Правила расположения светотехнических фонарей на автомобиле

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Нижегородский государственный педагогический университет

Автомобильный институт

Кафедра Автомобильный транспорт

Контрольная работа

«Правила расположения светотехнических фонарей на автомобиле»

Дисциплина “Электроника и электрооборудование”

Студент Конев Д.А.

Группа АСЗ-10-1

Преподаватель доц. Кривенкова Е.Н.,к.п.н.

г. Н. Новгород

2014 г.



Назначение световых приборов

Безопасность движения автомобилей, особенно в темное время суток, во многом зависит от состояния и характеристик приборов системы освещения и световой сигнализации. Поэтому требования к автомобильным световым приборам и нормы на их светотехнические характеристики определяются требованиями безопасности и существующими условиями дорожного движения. световой накаливание лампа устройство

Световые приборы предназначены для освещения дороги, передачи информации о габаритных размерах автомобиля, предполагаемом или совершаемом маневре, для освещения номерного знака, кабины, салона, контрольно-измерительных приборов, багажника, подкапотного пространства и т.д.

Автомобильные световые приборы должны обеспечивать хорошую видимость и необходимую информативность в широком диапазоне расстояний при различных погодных условиях, не вызывая ослепления водителей в темное время суток.

Работа системы освещения основана на принципах генерирования, распределения и перераспределения в пространстве электромагнитного излучения оптической области спектра. Органами зрения воспринимаются видимые излучения с длиной волны в диапазоне 380--760 нм. При совокупном воздействии цветовых спектров излучения данного диапазона воспринимаются органом зрения как белый свет, который, в свою очередь, состоит из однородных излучений.

Органы зрения обладают избирательной способностью к отдельным диапазонам видимого спектра. Наибольшую спектральную чувствительность глаз человек проявляет к излучению с длиной волны 555 нм (желто-зеленый цвет).

Классификация световых приборов

На автомобилях устанавливают различные по назначению, конструкции световые приборы с разными электрическими и световыми характеристиками. В обязательный комплект световых приборов для всех автомобилей входят не менее двух фар дальнего и ближнего света, по два габаритных огня и по два указателя поворота спереди и сзади, два световозвращателя, сигналы торможения, фонари заднего хода и один фонарь освещения номерного знака. В качестве дополнительных светосигнальных приборов устанавливают контурные огни, боковые повторители указателей поворота, опознавательные знаки автопоезда и прицепов, боковые световозвращатели, огни преимущественного проезда. К необязательным световым приборам относят противотуманные фары и фонари, фонарь увеличения габарита автомобиля, боковые габаритные, стояночные огни, фары-прожекторы, прожекторы-искатели.

Большое число световых приборов на автомобиле не должно вызывать трудности при их различении участниками дорожного движения. Для этого используется система кодирования информации, поступающей от световых приборов. К кодирующим элементам относят число одновременно работающих световых приборов, их расположение на автотранспортном средстве, режимы работы, расстояние между одновременно работающими световыми приборами, форма светоизлучающей поверхности, цвет излучаемого света и интенсивность излучения в пределах одного цветового спектра.

Автомобильные световые приборы делят на осветительные и светосигнальные. Световой пучок осветительного прибора воспринимается после отражения от дороги или от объекта на дороге, а световой поток светосигнального прибора наблюдатель воспринимает непосредственно. Фары и фонари заднего хода можно считать и осветительными и светосигнальными приборами. Водитель автомобиля, на котором они установлены, воспринимает их световой поток после отражения от дороги и наблюдаемых объектов, а другие участники дорожной обстановки непосредственно.

Светотехнические параметры световых приборов

Световые приборы преобразуют электрическую энергию в световой пучок определенной структуры -- соответствующим образом организованную совокупность направлений излучения света и цвета (спектра излучения). Оптическая система светового прибора, обеспечивающая необходимую структуру и спектр светового пучка, включает лампу, отражатель и рассеиватель. Лампа является источником света. Отражатель обычно в виде параболоида вращения, концентрирует световой поток, испускаемый лампой, в требуемом телесном угле. Рассеиватель из прозрачного материала перераспределяет световой поток в вертикальной и горизонтальной плоскостях с помощью линз и призм на его внутренней поверхности и, при необходимости, меняет цвет излучаемого света.

Основными светотехническими параметрами световых приборов являются активная поверхность оптической системы, световое отверстие, телесный и плоский углы охвата, углы излучения и рассеивания, фокус и фокусное расстояние оптической системы, коэффициент отражения для отражателей и коэффициент пропускания и поглощения для рассеивателей.

