Система поворота фар при повороте автомобиля

Адаптивный свет

Адаптивный свет — система головного освещения, автоматически изменяющая направление светового потока фар синхронно с направлением движения автомобиля. Система была разработана конструкторами компании Volkswagen AG и получила название Advanced Frontlighting System или сокращенно AFS. Адаптивным светом опционально оснащаются некоторые модели автомобилей Volkswagen Phaeton, Volkswagen Touareg, Volkswagen Passat и другие. Системы адаптивного освещения выпускаются и другими компаниями, в частности — компанией «Хелла». Ее система AFL отличается от AFS тем, что в нее включена дополнительная пара вспомогательных фар, включающихся при резком повороте руля и освещающая правую и левую стороны дороги по ходу автомобиля.

Содержание

Обоснование применения система адаптивного света

При управлении автомобилем, оснащенным обычной системой головного освещения, в ночное время или в условиях плохой видимости водитель лишен возможности получать полную визуальную информацию. Обочина дороги, предметы на ней остаются вне зоня ясной видимости. Внезапно выбежавшее на дорогу животное, крупный предмет (ветка, ствол дерева) могут привести к аварийной ситуации. Однако, жестко закрепленные фары, даже если они правильно отрегулированы, освещают ограниченное пространство впереди автомобиля и в гораздо меньшей степени — пространство по сторонам от направления движения машины.
Систему адаптивного освещения можно сравнить с фонариком, которым пользуется пешеход. Если фонарик жестко закрепить на одежде или головном уборе пешехода, освещаться будет только пространство перед идущим человеком. Это аналог традиционной системы головного освещения. Если взять фонарик в руку, то он будет освещать путь, по которому движется пешеход, в том числе повороты, изгибы тропинки, потенциально опасные и плохо различимые в темноте объекты. Это аналог адаптивной системы освещения автомобиля. На мотоциклах и скутерах с фарами, вмонтированными в головной обтекатель (спортбайки) или в передний щиток (скутеры) система освещения работает так же, как и на автомобилях с прямолинейным светом. На мотоциклах и скутерах с фарами, установленными на рулевой колонке (большинство мотоциклов общего назначения, чопперов, эндуро и других) или на руле (скутеры Vespa и другие), система освещения работает, как условно адаптивная, поскольку световой луч от фары поворачивается одновременно с поворотом руля. Специалистами страховых европейских агентств отмечается, что автомобили, оборудованные адаптивной системой освещения, попадают в аварийные ситуации на 40% реже, чем автомобили с прямолинейным, традиционным светом.

