Перспективные направления развития осветительных и светосигнальных приборов автомобилей

Современный автомобиль невозможно представить без приборов освещения, световой сигнализации. Меняются средние, максимальные скорости и режим движения на автомобиле, что повышает требования к приборам освещения.

В ретроспективном анализе приборов освещения автомобиля от первых до последних разработок можно сделать вывод о значительной разнице в технической сущности и длительной работе по их модернизации. Хотя отдельные технические решения были внедрены или повторены на новом этапе развития промышленности спустя многие годы.

Первые автомобильные приборы освещения работали на принципе испускания света от сгорания керосина, впоследствии были усовершенствованы и стали работать на сгорании газа, полученного в результате химической реакции карбида и воды – ацетиленовые горелки. Для улучшения светоиспускания в дальнейшем начали применять линзы, к слову сказать, линзы стали повторно использовать через много лет, но с другими источниками света.

Изобретение, а затем внедрение в автомобиль в начале 1900-х годов электрических ламп поставила систему освещения, а вместе с ней развитие всего электрооборудования автомобиля на новый уровень. Первые патенты на применение вольфрамовой нити получил Александр Лодыгин, который продал разработку компании «General Electric Company». А в первом десятилетии XIX века, усовершенствованная разработка стала использоваться на автомобиле серийно.

Следующим этапом стало применение в колбах ламп накаливания газов «галогенов» (бром, йод), это техническое решение способствовало увеличению производительности лампы, увеличению ресурса и снижению теплоотдачи.

В 30–х годах прошлого столетия начали применять лампы с двумя нитями накаливания, что значительно повысило удобство и безопасность. Хотя и имеет в себе негативный фактор – при сгорании одной нити, меняется вся лампа.

Яркий, близкий к натуральному свет ксенона не мог не привлечь внимание конструкторов автомобильных фар. Ксеноновые лампы HID (High Intensity Discharge) были разработаны компанией Philips; на автомобилях они впервые появились в 1992 году как альтернатива галогенным лампам. Ксеноновая лампа представляет собой колбу, заполненную ксеноном, внутри которой образуется электрическая дуга между электродами [2].

С интенсивным развитием полупроводниковых приборов в автомобилях стали использовать светодиодные лампы LED (Light Emitting Diode), которые постепенно опережают предыдущие разработки (ксенон и галогеновые) по энергоэффеективности, ресурсу и теплоотдаче.

Современные технологии автомобильного света используют лазерную оптику (лазерный модуль в матричной проекции света), а также ведутся работы по внедрению жидкокристаллических фар.

Для увеличения эффективности приборов освещения, удобства безопасности и безопасности вождения автопроизводители еще с 23-х годов прошлого столетия старались применять первые адаптивные фары с механическим приводом. Современные «умные фары» способны не только изменять направление света, но и отключать освещение определенных областей, не приводя к ослеплению встречных водителе и продолжая усиленно освещать местность вокруг.

На всем протяжении производства приборов освещения изменялась и конструкция приборов: использовались фары с различным профилем, изменение конструкции рассеивателей, отражателей (рефлекторов), использование линз.

Лампа светит во всех направлениях, поэтому при управлении автомобилем очень важно создавать направленный свет – вправо и вниз (для левостороннего движения). Направленное свечение фар еще с начала XX в. осуществляется благодаря применению рассеивателей, отражателей и экранов (шторок) в конструкции фар и ламп.

Первые рассеиватели были стеклянные, позже в 1960-е годы их начали изготавливать из поликарбоната. Их структура состояла из мелких сот, каждая из которых могла задавать направление световому лучу. В отличие от линзы, рассеиватель не обязан был быть круглым, а значит, стало возможным сделать фару любой формы [3].

С 90-х годов рассеиватели из поликарбоната (пластика) устанавливают в фары серийно, но только для герметизации, уменьшения веса в условиях прозрачности, а функцию направления и усиления светового пучка выполняют отражатели и линзы.

Одной из основных технических характеристик приборов освещения является дальность освещения, свет светит дальше, значит у водителя больше времени на принятия решения.

Если средняя длина луча галогеновых ламп составляет 100–150 метров, то ксеноновые светят минимум 50 метров дальше, а лазерные фары могут светить до 600 метров.

Очень важная электрическая характеристика автомобильных ламп – это мощность, напрямую зависящая от силы тока для их питания и напряжения, единица измерения Ватт (Вт). Потребление мощности для освещения в лампах с развитием технологий постепенно сокращается, если галогеновая лампа в среднем потребляет 50–60 Вт, ксеноновая до 35 Вт, а потребление светодиодной лампы сокращено до 25 Вт.

Яркость света технически измеряется в длине светового луча в метрах, при этом схожая электротехническая характеристика (световая величина) светового потока (яркости) измеряется в люменах (лм). Средние значения для обычной лампы накаливания до 600 лм, галогеновой 1000–2000 лм, HID до 3000 лм, LED до 5000 лм.

Еще одной характеристикой свечения лампы является цвет, измеряемый в градусах Кельвина (К): абсолютно черное 0 К, красный – 1800 К, белый – 4000 К, дневной – 5000 К, синие оттенки от 6000 К.

В целях безопасности очень важно использовать лапы, рекомендованные для конкретных фар и указанные в технической документации завода изготовителя.

Современные марки автомобилей в угоду экстерьеру и частому обновлению модельного ряда используют фары отличных друг от друга конструкций и внешнего вида. Так было не всегда советские и первые российские автомобили часто имели одинаковые фары (рассеиватели). Которые многие годы оставались неизменными. Примером может служить фары (оптические элементы) с рассеивателями ФГ-105, ФГ-105

Автомобильные заводы Урал, КамАЗ, ЗиЛ, ГАЗ, УАЗ, МАЗ часто использовали одинаковые фары и фонари, что облегчало заказ, изготовление, а самое главное обеспечивало унификацию в использовании (замене) особенно на крупных предприятиях промышленности (рис. 1).

Рис.1. Фары автомобилей ГАЗ, Урал, КамАЗ

Легковые автомобили тоже не были исключением ГАЗ, ВАЗ, УАЗ, ЛуАЗ, Москвич также применяли однотипные фары (рис. 2).

Рис. 2. Фары автомобилей Москвич, ВАЗ, ГАЗ

В угоду экстерьеру, технической индивидуальности, использования различных технических решений унификации автомобильной оптики почти не осталось, в том числе и на отечественном рынке грузовых автомобилей.

Как и все элементы автомобиля, приборы освещения на данном этапе технического (исторического) развития имеют свои достоинства и недостатки, которые устраняются для улучшения технических и электрических характеристик, влияющих на комфорт и безопасность управления транспортным средством. Значит, технические задачи под новые требования (реалии) развития автомобильной промышленности еще на долго останутся у конструкторов и автопроизводителей.