Передние фары в системе освещения автомобиля занимают центральное место. Они освещают дорогу перед автомобилем, а также служат для обнаружения автомобиля и его намерений другими участниками движения. Все это обеспечивает необходимый уровень безопасности и комфорта.

Передняя фара объединяет, как правило, несколько приборов освещения в одном корпусе: фара ближнего света, фара дальнего света, габаритный фонарь, фонарь указателя поворотов, дневные ходовые огни (при наличии). Объединенная конструкция носит название блок-фара . Основными световыми приборами в ней являются фары ближнего и дальнего света. К передним фарам относятся и противотуманные фары, которые устанавливаются отдельно.

Ближний свет фар является основным для движения в темное время. Он характеризуется ассиметричным характером (световой пучок растянут вдоль правой стороны), наличием светотеневой границы (теневая область выше, яркая область ниже определенной границы). В фаре ближнего света реализован компромисс между ослеплением других водителей в разумных пределах и достаточно высоким уровнем освещения.

Дальний свет фар обеспечивает максимальную дальность освещения дороги, т.к. не имеет ограничений. С другой стороны фара дальнего света создает максимальное ослепление других водителей, поэтому ограничивается в применении. Система адаптивного освещения значительно повышает эффективность использования дальнего света на автомобиле.

Передние фары современного автомобиля являются сложными техническими системами и в своем роде произведениями искусства. Они индивидуальны для каждой новой модели автомобиля. В зависимости от комплектации автомобиль может иметь несколько конструкций фар. Ведущими производителями автомобильного освещения являются компании Hella, Al-Automotive Lighting, Philips.

Классическая фара объединяет источник света, отражатель и рассеиватель. В передних фарах применяются следующие источники света: лампа накаливания, галогенная лампа, газоразрядная лампа, светодиоды.

Представляет собой вольфрамовую нить, помещенную в стеклянную колбу. При работе лампы происходит нагрев нити, который сопровождается испарением вольфрама с поверхности. Нить утончается и со временем перегорает. Помимо этого, при испарении вольфрама происходит потемнение лампы.

В галогенной лампе вольфрамовая нить окружена галогенным газом (йод, бром), что позволяет поднять температуру нити и увеличить уровень освещения. Срок службы галогенной лампы (до 1000 часов) намного больше обычной лампы накаливания, т.к. нагревание вольфрама происходит по замкнутому циклу. При испарении вольфрам соединяется с газом и циркулирует по колбе. При соприкосновении с нитью накаливания соединение распадается, а вольфрам оседает на нити.

В газоразрядной лампе (High-intensity discharge, HID) световой поток создается за счет нагрева газа высоким напряжением. В автомобильных газоразрядных лампах используется ксенон, имеющий высокую световую эффективность. Для розжига и питания ксеноновой лампы требуется дополнительное оборудование, которое значительно увеличивает стоимость фары. Срок службы газоразрядной лампы достигает 2000 часов.

(Light Emitting Diode, LED) в качестве автомобильных источников света набирают стремительную популярность. Они имеют срок службы до 3000 и более часов, потребляют меньше энергии и обеспечивают приемлемый уровень освещенности. В настоящее время светодиоды широко используются в качестве источников света внутреннего (подсветка приборов , индикаторные лампы ) и внешнего (задние фары , дополнительные стоп-сигналы , дневные ходовые огни ) освещения. С 2007 года светодиоды белого спектра свечения начали использоваться в качестве источников ближнего и дальнего света.

Источники света характеризуются рядом параметров: напряжение, мощность, световой поток. Производным этих параметров является световая отдача (световой поток на единицу мощности ), выступающая своеобразным показателем эффективности и экономичности лампы.

Основные характеристики источников света для сети 12В приведены в таблице:

Отражатель в зависимости от типа фары обеспечивает отражение света от источника непосредственно на дорогу или оптическую линзу. Отражатель изготавливают из пластмассы или металла. Более универсальные пластмассовые отражатели, позволяющие создать любые геометрические формы. На поверхность отражателя нанесен тонкий слой алюминия.

Основные типы отражателей: параболический, свободной формы и эллипсоидный. используется в классических фарах, в которых уровень освещенности пропорционален размеру отражателя (больше отражатель больше света).

(Homogeneous Numerically Calculated Surface, HNS) разделен на отдельные участки (вертикальные, радиальные), которые имеют свое фокусное расстояние и оптимизированы на определенный характер отражения света. Отражатель типа HNS обеспечивает высокую однородность освещения. Геометрическая поверхность отражателя разрабатывается с помощью компьютерного моделирования.

