Наблюдать за совершенствованием автомобильной светотехники становится все интереснее. Лампы накаливания, газоразрядные, светодиоды и лазеры – еще никогда прежде в арсенале инженеров не было такого разнообразия технологий
Если не считать масляные горелки и свечи, которые подходили разве что на роль габаритных огней, то исторически первым источником автомобильного света стал газ ацетилен. Впервые для освещения дороги его применили еще в 1896 году. Любопытно, что примерно тогда же (всего на три года позже) появились и автомобильные лампы накаливания, но их угольные нити были столь недолговечны и чувствительны к тряске, что до 1910 года широкого распространения лампы не имели, а водители, готовясь к поездке в темное время, всякий раз вынуждены были совершать особый ритуал розжига ацетиленовых фар. Сначала в специальный бачок, размещенный, как правило, на подножке машины, закладывались кусочки карбида кальция. Затем открывалась подача воды, и через несколько минут вследствие химической реакции этих компонентов в фары по трубочкам начинал поступать горючий газ ацетилен. Оставалось открыть саму фару и зажечь спичкой огонь. Правда, уже через пару часов процедуру приходилось повторять вновь, пополняя запасы реагентов и прочищая горелки в фарах от копоти.
Ситуация резко поменялась с изобретением ламп с вольфрамовой нитью накаливания – тугоплавкий вольфрам «выгорал» гораздо медленнее, и проблема низкой надежности ламп отошла на второй план. Заинтересованные в новой технологии автопроизводители быстро модернизировали бортовую сеть: если прежде для подзарядки севшего аккумулятора приходилось заезжать на специальные зарядные станции, то уже к 1913 году большинство машин стали оснащать электрогенераторами.
Но более мощный свет создал и проблему ослепления встречных водителей. Сначала ее пытались решить с помощью добавочного сопротивления, снижавшего в нужный момент накал нити. Кто-то пытался устанавливать перед фарами различные шторки и заслонки, а на более дорогих автомобилях и вовсе появилось по две пары фар – ближнего света и дальнего. Прозорливее же всех оказалась компания Bosch, в 1919 году предложившая объединить две фары в одной с помощью двухнитевой лампы.
С тех пор перед инженерами всегда будет стоять задача не просто увеличить яркость света, но и избежать при этом ослепления водителей встречных машин. И всякий раз повышение мощности фар будет сопровождаться внедрением все более изощренных механизмов управления световым потоком. Так, очередной этап эволюции ламп – наполнение их смесью аргона и азота с целью замедления испарения вольфрамовой нити (до этого лампы были вакуумные, и поднятию температуры накала мешало быстрое испарение вольфрама и его оседание на колбе) – по времени соответствовал изобретению рассеивателя, то есть покрытого призматическими линзами стекла, отклоняющего свет вниз и в стороны. А к 1960 году, когда колбу стали наполнять галогенидами – газообразными соединениями брома или йода, позволившими поднять температуру нити почти к точке плавления вольфрама и увеличить светоотдачу еще в 1,5 раза (до 30 лм/Вт), появилась идея ассиметричного распределения света. И это были уже вполне современные фары, принципиально не отличающиеся от нынешних образцов.
Дальнейшее совершенствование фар связано с развитием вычислительной техники, давшей возможность создавать все более изощренные по конструкции отражатели. Цель – увеличение эффективности фар, чтобы излучаемый лампой свет максимально полно использовался на освещение дороги, а не растрачивался на подсветку неба. В результате к концу 80-х эффективность возросла почти вдвое – до 52%.
А в 1991 году на BMW 750i впервые появились газоразрядные, ксеноновые лампы. Нити в них уже нет – свет излучается электрической дугой, возникающей между двумя электродами в среде инертных газов, чаще всего ксенона. Преимуществ у «ксенона» много. Во-первых, светит он вдвое ярче ламп накаливания, а энергии потребляет в полтора раза меньше. Во-вторых, раз нет нити накаливания, то нечему и перегорать – со временем изнашиваются только электроды, но процесс это очень медленный. И, в-третьих, спектр свечения ксенона приближен к дневному свету, то есть не имеет желтоватого оттенка.
Есть и недостатки, связанные главным образом со сложностью розжига газового разряда. Для пробоя пространства между электродами требуется короткий импульс в 25 000 В, причем переменного тока частотой около 400 Гц! С этой целью применяются специальные блоки розжига, обеспечивающие поджиг дуги и ее дальнейшее поддержание (для чего достаточно уже 85 В). Стоимость таких блоков сегодня уже невелика, но более яркий свет требует еще и применения автоматической регулировки угла наклона светового потока вкупе с омывателем фар. Интеграция всего этого в автомобиль уже обходится в приличную сумму, а потому ксеноновые фары так и не стали массовыми.
К тому же у них появился серьезный конкурент – светодиоды. Технология эта не нова, но первоначально ее распространению мешала низкая светоотдача на единицу мощности. Еще в 90-е годы светодиоды уступали даже лампам накаливания, и в лучшем случае им отводилась роль стоп-сигналов, где приходилось кстати их высокое быстродействие. Однако время шло, и в современных автомобилях светодиоды уже превосходят по эффективности ксеноновые лампы с их 90 лм/Вт. При этом в фару можно установить сразу несколько светодиодов, каждый из которых будет отвечать за освещение определенного участка дороги. И потому теперь, управляя интенсивностью свечения каждого элемента этой матрицы, мы получаем настоящие адаптивные фары с удивительными возможностями. Например, отдельно подсвечивать распознанного инфракрасной камерой пешехода или, наоборот, держать в тени встречную или попутную машину, не выключая полностью дальний свет.
Теоретически к достоинствам светодиодов можно отнести и их надежность, правда, лишь при условии соблюдения температурного режима – как и все полупроводниковые приборы, светодиоды быстро выходят из строя при перегреве. Не случайно такие фары оснащаются системой принудительного охлаждения с вентиляторами и воздуховодами для точного распределения воздушных потоков. Разумеется, все это не может стоить дешево. Так что пока адаптивные светодиодные фары остаются очень дорогой опцией, доступной далеко не на всех моделях автомобилей.
Впрочем, существует и технология еще более высокого уровня – лазерные фары. Появившись в 2013 году на BMW i8 и Audi R8 V10 LMX, они остаются прерогативой самых дорогих машин. Неужели они так хороши? Со слов автопроизводителей, по дальнобойности они на 50% лучше светодиодных и способны освещать дорогу на 600 м вперед. Вот только мало кто упоминает, что видимый свет – это отнюдь не лазерные лучи. Лазер используется лишь в качестве источника энергии для люминофора: именно он, поглощая энергию излучения, испускает белый свет, который затем через отражатель попадает на дорогу.
Более сложная конструкция лазерных фар пока не позволяет реализовать адаптивные возможности светодиодных аналогов – сейчас электроника автомобиля управляет лазерным освещением в дискретном режиме «включено-выключено», обеспечивая лишь автоматический сверхдальний свет. Но наработки по созданию адаптивных фар уже есть – вариативность формы светового пучка будет достигаться благодаря особому активному отражателю, представляющему собой матрицу из сотен тысяч микрозеркал.
По сути, фары превратятся в проекторы, способные формировать любое световое пятно на дороге. В том числе и, к примеру, отображать подсказки для водителя. И после этого вы еще сомневаетесь в светлом будущем?
