(до этого — Лада 2109 и Toyota Corona)
Колпашево, Россия

Что полезно знать о фарах и оптике
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%.
Прожекторные. 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 прожекторных 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 прожекторного 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".
Поскольку предписано "резкое отсечение", экран находится в фокальной точке отражателя, позволяя поддерживать максимальные яркость и контраст луча вблизи самой границы светотени. Частично свет, поглощаемый экраном, переходит в тепло, а отраженный — способен создавать паразитные ореолы. Однако в целом, по сравнению с обычными фарами, линзованные системы обеспечивают более "жесткий" светотеневой горизонт, и соответственно, более адекватно (в серийных условиях) удовлетворяют требованиям европейских дорожных нормативов.
О настройке линзовых систем
Из предыдущего ясно, что линзовые приборы требовательнее к точности и настройке. Но, если фары серийные (в частности, "родные" для автомобиля), можно вполне доверять настройкам изготовителя.
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.
Биксеноновые линзы
Линзы ксенон представляют собой ксеноновый модуль с линзой, который устанавливается непосредственно в фару автомобиля. Би-ксеноновые линзы более равномерно освещают дорогу, по сравнению с рефлекторной оптикой, они обеспечивают предельно четкую "ступеньку" света в дальнем и ближнем режимах с отсутствием паразитных засветок.

Сегодня часто на машинах можно увидеть красивую оптику. Это линзованные фары. Большинство автовладельцев, машины которых не были укомплектованы таким светом, устанавливают линзы самостоятельно. На новых иномарках последних поколений эти фары уже идут с завода. Однако такие комплектации более дорогие. Действительно ли линзы так хороши? Рассмотрим конструкцию, преимущества и недостатки этой оптики и разберемся в законности ее установки.

Зачем нужна такая оптика?

Сегодня линзованные фары устанавливают по небольшому количеству причин, и они не всегда будут установлены на заводе.

Чаще всего такая оптика используется ради тюнинга. Многим автовладельцам нравится то, как выглядят такие фары. Зачастую линзы также оснащены «ангельскими глазками» – светодиодным ободом вокруг линзы. Необходимо отметить, что часто линзами комплектуют и галогенные лампочки.

Вторая причина, по которой люди выбирают линзы – это ксенон. Если производить установку этого света на станциях, сертифицированных для этой услуги, то будет установлена только линзованная фара, и никакая другая. Это делается тоже по ряду причин. Их мы рассмотрим немного позже.

Нередко встречается штатная установка на заводе. В таких автомобилях линзы монтируются еще на этапе сборки. Наверное, все видели такие необычные фары. Среди бюджетных авто сейчас устанавливаются такие линзованные фары на "Солярис" от корейского производителя "Хендай". Выглядит это следующим образом.

С ними машина выглядит гораздо лучше. Автомобили эти предлагаются в дорогих комплектациях. Система представляет собой не просто оптику. Это практически компьютер — фара имеет множество функций и возможностей. Дополнительно она оснащается специальными датчиками.

Что еще хочется сказать: сегодня популярность линзованной оптики продиктована именно специалистами по тюнингу автомобилей. За счет этого света создается внешний вид машины. Также оптику ставят вместе с ксеноновыми лампами.

Оптика с линзами как элемент тюнинга

Автовладельцы, как никто другой, знают, что совершенству нет предела. Именно поэтому каждый человек старается сделать вид своего автомобиля лучшим и уникальным. Линзованные фары выглядят изящнее обыкновенных. Автомобиль с ними выглядит более благородно.

Часто ставятся линзы на машины даже на обычные галогенные лампочки. То есть практической задачи от такой установки и не ждут. Основная функция – только улучшение внешнего вида автомобиля. Хотя линзы позволяют свету галогенной лампы лучше фокусироваться. Пучок становится направленным в необходимый участок.

Еще чаще линзу ставят вместе с так называемыми ангельскими глазками, то есть только ради эстетической стороны. Однако такой свет – это не только элемент дизайна, но и мощное устройство, способное эффективно решать конкретные задачи.

Ксенон

Профессионалы в автомобильном свете уверены, что линзами должен комплектоваться ксенон. Почему? Здесь все достаточно просто – ксеноновая лампа светит значительно ярче. Если устанавливать ее в обыкновенную фару, где имеется обычный отражатель, то поток света не будет сфокусирован в одном месте. Фара беспорядочно светит везде. Такой пучок будет только слепить водителей на встречных автомобилях, а также пешеходов. Какая функция у линзы? Она направляет световой поток в нужную сторону и придает ему необходимый горизонт.

