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.
Вроде, наконец, прошла мода на выедающий глаза «колхозный» ксенон, но сегодня в бой вступает светодиодная, пока еще не запрещенная артиллерия. Возникает логичный вопрос: неужели лампочки штатной головной оптики настолько плохи, что нужно искать альтернативу, или есть иные варианты?
Кулибины в России не переведутся, какими бы ГОСТами и ТУ их ни увещевали, какими бы штрафами за вмешательство в конструкцию автомобиля ни стращали. И причина тут вовсе не в зуде изобретательства. Большинство стандартов цивилизации заканчиваются за объездными дорогами крупных городов.
Ажиотаж вокруг светодиодных или LED-лампочек подогрели китайские производители светотехники, выкинув на рынок за последние годы огромное количество вариантов продукции для фар. Качественная она или не очень - дело другое, но покупатель, что называется, загорелся.
Игра без правил
Действительно, современные светодиоды могут служить до сорока лет, они нечувствительны к перепадам температур, а главное, к вибрациям и ударам. Да и светоотдача, на первый взгляд, немалая - до 30–60 лм/Вт и более против 10–17 лм/Вт у лампы накаливания, и растет она, с развитием технологий, от года к году.
Казалось бы, покупай да ставь такие лампочки, к тому же ушлые китайцы выпустили их во всех известных типах цоколей , о которых мы недавно писали. Конструкций - превеликое множество: с одним или несколькими светодиодами, с маленькой фокусирующей линзой или без нее… Продавцы обещают фантастический свет, но, увы, они врут на голубом глазу.
А как же правила ЕЭК ООН № 112, на основании которых созданы национальные стандарты автомобильной светотехники, в частности ГОСТ Р 41.112–2005? Ведь в них четко прописано, что фары с маркировкой С - ближнего, R - дальнего, СR - двухрежимного (ближнего и дальнего) света, и предназначены они либо для работы с лампами накаливания, либо в случае с маркировками HC, HR и HCR пригодны, соответственно, только для галогенных ламп накаливания. На газоразрядники HID, или ксеноновые лампы, свои стандарты на фару - правила ЕЭК ООН № 98 или ГОСТ Р 41.98–99. Все они есть на официальном сайте Европейской экономической комиссии.
Для светодиодных фар головного света (не путаем со стандартизированными на сегодня дневными ходовыми огнями!) единообразные правила пока в стадии разработки, т.е. ГОСТ им лишь светит, что и порождает огромное количество экспериментов автовладельцев.
Фокус с фокусом
Увы, опытный путь для достижения результата не всегда лучший и кратчайший, а попытаться достичь совершенства Volkswagen, Opel или Audi, у которой в моделях А8 или R8 установлены светодиодные фары стоимостью по несколько тысяч евро за единицу, гарантированно не выйдет. Добраться до уровня Peugeot или Kia тоже вряд ли получится - и там все непросто.
Дело не только в той самой «птичке», которую каждый из нас видел на фокусировочном стенде - основном параметре правильной настройки фар. Нечто похожее получить можно со светодиодами, и световое пятно будет по форме сносным.
Казалось бы, и температура светодиода правильная (4500–5000 К), и яркость колоссальная (до 3000 лм) при потребляемой мощности в 20–30 Вт, а все равно фары будут или светить посредственно, или слепить. И дело тут не только в яркости источника света, а еще и в его геометрических характеристиках. Во многом от формы, размера и ориентации вольфрамовой спирали накаливания зависит то, что мы увидим в свете фар.
Скажем, нить длиной строго 4,1 мм обязательна для лампы с цоколем H7 и не только. Причем расстояние от опорной площадки цоколя до нижнего края спирали должно быть ровно 25 мм! Под них разработана система рассеивания и фокусировки фар подавляющего большинства автомобилей: или прожекторная - с традиционной конструкцией отражателей и рассеивателей, или в просторечье линзованная - проекторная. Но никак не под светящиеся квадратики, прямоугольнички и овалы светодиодов.
