Лазерные фары от Audi и BMW

Устройство и принцип работы лазерных фар

Высокие технологии в автомобилестроении внедряются постоянно. Автомобильная светотехника также не стоит на месте. На смену светодиодным, ксеноновым и биксеноновым источникам света пришли лазерные фары. Не многие автопроизводители могут похвастаться подобными технологиями, но уже ясно, что это будущее автомобильного освещения.

Что такое лазерные фары

Впервые новая технология была представлена в концепте BMW i8 в 2011 году. Уже через несколько лет в 2014 году модель пошла в серийное производство. Это был тот случай, когда прототип стал полноценным серийным суперкаром.

Лазерные фары

Разработкой вместе с производителями занимаются и ведущие компании в производстве автомобильного освещения: Bosch, Philips, Hella, Valeo и Osram.

Это сложная система с электронной начинкой, создающая мощный лазерный луч. Система включается на скорости свыше 60 км/ч, когда автомобиль двигается вне городской черты. В городе работает обычное освещение.

Как устроены лазерные фары

Свет лазерных фар принципиально отличается от дневного или любого другого искусственного источника. Получаемый луч когерентный и монохромный. Это значит, что он имеет постоянную длину волны и одинаковую разность фаз. В чистом виде он представляет собой точечный пучок света, который в 1 000 раз интенсивнее диодного света. Лазерный луч дает поток света мощностью в 170 люменов, против 100 люменов от светодиодов.

Разница в световых потоках

Изначально луч имеет голубой цвет. Чтобы получить яркий белый свет, он проходит через специальное люминофорное покрытие. Оно рассеивает направленный лазерный пучок, образуя мощный световой поток.

Лазерные источники света не только мощнее, но и вдвое экономичнее светодиодных. А сами фары намного меньше и компактнее привычных конструкций.

Если брать во внимание технологию BMW, то в качестве флуоресцентного рассеивающего материала выступает кубический элемент, заполненный желтым фосфором. Голубой луч проходит через элемент и получается яркое излучение белого света. Желтый фосфор образует свет с температурой 5 500 К, что максимально приближено к привычному для нас дневному свету. Такое освещение не напрягает глаза. Специальный отражатель концентрирует до 99,95% светового потока в нужном месте перед автомобилем.

Дальний свет «бьет» до 600 метров. Другие же варианты ксеноновых, диодных или галогенных фар показывают дальность не больше 300 метров, а в среднем и вовсе 200 метров.

Мы часто связываем лазер с чем-то ослепительным и ярким. Может показаться, что такое освещение будет ослеплять людей и движущиеся навстречу автомобили. Это совсем не так. Испускаемый поток не ослепляет других водителей. Кроме того, такое освещение можно назвать «умным» светом. Лазерная фара анализирует дорожную ситуацию, подсвечивая только те области, которые необходимы. Разработчики уверены, что в недалеком будущем светотехника автомобиля будет распознавать препятствия (например, диких животных) и предупреждать водителя или брать управление тормозной системой под свой контроль.

Лазерные фары разных производителей

На сегодняшний день данную технологию активно внедряют два автогиганта: BMW и AUDI.

В BMW i8 две фары, каждая из которых имеет по три лазерных элемента. Пучок проходит через элемент с желтым фосфором и систему отражателей. На дорогу свет попадает в рассеянном виде.

Лазерные фары BMW

Каждая лазерная фара от Audi имеет по четыре лазерных элемента с диаметром сечения 300 микрометров. Длина волны каждого диода составляет 450 нм. Глубина исходящего дальнего света порядка 500 метров.

Преимущества и недостатки

• мощный свет, который не напрягает глаза и не вызывает их усталости;
• интенсивность освещения намного сильнее, чем, например, светодиодного или галогенового. Длина – до 600 метров;
• не ослепляет встречных водителей, подсвечивая только ту область, которую нужно;
• потребляют в два раза меньше энергии;
• компактный размер.

