Сучасні автомобільні фари кращі, ніж будь-коли, але це має свою ціну.
Фари повинні освітлювати дорогу для водіїв, але не за рахунок інших учасників руху. Credit: IIHS
Час від часу, коли я керую новим прес-автомобілем, насиченим сенсорами та програмним забезпеченням, темною ділянкою шосе, фари зустрічного водія б’ють по очах, як цілеспрямований удар по сітківці, мимовільне нагадування про те, що сучасне автомобільне освітлення вступило у власну гонку за люменами.
Будь-хто, хто їздив уночі останні кілька років, знає, про що йдеться: сучасний кросовер перетинає пагорб у зустрічній смузі, і салон на мить наповнюється достатньою кількістю холодно-білого світла, що створює враження, ніби до трафіку приєднався поліцейський вертоліт. Очевидне припущення полягає в тому, що водії просто частіше вмикають дальнє світло, але реальність складніша.
Стара проблема
До того, як автомобілі стали сучасним засобом пересування, кінні екіпажі використовували олійні ліхтарі для освітлення шляху, оскільки дороги поза містами та селищами переважно не освітлювалися. Однак ці ліхтарі не були особливо яскравими, тому зіткнення та майже зіткнення після настання темряви були поширеним явищем.
Наприкінці 1880-х років з’явилися автомобілі, які використовували олійні лампи типу залізничних. Вони випромінювали світло, подібне до свічки, і були схильні до витікання, що могло призвести до займання транспортного засобу.
Ацетиленові лампи з’явилися на початку 1900-х років. Як і олійні ліхтарі, вони були небезпечними, головним чином тому, що покладалися на відкрите полум’я та виробляли високозаймистий ацетиленовий газ. Якщо газове сопло засмічувалося або витікало, концентровані кишені ацетилену могли накопичуватися та спалахувати, викликаючи локальні вибухи.
Якщо відкинути випадкові пожежі, то ранні автомобілі робили одну річ добре: вони були швидшими за кінний транспорт, який вони активно витісняли. Проблема, звісно, полягала в тому, що ця новознайдена швидкість з’явилася у світі, чия світлова технологія ще не встигла пристосуватися до ідеї транспортних засобів, що рухаються швидше, ніж швидким кроком. Ранні автомобільні лампи були менш схожі на прожектори і більше на тьмяні ліхтарі, які ввічливо натякали на наявність транспортного засобу.
З точки зору водія, ці ранні фари мало що робили, окрім незначного покращення видимості. Вони ледве освітлювали значну відстань попереду, залишаючи небезпеки, такі як колії, худоба та пішоходи, поза зоною виявлення до останнього моменту.
Пішоходам було ще гірше. Ви могли йти дорогою вночі, коли здалеку з’являлося слабке світло, а потім усвідомлювали, що це світло прикріплене до машини, що швидко прискорюється, яка погано вас помічала. Вся система фактично покладалася на взаємну імпровізацію: водії вгадували, куди йде дорога, а пішоходи вгадували, чи не стануть вони частиною автомобільної історії.
Стають яскравішими
Регулювання фар виникло не внаслідок одного інциденту, а радше через постійну невідповідність між ранніми транспортними засобами та дорогами, призначеними для коней і пішоходів. Закони кінця XIX — початку XX століть у Великій Британії, містах США та частинах Європи спочатку розглядали автомобілі як «локомотиви на дорогах», вимагаючи лише наявності ламп уночі, щоб їх було видно, — навмисно нечіткий стандарт, що ґрунтувався на правилах освітлення епохи екіпажів.
Спочатку не було жодного поняття про форму променя чи контроль відблисків, лише базову видимість у неосвітлених середовищах. Зі зростанням швидкості та звичним нічним водінням ці прості вимоги до видимості поступово перетворилися на більш технічні норми для фар, які формували сучасний дизайн автомобільного освітлення.
На початку 1900-х років скарги від вершників, пішоходів та інших водіїв вже впливали на норми США та Європи, які не тільки вимагали наявності ламп, але й неявно сприяли контрольованому освітленню: екрануванню, позиціонуванню, а пізніше — формуванню променя для зменшення засліплення.
Напруга була помітна вже тоді — водії хотіли більше світла попереду зі зростанням швидкості, тоді як усі інші хотіли менше сліпучих вогнів від зустрічного транспорту. Цей компроміс ніколи не зникав; він просто з часом формалізувався у відсічення променя, стандарти вирівнювання та, зрештою, сучасні фотометричні правила, які (змінно успішно) намагаються збалансувати видимість для водія з відблисками для всіх інших.
За останні два десятиліття фари стали яскравішими, значною мірою завдяки тому, що автомобільна промисловість відмовилася від старої галогенної парадигми на користь світлодіодів (LED), HID-проекторів та все більш складних адаптивних систем освітлення.
