой GPS. Одной из первых такую разработку представила BMW в 2001 году. Вспомните концепт-кар X-Coupe с асимметричным дизайном. Фары у него поворачивались по команде GPS-навигатора с учетом скорости движения, угла поворота руля и бокового ускорения. А еще навигационная система позволит «предугадывать» повороты и давать команду на автоматическое изменение светораспределения, скажем, при пересечении английской границы- ведь система VarioX позволяет и это!

Комбинированный «адаптивный» свет (Opel Signum)
1) Поворотный «биксеноновый» модуль
2) Статический боковой свет
4) Модуль, управляющий поворотом прожектора

Перспективная система VarioX от фирмы Hella работает
в пяти режимах (слева). Для этого экран, обеспечивающий ближний свет,
заменен цилиндром «свободной» формы. Каждая его образующая (на рисунке
показаны разными цветами) соответствует конкретной схеме
светораспределения. Автоматическим переключением режимов света заведует
шаговый электромотор. Вверху – пример городского освещения в
сравнении с традиционным.

Америка-Европа

Подход к системам освещения в Старом Свете и за океаном различается кардинально. Начнем с того, что американские законы вплоть до 1975 года запрещали использование фар не круглой формы и галогенных ламп! Причем в Штатах лампа и фара были объединены в одно целое- лампы-фары за океаном использовали с 1939 года. Преимущество у таких приборов было одно- герметичность лампы-фары позволяла покрывать поверхность рефлектора серебром, отражающая способность которого достигает 90% (против 60% у распространенных в те времена хромированных рефлекторов). Но менять лампу-фару, естественно, приходилось целиком. А главное отличие- в Европе с 1957 года принято асимметричное светораспределение с лучшим освещением «пассажирской» обочины и с четкой светотеневой границей. Но в Америке использование фар с границей света и тени разрешили только с 1997 года. Разрешили, но не потребовали! Свет «американских» фар распределяется почти симметрично, вовсю ослепляя встречных водителей. К тому же американцы регулируют фары только по вертикали. А еще в США и Канаде отсутствует единый порядок сертификации приборов освещения. Каждый производитель лишь гарантирует соответствие своих фар федеральному стандарту по безопасности движения транспортных средств (FMVSS), а подтверждать это приходится, например, в случае аварии по вине световых приборов. Предполагается, что официально импортируемые из США автомобили проходят проверку на соответствие европейским нормам. «Американские» фары маркируются аббревиатурой DOT (Department Of Transport, Министерство транспорта), а «европейские» — буквой «Е» в кружочке с цифрой-кодом страны, где фара одобрена для использования (Е1 — Германия, Е2 — Франция, и т.д.).

Конструкция и маркировка

Автомобильные лампы отличаются, как правило, конструкцией цоколя и светоотдачей. Например, в двухфарных системах чаще всего используются лампы Н4- с двумя нитями накаливания, для дальнего и для ближнего света. Их световой поток- 1650/1000 лм. В «противотуманках» светят лампы Н8- однонитевые, со светопотоком в 800 лм. Другие однонитевые лампы Н9 и НВ3 могут обеспечивать только дальний свет (светопоток 2100 и 1860 лм соответственно). А «универсальные» однонитевые лампы Н7 и Н11 могут использоваться и для ближнего, и для дальнего света- в зависимости от того, в каком отражателе они установлены. И как всегда, качество лампы зависит от конкретного производителя, оборудования, концентрации и типов газов (например, лампы Н7 и Н9 иногда заполняют не галогенами, а ксеноном). У газоразрядного «ксенона» другие обозначения. Первыми ксеноновыми лампами были приборы с индексами D1R и D1S- они были объединены с модулем зажигания. А за индексами D2R и D2S скрываются газоразрядные лампы второго поколения (R- для «отражающей» оптической схемы, S- для прожекторной).

avtonov.info

Системы освещения — Энциклопедия журнала «За рулем»

