Виды автомобильной оптики: фара головного света


Сегодня в это сложно поверить, но на первых автомобилях устройств, которые сейчас официально именуются «световыми приборами», не было вовсе! Езда на «самобеглых экипажах» во времена Готтлиба Даймлера и Карла Бенца была весьма рискованным занятием и в светлое время суток. А уж о том, чтобы ездить ночью, мало кто помышлял.

Современная фара с ксеноновыми лампами и светодиодными элементами

Фото: Oldmotor.com; Media.daimler.com

Однако с началом эры массового распространения автомобилей проблему освещения дороги непосредственно перед движущейся машиной решать было просто необходимо!..

Безопасность и комфорт

Главная задача фары головного света – максимально ярко освещать дорогу перед автомобилем и не слепить других участников движения. Прежде всего, это касается ближнего света. По принятым в 1957 году европейским стандартам установлено понятие светотеневая граница (СТГ) с асимметричным светораспределением. СТГ – это такая линия на дороге (примерно в 55-60 метрах перед автомобилем), где луч света должен заканчиваться и переходить в практически полную темноту. Асимметричность заключается в том, что правая часть светового потока светит дальше, обеспечивая акцентированное освещение правой стороны дороги и обочины. До 90-х годов правильная СТГ достигалась путем отсечения световых пучков фильтрами и шторками, позже появились другие решения, но обо всем по порядку.

Дальний свет (англ. – Driving light, Main Beam или Hi Beam)

Фара дальнего света — световой прибор, предназначенный для освещения дороги впереди транспортного средства при отсутствии встречного транспорта. Дальний свет обеспечивает освещение дороги и обочины на расстоянии 100-150 метров, создавая яркий, плоский луч света относительно большой силы (мин. требования).

Фары дальнего света условно можно разделить на две категории. Это штатные фары дальнего света входящего в состав транспортного средства и дополнительные навесные фары, различных форм и размеров имеющие разнообразные характеристики светового луча и мощности ламп.

Как правило, штатные фары современных автомобилей в угоду дизайна имеют скромные размеры отражателя и обладают минимально необходимыми характеристиками. Для нечастых ночных поездок, света штатных фар вполне достаточно. Но, если ночные поездки на дальние расстояния являются для вас необходимостью, то установив дополнительные фары дальнего света, вы существенно обезопасите движение в темное время суток.

Модельный ряд фар дальнего света настолько разнообразен, что позволяет подобрать навесные фары, как на компактный легковой автомобиль, так и на подготовленный внедорожник. Определившись с размером и дизайном фар, необходимо подобрать основные светотехнические характеристики, а именно форму луча и светосилу фары.

Скоростное движение по ночной магистрали требует от фар максимальной дальности луча, для своевременной реакции на возникшее препятствие. Для таких условий наилучшим образом подойдут фары с узким лучом, где вся светосила фары направлена на достижении максимальной дальности. Фары такого типа называются прожектором. Прожектор создает узкий слабо рассеивающийся концентрированный луч и служит для освещения предметов на значительном удалении до 1 километра.

Если вы чаще передвигаетесь по второстепенным дорогам, гораздо важней ширина луча, освещающая обочину и прилегающую к ней территорию, т.к. обочина дороги в ночное время таит много неожиданностей. Для таких условий, мы рекомендуем фары именно дальнего света и фары дальнего света с широким лучом. Эти фары не так “дальнобойны” как прожектора, но их дальность вполне достаточна для своевременной реакции на возникшее препятствие.

Напоминаем, что во избежание ослепления дальний свет должен быть переключен на ближний не менее чем за 150 метров до встречного автомобиля, а также на большем расстоянии, если встречный водитель периодически переключает свет своих фар. Ослепление может возникнуть также через зеркало заднего вида. Очень опасно неожиданное ослепление водителей встречных автомобилей, движущихся за переломом продольного профиля дороги или за поворотом. В этих случаях нужно заблаговременно переключить дальний свет на ближний.


