Тест «умных» лазерных фар

Мы побывали в совершенно новом Центре светотехники, построенном на территории головного предприятия Audi, и посетили 120-метровый световой тоннель — самый длинный в Европе из тех, по которым можно ездить на автомобиле.

Представьте себе картину: вы подходите к пешеходному переходу и ожидаете, когда машины остановятся, чтобы пропустить вас. Автомобили замирают, и прямо на «зебре» появляется движущаяся стрелка, приглашающая вас перейти дорогу в полной безопасности. Откуда берется это изображение? В дорогу встроен защищенный дисплей, на фонарном столбе установлен проектор?

Нет, анимация демонстрируется фарами автомобиля, который остановился, чтобы вас пропустить. Эту и многие другие перспективные технологии «Популярной механике» продемонстрировали специалисты компании Audi, которые убеждены: фары для автомобиля — что глаза для человека, и средство общения, и зеркало души.

Дорожный кинотеатр

О том, как устроены лазерные фары, мы подробно писали в июле прошлого года. Таким прожектором уже щеголяет пусть и редкий, но все же серийный спорткар Audi R8 LMX. Четыре лазерных светодиода диаметром всего 0,3 мм каждый формируют единый монохромный синий луч с длиной волны 450 нм. Лазерный луч не является источником света, а служит лишь поставщиком энергии для фосфорного конвертера. Его флуоресцирующий состав излучает видимый свет.

Прецизионное затенение
Линии габаритов кузова
Применив устройство с микрозеркалами DMD, аналогичное используемым в видеопроекторах, инженеры наделили лазерную фару практически бесконечными возможностями, среди которых создание неограниченного количества теневых зон и проецирование графики на дорогу.

Преимущества лазерных фар мы по достоинству оценили в тоннеле: их ближний свет буквально заливал все пространство, в то время как светодиодные фары лишь проявляли очертания удаленных объектов в сумерках. Дальность действия лазерных фар вдвое больше, чем у традиционных аналогов, и может достигать 600 м. Важно, что их свет по цветовой температуре (5500 К) максимально близок к дневному, приятен для глаз и не вызывает усталости.

Очевидно, что столь мощный прожектор может применяться лишь совместно с автоматической системой управления дальним светом: ослепление встречных водителей по невнимательности должно быть полностью исключено. На Audi R8 LMX видеокамера постоянно отслеживает присутствие встречного и попутного транспорта и при необходимости мгновенно приглушает свет.

Создавая перспективную технологию матрично-лазерных фар, инженеры пошли дальше и объединили конструкции лазерного прожектора и видеопроектора. От последнего фаре достался DMD (digital micromirror device) — устройство с цифровыми микрозеркалами. Оно представляет собой матрицу из сотен тысяч микроскопических зеркал, каждое размером в несколько сотых миллиметра. Зеркала крепятся на полупроводниковой подложке-микросхеме посредством микропетель. С помощью электростатического поля они могут поворачиваться на разные углы с частотой до 5000 раз в секунду, отражая больше или меньше света от фосфорного корректора в фокусирующую линзу.

Превратив фару в видеопроектор, инженеры Audi убили сразу двух зайцев. Во-первых, они наилучшим образом решили проблему ослепления других участников движения. Матрично-лазерная фара может создавать для них неограниченное количество теневых зон, при этом непрерывно освещая дорогу ярчайшим дальним светом.

Во-вторых, DMD превращает фару в средство коммуникации и помощи водителю. Мощный лазерный дальний свет требуется только за городом на скоростях свыше 60 км/ч. В городе же он может служить подсказкой. В узких местах строительных зон и тесных парковок фара может проецировать прямо на дорогу линии габаритов машины, чтобы было проще соотнести ширину кузова с имеющимся пространством. В сумерках она подсветит дорожные знаки, чтобы они не остались незамеченными.

Возможно, в будущем такие фары будут проецировать на дорогу контрастный узор непосредственно перед автомобилем, чтобы предупреждать о его появлении из-за угла. А движущиеся стрелки на «зебре» подскажут пешеходу, что автомобиль полностью остановился и можно смело переходить дорогу.

Световой росчерк

Оказывается, живые концерты могут давать не только музыканты, но и художники. Глава департамента дизайна светотехнических приборов Сезар Мунтада Роура, собрав журналистов вокруг своего стола, берет большой лист фактурного черного картона и белым карандашом подчеркнуто размашистыми движениями воссоздает динамичный образ Audi TT. Он объясняет, как не больше десятка ниспадающих линий определяют агрессивный и узнаваемый стиль спортивного автомобиля. А затем финальным аккордом Сезар наносит буквально пару штрихов, демонстрируя, насколько полно те же ценности можно передать с помощью дизайна фар.

