Для фар началась эра светодиодов (СД). На дорогах появились первые фары с СД. Уже давно применяются светосигнальные приборы с СД. А на горизонте появляются новые осветительные технологии. Одновременно автомобили и управление движением уже оснащаются датчиками и видеокамерами. Объединение обеих этих тенденций даст много интересных осветительных систем. Ниже приводится краткий обзор соответствующих возможных инновационных планов развития.
1. Преимущества светодиодов
Освещение светодиодами (ОСД) – самый передовой вид автомобильного освещения. Число типов СД постоянно растёт, они не стандартизованы и требуют применения дополнительной электроники. И, тем не менее, их рынок растёт. Каковы же достоинства СД?
Объяснение могут дать их главные преимущества: 1) возможность получения с ними разнообразных стилистических решений; 2) возможность регулирования силы света в диапазоне 0-100%; 3) срок службы, больший срока службы автомобиля; 4) «моментальность» выхода на рабочие характеристики.
1.1. Стилевые возможности
Фара с СД – одна из инноваций, с которой дизайнеры связывают надежды по революционному изменению передней части автомобиля или хотя бы его внешнего вида. Различные концептуальные автомобили являют трудный путь между революцией, эволюцией и провалом. Первая в мире фара с СД (причём только с СД) для автомобиля Audi R8 сочетает традиции (например, внешний вид фары в виде глаза) с новшествами (трёхмерная оптика и светящие линии) (рис. 1 и 2).
Рис. 1. Первая в мире фара со светодиодами (без других источников света), разработанная для автомобиля Audi R8
Светящие линии особенно отражают эволюцию от первого подфарника, включаемого при езде в дневные часы, для автомобиля Audi A8 W12 (2004 г.) с традиционной «округлой» внешностью. Последний использовался на всех машинах Audi. Затем в моделях Audi S6, Audi R8, а теперь и в Audi A4 и Audi A5 в фару была введена горизонтальная светящая линия, которая используется даже в дополнение к ксеноновому фарному блоку.
Рис. 2. Разрез фары с трёхмерной оптикой
Задний габаритный огонь для автомобиля Audi A6 Avant в виде жемчужного ожерелья был одним из эффектнейших решений последних лет, привлёкшим внимание не только специалистов-светотехников.
1.2. Диапазон светорегулирования
Возможность светорегулирования СД в диапазоне 0-100% позволяет использовать одну матрицу СД для выполнения двух функций или уравнивать яркостные характеристики двух секций светового прибора. Типичные применения при этом – подфарник, включаемый при езде в дневные часы, стояночный огонь, стоп-сигнал или задний огонь. Адаптивные задние огни требуют возможности регулирования яркости в узком диапазоне в ночное время и в очень широком в дневное. Это выполнимо лишь со светодиодными модулями. Обычные автолампы при этом не годятся (перегорают).
1.3. Срок службы и время выхода на рабочие характеристики
Быстрый выход на рабочие характеристики (практическая безынерционность), малое потреблении энергии, компактность и большой срок службы – хорошо известные достоинства цветных СД. А белые СД в автомобильных применениях имеют преимущество перед РЛВД.
2. Развитие освещения светодиодами
Применение СД отражает современный уровень развития автомобильного освещения. Высокояркие белые СД достигнут световой отдачи 100 лм/Вт в течение нескольких следующих лет. Вдвое большее значение этой величины физически максимально для светодиодных кристаллов с люминофорным покрытием. Разные размеры кристаллов дадут возможность их разнообразного использования. Эффективность ОСД тогда настолько повысится, что станет целесообразным повсеместно использовать СД вместо ЛН. Инженеры должны будут направить свои усилия на электронные системы привода, чтобы снизить досадные потери мощности. Возникнет неотложный спрос на разработки специализированных интегральных схем для источников питания (драйверов) для СД.
Основными новыми осветительными средствами станут светодиодные матрицы и органические светодиодные модули, и даже возможны применения лазеров. В сочетании с новыми системами видеокамер и датчиков, служащими для помощи вождению, новые возможности осветительных систем повысят их роль.
Светодиодные матрицы позволят получать экстремально высокие значения светового потока, занимая при этом очень мало места. Переключаемые светодиодные кристаллы в этих матрицах дадут необходимую гибкость управления пространственным светораспределением без передвижения каких-либо механических деталей.
Органические светодиодные модули используются в устройствах индикации. Поскольку органические СД отличаются повышенными световым потоком, однородностью поля яркости и углом излучения, а также качеством индикации, они могут стать со временем источниками света для многочисленных вспомогательных и дизайнерских применений. В настоящее время требования к органическим СД по сроку службы, применению в механических устройствах и термостойкости для автомобилей не установлены.