Говоря простыми словами, установленный ксенон в линзованные фары будет светить только на дорожное полотно. Такая оптика не слепит встречных водителей. Пучок направляется в стороны и по горизонту. При этом охват близок к максимальному.

На уровне законодательства необходимо принять решение, что ксеноновые лампы обязательно должны устанавливаться в фары с линзами.

Заводская комплектация

Нужно сказать, что в базовой комплектации получить фару с линзованной оптикой невозможно. Такими изделиями машины оснащают в комплектациях, близких к максимальным. Кроме того, линзы – это далеко не всегда ксенон. Их иногда устанавливают и на обычный галогенный свет. Возьмем, к примеру, бюджетный автомобиль "Дэу Нексия". Здесь такая оптика устанавливается как в базовой GL, так и в максимальной GLE комплектации. Взгляните, как это выглядит снаружи.

И вот казалось бы, какой в этом смысл? А делается это для улучшения фокуса светового пучка. При помощи линз убирают возможность ослепления встречных автовладельцев.

На заводах линза в фару ставится с огромным количеством дополнительного оборудования. Это могут быть датчики, автоматические системы корректировки углов свечения. Часто, когда автомобиль входит в поворот, линза поворачивается на определенный угол и освещает мертвую зону. Это уже не баловство ради внешнего вида, а безопасность. Но такая линзованная фара достаточно дорогая. Поэтому и встретить такую оптику можно только в автомобилях премиум-класса.

Как это работает?

Давайте рассмотрим, как работает линзованная фара. Если разбираться в устройстве, то система представляет собой отдельный блок. Это непосредственно фара, отражатель, а также лампа. Линза фокусирует световой пучок на дорожное полотно. Это и есть ее главная функция.

Чтобы резать свет по вертикали, используются специальные магнитные шторки или же применяется система автоматической регулировки. Если по дороге движется встречный транспорт, то пучок опустится вниз до безопасного угла.

Большинство современных автомобилей комплектуются фарами одного из трех видов. Так, различают параболические, прожекторные и оптику с FF-дефлекторами.

Первый вид – это базовый. Он представляет собой источник света и отражающую параболу. Лампочка установлена по центру конструкции. Расширение и рассеивание свечения обуславливается применением параболы.

Второй тип – это параболическая фара. Это не родственники рефлекторной оптики, однако тип отражателя здесь другой. В данном случае рефлектор имеет эллипсную форму. Данный подход позволяет создавать два потока света, которые собираются в единый при помощи линзы.

Третий тип линзованной оптики оснащается отражателями произвольных форм и имеет много секций. Каждая из них производит отдельный световой поток. Затем все потоки соберутся в общий мощный пучок. Эта фара, а также прожекторная отличаются высоким КПД, который может доходить до 50%. При этом первая фара имеет всего 25-27%.

Устройство

Линза необходима для усиления потока света, который формируется на небольшой площади отражателя. Фара состоит из экрана или шторки, корпуса, линзы и овального отражателя. Таким образом устроен обыкновенный проектор.

Преимущества и недостатки

Как видно, установка линзованных фар позволяет решить массу самых различных задач, будь то улучшение внешнего вида, коррекция характеристик света или просто создание нормального свечения.

Среди плюсов установки линз можно выделить красивый дизайн, возможность улучшения таким образом характеристик фар, функциональность. Но есть и недостатки, причем вполне существенные. Так, если припомнить ситуацию с ксеноновыми вариантами, то линзованная фара, которая устанавливалась кустарно, не имеет разрешения. Необходимо понимать это, прежде чем приобретать и устанавливать такой свет. При желании можно посмотреть модельный ряд – если в максимальных комплектациях вашего авто линзы есть, то можно попробовать поставить их на свою машину. Например, в максимальных комплектациях “Киа” линзованные фары имеются.

После того как оптика установлена, необходимо обязательно настроить свет. Если не сделать этого, то освещение дороги только ухудшится. Также для монтажа линзы придется разбирать лампу. Эта операция подразумевает демонтаж стекла. Есть риск сломать его или просто негерметично вклеить.

Стоит тщательно подумать, прежде чем устанавливать такие системы. Но если фары ксеноновые, то линза там обязательна.

Линзы и закон

Как и прочие нелегальные внесения изменений в конструкцию оптики, линзы, установленные кустарным способом, – незаконны. Такую оптику могут обязать демонтировать инспектора ГИБДД. Особенно если устанавливается на отечественные автомобили фара линзованная. ВАЗ с такой оптикой просто не может пройти техосмотр.