Старі галогенні системи, особливо відбивачі, поширені в 1980-х, 1990-х і на початку 2000-х років, створювали порівняно м’який, теплий промінь з обмеженим досяжністю. Вони були неефективними, генерували надмірне тепло та розсіювали світло дещо нерозбірливо. Але вони мали тенденцію виходити з ладу елегантно. Видимість не була винятковою, але й ймовірність випадково пошкодити очі зустрічного водія теж була невисокою.
Сучасні системи мають зовсім іншу інженерну мету. Світлодіоди споживають менше енергії, служать значно довше і можуть випромінювати набагато більше світла з набагато меншого корпусу. Їх компактність дозволяє дизайнерам створювати тонші фари та агресивніший дизайн передньої частини, але це також означає, що джерело світла стає інтенсивно концентрованим. Автовиробники також перейшли до більш холодних температур кольору — ближче до денного білого, ніж до жовтуватого сяйва старих галогенних ламп, — оскільки ми сприймаємо ці довжини хвиль як більш різкі та деталізовані вночі.
Недоліком є те, що синьо-біле світло також створює більше відблисків і дискомфорту, особливо під час дощу або на погано позначених дорогах. Додайте до цього нинішній бум позашляховиків та пікапів, де фари встановлені вище над землею, ніж у старих седанах, і навіть правильно спрямовані ближні фари можуть світити прямо в лінію зору водіїв менших транспортних засобів.
Потім є ефект ескалації. Сучасні транспортні засоби важчі, швидші, тихіші та оснащені системами допомоги водієві, які заохочують впевнене нічне водіння на високих швидкостях. Для підтримки цього виробники постійно збільшують відстань освітлення попереду та інтенсивність променя.
Адаптивні матричні фари, які можуть вибірково приглушувати частини променя, щоб уникнути засліплення інших водіїв, одночасно підтримуючи максимальне освітлення в інших місцях, теоретично є технологічним рішенням проблеми. На практиці, однак, впровадження залишається непослідовним, норми різняться в різних країнах, і багато транспортних засобів все ще покладаються на грубу силу яскравості, а не на точність. Результатом є те, що нічне водіння все більше нагадує не навігацію в темряві, а виживання в кочуючій фотонічній демонстрації від індустрії споживчої електроніки.
Згідно з даними системи аналізу смертельних випадків (FARS) за 2019-2023 роки, 46 154 смертельних випадків на дорогах США сталися через аварії вночі та в неосвітлених районах. 446 сталися через відблиски, що заважали видимості водія.
На верхній межі набору даних скупчення смертельних випадків у Каліфорнії, Техасі та Флориді значною мірою відповідає базовій експозиції: це три найчисельніші штати і, як наслідок, мають найбільшу абсолютну кількість пройдених транспортних миль, тому їхня помітність не є особливо дивовижною. Іллінойс та Індіана також відстежують очікувану поведінку, враховуючи їхнє положення серед найчисельніших штатів країни.
Більш помітними є викиди нижче в списку, де штати, такі як Алабама та Кентуккі, демонструють непропорційно високу кількість смертельних випадків, які важче пояснити лише населенням, і здаються, на перший погляд, аномальними відносно обсягу трафіку.
Але розподіл стає більш зрозумілим при перехресному посиланні з демографічною структурою. Значна частина зареєстрованих смертельних випадків (108 загалом) сталася серед водіїв віком 65 років і старше, що свідчить про те, що фактори вразливості, пов’язані з віком, можуть посилювати результати в певних юрисдикціях.
Це переосмислює позицію Флориди на п’ятому місці, де її незвично велике населення літніх водіїв, ймовірно, діє як множник, допомагаючи контекстуалізувати, чому Техас та Каліфорнія залишаються у верхньому ешелоні. Алабама, тим часом, залишається стійким викидом, зберігаючи найвищий відносний тягар смертельних випадків навіть при нормалізації відносно розміру населення, що вказує на те, що сама лише експозиція не повністю пояснює її положення в розподілі.
Правила щодо дальнього світла досить схожі по всій території США. У більшості штатів відстань, на якій потрібно приглушити дальнє світло при наближенні зустрічного транспортного засобу, становить 500 футів (152 метри). Коли ви перебуваєте за транспортним засобом, ця відстань зменшується до 200-300 футів (61-91 м).
Дослідження IIHS показало, що автомобілі з фарами, оціненими як «добрі», брали участь у 19% меншій кількості нічних аварій і 23% меншій кількості аварій з пішоходами, ніж ті, що мали нижчі оцінки. Загалом, світлодіодні системи вищої продуктивності домінують у верхній частині рейтингів, тоді як старі галогенні конструкції мають тенденцію до нижньої частини, обмежуючись нижчою потужністю та менш точним контролем променя, незважаючи на переваги в простоті та вартості.
