Как фары автомобилей становились ярче, белее и ослепительнее в темное время суток

Автомобильные фары стали лучше, чем когда-либо, но за это приходится платить.

Фары должны освещать дорогу впереди для водителей, но не в ущерб окружающим. Источник: IIHS. Фары должны освещать дорогу впереди для водителей, но не в ущерб окружающим. Источник: IIHS.

Время от времени, управляя каким-нибудь оснащенным датчиками и программным обеспечением тестовым автомобилем на темном участке шоссе, я вдруг вижу, как дальний свет встречного автомобиля поражает меня, словно целенаправленный удар по сетчатке глаза, — непроизвольное напоминание о том, что современное автомобильное освещение вступило в свою собственную гонку вооружений по количеству люменов.

Любой, кто ездил ночью в последние несколько лет, знает, о чём я говорю: современный кроссовер поднимается на холм по встречной полосе, и салон на мгновение наполняется таким холодным белым светом, что создаётся впечатление, будто к потоку присоединился полицейский вертолёт. Очевидно, что водители просто стали чаще оставлять включенными дальние фары, но реальность гораздо сложнее.

Старая проблема

До того, как автомобили стали современным видом транспорта, конные экипажи освещали дорогу канализационными лампами, поскольку дороги за пределами городов были в основном неосвещенными. Однако эти лампы были не особенно яркими, а это означало, что столкновения и опасные ситуации в темное время суток были обычным явлением.

В конце 1880-х годов появились автомобили, в которых использовались масляные лампы железнодорожного типа. Они излучали свет, как свеча, и были склонны к разливанию топлива, что могло привести к возгоранию автомобиля.

Ацетиленовые лампы появились в начале 1900-х годов. Как и масляные лампы, они были опасны, главным образом потому, что использовали открытое пламя и производили легковоспламеняющийся ацетилен. Если газовое сопло засорялось или протекало, могли накапливаться скопления концентрированного ацетилена, которые воспламенялись, вызывая локальные взрывы.

Если не считать редких случаев возгорания, первые автомобили, по крайней мере, хорошо справлялись с одной задачей: они были быстрее конных экипажей, которые и вытесняли. Проблема, конечно, заключалась в том, что эта новообретенная скорость появилась в мире, чьи технологии освещения еще не совсем соответствовали идее движения транспортных средств со скоростью, превышающей быстрый бег. Ранние автомобильные фары больше напоминали тусклые фонари, чем прожекторы, вежливо намекая на возможное присутствие транспортного средства.

Ацетиленовая фара на старинном автомобиле. Фото: Павел Бабич/Getty Images

С точки зрения водителя, эти первые фары лишь незначительно улучшали видимость. Они с трудом освещали достаточное расстояние впереди, оставляя опасности — включая колеи, скот и пешеходов — вне зоны видимости до самого последнего момента.

Пешеходам было еще хуже. Вы могли идти по дороге ночью, когда вдали появлялось слабое свечение, а затем вы понимали, что это свечение исходит от быстро разгоняющегося автомобиля, который плохо вас замечал. Вся система фактически основывалась на взаимной импровизации: водители догадывались, куда ведет дорога, а пешеходы — станут ли они частью автомобильной истории.

Становится ярче

Регулирование фар возникло не столько из-за одного инцидента, сколько из-за постоянного несоответствия между первыми автомобилями и дорогами, всё ещё предназначенными для лошадей и пешеходов. Законы конца XIX и начала XX веков в Великобритании, городах США и некоторых частях Европы первоначально рассматривали автомобили как «локомотивы на автомагистралях», требуя лишь наличия фар в ночное время для обеспечения видимости — намеренно расплывчатый стандарт, уходящий корнями в правила освещения эпохи карет.

