Автомобильные фары: история создания

История

Не думаю, что вопрос о том, откуда в автомобиле появились фары, смутит вас или заставит долго думать над ответом. Конечно, из мира карет! Правда, изначально фары в каретах обозначали положение экипажа на дороге, ну и еще освещали окрестности — сама дорога не была в приоритете. Да и к чему это? Ночные поездки в те времена были редкостью, все-таки это было чересчур опасно.

Лампы

Одновременно с тем, как автомобили начали ехать быстрее, появилась и потребность в новых источниках света. Тут технологии пришли из мира кораблей и паровозов, ведь те уже были оснащены отражателями в фонарях и даже линзах. Если говорить о газовых лампах, то нужен был большой баллон с газом, которого хватало максимум на час, а электрические лампочки, привычные нам, требовали мощного источника тока. Даже системы зажигания на первых машинах были основаны на магнитах — свободной электроэнергии не было на борту, а аккумуляторов не хватало даже на электромобилях. Последние тоже довольствовались керосиновым или газовым освещением.

Лампа газовая

Решение предложил Луи Блерио в 1896 году, запатентовав ацетиленовую лампу и генератор. Прелесть этого решения была в том, что горючий газ ацетилен вырабатывался прямо на машине при соединении карбида кальция и воды. Без воды карбид был почти безопасен, а объем производимого газа легко регулировался поступлением воды в генератор.

Пламя ацетиленовой горелки оказалось очень мощным, ярким и довольно «чистым» — копоти почти не было, что позволяло использовать различные оптические элементы в компактной фаре. А объем готового ацетилена, весьма опасного газа, склонного к детонации и самовозгоранию, оказывался невелик. К тому же, ацетиленовый генератор можно было расположить подальше от фар, которые часто повреждались.

Карбид в фарах позволял несколько часов работать без перерыва, а зеркало можно было чистить раз в сутки. Это было очень удобно в то время, ведь регламентные работы по фарам можно было привязывать по времени к обслуживанию двигателя. Самые лучшие карбидные лампы тех времён можно было не обслуживать годами, а свет от ламп был очень мил человеческому глазу, но пришло электричество, и вытеснило газ из автомобилей. Со временем электрические лампы стали жить дольше, а в автомобилях появились генераторы. Это стало окончанием эры карбида в фарах.

Электричество

Электрическое освещение пытались приспособить для машин и паровозов еще с момента изобретения первых вакуумных электрических ламп, например, с конструкции Александра Лодыгина в 1874-м или Томаса Эдисона в 1879-м. Основным достоинством электричества являлись полная безопасность и отсутствие необходимости очищать оптическую систему фонаря.

До изобретения вольфрамовой нити лампы изготавливали с угольной нитью или с платиновой, но первые были не очень долговечными, а вторые — очень уж дорогими. Первые патенты на использование вольфрамовой нити получил, опять же, Лодыгин. Уже в 1906 году он продал разработку корпорации General Electric, которая смогла значительно удешевить производство вольфрамовой нити, и в 1910-м запустить лампы в серийное производство.

Пускай КПД первых ламп был ничтожным и составлял около 3%, это, безусловно, можно было считать прорывной технологией. Электричество стали применять для освещения приборной панели и салона, для работы прикуривателей сигар, зажигания и для стартера. В прошлое начали уходить рычаги и долгий процесс проворачивания коленчатого вала вручную в холодную погоду. Можно сказать, что именно отсюда началось победоносное шествие автомобилей с ДВС по пантеону технологии от простых колясок с двигателем к современным роскошным автомобилям.

Уже к 1915 году электрификация автомобилей была повсеместной, а аккумулятор и генератор, которые стали последствием этих первых электрических фар, стали необходимыми опциями. К этому моменту дорогу освещали только электричеством, эксперементируя только с технологией наполнения ламп. Сперва были лампы накаливания, потом начали заполнять колбу ацетиленом. Изначально внутри лампы был вакуум, а потом туда догадались закачивать газ — аргон, а позже и пару галогенов (брома или иода). Это позволило продлить лампам жизнь, существенно увеличить температуру накаливания нити, а, следовательно, и силу света.