Устройство и работа системы адаптивного света

Система адаптивного освещения автомобиля управляется бортовым компьютером, считывающим информацию с датчиков угла поворота руля, скорости автомобиля, положения автомобиля относительно вертикальной оси, системы курсовой устойчивости (ESP) и даже работы стеклоочистителей (для определения изменения дорожных условий при начавшемся дожде или снегопаде).
В блок-фарах адаптивного освещения применяются только биксеноновые источники света. Сами фары оснащены шаговыми двигателями с малой дискретностью, перемещающими корпус блок-фары во все стороны максимум на 15 градусов. При этом величина поворота каждой из двух блок-фар разнится. При повороте налево левая блок-фара поворачивается на полный угол, правая — на половину этого угла (например, на 15 и 7 градусов соответственно). При повороте направо на меньший угол поворачивается левая фара. Это уменьшает опасность ослепления водителей, которые едут по дороге, на которую сворачивает автомобиль. Адаптивное освещение работает в режимах и ближнего, и дальнего света.
При постоянном подруливании (рысканье) датчик ESP сообщает бортовому компьютеру, что изменения направления движения нет — фары светят прямо, система адаптивного освещения отключена. Как только водитель выкручивает руль вправо или влево на большой угол, включается система адаптивного света — блок-фары поворачиваются шаговыми двигателями, луч света меняет направление. При этом внутренняя по отношению к центру описываемой автомобилем окружности фара поворачивается на больший угол и освещает пространство, прилегающее к центральной части дуги, внешняя фара освещает внешнюю часть дуги и частично центральную часть дороги. Площадь освещенного пространства увеличивается — водитель получает полную визуальную информацию о дорожной обстановке. При возникновении прямо по курсу мощного встречного источника света, компьютер дает команду шаговым двигателям повернуть блок-фары по вертикальной оси вниз. В результате луч света несколько опускается, предотвращая эффект ослепления водителя встречной машины. Как только автомобили разминутся, фары возвращаются в исходное положение.
Такая же команда на изменение направления светового потока поступает при работе стеклоочистителей. Световой луч опускается ниже, чем в описанном выше случае — фары начинают работать, как противотуманные. Световой поток при этом распространяется на высоту не более полуметра, «под туман», чтобы свет не отражался от микрокапель водно-воздушной взвеси, из которой состоит туман. Во время дождя и снегопада эффект от «противотуманного» света существенно ниже, но все же изменение направления светового потока по вертикали существенно снижает риск ослепления водителя отраженным от капель дождя светом.
Адаптивная система изменяет направление светового потока и по горизонтали, и по вертикали. Например, на длинном спуске световой луч приподнимается, освещая противоположный подъем, а на крутом подъеме — опускается, чтобы не ослепить водителей встречных автомобилей, поднимающихся на гору с обратной стороны.
Работа компьютеризированной системы адаптивного света отличается высокой плавностью. Единственным заметным эффектом применение адаптивного света является явное улучшение освещенности дороги во всех режимах движения и при любой дорожной обстановке. Усовершенствованная система AFS и некоторые конкурирующие системы, в частности, AFL отличаются от описанной тем, что оснащаются дополнительными фарами бокового освещения. Эти небольшие фары, оснащенные достаточно мощными источниками света, включаются раздельно при резком повороте руля, освещая при повороте направо правую часть дороги, при повороте налево — левую. Как только руль принимает нейтральное положение, а траектория движения автомобиля выпрямляется, задействованная в боковом освещении фара — левая или правая — выключается.

Перспективы развития системы адаптивного света

Специалистами компании Volkswagen AG разрабатывается система адаптивного освещения следующего поколения. Ее особенность заключается в том, что адаптивным станет любой режим освещения. Всего таких режимов предусмотрено четыре. Первый — освещение для автомагистралей, самое мощное, при котором задействованы все источники света блок-фар. Второй режим — освещение для загородных шоссе, при котором включается свет, соответствующий нынешнему ближнему. Третий — освещение для движения в городских условиях, ближний свет меньшей силы, но с расширенным световым пятном. И наконец, четвертый режим — освещение в условиях плохой погоды, соответствует освещению дороги противотуманными фарами. Новая система адаптивного света предусматривает больше степеней свободы поворота фар, более точное управление и дополнительные комбинации включения световых приборов в зависимости от дорожной обстановки.

Источник статьи: http://wiki.zr.ru/%D0%90%D0%B4%D0%B0%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82

Адаптивный головной свет: история, настоящее, будущее

Как сделать, чтобы фары автомобиля, во-первых, всегда светили туда, куда он едет, и во-вторых, при этом не слепили других водителей? На этот вопрос инженеры пытаются ответить уже почти сотню лет. Простота идеи компенсируется сложностью ее реализации.

Чтобы фары светили куда надо

Сначала разберемся с первой частью проблемы. Самым ранним техническим решением, призванным направить свет фар в повороты, а не на обочины, стали поворотные фары, имеющие механическую связь с рулевым управлением, — логичное, в общем, решение. Одним из первых таких автомобилей был американский Willys-Knight 70A Touring 1928 года с третьей дополнительной фарой перед решеткой радиатора, закрепленной на травéрсе, соединенной с рулевым механизмом.

Другое, более оригинальное решение было применено в 1935 году на мелкосерийной чехословацкой Tatra 77А: рефлектор третьей, центральной фары мог поворачиваться при помощи хитроумной электромагнитной системы.

Вообще, Tatra 77A уникальный автомобиль, заслуживающий отдельного обзора: обтекаемый кузов (Cx=0,212), заднемоторная компоновка, атмосферный 3,4-литровый V8 из магниевого сплава с верхним расположением клапанов, киль-плавник на крыше сзади.

Параллельно с работой над экзотическими поворотными фарами инженеры автомобильных компаний по всему миру решали и более простую задачу: сделать так, чтобы фары светили в одинаковом направлении независимо от загрузки автомобиля. Так, на Citroёn 2CV в 1948 году появился ручной корректор фар, на Panhard Dyna Z в 1954 году — автоматический. Начиная с семидесятых годов корректоры фар стали обязательными для автомобилей в Германии и ряде других стран Западной Европы. А вот усложняющие конструкцию автомобиля поворотные фары так и остались экзотикой на несколько десятков лет.