Хорошее освещение дороги перед автомобилем всегда было одним из основных требований безопасности движения. Автомобильные фары прошли путь от керосиновых и ацетиленовых фонарей до современных высокоэффективных систем освещения. В настоящее время большинство автомобилей оборудуется фарами с галогенными лампами, которые более эффективны, чем обычные лампы накаливания. В то же время появляется все больше автомобилей, в фарах которых монтируются газоразрядные лампы, которые еще недавно устанавливались только на автомобилях представительского класса. За последние несколько лет радикально изменились форма отражателя и технология изготовления фар.
В фаре с газоразрядной лампой источником света является электрический разряд, проходящий между двумя электродами, которые расположены внутри колбы из кварцевого стекла. Колба заполнена под давлением смесью инертного газа ксенона и металла галогена. Такие фары часто называют ксеноновыми. Освещение разрядом высокой интенсивности (HID — High Intensity Discharge) обеспечивает более низкое потребление энергии, большую долговечность и лучший световой поток. Ксеноновая лампа мощностью 35 Вт производит вдвое больший световой поток, чем галогенная лампа мощностью 60 Вт. Цветовая температура таких ламп почти соответствует дневному свету. Долговечность газоразрядных ламп достигает 3000 ч, и это не является пределом, потому что конструкция фар, использующих принцип HID, постоянно совершенствуется.
Некоторые разработчики предлагают системы освещения, в которых свет создается единственным HID-источником, находящимся в специальной камере внутри автомобиля, а передается к фарам по оптоволоконным проводникам. Такая система позволит уменьшить число необходимых ламп, делает более легким размещение системы высокого напряжения и защищает наиболее дорогие элементы системы освещения от возможного повреждения при аварии. Дополнительные преимущества этой системы заключаются в том, что в осветительных приборах свет является холодным, что позволяет использовать прозрачные пластмассовые материалы, которые не могут применяться в высокотемпературных обычных лампах. Очевидно, что центральный источник света должен быть продублирован, для избежания выхода из строя всего освещения автомобиля из-за единственной неисправности. Свет высокой интенсивности может привести к временному ослеплению встречных водителей, особенно в случае неправильного направления светового луча фар. В Европе действует законодательство, которое требует, чтобы автомобили с газоразрядными фарами были оборудованы системами автоматической регулировки, корректирующими положение фар при изменении нагрузки автомобиля. В системах автоматической регулировки положения фар используются датчики, измеряющие положение элементов подвески относительно кузова.
Проводятся исследования по использованию ультрафиолетовых ламп в целях устранения возможности ослепления встречных водителей. Дополнительные преимущества от применения таких ламп могут быть получены, если использовать специальную отражающую краску для дорожной разметки и знаков.
Существуют опытные образцы автомобилей, которые оборудованы инфракрасными видеокамерами, которые гораздо лучше обнаруживают объекты в темноте или в тумане, особенно при использовании их в сочетании с инфракрасными фарами.

Расположение и типы внешних световых приборов автомобиля (а):
1 — фары;
2 — задние фонари;
3 — освещение номерного знака;
4 — подсветка дверных ручек;
5 — внешнее освещение двери;
6 — противотуманные фары;
регулируемые (поворачивающиеся) фары (б)
и современные системы головного освещения автомобиля с регулируемыми световыми потоками (в)

Последние разработки в области систем освещения автомобиля направлены на создание «интеллектуальных» фар, изменяющих световой поток по интенсивности, направлению и освещаемой площади:

Освещение дороги фарами ближнего света:
а — обычными фарами с асимметричным лучом;
б — активной системой освещения
эти фары, в частности, поворачиваются при повороте автомобиля и освещают труднодоступные участки дороги, а также боковые участки дорог на перекрестке.

Приборы освещения:
а — фонари;
б — подсветка фар;
в — подсветка дверных ручек

В конструкции подфарников, фонарей сигналов торможения, указателей поворотов все чаще на смену лампам накаливания приходят светодиодные матрицы, которые потребляют меньше энергии, более долговечны, а световые приборы становятся более информативными. В некоторых странах законодательство требует обязательного применения на автомобилях систем очистки фар. Для этой цели часто применяются щеточные стеклоочистители, но им на смену приходят распылители очищающей жидкости высокого давления.

wiki.zr.ru

Развитие автомобильных систем освещения

От свечи до лампы

ОСНОВНОЙ элемент любой автомобильной фары – это источник света. В принципе, чем он мощнее, тем лучше водитель видит дорогу в темноте и при плохой погоде. Значит, движение будет безопаснее.

Первые машины похвастать хорошей светотехникой не могли, ведь источником света у них служили масляные или керосиновые горелки, а на некоторых моделях вообще применялись обычные свечи. Они лишь обозначали габариты автомобиля в темноте, но осветить дорогу не могли. К тому же такие “фары” легко гасли от малейшего порыва ветра.