Для светодиодных конструкций головного освещения пока применяются специальные проекторные схемы фокусировки, принципиально знакомые как по галогенным, так и по ксеноновым фарам. На автомобилях премиум-сегмента стали использоваться матричные конфигурации формирования и управления пучком , требующие сложнейших расчетов и дорогой вспомогательной электроники.
Даже самые простые светодиодные лампы требуют импульсного, стабилизированного питания и системы охлаждения - основы для правильной, долгой и бесперебойной работы устройства. Не говоря уже об упомянутых фокусирующих конструкциях, которые на коленке не сделать.
Да, появились компании, освоившие производство светодиодных фар в сборе. Например, в линейке немецкой Herth+Buss есть версия для нашей «Нивы». Правда, комплект обойдется аж в 44 тыс. руб.! Опять же германская Hella, американская J.W. Speaker и другие фирмы наладили выпуск проекторных фокусирующих светодиодных модулей, которые монтируются в определенные типы фар. Но к массовому производству все это пока не имеет отношения.
Прежде чем мудрить с фарами, нелишне обратиться к школьному учебнику физики за 7-й класс. Почитать об освещенности, силе света, коэффициентах отражения различных поверхностей. Можно, наконец, ознакомиться с интернет-ресурсом , где представлены некоторые запатентованные конструкции фар.
Свет в конце туннеля?
Так что, нет у нас шансов получить отличный свет фар при разумных затратах? Если говорить о светодиодном ближнем и дальнем, то на сегодняшний день это так. Пока не появится унифицированная конструкция фар под LED-лампы, удовольствие это будет или безумно дорогим, или малоэффективным.
Но выход все равно есть, даже с пресловутыми галогенками. Качественно выполненная, исправная и отрегулированная фара даже при 55-ваттной лампочке будет давать безопасное освещение в большинстве случаев . Естественно, если стекло фары не облеплено грязью, отражатель не облупился, а напряжение в автомобильной сети не менее 12 В.
Если при всех выполненных условиях вас не устраивает работа штатных фар, можно попробовать поставить аналоги от альтернативных производителей, если таковые найдутся. Правда, если вам приглянутся тюнинг-фары с измененной начинкой, готовьтесь к тому, что скорее всего они будут китайскими или тайваньскими. Для владельцев вазовской продукции - отечественными.
Примерная стоимость фар для популярных моделей автомобилей в России, руб./шт.
| Марка авто | Оригинал | Depo (Тайвань) | Hella (Германия) | Direct parts (Китай) | Magneti Marelli (Италия) | Alkar (Испания) |
| Hyundai Solaris | 8340 | - | - | 4800 | - | - |
| Renault Duster | 5209 | 2994 | - | - | - | 4059 |
| Renault Logan | 4441 | 1955 | - | - | - | 2409 |
| VW Polo седан | 9841 | 5037 | 10 775 | - | 7952 | - |
| Lada Granta | 4900 | - | - | - | - | - |
| Skoda Octavia | 9190 | - | - | - | 10 012 | - |
| Chevrolet Cruze | 16 390 | 4194 | - | - | - | 9336 |
| Nissan Qashqai | 10 924 | 7480 | 9190 | - | - | - |
| Kia cee’d | 29 430 | - | - | - | - | - |
| Nissan Almera | 13 120 | 5810 | - | - | - | - |
Стандарты ECE, DOT и JDM
Фары (или световые приборы), удовлетворяющие европейским требованиям "ECE" (Economic Commission of Europe, ЕЭК/ООН), обозначаются литерой E и цифрами в кружке. Цифра указывает на страну, сертифицировавшую данный продукт (1 - Германия, 2 - Франция, 3 - Италия,.., 22 - Россия). Правилами как ECE, так и DOT регламентируется лишь регулировка ближнего света.
Для света «европейских» автомобилей с 1957 года установлена «четкая» светотеневая граница с асимметричным светораспределением (правая часть поднимается вверх под углом 15°, обеспечивая акцентированное освещение правой обочины). Кроме того, стандарт ЕЭК предписывает более низкий допустимый уровень ослепления встречных водителей, чем, например, в США.