Стандарти яскравості фар федерального рівня США залишалися значною мірою незмінними з 1997 року. Однак у 2022 році США нарешті дозволили адаптивні дальнього світла.
Система 1997 року фактично скинула галузеві стимули. Лише одна з понад 80 систем фар, протестованих у 2016 році, отримала рейтинг «добре», але до 2025 модельного року цей показник зріс приблизно до 51%, а системи «задовільні» або «погані» зменшилися з 82% до близько 16%.
Сьогоднішня проблема
Що ж кажуть виробники з цього приводу? Я поспілкувався з інженерами Skoda (один з брендів VW), щоб дізнатися.
Skoda стверджує, що головною причиною відблисків на більших відстанях є інтенсивність світла. Інтенсивність світла, простими словами, описує співвідношення між світловою потужністю та формою променя.
«З галогенними та HID головною метою був захист пластикових деталей навколо, — сказав представник Skoda. — Тепер, зі світлодіодами, головне завдання — захистити сам світлодіод від перегріву та забезпечити його охолодження у всіх сценаріях водіння, оптимальний компроміс — це продуктивність і вартість».
Щодо того, чи є стимули, які спонукають компанії до максимальної допустимої інтенсивності для ближнього світла, кілька проєктів Skoda працюють близько до нормативних лімітів, хоча компанія стверджує, що вони повністю їм відповідають.
Незважаючи на більш вишукану технологію, деякі сучасні автомобілі все ще засліплюють водіїв. Skoda стверджує, що це переважно пов’язано з адаптивними системами, особливо з матричними, які можуть спричиняти відблиски через те, що система камер автомобіля неправильно розпізнає об’єкти. Затримка в обчислювальному ланцюжку також відіграє роль. А ми, люди, не надто добре вміємо вимикати свої «сліпучі» окуляри щоразу, коли з-за горизонту з’являється автомобіль.
Що ж до вищих транспортних засобів, таких як вантажівки, позашляховики та фургони? Skoda стверджує, що від більшої відстані від вищих транспортних засобів немає вищого ризику відблисків; інженери не розробляють автомобілі по-іншому, знаючи, що фари будуть розташовані вище.
«Єдине, з чим ми можемо грати, — це початковий нахил, — сказав мені представник Skoda. — У нас є кілька проєктів з фарами, розташованими вище, де ми встановлюємо нахил на 1,1% або 1,2% замість 1%, що є стандартом для фар, розташованих нижче».
Щодо обслуговування, то більшість автомобілів, особливо старіші галогенні моделі, потребували заміни лампочок. Залежно від автомобіля, це зазвичай було так само просто, як відкрити капот, зняти кришку з задньої частини фари та замінити лампочку.
Тепер, якщо світлодіодний блок несправний, його потрібно замінити повністю, через набагато жорсткіші допуски в світлодіодних джерелах порівняно з галогенними аналогами. Щодо вирівнювання фар, то вища інтенсивність і контрастність світлодіодних фар означають більшу чутливість до неправильного вирівнювання, ніж у галогенних.
І ось вам — неромантичне пояснення, чому нічне водіння тепер схоже на низькорівневий напад на ваші сітківки. Сучасні системи освітлення, безсумнівно, кращі за попередні — яскравіші, ефективніші та набагато потужніші, — але, як завжди, ці досягнення мають свої недоліки.
Фари все ще розвиваються; тепер вони підтримуються камерами, сенсорами та програмним забезпеченням, яке повинно виконувати рутинну роботу з перемикання між ближнім і дальнім світлом — або, що ще краще, самостійно формувати промінь, щоб ви ніколи не засліплювали інших водіїв, одночасно маючи можливість бачити дорогу.
Теоретично, це елегантно. На практиці, це комп’ютер, який намагається інтерпретувати швидко рухомий світ у низькому освітленні в режимі реального часу, вирішуючи, чи є цей відбивний блиск велосипедистом, знаком, чи просто витівкою Всесвіту. І попри всю свою впевненість, комп’ютери все ще вагаються дещо тривожними способами. Розпізнавання об’єктів може бути недосконалим, налаштування променя не є справді миттєвими, а вся система залежить від набору припущень про те, що система вважає, що відбувається на дорозі в будь-який момент.
Зазвичай це працює. Аж доки це не перестає працювати.
Це схоже на Roomba, яка з радістю прибирає більшу частину підлоги, оминає перешкоди і з роботизованим задоволенням оголошує про перемогу. Але вона також пропускатиме незручні кути та вперті плями, які вимагають від людини втрутитися з більш старомодним підходом (у цьому випадку, вручну вимкнути «сліпучі» окуляри).
У хороший день сучасні фари можуть зняти більшу частину когнітивного навантаження з нічного водіння. Але чи готові ми делегувати ще один шматок суджень у реальному часі системі, яка все ще вчиться бачити в темряві?
Дізнатися більше на: arstechnica.com