Ситуация изменилась в начале ХХ века с появлением ацетиленовых светильников, применявшихся даже в качестве паровозных прожекторов. “Дальнобойность” лучших образцов подобных фар была весьма велика для того времени и достигала порой нескольких сот метров. Но для того, чтобы ацетиленовая светотехника заработала, водителю надо было совершить целый ритуал. Ему следовало остановиться, выйти из машины, открыть краник ацетиленового генератора (как правило, он находился на подножке автомобиля), подождать, пока газ по трубкам дойдет до фары, и лишь затем поджечь его. Кроме того, через несколько часов работы установку приходилось перезаряжать.

Избежать столь длительной и неудобной процедуры помогло изобретение лампы накаливания. Впервые ее стали использовать в фарах еще в 1898 году на электромобиле “Columbia”, но тогда добиться достаточного срока службы создателям не удалось.

Только когда хрупкую угольную нить в лампе заменили вольфрамовой, она стала надежно и долго работать даже в условиях постоянной тряски. Поэтому после установки таких ламп в фары “Cadillac” образца 1912 года подобная светотехника в течение нескольких лет появилась и на моделях других автопроизводителей.

Газовый фактор

Центральная фара автомобиля “Willys-Knight 70A Touring” поворачивалась вместе с передними колесами.

Ацетиленовые светильники неплохо освещали дорогу, но чтобы зажечь их, требовалось немало усилий.

ОДНАКО при дальнейшем увеличении мощности источников света конструкторы снова столкнулись с проблемой надежности. Дело в том, что яркость лампы накаливания напрямую зависит от температуры вольфрамовой нити, а та при чрезмерном нагреве начинает интенсивно испаряться, оседая на стекле колбы темным налетом. В результате лампа быстро выходит из строя.

Решение нашлось лишь в середине прошлого века, когда колбу стали заполнять особым газом – “галогеном”, обладающим свойством восстанавливать вольфрамовую нить. Тем самым значительно продлевался срок ее службы. В результате по сравнению с обычной лампой галогенная стала компактнее, мощнее, а ее ресурс увеличился практически вдвое.

И это был не предел. Дальнейшие исследования показали, что если в качестве наполнителя использовать не галоген, а газ ксенон, то температуру в колбе можно повысить почти до точки плавления вольфрама. Иными словами – добиться от лампы накаливания максимально возможной яркости.

Кроме того, свойства ксенона позволили создать принципиально новый источник света – газоразрядную лампу. Традиционной нити накаливания в ней нет. Ее заменяет электрическая дуга, возникающая между двумя электродами. Ксеноновые лампы потребляют меньше электроэнергии и при этом светят примерно вдвое ярче обычных. А поскольку хрупкой нити в “газоразрядках” нет, то и из строя они выходят гораздо реже.

Казалось бы, у ксеноновых фар одни плюсы, и дни обычных ламп сочтены. Но не все так просто. Для того чтобы заставить ксеноновую лампу светиться, необходимо создать на электродах напряжение 20-25 киловольт и даже больше. Примерно как в системе зажигания. Поэтому в электрооборудование автомобиля приходится добавлять специальные модули – так называемые блоки розжига.

Но в любом случае, чтобы загореться, такой лампе требуется некоторое время, поэтому на BMW 7-й серии (на которую в 1991 году впервые стали устанавливать ксеноновые фары) для дальнего света применялись традиционные галогенки. Они позволяли в случае необходимости мигнуть фарами. Полноценный “биксенон” (фары, в которых газоразрядные лампы обеспечивают как ближний, так и дальний свет) появился лишь спустя несколько лет, причем дальний свет включался, как правило, одним из двух разных способов. Переключение режимов осуществлялось либо с помощью специальной шторки с электроприводом (она отсекает часть светового потока в режиме ближнего света и при необходимости отодвигается в сторону), либо перемещением лампы внутри корпуса фары относительно отражателя. Правда, на некоторых представительских моделях также иногда встречаются отдельные ксеноновые лампы для ближнего и дальнего света.

В любом случае использование газоразрядных фар значительно увеличивает цену автомобиля, ведь помимо блоков розжига европейские правила по безопасности требуют оснащать такие модели омывателями фар и автоматическими регуляторами уровня (чтобы яркий свет не слепил встречных водителей). Поэтому на доступных машинах ксеноновая светотехника предлагается пока лишь в качестве дополнительного оборудования.

Высокие технологии

КАКИЕ фары будут у автомобилей будущего? По мнению автопроизводителей, хорошие перспективы у светодиодов – полупроводниковых элементов, излучающих свет при прохождении через них электротока. Такие источники света срабатывают быстрее обычных ламп, потребляют минимум энергии и при этом практически вечны.