Среди минусов можно назвать только один — высокая стоимость. А к стоимости самой фары стоит еще добавить периодическое обслуживание и настройку.

Фары ближайшего будущего: ксенон, светодиоды или лазер

В нашей прошлой публикации мы проследили долгий путь автомобильного освещения от керосинок и ярких карбидных фонарей до привычных нам галогенных ламп с рассеивателями.

Но уже в 90-е годы стало понятно, куда двигаться дальше. А двигаться можно было в сторону снижения энергозатрат и повышения яркости. Ведь даже линзованная оптика с обычными лампами накаливания уже не отвечала современным требованиям. И тогда на борьбу с темнотой выдвинулись газоразрядные источники света, давно используемые в стационарном освещении.

Ксенон: мощно, сложно и дорого

В народе за такими фарами прочно закрепилось название “ксенон”, хотя к ксеноновым дугоразрядным лампам, как это ни странно звучит, они отношения не имеют. Огромные мощности и удачный спектр при плохом КПД у дугоразрадных ламп оказались не нужны, а то, что мы привыкли называть “ксеноном” на самом деле является металлогалогенной лампой, внутри которой горит смесь газов. В ней иногда используется газ ксенон как один из ингредиентов, но зачастую обходятся и без него.

Эффективность такого решения более чем достаточная — 80–100 люменов на каждый ватт мощности, а спектр излучаемого света оказался одним из лучших и наиболее естественных. Для сравнения: обычная “галогенка” дает 13-15 люменов на ватт, газонаполненная — около 10, а обычная вакуумная — около 8.

Никакие другие типы газоразрядных ламп не смогли составить им конкуренции, даже натриевые лампы с отдачей до 200 люменов на ватт не прошли строгий отбор из-за ограниченного светового спектра. Их желтый свет мог не отражаться от некоторых поверхностей, и такие предметы казались бы темными, а с безопасностью на дороге не шутят.

Основных сложностей при внедрении газоразрядных ламп было две. Во-первых, для того чтобы зажечь дугу внутри колбы, требуется напряжение порядка 25–50 тысяч вольт. Во-вторых, внутри колбы светится весь объем газа, и этот свет надо очень четко направлять в нужную сторону.

Вторую проблему отлично решила прожекторая (линзованная) оптика, о кторой речь уже шла выше. Ну а развитие электроники успешно справилось с первой проблемой. В 1991 году компания Hella, кстати, начинавшая еще с выпуска ацетиленовых ламп, начала продавать первые комплекты серийного “ксенона” для машин. Это была очень недешевая опция для BMW 7-й серии в кузове E32.

В отличие от обычных ламп, которые запитаны непосредственно от бортовой электросети, “ксенон” питается через так называемый балласт или же блок розжига.

Как мы уже говорили, при старте газоразрядной нужен импульс напряжения в 25 тысяч вольт и выше, а после запуска необходимо точно выдерживать ток. Просто удержание напряжения бесполезно — лампа сильно меняет сопротивление с прогревом. Так что блок розжига — очень сложная и дорогая часть лампы, на нем лежит ответственность и за ее быстрый “поджиг”, и за ее долговечность ( при колебаниях тока выгорают электроды внутри колбы, и лампа идет под замену).

Как мы уже говорили, газоразрядные (то есть “ксеноновые”) фары очень эффективны и выдают 80–100 люменов на ватт. При стандартном 35-ваттном энергопотреблении такая лампа дает очень много света. Кроме того, она греется очень слабо и не имеет хрупкой нити накаливания, а значит, срок ее службы выше и она не боится вибраций.

Самые высокие значения КПД относятся к источникам очень “холодного” света со световой температурой выше 5 500 кельвинов — это характерное голубоватое свечение. Лампы с более комфортной для глаза световой температурой в 3 500 или 2 700 кельвинов имеют меньший КПД, но все равно между ними и обычными лампами накаливания пропасть в эффективности и мощности светового потока.