Параболический отражатель и отражатель свободной формы составляют основу отражательных (рефлекторных) фар.

Является частью полиэллипсоидной системы освещения (Poly Ellipsoid System, PES). Эллипсоидный отражатель совместно с оптической линзой позволяет значительно сократить размеры фары при сохранении уровня освещения и направленности светового пуска. Эллипсоидный отражатель имеют проекционные (прожекторные) фары, в обиходе их называют линзованные фары .

Роль рассеивателя в современных фарах минимальна, т.к. распределение света осуществляется в основном отражателем. С 1992 года широко используются пластмассовые рассеиватели.

Галогенные фары

В настоящее время галогенные фары являются самым распространенным типом фар. В них в качестве источника света используется галогенная лампа. Галогенные фары используются для ближнего и дальнего света. Конструктивно фары могут быть разделены и совмещены, т.н. би-галоген. В фарах ближнего света используются отражатели свободной формы или эллипсоидные отражатели, для дальнего света – отражатели свободной формы или параболические отражатели.

Создание светотеневой границы ближнего света в совмещенных фарах производится двумя способами: светоотражающий колпачок на галогенной лампе с двумя нитями накаливания, световой экран в проекционной системе. Поддержание определенного положения фары относительно плоскости кузова обеспечивает электромеханический корректор .

Ксеноновые фары

Ксеноновые фары имеют большую популярность благодаря высокому уровню освещения. Фары предлагаются в качестве базового оборудования автомобилей бизнес и премиум класса, а также опционально для бюджетных автомобилей. В отличие от галогенных фар ксеноновые фары имеют более сложную конструкцию. Помимо собственно фары в систему включен блок зажигания и электронный блок управления, которые обеспечивают воспламенение газа импульсом напряжения переменного тока 10-20 кВ и питание электроэнергией во время работы.

Ксеноновые фары могут быть рефлекторными и прожекторными, при этом прожекторные фары более популярны у потребителя. Отдельно для ближнего и дальнего света ксеноновые фары применяются достаточно редко. В основном используются би-ксеноновые фары, в которых функции ближнего и дальнего света реализованы в одной фаре. Создание светотеневой границы в би-ксеноновых фарах осуществляют несколькими способами:

• световой экран в проеционных фарах;
• перемещение газоразрядной лампы по горизонтали в отражательных фарах.

Би-ксеноновые фары оборудуются, как правило, модулем поворота в вертикальной и горизонтальной плоскости. Это значительно расширяет область применения фары. Ввиду особенности конструкции ксеноновые фары в обязательном порядке снабжаются автоматическим корректором фар и стеклоомывателем фар .

Светодиодные фары

Светодиодные фары для головного света начали применяться совсем недавно и примеров их использования не так много – ряд моделей Audi, Cadillac, Lexus. Например в Audi R8 светодиодная фара состоит из трех многокристаллических светодиодов. Каждый многокристаллический светодиод включает два простых светодиода, каждый со своим отражателем. Световой поток от всех светодиодов преобразуется в общей проекционной линзе. Для создания светотеневой границы в светодиодной фаре используется световой экран. Несмотря на значительные преимущества, светодиодные головные фары применяются пока очень редко.

Ряд производителей предлагают светодиодные лампы с цоколем для постановки в штатные места галогенных ламп. Такие светодиодные лампы, несмотря на то, что светят очень ярко, не обеспечивают требуемого уровня освещения.

За последние несколько столетий автомобильные фары значительно изменились, они эволюционировали от простых ацетиленовых ламп, применяемые в далекие 1880–е года, до самых сложных систем освещения с применением ксенона или светодиодов. О последних сейчас и поговорим, но для начала вспомним, как вообще работает фара в качестве источника света.

Принцип работы фары.

Итак, начнем мы с самой простой на сегодняшний день оптики, работающей на галогенных лампочках – стеклянных колбах со встроенными парами электродов, между которыми натянута вольфрамовая ниточка.

Так вот, во время подачи тока на такие лампы, как и в случае ацетиленовых их предшественников, эта самая ниточка начинает светиться, освещая все вокруг. Однако вольфрам имеет свойство испаряться, поэтому стеклянная колба, в которую его заключают, изготавливается максимально герметичной, а после в нее закачивают газовую смесь на основе галогенидов, которая способна осаждать вольфрам обратно. Отсюда и название фар — «галогеновая». Следовательно, «галогенка» — это обычная лампочка, только вдобавок заполнена галогеновой смесью (для большей долговечности).

