суббота, 6 октября 2018 г.

Про динамо-фару kLite Bikepacker Ultra.

Где-то с месяц назад на bikepacking.com появился пост с анонсом новой фары от КейЛайт. За деятельностью этой маленькой австралийской компании я слежу уже года два, и поэтому заинтересовался новинкой.

Официальный сайт: www.klite.com.au 

Поскольку в видео из поста информация была довольно поверхностная, направленная на неподготовленного зрителя, а меня интересовали вопросы технические, я написал Керри письмо. Керри — это основатель, разработчик, монтажник, и гендиректор в одном лице. Так было до недавнего времени, теперь компания открыла серьёзное производство, появились другие сотрудники. Но всё равно она маленькая и австралийская. Так вот, Керри любезно ответил на мои вопросы. А я решил написать в связи с этим пост. Потому что подробной информации по фаре нет даже на английском. А уж отечественному велосипедисту продукция КейЛайт вообще неизвестна. А она очень крутая и интересная. И принципиально отличается от того, что могут предложить остальные производители. Я впечатлился и попросил у Керри образцы для тестирования. Надеюсь, всё срастётся, и через какое-то время у меня в бложике появятся полноценные обзоры и тесты этой фары.

А пока предлагаю начать с просмотра того самого видео, в котором Керри заявил о новинках. Я сделал к видео русские субтитры, а Керри добавил их в ютьюбе. Так что можно щелкнуть в плеере на "СС" и выбрать русский язык.


А дальше я прокомментирую то, что сказано в видео. И добавлю информацию, которую получил в переписке.


Оптимизация мощности под низкие скорости

Что это вообще такое и почему должно волновать? Дело в том, что динамовтулка — довольно странный источник энергии. Особенно если сравнивать с понятным и стабильным аккумулятором. Мощность, которую выдаёт динамовтулка, будет зависить от скорости вращения колеса и нагрузки. Нагрузка — это конкретная фара, которую вы к втулке подключили. От того как светодиодная фара сделана внутри, как соединены светодиоды, какая схема источника питания там реализована, будет зависеть какую мощность выдаст втулка на конкретной скорости. Если измерить выдаваемую мощность на разных скоростях, то получится график зависимости мощности втулки от скорости. И в общем случае он будет выглядеть вот так:

Изображение со страницы http://nightrider.xf.cz/son28_en.htm
Это семейство характеристик, которое получили подключая к втулке обычные резисторы. От сопротивления резистора зависит какой будет мощность. И на низких скоростях до 10 км/ч разницы что вы подключили к втулке почти нет. Но дальше чем быстрее крутится колесо, тем заметнее разница. Чем меньше сопротивление, тем больше мощности можно у втулки отжать.

Раньше к втулкам и бутылочным динамкам подключали фары с лампами накаливания, и лампа, как нагрузка, представляла из себя резистор, если упрощать. И вышеприведённые характеристики были верны. То при подключении светодиодов ситуация поменялась. Светодиод — это не тупо резистор, это нелинейная нагрузка. И его к тому же нельзя напрямую подключать к втулке. Нужен выпрямитель. Чаще всего выпрямитель делают в виде схемы диодного моста (D1+D2+D3+D4):

Изображение со страницы http://pilom.com/BicycleElectronics/DynamoCircuits.htm
И зависимость мощности от скорости будет уже иная:

Изображение со страницы http://pilom.com/BicycleElectronics/DynamoCircuits.htm. 
И если ничего не предпринимать, фара с одним светодиодом на низких скоростях даёт очень маленькую мощность. Ну, вот из семейства оранжевая кривая для такого случая как раз —  нет конденсатора С2. На скорости 12 км/ч мощность будет 1.5 Вт.

Если подключить мостовой выпрямитель со светодиодом к втулке через конденсатор С2, то он повлияет на мощность. От величины ёмкости будет зависеть насколько именно повлияет —  желтая и зелёная кривые на графике выше.

Т.е. подключением конденсатора С2 можно добиться, что на той же скорости 12 км/ч мощность от втулки будет потребляться уже 2.25 Вт, а не 1.5. Это по сути и есть принцип смещения пика максимальной мощности в область низких скоростей, про который говорит Керри в видео. Есть ещё куча подробностей. Но принцип примерно такой. Это мои собственные размышления, про схемотехнику фары я у него не стал выспрашивать из морально-этических соображений.

