Устройство автомобилей
Осветительные приборы
Большую часть информации о дорожной обстановке, состояния автомобиля, как во время движения, так и на стоянке водитель получает посредством зрения. Видимость на дороге ухудшается с наступлением сумерек, выпадением осадков, появлением тумана, дождя и снегопада.
Для обеспечения безопасного и комфортного управления движением автомобиля в условиях недостаточной видимости служит система освещения, в которую входят головные фары (блок-фары), задние фонари, фонари освещения заднего номерного знака, фонари освещения салона, багажного отделения, моторного отсека и вещевого ящика.
Классификация систем освещения
Современные системы освещения можно разделять по следующим признакам:
- по назначению – ближнего и дальнего света, противотуманные, ходовые, передние и задние;
- по расположению – на приборы наружного освещения (фары, фонари, расположенные вне кузова автомобиля) и внутреннего освещения (лампы и фонари для освещения внутри кузова);
- по типам светораспределения – на европейскую и американскую;
- по способу реализации системы светораспределения – на двух- и четырехфарную систему;
- по форме оптических элементов – на круглые, прямоугольные и сложной формы (гомофокальные, эллипсоидные и т. п.);
- по типу источников света – на использующие лампы накаливания, галогенные, ксеноновые (газоразрядные) и светодиодные (матричные или LED) лампы, лазерный луч;
- по конструктивным признакам – на отдельные оптические приборы и приборы, объединенные в блоки.
Фары ближнего света предназначены для обеспечения водителям видимости в обычных световых и погодных условиях.
Фары дальнего света обеспечивают обзор дороги на большом расстоянии (до 100 м и более) в темное время суток. Однако высокая яркость света этих фар может стать источником опасности для водителей встречных машин — ослепленные, они теряют видимость и возможность управления автомобилем во время движения, поэтому дальний свет рекомендуется использовать на трассах за пределами крупных населенных пунктов.
Систему переключения между ближним и дальним светом предложили и внедрили в 1915 году специалисты компании Guide Lamp Company. На первых автомобилях, оснащенных двумя типами фар, для того чтобы переключить режим приходилось останавливаться, поскольку переключатели находились непосредственно рядом с фарами. В салон авто рычаг переключения света был перенесен в 1917 году компанией Cadillac (Кадиллак), но поначалу он был ножным.
Противотуманные фары могут использоваться на любом современном автомобиле при езде в плохих погодных условиях: тумане, дожде, снеговых осадках. Их конструктивная особенность заключается в направлении светового луча вниз, на полотно дороги.
Ходовые (дневные) огни – это внешние световые приборы, которые применяются для улучшения видимости в светлое время суток в качестве более экономичной замены ближнего света. Их применение связано, в основном, с требованием включать на движущемся автомобиле ближний свет фар.
Европейская и американская системы освещения различны как по структуре создаваемого светового пучка (нормам на светораспределение), так и по принципам его формирования. Это различие обусловлено, главным образом, особенностями организации дорожного движения и качеством дорог.
Американская и европейская система освещения
Американская система освещения представляет собой размещение в фокальной плоскости параболоидного отражателя источника дальнего света (нить лампы накаливания, ксеноновая дуга и т. п.). Источник ближнего света располагается несколько выше горизонтальной плоскости, проходящей через оптическую ось отражателя, и смещен в левую сторону от нее. Благодаря этому ось светового потока ближнего света наклонена вниз и смещена в сторону к правой обочине дороги; светораспределение симметрично, как показано на рис. 1.
Основной конструктивной особенностью этой системы освещения является использование при формировании светового пучка как ближнего, так и дальнего света всей рабочей поверхности отражателя.
Американская система освещения, как и европейская, допускает двухфарное и четырехфарное исполнение.
Система освещения, называемая европейской, конструктивно выполнена иначе, чем американская. Здесь источник дальнего света имеет подковообразную форму у обычных лам накаливания (типа А12-45 40) и цилиндрическую – у галогенных (ламп типа Н4), и сориентирована вдоль оптической оси отражателя.
Получение ближнего света фар достигается размещением выше источника дальнего света металлического щитка, направляющего пучок света вниз и влево. В европейской системе освещения в режиме ближнего света используется только часть рабочей поверхности отражателя.
Главное отличие — в Европе с 1957 года принято асимметричное светораспределение с лучшим освещением правой обочины и с четкой светотеневой границей. В США и Канаде использование фар с границей света и тени разрешили только с 1997 года, причем требование по этому вопросу отсутствует.
Свет «американских» фар распределяется почти симметрично, ослепляя встречных водителей. К тому же американцы регулируют фары только по вертикали.
