В исследовательско-конструкторском центре Volkswagen в Вольфсбурге царит режим строгой секретности: камеры на телефонах и ноутбуках заклеены, а малейшее отклонение от обозначенного маршрута недопустимо. Нам предоставили эксклюзивную возможность ознакомиться с новейшими разработками в области автомобильного освещения — передовыми фарами, лампами и многим другим. Первыми взяли слово главные дизайнеры, все они подчеркнули, насколько важна творческая свобода в работе с эстетикой световых приборов. Только этим направлением занимаются целых 15 штатных дизайнеров. Но что же инженеры?
Краткая история автомобильных фар
Инженеры отнюдь не были сторонними наблюдателями. Подлинный прорыв в автомобильном освещении произошёл с появлением двухнитевой галогенной лампы H4 в 1971 году. Её номинальный световой поток ближнего света в 1000 люмен не имел аналогов в то время, и лампа H4 до сих пор применяется во многих бюджетных автомобилях, в том числе в ранних версиях Volkswagen Polo. Совокупный световой поток источника является главным фактором, определяющим качество освещения дороги, — площадь отражателя, его форма, качество поверхности и оптика рассеивателя играют лишь вспомогательную роль.
Вплоть до начала 1990-х годов лампы H4 и аналогичные галогенные источники света господствовали на мировых рынках (за исключением США, где действовали собственные стандарты). К тому времени инженеры научились максимально увеличивать световой поток за счёт улучшенных форм отражателей и проекционных модулей. Появлялись новые лампы, каждая из которых поднимала планку характеристик:
- H7 (1500 люмен) — однонитевая, широко применяется как в фарах ближнего, так и дальнего света
- HB3 (1860 люмен) — устанавливается на таких моделях, как Kia Rio и Hyundai Solaris
- H9 (2100 люмен) — рекордсмен по световому потоку среди галогенных ламп дальнего света
Ксеноновая революция: газоразрядные источники света высокой интенсивности
В 1991 году инженеры представили ксеноновые (HID) лампы — настоящую революцию в автомобильном освещении. Они генерируют свет посредством электрической дуги, а не раскалённой нити накала, и обеспечивают номинальный световой поток 3200 люмен — более чем втрое больше, чем у лампы H4. Однако ксеноновые технологии принесли с собой и ряд технических сложностей:
- Повышенные требования к точности оптики и регулировки светового пучка
- Сложные блоки розжига и балласт, влияющие на компоновку узлов
- Обязательные автоматические корректоры наклона фар во избежание ослепления встречных водителей
- Обязательные системы омывания фар
- Более высокая общая стоимость по сравнению с галогенными системами
Несмотря на эти трудности, ксенон оказался весьма эффективным — особенно в сочетании с системами поворота светового пучка, появившимися в 2000-х годах. Позднее был разработан стандарт пониженной мощности 25 Вт как альтернатива классическому варианту на 35 Вт: его световой поток не превышает пороговых 2000 люмен, при которых не требуются автоматический корректор и омыватель. Однако реальная эффективность таких маломощных блоков зачастую оставляет желать лучшего. По слухам, стандарт 25 Вт отчасти был продиктован производителями ламп, стремившимися загрузить простаивающие производственные мощности. Примечательно, что холодный, чёткий свет хорошо настроенной галогенной фары нередко производит более благоприятное впечатление, чем свет бюджетного ксенона на 25 Вт.
Эпоха светодиодных фар: там, где дизайн встречается с инженерией
Примерно 15–20 лет назад дизайнеры по-настоящему вышли на первый план. Сначала они экспериментировали с визуальной композицией внутреннего пространства фар — прозрачными крышками, изящными внутренними кольцами, вытянутыми и хищными силуэтами. По мере роста эстетических амбиций возникла потребность в источнике света, способном вписаться практически в любую форму. Ответом стали светодиоды — и не только для Volkswagen.