Поначалу не существовало понятия диаграммы направленности фар или контроля ослепления, речь шла лишь об элементарной видимости в условиях недостаточного освещения. По мере увеличения скорости и того, как ночное вождение стало обычным делом, эти простые требования к видимости постепенно переросли в более технические нормы, определяющие современный дизайн автомобильных осветительных приборов.

К началу 1900-х годов жалобы всадников, пешеходов и других водителей уже влияли на американские и европейские правила, которые не просто требовали наличия ламп, но и косвенно подталкивали к контролируемому освещению: экранированию, расположению, а позже и формированию светового луча для уменьшения ослепления.

Напряжение было заметно уже тогда: водители хотели больше света впереди по мере увеличения скорости, в то время как все остальные хотели меньше ослепляющего света от встречного транспорта. Этот компромисс никуда не исчез; он просто со временем формализовался в виде ограничений светового потока, стандартов выравнивания и, в конечном итоге, современных фотометрических правил, которые пытаются (с переменным успехом) сбалансировать видимость для водителя и ослепляющий свет для всех остальных.

Галогенные лампы были лучше, чем технология, которую они заменили, но до совершенства им было далеко. Источник: Loop Images/Universal Images Group via Getty Images

За последние два десятилетия фары стали ярче, в основном потому, что автомобильная промышленность отказалась от старой галогенной парадигмы в пользу светодиодов, ксеноновых проекторов и все более совершенных адаптивных систем освещения.

Более старые галогенные лампы, особенно с отражателями, распространенные в 1980-х, 1990-х и начале 2000-х годов, давали сравнительно мягкий, теплый луч с ограниченной дальностью. Они были неэффективны, выделяли чрезмерное количество тепла и рассеивали свет довольно неизбирательно. Но в итоге они выходили из строя незаметно. Видимость была не идеальной, но и вероятность случайного попадания в глаза встречному водителю тоже была высока.

Современные системы преследуют совершенно иные инженерные цели. Светодиоды потребляют меньше энергии, служат гораздо дольше и могут излучать значительно больше света при гораздо меньших размерах. Их компактность позволяет дизайнерам создавать более тонкие фары и более агрессивный дизайн передней части автомобиля, но это также означает, что сам источник света становится интенсивно концентрированным. Кроме того, автопроизводители перешли к более холодным цветовым температурам — ближе к дневному белому свету, чем к желтоватому свечению старых галогенных ламп, — потому что мы воспринимаем эти длины волн как более четкие и детализированные ночью.

Недостатком является то, что сине-белый свет также создает больше бликов и дискомфорта, особенно в дождь или на плохо обозначенных дорогах. Добавьте к этому нынешний бум внедорожников и пикапов, где фары установлены выше, чем на старых седанах, и даже правильно отрегулированный ближний свет может светить прямо в глаза водителям небольших автомобилей.

Затем следует эффект эскалации. Современные автомобили тяжелее, быстрее, тише и оснащены системами помощи водителю, которые способствуют уверенному вождению в ночное время на высоких скоростях. Для этого производители постоянно увеличивают дальность и интенсивность светового пучка.

На иллюстрации показана схема расположения компонентов цифровой матричной светодиодной фары, включая подробное изображение расположения каждой световой функции. Audi На иллюстрации показана схема расположения компонентов цифровой матричной светодиодной фары, включая подробное изображение расположения каждой световой функции. Audi Цифровые матричные светодиодные фары Audi также могут проецировать указатели направления на дорожное покрытие. На иллюстрации показана схема компонентов цифровой матричной светодиодной фары, включая подробное изображение расположения каждой световой функции. Цифровые матричные светодиодные фары Audi также могут проецировать указатели направления на дорожное покрытие.

Адаптивные матричные фары, способные выборочно приглушать отдельные участки светового луча, чтобы не ослеплять других водителей, сохраняя при этом максимальное освещение в остальных местах, теоретически являются технологическим решением проблемы. Однако на практике их внедрение остается непоследовательным, правила различаются в зависимости от страны, и многие автомобили по-прежнему полагаются на грубую силу яркости, а не на точность. В результате ночная езда все больше напоминает не движение в темноте, а выживание на демонстрационной выставке фотоники от индустрии потребительской электроники.