Прожектор


Дальний свет


Дальний свет с широким лучом

Автомобильные фары параболическим отражателем

Вплоть до 90-х годов все автомобили были оснащены фарами с зеркальным параболическим отражателем. Лампа в них располагалась строго по центру, что удобно для дальнего света, когда лучи попадают на всю поверхность отражателя. При включении ближнего света, специальный фильтр не давал лучам падать на нижнюю часть зеркала. Также лампа прикрывалась специальным колпачком, который не позволял свету проходить прямо.

Недостатком таких фар была низкая эффективность. Лишь часть света лампы в итоге попадало на дорогу. Что подтверждает КПД в 27%. Ни один современный автопроизводитель уже не использует такой вид головной оптики в конструкции автомобиля.

Сравните внешний вид фары ближнего и дальнего света ВАЗ-2106. Фара ближнего света (левая) оснащена защитным колпачком черного цвета.

Маркировка по типу ламп

Излучатели светового потока в фарах могут быть одного из следующих типов:

  • Обычные лампы накаливания, в настоящее время не применяющиеся;
  • Галогенные лампы, где нить накала работает в среде особых газов, резко сокращающих испарение материала в ходе работы и позволяющих ей работать с существенно большей подводимой мощностью длительное время без снижения характеристик;
  • Так называемый ксенон, то есть газоразрядные лампы, где источником света является не нить накала, а газовый разряд высокого напряжения, генерируемого специальным электронным блоком розжига, такие лампы позволяют ещё больше увеличить мощность светового потока;
  • Лампы, использующие твердотельные излучатели на основе светодиодов, наиболее современное техническое решение, позволяющее сформировать мощный световой поток при минимальном расходовании энергии, а также реализовать матричные источники света;
  • Лазерные лампы, где свет излучается люминесцентной пластиной, возбуждаемой потоком твердотельного лазера.

Все эти источники также маркируются на корпусах оптики, поскольку по требованиям безопасности в фаре может быть использована только та лампа, для которой она предназначена. Все попытки замены источника света на более мощный альтернативный, даже подходящий по установочным размерам, являются незаконными и опасными.

Расшифровка светодиодных фар

При расчёте светодиодных источников света на корпусе фары маркируются буквы LED, что означает Light-Emitting Diode, светоизлучающий диод.

При этом фара может быть параллельно промаркирована, как предназначенная под обычные галогенные лампочки, то есть HR, HC, HCR, что может вносить определённую путаницу.

Однако это совершенно разные световые приборы и ставить светодиодные лампы в галогенные фары недопустимо. Но это никак не регулируется в существующем техрегламенте, что позволяет рассматривать такие фары в спорных случаях как галогенные. Отличительная маркировка чётко определена только для ксенона.

Какая маркировка должна быть на фарах для ксенона

Газоразрядные излучатели, то есть ксенон, имеют вполне определённый тип отражателей и дефлекторов или линз, что отмечается буквой D в маркировке.

Например, DC, DR, DC/R, соответственно для фар ближнего света, дальнего и комбинированных. Взаимозаменяемости тут в отношении ламп нет и быть не может, все попытки установить ксенон в галогенные фары жёстко наказываются, поскольку ослепление встречных водителей ведёт к тяжёлым ДТП.

Зачем нужны наклейки для ксеноновых фар

Иногда наклейки вместо маркировок на стекле или пластиковом корпусе используют производители оптики. Но встречается такое достаточно редко, серьёзные изготовители наносят коды в процессе отливки деталей, так гораздо надёжней в случае судебных разбирательств.

Но иногда автомобили дорабатываются в процессе эксплуатации, и вместо галогенных ламп освещение дорабатывается под ксенон с изменениями оптических элементов, коммутации, вмешательством в электросхему и электронику автомобиля.

Автомобильные фары с отражателем сложной формы (рефлекторные)

В 90-х годах, с появлением совершенно новых материалов, изменением технологий и внедрением компьютерного моделирования в автопромышленность пришли отражатели сложной формы, что кардинально преобразило внешний вид фары.