Светодиодные технологии привлекательны как для инженеров, так и для дизайнеров по ряду ключевых причин:
- Меньшее энергопотребление по сравнению с галогенными и ксеноновыми источниками
- Более длительный срок службы — по оценкам Volkswagen, до 8000 часов работы
- Свобода в дизайне — светодиоды можно произвольно формировать и располагать внутри корпуса фары
- Снижение цен — начальные светодиодные фары теперь стоят лишь незначительно дороже сопоставимых галогенных, тогда как ксеноновый блок на 25 Вт без корректора может обходиться почти вдвое дороже
Матричные и пиксельные светодиодные технологии: интеллектуальная фара
Следующий значительный прорыв был связан с матричными светодиодными фарами, в которых десятки индивидуально управляемых диодов обеспечивают полностью адаптивное распределение светового потока. Показательный пример — матричный модуль IQ.Light в новейшем Touareg: размером примерно с половину пачки сигарет, он содержит:
- Печатную плату и теплоотвод с охлаждающим вентилятором
- 48 диодов ближнего света
- 27 диодов дальнего света
- Дополнительные боковые элементы, расширяющие освещение на неосвещённые участки дороги
Система автоматически затеняет встречные транспортные средства при включённом дальнем свете и непрерывно корректирует распределение светового потока в зависимости от погодных условий, скорости и траектории движения. Эффективная дальность освещения примерно на 100 метров превышает соответствующий показатель ксенона на 35 Вт.
Ещё более примечателен микропиксельный светодиод — чип размером 4×4 мм, способный обеспечить суммарный световой поток, равный полному потоку матричного модуля Touareg. Всего три таких «пиксельных» диода, каждый из которых формирует 1024 отдельных мини-луча, позволяют создать световую матрицу из 3072 ячеек — по сравнению с нынешним стандартом в 75–80. В перспективе промежуточные матричные фильтры с разрешением до 30 000 пикселей смогут обеспечить:
- Точное адаптивное формирование светового пучка в реальном времени
- Проецирование направляющих линий траектории поворота на дорожное покрытие
- Дублирование сигналов поворота и аварийной сигнализации на поверхности дороги
- Световой обмен данными между транспортными средствами или с дорожной инфраструктурой
Станет ли проецирование изображений на дорогу повсеместным — вопрос спорный. Дорожная обстановка и без того насыщена визуальной информацией, процедуры сертификации сложны, а любое загрязнение линзы существенно ухудшит проецируемое изображение.
Лазерные фары: мощные, но нишевые
Прототипы мощных светодиодных фар — с диодами, потребляющими 3–4 А против нынешних типичных ~1 А, — при жёсткой фокусировке способны освещать дорогу на расстояние до 550 метров. Ранее такая дальность была достижима лишь с лазерными фарами, где лазерные лучи воздействуют на пластину с люминофором, генерируя интенсивный, но узкий конус света.
Лазерные фары доступны уже около пяти лет, преимущественно в премиальных моделях BMW и Audi. Однако их распространение на массовые автомобили маловероятно по ряду причин:
- Чрезвычайно высокая стоимость — опция с лазерными фарами для Audi A8 добавляет существенную надбавку к цене и без того дорогостоящих матричных блоков
- Специализированные материалы и производство без очевидных путей к значимому снижению затрат
- Ограниченная область применения — узкий пучок пригоден только для режима дальнего света
Что на самом деле нужно водителям: предпочтения по световым пучкам и возможности настройки
Предпочтения потребителей относительно характеристик светового пучка существенно различаются в зависимости от региона и личных вкусов. Больше всего споров вызывает дальний свет:
- Скандинавские водители склонны предпочитать дальнобойные, пронизывающие пучки, подходящие для тёмных сельских дорог
- Водители Центральной и Западной Европы нередко отдают предпочтение широким пучкам, создающим ощущение хорошо освещённого пространства
- Предпочтения по ближнему свету делятся между чёткой светотеневой границей (характерной для проекционных блоков) и плавным, рассеянным переходом — обе характеристики одинаково эффективны на практике
Цель Volkswagen — предоставить водителям реальные возможности управления характеристиками светового пучка. Настройки по умолчанию ориентированы на широкий баланс — слегка смягчённая светотеневая граница, призванная удовлетворить максимально широкий круг предпочтений.
