Автомобільні фари на блакитному фоні

Ні! Не з самого початку історії самохідних дорожніх транспортних засобів оснащували освітленням.
Справді… був навіть час, коли факел чи ліхтар, який несли перед паровозом, не освітлював дорогу, а попереджав про “небезпеку від люті механізмів”!
Час для ефективного освітлення доріг прийшов тільки тоді, коли автомобіль вже став більш технічним та став швидше рухатися…. і не тільки вдень чи вночі в освітленому місті, а й при поїздках у темну пору доби, коли немає вуличних ліхтарів…, а це вже вимагало гарного освітлення дороги.
Оскільки автомобіль завжди був результатом поточного стану технологічного розвитку, еволюція його дизайну стосувалася і освітлення.
Історія розвитку, звичайно, довга і багата на події, але, враховуючи основну тему даної статті, лише для історичного порядку слід згадати лампи (ще не фари), що працюють на рідкому паливі, такому як парафін або спирт, а потім газове освітлення з ацетиленовими пальниками .

• 

• 

• 

Однак ера ефективного освітлення дороги перед автомобілем почалася лише з популяризацією винаходу Чарльза Ф. Кеттерінга у 1912 році. і моделі електроустановки, яка використовується досі та складається з акумулятора, що постійно живиться від генератора постійного струму, стартерного двигуна та системи освітлення, де колишнє джерело світла у вигляді полум’я було замінено електричними лампами.
Проте, щоб “все стало ясно”, необхідно також згадати, що електрична лампочка як така завдяки Томасу Алве Едісону та компанії Edison & Swan Electric Light Co. була відома людям з 1879 року, а в автомобілях вона (ймовірно) вперше з’явилася в 1898 році, в електромобілях марки Columbia Electric Vehicle Co., в яких були встановлені фари виробництва American Guide Lamp Company.
Чому саме через 20 років?
З простої причини, тому що, як і будь-який винахід, він мав технічно дозріти для нових застосувань. Якщо в перших “стаціонарних” лампах, що використовуються для освітлення салону або вулиці, нитки розжарювання з матеріалів, що містять вуглець, були з самого початку достатніми, то лампи, що зазнають ударів під час руху, повинні були бути не тільки яскравішими, а й, насамперед, довговічнішими.
Це сталося лише після 1889 року, коли австрійський винахідник Карл Ауер запатентував новий тип одиничної нитки розжарювання з нитки термостійкого осмію та вольфраму та помістив її в колбу з термостійкого боросилікатного скла, якому, у свою чергу, ми зобов’язані німецькому винахіднику з Єни Отто Шод (1890).
Аналогічний патент, який за технологічними причинами виявився ще більш успішним в останній практиці, передбачав відмову від осмію в користі проволоки, викованої з прутків порошкоподібного вольфрама (патент Уільяма Девіда Колліджа від року 1908).
Підсумок.
Америка, без сумніву, є батьківщиною освітлення електромобілів та його розповсюдження (яке пов’язане з надзвичайно динамічним розвитком електротехнічної промисловості як у США, так і в післявоєнній Європі) однозначно припадає на початок 1920-х років минулого століття, оскільки електричне освітлення вже було стандартним обладнанням більшості автомобілів, що випускалися у світі.
На початку 20 століття автомобільна промисловість ще тільки готувалась до створення “мобільного” електричного освітлення, і більшість необхідних компонентів вироблялися на деяких заводах, навіть не заводах, а скоріше в майстернях, які раніше виробляли звичайне “пламенне” освітлення, що використовували для освітлення будинків, вулиць, кораблів і поїздів, а також диліжансів, велосипедів … мотоциклів і автомобілів.