Лампу по-прежнему закрывает защитный колпачок

Отражатель в рефлекторных фарах разработан таким образом, чтобы свет от него попадал в нужное место дороги. Каждый изгиб фары отвечает за освещение конкретного участка дороги. При этом задействована и верхняя, и нижняя часть автомобильной фары.

Рассеиватель стал больше не нужен, фара закрыта теперь ровным поликарбонатом. Отказ от стекла позволил снизить вес конструкции почти на килограмм. Благодаря всем изменениям эффективность рефлекторной фары повысилась почти в два раза, до 45% .

До чего дошел прогресс…

На первый взгляд современные автомобильные фары далеко «уехали» от прожекторов начала 20-х. Отчасти это действительно так, но… Как говорят в Одессе, вы будете смеяться: в целом конструктивная схема фар головного света и сегодня остается той же! Они по сию пору состоят из корпуса, отражателя, рассеивателя и лампы – источника света.

Конструктивная схема автомобильной фары

Прогресс, однако, на месте не стоит, и в рамках этой нехитрой принципиальной схемы конструкция автомобильной фары регулярно дополнялась важными элементами, делавшими ее все более функциональной, долговечной, удобной и безопасной в использовании.

Так, в 1919 году компания Bosch представила лампу с двумя нитями накаливания. Вкупе с изобретенным к тому временем рассеивателем это был важный шаг на пути решения проблемы, над которой бились конструкторы все предыдущие десятилетия: как эффективно освещать дорогу и при этом не слепить встречных?

В середине 50-х французская фирма Cibie предложила революционное по тем временам решение, применяемое до сих пор. Идея состояла в создании асимметричного пучка света, чтобы со стороны водителя фары светили ближе, чем со стороны пассажира. С 1957 года подобное распределение света входит во все европейские технические регламенты для автомобилей массового производства.

В 1962 году компания Hella представила первую автомобильную галогенную лампу. Колба такой лампы заполняется галогенидами – газообразными соединениями йода или брома, препятствующими активному испарению вольфрама с нити накаливания. В итоге светоотдача «галогенки» выросла в полтора раза по сравнению с лампами прежних поколений, ресурс – сразу вдвое, снизилась теплоотдача, да еще и сама лампа стала гораздо компактнее! Галогенные лампы до сих пор остаются «золотым стандартом» в области автомобильной светотехники.

Citroen AMI: один из первых в мире серийных автомобилей с прямоугольными фарами.

Примерно в те же годы стали производиться автомобили с фарами прямоугольной формы. Затем, с внедрением технологий компьютерного моделирования, конструкторы получили возможность создавать комбинированные рефлекторы сложной формы: с делением на сегменты, каждый из которых по-разному фокусирует световой пучок.

В 1993 году Opel впервые применил на массовом автомобиле (модель Omega) пластиковый поликарбонатный рассеиватель. Это улучшило светопропускание фары и радикально снизило ее общую массу: почти на килограмм.

В конце 90-х – начале 2 000-х началось широкое применение так называемых поворотных фар, световой пучок в которых направлялся вправо/влево вслед за соответствующим поворотом рулевого колеса. Первые эксперименты в этом направлении начались практически сразу после изобретения электрических фар. Однако вскоре попали чуть ли не под законодательный запрет: технологии того времени не позволяли менять направление светового потока так быстро, как это было необходимо во время движения автомобиля.

Довести идею до ума одной из первых смогла компания Citroen при технической поддержке уже упомянутой фирмы Cibie. Первые поворотные фары дальнего света появились в 1968 году на легендарной модели DS.

К слову, сегодня функция освещения траектории движения в повороте отнюдь не всегда реализуется за счет поворачивающегося прожектора. На недорогих машинах эта задача возлагается на дополнительные боковые лампочки или «противотуманки».

Opel Signum (слева) и рентген-схема его поворотных фар головного света.

