Ликбез и FAQ по автосвету / Електрика

Данный материал предназначен для начинающих, по этому изложение предельно упрощено и схематизировано. Основная задача – дать минимальное общее представление по теме и развеять некоторые базовые мифы, чтобы освободить раздел от повторения одного и того же. Интересующиеся смогут самостоятельно углубить свои познания здесь или на специализированных ресурсах.

Назначение автосвета. Рассмотрим только основные, не включая спецсигналы и особые виды осветительных приборов, а также внутреннюю подсветку салона и приборов.

1. Освещение дороги, головной свет. Сюда попадают источники ближнего и дальнего света, противотуманные фары, также сюда же можно отнести фонарь заднего хода.
2. Сигнальные огни – указатели поворотов, стоп-сигналы.
3. Габаритные огни – передние, боковые и задние источники света, обозначающие автомобиль в темноте. Дневной свет (DRL) по сути является габаритным огнем, но иногда технически оказывается ближе к головному свету.
Некоторые источники света могут комбинироваться, например задний габарит и стоп-сигнал нередко выполнены одной двухнитевой лампой (менее мощная спираль с менее ярким светом работает как габарит, а более мощная, с более ярким – как стоп-сигнал). Реже (как правило, только в американских автомобилях) комбинируется три огня в одном плафоне – габарит, стоп-сигнал и указатель поворота.

Источники света.

1. Лампы накаливания. Самый распространенный на сегодня источник света, используется во всех видах автосвета, кроме головного. Использовались также в качестве головного до появления галогенных ламп.
2. Галогенные лампы – тоже лампы накаливания, но в них, за счет другого состава газа внутри баллона лампы, удается поднять температуру накала спирали и, соответственно, увеличить светоотдачу. По этому такие лампы получили широкое распространение в качестве источника головного света и нередко используются в фонарях заднего хода.
Основные достоинства: дешевизна и широкая распространенность, высокий индекс цветопередачи.
Основные недостатки: низкий КПД, сравнительно малый срок эксплуатации (порядка сотен часов в зависимости от лампы).

3. Ксеноновые лампы (наверное правильнее было бы говорить о ртутно-ксеноновых металлгалогенных, но название уже устоялось и не будем усложнять) – лампы, в которых источником света является электрическая дуга. Первоначально дуга разжигается в инертном газе (ксеноне), а затем, по мере испарения находящихся в колбе ртути и солей, горение дуги идет в основном в парах вышеозначенных веществ. Такие лампы нельзя непосредственно включать в сеть, для них нужны специальные блоки розжига (aka балласты), задача которых поджечь холодную лампу импульсом высокого напряжения и поддерживать стабильный разряд в течение нормальной работы.
Основные достоинства: значительно выше светоотдача, чем у ламп накаливания (35W ксеноновая лампа дает световой поток в среднем в два раза больше, чем 55W галогенная), большой срок эксплуатации (порядка 3000 часов для брендовых ламп), возможность создавать любую цветовую температуру.
Основные недостатки: высокая стоимость (включая обязательные блоки розжига), низкий индекс цветопередачи, длительное (порядка 8~10сек) время включения.

4. Светодиоды. Уже сравнительно широко распространились в качестве габаритных и сигнальных огней, но как источники головного света пока что используются крайне ограниченно из-за трудностей создания отдельных светодиодов значительной (сопоставимой с галогенными или ксеноновыми автолампами) мощности. Маломощные светодиоды для ретрофита (тюнинга, апгрейда) имеют встроенные блоки питания, по этому с точки зрения потребителя можно условно считать, что светодиоды можно включать в бортовую сеть непосредственно.
Основные достоинства: высокая светоотдача, практически мгновенное включение, срок службы в тысячи или десятки тысяч часов.
Основные недостатки: высокая стоимость, низкий индекс цветопередачи, чувствительность к перегреву, отсутствие доступных светодиодов высокой мощности.

Конструкции осветительных приборов.