Различные системы датчиков, таких как радар, лидар, ультразвуковые устройства, приёмники дальнего ИК излучения, видеокамеры, GPS приёмники и т. д., будут давать информацию о среде окружения автомобиля. А при владении точными данными о среде окружения захочется их фильтровать, показывая водителю важные подробности. Адаптивные задние огни будут выполнять предупредительную функцию с учётом текущей среды окружения автомобиля. Освещение получит мощную связь с этой средой.
3. Функциональные революция и эволюция
В последнее время много обсуждаются возможности, порождаемые развитием новых технологий, в том числе эволюция новых основных и вспомогательных функций освещения. Интеллектуальное освещение и системы датчиков приведут к революции этих функций. Главным для автопроизводителей станет принятие решений о том, какие функции действительно нужны водителю. Каждому головному автопроизводителю предстоит решать: должно ли данное устройство соответствовать марке или классу автомобиля?
3.1. Электронная фара ближнего света
Поворотные фары применяются с 2003 г. Применение дополнительных подвижных деталей может приводить к появлению технических проблем, например, с прокладкой кабелей или вибрацией фар, а также проблем дополнительного веса и всевозрастающего изнашивания от трения подвижных деталей. Одним из первых вопросов при обсуждении головного ОСД был вопрос о его реальном преимуществе. Это – отсутствие подвижных деталей, только управление СД в соответствии с работой поворотных огней. Возможным может стать динамичное освещение дорог на поворотах и перекрёстках с помощью нескольких СД, освещающих разные зоны. Одновременно, например, в соответствии с данным углом поворота освещается соответствующая зона дороги.
В новых правилах Европейской экономической комиссии ООН для Европы (ЕЭК) для фар с СД предусмотрена возможность создания одной зоны светораспределения на переднем плане и ещё одной в виде клина вблизи участка «светотеневая граница – контрольная точка HV». Эту клиновидную зону можно будет поворачивать, но, в соответствии с идеей поворотных огней, перед этим можно даже пробовать получить тот же эффект просто регулированием интенсивности специально предназначенных для этой цели небольших световых пучков. Это было первоначальной идеей группы стандартизации системы поворотных фар.
Если светораспределение ограничить очень небольшими зонами, то даже выравнивание поля освещённости можно будет получать светорегулированием СД. Проблемой для инженеров-оптиков может явиться получение разрешения хотя бы в 0,1°.
3.2. Интеллектуальная фара дальнего света
Использование системы ночного видения представляет собой очень серьёзную нагрузку для водителя. БИК (ближний ИК диапазон) система ночного видения показывает окружение автомобиля, подобное обеспечиваемому дальним светом, но только в виде изображения с почтовую открытку. При этом на небольшом дисплее (178х305 мм), а не через ветровое стекло, практически невозможно распознать опасную ситуацию, и это плохой компромисс. ДИК (дальний ИК диапазон) система ночного видения, по крайней мере, показывает ближних к вам «тёплых» партнёров по движению, но даже на эту систему, которая даёт яркое изображение препятствий, большинство водителей смотрит лишь как на дающую «хайтековский» показной эффект, а не реальную пользу.
Идеальный интерфейс человек-машина фактически должен будет показывать реальную картину перед автомобилем и при движении в дневные часы, и при полном уличном освещении, как на бельгийских шоссе, и при включённом дальнем свете. Но Европейская дискуссия по выбросам СО2 показала, что через несколько лет освещение шоссе может стать техническим реликтом. Поэтому следующий логический шаг – создание не слепящих фар дальнего света (рис. 3).
Рис. 3. Концепция неслепящего дальнего света
С помощью защитной системы обнаружения можно щадить водителей встречного или идущего впереди транспорта. Вам нужна трёхмерная информация обо всех имеющих отношение к движению объектах перед вами. Кроме того, ваша фара должна уметь давать управляемый пучок дальнего света. Алгоритм, который потребуется для управления пучком – возможно, самое малое, что необходимо для воплощения этой идеи.
Ксеноновые фары с подвижными экранами работают достаточно хорошо. А механическое усилие, которое там применяется, приемлемо для опытного образца, но не для потребительского продукта высокого качества. Система формирования светового пучка малоэффективна. Большая часть излучения теряется, и больше энергии может уходить на систему охлаждения, чем в дело.
И вновь ОСД являет возможный путь к достаточному освещению особых зон светораспределения. Переключаемые светодиодные кристаллы в специальных матрицах или оптических системах позволяют получать регулируемое светораспределение. Резкие границы между указанными зонами в сочетании с их плавным перекрытием создают проблему для оптического конструирования.
Объединение в сеть датчиков и новых осветительных устройств явится ключом к успешному внедрению новой системы помощи вождению с лёгким для понимания интерфейсом человек-машина.
3.3. Маркировочный свет
Альтернатива идее управляемого дальнего света – идея сильного высвечивания (маркирования) соответствующих препятствий. Высвечивание лося, идущего навстречу рядом с дорогой, узким световым пучком – тоже очень понятный интерфейс человек-машина. Для обнаружения таких препятствий очень подойдут БИК системы ночного видения.