Ксеноновые лампы по принципу своей работы отличаются от галогеновых, читаем статью . Они также имеют колбу и два электрода, но вольфрамовая нить в них отсутствует. Свечение здесь создает электрическая дуга, которая образуется между электродами при подаче тока. Ксеноновый свет намного ярче галогенового. Если сравнивать по показаниям, то величина светового потока последней более чем в 2 раза уступает ксенону. Однако для того, чтобы разжечь такой свет требуется напряжение в 25000 вольт переменного тока. А чтобы воспроизвести такой мощный импульс, необходим блок розжига и корректор, который автоматически должен менять положение фар на неровностях, чтобы не слепить водителей встречных авто. Последний, к слову, имеют только качественные ксеноновые фары от проверенного производителя, ведь это дополнительные расходы и сложности при производстве. Китайские аналоги корректоров не имеют!

Ранее считалось, что ксеноновые фары со временем полностью вытеснят галогенные, однако этого не произошло, поскольку была изобретена светодиодная оптика, которая, возможно, скоро вытеснит все остальные виды, в том числе и ксенон. Но это в перспективе, ведь сегодня диодные фары хоть и светят на уровне мощных галогенных, но они значительно более капризны (требуют крупного отражателя и хорошего охлаждения) и очень дорого стоят.

На сегодняшний день ученые углубленно занимаются проблемами светодиодов и планируют создать альтернативный недорогой источник света, который будет подходить абсолютно для всех транспортных средств, о светодиодной подсветке автомобиля. К примеру, голландская компания Philips выпустила лампы X-Treme Vision, которые на вид — обычные галогеновые лампы, но светят как ксеноновые. Секрет их заключается в том, что эти лампы заполняют специальным составом газов на основе ксенона. В результате они светят в два раза дольше и сильнее обычных. Но это пока лишь разработки, посему будем исходить из того, что есть, и делать выбор в пользу ксенона или светодиодов. Для этого подытожим вышесказанное, обособив плюсы и минусы этих фар.

Ксенон: достоинства и недостатки.

Итак, главными положительными сторонами ксеноновых фар являются:

1. яркий, мощный поток света, гарантирующий хорошую обзорность, а значит и безопасность;
2. долгий срок службы: 2-2.5 тысячи часов (для сравнения у галогеновых ламп данный показатель находится в пределах 150-600 часов);
3. в тепло преобразуется лишь небольшая часть энергии – 7%, следовательно, ксеноновую лампу можно установить в любую фару, при этом греться она будет меньше, чем при тех же галогенных ламп, у которых процент высвобождаемого тепла составляет целых 40%.

Недостатки.

1. в РФ разрешен лишь тот ксенон, который был установлен при производстве авто, установка «китайской» подделки чревата не только не прохождением ТО, но и штрафом;
2. требует установку сложного оборудования – «блоков розжига» и автоматического корректора угла наклона фар;
3. ксенон создает дополнительную нагрузку на генератор, что, естественно, увеличивает расход топлива (повышение происходит где-то 0.3 литра на 100 км);
4. высокая стоимость;
5. если перегорает лампочка, менять нужно сразу две, т.к. со временем их световой поток меняется.

Светодиоды: достоинства и недостатки.

В пользу же светодиодов говорят следующие их характеристики:

1. низкое электропотребление (к примеру, чтобы создать световой поток равный тому, который излучает галогенная лампа в 60 Ватт, светодиодам нужно всего 6-8 Ватт энергии) и экономия топлива (порядка 0.2-0.3 литра на 100 км);
2. не требуют установки никакого дополнительного оборудования;
3. светодиодная лампа практически не греется – тепло выделяется даже меньше чем в ксеноне (на 3-4%);
4. самый большой срок службы – доходит до 10 тысяч часов;
5. световой поток практически аналогичен ксеноновому;
6. универсальность: сегодня светодиодные лампы выпускаются в таких формах и размерах, что могут быть установлены практически в любое авто.

Минусы светодиодных ламп.

1. цена: стоят они дороже обычных «галогенок», при этом в сравнении с ксеноном (фирменным) данный вид освещения дешевле;
2. более низкая яркость в сравнении с ксеноном, хотя и не на много.

Вывод.

Таким образом, теряясь в сомнениях, что выбрать ксенон или светодиоды, исходя из выше изложенного, несомненно, свой выбор вам стоит остановить на последних.

Как известно, качество света, исходящего из головных фар автомобиля, напрямую влияет на качество и детализацию обзора дороги в темное время суток. Исходя из статистических данных, можно без преувеличения отметить, что некачественный световой поток - довольно серьезный недостаток автомобиля. Зачастую большой процент аварийных ситуаций происходит именно из-за плохой видимости дорожной обстановки в ночное время. Несмотря на высокий технологический прорыв автоиндустрии, почти каждое третье авто на дорогах общего пользования не имеет должного головного освещения.