Обратная сторона всех этих плюсов — высокая стоимость оборудования, которую производителям пока не удалось “победить”. Например, оригинальный блок розжига для Volvo S80 II обойдется в 14–17 тысяч, а для Volkswagen Passat B6 — в 17–18 тысяч. Причем более дешевые аналоги существуют далеко не всегда.

Не стоит забывать и про обязательный гидрокорректор уровня фар, который автоматически меняет “угол атаки” фар в зависимости от наклона кузова, чтобы не слепить встречных автомобилистов, проезжая неровности. А также про омыватель фар, без которого “ксенон” использовать нельзя, так как сквозь грязь сильные лучи “газоразрядного” света некорректно преломляются и светят в разные стороны. Все это не позволяет технологии стать массовой. На дешевые автомобили по-прежнему ставят обычные “галогенки”.

Лазерные фары: принцип работы и достоинства с недостатками

Для интересующихся развитием современных автомобильных технологий лазерные фары, принцип работы которых основан на люминофорном свечении, уже не являются диковинкой. Более того, уже стала известной так называемая адаптивная оптика на базе этой разработки. Как же устроены лазерные фары будущего, по какому принципу они работают, сколько стоят, и за что потребитель платит такие деньги – кратко и доступно рассказано в этом материале.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРНОЙ ФАРЫ

На момент написания статьи устройство лазерной фары еще не претерпело никаких принципиальных изменений, отличающих конструкцию от концептуальной. Как и в прототипе, основой серийно выпускающейся оптики является не лазер, давший название технологии, а люминофорная пластина. Этот материал обладает способностью излучать мощный пучок белого света с волнами одинаковой длины и амплитуды. Именно эту деталь можно увидеть при визуальном осмотре автомобильной фары.

А где же лазер? Разве не он должен светить в лазерной фаре? Нет. В данной разработке лазер выступает только лишь в качестве источника энергии. Сам узел состоит из набора лазеров, излучающаяся энергия из которых через систему зеркал фокусируется и попадает на ту самую люминофорную пластину. Она и является непосредственным источником света, использующегося для освещения дорожной обстановки.

«ПАРУ СЛОВ» ОБ АДАПТИВНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ФАРАХ

Более интересной конструкцией являются не просто лазерные фары, а так называемая адаптивная оптика на их основе. Эта технология по максимуму использует весь потенциал, заложенный в мощном источнике света. Рассмотрим основные моменты, как она работает, и чем может порадовать своего владельца.

• Во-первых, такие фары никогда не слепят водителей движущегося вам на встречу транспорта. При этом, все работает в автоматическом режиме. Фара сама «решает», когда освещать встречную полосу, а когда нет. То есть оптика постоянно контролирует дорожную обстановку, и как только в «поле ее зрения» появляется свет встречного автомобиля, электроника делает все, чтобы не заслепить его водителя.

В этом плане фара имеет три режима работы. Первый режим включается тогда, когда встречный автомобиль только попадает в освещаемую в данный момент зону. Электроника в этот момент уводит световой пучок левой фары в левую сторону. В результате водитель продолжает видеть ситуацию на встречной обочине, а едущий на встречу автомобиль остается, как бы, в тени.

Второй режим работы – полное отключение дальнего света. Происходит в момент, когда встречная машина приближается на такое расстояние, когда простого хода светового пучка в сторону недостаточно. После разъезда фара опять включается, и продолжает освещать дорожную обстановку на расстояние в полкилометра, сканируя эту зону на предмет наличия встречного потока.

Третий режим активируется тогда, когда встречный транспорт идет непрерывным потоком. В такой ситуации электроника полностью прекращает освещать данный участок ровно до того момента, пока встречная полоса опять не опустеет.