Большинство габаритных и сигнальных огней имеет рефлектор и плафон (стекло). Рефлектор отражает в сторону плафона свет, который иначе бесполезно терялся бы. Гладкий плафон нужен для защиты рефлектора и, часто, для селекции цвета (например красный или желтый), рассеивающий дополнительно рассеивает свет так, чтобы его было видно в определенном диапазоне углов зрения.

Излучатели головного света обычно имеют одну из трех принципиальных конструкций:
1. Параболический рефлектор со стеклом-линзой. Одна из наиболее старых конструкций фар. Свет от лампы, находящейся в фокусе рефлектора, направляется на линзу сложной формы (aka рифленая), чем достигается правильное формирование светового пучка.
Основные достоинства: простота изготовления рефлектора до появления технологий и материалов для изготовления рефлекторов сложной формы.
Основные недостатки: сравнительно высокие потери света, сложность получения четких светотеневых границ.
2. Рефлектор сложной формы с гладким стеклом, стекло (поликарбонат) необходимо только для герметизации фары и в формировании пучка света участия не принимает. Особая форма рефлектора сама по себе определяет формирование правильного пучка света.
Основные достоинства: возможность изготовления фар различной формы по требованиям дизайна, улучшенное формирование светотеневых границ, меньшие потери света.
Оба варианта, если в одном рефлекторе необходимо получить и ближний, и дальний свет, используют двухнитевую лампу – одна нить в фокусе для правильного ближнего, вторая нить для дальнего. Часто перед лампой устанавливается колпачок, он необходим для правильного освещения лампой поверхности рефлектора, а также для того, чтобы избежать прямой засветки, если лампы не имеют зеркального напыления на конце колбы.
3. Катадиоптрический прожектор (aka линзы, линзованые фары). Состоит из рефлектора сложной, близкой к эллиптической, формы, диафрагмы и гладкой линзы. Распределение света, в общем, формируется рефлектором, от него не требуется точное формирование границ пучка света и по этому он может иметь сравнительно небольшие размеры. Границы пучка определяются диафрагмой. Если предусмотрено, переключение с ближнего на дальний осуществляется механической шторкой, в режиме ближнего отсекающей часть света выше допустимой светотеневой границы. Линза только проектирует сформированный пучок света.
Основные достоинства: возможность получения четкой светотеневой границы, сравнительно малые габариты фары.
Основные недостатки: потери света на диафрагме.

Отдельно добавим пару слов о светодиодных источниках головного света. Обычно они состоят из нескольких мощных светодиодов со своими индивидуальными линзами для фокусировки их света на определенном участке дороги – будучи включенными вместе, они обеспечивают правильное распределение света, а при индивидуальном управлении позволяют менять диаграмму направленности (переключаться в режим дальнего, затемнять зону движения встречного транспорта во избежание ослепления и т.д.).

Назначение некоторых источников головного света. Почему важна правильная регулировка.

Несмотря на кажущуюся очевидность, часто можно видеть неправильное использование головного света. По этому в двух словах что зачем и чего делать не следует.