Факторы, влияющие на качество света

Качество светового луча, который излучает головная фара, зависит от ряда факторов.

Во-первых, это техническое состояние электрооборудования авто. При неисправности генератора или же его составных деталей вырабатываемой электроэнергии будет недостаточно для оптимального обеспечения ламп энергией. Вторым фактором является конструктивная особенность фары в целом. Яркость света может зависеть от состояния и формы отражателя и рассеивателя. Третьей причиной тусклости может быть использование некачественных изделий.

Если в первых двух случаях проблема способна привести к ощутимым финансовым и временным затратам, то замена ламп в фарах - дело довольно простое. Достаточно лишь приобрести и установить их.

Какие выбрать?

Единственная проблема, с которой сталкиваются автомобилисты, - это то, какие лампы лучше поставить в фары. Даже учитывая высокую стоимость изделия, водители зачастую отдают предпочтение ксенону. Это обусловлено тем, обеспечивает прекрасную обзорность дороги даже в условиях непогоды. При этом его воздействие на человеческий глаз не имеет противопоказаний. Лампочки ксенон излучают световой поток, подобный естественному что дает возможность управлять автомобилем длительное время в темное время, при этом не чувствовать усталости и особой нагрузки на глаза. С учетом этого фактора управление транспортом является более комфортным и безопасным.

В условиях дождя или густого тумана видимость дороги и иных участников дорожного движения особенно затруднена. Если фары автомобиля оснащены то луч не может в полной мере просвещать пелену тумана и дождевой стены. Это приводит к аварийным ситуациям. Поток света от ксенона в три раза превосходит по качеству свет галогеновых ламп и позволяет иметь перед собой большую площадь обзора.

Стоит отметить, что производители ксеноновых изделий гарантируют долгий срок эксплуатации устройства - почти три тысячи часов, в то время как срок работы галогеновой фары составляет лишь пятьсот часов. При этом потребляемая мощность первого составляет всего 35 Вт, а второго - 60 Вт.

Даже исходя из этих показателей можно видеть, что эффективность и экономические характеристики ксеноновых ламп в несколько раз превосходят характеристики галогена.

Лампочки H4

Учитывая тот фактор, что оптика Н4 не меняет своей сути (две нити накала), на данный момент эта лампа имеет всевозможные модификации и конструктивные изменения. Разнообразные модели данного устройства направлены на определенного покупателя со своими отличительными особенностями. Составляющие газа в колбе, материал и форма держателей электродов, спираль - все это влияет на технические показатели лампы. Также на качестве светового потока отражаются определенные технологические секреты различных фирм-производителей и способы сборки ламп. На то, что изделия различных фирм могут иметь свои особенности, указывают различные тестовые испытания.

Разновидности данных световых элементов

В данное время рынок автозапчастей имеет несколько видов такого оборудования, как лампочки H4, которые можно разделить на условные категории по способу эксплуатации, долговечности и мощностным показаниям:

• Стандартные лампы, устанавливаемые на все машины с конвейера.
• С усиленным световым излучением.
• Всепогодные лампы. Заменяют собой
• С улучшенным визуальным комфортом.
• Повышенной мощности.

Оптика Н4 предназначена для монтажа в обычную фару автомобиля и имеет стандартную мощность 60-65 Вт. В зависимости от того, какой электрод лампы излучает свет, в таком режиме она и работает - ближний либо дальний свет. Использование более мощных изделий не рекомендуется без установки дополнительного электронного оборудования, так как возможно перегрузить проводку электросети авто и повредить генератор. Световые устройства отличаются стабильной и бесперебойной работой в течение всего срока службы, что стало характерным с применением современных технологий производства. С выходом закона об обязательном использовании ближнего света фар в дневное время суток производители приступили к выпуску стандартных ламп Н4 с увеличенным эксплуатационным ресурсом. Использовать такие изделия можно практически круглые сутки, при этом не нанося ущерба автомобилю и самой лампе.

Светодиоды

Альтернативой галогеновым и ксеноновым изделиям может быть лампа передней фары диодного типа. Такие аналоги имеют ряд особенностей и преимуществ. Период эксплуатации устройства составляет до 50 000 часов. При этом она не греется и потребляет очень маленькое количество энергии. Если рассматривать подробно, то диодная лампа H11-18SMD оснащена восемнадцатью световыми диодами типа 5050 SMD и устанавливается под цоколь Н11.