Час перших лампочок і фар
Щоб електричне світло повноцінно існувало на дорогах, потрібно було виконати ще дві важливі умови.
Перша полягала в тому, що вищезгадані фабрики потрібно було перетворити на ефективні фабрики, здатні виробляти велику кількість лампочок у промислових масштабах, а друга, що корпуси джерел світла повинні були бути перетворені на нові пристрої, що дозволять ефективніше використовувати переваи нового типу джерела світла.
Разом з поняттям «лампочка автомобіля» з’явилася також нова назва «фара»- пристрій, що складається з багатьох елементів, що утворюють разом з лампочкою так звану оптичну систему, за допомогою якої світловий потік, створений лампою, можна було формувати, відповідно до встановлених принципів і вимог, гарне та віддалене освітлення дороги і саме там, де це потрібно.
Між іншим! Великий внесок у цю роботу зробив Готтлоб Хонольд, який зацікавився проблемою електричного освітлення автомобілів і не тільки розробив унікальну технологію виготовлення дзеркал для фар (парабоїдних, металевих, посріблених і полірованих), але й надихнувся досвідом Карла Цейса, виробника стаціонарні фар, в 1913 р. визначив положення лампочки в задній частині фари і сконструював злегка опукле скло з пазами відповідної форми, завданням яких було направляти боковий розподіл світла.
А лампочки?
Обмежуючись Європою, можна згадати хоча б кілька відомих компаній, що спеціалізувалися на виробництві автомобільних лампочок в промислових масштабах.
У Нідерландах лампи розжарювання з вугільною ниткою стали виготовлятися з 1892 року, а з 1904 року автомобільні лампи вже виготовлялися компанією Philips з Ейндховена, яка існувала з 1891 року і очолювалася тоді Антоном Філіпсом.
У Франції, яка була дуже моторизована на початку століття, виробництвом автомобільних лампочок займалась компанія Marshall, в Італії – туринська компанія Carello, а в Англії – фабрика Joseph Lucas. Імена, знайомі майже всім, хто хоч трохи цікавиться автомобільним спортом!
У Німеччині – Bosch, Hella і, з 1906 року, компанія OSRAM, що виробляла лампи розжарювання та отримала назву від абревіатури осмію та вольфраму.
Останні дві згадані тут невипадково, бо вже 100 років, а точніше з 1921 року вони також мають спільну нитку з історією польської автомобільної промисловості, що зароджується після здобуття незалежності.
Саме так… тому що саме тоді було встановлено перші ділові відносини між Philips та компанією, що існувала з 1908 року , Zakłady Elektrotechniczne- Bracia Borkowscy.
Початкова діяльність обмежувалася продажем продукції Philips, але менш ніж за рік голландці відкрили перший завод з виробництва ламп у Варшаві, а в 1923 році – другий у варшавському районі Воля, де пізніше (останнє десятиліття 1920-х і початок 1930-х років) основна увага була приділена виробництву радіоламп, а потім і радіоприймачів.
Попереджаючи факти, слід згадати, що спілка заводу Воли збереглася до повоєнного часу, коли завод “Полам” імені Рози Люксембург виробляв не лише лампочки, а й радіотехнічне обладнання.
Це одна нитка. Друга стосується Пабяніце і пов’язана з вищезгаданою компанією OSRAM, коли у вересні 1921 року група інженерів і промисловців заснувала там підприємство, а потім підприємство «Polska Żarówka-Osram», метою якого було виробництво перших польських електричних лампочок.
Однак незабаром після цього, через так звані внутрішні труднощі, компанія була поглинута компанією Philips.
Перше виробництво ламп розжарювання почалося у вересні 1923 року на колишній фабриці Фелікса Круше на вулиці Гробельна 4, яка у випадку автомобільних лампочок, виготовлених із поставлених комплектуючих, потім обмежувалася виробництвом стандартних лампочок.
З 1924 року компанія Philips пропонує новий тип лампочок з подвійною ниткою розжарювання, так звана “подвійна нитка”, яка у випадку Philips називалася “Philips Duplolux”, а невдовзі після цього (1925 року) асортимент продукції був розширений новим типом автомобільної лампи розжарювання, який в польській технічній номенклатурі позначали як “фільтр”, тобто “Philips Duplolux-Selectiva”.
Передбачаючи факти, слід додати, що після закінчення війни у 1946 році націоналізований завод Philips у Паб’яниці, який став частиною державної організаційної структури, Центрального об’єднання електротелектротехнічної промисловості, майже десять років змінював свою назву на “Пабяницький завод з виробництва ламп розжарювання L-2”.
Ще в 1940-х роках польська сторона, однак, відновила співпрацю з компанією Philips.
В той час було налагоджено 10-річну співпрацю щодо постачання виробничої лінії для ламп та імпорту готових компонентів у вигляді готових вольфрамових ниток.

