Матриця: діодна революція

В наступному матеріалі ми покажемо, як набуті новітні знання в прямому сенсі освітлюють дорогу людству: читайте далі огляд сучасних технологій, що використовуються в автомобільних фарах нового покоління.

Протягом останніх років провідні автовиробники все частіше стали обладнувати свої автомобілі світлодіодними фарами. Вперше світлодіоди були використані в додаткових стоп-сигналах, потім у виробництві задніх комбінованих ліхтарів і денних ходових вогнів. Згодом — у фарах: у 2007 році світлодіодні фари ближнього світла Koito вперше були встановлені на Lexus LS 600h. Роком пізніше повністю світлодіодні фари Magnetti Marelli SpA, що складаються з 24 світлодіодів, з’явилися на Audi R8. Відразу після цього інші марки преміум-сегмента також взяли на озброєння цю технологію, яка завдяки компактним розмірам освітлювального пристрою дозволяє створювати оптику різних форм і надавати автомобілю модний, сучасний вигляд. На думку експертів, світлодіоди — найбільш ймовірні наступники ксенону у фарах.

Зміст

Порівняння технологій

З моменту появи першого автомобіля фари декілька разів зазнавали революційних змін. У 1913 році вперше були використані джерела світла з електричними лампами розжарювання, а через 49 років з’явилась галогенні лампа, яка поступово замінила звичайну — хоча в Радянському Союзі лампочки Ілліча ставили на «Жигулі» з «Волгами» аж до 90-х років. Пізніше, в 1991 році, з’явилися ксенонові лампи, першим автомобілем на якому вони використовувалися став BMW 7-ї серії. Як вже зазначено, на сьогодні найпрогресивнішою технологією вважаються фари, створені на основі світлодіодів.

Тепер спробуємо розібратися, у чому ж полягають відмінності між ксеноновими, галогенними та світлодіодними фарами.

В галогенних лампах світло випромінює вольфрамова нитка, яка через нагрівання електричним струмом починає світитися. Однак, на відміну від традиційних ламп розжарювання, в колбу галогенних закачують випари брому або йоду, які вступають в хімічну реакцію з атомами вольфраму та перешкоджають їм випаровуватися зі спіралі. Це застаріла та неефективна технологія з низьким ККД, адже при її використанні в світло перетворюється лише 5 відсотків енергії.

У ксенонових лампах світло утворює газ, який світиться під час проходження електричної дуги між двома електродами. При меншому споживанні енергії вони здатні виробити в три рази більше світла, ніж галогенні лампи, при цьому термін їхньої служби становить близько 2000 годин — приблизно в два рази довше, ніж у ламп розжарювання.

Головними перевагами світлодіодних фар серед всіх доступних на сьогоднішній день технологій є їх довговічність та енергоефективність. Термін їх служби складає приблизно 100 000 годин, тому за нормальних умов експлуатації автомобіля вони практично не виходять з ладу. У порівнянні з ксеноновою фарою, обладнаною поворотним механізмом, адаптивна світлодіодна оптика, що складається з великої кількості LED-елементів, краще охоплює простір спереду і з боків автомобіля. До того ж самі світлодіодні лампи дуже дешеві у виробництві, а висока ціна фари пояснюється наявністю в ній дорогих допоміжних систем. Крім того, світлодіодні фари мають ще одну особливість — вони випромінюють яскраве світло в будь-який час доби, тому використання світлодіодів в стоп-сигналах несе в собі ряд переваг. Час запалювання світлодіода менше 200 мілісекунд — в порівнянні з лампами розжарювання це невловима мить, а тому у водіїв, що рухаються позаду, з’являється додатковий час для реагування та уникнення потенційно аварійної ситуації.

А тепер дещо зовсім інше

У 2012 році в науково-дослідному центрі General Motors, що розташований у Рюссельсхаймі (Німеччина), була розроблена фара на основі світлодіодної матриці. На сьогоднішній день переважна більшість серійних автомобілів мають два режими роботи фар — ближній і дальній, найбільш прогресивні системи можуть автоматично обирати один з них. Нова технологія «Matrix beam», розроблена інженерами компанії «Опель», ґрунтується на використанні інтелектуальної світлодіодної матриці. Вона дозволяє транспортнім засобам, обладнаним такими фарами, пересуватися з постійно увімкненим дальнім світлом, нікого при цьому не засліплюючи.

Під кожною з чотирьох лінз матричної фари ховається чотири світлодіодних елементи, кожен з яких відповідає за свою ділянку дороги
Під кожною з чотирьох лінз матричної фари ховається чотири світлодіодних елементи, кожен з яких відповідає за свою ділянку дороги

За допомогою камери «Opel Eye», розташованої на вітровому склі в районі дзеркала заднього виду, комп’ютер виявляє інших учасників дорожнього руху та відключає окремі світлодіоди, повністю затемнюючи конкретну ділянку дороги. В сумі така система споживає половину енергії, необхідної для роботи галогенних фар.