Как правило, такими лампами комплектуются головные фары автомобилей зарубежных производителей. Они отлично выполняют функции ближнего света и дополнительной подсветки, а также могут быть дополнительно установлены в стандартные противотуманки.

Диодная имеет следующие характеристики. Яркость излучаемого света составляет 290 лм, потребляемое напряжение равно 12 В, мощность - 1,8 Вт. Лампа имеет скромные габаритные размеры - 38х38х50 миллиметров.

Подбор ксеноновой фары

Во многом выбор ксенонового устройства зависит от конструктивных особенностей фары. В том случае, если фара-блок предназначена для установки лампы с одним электродом каления, то на нее устанавливается обычный тип ксенона. Когда заводом-изготовителем рекомендуется устанавливать изделия с двумя электродами каления, в фару монтируется биксенон.

Эти лампочки ксенон имеют в конструкции электромагнитную металлическую шторку, прикрывающую часть стеклянной колбы. Стоит отметить, что, возможно, будет необходимо заменить и рассеиватель фары. Это обусловлено тем, что стандартный рассеиватель равномерно разбивает поток света, а для эффективности работы ксенона световой пучок нужно фокусировать в определенный поток. Применение обычного рефлектора и ксеноновых ламп приводит к тому, что водители встречных автомобилей подвергаются эффекту ослепления. Это чревато различными аварийными ситуациями, возможно, с летальным исходом.

Характеристики ксеноновых лампочек

Световая температура излучения любого ксенона является основной характеристикой при вопросе, какие лампы лучше поставить в фары. Эти показатели измеряются в кельвинах и характеризуют световую интенсивность излучения и спектр.

Диапазон световой температуры имеет следующие параметры:

• 3200-3500 К. В качестве основного освещения данные лампы не подходят, а больше для противотуманной оптики. Поток света имеет желтоватый оттенок и визуально похож на свет галогена с отличием световой интенсивности - 1500 лм.
• 4000-5000 К. Имеет нейтральное световое излучение и минимальные визуальные искажения. Как правило, такие лампы входят в стандартную комплектацию авто, так как являются оптимальными для головного света и обладают высокой степенью интенсивности - 3000 Лм.
• 5000-6000 К. Использование ксенона с данной температурой свечения запрещено во многих странах. Лампа излучает ярко-белый свет, что влияет на восприятие водителем дорожной обстановки и приводит к быстрой усталости глаз. Свет таких изделий визуально очень эффектен, но практичность оставляет желать лучшего. Стоит отметить, что ксеноны с температурой свечения 6000-12 000 К также имеют низкую эффективность и практическое применение, поэтому приобрести таковые довольно сложно из-за их непрактичности.

Какие лампы лучше поставить в фары? Производитель

Приобретая лампы для головных фар, следует с особой серьезностью отнестись к выбору фирмы и страны-производителя, так как качество исполнения устройства напрямую влияет на безопасное дорожное движение. Даже при низких скоростях неожиданно погасшая оптика может привести к непоправимым последствиям.

Главной гарантией надежности изделия служит репутация производителя и соответствующий пакет документов, который должен указывать на принадлежность и гарантию качества данной продукции. Не стоит приобретать ксеноны сомнительного производства, даже если торговый представитель их рекламирует как качественный товар.

Hella, Philips

Эти две компании достаточно давно закрепились на мировом рынке как производители автомобильных электронных аксессуаров, и в частности автомобильных ламп. Имеют высокую репутацию и качество выполнения изделий.

Osram

Довольно известная немецкая фирма, которая входит в число лидеров по производству ксеноновых ламп. Продукция этой компании пользуется популярностью и высоким доверием среди отечественных автолюбителей, которые с охотой приобретают лампы для фар автомобилей этой марки. Производитель регулярно усовершенствует технологию изготовления и имеет на своем счету серьезное количество запатентованных разработок и нововведений.

IPF

Сторонникам японского качества и надежности можно посоветовать лампы производителя IPF. Стоит отметить, что цена изделий этой компании довольно существенна. Это обусловлено применением новейших технологических разработок в плане конструкции и применяемых материалов, а также особенностями производства.

IL Trade и MTF-Light

Продукция этого тандема корейских компаний в основном устанавливается на автомобили бюджетного класса. Лампы данных производителей имеют достаточную надежность и гарантию качества, но при этом доступную цену. По сравнению с продукцией именитых компаний и брендов изделия этих фирм уступают в качестве, но вполне пригодны для повседневного использования на недорогом автомобиле.