*прим-1: в странах с левосторонним движением, например, в Великобритании с кодом страны 11, требования могут зеркально отличаться;
**прим-2: в целом, исключая зеркальность левосторонних движений, в правилах светотехники ряд стран постепенно мигрируют к европейским стандартам: Великобритания в конце 1970-х, Австралия в 1980-х, Япония в 1990-х.
В отличие от европейских, свет североамериканских фар распределяется почти симметрично. Световые приборы, предназначенные для США, маркируются аббревиатурой DOT (Department Of Transport, Министерство транспорта США). Поскольку DOT обращает повышенное внимание на освещение дорожных знаков и разметки, в итоге это выражается в более высоком допустимой уровне бликов (эффекте ослепления) для встречного транспорта. К тому же, в США фары положено регулировать только по вертикали.
Световые приборы, предназначенные для внутреннего рынка японских автомобилей (JDM, Japan Domestic Market) рассчитаны на левостороннее движение, и по сути, удовлетворяют зеркальной копии ECE.
Три типа автомобильных фар
Параболические - самыми распространенными являются обычные фары с параболическим отражателем. Их особенность - лампочка расположена в фокусе (фокальной точке), благодаря чему отражатель направляет пучок света вдоль оси (удобно для дальнего света). Рассеиватель расширяет луч горизонтально. Полезный выход света ("к.п.д.") таких фар - около 27%.
FF-рефлекторы - эллиптический отражатель "свободной формы" (free form, freie flechen). Просчитанная на компьютере поверхность рефлектора поделена на отдельные сегменты, каждый из которых отвечает за свою часть освещаемого пространства. Луч распределяется более целенаправленно и повышается его дальность, а "к.п.д." достигает уже около 45%.
Проекционные DE. Все больше моделей автомобилей отходят от традиционных параболических фар, начинающих сильно проигрывать в эффективности. Производители начинают предпочитать фары с эллипсоидными отражателями - именуемые в народе точечной или линзовой оптикой. Лучи лампы, находящейся в первом фокусе, собираются во втором и затем попадают в собирающую линзу. Впервые «линзовые» фары ближнего света появились в 1986 году на «семерке» BMW. Лучи, собираясь во втором фокусе отражателя, «подрезаются» экраном, который обеспечивает заданную светотеневую границу, а затем еще раз фокусируются линзой. Их к.п.д. (особенно второго поколения) уже начинает превышать 50%. При этом вместе с прекрасно сфокусированным ярким светом линзовая оптика старается оберегать от него глаза встречных водителей, не допуская опасного засвечивания встречной полосы (но об этом ниже).
Преимущества проекционных фар:
- повышенная светоотдача при лучшей экономичности.
- улучшенная видимость, большая безопасность и обзорность.
- современный стиль вид автомобиля.
Недостатки: как правило, довольно высокая стоимость.
Светотеневая граница
По нормативам большинства стран, одной из важнейших характеристик световых приборов автомобиля служит так называемый "светотеневая граница" (ближнего света) - условная линия там, где луч ваших фар кончается, переходя в почти полную темноту впереди на дороге. Как видно из рис., линия асимметричная: луч справа заходит несколько дальше левого.
Можно добавить сюда еще одну иллюстрацию, по которой видно, что правая фара "бьет" ярче и дальше, а левая - ровно настолько, чтобы не слепить встречный транспорт. Это стандартный европейский образец светового пятна для правостороннего движения - справа оно длиннее, чтобы лучше освещать обочину - именно там, где можно ожидать, например, внезапного появления неожиданной фигуры или выбегающих детей. Очевидно, что реализация подобного сложного светового профиля - не самое простое дело, и ясно также, что качество автомобильных фар сегодня во многом зависит от совершенства технологий изготовителя и от их точной настройки.
