Лого avtoumnik.ru

Эволюция автомобильного света: галоген, led – лампы, ксенон и лазер

15 Дек 2017
Эволюция автомобильного света: галоген, led – лампы, ксенон и лазер Сравнение света фар


То к чему сейчас мы относимся как к обычным вещам, когда-то было технологическим достижением. Были времена, когда добавление простого болта или незначительное изменение формы одного компонента приводило к значительным нововведениям, послужившими основой для новых продвинутых изобретений в автомобилестроении. Возьмем, например, фары.

Хотя вся автомобильная промышленность использует их, лишь немногие люди действительно знают, как они эволюционировали от простых ламп накаливания в 1880-х годах до очень сложных LED-сборок, в наши дни. Исследователи постоянно работают над идеей совершенствования автофар, что приводит к таким новинкам как лазерные фары. Но прежде чем поговорить о них, рассмотрим более распространенные системы, доступные для широкого использования.

Мы не будем говорить об истории автомобильной фары. Вместо этого мы разберем 4 основные технологии, использующиеся в наши дни. Обсудим преимущества и недостатки каждой из них, ведь каждый тип ламп имеет свои плюсы и минусы.

Галогеновые лампы

Галогеновая лампа H7

Галогеновые лампы наиболее популярны в автомобильном мире, благодаря их простоте и низкой стоимости. В основном, галогенная лампочка имеет нормальную продолжительность жизни около 1000 часов непрерывной работы, в то время как затраты на ее замену самые низкие. Тем не менее этот вид становиться вторым вариантом для все большего числа автомобильных компаний по всему миру. Причина? Не очень высокая эффективность этой технологии.

Как это работает

В стеклянной оболочке лампы заключен газ, состав которого — комбинация аргона и азота, а также вольфрамовая нить. Чтобы излучить свет на нить подается напряжение аккумуляторной батареи автомобиля. Нить нагревается до 2500 градусов Цельсия, происходит процесс накаливания, газ начинает светиться.

Недостатки

Со временем вольфрам испаряется из состава нити и оседает на стенках лампы. Нить теряет свою прочность и в какой-то момент просто обрывается.

Но это не самая большая проблема. Главная проблема в том, что при генерации света лампочка также выделяет большое количество тепла, а это потери энергии.

Еще один недостаток галогеновых лампочек — это реакция газа на различные вещества. Например, если при замене лампы касаться стекла руками, жир с пальцев рук попадет на поверхность лампы. Кварцевое стекло тогда будет нагреваться неравномерно, что приводит к сокращению срока службы лампы.

Если вы коснулись лампы, протрите ее чистой тканью с небольшим количеством спирта.

Преимущества

  • Галогенки дают приличное освещение за невысокую стоимость.
  • Они имеют разные размеры, что позволяет устанавливать их в большинство современных авто.
  • Состав газов можно немного менять и регулировать температуру светового потока и яркость лампы.

Ксеноновые лампы (HID)

ксеноновая лампа

Ксеноновые лампы, официально называемые high-intensity discharge headlamps (HIDs) — газоразрядные лампы высокой интенсивности, обычно определяются как более эффективное решение, из-за цветовой температуры и количества света, которое они генерируют. Первые такие лампы появились на BMW 7 серии в далеком 1991 году. Сейчас на многих моделях ксенон предлагается в качестве стандартного оборудования.

Как работает ксеноновая лампа

Есть закрытая стеклянная трубка, заполненная газами. На каждом конце трубки — электрод с проходящим через него электрическим током. Электроды вольфрамовые. Вопреки своему названию, в составе в основном галогениды металлов. Ксенон же используется только во время «запуска» лампы. Это связано с тем, что одной из основных проблем HID является время, необходимое для того, чтобы внутренние газы достигли своей рабочей температуры и начали излучать свет.

Процесс работы ксеноновой лампы разделяют на три этапа:

  1. Фаза зажигания, когда импульс высокого напряжения создает искру, которая ионизирует ксеноновый газ и создает дугу между электродами. Напряжение старта самое высокое, до 25 000 В.
  2. Затем температура газов в лампе поднимается, быстро испаряя соли металлов, которые снижают сопротивление между двумя электродами
  3. Далее блок розжига переключается на более низкое напряжение, подавая его на электроды, чтобы электрическая дуга не мерцала. Напряжение порядка 80 Вольт.

Плюсы

Прежде всего, ксеноновая лампа намного эффективнее, когда речь идет о количестве произведенного света по сравнению с галогенными.

HID лампа производит 3000 люмен светового потока, в то время как галогенный свет генерирует только1400 люмен.

Второй плюс — это срок службы. Он достигает 2000 часов.

Третий — меньшее потребление энергии. Несмотря на высокое значение напряжения, особенно при старте розжига, такие лампы потребляют меньше тока. Это означает что генератор создает меньшую нагрузку на двигатель, который, в свою очередь, потребует меньшее количество топлива. Хотя вряд ли вы почувствуете разницу в расходе, если замените свои «галогенки» на ксенон.

Фара автомобильная

Недостатки

Основной из них — более высокая цена как на сам комплект, так и на обслуживание. Ведь кроме лампы в состав комплекта входит блок управления (блок розжига), регулирующий высокое напряжение на контактах лампы.