Вы справедливо заметите, что и 2.25 Вт для светодиодов это вообще-то очень мало. Так и есть. К счастью динамовтулка по сути является источником тока и к ней можно подключать не только 1 светодиод, но и 3 и даже 6. При этом напряжение на них будет превышать пресловутые 6В, которое указано как номинальное для всех динамовтулок.

Изображение со страницы http://pilom.com/BicycleElectronics/DynamoCircuits.htm.
Но не всё так радужно. Чем больше светодиодов последовательно вы соединяете, тем на больших скоростях вы сможете выжать максимальную мощность. Вот семейство характеристик для разного количества последовательно соединённых светодиодов.

Изображение со страницы http://pilom.com/BicycleElectronics/DynamoCircuits.htm.
Видно, что с 1 светодиодом можно выдавить 1.75 Вт начиная со скорости 7.5 км/ч. А с 6 светодиодами можно выдавить аж 11 Вт, но уже с 30 км/ч.

Соединяя разное количество светодиодов в нагрузке и подбирая последовательную компенсирующую ёмкость можно добиться интересных результатов. Вот, в частности, фара Керри с 3 светодиодами выдаёт на 18 км/ч 1300 лм. Что очень круто на мой взгляд.

Скорее всего там внутри фары ещё какие-то навороты, и всё не так просто. Но об этом мы не узнаем. Потому что вскрывать фару от КейЛайт я не буду. :)) Потому что она слишком крутая, потому что собрать её обратно уже будет нельзя, потому что она внутри залита компаундом и доковыряться до элементов схемы будет очень сложно. Но самое главное — я уважаю Керри как человека и как разработчика, и обещал ему не ковырять.

Теперь о том почему важно смещать максимум потребляемой мощности в сторону низких скоростей. Тому есть несколько причин. Первая: фара разрабатывалась для гонок на сверхдлинные дистанции. В условиях таких гонок вы двигаетесь медленно потому что дорожное покрытие плохое. Следовательно, надо его хорошо освещать, чтобы не влететь в яму, не улететь с обрыва. Ещё вы двигаетесь медленно когда устали. В этом случае тоже важно хорошо освещать дорогу, чтобы снизить вероятность в упоротом состоянии упасть. Ещё вы двигаетесь медленно против ветра. И тут было бы совсем грустно если и крутить очень тяжело, и ни черта не видно. Тоже нужно хорошо всё освещать. И наоборот — высокая скорость движения автоматом означает, что дорога хорошего качества без внезапных препятствий, и куча света уже не нужна, можно бы и снизить мощность фары, чтобы снизить сопротивление колеса. И такая фишечка реализована в предыдущей версии фары, которая Bikepacker Pro называется.

Фото: klite.com.au
В Ультре переключателя мощности нет. Но есть хитрый алгоритм работы. В сети нашёл такое описание: "На скорости до 13 км/ч работают только 2 диода по краям, на 13 км/ч включается дополнительно центральный. С увеличением скорости до 18 км/ч фара выходит на максимальную мощность,  выдаёт 1300 лм, и дальше при увеличении скорости сохраняет этот режим."

На низких скоростях работают только 2 светодиода, которые светят широко и близко, чтобы хорошо видеть всё вокруг велосипеда и дороги, на высоких скоростях в дополнение к этим двум врубается ещё третий светодиод, который светит узким пучком вдаль, чтобы успевать на скорости разглядет препятствия.

О люменах и люксах

Я уже писал в одной из статей про то, что люмены сами по себе ничего не значат. Гораздо сильнее на езду влияет как вы эти имеющиеся в распоряжении люмены размазали по дороге и насколько она хорошо освещена. Световой поток — та часть мощности электромагнитного излучения, которую мы видим, измеряется в люменах. Освещённость — какая часть светового потока попала в интересующую нас точку на дороге, измеряется в люксах.

Большинство велосипедных фар имеют симметричный пучок. Когда вы направляете такую фару вдаль, часть светового потока уходит выше дороги и слепит встречных водителей и пешеходов. Если направить фару пониже, то часть светового потока будет попадать на дорогу слишком близко к колесу, в результате будет слепить уже велосипедиста из-за слишком яркого пятна на дороге. А если покрутить фару и выставить в какое-то среднее положение, то часть светового потока будет по прежнему уходить выше, а часть ниже. Слепить велосипедиста уже не будет, но подсвеченной окажется область, которая особо не влияет на езду, она тоже слишком близко.