Но сегодня использовать светодиоды в качестве основного компонента фары мешает их небольшая светоотдача, при увеличении которой требуется сложная и дорогая система охлаждения. Поэтому на современных автомобилях светодиоды пока в основном используются лишь в качестве вспомогательной светотехники. Например, благодаря своему высокому быстродействию они идеально подошли для стоп-сигналов. Применяются и в габаритных огнях. В частности, подобные элементы можно увидеть на многих моделях компании “Audi”. Однако для “Audi R8” уже сейчас в качестве опции предлагают фары, полностью состоящие из светодиодов.

Также специалисты прогнозируют, что в недалеком будущем в автомобильной светотехнике будет применяться волоконная оптика. В этом случае лампу накаливания или светодиод (здесь это не важно) можно расположить где угодно, а свет направить к фарам с помощью специальных световодов. Например, такое решение использовали создатели представленного в 2001 году концептуального хэтчбека “Volvo SCC”, ставшего прообразом серийной машины “Volvo C30”. Световоды позволяют придать фарам автомобиля практически любую, даже самую вычурную форму. Ведь в этом случае фантазия дизайнеров ограничена лишь диаметром линзы, направляющей световой поток.

Не слепить!

Так выглядела реклама одной из первых фар со специальным рассеивателем, исключающим ослепление встречных водителей и пешеходов.

С МОМЕНТА появления относительно мощных ацетиленовых светильников, перед конструкторами автомобилей встала серьезная проблема: яркие фары слепили водителей встречных машин. Чего только ни придумывали инженеры, чтобы побороть этот эффект, – различные сдвижные шторки, жалюзи и т.д. Лишь в 20-х годах прошлого века нашлось оптимальное решение. И даже не одно. Во-первых, появились разновидности ламп накаливания с двумя нитями (одна отвечала за ближний свет, другая – за дальний). Во-вторых, фары стали закрывать рифленым стеклом – рассеивателем, отклоняющим световой поток в необходимом направлении.

Кстати, с 1958 года в Европе законодательно ввели привычную нам асимметричную диаграмму направленности света фар (левая “бьет” ниже правой, чтобы не слепить встречных). Но в Америке до сих пор придерживаются старых стандартов: там о соседях по потоку заботятся меньше, больше беспокоясь о лучшей освещенности дороги.

Раньше большинство автомобилей оборудовалось фарами простой круглой, реже прямоугольной формы. Но постепенно в угоду эффектной внешности дизайнеры стали создавать светотехнику более замысловатого вида. Для этого им пришлось изменять форму отражателей и корпусов фар. Решая эту проблему, инженеры фирмы “Hella” создали оригинальные фары прожекторного типа.

Не вдаваясь в подробности, скажем, что они отличаются от обычных наличием специальной линзы, фокусирующей световой поток.

Вскоре отражатель фары благодаря широкому внедрению компьютерного моделирования приобрел столь сложную форму, что вполне стал справляться с направлением светового пучка без каких-либо дополнительных линз или рассеивателей. Так что от них постепенно отказались в пользу легких и прочных защитных колпаков из поликарбоната. Сейчас такая конструкция встречается на большинстве современных моделей.

Интеллектуальная светотехника

По мнению специалистов, будущее – за светодиодными фарами.

ЕЩЕ НА первых автомобилях предпринимались попытки сделать фары поворотными, чтобы они освещали ту часть дороги, куда в данный момент водитель направляет свою машину. Но в то время добиться от подобных систем приемлемой точности работы не удалось. Лишь в конце 60-х годов поворотные фары дальнего света стали устанавливать на “Citroёn DS”. Однако тогда эта идея не нашла у других автопроизводителей должной поддержки, поэтому о подобной светотехнике надолго забыли.

В последнее время с развитием электроники идея адаптивного света вновь ожила. В наши дни многие производители применяют ее на своих моделях. Причем известно несколько способов заставить фары светить вбок. Пожалуй, наиболее дешевый и простой – это использование дополнительных источников света, которые могут стоять как внутри основной фары, так и вне ее. К примеру, если водитель поворачивает руль налево, то включается левый, если вправо – правый. Такой системой, в частности, оснащена “Skoda Fabia”.