Чтобы все было законно, необходимо обращаться только в сервисы, имеющие соответствующие сертификаты. Иногда установка требует даже полной замены фары. Чаще необходимы разрешительные документы от ГИБДД, чтобы внести в конструкцию автомобиля изменения.

Но несмотря на это, линзованные противотуманные фары и головная оптика все-таки устанавливаются в штатные световые приборы. Причем как в гаражах, так и на многочисленных СТО.

Чем «ксенон» отличается от «галогенок»? И почему светодиоды не отправили на свалку истории лампы накаливания и газоразрядную оптику? И что общего между лампами Philips и зубной пастой? Линзованные фары — в чем их преимущество? Ответ на эти и другие вопросы вы найдете в нашем материале.

Как появились автомобильные фары? На первых машинах использовались примитивные фонари с восковыми свечами или керосиновыми горелками внутри, заимствованные от конных экипажей. Естественно, такие «коптилки» должным образом не освещали дорогу, а потому инженерам пришлось подыскивать примитивным фонарям более эффективную замену, коей оказалось ацетиленовое освещение: на долгое время неизменным спутником автомобилистов стала пара бочонков, один — с карбидом кальция, второй — с обычной водой. Перед ночной поездкой «шофэр» (как называли тогда водителей) устанавливал бочонки на автомобиль, открывал краником подачу воды, а последняя, попадая на карбид, способствовала выработке ацетилена — газа, который при горении дает достаточно мощный световой поток. Правда, через несколько часов бочонки приходилось перезаряжать, а фару, состоящую из зеркального отражателя и линзы, чистить от копоти.

Но почему нельзя было использовать лампы накаливания, которые появились даже раньше самого автомобиля? В 1899 году французская фирма Bassee & Michel попыталась объединить автомобильную фару и лампу накаливания, но конструкция получилась неудачной — лампы с угольной нитью на неровных дорогах быстро приходили в негодность, а большой расход энергии требовал громоздких аккумуляторных батарей, поскольку генераторы на машины тогда не ставили. И только повсеместное появление генераторов, а также начало выпуска нового типа лампочек с вольфрамовыми нитями «перевели» автомобильный транспорт на электрическое освещение. Вот только «электросвет» оказался. слишком ярким! Чтобы не слепить встречных водителей, пришлось придумывать дополнительные задвижки и шторки, уменьшать яркость лампочек, затем появилась двухнитевая лампа (с отдельными нитями для ближнего и дальнего света). В 1955 году, наконец, внедрили асимметричное освещение — когда фара со стороны пассажира светит дальше водительской.

Сейчас в фарах используются три источника света: лампы галогенные и газоразрядные, а также светодиоды. Про лазеры и прочую экзотику говорить рановато — до серийных автомобилей новомодные разработки дойдут нескоро. Тем более, что отказываться от «нелинзованной» фары, куда можно установить хоть «ксенон», хоть «галоген», хоть светодиоды, инженеры не собираются. Конструкция данного устройства доведена до совершенства: свет от лампы попадает на отражатель из металла, а затем проходит через рассеиватель — наружное стекло, состоящее из множества линз. Причем, когда появился новый пластик, не дающий усадки при формовке деталей, инженеры создали отражатель со «свободной поверхностью», который состоит из множества сегментов (каждый направляет поток света на определенную точку). Это позволило заменить тяжелое стекло легким пластиком и отказаться от рассеивателя.

Фара «линзованная» или линзы под ксенон (которую правильно называть светотехникой проекторного типа) устроена другим образом: свет от лампы попадает на отражатель, а затем направляется на специальный экранчик и собирающую линзу, которые формируют пучок света. И хотя сейчас «линзы под ксенон» можно увидеть на многих машинах, поскольку они известны компактностью и точной организацией светового потока, инженерам-светотехникам поначалу пришлось решать проблему перегрева и избавляться от слишком резкой светотеневой границы — оказалось, что глаз человека слишком быстро устает от четкой границы между светом и тенью. На «галогенках» проблему решили дифракционными кольцами (проще говоря, рисками на линзе), а на «линзе под ксенон» — установкой автоматического корректора, наличие которого в России и в Европе для газоразрядной светотехники обязательно.

Вот, собственно, мы и добрались до самого главного. Чем принципиально отличаются «ксенон», «галоген», линзы под ксенон и диоды? Галогенная лампа состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой размещены электроды и нить накаливания из вольфрама, а также закачана газовая смесь, необходимая, чтобы «ловить» испаряющийся вольфрам и регенерировать нить (именно поэтому «галогенка» компактнее и долговечнее обычной лампочки). Газоразрядная оптика (чаще именуемая «ксеноном») нити накаливания не имеет: внутри такой лампы светится не раскаленная нить, а электрическая дуга, возникающая между электродами, оттого величина светового потока ксеноновой лампы гораздо больше, 3200 против 1500 лм «галогенки»! Вот поэтому европейские эксперты постановили, что таким фарам необходим автоматический корректор и омыватель. И ограничили цветовую температуру лампы.