Впрочем, какие лампы лучше поставить в фары своего автомобиля - сугубо личное дело каждого автовладельца. Все зависит от предпочтений и его осведомительности, а также от конструкции фар и технических показателей авто. Приобретая световые устройства, следует прислушаться к рекомендациям продавца-консультанта, который поможет профессиональным советом при выборе. Ну и конечно же, не приобретать дешевый китайский ксенон.

Итак, мы выяснили, какие световые элементы лучше приобрести для своего автомобиля.

Для любого водителя, часто эксплуатирующего свой автомобиль в ночное время суток очень важно, чтобы автомобильные фары обеспечивали качественное освещение дорожного полотна, ведь от этого напрямую зависит безопасность движения. Раннее в качестве осветительных элементов в автомобильных фарах использовались обычные лампы накаливания. Сейчас же на замену им пришли другие оптики, среди которых и галогеновые фары.

Далее рассмотрим, что такое галогеновые фары, чем они отличаются от иных видов, какие у них положительные и отрицательные качества. Сразу отметим, что понятие «галогеновые фары» не совсем верное. Хотя для простоты этот термин используют практически все. В действительности же устройство галогенной фары идентично обычной (с лампой накаливания). То есть, имеется корпус, отражатель, стекло-рассеиватель и осветительный элемент. Разница лишь в последней составляющей.

Конструктивные особенности

В целом, даже общее устройство галогенной лампы во многом сходно с обычной лампочкой накаливания на 12 В. Имеется цоколь, посредством которого осуществляется подача напряжения на осветительный элемент, благодаря ему также осуществляется фиксация лампочки в патроне.

Цоколь соединен с двумя электродами, между которыми натянута спираль из тугоплавкого материала – вольфрама. Именно эта спираль и является источником света. При прохождении по ней электрического тока эта спираль сильно разогревается, что сопровождается выделением яркого свечения.

галогеновые лампочки для авто — разновидности

Как и любой металл, вольфрам подвержен окислению при контакте с воздухом. Чтобы этого не произошло, электроды вместе со спиралью помещены в колбу.

В обычной лампе накаливания, воздух откачан. Но в процессе работы высокая температура приводит к тому, что атомы вольфрама отделяются (металл как бы испаряется), а после оседают на менее нагретых поверхностях (на стенках колбы). В этой особенности работы есть два недостатка: вольфрамовая нить постепенно становиться тоньше, и в конечном итоге перегорает, также конденсация на стенках колбы атомов металла приводит к потемнению стекла (снижается его светопропускная способность).

Чем «ксенон» отличается от «галогенок»? И почему светодиоды не отправили на свалку истории лампы накаливания и газоразрядную оптику? И что общего между лампами Philips и зубной пастой ? Ответ на эти и другие вопросы вы найдете в нашем материале.

Как появились автомобильные фары? На первых машинах использовались примитивные фонари с восковыми свечами или керосиновыми горелками внутри, заимствованные от конных экипажей. Естественно, такие «коптилки» должным образом не освещали дорогу, а потому инженерам пришлось подыскивать примитивным фонарям более эффективную замену, коей оказалось ацетиленовое освещение: на долгое время неизменным спутником автомобилистов стала пара бочонков, один - с карбидом кальция, второй - с обычной водой. Перед ночной поездкой «шофэр» (как называли тогда водителей) устанавливал бочонки на автомобиль, открывал краником подачу воды, а последняя, попадая на карбид, способствовала выработке ацетилена - газа, который при горении дает достаточно мощный световой поток. Правда, через несколько часов бочонки приходилось перезаряжать, а фару, состоящую из зеркального отражателя и линзы, чистить от копоти...

На этих иллюстрациях приведены автомобили с ацетиленовым головным освещением, которое выдают не только большие фары, но и бочонки для карбида, установленные на подножках. А поскольку ацетилен оказался слишком мощным источником света, способным пробивать темноту на сотню метров, в качестве «габаритных огней» на машинах начала века использовались тусклые керосиновые горелки

Но почему нельзя было использовать лампы накаливания, которые появились даже раньше самого автомобиля? В 1899 году французская фирма Bassee & Michel попыталась объединить автомобильную фару и лампу накаливания, но конструкция получилась неудачной - лампы с угольной нитью на неровных дорогах быстро приходили в негодность, а большой расход энергии требовал громоздких аккумуляторных батарей, поскольку генераторы на машины тогда не ставили. И только повсеместное появление генераторов, а также начало выпуска нового типа лампочек с вольфрамовыми нитями «перевели» автомобильный транспорт на электрическое освещение. Вот только «электросвет» оказался... слишком ярким! Чтобы не слепить встречных водителей, пришлось придумывать дополнительные задвижки и шторки, уменьшать яркость лампочек, затем появилась двухнитевая лампа (с отдельными нитями для ближнего и дальнего света). В 1955 году, наконец, внедрили асимметричное освещение - когда фара со стороны пассажира светит дальше водительской.