Согласно данным Системы анализа и отчетности о смертельных случаях (FARS) за 2019-2023 годы, 46 154 смертельных случая на дорогах США произошли в результате аварий в ночное время и в неосвещенных местах. 446 случаев были вызваны ослеплением, ухудшающим видимость для водителя.

В верхней части набора данных концентрация смертельных случаев в Калифорнии, Техасе и Флориде в целом соответствует базовому уровню: это три самых густонаселенных штата и, следовательно, штаты с наибольшим абсолютным числом пройденных автомобилями миль, поэтому их значимость не особенно удивительна. Иллинойс и Индиана также соответствуют ожидаемому поведению, учитывая их положение среди самых густонаселенных штатов страны.

Более примечательны исключения, расположенные ниже в списке, где в таких штатах, как Алабама и Кентукки, наблюдается непропорционально высокое число смертельных случаев, которое сложнее объяснить только численностью населения и которое на первый взгляд кажется аномальным по сравнению с объемом дорожного движения.

Однако распределение становится более наглядным при сопоставлении с демографической структурой. Значительная часть зарегистрированных смертельных случаев, в общей сложности 108, произошла среди водителей в возрасте 65 лет и старше, что позволяет предположить, что факторы уязвимости, связанные с возрастом, могут усиливать негативные последствия в некоторых регионах.

Это меняет позицию Флориды на пятом месте, где ее необычно большое количество пожилых водителей, вероятно, выступает в качестве множителя, помогая понять, почему Техас и Калифорния остаются в верхнем эшелоне. Алабама, тем временем, остается устойчивым исключением, сохраняя самый высокий относительный уровень смертности даже при нормализации по численности населения, что указывает на то, что одного лишь воздействия недостаточно для полного объяснения ее места в распределении.

Минивэн проходит проверку фар в IIHS. Фото: IIHS

Правила использования дальнего света фар примерно одинаковы по всей территории США. В большинстве штатов расстояние, на котором необходимо приглушить дальний свет при приближении встречного автомобиля, составляет 500 футов (152 метра). При движении позади автомобиля это расстояние сокращается до 200-300 футов (61-91 м).

Исследование IIHS показало, что автомобили с фарами, получившими оценку «хорошо», участвовали на 19 процентов меньше в ночных авариях и на 23 процента меньше в столкновениях с пешеходами, чем автомобили с системами более низкого класса. В целом, светодиодные системы с более высокими показателями занимают верхние строчки рейтинга, в то время как более старые галогенные конструкции, как правило, находятся внизу, ограниченные меньшей мощностью и менее точным управлением световым лучом, несмотря на преимущества в простоте и стоимости.

В США федеральные стандарты яркости фар практически не менялись с 1997 года. Однако в 2022 году в США наконец-то разрешили адаптивные фары дальнего света.

Система 1997 года фактически обновила систему стимулирования в автомобильной промышленности. Из более чем 80 систем фар, протестированных в 2016 году, только одна получила оценку «хорошо», но к 2025 модельному году этот показатель вырос примерно до 51 процента, а доля систем с оценкой «удовлетворительно» или «плохо» упала с 82 процентов до примерно 16 процентов.

Сегодняшняя проблема

Что же говорят об этом производители? Я пообщался с инженерами Skoda (одного из брендов VW), чтобы это выяснить.

Компания Skoda утверждает, что основной причиной ослепления на больших расстояниях является интенсивность света. Интенсивность света, простыми словами, описывает соотношение между световым потоком и диаграммой направленности луча.

«В случае с галогенными и ксеноновыми лампами главной целью была защита пластиковых деталей от воздействия окружающей среды, — заявили в Skoda. — Теперь же, с светодиодами, основная задача — защитить светодиод от воздействия окружающей среды и обеспечить его эффективное охлаждение во всех режимах движения, при этом оптимальным компромиссом является соотношение производительности и стоимости».

Что касается наличия стимулов, подталкивающих компании к превышению допустимого уровня интенсивности ближнего света фар, то, как заявила компания Skoda, несколько проектов компании работают в пределах, близких к нормативным ограничениям, хотя и полностью соответствуют требованиям.

Несмотря на более совершенные технологии, некоторые современные автомобили по-прежнему ослепляют водителей. В Skoda утверждают, что это в основном связано с адаптивными системами, особенно матричными, которые могут вызывать блики, поскольку система камер автомобиля некорректно распознает объекты. Задержка в вычислительной цепочке также играет свою роль. И мы, люди, не отличаемся особой способностью быстро отключать блики, когда на горизонте появляется автомобиль.

А что насчет более высоких транспортных средств, таких как грузовики, внедорожники и фургоны? Skoda утверждает, что на больших расстояниях от высоких автомобилей нет повышенного риска ослепления; инженеры также не будут проектировать иначе, зная, что фары будут расположены выше.

Источник: Getty Images

«Единственное, с чем мы можем поэкспериментировать, — это начальный наклон», — сказал мне представитель Skoda. «У нас есть несколько проектов с фарами, расположенными выше, где мы устанавливаем наклон на уровне 1,1 или 1,2 процента вместо 1 процента, который является стандартным для фар, расположенных низко».

Что касается обслуживания, то в большинстве автомобилей, особенно в ранних моделях с галогенными лампами, требовалась замена лампочек. В зависимости от автомобиля, это обычно сводилось к тому, чтобы открыть капот, снять колпачок с задней части фары и заменить лампочку.

Теперь, если светодиодный блок выходит из строя, его необходимо заменить целиком, поскольку допуски у светодиодов гораздо жестче, чем у галогенных аналогов. Что касается регулировки фар, то более высокая интенсивность и контрастность светодиодных ламп означают большую чувствительность к смещению, чем у галогенных.

Вот и всё: неромантичное объяснение того, почему вождение в ночное время теперь ощущается как лёгкое облучение сетчатки глаза. Современные системы освещения, несомненно, лучше, чем предыдущие — ярче, эффективнее и гораздо функциональнее, — но, как всегда, эти преимущества имеют свою цену.

Фары продолжают совершенствоваться; теперь они оснащены камерами, датчиками и программным обеспечением, которое должно выполнять утомительную работу по переключению между ближним и дальним светом — или, что еще лучше, формировать сам луч света, чтобы вы никогда не ослепляли других водителей, при этом сохраняя видимость дороги.

В теории это элегантно. На практике же это компьютер, пытающийся в реальном времени интерпретировать быстро движущийся мир в условиях низкой освещенности, решая, является ли это мерцание велосипедистом, знаком или просто вмешательством Вселенной. И, несмотря на всю свою уверенность, компьютеры все еще проявляют некоторую неуверенность, что несколько пугает. Распознавание объектов может быть несовершенным, корректировка луча не происходит мгновенно, и вся система зависит от множества предположений о том, что, по мнению системы, происходит с дорогой в любой данный момент.

Обычно это срабатывает. До тех пор, пока не перестанет работать.

Это чем-то похоже на робот-пылесос Roomba, который с удовольствием уберет большую часть пола, обойдет препятствия и с роботизированным удовлетворением объявит о победе. Но он также пропустит труднодоступные углы и труднодоступные места, где человеку придется вмешиваться более традиционным способом (в данном случае, вручную отключая шторки).

В хорошую погоду современные фары могут значительно облегчить вождение в ночное время. Но готовы ли мы доверить еще один элемент принятия решений в режиме реального времени системе, которая все еще учится видеть в темноте?

291 комментарий

Источник: arstechnica.com