Для выполнения задач такого рода потребуется либо система с быстро перемещающимся узким пучком, либо вновь какая-то прожекторная система, либо какая-то более эффективная светодиодная система с раздельно управляемыми светоизлучающими кристаллами в матрице.
Кроме указанных работ, касающихся встречных автомобилей, будут проводиться работы по системам безопасности встречных пешеходов. В принятии таких систем главным фактором будет вопрос блёскости.
3.4. Интеллектуальный задний свет
В 2007 г. произошло изменение Правил ЕЭК WP29 для адаптивных задних огней. Теперь будет разрешено менять яркости габаритного огня, стоп-сигнала и указателя поворота в очень широком диапазоне. Яркость может быть низка в ясную ночь и очень высока днём в условиях тумана.
Для определения дальности видимости может использоваться лидарная система, работающая очень точно. Применение мощных СД обеспечивает требуемый динамический диапазон светового потока. Опытные образцы габаритного огня с СД уже показали впечатляющие достоинства, которые заключаются в отсутствии блёскости и в оптимальности его распознавания. Интеллектуальный габаритный огонь – единственное осветительное устройство, способное снизить вероятность хвостового столкновения. Большинство систем помощи вождению помогают сократить число собственных поломок. Они способствуют оптимальному распознаванию вашего автомобиля.
Полная стоимость систем помощи вождению – главный тормоз работ над ними. Следующим шагом должна быть оценка пригодности вариантов этих систем с пониженной стоимостью источников света и датчиков.
3.5. Дизайн с контролем программными средствами
Сегодня дизайн световых приборов не охватывает их вид во включённом состоянии. В случае использования светодиодных матриц можно моделировать сигналы переменных формы и яркости. Дизайн с контролем программными средствами позволит получать различные варианты задних огней для различных форм и линий корпуса. С использованием обновляемого программного обеспечения можно будет менять и эти формы, и линии. Все варианты задних огней будут иметь обычно большой по площади стоп-сигнал. С помощью разноцветных СД будет даже возможно объединять в одном заднем огне функции габаритного огня, стоп-сигнала, указателя поворота и даже фонаря заднего хода (рис. 4).
Рис. 4. Различные варианты задних огней, получаемые с помощью контроля программными средствами
Возможна будет и адаптация яркости огней к условиям дневного и ночного освещения.
Становится также возможным головное ОСД с контролем программными средствами. Автомобиль может менять вид в зависимости от разных ситуаций при вождении. Разным положениям поворотных фар, уровням городского освещения и освещения автомагистрали, и т. д. может соответствовать свой вид автомобиля. При этом последний может меняться, скажем, от более агрессивного на автомагистрали до весьма мирного в городе. С другой стороны, машина может нести отрицательный заряд своим видом. Даже сегодня некоторые автомобили выглядят «тупыми» или «больными».
Роль программных средств будет возрастать, некоторые функции аппаратных средств перейдут к программным. Дизайнерские подразделения будут разрабатывать различные варианты внешнего вида световых и светосигнальных приборов в соответствии с их интерпретацией образа данной марки машины. Организационным структурам головных автопроизводителей потребуется симбиоз инженеров-дизайнеров, инженеров-светотехников и разработчиков программного обеспечения.
3.6. Лазерный противотуманный фонарь
Идея лазерного противотуманного фонаря состоит в том, чтобы в плохих погодных условиях создавать сигнал для машин, движущихся позади данного транспортного средства, чтобы заставить их соблюдать безопасную дистанцию. В принципе, он работает как лазерный указатель. При ясных погодных условиях вы видите только небольшую точку на дороге, к примеру, на расстоянии 50 м за данным автомобилем. С появлением брызг, сильного дождя или тумана, из-за отражения на частицах влаги, становится виден световой пучок. Для защиты глаз этот пучок должен иметь диаметр минимум в несколько сантиметров. Для движущегося сзади водителя такие пучки двух противотуманных фонарей легко распознаваемы (рис. 5). После распознавания психологически уже очень трудно нарушить такой оптический барьер. Безопасная дистанция будет соблюдаться добровольно.
Рис. 5. Лазерные пучки во время тумана
Последующие исследования должны будут продемонстрировать этот эффект при вождении и реакцию других партнёров по дорожному движению.
4. Заключение
Большинство из рассмотренных систем реализуемы в течение следующего десятилетия. Системы датчиков станут первыми, поскольку применяются и в других (неавтомобильных) системах поддержки вождения. Видеосистемы тоже имеют не только автомобильные применения. Инновационный цикл будет довольно кратким. ОСД также будет развиваться, стимулируясь другими, неавтомобильными рынками сбыта. Основное ограничение для инновационных осветительных систем представит процесс нормативного регулирования. Медленный процесс разработки приемлемых новых правил для инноваций может вести к существенному срыву планов развития систем или к появлению огромного числа специальных разрешений.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