Как устроена "линзовая оптика"
Термин "линзовая" подразумевает, что в фаре сейчас есть линза - она позволяет с меньшей поверхности отражателя получить световой пучок, превосходящий по свойствам обычный. В целом фара проекционного типа - это оптическая система, состоящая из отражателя эллиптического типа, экрана (шторки) и выпуклой (сферической либо эллиптической) линзы. Вся конструкция напоминает проектор, который просто вставили в фару и прикрыли снаружи прозрачным стеклом или рассеивателем.
Здесь лучи источника света, находящегося в первом фокусе системы, отражаются эллиптическим рефлектором и собираются во втором фокусе, где, "обрезанные" экраном, затем проецируются линзой на дорогу.
Что именно отсекает свет сверху?
Отсечение верхнего света, в особенности мешающего полосе встречного движения, является требованием ECE с 1957 г. В линзовой оптике, хотя общий вид луча создает отражатель, за отсечение верхнего света отвечает помещенный во втором фокусе системы экран, задающий в конечном итоге светотеневой горизонт. Кто-то спросит, почему экран (на рис.) снизу, если свет нужно обрезать сверху? Все просто как физика: проекторы переворачивают "то, что проецируют".
В иных случаях даже незначительные отклонения могут вести к тому, что свет фар станет опасным для встречных водителей, плюс может существенно ухудшить вашу собственную видимость. К примеру, скорее всего, немногие заметят разницу, если повернуть обычную фару на 4 градуса. Но поверните на 4 градуса луч линзовой оптики - вы тут же обнаружите, что с вашим светом что-то не в порядке, не говоря о других людях.
Как известно, яркость светового потока ксеноновых ламп примерно вдвое выше обычных, и фары могут стать источником сильнейшего ослепления. Поэтому правила ЕЭК недавно дополнены требованием, чтобы линзованная оптика обязательно имела автоматическую систему регулировки светового пучка в вертикальной плоскости (Automatic Level adjuster), а также омыватель фар.
Почему омыватель так обязателен, может показаться странным, однако это вытекает из результатов исследований фирм Alferdinck, Hella, Bosch и др., а именно: грязь, накапливающаяся на линзах фар, потенциально увеличивает эффект ослепления до 300% по сравнению с чистыми линзами. Особенно это актуально для фар повышенной яркости. В настоящее время все серийные автомобили оснащаются необходимыми устройствами.
Впервые пластиковый рассеиватель появился в 1993 году на седане Opel Omega — это позволило снизить массу фары почти на килограмм!
- Наиболее популярные устройства в области авто освещения.
- Фары излучают наиболее качественный и яркий свет при помощи .
- Лампы работают за счет наличия в колбе смеси инертных газов, в том числе ксенона.
- Данный тип фар идет в комплекте с автомобилями класса премиум и бизнес класса. Могут опционально устанавливаться в автомобили бюджетного типа.
- По сравнению с галогеновыми фарами, данный тип фар отличается более сложной конструкцией.
- В систему входит не только фара, лампы ксеноновые, но и блоки розжига. разжигают лампы, которым необходим должный уровень напряжения. Напряжение составляет 10-20 кВ. Также балласты поддерживают тлеющий заряд до тех пор, пока лампы включены.
- Существует две разновидности ксеноновых фар. Первый тип фар – рефлекторный. Второй тип – прожекторный. Данные фары пользуются наибольшей популярностью у потребителей рынка.
- Фары могут быть разделены на ближний и дальний режимы освещения. Но в большинстве случаев используются би-ксеноновые фары: функции ближний/дальний режимы освещения реализуются в одной фаре.
- Светотеневые границы в би-ксеноновой оптике могут воспроизводиться несколькими способами.
Способ первый : световой экран в проекционных фарах.
Способ второй : перемещение газоразрядной лампы по горизонтали в отражательных фарах. - Би-ксеноновый тип фар по большей степени оборудуется специальным модулем поворота: вертикальная, горизонтальная плоскость.
- Из-за особенностей ксеноновых фар, они всегда должны идти в сочетании с