Если взять прямоугольную линзу и поставить её на светодиод, то можно убить разом двух зайцев. Первое: вот эти "бесплезные" верхний и нижний кусок светового потока перенаправить в центр. Чтобы они попадали именно на дорогу, именно в том месте, которое нужно для уверенной езды. Второе: растянуть световой поток по горизонтали, чтобы он освещал дорогу широкой полосой, а не просто круглым пятном как обычно.

Именно для этих целей в фаре КейЛайт Ультра стоит линза 11х54 градуса. Есть ещё квадратная оптика 11х11 градусов, которая призвана сфокусировать световой поток вдаль, чтобы на высоких скоростях дорогу было видно намного метров вперёд. При этом поскольку по вертикали оба типа оптики имеют 11 градусов, то формируется горизонтальная граница, выше которой световой поток почти не уходит. Соответственно, не слепит встречный транспорт и людей. Это называется "horizontal cut-off".

Вообще, концепция фары забавная. Есть две модификации: МТБ и Дорожная. Отличаются они оптикой.

МТБ:
Фото: klite.com.au. 
Этот вариант фары выдаёт более широкий пучок и лучше освещает обочину. Растаскивание светового потока в стороны приводит к тому, что освещённость дорожного покрытия впереди в два раза ниже, чем у дорожной версии фары. Вот такой компромисс. Или широко или далеко. По словам Керри, мтб версия фары реально для мтб и для плохих дорого с большим количеством резких поворотов. Джей Петервари на гонку Шёлковый Путь в этом году поехал именно с мтб версией, потому что она ему нравится гораздо больше. Видимо, для гор она тоже лучше подходит. А мне ещё вспомнился отчёт Александра Столярова про Тур Юнайт этого года, в котором он сетовал, что его фара недостаточно широко освещала лесные дороги и при подъезде к луже приходилось вертеть рулем по сторонам, чтобы найти объезд. Думаю, для такого применения, мтб фара КейЛайт была бы хороша.

Бимшот  мтб версии на скорости 18 км\ч. Фото: klite.com.au
Бимшот  мтб версии на скорости 18 км\ч. Фото: klite.com.au
Дорожная:
Фото: klite.com.au
На дорожной стоит две квадратных линзы, которые начинают работать первыми. При разгоне до 13 км/ч подключается ещё центральный светодиод с широкой оптикой, и далее работают уже все три. Две линзы 11х11 градусов вместо одной позволяют сфокусировать основную часть светового потока впереди на дороге. Поэтому освещённость здесь в два раза выше. Боковая засветка тоже есть благодаря оптике 54х11, но не такая мощная.

Бимшот  дорожной версии на скорости 18 км\ч. Фото: klite.com.au
В целом, дорожная версия фары лучше подходит для езды по асфальту, простой пересечёнке и грунтам, где нет резких поворотов. Наверное, это фара общего применения и более актуальна для большинства катальцев. Косвенно это подтверждается тем, что эту версию быстрее всего раскупили.

И, немного про люмены и люксы. Керри понимает, что правильнее говорить о люксах, но большинство по прежнему сравнивает фары по люменам. Поэтому он оперирует ими же. Когда он разрабатывал всё это дело, денег на измерение светового потока в лаборатории у него не было, поэтому величина люменов везде указана расчётная по технической документации на светодиоды. Попробую измерить световой поток в лаборатории, когда фара попадёт мне в руки. Интересно будет сравнить величины.

Свет во время остановки

Это крутая фишечка и есть почти во всех динамофарах. Даже у китайцев. Свет во время остановки называется "standlight" и реализуется с помощью ионистора так же известного под именем "суперконденсатор". Стэндлайт есть у всех, но реализовать толково смогли не все. У Керри получилось. Во время остановки фара выдаёт 300 лм. И при этом будет светить где-то час. Точное время зависит от скорости и длительности езды. Он напихал в корпус батарею ионисторов, поэтому энергии для питания светодиодов хватит надолго. Можно и палатку поставить, и ужин сварганить побырику. А можно пошариться по кустам во время разведки дороги, при этом свет фары будет виден издалека, и найти велосипед будет проще.

Вот для сравнения фотографии с одними и теми же параметрами съёмки на скорости 18 км/ч и во время остановки.

