Как работают лазерные фары

Лазерные фары: современные автомобильные технологии и перспективы тюнинга

Еще каких-то 15 лет назад ксеноновые фары, работающие по технологии HID (High Intensity Discharge) xenon — разряда высокой интенсивности в колбе с ксеноном — устанавливались исключительно в премиальных авто представительского класса. Сегодня же, обзавестись подобной оптикой, включая усовершенствованные модели с механизмом переключения дальности света — так называемым, биксеноном — может владелец практически любого авто. Технологии стали доступнее, а комплект источников света — значительно дешевле.

Но прогресс не стоит на месте, и вот уже в серийных авто (опять же, пока премиального класса) появилась новая перспективная оптика — лазерные фары. Их принцип действия, какие существуют технологии у различных разработчиков, а также самый главные вопросы — когда вся эта красота подешевеет, и можно ли будет устанавливать подобные источники света в штатные места рядовых автомобилей — давайте и разберем.

Как это работает
По большому счету, правы инженеры Phillips (а оптикой различных поколений от этого известного производителя оснащен каждый третий автомобиль в мире), когда заявляют, что чисто лазерной оптики на сегодня не существует. То есть такой, в конструкции которой лазерный элемент выступал бы в качестве источника света.

Конечно, есть подобные лучи, видимые глазу и работающие в соответствующем спектре и с соответствующей длиной волны — помните, как в старом советском фильме “Гиперболоид инженера Гарина”. Но что касается современной автомобильной оптики последнего поколения, то в ней лазерные диоды играют роль не источника света, а источника энергии.

Упрощенно, принцип действия сводится к следующему. Однонаправленный (когерентный) лазерный луч, испускаемый светодиодом, с помощью комбинации зеркал и отражателей концентрируется на линзе, покрытой флуоресцентным составом.

Который, в свою очередь, поглощая энергию лазерного луча, интенсивно испускает фотоны — их мы видим в виде белого свечения.

Но кратная яркость и дальность освещения (у лазер-светодиодных фар она достигает 600 метров, у нынешних тиражных диодных, для сравнения, не превышает 300 метров) — далеко не главный параметр перспективной оптики. Многофункциональность такой фары — вот основной момент, за который владельцы эксклюзивных авто готовы выложить до 15 тысяч евро сверх базовой цены. Давайте посмотрим, что сегодня уже предлагают рынок и производители

Лазерная оптика в серийных авто

Первыми “иноваторами” в области лазерной оптики стали, конечно же, мейджоры — Ауди включила свои новейшие фары, сделанные по технологии Matrix Laser, в состав стандартного оборудования для мощного спорткара R8 LMX еще в 2014 году. И тогда же BMW предложила в качестве опции собственную эксклюзивную технологию Iconic Ligths для уже серийного футур-мобиля BMW i8. В этом году лазерной оптикой обзавелся и флагман баварских моторов — представительский BMW 7-ой серии.

Концерн Ауди начал разработку своих фар еще в 2012 году, объединив усилия с Bosch, OSRAM Licht AG и Институтом технологии Карлсруэ. Установив первый тиражный модуль на каждом из 99 выпущенных R8 два года назад, сегодня лаборатория Audi работает над следующим этапом — заменой всех LED-элементов в концепции Matrix Laser тысячами микрозеркал:

Фактически разбивая на пиксели отраженный лазерный луч, система этих микрозеркал, способных совершать до 5000 наклонов в секунду, дает просто огромные возможности “игры” со головным светом. Хотите — затемняйте область приближающейся встречной машины. Хотите — проецируйте на асфальт габариты автомобиля для уверенного прохождения узких мест и тоннелей. Или предупреждающие надписи на асфальте перед пешеходами, когда вы вдруг выныриваете из-за угла. Умная математика сделает за водителя все. И это при том, что по своим характеристикам температура свечения лазерных фар уже вплотную приближается к дневному свету — 5500 К против 6000 К, а максимальная дальность достигает 600 метров.

Что касается прямого конкурента — концерна BMW, то в реализации лазерных фар для нынешней линейки 7-ой серии, инженеры остановились пока на концепции совмещения лазерного модуля с матрицей из LED-источников последнего поколения. Что интересно, этот модуль — так же, как и для Audi — разработан OSRAM Licht AG.