Второй недостаток — медленный розжиг лампы. Эта задержка делает невозможным установку отдельных HID ламп для ближнего и дальнего света. Специально для решения этой проблемы придуманы, так называемые, би-ксеноновые лампы. По сути это одна лампа, с механической шторкой, переключающей угол отражения света.

Некоторые ксеноновые лампы могут вредить здоровью человека и окружающей среде, т. к. имеют в своем составе ртуть. Во многих странах запрещено использование ртути при производстве HID ламп.

Последний, но не по значимости, недостаток — неправильная установка таких ламп в фару, которая конструктивно не предназначена для ксенона. Такие автомобили «слепят» других участников дорожного движения, что повышает вероятность дорожных происшествий. Просто неправильно отрегулированные ксеноновые фары могут послужить причиной ДТП.

LED фары

Светодиодная лампа

Следующий этап развития фар — это светодиодные лампы, или LED фары. Принцип работы основан на способности некоторых полупроводников излучать свет при прохождении через них электрического тока.

По световому потоку такие лампы занимают место между галогеновыми лампами и ксеноновыми, но при этом они дают более сфокусированные лучи. Потребление электричества у LED значительно меньше. Это удачно вписывается в тенденции современного автомобилестроения, в котором все большую роль играют гибридные авто и электромобили. На многих гибридах стоят именно светодиодные лампы, например, Toyota Prius. Впервые технология была внедрена в серийное производство на автомобиле Audi R8, в 2004 году.

Благодаря своим небольшим размерам, светодиоды позволяют инженерам конструировать фары любой формы.

Основной недостаток в том, что при прохождении электричества сам светодиод значительно нагревается. Это опасно для пластиковых элементов корпуса фары, проводов. В связи с этим приходится использовать специальные радиаторы или даже вентиляторы охлаждения. При этом охлаждать все это надо в моторном отсеке, где температура повышена из-за работы двигателя внутреннего сгорания. Эта проблема поднимает стоимость производства LED ламп, они дороже чем HID лампы.

Светодиоды отлично подходят для дневных ходовых огней, габаритных огней и фонаря заднего хода. Для этих световых приборов не требуется мощных светодиодов, поэтому нет необходимости в радиаторах и кулерах. В последнее время, широкое применение получили OLED лампы в задних габаритных огнях. Это технология основана на органических светодиодах. Их отличие в том, что свет получается однородным и мягким.

Лазерные фары

Лазерная фара

Компания BMW в 2014 году выпустила первый гибридный автомобиль i8 с лазерными фарами в качестве возможной опции. Audi решила тоже развивать оптику в этом направлении, показав несколько лет назад концепт Audi Sport Quattro laserlight. Позже технология была применена на Audi R18 e-tron.

Разве лазер не опасен? Автомобиль с такими фарами будет сжигать всё на своем пути?

На самом деле, как и в случае с ксеноном, лазер учавствует в процессе люминесценции не напрямую, а только для части процесса.

В фаре BMW три лазерных светодиода создают однонаправленное излучение в голубой области спектра. С помощью нескольких зеркал, лазерное излучение фокусируется на специальной линзе, покрытой фосфорсодержащим составом. Этот состав, под действием энергии лазеров, излучает приятный для восприятия белый видимый свет.

Принцип работы лазерной лампы

Преимуществ у таких фар несколько. Во-первых, яркость полученного светового потока в несколько раз выше чем у газоразрядных ламп и светодиодов, а потребление электроэнергии на 30% меньше.

Во-вторых, дальность действия достигает 600 метров. У светодиодной лампы — 300 метров. Стандартная дальность фары ближнего света — 70 метров.

Audi лазерная фара

Еще один плюс, необходимость в небольшом по размеру отражателе. Так галогенка предполагает рефлектор не меньше 120 мм в диаметре, HID лампа — 70мм, а светодиодная —всего 30 мм. Современный дизайн оптики — это, в основном, узкие небольшие фонари.

Свет лазерных фар имеет почти параллельную направленность, что позволяет точечно освещать пространство перед авто. Инженеры BMW разработали специальную систему световых подсказок на дороге, «лазерная указка». Она обнаруживает объект на дороге (например, человека), до того, как он попадет в свет фар с помощью инфракрасной камеры и тонким точечным лучом освещает его. Это дает водителю больше времени для необходимого маневра.

Кстати, если при ДТП такая фара разобьётся, лазер автоматически отключается.

Автомобиль с лазерной фарой

Фары лазерного типа не выделяют много тепла, как светодиодные, а значит способствуют экономию топлив. При этом основной их недостаток — высокая стоимость производства. Из-за высокой яркости, такие фары можно использовать только в паре со специальной системой «неослепляющего» дальнего света и контроля уровня, а они весьма дороги. Две лампы дальнего света, состоящие из 6 лазерных светодиодов каждая, на автомобиле BMW, вместе с системой управления, прибавляют к стоимости автомобиля 10 000 долларов США. Так что, скорее всего, мы не скоро увидим лазерные фары на бюджетном авто.

Теги:
Рейтинг: 5/5 - 1 голосов

Комментарии (0)