Впрочем, даже самый «продвинутый» вариант поворотного света – комбинированный, при котором на малых скоростях включаются боковые лампы, а на высоких – поворачивающиеся прожекторы, – перестал быть уделом моделей класса «Люкс». Такие фары доступны и на автомобилях гольф-класса. Хотя опция эта – отнюдь не дешевая…

В настоящее же время мы наблюдаем, по сути дела, закат «карьеры» лампы накаливания как основного источника света в автомобильных фарах. Эффектную точку в ней призваны поставить газоразрядные лампы. Более известные широкой публике как ксеноновые.

Ксеноновая фара на автомобиле Lincoln

Даже в самом простом варианте использования ксенона – в качестве заполнителя колбы лампы накаливания – эффективность освещения существенно возрастает, а световой поток приближается по спектру к солнечному излучению.

Максимальной же эффективности работы традиционных фар можно добиться при использовании ксеноновых газоразрядных ламп, в которых светится не вольфрамовая нить, а сам газ при подаче высокого напряжения. «Ксенон» потребляет значительно меньше энергии, светит вдвое ярче обычных «галогенок», а служит при этом гораздо дольше за счет принципиального отсутствия хрупкой нити.

Первым серийным автомобилем с ксеноновыми газоразрядными лампами (производства Bosch) стал BMW 750iL 1991 модельного года.

Линзовая фара с проекционным (эллипсоидным) отражателем

Это самый современной тип фары, использующей отражатель. Пучок света в линзовых фарах формирует линза, которая и распределяет его в нужное место дороги.

Линза в фаре не только формирует световой пучок, но и усиливает его

Для получения четкой СТГ (свето-теневой границы), в линзовой фаре применяется специальный экран, отсекающий часть света. Он выполняет роль заслонки, прерывающей луч света снизу. Подобная технология используется в биксеноновой фаре, но об этом позже.

КПД линзовой фары составляет 52%.

Корректоры света

Первые фары с параболическим отражателем нуждались в механической регулировке при помощи специальных винтов. Сегодня все автомобили оснащаются устройством, меняющим высоту света из салона. Водитель приподнимает лучи или опускает их, в зависимости от рельефа местности и загруженности багажника. Называется такое устройство корректором.

Бывают механические, гидравлические, пневматические и электромеханические устройства. Чаще всего встречаются электромеханические корректоры. Их начали применять с середины девяностых годов 20 века и используют до сих пор в большинстве легковых автомобилей.

Сегодня корректором света фар оснащаются абсолютно все современные автомобили

С появлением ксеноновых ламп, понадобились автоматические корректоры. Они регулируют высоту лучей на основе телеметрических датчиков, отслеживающих высоту дорожного просвета.

Если вы решили самостоятельно установить в свои фары ксенон, учтите, что по ГОСТ Р 51709-2001 вам придется раскошелиться и на автоматический корректор, иначе серьезного разговора с инспектором ДПС не избежать.

Какие лампы подойдут в фары?

Часто на автофорумах приходится читать утверждения «опытных» водителей о том, что «линзованная оптика разработана исключительно для ксенона».

Начнем с того, что любая ксеноновая лампа имеет в своем названии букву S или R. S-type предназначена для элипсоидных отражателей, R–type – для рефлекторных.

Ксеноновые лампы S-type применяются в биксеноне. При переключении на ближний, свет лампы не уменьшается, как думают многие, а используется механическая шторка, которая поднимается и перекрывает нижнюю часть отражателя, образуя светотеневую границу.

Ксеноновые лампы R –type разработаны для рефлекторных отражателей и работают, как правило, в качестве ламп ближнего света. Функцию механической шторки выполняет фильтр, расположенный на самой колбе лампы. По сути, это защитное покрытие, которое не пропускает свет на нижний отражатель и формирует все ту же СТГ.