В 1967-м более сложная система поворотных фар была представлена французами на обновленной версии Citroёn DS. Благодаря механической связи с подвеской автомобиля фары не только поворачивались вправо или влево, но и меняли свой наклон относительно горизонтальной оси в зависимости от положения колес относительно кузова.

Хитрые поворотные фары Citroёn затем устанавливал как на следующие версии DS (например, на DS21 1972 года — на фото), так и на другие свои модели, скажем, на футуристическое купе SM.

Впрочем, с развитием электроники идея поворотных фар вышла на новый виток развития. Одним из пионеров стала Hella, выпустившая в 2003 году систему Dynamic Bend lighting. Основываясь на показаниях датчика поворота рулевого колеса, система поворачивала прожекторы фар при помощи электромоторов.

Технически реализовано это было следующим образом: линзованный прожектор фары был установлен на раму, поворачивающуюся относительно вертикальной оси в диапазоне +/‒15 градусов — этого достаточно для эффективной работы в поворотах радиусом до 200 метров. Например, при входе в поворот радиусом 190 метров зона, освещенная стандартными фарами ближнего света, составляет около 30 метров. Новая технология увеличила этот показатель до 55 метров.

Вот так выглядит схема фары Dynamic Bend lighting на Opel Signum 2003 года. Цифрой 1 здесь обозначен поворотный би-ксеноновый модуль, 2 — виражная фара, 3 — модуль светоотдачи, 4 — управляющий модуль, 5 — блок розжига.

А вот так — собственно поворотный модуль.

Таким образом, водитель получил возможность лучше видеть траекторию движения и больше времени для объезда препятствия или торможения в случае необходимости. Но и это еще не всё: система от Hella учитывала и скорость движения — скорость поворота фар на высокой скорости была выше, а на низкой они двигались медленнее.

А что же с ситуацией, когда водитель включил поворотник или стоит на светофоре с повернутыми колесами? В Hella подумали и об этом — в таком режиме система светила и за поворот, и прямо!

Помимо Opel Signum, такие фары устанавливались на A8 (в модификации D3).

Чтобы не слепили встречку (но при этом все равно могли заглядывать за поворот)

Смысл систем изменения положения фар заключается в том, чтобы обеспечить водителю лучшую видимость. Вместе с тем развитие технологий, а именно появление линзованных прожекторов и более мощных источников света, в том числе HID, или газоразрядных ламп (так называемый «ксенон»), увеличили риск ослепления встречных водителей мощным лучом света. Научно доказано, что после однократного ослепления дальним светом зрение водителя восстанавливается полностью лишь через 48 часов. Очевидно, что подобное негативно влияет на безопасность движения. Причем вопрос этот настолько актуален, что, к примеру, в Великобритании даже появилась инициативная группа Glaremare, продвигающая идею законодательного ограничения яркости фар.

Классическим решением этой проблемы всегда считалось переключение с яркого дальнего света на менее эффективный, но не слепящий ближний. В том числе переключение автоматическое: первые фоторезисторные системы были представлены в 1952-м компанией General Motors на новых моделях Cadillac, Buick и Oldsmobile (система называлась Autronic Eye). К началу двухтысячных наибольшее распространение получили системы, основанные на камерах со светочувствительными КМОП-матрицами.

Видите странный предмет, напоминающий фонарь, на торпедо между рулем и лобовым стеклом этого великолепного Cadillac Coupe deVille 1955 года? Это датчик освещенности Autronic Eye. К нему прилагался еще блок усилителя размером с крупный автомобильный аккумулятор, располагавшийся в районе заднего сиденья, и несколько других компонентов.

Вместе с тем в плохих погодных условиях от водителя все равно требовалось включать дополнительные противотуманные фары. То есть такие автоматические системы нельзя было назвать технически изящным решением проблемы безопасного движения в условиях недостаточной видимости.