Концепция световой подписи Audi предполагает, что каждая модель фирмы будет щеголять собственным уникальным рисунком дневных ходовых огней, раскрывающим характер автомобиля, от агрессивных диагоналей ТТ до основательных параллелей Q7. Эволюция дневных ходовых огней на моделях Audi последних лет наглядно демонстрирует, насколько быстро развиваются световые технологии: если в 2008 году ходовые огни состояли из нескольких отчетливо различимых светодиодов, то сегодня они представляют собой абсолютно однородные (или, как говорят специалисты, гомогенные) светящиеся полосы.

Скульптура «Матрица органических светодиодов Audi» призвана наглядно продемонстрировать, что специалисты компании подразумевают под 3D-дизайном световых приборов.

Для рассеивания света в таких случаях применяется полимерный материал, внешне напоминающий оргстекло, внутри которого содержится множество воздушных пузырьков. От диаметра и количества этих полостей зависят характеристики светового элемента — гомогенность, яркость, экономичность. Современные рассеиватели позволяют использовать намного меньше светодиодов, располагая их на расстоянии более десяти сантиметров друг от друга. Перспективным материалом для рассеивателей считаются вспененные полимеры, подкупающие своим малым весом и полной свободой в изготовлении сложных форм.

Вероятно, следующее поколение дневных ходовых огней будет использовать световые волокна — гибкие нити, изготовленные из полимерных материалов или кварцевого стекла. Они удобны в плане компоновки, так как позволяют размещать источник света глубоко внутри корпуса фары. Волокна могут излучать свет с торца (оптоволоконный проводник) или по всей длине. Из них можно создавать тканые светящиеся полотна.

Специалисты Audi считают одной из главных тенденций в дизайне световых приборов трехмерность: с разных ракурсов они должны выглядеть по-разному, создавая причудливую игру сложных форм. Реализовать непростые художественные идеи поможет технология формованных печатных плат MID (molded interconnected device). Трехмерный каркас MID отливается из металла, покрытого полимером. Электрическая схема наносится на него с помощью лазера: полимер испаряется, обнажая металл. Получившиеся металлические контуры усиливаются с помощью гальванизации — теперь они могут питать мощные светодиоды.

Важнейшая технология фар будущего — кремниевые линзы. Они позволяют создавать очень малые радиусы кривизны, что, в свою очередь, означает малые размеры самой линзы по сравнению со стеклянным аналогом. Кремний легче стекла и лучше переносит высокие температуры.

Голубая мечта инженеров и дизайнеров Audi — автомобиль, целиком покрытый слоем из органических светодиодов OLED, весь светящийся и демонстрирующий видеоэффекты высокого разрешения. Теоретически это возможно, так как отдельные излучающие свет элементы OLED имеют микроскопические размеры и могут наноситься на подложку очень тонким слоем. Однако добиться такого на практике в обозримом будущем не удастся: органические светодиоды слишком чувствительны к перепаду температур и не выносят контакта с водой. Поэтому пока что они требуют защиты толстым слоем стекла, которое можно изгибать только в одной плоскости.

Хайтек под присмотром

Кроме концептуальных световых приборов, которые если и пойдут в серию, то только через десяток-другой лет, в лабораториях Audi разрабатываются остроумные решения, которые готовы к этому уже завтра. Один из самых впечатляющих образцов — лазерный противотуманный фонарь. Он представляет собой красный сканирующий лазер, рисующий на дороге позади автомобиля тонкую поперечную полоску. Только и всего.

В ясную погоду эта полоска практически незаметна другим участникам движения. В отличие от традиционной задней противотуманки, она не слепит водителей и не отвлекает их, даже если нерадивый хозяин забыл ее выключить. Зато в тумане становится виден сам лазерный луч, и за автомобилем проявляется яркий красный треугольник.

Светотехника — весьма консервативная отрасль. Работа световых приборов имеет самое непосредственное отношение к безопасности движения, поэтому их строение и характеристики жестко регламентированы государственными органами. В тесном контакте с дизайнерами и технологами работают лоббисты, демонстрирующие чиновникам новые разработки и обосновывающие их пользу для безопасности дорожного движения.

Для некоторых разработок, таких как лазерный противотуманный фонарь, именно законодательство является основным или единственным препятствием для внедрения в серию. К счастью, опыт показывает, что это препятствие временное. Иначе мы не увидели бы на наших дорогах автомобили Audi, щеголяющие динамическими указателями поворотов и мерцающими при резких торможениях стоп-сигналами.