Противотуманная фара (англ. – Fog light или Fog lamp)

В дождь, туман или густой снег обычная фара ближнего света снижает эффективность освещения дороги. Первая реакция на ухудшение видимости, это включение дальнего света, но в тот же момент водитель понимает, что ситуация только ухудшилась, это происходит из-за эффекта ослепления. Объясняется все просто, дальний свет не имеет ограничений и не обрезан в верхней части светового луча. Луч дальнего света, отражаясь от капелек тумана или снежинок, ослепляет водителя отраженным светом. При постоянном внешнем освещении количество света, попадающее в глаз за единицу времени, пропорционально площади зрачка. Глаз реагирует на внешнюю освещенность, рефлекторно расширяя или сужая зрачок, причем реагирует и зрачок неосвещенного глаза, это называется содружественная реакция на свет. Реакция на свет является полезным регуляторным механизмом, так как в условиях яркого освещения уменьшается количество света, попадающего на сетчатку. Таким образом, свет от фар освещающих дорогу становится плохо различим или совсем невиден, это и есть эффект ослепления.

Противотуманная фара специально разработана для плохих погодных условий и изначально предусматривает ее узконаправленное применение. Противотуманные фары имеют широкую диаграмму светораспределения по горизонтали и очень узкий луч по вертикали. Основной задачей противотуманных фар светить как бы под туман, дождь или снег тем самым не ослепляя водителя отраженным светом, как это происходит при включении дальнего света.

Требования к противотуманным фарам: верхняя светотеневая граница должна быть максимально резкой, угол рассеивания в вертикальной плоскости наименьшим, около 5 град, а в горизонтальной плоскости наибольшим, около 60 град, и максимум силы света должен быть приближен к верхней светотеневой границе.

Настоятельно рекомендуем не устанавливать ксеноновые лампы в фары противотуманного света. Нарушается фокусировка фары т.к. ксеноновая лампа имеет не фиксированный источник света, а вращающуюся высоковольтную дугу, образующую светящейся шар. Фара, посчитанная под конкретный тип ламп, не справляется с новым источником света и в отражателе возникают многократные взаимные отражения и преломления, что вызывает размытие светотеневых границ и в конечном счете ослепление встречных и попутных водителей. Помимо этого противотуманная фара теряет способность обеспечить видимость и освещение дороги в плохих погодных условиях.

Так же существуют задние противотуманные фонари. Они потому так и называются, что предназначены для условий недостаточной видимости для водителей едущих позади вас. Подключать их совместно со стоп сигналами, а также включать ясной ночью запрещено. Например, в “пробке” противотуманные фонари с довольно мощными лампами 21W будут если не слепить, то раздражать едущих позади водителей. Да и стоп сигналы на их фоне видны гораздо хуже. Другими словами, включенные не к месту задние противотуманные фонари не помогут, а навредят!


Диаграмма светораспределения


Так водитель видит туман в свете фар ближнего света


Тот же туман, но без ближнего света при включенных ПТФ


ПТФ Модуль D100

Как увеличить яркость света фар?

Еще один распространенный вопрос автомобилистов: «Можно ли ставить лампу большей мощности, чем рекомендует изготовитель?». Если на фаре написано 55Вт, то превышать эту цифру не стоит.

Во-первых, вырастет энергопотребление бортовой сети. Во-вторых, более мощная лампа будет перегревать фару, что в конечном итоге выведет из строя весь блок. Если вы не удовлетворены яркостью лампы, вам не обязательно повышать ее мощность. Например, новое поколение NIGHT BREAKER LASER является сегодня самой яркой галогенной автолампой OSRAM! При этом потребляемая мощность составляет все те же 55 Вт.

Инновационные лазерные технологии обеспечивают до 150% больше яркости, если сравнивать с минимальными установленными требованиями, а тщательно продуманная структура нити накала позволила добиться дополнительной светоотдачи. Световой луч от этой лампы до 150 м длиннее, а излучаемый свет до 20% белее. Как конструкторам удалось добиться столь выдающихся показателей, мы расскажем позже в отдельной статье.

Галогенные лампы повышенной яркости OSRAM NIGHT BREAKER LASER выпускаются с цоколем H1, H3, H4, H7, H8, H11, HB3, HB4.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: