Передние фары в системе освещения автомобиля занимают центральное место. Они освещают дорогу перед автомобилем, а также служат для обнаружения автомобиля и его намерений другими участниками движения. Все это обеспечивает необходимый уровень безопасности и комфорта.
Передняя фара объединяет, как правило, несколько приборов освещения в одном корпусе: фара ближнего света, фара дальнего света, габаритный фонарь, фонарь указателя поворотов, дневные ходовые огни (при наличии). Объединенная конструкция носит название блок-фара. Основными световыми приборами в ней являются фары ближнего и дальнего света. К передним фарам относятся и противотуманные фары, которые устанавливаются отдельно.
Ближний свет фар является основным для движения в темное время. Он характеризуется ассиметричным характером (световой пучок растянут вдоль правой стороны), наличием светотеневой границы (теневая область выше, яркая область ниже определенной границы). В фаре ближнего света реализован компромисс между ослеплением других водителей в разумных пределах и достаточно высоким уровнем освещения.
Дальний свет фар обеспечивает максимальную дальность освещения дороги, т.к. не имеет ограничений. С другой стороны фара дальнего света создает максимальное ослепление других водителей, поэтому ограничивается в применении. Система адаптивного освещения значительно повышает эффективность использования дальнего света на автомобиле.
Передние фары современного автомобиля являются сложными техническими системами и в своем роде произведениями искусства. Они индивидуальны для каждой новой модели автомобиля. В зависимости от комплектации автомобиль может иметь несколько конструкций фар. Ведущими производителями автомобильного освещения являются компании Hella, Al-Automotive Lighting, Philips.
Классическая фара объединяет источник света, отражатель и рассеиватель. В передних фарах применяются следующие источники света: лампа накаливания, галогенная лампа, газоразрядная лампа, светодиоды.
Лампа накаливания представляет собой вольфрамовую нить, помещенную в стеклянную колбу. При работе лампы происходит нагрев нити, который сопровождается испарением вольфрама с поверхности. Нить утончается и со временем перегорает. Помимо этого, при испарении вольфрама происходит потемнение лампы.
В галогенной лампе вольфрамовая нить окружена галогенным газом (йод, бром), что позволяет поднять температуру нити и увеличить уровень освещения. Срок службы галогенной лампы (до 1000 часов) намного больше обычной лампы накаливания, т.к. нагревание вольфрама происходит по замкнутому циклу. При испарении вольфрам соединяется с газом и циркулирует по колбе. При соприкосновении с нитью накаливания соединение распадается, а вольфрам оседает на нити.
В газоразрядной лампе (High-intensity discharge, HID) световой поток создается за счет нагрева газа высоким напряжением. В автомобильных газоразрядных лампах используется ксенон, имеющий высокую световую эффективность. Для розжига и питания ксеноновой лампы требуется дополнительное оборудование, которое значительно увеличивает стоимость фары. Срок службы газоразрядной лампы достигает 2000 часов.
Светодиоды (Light Emitting Diode, LED) в качестве автомобильных источников света набирают стремительную популярность. Они имеют срок службы до 3000 и более часов, потребляют меньше энергии и обеспечивают приемлемый уровень освещенности. В настоящее время светодиоды широко используются в качестве источников света внутреннего (подсветка приборов, индикаторные лампы) и внешнего (задние фары, дополнительные стоп-сигналы, дневные ходовые огни) освещения. С 2007 года светодиоды белого спектра свечения начали использоваться в качестве источников ближнего и дальнего света.
Источники света характеризуются рядом параметров: напряжение, мощность, световой поток. Производным этих параметров является световая отдача (световой поток на единицу мощности), выступающая своеобразным показателем эффективности и экономичности лампы.
Отражатель в зависимости от типа фары обеспечивает отражение света от источника непосредственно на дорогу или оптическую линзу. Отражатель изготавливают из пластмассы или металла. Более универсальные пластмассовые отражатели, позволяющие создать любые геометрические формы. На поверхность отражателя нанесен тонкий слой алюминия.