Повертаючись до відео.
Чому виникла така потреба і яка наступна інновація?
Очевидно, за потребою.
20-ті роки були відповіддю на післявоєнний стрес і безпрецедентне збільшення кількості автомобілів на дорогах … і, звісно, ​​вночі!
А оскільки на той момент не було розроблено однозначних і обов’язкових законодавчих норм щодо технічних умов для автомобілів (такі часи справді були), водіям, захопленими подорожами, довелося зіткнутися з проблемою взаємного засліплення.
Лампочки для всіх, фари… у будь-якій кількості та конфігурації – одним словом, свобода… і лише благаючі статті в автомобільній пресі, присвячені культурі водіння.
Способи мінімізації відблисків були різноманітні.
Спочатку використовувалися механізми для зниження світлового променя відбивача шляхом зміни положення всього відбивача, потім самого дзеркала, і, нарешті, приблизно з початку 1920-х років XX ст. новий тип лампочки з двома нитками розжарювання, що дозволяє включати світильники зі слабкішим або сильнішим пучком світла та по-різному спрямованому за допомогою перемикача (зазвичай ножного).
Звичайно, різні історичні джерела приписують цей винахід різним виробникам. Американці захищають свої та стверджують, що ближнє світло фар з лампами подвійного розжарювання – це винахід компанії Guide Lamp Co. Харфорд /Коннектикут, але в Європі найчастіше згадується бренд Bosch, який комплексно попрацював з проблемою, узгодивши особливості двопроменевої лампи з новою змінною геометрією дзеркала і лінзами фари (1928).

Це трохи схоже на сучасні саморозрядні лампи (ксенон), де тільки заміна джерела світла приносить більше шкоди, ніж користі!
Під час обговорення та пошуку нових, безпечніших методів неінвазивного автомобільного освітлення виникла ще одна проблема.

Було помічено (особливо на це звертали увагу французи), що жовте світло було краще видно, і в той же час менше сліпило людей на протилежному боці.
Переглядаючи старі автомобільні журнали на початку 1930-х років дискусія нагадувала перевагу одного свята над іншим, але врешті-решт було знайдено компроміс.
У більшості європейських країн домінуючим залишиться біле світло, а жовте, яке менше сліпить і покращує видимість, буде кориснішим для їзди в тумані.

Автомобілісти та виробники в більшості країн розділилися на два табори, але французи залишилися при своїй думці та, згідно із законом від липня 1936 року до 1970-х років всі французькі машини освітлювали дорогу жовтим кольором.
Компромісним рішенням відразу двох проблем (відблиски та туман) стала розробка конструкції нової лампочки з двома нитками розжарювання та подвійними колбами, де одна була білою, а інша – жовтою.

Реклама зі щомісячного журналу ATM-1935.