1. Ближний свет. Используется для освещения дороги в темное время суток (об использовании ближнего света в качестве габаритов говорить не будем). Это значит, что свет должен быть достаточным для безопасного движения с разумной скоростью и не быть помехой встречным и также попутным (не слепить встречных прямо и попутных в зеркала). Достаточным – значит светить достаточно далеко вперед, захватывать какое-то количество обочины и так далее. Правильно сконструированные фары создают сравнительно яркое пятно под верхней светотеневой границей, чтобы дать максимум света на самое дальнее расстояние – освещенность в среднем обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника света и для комфортного освещения ближней зоны хватит меньшего количества света, тогда как основное количество света должно приходиться на самую дальнюю границу. Если фары направлены слишком низко и светотеневая граница оказывается слишком близко, то освещенность дороги заметно возрастает, но одновременно сокращается дистанция видимости. Если фары направлены слишком высоко, то значительная часть света напрасно теряется вдали или уходит над горизонтом (мы говорим о наиболее ярком пятне в диаграмме направленности) и общее освещение дороги становится хуже, чем при правильной регулировке, но при этом еще и происходит ослепление встречных, по этому такой вариант вдвойне неприемлем.
2. Противотуманные фары. Предназначены для движения с малой скоростью в условиях тумана и больше ни для чего. Они не являются ни дополнительным ближним, ни заменой ближнего света. При правильной регулировке светят сравнительно близко, по этому бесполезны при движении с нормальной скоростью. Их задача – светить под туманом, когда ближний свет просто подсвечивает туман и ослепляет водителя; естественно, что скорость движения в таких условиях вполне соответствует малому расстоянию, на которое светят противотуманки.
Распространенные заблуждения. Настроить противотуманки для освещения дороги между ближней границей ближнего света и автомобилем – неосвещенная зона почти не видна водителю и ее подсветка имеет нулевое практическое значение. Настроить противотуманки повыше и включать их вместе с ближним – создается пересвет ближней зоны с ложным ощущением лучшей освещенности, избыточно яркое пятно вблизи автомобиля делает хуже видной наиболее важную зону вдали. Включать противотуманки все время, особенно в дождь – свет, падающий под острым углом, неплохо отражается от асфальта и добавляет свою порцию к ослеплению встречных. По этой причине правилами большинства стран запрещено использовать передние противотуманки в дождь (а задние – вообще всегда, кроме тумана).

Ретрофит, ксенон и вообще тюнинг головного света.

Поскольку света хочется больше, то иногда возникает желание улучшить заводское решение. Обычно идут такими путями:

1. Замена стандартных ламп на нестандартные, более мощные. Бренды как правило не выпускают нестандартные лампы, играя лишь в более-менее пределах допусков, но можно найти и исключения. Световой поток с более мощной лампой увеличится, но срок службы лампы (не всегда, но в большинстве случаев) сократится, да и нагрев будет выше. По-настоящему мощные лампы могут расплавить пластиковые детали в фаре. No-name производители заявляют смелые цифры, обещающие в стопицот раз больше света, но на деле могут оказаться еще менее мощными, чем стандартные лампы, зато иметь нестандартные (т.е. неправильные) габариты, из-за чего фокусировка окажется неправильной и освещенность будет очень плохой из-за неправильного распределения света в пучке, причем светотеневая граница также может разрушится (т.е. ослепление встречных). Отличить визуально такую кривую лампу непросто, т.к. даже незначительная, незаметная кривизна достаточна для катастрофических последствий. Еще один путь покупки доверчивого обывателя – тонированное стекло колбы для якобы ксенонового голубоватого оттенка. Такое стекло фильтрует часть света и светоотдача заметно снижается, тогда как голубоватый оттенок не дает субъективного улучшения освещенности. По этому этот путь ограничен весьма небольшими прибавками среди брендовых ламп и заводит в тупик в случае применения сомнительных ламп неизвестного происхождения с большими обещаниями.
2. Замена стандартных ламп на ксеноновые. Сравнительно простая переделка по тому, что ксеноновые лампы выпускаются и в галогенных цоколях. Для замены двухнитевых ламп есть два варианта: ксенон плюс галоген (на месте нити ближнего света ксеноновая колба, а на мести нити дальнего – отдельная маленькая галогенка или то же самое наоборот) или биксенон – ксеноновая лампа, передвигаемая соленоидом из положения нити ближнего в положение нити дальнего и обратно. Естественно, что применение ламп с приблизительно в два раза большим световым потоком заметно улучшит освещенность. Но есть и недостатки. Дело в том, что дуга ксеноновой лампы не равна по форме (размеру, положению) и распределению светимости нити накала галогенной лампы, под которую спроектирован рефлектор. По этому рефлектор для определенной галогенной лампы принципиально не может правильно фокусировать свет ксеноновой лампы – распределение света нарушается, светотеневая граница разрушается и возникает ослепление встречных. Чем меньше (в среднем) размер рефлектора, тем более катастрофичны результаты такой замены, по этому установка ксеноновых ламп вместо штатных галогенных в противотуманки особо вредна – дополнительная освещенность имеет мало пользы (см. мифы о противотуманках), тогда как вред встречным существенно выше такового от казалось бы более высокорасположенных фар ближнего света.
При установке ксеноновых ламп в линзовые прожекторы, рассчитанные под галогенные лампы, не возникает ситуация ослепления встречных, поскольку формирование светотеневой границы осуществляется способом, не зависящим от источника света. Однако распределение света скорее всего не будет удовлетворительным по все той же причине несоответствия размеров и распределения светимости нити накала и дуги.
3. Установка блоков линзовых прожекторов для ксеноновых ламп. Несколько более сложный способ апгрейда, поскольку требует разборку фары и некоторую переделку, однако единственный, дающий положительные результаты и практически лишенный негативных последствий. Специально рассчитанный под ксеноновую лампу катадиоптрический прожектор представляет собой совершенно независимый блок, который обычно крепится к рефлектору штатной фары, чем обеспечивается сохранение работоспособности штатного электрокорректора. Приемлемого качества прожектор обеспечивает правильное формирование пучка света – четкие светотеневые границы и правильное распределение света, по этому только такой вариант переделки можно рекомендовать. Естественно, что неудовлетворительного качества прожекторы не дадут желаемого улучшения – некоторые, например, имеют слишком узкий луч, совершенно не освещающий обочину, другие имеют неправильное распределение света (встречных не ослепишь, но и себе почти ничего не видно). Выбор прожектора – тема отдельного обсуждения.