Таким решением стала разработанная инженерами Hella в 2006 году система AFS (Advanced Front Lighting System). В ее основу легла технология проекционного типа, получившая фирменное обозначение Vario. Впервые он был реализован в версии VarioX, где «X» обозначает ксеноновый источник света; позднее появился VarioLED — со светодиодным источником.

Модуль VarioX выглядит вот так. Цифрой 1 обозначен цилиндр, изменяющий световой пучок. А вот тут драйвовчанин Berryman разбирает модуль с пристрастием.

Принцип работы следующий: между источником света (изначально — HID-лампой) и линзой располагается цилиндр, вращающийся вокруг продольной оси при помощи шагового электродвигателя. Внешняя поверхность цилиндра имеет переменную форму, что позволяет видоизменять световой пучок.

На скорости до 55 км/ч, пучок имеет четко выраженную и недалеко расположенную горизонтальную границу, чтобы не слепить других водителей. Расширенная форма пучка перед автомобилем позволяет лучше замечать пешеходов и велосипедистов.

Загородный свет включается в диапазоне 55–100 км/ч — это аналог традиционного ближнего света с тем отличием, что проекционный модуль генерирует асимметричный световой пучок, чтобы не слепить встречный поток. Граница светового пучка поднимается чуть выше, чем в городе, — для лучшей видимости. При разгоне выше 100 км/ч — в скоростном режиме — модуль обеспечивает необходимый световой пучок для прямолинейной езды и поворотов на высокой скорости.

Первые фары с AFS были штатно установлены на Mercedes E-Класс 2006-го и Opel Insignia 2008-го модельного года (на фото).

Дальний свет принципиально не отличается от такового на традиционных фарах с HID-лампой и линзовым пакетом, но не требует от водителя никаких действий для переключения в скоростной или загородный режим для предотвращения ослепления встречных автомобилей. На помощь тут приходит штатный датчик освещенности, размещенный на обратной стороне салонного зеркала заднего вида.

В плохих погодных условиях, ориентируясь на показания штатного датчика дождя и работу дворников, если те включены более двух минут подряд, система адаптирует световой пучок таким образом, чтобы рассеивание луча в каплях воды или снеге не слепило водителя. То есть затемняет участок непосредственно перед автомобилем.

Само собой, проекционный модуль, так же как и в системах Dynamic Bend, размещается в поворотной раме, что позволяет сочетать изменение формы светового пучка с поворотом фар на угол до 15 градусов в каждую сторону.

Несмотря на кажущуюся безупречность системы AFS, инженеры Hella изначально учитывали ее ограничения. Так, датчик дождя нельзя считать полноценным определителем погоды, потому что он не может отличить дождь от, например, брызг из-под колес другого автомобиля. Было очевидно, что только оптический сенсор может помочь определить снижение контрастности, характерное для условий недостаточной видимости.

В 2009 году изящество и функциональность системы AFS были дополнены оптической цифровой камерой с блоком обработки изображения. Принцип работы следующий: размещенная на лобовом стекле камера распознает встречные и попутные автомобили на дистанции до 850 метров. На основе этой информации динамически корректируется световой пучок. Помимо детекции других автомобилей, камера определяет и профиль дороги, помогая изменять вертикальное положение светового пучка на подъемах и спусках.

Впервые система AFS с камерой была установлена на Mercedes-Benz E-класса 2009 года (W212).

Использование управляющего проекционным модулем высокопроизводительного процессора, распознающего другие транспортные средства, позволяет оптимизировать работу дальнего света и предотвратить ослепление встречных водителей. Каким образом?

Световой пучок просто генерируется так, что в нем не засвечивается сектор (максимум — на 1 люкс), в котором находится встречный автомобиль. Образуется своего рода световой туннель, причем его формирование происходит динамически с учетом передвижений встречного/попутного автомобиля.

Добро пожаловать в эпоху светодиодов

В 2010 году система AFS была усовершенствована — вместо газоразрядных ламп были впервые применены светодиоды. Данная система была установлена на Audi A8. А в 2013-м электронно-механическая система AFS уступила место полностью электронной системе без подвижных элементов с аналогичным функционалом. Это стало возможным благодаря применению пяти рефлекторов и 25 светодиодов (по пять на чип/рефлектор). Каждый из светодиодов контролировался индивидуально и предназначался для освещения определенного сегмента дороги, причем их можно было не только включать и выключать, но и затемнять.