МТБ:

Фото: klite.com.au
Фото: klite.com.au
Фото: klite.com.au
Фото: klite.com.au

Дорожная:
Фото: klite.com.au

Фото: klite.com.au
На тёмных бимшотах во время остановки хорошо видна разница в распределении светового потока. МТБ версия светит в стороны, дорожная - вперёд.

Конструкция

Когда я увидел фару, то сразу забеспокоился что там с перегревом светодиодов. Потому что корпус-то пластиковый, печатается на ЗD-принтере. Оказалось, что с нагревом светодиодов всё очень хорошо. Даже лучше, чем раньше. В смысле, они нагреваются меньше.

Раньше светодиоды паялись на дискообразную алюминиевую плату 1-1.5 мм толщиной, плата располагалась внутри кропуса, тепло от светодиодов передавалось на плату, с платы на корпус, а с корпуса уже рассеивалось в окружающий воздух. Получалось 4 тепловых перехода, четыре тепловых сопротивления: 1) кристалл светодиода - вывод для пайки; 2)  вывод для пайки - плата; 3) плата - корпус; 4) корпус - воздух.


Теперь же светодиоды паяются на плату из 5 мм алюминия. И сама плата больше по площади. При этом конструктивно плата торчит из корпуса, и в ней выфрезерованы отверстия. Получился сразу радиатор. И число тепловых переходов сократилось. Теперь их 3: 1) кристалл светодиода - вывод для пайки; 2)  вывод для пайки - плата; 3) плата - воздух. Всё это вместе приводит к снижению температуры кристаллов светодиодов. А чем ниже температура, тем эффективнее они работают. Ну, и меньше деградирует люминофор. Круто, короче. То что фара внутри залита компаундом позволяет ещё лучше отвести тепло от светодиодов. Продуман. Ещё забавно, что за эту же толстую 5 мм плату фара крепится к рулю.


Заливка компаундом, толстый пластиковый корпус и отсутствие защитного стекла дают герметичность и прочность. Керри утверждает, что вода внутрь не попадёт вообще никак, фару можно ронять, бить кувалдой и переезжать на грузовике. Думаю, так оно и есть. Мне кажется, кратковременное погружение в воду она тоже выдрежит без последствий.

Про сами светодиоды, собственно. В фаре используются Cree XP-G3 топовых бинов. Это одни из самых эффективных светодиодов на рынке. Так что в этом плане всё хорошо. Недавно апгрейдил свою китайскую динамо-фару, и заодно провёл анализ какие сейчас есть светодиоды поэффективнее. Остановился тоже на XP-G3.

Кстати, про защитное стекло.

Вот, есть фары типа Edelux II.

Фото со страницы https://nabendynamo.de/en/products/headlights/for-hub-dynamos/

В них для распределения светового потока в пространстве используется не пластиковые линзы, а алюминиевый отражатель. Эффективность отражателя выше чем у линзы. Ну, если грубо, у линзы 80%, у отражателя 98%. Если к отражателю приплюсовать защитное стекло с просветлением, эффективность которого тоже в районе 98%. То получается очень крутая система, в которой почти не теряется свет. Но очень хрупкая. Разбить стекло легко. :) Лучше для всяких жёстких условий подходят пластиковые линз. Про что Керри и говорит. Не знаю какая эффективность у линз в фаре kLite, но, похоже, выше 80%.

Цена

Один из первых вопросов: "почему так дорого?" Ну, действительно, неочевидно из чего складывается цена и почему. Первая причина — штучное производство. Нет постоянного потока и больших объёмов, поэтому цена выше чем могла бы быть. Вторая причина — производство в Австралии. Это не Китай, не Индия и не Вьетнам. В Австралии рабочая сила стоит дороже. И Керри предпочитает платить своим работникам достойную зарпалату. Ещё в стоимость заложены хорошие материалы: топовые светодиоды, дорогая и редкая печатная плата. Наверное, при более массовом производстве, корпуса надо лить, а не печатать. Это бы снизило стоимость. Но для литья нужны пресс-формы, они стоят довольно таки дохрена, а по словам Керри, денег особо он на этом деле не зарабатывает. Вон, даже на измерения в светотехнической лаборатории не хватает. Есть ещё момент с дилерами, которые заклаладывают в стоимость свой инетерес. Поэтому и выходит в итоге дорого.

Поделиться ВКонтакте

Комментариев нет:

Отправить комментарий