В США и Канаде отсутствует единый порядок сертификации приборов освещения. Каждый производитель лишь гарантирует соответствие своих фар федеральному стандарту по безопасности движения транспортных средств (FMVSS), а подтверждать это приходится, например, в случае аварии по вине световых приборов. Предполагается, что официально импортируемые из США автомобили проходят проверку на соответствие европейским нормам.
«Американские» фары маркируются аббревиатурой DOT (Department Of Transport — Министерство транспорта), а «европейские» — буквой «Е» в кружочке с цифрой-кодом страны, где фара одобрена для использования (Е1 — Германия, Е2 — Франция, и т.д.).
Следует учесть, что при прохождении техосмотра в России «американские» фары и головная оптика «праворульных» машин могут создать проблемы, так как нормативный документ, ГОСТ Р 51709-2001, регламентирует «левоасимметричное» распределение света и четкую светотеневую границу.
Четырехфарная система освещения
Необходимость совмещения в одном оптическом элементе двух режимов работы приводит к ухудшению характеристик как дальнего, так и ближнего света. Поэтому, несмотря на ряд преимуществ двухфарной системы: относительно небольшая потребляемая мощность, малый объем при монтаже на автомобиле, низкая себестоимость и технологичность, в США в 60-е годы получила распространение четырехфарная система освещения, в основе которой лежит идея распределения функции освещения по двум типам фар.
Четырехфарная система освещения состоит из четырех фар диаметром 130 мм, которые могут быть установлены как горизонтально, так и вертикально. Наружные и верхние фары всегда являются двухрежимными. Внутренние и нижние фары обеспечивают только дальний свет. При включении дальнего света работают все четыре фары, внутренние фары создают при этом направленный четкий световой пучок прожекторного типа.
Блок-фары
Блок фары со встроенными указателями поворота получили широкое распространение в 80-е годы благодаря некоторому снижению себестоимости комплекта световых приборов и более органичному эстетическому оформлению передней части автомобиля.
Блок-фары, применяемые на современных автомобилях, обычно объединяют приборы освещения и световой сигнализации, к которым относятся фары ближнего и дальнего света, указатели поворотов и габаритные фонари.
Гомофокальные и эллипсоидные отражатели фар
Постоянно увеличивающийся дефицит горючего предопределил тенденцию к снижению коэффициента аэродинамического сопротивления воздушному потоку при движении автомобиля, для чего необходимо обеспечить узкий профиль передней части автомобиля и, следовательно, ограничить высоту фары до минимума.
Эти требования практически полностью исключают использование в конструкциях фар традиционные светооптические схемы, так как для сохранения необходимого светового потока в этом случае требуется значительное увеличение глубины отражателя, что вызывает технологические трудности.
Кроме того, традиционные светооптические схемы, где функция перераспределения светового потока выполняется рассеивателем с глубокими призмами, не допускает его наклона в вертикальной плоскости на угол, больше чем на 25 градусов.
Именно эти обстоятельства привели к разработке принципиально новых конструкций фар.
Фирмой «Лукас» (Великобритания) была предложена конструкция фары, в которой отражатель выполнен в виде объединения нескольких (двух-трех) усеченных параболоидных элементов с различным фокусным расстоянием 20 и 40 мм при совмещенных положениях фокусов. Принцип объединения разнофокусных отражателей называется гомофокальным. Он позволяет подобрать и скомпоновать отражатель из отдельных секторов разнофоркусных отражателей таким образом, чтобы обеспечить формирование заданного светораспределения режимов ближнего и дальнего света с помощью отражателя. Реализация данной светооптической схемы позволила сконструировать фару, полностью удовлетворяющую современным аэродинамическим требованиям.
Эллипсоидные фары головного света, предложенные фирмой «Хелла» (Германия), представляют другое направление развития конструкции фар. Их характерной особенностью является более полное использование светового потока лампы при ближнем свете. Конструкция такой фары содержит эллипсоидный отражатель, в один из фокусов которого установлен источник света. Весь световой поток, отраженный таким отражателем, концентрируется в его втором фокусе, где в режиме ближнего света частично экранируется, что позволяет создать четкую светотеневую границу. Затем пучок корректируется с помощью достаточно простой линзы.
Для получения необходимых значений светотехнических характеристик отражатель снабжают элементами с параболоидными поверхностями, сопряженными с эллипсоидом, и преломляющими световой поток с помощью концентрических призматических элементов. К основным недостаткам этой системы следует отнести технологические трудности, высокую стоимость, а также ограничение в использовании – только в четырехфарной системе освещения.
Пути совершенствования светооптических схем и оптических элементов этим не исчерпываются. Продолжаются работы по использованию систем поляризованного света, волоконной оптики, с помощью компьютерного моделирования разрабатываются конструкции фар и формы отражателей с наиболее рациональным светораспределением.