Но если «ксенон» и «галоген» — это лампы, то светодиод — полупроводниковый прибор, который вырабатывает свет при прохождении тока. Полупроводник срабатывает быстрее традиционной лампочки, потребляет меньше энергии, отличается фактически неограниченным сроком службы и минимальными размерами. Но пока диодам поручают только второстепенные задачи (на основе светодиодных технологий делают стоп-сигналы, габаритные и дневные ходовые огни), хотя совсем недавно инженеры и дизайнеры прочили полупроводникам большое будущее. Все надеялись, что крохотный источник света обеспечит свободу компоновки и позволит избавиться от громоздких фар. Однако на примере Audi R8 и Nissan Leaf хорошо видно — существующая диодная оптика по размерам не отличается от газоразрядной.

Так почему светодиоды не вытеснили «ксенон» и примитивные «галогенки»? Оказалось, что полупроводниковая оптика имеет множество недостатков. Пока даже лучшие светодиоды не способны по светоотдаче догнать «ксенон» и остаются на уровне хороших «галогенок», что требует обязательного применения отражателя. Также диодные фары требуют отдельной системы охлаждения (инженеры даже пробовали охлаждать фары антифризом) и отличаются необычайной дороговизной: одна фара стоит примерно 1300 евро. Естественно, инженеры развивают данное направление, но до массового перехода автомобильного освещения на светодиоды далеко, поэтому ближайшее будущее остается за «ксеноновой» оптикой, которая становится компактнее и совершеннее, по энергопотреблению догоняя диодную.

Но и списывать «галогенки» на свалку истории рановато! Как считают инженеры компании Philips, современная галогенная лампа может светить на уровне газоразрядной. Чтобы этого добиться, необходимо заменить тугоплавкое стекло колбы кварцевым, во-вторых, стекло подвергнуть оптической полировке, в-третьих, нанести на колбу колпачок из палладия. И, наконец, применить новую смесь газов, куда входит ксенон, чтобы повысить температуру нити и приблизиться к спектру солнечного свечения. На выходе получается пусть дорогая, но уникальная лампочка: её световой поток на 100% мощнее обычной галогенной лампы, а срок службы — вдвое больше. Причем на лабораторной установке мы наглядно убедились, что «галогенка» Philips X-treme Vision по светосиле действительно догоняет «ксенон».

Так выглядит одна из многочисленных лабораторий компании Philips, в которых создается автомобильная оптика будущего. На одной стене установлен экран, имитирующий дорогу, на котором нанесены ключевые точки (в них измеряется освещенность), на другой установлены разнообразные фары. Соответственно, инженер имеет возможность оценить как конкретную фару, так и характеристики источника света.

Кроме лекции об автомобильном освещении, на заводе Philips мы увидели и реальное производство, на котором выпускаются лампы. И это бесчеловечно! В том смысле, что присутствие человека при выпуске «галогенок» и «ксенона» минимизировано — кругом трудятся современные роботы, обеспечивающие фактически стопроцентное отсутствие брака. Но, кроме фактически полной автоматизации, удивило и другое: зачем нужен составной цоколь и дополнительная производственная операция, чтобы выровнять нить накаливания относительно цоколя? Оказывается, данный процесс является ключевым, иначе готовая лампочка будет светить «неправильно» — слепить встречных водителей или, напротив, подсвечивать небо. Поэтому взаимное расположение «ниточки» и «основания» проверяется компьютером, а часть продукции осматривают люди.

«Ксенон» производят похожим «бесчеловечным» образом: вот робот подхватывает стеклянную трубочку, вот вставил нижний электрод, а дальше начинается такая круговерть, что только успевай следить! Трубочку заполнили составом солей и вставили верхний электрод, закачали охлажденный до −190ºС ксенон и запаяли колбочку, одели металлическую юбочку и обрезали излишки стекла, проверили горелку — готово? Нет, чтобы газоразрядные лампы светили одинаково, их нужно отжечь — включить и несколько часов дожидаться, пока цветовая температура достигнет нужной величины. Вот теперь готово! Осталось только выяснить, какая связь между лампами Philips и зубной пастой. Всё просто: бракованные стеклянные трубочки для колб не выбрасываются на свалку, а перемалываются в абразивный порошок. Из которого затем делают отбеливающие пасты для стоматологических кабинетов.