Давайте на хвилинку зазирнемо в польську автомобільну пресу, де переваги таких ламп були представлені на прикладі продукції марки Tungsram.
“Фільтри” від Tungsram – це далекосяжне удосконалення існуючих автомобільних ламп типу “Duolux”. І «лампи з фільтром», і лампочки «Дуолюкс» мають далекосяжне світло білого кольору. При близькому освітленні крупним планом основна відмінність між лампами «фільтри» та «Duolux» полягає в тому, що при використанні «фільтра» світло має жовтий колір, оскільки у «фільтрів» шар звужений посередині, а його передня частина пофарбована в жовтий колір.
Стійкість “фільтрів” до ударів є дуже значною. Особлива увага була приділена правильному кріпленню дроту білого світла. З одного боку, провід міцно закріплений скобою, а з іншого – оснащений спеціальним амортизатором для протидії вібраціям, властивими легкому проводу.
Провід фари спроектований і розташований таким чином, що навіть на широких автомагістралях вся поверхня дороги широко освітлюється по обидва краї, і будь-які перешкоди, дорожні знаки і т.д. можуть бути розпізнані на відстані 300-400 м.
Жовте ближнє світло м’яко розсіюється, приглушується і не дратує, і в той же час досить сильне, щоб водій навіть на великій швидкості міг розрізняти перехожих, зустрічний транспорт, вказівники та попереджувальні знаки.
Ближнє світло також дозволяє чудово освітлювати повороти дороги, завдяки дуже широкому розповсюдженню. Однією з найважливіших переваг ближнього жовтого світла є його відмінна проникаюча здатність під час руху. [pisownia oryginalna]
Для повноти картини. Philips назвав свої лампочки Duplolux-Selectiva, “Osram-Bilux-Ambra” і Tungsram “Bicolor”, і всі вони були широко доступні для користувачів автомобілів.

• 

• 

• 

З такими лампами (з невеликою зміною конструкції фар для досягнення асиметричного світлового потоку) водії у всьому світі дивилися на дорогу практично до середини 1960-х років минулого століття, тобто до еволюції автомобільних ламп, від звичайних ламп із вакуумними трубками до галогенних ламп.
Між іншим! Попередником цього рішення є компанія Hella, яка розробила галогенну лампу H1 ще в 1962 році.

Нитка розжарюється під впливом електричного струму до температури приблизно 2500 – 3000°C – атоми вольфраму відокремлюються від його поверхні і, з’єднуючись із сполуками брому та йоду, утворюють газоподібні сполуки – йодиди або броміди вольфрама. Під час циркуляції вони випадковим чином повертаються в околиці нитки, де при високій температурі (яка є найвищою в місцях, де раніше було втрачено найбільше вольфраму) цей вольфрам випадає в осад. Метал осідає на нитку розжарювання, частково регенеруючи її, і йод або бром знову потрапляють до внутрішньої стінки колби. Процес повторюється знову і знову і називається вищезгаданим «галогенним циклом».
Тому присутність галогенідів знижує ефект випаровування вольфраму та його осадження на стінках колби (чорне забарвлення колби, відоме за традиційними вакуумними лампами). Існує також можливість підвищення температури розжарювання, що в цілому призводить до більшої світлової ефективності, ніж у традиційній вакуумній лампі, що сягає до 27 lm/W (у вакуумній асиметричній лампі з двома лампами, наприклад, R2 45 / 40 W, це в середньому 15 lm/W або навіть менше). Світло галогенної лампи також має більш білий колір, а вся лампа майже вдвічі міцніша і випромінює майже однаковий промінь світла протягом усього терміну служби.
Другим важливим елементом, що впливає на термін служби галогенної лампи, є вібрації, які, звичайно, неможливо повністю усунути в автомобілі. Однак надмірне осадження вольфраму на нитці не буде рівномірним, і це може призвести до передчасного виходу з ладу. В даний час вимоги до якості галогенних ламп значно підвищилися, але на початку їх використання траплялося так, що в автомобілях з дизельними двигунами термін їх служби був меншим, ніж у бензинових. Сьогодні вважається, що середній термін служби сучасної стандартної галогенної лампи (наприклад, H7) становить від 250 до 1000 годин.
Галогенні лампи для європейського ринку спочатку (1960-і і 1970-ті роки) були одноламповими (H1 / H2 / H3 / HB3 / HB4) і дволамповими H4 версіями з потужністю 60 / 55 Вт. Останні мають похилу металеву діафрагму у формі напівциліндра, так званий “ковпачок”, встановлений усередині колби, що дозволяє точно окреслити межу між світлом та тінню (асиметричні фари).
Згодом, коли виробники фар впровадили нові технології виготовлення еліпсоїдних (проекційних) або FF-відбивачів (детальніше про них пізніше), виробники галогенних ламп почали впроваджувати нові, т. зв. категорії галогенних ламп. Найпопулярніші з них позначені символом H7, але є й багато інших, напр. H8/H9/H10 i H11.
Галогенні лампочки, незважаючи на те, що їх історія сягає 1960-х років XX ст. досі лишаються провідним джерелом світла в автомобільній промисловості. І незважаючи на зростаючу конкуренцію з боку ксенонових ламп або світлодіодів, вони швидко не здадуть цю позицію.
І з нагоди «ери галогенів» повертаємося на мить до історії Пабяніце та Philips.
У часи т. зв трансформації, а саме в 1992 році фабрика освітлення Polam в новому місці за адресою вул. Партизанів, була перетворена на компанію, що повністю належить державі, а в 1995 році її активи були передані Національним інвестиційним фондам. Через рік (16 вересня 1996 року), після більш ніж 70-річної перерви, 60% акцій заводу в Паб’яниці були придбані компанією Philips Lighting Holding B.V., а вже наступного року він став частиною Philips Lighting Holding S.A., у якому було виділено три основні підрозділи: завод освітлювальних ламп, завод галогенних ламп та завод автомобільних ламп.