Более дорогая адаптивная светотехника обычно состоит из биксенонового источника света и поворотного механизма с электронным управлением. В этом случае компьютер оценивает скорость автомобиля, угол поворота руля, крутизну поворота и другие параметры, обрабатывает их и поворачивает прожектор на необходимый угол. Правда, сильно отклониться вбок такая фара не может, поэтому на дорогих автомобилях ее дополняют вышеупомянутой дополнительной секцией бокового света или противотуманкой, которые включаются на небольшой скорости и на крутых виражах.

Также на серийные автомобили постепенно начинает устанавливаться интеллектуальная светотехника, которая всего несколько лет назад была атрибутом лишь экспериментальных моделей. Характерный пример – усовершенствованная система AFS (“Adaptive Front Light System”) новой “Skoda Superb”: в городе, когда скорость движения обычно составляет 15-50 км/ч, электроника “Шкоды” делает пучок света более широким – для лучшей видимости обочин дороги. На автомагистралях, когда автомобиль разгоняется быстрее 90 км/ч, фары начинают светить выше и дальше, чтобы водитель успел раньше заметить опасность. На обычных загородных шоссе активируется смешанный режим. Кроме того, “интеллектуальные” фары также умеют распознавать дождь и соответствующим образом регулировать пучок света.

Специалисты считают, что скорее всего следующий шаг в развитии светотехники – объединение адаптивных фар со спутниковой навигацией и инфракрасной камерой ночного видения. Тогда система освещения сможет заранее подстраиваться под особенности маршрута и всегда обеспечивать лучшую видимость дороги.

Автор

Юрий УРЮКОВ

Издание

Клаксон №13 2008 год

Фото

фото фирм-производителей и из архива “Клаксона”

www.motorpage.ru

Адаптивное освещение автомобиля: детальный обзор

Постоянное развитие и совершенствование научно-технического прогресса коснулось различных аспектов нашей жизни. Сегодня многие технические моменты отлично используются в автомобилях, в разы повышая комфорт и безопасность управления ими. Сегодня одними из таких инноваций в современных транспортных средствах являются адаптивные фары, для создания которых была разработана система адаптивного освещения.

Адаптивные фары в машине

Такие фары в последнее время стали набирать немалую популярность, что обусловило рост числа автомобилей с адаптивными фарами. Наша статья позволит вам разобраться в том, какие преимущества имеет система адаптивного освещения, предназначенная для автомобиля.

Что это за система

Система адаптивного освещения, разработанная для фар автомобиля, по своей работе очень сильно напоминает поведение человека. Это касается ситуации, когда человек поворачивает сначала глаза, а потом остальное тело. Такая же ситуация обстоит и с фарами автомобиля, оснащенного такого рода приспособлениями.

Обратите внимания! Подобная организация подсветки выходит за привычную нам организацию ближнего и дальнего света фар, поскольку предполагает свой режим работы для определенных условий движений.

Освещение адаптивными фарами дороги

Такие комплексы с каждым днем становятся все совершеннее, благодаря добавлению в нее новых функций для расширения возможностей уже существующих режимов освещения. В результате система адаптивного освещения для автомобиля представляет собой такое устройство, которое обеспечивает дополнительную подсветку дороги на поворотах. Данная система также получила название AFS.
Раньше AFS для своей работы использовала принцип головного активного света (например, в моделях компания Volkswagen), то сегодня ее возможности значительно расширились благодаря внедрению в установку видеокамер. В свою очередь система, разработанная для управления дальним светом, предоставляет транспортному средству способность двигаться с действующим в постоянном режиме дальним светом без ослепления остальных водителей.
По своей сути, данная система представляет собой электронное устройство, которое включает в себя следующие элементы:

• входные устройства. Они предоставляют системе данные, на основании которой она способна распознавать разнообразные режимы движения;
• блок управления. Здесь, при помощи конкретного программного обеспечения, происходит обработка сигналов;
• исполнительные механизмы. Они получают обработанные сигналы от блока питания и выполняют работу по созданию того или иного типа освещения. К исполнительным механизмам относятся, к примеру, модули ксеноновых фар. В результате полученного сигнала модуль будет проворачиваться в любой плоскости (горизонтальной или вертикальной).

Обратите внимание! Сегодня ведущими разработчиками данного типа автомобильного освещения считаются компании Hella, Valeo, а также All Automotive Lighting.

Система для адаптивного освещения фар

Между линзой и фарой в устройстве AFS установлен экран определенной формы и размера. С его помощью можно получить луч, который будет иметь заданную светотеневую границу. В ксеноновой фаре возможно установка дополнительной галогеновой лампы, что позволяет в разы улучшить освещение обочины дороги при поворотах.