Обратите внимание, как форма головной оптики определяла дизайн автомобилей (для наглядности возьмём разные поколения мерседесовского Е-класса). Долгое время фары оставались исключительно круглыми, на машинах 1960-х удалось внедрить квадратную оптику, расцвет популярности которой пришелся на 1980-е, а современные фары со «свободным отражателем» и вовсе развязали руки дизайнерам

Сейчас в фарах используются три источника света: лампы галогенные и газоразрядные, а также светодиоды. Про лазеры и прочую экзотику говорить рановато - до серийных автомобилей новомодные разработки дойдут нескоро. Тем более, что отказываться от «нелинзованной» фары, куда можно установить хоть «ксенон», хоть «галоген», хоть светодиоды, инженеры не собираются. Конструкция данного устройства доведена до совершенства: свет от лампы попадает на отражатель из металла, а затем проходит через рассеиватель - наружное стекло, состоящее из множества линз. Причем, когда появился новый пластик, не дающий усадки при формовке деталей, инженеры создали отражатель со «свободной поверхностью», который состоит из множества сегментов (каждый направляет поток света на определенную точку). Это позволило заменить тяжелое стекло легким пластиком и отказаться от рассеивателя.

Так устроена «нелинзованная» фара (для фары со «свободным» отражателем и традиционной схемы не отличаются): нить ближнего света расположена выше и впереди точки фокуса, причем колпачок внутри лампы «подрезает» поток света, чтобы освещать только верхнюю поверхность отражателя (рис. слева), а вот нить дальнего света и точка фокуса совпадают и поверхность отражателя используется целиком (рис. справа)

Фара «линзованная» (которую правильно называть светотехникой проекторного типа) устроена другим образом: свет от лампы попадает на отражатель, а затем направляется на специальный экранчик и собирающую линзу, которые формируют пучок света. И хотя сейчас «линзы» можно увидеть на многих машинах, поскольку они известны компактностью и точной организацией светового потока, инженерам-светотехникам поначалу пришлось решать проблему перегрева и избавляться от... слишком резкой светотеневой границы - оказалось, что глаз человека слишком быстро устает от четкой границы между светом и тенью. На «галогенках» проблему решили дифракционными кольцами (проще говоря, рисками на линзе), а на «ксеноне» - установкой автоматического корректора, наличие которого в России и в Европе для газоразрядной светотехники обязательно.

Схема «линзованной» оптики: слева — фара конца 80-х, справа — современная фара со свободным отражателем, наличие которого выдает экранчик меньшего размера. Этот экран, расположенный во втором фокусе, подправляет световой поток и формирует светотеневую границу, а затем лучи снова фокусируются линзой. «Линзами» сегодня оснащается большинство машин, а «нелинзованные» фары стали прерогативой недорогих авто, вроде «Калины» или «Логана»

Вот, собственно, мы и добрались до самого главного. Чем принципиально отличаются «ксенон», «галоген» и диоды? Галогенная лампа состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой размещены электроды и нить накаливания из вольфрама, а также закачана газовая смесь, необходимая, чтобы «ловить» испаряющийся вольфрам и регенерировать нить (именно поэтому «галогенка» компактнее и долговечнее обычной лампочки). Газоразрядная оптика (чаще именуемая «ксеноном») нити накаливания не имеет: внутри такой лампы светится не раскаленная нить, а электрическая дуга, возникающая между электродами, оттого величина светового потока ксеноновой лампы гораздо больше, 3200 против 1500 лм «галогенки»! Вот поэтому европейские эксперты постановили, что таким фарам необходим автоматический корректор и омыватель. И ограничили цветовую температуру лампы.

Для того, чтобы «ксенон» работал, одной лампы недостаточно. Ещё нужен модуль розжига, который из «бортовых» 12 вольт выдаст короткий импульс на 25 киловольт переменного тока. Чтобы сделать «биксенон», нужно четыре таких модуля, либо применение хитрых систем: на «линзованной» оптике включить «дальний» можно, убирая экранчик при помощи соленоида, а на «нелинзованной» приходится перемещать лампу

Но если «ксенон» и «галоген» - это лампы, то светодиод - полупроводниковый прибор, который вырабатывает свет при прохождении тока. Полупроводник срабатывает быстрее традиционной лампочки, потребляет меньше энергии, отличается фактически неограниченным сроком службы и минимальными размерами. Но пока диодам поручают только второстепенные задачи (на основе светодиодных технологий делают стоп-сигналы, габаритные и дневные ходовые огни), хотя совсем недавно инженеры и дизайнеры прочили полупроводникам большое будущее. Все надеялись, что крохотный источник света обеспечит свободу компоновки и позволит избавиться от громоздких фар. Однако на примере Audi R8 и Nissan Leaf хорошо видно - существующая диодная оптика по размерам не отличается от газоразрядной.

