Сравнение автомобильной оптики: ксенон, светодиодные и лазерные фары

Сравнение автомобильной оптики: ксенон, светодиодные и лазерные фары

В статье сравнение автомобильной оптики рассматриваются инновации в автомобильной оптике, начиная от простых, самых распространенных на сегодняшний день и заканчивая последними разработками. Про плюсы и минусы каждого вида света, принципах его устройства и работы.

Аннотация статьи
блок управления
люмены
электроды
металлогалогенновая смесь
лазерные фары
ксеноновые фары
Ключевые слова

Вся автомобильная промышленность использует галогеновую оптику, которая эволюционировала от простых ацетиленовых ламп в 1880-х годах до очень сложных светодиодных сборок в наши дни. Исследователи постоянно находятся в поиске новых идей.

Ксеноновые фары, официально известные как высокоинтенсивные разрядные фары (HIDs) (рис. 1), являются более эффективным решением, главным образом из-за температуры свечения и количества света, которые они генерируют. Первые ксеноновые фары появились на автомобилях BMW 7 Series в 1991 году и постепенно стали фаворитами для нескольких автомобильных компаний, которые, однако, не предлагали ксенон в качестве стандартного оборудования. Это закрытая трубка, заполненная газами, с электродом на каждом конце и электрическим током, проходящим через неё. Несмотря на их общепринятое название, HIDs фактически используют металлогалогенную смесь, в которых ксеноновый газ используется только во время запуска [1, с. 61].

https://tank.ucoz.com/_fr/0/9762531.jpg

Рис. 1. Ксеноновый модуль

Одна из основных проблем ксеноновых ламп – это количество времени, необходимое для достижения газом внутри своей рабочей температуры и обеспечения сильного света. Процесс розжига ламп происходит в 3 этапа: сначала на участок зажигания подаётся высоковольтный импульс, производя искру, которая ионизирует газ ксенона и создает свечение между электродами, тогда температура в колбе быстро поднимается и испаряющиеся металлические соли понижают сопротивление между 2 электродами; в конечном счете, блок управления переключает режим работы [2, с. 50], поставляя в лампу непрерывное количество тока, отчего электрическая дуга не гаснет. Преимущество ксеноновых фар перед галогенными заключается в количестве производимого света. Согласно официальной статистике, ксеноновая лампа производит 3000 люмен и 90 МКД/м2, в то время как галогенная лампа производит 1400 люменов и 30 МКД / м2.

Существуют ещё так называемые биксеноновые фары. Они способны излучать не только ближний или дальний свет, а оба. Устройство таких фар бывает двух типов. В первом случае, колба двигается под действием электромагнитов (в разных лампах движение происходит либо вверх и вниз, либо вперед и назад), за счет чего образуется два типа освещения. Во втором, между самой лампой и линзой находится заслонка, которая регулирует световой поток, изменяя тем самым параметры излучения.

На автомобиль, который оборудован ксеноновыми фарами, устанавливают специальный блок управления. Он обеспечивает лампы необходимым для них напряжением, в то время как штатное электрооборудование не может с этим справиться [3, с. 71].

Следующий вид фар – это светодиоды, работа которых основана на взаимодействии двух полупроводников p-типа и n-типа. P–позитив, то есть положительный тип или дырочный. N–негатив, то есть отрицательный, или электронный. В результате пропускания электрического тока в месте соприкосновения двух полупроводников происходит переход от одного типа проводимости к другому. Когда через полупроводники проходит электрический ток, отрицательный заряд электронов соединяются с ионами положительно заряженных дырок (рис. 2).

Рис. 2. Светодиод

В этот момент выделяется энергия, и мы видим излучение света. Наиболее важным аспектом является тот факт, что светодиодам требуется очень низкая мощность для работы по сравнению с классическими галогенными лампами. Светодиоды, например, используются на моделях Toyota Prius и на некоторых других гибридах, на которых электричество играет ключевую роль.

Лазерный фары – это вершина инженерной мысли. Система использует три синих лазера, расположенных в задней части сборки фар, стреляя по набору крошечных зеркал, которые фокусируют свою энергию в крошечную линзу, содержащую желтый фосфорный газ – это вещество создает очень яркий белый свет при контакте с лазерными лучами, и затем этот свет отражается в сторону передней части фары. Таким образом, мы смотрим на свет, создаваемый фосфором, а не самим лазером, что делает систему пригодной для использования. Если фара будет повреждена или потеряет фокус [3, с. 22], свет просто автоматически выключится.

Благодаря фосфору, температура свечения которого (5.500-6.000 K) довольно близка к естественному дневному свету (6.500 K), свет, создаваемый в этом процессе, может быть в 1000 раз ярче светодиодов при использовании около двух третей (или даже половины) мощности. Лазерный луч в десять раз сильнее по сравнению с галогенным, а также ксеноном и светодиодами. Протяженность лазерного луча достигает отметки в 600 метров, при том, что обычного дальнего света хватает только на 200-300 метров, а ближнего на 60–85 метров. Лазерные фары не слепят так, как ксенон, поскольку луч света направлен строго в ту точку, которая должна освещаться [4, с. 51].

В случае попадания в область освещения живого существа, например, человека, часть диодов тут же отключится и подсветит всё, кроме той области, в которой находится живой объект (рис. 3).

Рис. 3. Устройство лазерной фары

Фары имеют на 30% меньшее энергопотребление нежели классические аналоги. Лазерные фары являются самыми компактными из всех существующих на сегодняшний день. Площадь светоизлучения лазерного диода в сто раз меньше по сравнению с обычным светодиодом, в этой связи при одинаковой светоотдаче лазерная фара требует отражателя размером всего 30 мм в диаметре (для сравнения у ксенона – 70 мм, у галогеновых – 120 мм). Такие способности лазерных фар позволили инженерам существенно уменьшить размер фар, увеличив при этом эффективность освещения [5, с. 51].

Таким образом, вышеописанные разработки способствуют повышению безопасности движения и повышению качества вождения автомобиля ночью, причём с меньшими энергозатратами, чем прежде.

Текст статьи
  1. Дуганова, Е. В. Обзор программного обеспечения для управления автосервисом / Е. В. Дуганова. // Новые материалы и технологии в машиностроении: сб. ст. / сост. П. С. Однокозов – Белгород, 2018. – № 27 С. 63-66.
  2. Мазалов, В. В. Оптика в современном автомобиле. / В. В. Мазалов. – Москва: Лань, 2017. – 448 с.
  3. Гузовский, А. А. Свет и тень. России светят новые матричные фары / А. А. Гузовский. // За рулем. – 2017. – № 3(1041). – С. 22-23.
  4. Автомобильные фары будущего: сайт. – URL: http://www.1gai.ru (дата обращения: 10.12.2019).
  5. Лазерные фары: современные автомобильные технологии и перспективы сайт. – URL: https://www.drive2.ru (дата обращения: 10.12.2019).
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 24 июля по 30 июля
Осталось 4 дня до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
03 августа
Загрузка в eLibrary
03 августа
Рассылка печатных экземпляров
11 августа