Возможности современной системы автомобильной подсветки

Системы адаптивной автомобильной подсветки дороги известны в мире как Adaptive Front lighting System или сокращенно AFS. Эта аббревиатура используется для обозначения устройств с аналогичными функциями от разных производителей.

Обратите внимание! Исключение составляет только система BeamAtic от Valeo.

Несмотря на это, устройство AFS в автомобиле может выполнять различные функции. Весь спектр возможностей включает в себя такие режимы света:

• для проселочной дороги;
• режим автомагистрали;
• городской режим;
• дальний свет;
• динамическая подсветка для поворотов;
• режим для перемещения в неблагоприятных условиях погоды.

Режимы работы AFS

Каждый режим адаптивного освещения реализуется при достижении транспортным средством определенной скорости. Рассмотрим их более детально.

Характеристики режимов работы системы

Городской свет включается на скорости до 55 км/ч. Для него характерна горизонтальная светотеневая граница, небольшая дальность, а также широко распространенный световой луч. В данном режиме включаются дополнительные фары и лампы. Такой режим дает возможность обнаружить на обочине дороги идущих пешеходов при повороте или движении автомобиля;

Городской свет

Режим света для поселочной дороги активируется при скоростях, находящихся в диапазоне от 55 до 100 км/ч. Это стандартный ближний свет, для которого характерна асимметричность. При нем правая часть дороги освещена качественнее, чем левая;

Свет для проселочной дороги

Режим света для автомагистрали включается в ситуации, когда скорость автомобиля превышает 100 км/ч. При такой скорости включается ближний свет фар с увеличенной дальности. Он дает возможность безопасно перемещаться прямолинейно, а также на высокой скорости входить в повороты.

Свет для автомагистрали

Динамическое освещение считается самым востребованным. Здесь свет реализуется за счет различного угла поворота рулевого колеса, а также скорости машины. При этом фары способны обращаться до 15° по горизонтали.

Динамическое освещение

Дальний свет

Режим для дальнего света функционирует по типу стандартного дальнего света. Но здесь нет необходимости переключения фар на ближний тип подсветки. Управление дальним светом обеспечивается двумя вариантами:

• адаптивная светотеневая граница;
• вертикальная светотеневая граница.

Обратите внимание! Для реализации обоих способов необходима видеокамера. Она, при обнаружении в поле зрения машин, подает сигнал, который поступает на электронный блок управления.

В данном случае AFS регулирует работу фар так, чтобы световой луч заканчивался до едущего на встречу транспортного средства. При этом электроника ведет учет рельефа дороги (например, спуски или подъемы). Если впереди отсутствует движение, то фары светятся обычным светом. Эти параметры характерны для способа управления адаптивной светотеневой границей.
Другой вариант (светотеневая вертикальная граница) считается более современным решением. Здесь совмещается максимально допустимый световой поток и отсутствие риска ослепить других участников движения. При обнаружении машины, устройство автоматически затеняет его и ведет.
Последний режим света, который реализуется при неблагоприятных факторах погодных условий, создается при максимально обширном рассеивании светового потока фар.

Свет для неблагоприятных погодных условий

Реализуемый таким образом свет создает минимальные условия для бликов, которые могут возникнуть при освещении частиц влаги при уменьшении дальности подсветки.

Преимущества использования адаптивного устройства фар

AFS по сравнению с обычным освещением, которое дает фары автомобилей, обладает следующими преимуществами:

• позволяет эффективно менять режимы подсветки дороги и обочин при различных скоростях;

Освещение дороги адаптивными фарами

• повышение безопасности дорожного движения даже в условиях плохой погоды;
• дает возможность увидеть пешеходов, перемещающихся по обочине;
• уменьшает риск ослепления автомобилей, едущих на встречу по соседней полосе;
• увеличивает скорость реакции водителя на различные дорожные ситуации;
• предупреждает дорожно транспортные происшествия, которые случаются часто из-за недостаточного освещения;
• быстрый настрой подсветки дороги под конкретные ситуации

Как видим, использование подобной системы в разы повысит комфортность езды на транспортном средстве.

Заключение

Современные технологии делают нашу жизнь намного удобнее и безопаснее. Это отлично видно на примере системы, которая реализует в автомобиле адаптивное освещение дороги. Благодаря такой «умной» подсветке управление транспортным средством становится значительно проще и удобнее. При этом снижается риск дорожно-транспортных происшествий. все преимущества системы вы сможете оценить уже сразу же после установки.

1posvetu.ru