Широке поширення технології матричних фар може зробити електрохроматичні дзеркала заднього виду, застарілою технологією
Широке поширення технології матричних фар може зробити електрохроматичні дзеркала заднього виду, застарілою технологією

Випробування, що були проведені на автомобілі «Опель Інсігнія», обладнаному прототипом фар з використанням світлодіодних матриць, довели ефективність цієї технології. Представники компанії «Опель» запевняють, що в найближчі кілька років такі фари будуть доступні в якості додаткового обладнання для інших моделей.

Компанія «Ауді» підтримала своїх колег у боротьбі з фарами що засліплюють, анонсувавши появу на оновленій A8 власних матричних світлодіодних фар — Audi Matrix LED.

Вбудована камера розпізнає інші автомобілі та затемнює ділянки дороги на яких вони знаходяться
Вбудована камера розпізнає інші автомобілі та затемнює ділянки дороги на яких вони знаходяться

Схема роботи не відрізняється від того, що придумали в «Опелі»: система керування самостійно відключатиме окремі діоди, щоб не створювати додаткових перешкод іншим учасникам дорожнього руху. В автоматичному режимі дальнє світло вмикатиметься на швидкостях, що перевищують 30 км/год за містом, та 60 км/год у місті.

Ділянки дороги між зустрічними автомобілями та поряд з ними залишатимуться освітленими
Ділянки дороги між зустрічними автомобілями та поряд з ними залишатимуться освітленими

До особливостей Audi Matrix LED можна віднести наявність додаткової функції нічного бачення: за допомогою камери система розпізнає пішоходів і затемнює діоди, що спрямовані на них, але перед цим робить три спалахи дальнім світлом, попереджаючи людину про наближення автомобіля.

…при цьому світлодіоди, світло від яких спрямоване на інші автомобілі, будуть вимкнені
…при цьому світлодіоди, світло від яких спрямоване на інші автомобілі, будуть вимкнені

Крім того, за допомогою навігаційного комплексу MMI Navigation Plus система дізнається про наближення до повороту та змінює світловий пучок для якомога більш комфортного його проходження.

Матричні фари — не єдина новинка, яка в майбутньому може докорінно змінити освітлювальні прилади автомобілів. Компанія «Філіпс» спільно з «Ауді», корпорацією «Мерк», фірмою «Автомотів Лайтінг», університетом Кельна та Технічним університетом Дармштадта, створила першу в світі тривимірну автомобільну фару, розроблену на основі органічних світлодіодів (OLED).

Науковці університету Дармштадта спільно з інженерами фірми «Мерк» працювали над органічними світлодіодами, які за допомогою рідинної хімічної обробки можна було б накладати на формувальне скло в кілька шарів. «Ауді» розробила дизайн OLED-фар, а співробітники «Автомотів Лайтінг» займалися розробкою керуючої електроніки і кріплень для тривимірних ламп. Розробкою процесу виробництва нової світлотехніки і створенням її тестових зразків були зайняті науковці Кельнського університету. Компанія Philips завершила виробничий цикл, випустивши остаточний зразок, який і був представлений широкому загалу.

Відеосюжет про роботу матричних фар «Опеля»

Фінансування проекту взяв на себе уряд Німеччини. Всього в розробку технології, над якою інженери працювали три з половиною роки, було вкладено 5,7 мільйона євро інвестицій.

Органічні світлодіоди представляють собою тонкоплівкові багатошарові структури які складаються з органічних полімерів, з товщиною покриття всього в кілька тисячних міліметра. Під час проходження електричного струму частинки, з яких складаються органічні світлодіоди, починають випромінювати світло .У Audi це покриття нанесено на рівну поліровану скляну поверхню, але його застосування не обмежується тільки склом. При нанесенні на інші матеріали, зокрема і на пластик, воно не втрачає своїх властивостей.

Промо-ролік «Ауді»

Органічні світлодіоди випромінюють більш яскраве та насичене світло, при цьому в порівнянні з напівпровідниковими світлодіодами споживають ще менше електроенергії. В майбутньому ця технологія зможе надати велику свободу дій дизайнерам, увесь кузов автомобіля можна буде використовувати як величезний дисплей, а всім звичні задні ліхтарі будуть здатні передавати набагато більший спектр візуальних сигналів.

В компанії «Ауді» планують вже через два роки обладнувати свої автомобілі подібними ліхтарями
В компанії «Ауді» планують вже через два роки обладнувати свої автомобілі подібними ліхтарями