В современных фарах могут применяться устройства, автоматически ослабляющие слепящие действие фар при встречном разъезде автомобилей и изменяющие направление светового потока при повороте автомобиля. Для управления осветительными и светосигнальными приборами широко используется электроника.
Источник статьи: http://k-a-t.ru/mdk.01.01_elektro/50-fary/index.shtml
Системы освещения
Хорошее освещение дороги перед автомобилем всегда было одним из основных требований безопасности движения. Автомобильные фары прошли путь от керосиновых и ацетиленовых фонарей до современных высокоэффективных систем освещения. В настоящее время большинство автомобилей оборудуется фарами с галогенными лампами, которые более эффективны, чем обычные лампы накаливания. В то же время появляется все больше автомобилей, в фарах которых монтируются газоразрядные лампы, которые еще недавно устанавливались только на автомобилях представительского класса. За последние несколько лет радикально изменились форма отражателя и технология изготовления фар.
В фаре с газоразрядной лампой источником света является электрический разряд, проходящий между двумя электродами, которые расположены внутри колбы из кварцевого стекла. Колба заполнена под давлением смесью инертного газа ксенона и металла галогена. Такие фары часто называют ксеноновыми. Освещение разрядом высокой интенсивности (HID — High Intensity Discharge) обеспечивает более низкое потребление энергии, большую долговечность и лучший световой поток. Ксеноновая лампа мощностью 35 Вт производит вдвое больший световой поток, чем галогенная лампа мощностью 60 Вт. Цветовая температура таких ламп почти соответствует дневному свету. Долговечность газоразрядных ламп достигает 3000 ч, и это не является пределом, потому что конструкция фар, использующих принцип HID, постоянно совершенствуется.
Некоторые разработчики предлагают системы освещения, в которых свет создается единственным HID-источником, находящимся в специальной камере внутри автомобиля, а передается к фарам по оптоволоконным проводникам. Такая система позволит уменьшить число необходимых ламп, делает более легким размещение системы высокого напряжения и защищает наиболее дорогие элементы системы освещения от возможного повреждения при аварии. Дополнительные преимущества этой системы заключаются в том, что в осветительных приборах свет является холодным, что позволяет использовать прозрачные пластмассовые материалы, которые не могут применяться в высокотемпературных обычных лампах. Очевидно, что центральный источник света должен быть продублирован, для избежания выхода из строя всего освещения автомобиля из-за единственной неисправности. Свет высокой интенсивности может привести к временному ослеплению встречных водителей, особенно в случае неправильного направления светового луча фар. В Европе действует законодательство, которое требует, чтобы автомобили с газоразрядными фарами были оборудованы системами автоматической регулировки, корректирующими положение фар при изменении нагрузки автомобиля. В системах автоматической регулировки положения фар используются датчики, измеряющие положение элементов подвески относительно кузова.
Проводятся исследования по использованию ультрафиолетовых ламп в целях устранения возможности ослепления встречных водителей. Дополнительные преимущества от применения таких ламп могут быть получены, если использовать специальную отражающую краску для дорожной разметки и знаков.
Существуют опытные образцы автомобилей, которые оборудованы инфракрасными видеокамерами, которые гораздо лучше обнаруживают объекты в темноте или в тумане, особенно при использовании их в сочетании с инфракрасными фарами.
Расположение и типы внешних световых приборов автомобиля (а):
1 — фары;
2 — задние фонари;
3 — освещение номерного знака;
4 — подсветка дверных ручек;
5 — внешнее освещение двери;
6 — противотуманные фары;
регулируемые (поворачивающиеся) фары (б)
и современные системы головного освещения автомобиля с регулируемыми световыми потоками (в)
Последние разработки в области систем освещения автомобиля направлены на создание «интеллектуальных» фар, изменяющих световой поток по интенсивности, направлению и освещаемой площади:
Освещение дороги фарами ближнего света:
а — обычными фарами с асимметричным лучом;
б — активной системой освещения
эти фары, в частности, поворачиваются при повороте автомобиля и освещают труднодоступные участки дороги, а также боковые участки дорог на перекрестке.
Приборы освещения:
а — фонари;
б — подсветка фар;
в — подсветка дверных ручек
В конструкции подфарников, фонарей сигналов торможения, указателей поворотов все чаще на смену лампам накаливания приходят светодиодные матрицы, которые потребляют меньше энергии, более долговечны, а световые приборы становятся более информативными. В некоторых странах законодательство требует обязательного применения на автомобилях систем очистки фар. Для этой цели часто применяются щеточные стеклоочистители, но им на смену приходят распылители очищающей жидкости высокого давления.
Источник статьи: http://wiki.zr.ru/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D1%8B_%D0%BE%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F