Така різна люмінесцентна лампа?!

Автомобільні газорозрядні лампи працюють за принципом, аналогічним популярним (але набагато компактнішим) люмінесцентним лампам, або як фотоспалах, що постійно світиться.
В результаті виходить економічне джерело світла з майже втричі більшою світловіддачею, ніж у галогенних ламп (близько 90 лм/Вт, а при використанні аргону замість ксенону – навіть 115 лм/Вт), з кольором, близьким до денного світла (колірна температура близько 4250 К, тоді як денне світло – близько 6000 К), ударостійке і з тривалим терміном служби 1500 – 3000 годин.
Здавалося б, це нарешті рішення, близьке до ідеалу… та все ж.
Щоб ініціювати утворення вищезгаданої тліючої електричної дуги, тобто отримати іонізацію газів, що заповнюють оболонку, дуже висока напруга, приблизно 25-30 000 В. Частота змінного струму, що живить лампу, становить 300-400 Гц, а робоча напруга, що необхідна для підтримки горіння лампи, становить приблизно 85 В (існують також версії 45 В). Тому використання газорозрядних ламп вимагає застосування додаткових електричних компонентів: високовольтного запального пристрою і контролера для контролю подачі електроенергії. Звичайно, вони витрачають енергію, погіршуючи загальну ефективність. Важливо також, що висока напруга в автомобілі становить небезпеку для людей, наприклад, під час аварії або ремонту/заміни лампи. Тому необхідна відповідна ізоляція та інші засоби захисту.
Другою слабкою стороною ксенонових ламп є досить довгий тривалий час, необхідний для їх запуску. Він становить десятки секунд, коли галогенні лампи запускаються приблизно за 20 мілісекунд! Тому спочатку (на початку 1990-х років), поки не були розроблені системи з діафрагмою розжарювання (так звані біксенони), ксенонові лампи використовувалися лише як ближнє світло або протитуманні фари.
Третім недоліком ксенонових ламп є те, що їхня ефективність знижується з часом, а колір випромінюваного світла змінюється. Хоча термін служби значно більший, ніж у галогенних ламп, світловий потік весь час непомітно зменшується, тому ксенонова лампа, що вичерпала свій ресурс, все ще світить, але через деякий час колір світла змінюється на синьо-фіолетовий. Тому необхідно стежити за терміном служби, адже коли він остаточно перегорає, це означає, що освітлення було недостатнім протягом дуже довгого часу.
В цілому, ксенонові фари (особливо їх ранні версії) мають багато переваг перед галогенними фарами, але також згадані недоліки. Проте з розвитком технологій вони поступово усуваються.
Наприклад, фари D5S і D8S більше не вимагають систем самовирівнювання або склоомивача, а також вони не містять ртуті, яка до цього часу вважається токсичною для навколишнього середовища.

І майже останнє слово – світловипромінюючі діоди LED (light emitting diode).