О цвете света.

Что такое цветовая температура? Как она связана с температурой лампы во время работы?
Если нагреть что-то (металл нити накала, газ в газоразрядной лампе) до температуры выше пятисот с небольшим градусов, то оно начнет светиться, вначале красным, а с нагревом – постепенно дойдет до голубого. Вот этот тон, от красного до голубого, и есть цветовая температура. Солнце имеет температуру поверхности около шести тысяч градусов и его цветовая температура, соответственно, около шести тысяч градусов. Галогенка, точнее ее спираль, может накалиться до в два раза меньшей температуры и ее слегка желтоватый свет имеет соответственно в два раза более низкую цветовую температуру. А вот в ксеноновой лампе дела обстоят по другому – цвет ее свечения зависит не от температуры дуги, а от состава газовой смеси, изменяя которую можно в широких пределах менять цвета. Таким образом, ксеноновая лампа с цветовой температурой 12000K не будет сколь-нибудь горячее аналогичной лампы с цветовой температурой 3000K.
Какую цветовую температуру выбрать? Разработчики и производители ксенона для штатного оснащения автомобилей проводили исследования на этот счет и, видимо, имеют вескую причину использовать лампы 4000~4500К, а не, например, как будто бы более близкие к солнечному свету 6000К. Кроме того, такие лампы имеют большую светоотдачу, чем любые другие. Пижонские 8000К, 10000К, 12000К и другие аналогичные не дают достаточного освещения дороги и лишь ухудшают видимость.
Что такое индекс цветопередачи? Это характеристика равномерности спектра излучаемого света, упрощенно говоря насколько хорошо при таком свете можно различать цвета освещаемых объектов. Тело накала близко к единице (идеал), например солнечный свет или лампа накаливания. Да, у них разная цветовая температура, но цвета освещаемых ими объектов воспринимаются приблизительно одинаково правильно. Ксеноновая лампа имеет неравномерный спектр и цвета освещаемых ею объектов воспринимаются с заметными искажениями. Светодиоды в среднем имеют еще ниже индекс цветопередачи – это вполне приемлемо для близких к монохроматическому источников красного или оранжевого цветов (габариты, поворотники, стоп-сигналы), но субъективно дискомфортно для головного света.

Светодиоды в габаритах и сигнальных огнях.

