Фары ближайшего будущего: ксенон, светодиоды или лазер

Сейчас сложилась уникальная ситуация: на рынке есть автомобили с четырьмя разными технологиями головного света. Выясняем, какие лампы перспективнее и эффективнее — традиционные, ксеноновые, диодные или лазерные.

В нашей прошлой публикации мы проследили долгий путь автомобильного освещения от керосинок и ярких карбидных фонарей до привычных нам галогенных ламп с рассеивателями.



Но уже в 90-е годы стало понятно, куда двигаться дальше. А двигаться можно было в сторону снижения энергозатрат и повышения яркости. Ведь даже линзованная оптика с обычными лампами накаливания уже не отвечала современным требованиям. И тогда на борьбу с темнотой выдвинулись газоразрядные источники света, давно используемые в стационарном освещении.

Ксенон: мощно, сложно и дорого

В народе за такими фарами прочно закрепилось название "ксенон", хотя к ксеноновым дугоразрядным лампам, как это ни странно звучит, они отношения не имеют. Огромные мощности и удачный спектр при плохом КПД у дугоразрадных ламп оказались не нужны, а то, что мы привыкли называть "ксеноном" на самом деле является металлогалогенной лампой, внутри которой горит смесь газов. В ней иногда используется газ ксенон как один из ингредиентов, но зачастую обходятся и без него.



Эффективность такого решения более чем достаточная — 80–100 люменов на каждый ватт мощности, а спектр излучаемого света оказался одним из лучших и наиболее естественных. Для сравнения: обычная "галогенка" дает 13-15 люменов на ватт, газонаполненная — около 10, а обычная вакуумная — около 8.

Никакие другие типы газоразрядных ламп не смогли составить им конкуренции, даже натриевые лампы с отдачей до 200 люменов на ватт не прошли строгий отбор из-за ограниченного светового спектра. Их желтый свет мог не отражаться от некоторых поверхностей, и такие предметы казались бы темными, а с безопасностью на дороге не шутят.

Основных сложностей при внедрении газоразрядных ламп было две. Во-первых, для того чтобы зажечь дугу внутри колбы, требуется напряжение порядка 25–50 тысяч вольт. Во-вторых, внутри колбы светится весь объем газа, и этот свет надо очень четко направлять в нужную сторону.

Вторую проблему отлично решила прожекторая (линзованная) оптика, о кторой речь уже шла выше. Ну а развитие электроники успешно справилось с первой проблемой. В 1991 году компания Hella, кстати, начинавшая еще с выпуска ацетиленовых ламп, начала продавать первые комплекты серийного "ксенона" для машин. Это была очень недешевая опция для BMW 7-й серии в кузове E32.

В отличие от обычных ламп, которые запитаны непосредственно от бортовой электросети, "ксенон" питается через так называемый балласт или же блок розжига.



Как мы уже говорили, при старте газоразрядной нужен импульс напряжения в 25 тысяч вольт и выше, а после запуска необходимо точно выдерживать ток. Просто удержание напряжения бесполезно — лампа сильно меняет сопротивление с прогревом. Так что блок розжига — очень сложная и дорогая часть лампы, на нем лежит ответственность и за ее быстрый "поджиг", и за ее долговечность ( при колебаниях тока выгорают электроды внутри колбы, и лампа идет под замену).

Как мы уже говорили, газоразрядные (то есть "ксеноновые") фары очень эффективны и выдают 80–100 люменов на ватт. При стандартном 35-ваттном энергопотреблении такая лампа дает очень много света. Кроме того, она греется очень слабо и не имеет хрупкой нити накаливания, а значит, срок ее службы выше и она не боится вибраций.

Самые высокие значения КПД относятся к источникам очень "холодного" света со световой температурой выше 5 500 кельвинов — это характерное голубоватое свечение. Лампы с более комфортной для глаза световой температурой в 3 500 или 2 700 кельвинов имеют меньший КПД, но все равно между ними и обычными лампами накаливания пропасть в эффективности и мощности светового потока.

Обратная сторона всех этих плюсов — высокая стоимость оборудования, которую производителям пока не удалось "победить". Например, оригинальный блок розжига для Volvo S80 II обойдется в 14–17 тысяч, а для Volkswagen Passat B6 — в 17–18 тысяч. Причем более дешевые аналоги существуют далеко не всегда.

Не стоит забывать и про обязательный гидрокорректор уровня фар, который автоматически меняет "угол атаки" фар в зависимости от наклона кузова, чтобы не слепить встречных автомобилистов, проезжая неровности. А также про омыватель фар, без которого "ксенон" использовать нельзя, так как сквозь грязь сильные лучи "газоразрядного" света некорректно преломляются и светят в разные стороны. Все это не позволяет технологии стать массовой. На дешевые автомобили по-прежнему ставят обычные "галогенки".