Це напівпровідникові прилади, в яких випромінювання світла відбувається за допомогою електричного струму, що протікає через напівпровідники, наприклад, сполуки галію. Самі по собі вони не нові і вже давно використовуються в автомобілях як джерело світла для підсвічування, наприклад, елементів панелі приладів, кнопок і перемикачів, а також сигнальних ламп, таких як покажчики повороту або стоп-сигнали. Коли були розроблені світлодіоди білого світла (найпопулярнішим методом є передача світла синього InGaN діода через поверхню, покриту відповідним люмінофором, який змінює спектральний розподіл (колір світла), пройшов деякий час, перш ніж їх продуктивність, ефективність та колір, а також прийнятна ціна дозволили використовувати їх як джерело світла для автомобільних ламп. Сьогодні вони вже чудово підходять у якості так званих денних ходових вогнів. В останні роки, коли була розроблена технологія виробництва потужних білих світлодіодів, їх все частіше стали використовувати як джерела світла для фар.
Однак, щоб отримати достатній світловий потік, світлодіоди необхідно об’єднати в групи. Це є недоліком у разі класичного дизайну фар, але використання безлічі невеликих “комбінованих” блоків, або так званих світлових матриць, є способом впоратися з труднощами, а іноді і додатковим атрибутом, наприклад, у дизайні кузова або адаптивному освітленні. Одна матриця може містити від кількох до кількох десятків світлодіодів. Білі світлодіоди постійно вдосконалюються, а світловий потік і ефективність одного джерела світла постійно зростають. Нещодавно один діод був здатний генерувати світловий потік в 60 lm, а сьогодні це значення досягає більше 300 lm і продовжує зростати, а його ефективність може досягати 150 lm/W. Крім блакитного відтінку кольору світла (близько 5500 К), який близький до денного світла, це друга головна перевага цього джерела світла. Однак і ця перевага не зовсім вірна, оскільки літні водії краще бачать за більш теплого (жовтого, “галогенного”) кольору, і тоді ефективність світлодіодів знижується. Діоди споживають на 80% менше електроенергії, ніж традиційні галогенні лампи, що запускаються протягом 1 мс (що дуже важливо, наприклад, при використанні їх у гальмівних лампах), можуть бути дуже довговічними (від 10 до 100 тисяч годин, за умови використання відповідних технологій виробництва світлодіодів та забезпечення ефективного тепловідведення у самій лампі, а це збільшує ціну). Ефективність використання світлового потоку світлодіодних фар може досягати близько 80%, оскільки світлодіоди мають невеликі розміри і випромінюють світло лише у половині сфери, що дозволяє використовувати ефективну оптику, наприклад, лише лінзи. Для галогенів ефективність у 30% є дуже високою. Світлодіоди з окремими відбивачами мають невеликі розміри, що створює широкі можливості для конфігурування джерела світла відповідно до вимог. Величезне поле діяльності для стилістів!
То чи існує інше джерело світла без недоліків? Не зовсім, тому що використання світлодіодів у фарах, що освітлюють дорогу, пов’язане з необхідністю використання складного і, отже, дорогого обладнання, наприклад, імпульсних драйверів із PWM (Pulse Width Modulation – широтно-імпульсна модуляція) для регулювання яскравості. Також необхідно правильно охолоджувати матриці, оскільки, хоч діод є “холодним” джерелом світла, він виділяє тепло, і температура вище 100 ° C вже обмежує термін його служби (абсолютний максимум – 130 ° C). В результаті, поки що світлодіодні фари ми бачимо тільки в автомобілях преміум-класу, а якщо вони і з’являються в автомобілях нижчого класу, то це може бути менш продуктивним рішенням.
Останнім часом багато говорять про лазерні лампи, які є різновидом світлодіодних ламп з дещо потужнішим, “точковим” випромінювачем світла… але це вже інше і досить складне технічне питання.

Чи це вже кінець теми автоосвітлення?
Звичайно, ні. Як ніколи, зміни, що відбуваються в області «світла в машині», відбуваються надзвичайно швидко і часто з дивовижними результатами.
Матричні відбивачі, т. зв модернізовані світлодіодні лампи… або, можливо, щось, що ми поки що не називаємо своїм ім’ям!