Смотрится, конечно, очень красиво — баварцы, похоже, сумели найти лучший на сегодня дизайн фар головного освещения:

Но по сути конструкции модуля — ничего не изменилось с 2014 года. Все те же три лазерных диода с фосфорной накачкой мощностью 1,6 Вт каждый, система отражателей и линза с флуоресцентным составом. Плюс комплект осрамовских светодиодов для постоянного ближнего света, поворотников, адаптивного света и так далее. Характеристики почти такие же, что и Ауди — глубина до 600 метров и температура до 6000 К.

Ну а что же лидер Большой тройки? Mersedes в этой гонке лазерных технологий пока решил не участвовать, сконцентрировавшись на разработке матричных LED-фар, увеличив количество светодиодов в моделях уже 2017 года до 84. Индивидуальная настройка всей матрицы позволяет расширить до предела функциональные возможности головного света плюс использовать практически безграничные комбинации цветопередачи.

Что такое лазерные фары и как они работают

Система лазерных существует уже много лет, впервые эта новинка была представлена на модели BMW i8 в 2014 году. С тех пор уже и ксенон вышел из моды, и LED-фары перестали быть экзотикой. Не все автопроизводители могут похвастаться опцией лазерного света. В основном такие интересные штуки есть в некоторых модификациях немецких автомобилей как BMW, Audi и Porsche.

Сегодня LED-фары и лазерные фары могут сосуществовать на одной машине одновременно. Так называемые базовые светодиодные фары можно принять за стандарт, но в тех моделях, где есть система лазерного света, LED-фары при активации лазера светят чуть лучше.

Что собой представляет лазерная фара?

• Световой поток создает специальная площадка-линза, покрытая люминофором. Это вещество, которое само начинает светиться под воздействием другого источника света — к которым и относятся синие лазеры с длиной волны 450 нм. В результате создается белый свет с цветовой температурой 5500 К, который при помощи отражателя направляется из фары на дорогу в темноту. Примерно такую же характеристику имеют солнечные лучи в полдень, поэтому человеческий глаз очень хорошо видит этот свет, отраженный от предметов во мгле на очень большом расстоянии.

Дальность свечения лазерной фары достигает 500–600 метров, но эта фара имеет свой особенный режим работы.

Основное освещение дороги перед автомобилем осуществляет при помощи базовых LED-фар. Они светят все время, когда машина едет по дороге, освещенной фонарями на столбах освещения в городе или на трассе. В переднее стекло встроена специальная видеокамера, которая фиксирует дорожную обстановку и активирует систему лазерного света при необходимости.

Лазеры включаются автоматически, когда компьютер автомобиля посчитает, что подсветка дороги LED-фарами недостаточна, и при это соблюдаются главные условия для работы лазерной подсветки, предусмотренные автопроизводителем:

1. скорость автомобиля превышает 60 километров в час;
2. на дороге нет других автомобилей;
3. отсутствует подсветка дороги со столбов освещения.

В этот момент лазерный луч включается в работу по освещению дороги и одним ярким пятном с размытыми краями начинает освещать дорогу на расстоянии примерно 500 метров вперед. При этом работа штатных LED-фар уже весьма эффективна, но с лазерным светом картина воспринимается чуть более естественно, и глаза водителя меньше устают от разглядывания находящихся вдали темных предметов.

Как только перед автомобилем вдали покажется другая машина с включенными фарами, то видеокамера уловит этот световой поток и отключит систему лазерного света, чтобы не ослепить встречных водителей.

Вот так работает адаптивная система лазерного света, при этом она может включаться лишь на 5–10 процентов от всего времени движения автомобиля в условиях темноты.

Сами лазеры не создают опасности для глаза человека, потому что напрямую не участвуют в создании освещенной зоны перед автомобилем. Яркость лазерных фар в 10 раз превышает яркость ксенона, при этом дальность у таких фар феноменальна — и это позволяет безопасно ехать с большой скоростью.

Теперь понятно, почему системы лазерного света ставят прежде всего на мощные и быстрые автомобили.

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.

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.

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.

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.

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.