Светодиоды: дешево, компактно и гибко

В условиях непобедимой дороговизны и сложности газоразрядных ламп особо актуальными стали светодиоды. Предельные значения эффективности тут не так уж и высоки: от 70 до 150 люменов на ватт. Но зато диоды имеют очень большой срок службы, они относительно дешевы, легко включаются и выключаются, обладают очень компактными размерами и в системе их питания отсутствуют высоковольтные элементы.

Все это дает возможность не только ярко освещать дорогу, но и делать это гибко. В зависимости от требуемой яркости и направления светового потока, можно включать нужные секции фары с необходимой мощностью, тем самым постоянно удерживая оптимальную форму светового луча.

В дневное время диоды могут работать на малой мощности как дневные ходовые огни. Уже анонсированы технологии Matrix LED оптики, которые позволят интеллектуально управлять головным освещением и обеспечат возможность не ослеплять водителей встречных машин даже при включенном дальнем свете фар.

Фактически пропадет необходимость с специальном "ближнем" свете. Оптический датчик и компьютер просто выключат часть матрицы светодиодов в направлении других источников света, оставив полное освещение на других направлениях. В сочетании с технологией подсветки пешеходов и опасных объектов это дает серьезный выигрыш в безопасности. Эта технология является одной из наиболее прогрессивных во всех смыслах этого слова, сочетая самые лучшие возможности светодиодов и адаптивного освещения, о котором ниже.



Лазеры: очень мощно, тоже сложно и тоже дорого

Еще одним перспективным источником света в машинах являются лазеры. На прототипе Audi R8 LMX и серийных спорткарах BMW i8 уже сейчас установлены серийные лазерные фары. Световой поток формируется при прохождении синего лазерного луча через фосфорный конвертер.

Технология по возможностям в теории превосходит матричные светодиодные фары, но какая из них выиграет, будет понятно только в отдаленном будущем. В активе лазерных фар — высокая плотность освещения и высокая экономичность, но устроены они заметно сложнее, требуют точной настройки оптической системы и имеют механический "предохранитель" на случай аварии. Пока к однозначным преимуществам можно отнести большую дальность освещения, недаром такие фары использовались на спортпрототипах Audi на знаменитых гонках "24 часа ЛеМана".


Модель BMW i8, оснащенная лазерными фарами

Световой интеллект

Залог успешного использования головного света — не только в эффективном источнике, но и в "умной" системе управления. Адаптивное освещение возможно не только в сочетании с перспективными лазерами или светодиодами. Первые попытки управления светом относятся еще к довоенным Tatra 77 и послевоенным Citroen DS — на них использовались фары, автоматически поворачивающиеся вслед за колесами.

Тогда новинка не прижилась. На новом техническом уровне она была реализована уже в наше время. Линза прожекторной оптики позволяет изменять ширину и высоту светового пучка. Бортовой компьютер следит за наличием встречных машин, скоростью, направлением поворотов и автоматически переключает фары с ближнего на дальний или смещает световой поток в сторону обочины или делает его шире. В поворотах, в дополнение к штатной оптике, включаются секции бокового освещения или противотуманные фонари. Такие системы на базе газоразрядных и даже обычных галогенных ламп предлагаются европейскими производителями с начала 2000-х годов.

Одними из первых внедрили систему AFL в компании Opel, и, разумеется, вскоре за ними последовали BMW и Mercedes. Сейчас адаптивный свет доступен в качестве опции даже на машинах гольф-класса. Лучшие реализации такой технологии позволяют повысить безопасность и комфорт передвижения по ночным трассам и снизить утомляемость водителя при городском движении.

Например, адаптивный AFL+ на Opel Insignia позволяет двигаться по загородной трассе ночью на немыслимых ранее скоростях. Качество освещения немного хуже, чем днем, но явно превосходит естественное освещение пасмурного вечера. А в городских условиях адаптивное освещение не позволит спрятаться ни единой ямке на дороге и ни единому пешеходу в сером пальто.


Tatra 77 с поворотной центральной фарой

Что дальше?

Судя по всему, газоразрядные лампы и лампы накаливания доживают свою эпоху. "Простые" фары на дешевых машинах наверняка скоро станут поголовно светодиодными, недаром уже и Lada Priora имеет светодиодные ходовые огни. А вот какая технология займет премиум-сегмент вместо "ксенона", остается только догадываться. Возможно, лазер сможет привлечь некоторое количество публики, жаждущей для себя самого лучшего, пусть и более дорогого.

Борис Игнашин

Фото: depositphotos.com

http://www.kolesa.ru/article/fary-blizhajshego-buduschego-ksenon-svetodiody-ili-lazer-2014-12-12