Основные типы отражателей: параболический, свободной формы и эллипсоидный. Параболический отражатель используется в классических фарах, в которых уровень освещенности пропорционален размеру отражателя (больше отражатель больше света).
Отражатель свободной формы (Homogeneous Numerically Calculated Surface, HNS) разделен на отдельные участки (вертикальные, радиальные), которые имеют свое фокусное расстояние и оптимизированы на определенный характер отражения света. Отражатель типа HNS обеспечивает высокую однородность освещения. Геометрическая поверхность отражателя разрабатывается с помощью компьютерного моделирования.
Параболический отражатель и отражатель свободной формы составляют основу отражательных (рефлекторных) фар.
Эллипсоидный отражатель является частью полиэллипсоидной системы освещения (Poly Ellipsoid System, PES). Эллипсоидный отражатель совместно с оптической линзой позволяет значительно сократить размеры фары при сохранении уровня освещения и направленности светового пуска. Эллипсоидный отражатель имеют проекционные (прожекторные) фары, в обиходе их называют линзованные фары.
Роль рассеивателя в современных фарах минимальна, т.к. распределение света осуществляется в основном отражателем. С 1992 года широко используются пластмассовые рассеиватели.
Галогенные фары
В настоящее время галогенные фары являются самым распространенным типом фар. В них в качестве источника света используется галогенная лампа. Галогенные фары используются для ближнего и дальнего света. Конструктивно фары могут быть разделены и совмещены, т.н. би-галоген. В фарах ближнего света используются отражатели свободной формы или эллипсоидные отражатели, для дальнего света – отражатели свободной формы или параболические отражатели.
Создание светотеневой границы ближнего света в совмещенных фарах производится двумя способами: светоотражающий колпачок на галогенной лампе с двумя нитями накаливания, световой экран в проекционной системе. Поддержание определенного положения фары относительно плоскости кузова обеспечивает электромеханический корректор.
Ксеноновые фары
Ксеноновые фары имеют большую популярность благодаря высокому уровню освещения. Фары предлагаются в качестве базового оборудования автомобилей бизнес и премиум класса, а также опционально для бюджетных автомобилей. В отличие от галогенных фар ксеноновые фары имеют более сложную конструкцию. Помимо собственно фары в систему включен блок зажигания и электронный блок управления, которые обеспечивают воспламенение газа импульсом напряжения переменного тока 10-20 кВ и питание электроэнергией во время работы.
Ксеноновые фары могут быть рефлекторными и прожекторными, при этом прожекторные фары более популярны у потребителя. Отдельно для ближнего и дальнего света ксеноновые фары применяются достаточно редко. В основном используются би-ксеноновые фары, в которых функции ближнего и дальнего света реализованы в одной фаре. Создание светотеневой границы в би-ксеноновых фарах осуществляют несколькими способами:
- световой экран в проеционных фарах;
- перемещение газоразрядной лампы по горизонтали в отражательных фарах.
Би-ксеноновые фары оборудуются, как правило, модулем поворота в вертикальной и горизонтальной плоскости. Это значительно расширяет область применения фары. Ввиду особенности конструкции ксеноновые фары в обязательном порядке снабжаются автоматическим корректором фар и стеклоомывателем фар.
Светодиодные фары
Светодиодные фары для головного света начали применяться совсем недавно и примеров их использования не так много – ряд моделей Audi, Cadillac, Lexus. Например в Audi R8 светодиодная фара состоит из трех многокристаллических светодиодов. Каждый многокристаллический светодиод включает два простых светодиода, каждый со своим отражателем. Световой поток от всех светодиодов преобразуется в общей проекционной линзе. Для создания светотеневой границы в светодиодной фаре используется световой экран. Несмотря на значительные преимущества, светодиодные головные фары применяются пока очень редко.
Ряд производителей предлагают светодиодные лампы с цоколем для постановки в штатные места галогенных ламп. Такие светодиодные лампы, несмотря на то, что светят очень ярко, не обеспечивают требуемого уровня освещения.
