Перспективные разработки автомобильных фар.
Ксеноновые, газоразрядные и светодиодные фары.

В новом свете

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.

Период адаптации

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 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. Ожидается, что к серийному производству VarioX будет готов в 2006 году. 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!

А следующий шаг — объединение головного света и систем ночного видения. Но это — тема отдельного разговора...

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.).

Следует учесть, что при прохождении техосмотра в России «американские» фары и головная оптика «праворульных» машин могут создать проблемы, так как нормативный документ, ГОСТ Р 51709–2001, регламентирует «левоасимметричное» распределение света и четкую светотеневую границу.

Н1 — D2: ход конем

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).