Пока ученые бьются над созданием лазерной и волоконной оптики, источниками света остаются «галогенки», «ксенон» и светодиоды. На рис. А изображена двухнитевая галогенная лампа Н4, дающая ближний и дальний свет, на рис. Б — однонитевая лампа Н7 (которых для создания ближнего и дальнего нужно две), а на рис. В и Г схематично показаны ксеноновая газоразрядная лампа и светодиод, соответственно

Так почему светодиоды не вытеснили «ксенон» и примитивные «галогенки»? Оказалось, что полупроводниковая оптика имеет множество недостатков. Пока даже лучшие светодиоды не способны по светоотдаче догнать «ксенон» и остаются на уровне хороших «галогенок», что требует обязательного применения отражателя. Также диодные фары требуют отдельной системы охлаждения (инженеры даже пробовали охлаждать фары антифризом) и отличаются необычайной дороговизной: одна фара стоит примерно 1300 евро... Естественно, инженеры развивают данное направление, но до массового перехода автомобильного освещения на светодиоды далеко, поэтому ближайшее будущее остается за «ксеноновой» оптикой, которая становится компактнее и совершеннее, по энергопотреблению догоняя диодную.

В лаборатории Philips мы наглядно увидели, как светят современные фары. На рис. А световой поток от стандартной «галогенки», на рис. Б можно увидеть, как светят лампы Philips X-treme Vision, дающие 100-процентное усиление светового потока, на рис. В «дорогу» освещают газоразрядные ксеноновые лампы, а рис. Г — это свет новомодных светодиодных фар электромобиля Nissan Leaf

Но и списывать «галогенки» на свалку истории рановато! Как считают инженеры компании Philips, современная галогенная лампа может светить на уровне газоразрядной. Чтобы этого добиться, необходимо заменить тугоплавкое стекло колбы кварцевым, во-вторых, стекло подвергнуть оптической полировке, в-третьих, нанести на колбу колпачок из палладия... И, наконец, применить новую смесь газов, куда входит ксенон, чтобы повысить температуру нити и приблизиться к спектру солнечного свечения. На выходе получается пусть дорогая, но уникальная лампочка: её световой поток на 100% мощнее обычной галогенной лампы, а срок службы - вдвое больше. Причем на лабораторной установке мы наглядно убедились, что «галогенка» Philips X-treme Vision по светосиле действительно догоняет «ксенон».

Кроме лекции об автомобильном освещении, на заводе Philips мы увидели и реальное производство, на котором выпускаются лампы. И это бесчеловечно! В том смысле, что присутствие человека при выпуске «галогенок» и «ксенона» минимизировано - кругом трудятся современные роботы, обеспечивающие фактически стопроцентное отсутствие брака. Но, кроме фактически полной автоматизации, удивило и другое: зачем нужен составной цоколь и дополнительная производственная операция, чтобы выровнять нить накаливания относительно цоколя? Оказывается, данный процесс является ключевым, иначе готовая лампочка будет светить «неправильно» - слепить встречных водителей или, напротив, подсвечивать небо. Поэтому взаимное расположение «ниточки» и «основания» проверяется компьютером, а часть продукции осматривают люди.

«Ксенон» производят похожим «бесчеловечным» образом: вот робот подхватывает стеклянную трубочку, вот вставил нижний электрод, а дальше начинается такая круговерть, что только успевай следить! Трубочку заполнили составом солей и вставили верхний электрод, закачали охлажденный до −190ºС ксенон и запаяли колбочку, одели металлическую юбочку и обрезали излишки стекла, проверили горелку - готово? Нет, чтобы газоразрядные лампы светили одинаково, их нужно отжечь - включить и несколько часов дожидаться, пока цветовая температура достигнет нужной величины. Вот теперь готово! Осталось только выяснить, какая связь между лампами Philips и зубной пастой. Всё просто: бракованные стеклянные трубочки для колб не выбрасываются на свалку, а перемалываются в абразивный порошок. Из которого затем делают отбеливающие пасты для стоматологических кабинетов.