Вот она, первая серийная реализация LED Matrix для Audi A8 2013 года.

Просто отключая те или иные чипы или меняя уровень яркости (от 0 до 100 %), эта система позволяла распознавать одновременно до восьми объектов на дороге и динамически менять форму и интенсивность светового пучка. Таким образом, разработанная инженерами Hella система стала еще более функциональной.

Следующим ключевым этапом в развитии систем адаптивного головного света стала так называемая матричная система HD84, созданная в Hella совместно с Daimler AG и впервые представленная на Mercedes-Benz E-Класса W213 в 2016 году. Роль источника света в этой системе отведена специальному трехстрочному блоку из 84 светодиодов (на каждую фару).

Примечательно, что при разработке этих фар впервые была применена силиконовая линза — она способна выдерживать высочайший уровень яркости и позволяет достигать большей точности при производстве, чем традиционная оптика.

Ключевые принципы работы этой системы остались теми же: динамическая адаптация светового пучка в соответствии с трафиком, погодой и дорожными условиями. На свободной дороге вы все так же получаете максимум видимости и освещенности. Сегменты светового пучка, в которых обнаруживаются встречные или попутные автомобили, автоматически отключаются за доли секунды. Система способна отслеживать движение нескольких автомобилей одновременно.

Новая система контроля погодных условий снижает уровень отражений во время дождя, уменьшая яркость конкретных светодиодов. И еще один важный факт: матричная система HD84 стала первой полностью электронной динамической системой поворотного света в мире.

Настоящее и будущее: матричные фары с лазерным дальним светом и жидкокристаллические фары

В 2018 году компания Hella представила еще одну разработку, снова воплощенную на новом флагманском седане Audi A8 (да, и снова Audi A8!). Помимо того что в каждой фаре размещается двухстрочный источник света на 32 светодиода, фары дополнены и лазерными источниками света, которые включаются после достижения 70 км/ч, позволяя водителю различать объекты на дистанции до 600 метров — вдвое дальше по сравнению со светодиодным дальним светом.

Эта технология лазерных источников света носит название LARP – Laser Activated Remote Phosphor, то есть активирующийся лазером люминофор. Иногда эту технологию также называют «фазерной» (от фосфор+лазер). Уровень яркости таких источников света гораздо выше, чем у светодиодов. Владельцы новой Audi A8 (на фото) могут убедиться.

При этом Hella не останавливается на достигнутом. В настоящий момент в компании разработаны жидкокристаллические фары — это настоящий прорыв в области автомобильных систем головного света. Источником света тут является модуль из 25 высокомощных светодиодов, расположенных в три ряда. Между ним и проекционной линзой находится жидкокристаллический дисплей с разрешением в 100×300 пикселей с возможностью изменения цвета и яркости каждого отдельного пикселя.

Если вы с нами с самого начала этого блога, то наверняка уже видели ролик — мы публиковали его в нашем посте об истории автомобильного света.

Полученная при помощи видеокамеры и оптических датчиков скорости и расстояния (лидаров) информация обрабатывается микропроцессором, после чего попадает в блок управления, генерирующий до 60 команд регулировки пикселей в секунду по каждому отдельному пикселю. Фактически в этих фарах все зависит от программного обеспечения. Инженерам это дает практически неограниченную свободу действий. Например, помимо моментальной адаптации системы головного света к дорожным условиям, прямо на дорожное покрытие можно будет проецировать траекторию наилучшего вхождения в поворот в виде стрелок-указателей. А в новом Volkswagen Touareg, представленном этой весной, наша система IQ.Light — LED matrix headlamps (уже 128 светодиодов) научилась спасать от ослепления не только встречные и впереди идущие машины, но и собственного водителя: перед попаданием света фар на дорожные знаки видеокамера автомобиля посылает в систему освещения сигнал о временном снижении яркости светодиодов. Больше того, высокоточная система позволяет нивелировать даже свет, отражаемый от мокрой поверхности дороги.

Безопасное настоящее и еще более безопасное будущее — вот то, над чем в компании Hella работают не покладая рук уже 119 лет.

Будем рады ответить на все вопросы о системах адаптивного головного света — и ждем ваших комментариев!

Источник статьи: http://autogoda.ru/news/adaptivnyy-golovnoy-svet-istoriya-nastoyashchee-budushchee/