Противотуманные фары, очистка фар и долговечность светодиодов
Отдельные противотуманные фары постепенно уходят в прошлое — их приносят в жертву стремлению к более чистым линиям кузова. Чтобы полноценно компенсировать их отсутствие, автомобиль должен быть оснащён дорогостоящими адаптивными основными фарами, способными расширять световой пучок в условиях плохой видимости и при прохождении поворотов. На бюджетных моделях эта адаптивная функция зачастую недоступна, и в неблагоприятных условиях водители остаются без полноценного дополнительного источника освещения.
Омывание фар по-прежнему остаётся статичной задачей. Действующие струйные омыватели сохраняют статус отраслевого стандарта, и Volkswagen не предвидит здесь кардинальных изменений. Одна из специфических проблем светодиодов — тепловая: в отличие от галогенных и ксеноновых ламп, они практически не выделяют тепла, поэтому снег и лёд на рассеивателе не тают сами по себе. В автомобилях с мощными светодиодными фарами, оснащёнными охлаждающим вентилятором, поток воздуха нередко перенаправляется вдоль поверхности рассеивателя для компенсации этого эффекта.
Что касается долговечности: хотя теоретически светодиоды служат значительно дольше обычных ламп, здесь есть существенная практическая оговорка — большинство светодиодных фарных блоков представляют собой неразборные конструкции с незаменяемыми диодами. По оценкам Volkswagen, срок их службы составляет 8000 часов, что соответствует примерно 11 годам при режиме использования два часа в сутки. При более интенсивной эксплуатации этот срок заметно сокращается. Показательным исключением является введение Toyota заменяемых светодиодных модулей в последних моделях Corolla — тенденция, заслуживающая внимания: не исключено, что со временем её примет вся отрасль.
Взгляд в будущее: переход Volkswagen на полностью светодиодные фары
Переход на исключительно светодиодные фары во всей модельной линейке Volkswagen активно набирает обороты. Для дизайнеров это означает беспрецедентную творческую свободу. Для инженеров — открытие новых горизонтов, прежде всего в области межавтомобильной коммуникации посредством интеллектуального освещения. В числе концепций, уже находящихся в разработке или приближающихся к серийному производству:
- Проецирование активных парковочных направляющих на дорожное покрытие
- Передача текстовых и визуальных сообщений через светодиодные массивы задних фар для взаимодействия с окружающим транспортным потоком
- Адаптивная световая сигнализация для автономных и полуавтономных сценариев вождения
Руководство покупателя: как выбрать правильные фары
Главный вывод для потребителей: не стоит ориентироваться исключительно на технологический тип. Тип фары — лишь часть истории: внутри каждой категории качество варьируется чрезвычайно широко. Вот что следует иметь в виду:
- Галоген ≠ заведомо хуже — топовые галогенные фары могут превосходить бюджетные светодиодные блоки
- Светодиоды ≠ автоматически лучше ксенона — бюджетные светодиодные модули могут уступать качественно разработанным HID-системам
- Нет омывателя = менее 2000 люмен — фары без системы очистки по регламенту гарантированно обеспечивают пониженный световой поток ближнего света
- «Светодиодная фара» — понятие широкое — этим термином может обозначаться как высокотехнологичная адаптивная матричная система, так и бюджетный начальный блок
- Неразборные блоки не допускают замены лампы — при планировании долгосрочных расходов на владение учитывайте стоимость полной замены фарного блока в сборе
Одно очевидно: автомобильные фары становятся умнее, экономичнее и — вне всяких сомнений — всё красивее.
Это перевод. Оригинал можно прочитать здесь: https://www.drive.ru/technic/volkswagen/5be9abb9ec05c4fe3d0000db.html
Опубликовано Сентябрь 09, 2021 • 9м на чтение