Конструкторы ламп боролись не за увеличение мощности, а за удобство. В первую очередь стандартизировали цоколи ламп, сформировали лучи для скрытого освещения и постарались сделать так, чтобы они не слепили наблюдающих. Этими задачами занимались военные конструкторы, ведь в Европе тогда уже шла первая мировая война.

Разделение пучков

Постепенно в обиход автомобилиста пришли такие понятия как ближний и дальний свет фар. Дальний освещал дорогу на пределе пучка, а ближний – только ограниченный участок без ослепления встречного движения. Правда и тут не обходилось без конфузов. Правила использования ближнего и дальнего света были прописаны в правилах дорожного движения, а вскоре и в законах. В европейских странах еще в 1957-м были приняты директивы ЕЭК (Economic Commission of Europe) по формированию асимметричного светового пучка, и с тех пор свет европейских машин значительно отличается от американских и японских.

В Японии фары тоже светят асимметрично, но движение в стране левостороннее, а значит, и световой поток распределяется иначе, чем у европейцев. На американском же континенте автомобильная промышленность на долгие годы оказалась в плену странных законов, которые в разные годы предписывали использовать только круглые фары, запрещали блок-фары (вы, наверное, еще помните Volvo и Mercedes-Benz с характерной странной оптикой и большими бамперами, которые приезжали к нам из США) и обязывали использовать только симметричное распределение света.

Рассеиватели

Первой технологией, получившей массовое распространение для получения пучка света заданной формы, стали параболический рефлектор и рассеиватель с призматическими линзами. Эта технология знакома многим, ее использовали на машинах вплоть до конца 90-х годов, например, на знакомым всем «Жигулях» и «Волгах».

Световой поток в этом случае отражается от рефлектора, задачей которого является как можно более полное отражение светового потока, и попадает на стекло фары, которое состоит из множества вертикальных собирающих линз и призматических элементов, отвечающих за распределение света по дальности и направляющих свет на дорожное полотно. Конструкция позволяла использовать стекла сложной формы и с большим наклоном, но КПД такой конструкции оказался невысоким. Не более 40% светового потока использовалось по назначению, а по методике компании Hella — и вовсе 27%.

Следующим шагом на пути к улучшению освещения стало использование фар головного света с рефлектором свободной формы. Технологию часто называют FF — от английского Free Form. В этом случае отражатель имеет намного более сложную форму, а стекло можно использовать плоское, без оптических элементов. В настоящее время эта технология — одна из наиболее часто используемых в фарах для обычных ламп накаливания. Фары такого типа имеют КПД намного выше — около 67% (45% по методике Hella). Но и это не предел.

В отличие от других технологий, он может работать с объемными источниками света и формировать очень точный световой пучок, который можно направить буквально параллельно дороге, а значит, и снизить степень ослепления водителей даже лучом дальнего света. Интереснее всего то, что такая схема является одной из старейших, ее использовали еще на маяках и кораблях в конце ХIХ века.

Также любопытно, что в России линзованная оптика прочно ассоциируется именно с газоразрядными лампами (о них речь ниже), хотя были автомобили и с галогенными фарами, свет которых рассеивался линзами. Но к середине 90-х стало понятно, что лампы накаливания уже не отвечают современным требованиям по яркости света и экономичности.

Но на эти проблемы уже сейчас готовы отвечать новыми способами освещения дороги. Современные производители «обкатывают» лазерные фары, светодиодную оптику и активно увеличивают как ресурсы, так и способы сделать ночные поездки безопасными. Но об этом пока рано рассказывать, ведь готового массового решения на данный момент нет, и подобные фары остаются уделом достаточно дорогих автомобилей, а мы всё ещё меняем ксеноновую или газоразрядную лампу на новую, и продолжаем движение в темноте наших дорог, некоторые из которых до сих пор не знакомы с освещением.

Всем хороших лампочек и чистых отражателей.