• Во-вторых, адаптивная лазерная оптика «заботится» не только о водителях встречного транспорта, но и попутного. Если в «поле зрения» таких фар находится попутно движущийся автомобиль, в зоне его текущего расположения электроникой образуется теневой тоннель. Остальная же часть дороги полноценно освещается мощным дальним светом. В итоге, благодаря этим режимам, водитель может даже в городском потоке двигаться с включенным дальним светом фар.
• В-третьих, адаптивные лазерные фары уже сегодня способны «видеть» дорожную обстановку в тех зонах, которые в данный момент времени не подсвечиваются. Когда в этих зонах появляется потенциальная опасность, оптика направляет в это место пучок света, благодаря чему у водителя появляется фора в несколько секунд. Примером срабатывания этого режима является ситуация, когда перпендикулярно дороге движется пешеход или велосипедист. В свете обычных фар такое препятствие появится уже непосредственно перед автомобилем, тогда как адаптивная оптика проинформирует о нем водителя намного раньше.

На этом потенциальный функционал лазерной адаптивной оптики не заканчивается. «Умные» фары также могут проецировать прямо на дорожном покрытии световые линии, по которым водитель может ориентироваться при парковке. Сюда стоит отнести и такие способности, как адаптивная подсветка дорожных знаков и разметки, изменение угла освещения при скоростной езде на плавных поворотах дороги и другие функции.

ДОСТОИНСТВА ЛАЗЕРНЫХ ФАР

Плюсов у лазерных автомобильных фар очень много. Из числа наиболее важных и полезных стоит отметить следующие:

• Лазерные фары на максимальных режимах способны освещать дорожную обстановку на расстояние около 600 метров. Для сравнения самые продвинутая светодиодная оптика «теряется» на 300 метрах. Среди автолюбителей уже кочует фраза, что лазерные фары способны светить дальше, чем водитель может видеть.
• Оптика в совокупности с управляющей электроникой потребляет в разы меньше энергии, чем самые экономичные светодиодные лампы.
• Излучаемый лазерными фарами пучок света имеет максимально комфортные параметры для зрения водителя. Это освещение не утомляет и не напрягает глаза.
• Производители лазерной оптики утверждают, что эта технология также порадует своих владельцев надежностью, несравнимой с существовавшими до этого источниками света.
• Световым потоком лазерных фар легко можно управлять при помощи электроники, благодаря чему становятся доступными описанные выше адаптивные режимы работы головного освещения.

Впечатляет, не так ли? Но не все так сладко и радужно.

СКОЛЬКО СТОЯТ ЛАЗЕРНЫЕ ФАРЫ?

Как и любая другая новинка в автомобильной сфере, лазерная технология освещения на заре своего развития стоит немалых денег. По этой причине такие фары пока что доступны только на последних моделях от именитых немецких концернов – BMW и AUDI. Причем идет лазерная оптика далеко не в базовой комплектации, а в качестве дополнительной опции, которая стоит, как хороший народный автомобиль в немного подержанном состоянии.

Для наглядного примера можно посмотреть на официальные цифры той же компании BMW. На сегодняшний день только одна лазерная фара для их модели Х7 обойдется без установки примерно в 5500 долларов. Сюда стоит также прибавить плату за установку и настройку оптики, так как эти операции пока что доступны только на сервисах у официального дилера. Там говорят, что за такую работу берут 100-120 долларов.

Однако любителям современных технологий не стоит расстраиваться. Достаточно только вспомнить ажиотаж, который несколько лет назад был вокруг ксенонового света и светодиодов. Тоже было неслыханно дорого и доступно только для тех, кто покупает авто за миллионы. А сегодня эти чудеса технологий буквально мешками продаются за вполне вменяемые деньги. Поверьте – то же самое будет и с лазерными фарами.

Видео – как работают лазерные фары

ИТОГИ

Несмотря на то, что лазерные фары по стоимости соответствуют сегодня целому автомобилю (хоть и б/у), за этой технологией будущее. Благодаря экономичности, способности повышать безопасность дорожного движения и адаптироваться под обстановку такое освещение очень быстро пойдет в массы, и будет устанавливаться на автомобили не только премиум класса. Поговаривают, что китайцы не дремлют, и уже сегодня предлагают нечто похожее. А прошло всего лишь пару лет с того момента, как эта новинка появилась в виде прототипа.