Естественно, хочется улучшить или сделать выглядящим более по-современному и весь прочий свет, а именно заменить штатные лампы накаливания на светодиоды, заботливо изготовленные в совместимых цоколях и имеющие встроенные блоки питания, готовые к непосредственному включению в сеть. Но не все так хорошо. Многие светодиоды (единичные или как зерна кукурузы напаянные на платку) дают слишком малый световой поток и замена штатных ламп приведет к заметному ухудшению видимости огней (невидимые передние габариты синеватого оттенка – типичный пример неадекватной замены штатной, сравнительно маломощной лампы на светодиод). Все светодиоды очень сильно отличаются от штатных ламп формой и расположением источника света и штатные рефлекторы не смогут правильно сфокусировать свет, что также является частой причиной неудовлетворительных результатов подобного усовершенствования.

И снова о ксеноне в противотуманках.

Помимо уже указанных причин, по которым использование ксенона в противотуманках (и вообще использование их не по назначению) крайне нежелательно, есть еще причина, по которой использовать их по прямому назначению, в туман, с ксеноном также нежелательно. В спектре ксеноновых ламп слишком много синего. Да, даже в лимонно-желтых лампах 3000К тоже слишком много синего. Синий свет плох в тумане, он легче рассеивается туманом, чем желто-красный участок спектра, по этому существенная доля светового потока даже ламп 3000К теряется напрасно, лишь незаметно ослепляя водителя, тогда как галогенки с казалось бы меньшим световым потоком работают лучше, поскольку у них работает почти весь излучаемый свет и почти нет побочных эффектов.

Мифы про ксенон в рефлекторной оптике и не слепящий галоген.

Есть заводской ксенон в рефлекторах, по этому установка ксенона в рефлектор возможна.
- Здесь подмена понятий. Да, возможно создать такой рефлектор, который сам по себе сможет создать правильное освещение дороги и достаточно хорошую светотеневую границу, пускай это потребует сравнительно больших размеров (что, предположительно, стало одной из причин отказа проектировать такие рефлекторы), такие рефлекторы были созданы и штатно устанавливались на автомобили. Но те рефлекторы, в которые предполагается установка ксенона вместо галогена, под это не расчитаны и правильно работать не смогут.

Я настроил фары и мой ксенон никого не слепит.
- Есть определенные нормативы, по которым можно сделать инструментальный замер, а не оперировать субъективными суждениями, сделанными исходя из наблюдения за световым пятном от своих фар на воротах соседского гаража. Измеряют свет в нескольких контрольных точках, включая точку, в которой мог бы находится водитель встречного транспорта. Конечно, если следовать духу закона, а не буквоедствовать, незначительное отклонение от допустимого не является реальной проблемой, но желательно не выходить далеко за пределы разрешенного. Недостаток света в определенных точках, относящихся к освещению дороги - тоже не повод для радости.

Галоген не слепит.
- Начинающие водители не знают о резком неприятии галогена по причине того, что, как считалось ранее, он будет слепить. Считалось, впрочем, по тому, что многие не регулировали фары как надо и светили больше в глаза встречных, чем на дорогу и, конечно, замена ламп на существенно более яркие воспринималась негативно. Пережили и даже забыли. Так что прежде чем воевать против ксенона посмотрите на собственный свет – правильно ли светят фары, правильно ли установлен наклон? Особенно это касается владельцев псевдоксеноновых ламп мощностью стопицот.

Для ксенона обязателен автокорректор и омыватель.
- В USA, например, омыватель допускается, но вовсе не обязателен, а там требования к свету, пожалуй, даже более жесткие. Насчет автокорректора. Опять же, если исходить из духа закона, а не из соображений буквоедства, то автокорректор скорее нужен для тех, кто на галогене не научился пользоваться ручным корректором и привык светить в небо. На неровной дороге автоматический корректор все равно не успевает отрабатывать. Омыватель малоэффективен, по-хорошему нужно протирать сильно загрязненные фары вручную. Так что эти обязательные атрибуты заводского ксенона – защита от дилетанта, могущего по непониманию создать серьезную опасность, правда опасность не сильно большую, чем задранный вверх галоген. И все же автокорректор удобен и устанавливать его не лишне как при переделке под ксенон, так и сохраняя штатный галоген, равно как и омыватель не помешает даже невзирая на пускай не слишком высокую эффективность.

___________________

Дополнения, комментарии и коньяк в профиль всячески приветствуются.