Активной поверхностью оптической системы является зеркальная поверхность отражателя. Ее проекция на плоскость, перпендикулярную оптической оси, называется световым отверстием. Оптическая ось светового прибора -- это ось его симметрии. Лучи, падающие на активную поверхность отражателя параллельно оптической оси, собираются в фокусе. В реальных оптических системах с фокусом совмещают центр тела накала источника света. Отрезок оптической оси от фокуса до вершины отражателя называется фокусным расстоянием.

Телесным углом охвата активной поверхности является угол, в пределах которого поверхность оптической системы видна из фокуса. Сечение телесного угла охвата меридиональной плоскостью, проходящей через ось вращения параболоида, образует плоский угол охвата. Телесный угол, в котором сконцентрирован отраженный активной поверхностью и вышедший из системы световой поток, называют углом излучения оптической системы.

Коэффициент отражения оптической системы -- это отношение отраженного светового потока, к световому потоку, падающему на отражающую поверхность. Коэффициент пропускания -- отношение светового потока, прошедшего через поверхность, к световому потоку, падающему на нее. Под коэффициентом поглощения понимается отношение светового потока, поглощаемого световой системой, к световому потоку, ею создаваемому.

Действие оптической системы осветительных и светосигнальных приборов заключается в том, что большая часть светового потока, падающего на отражающую поверхность в пределах телесного угла охвата, после отражения проходит в пределах сравнительно малого телесного угла излучения. Поэтому концентрация светового потока внутри угла излучения существенно возрастает.

Часть светового потока, исходящая непосредственно от источника света и излучаемая вне угла охвата оптической системы, в осветительных приборах, как правило, экранируется, чтобы непреобразованный свет не создавал дополнительных помех водителю.

Характеристики световых приборов в значительной мере зависят от свойств материалов, из которых изготовляют отдельные элементы оптической системы.

На некоторых автомобилях обеспечивается автоматическая регулировка светораспределения фар в зависимости от нагрузки. Устанавливаются устройства, автоматически ослабляющие слепящее действие фар при встречном разъезде автомобилей. Для управления осветительными и светосигнальными приборами широко применяется электроника.

Международная система обозначений световых приборов

Большое внимание уделяется нормированию характеристик автомобильных приборов освещения и световой сигнализации. В 1958 г. в рамках Комитета по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии при ООН (ЕЭК ООН) было подписано «Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения оборудования и частей механических транспортных средств». В развитие этого Соглашения разрабатываются прилагаемые к нему Правила. Отечественные стандарты на автомобильные световые приборы разрабатываются с учетом требований Правил ЕЭК ООН. Разработке единых технических требований, предъявляемых к структурному составу осветительных и светосигнальных приборов, к их светотехническим характеристикам, способствовало развитие международных автомобильных перевозок.

На соответствие Правилам ЕЭК ООН световые приборы проверяются в специальных светотехнических лабораториях. Автомобильные световые приборы, которые успешно прошли проверку на соответствие Правилам ЕЭК ООН, получают знак международного утверждения. Знак международного утверждения наносится на рассеиватель или основной корпус светового прибора и представляет собой окружность, в которой проставлена буква Е и отличительный номер страны, выдававшей официальное утверждение. Порядковые номера странам присвоены в хронологическом порядке ратификации ими Соглашения (например, 2 -- Франция; 4 -- Нидерланды; 7 -- Венгрия). Под окружностью или справа от нее указывают номер официального утверждения.

Под окружностью над порядковым номером официального утверждения может стоять горизонтальная стрелка. Направленная вправо стрелка на фаре головного освещения указывает на то, что фара сконструирована для эксплуатации в странах с левосторонним движением. Двухстороннюю стрелку имеют фары, которые вследствие перемещения лампы или оптического элемента могут быть использованы как при правостороннем, так и при левостороннем движении. На фарах, используемых на дорогах с правосторонним движением, стрелка не ставится.

Стрелка на рассеивателях сигнальных фонарей указывает направление, в котором обеспечивается геометрический угол видимости в горизонтальной плоскости. При установке передних и задних указателей поворота острие стрелки должно быть направлено к ближайшей боковой части автомобиля, а при установке боковых указателей поворота-- к передней части.

Над окружностью знака официального утверждения фар головного освещения наносят квадрат, в который вписывают буквы С, R, S, Н. Единичные буквы С и R обозначают, что фара удовлетворяет международным нормам в отношении ближнего и дальнего света. Наличие в квадрате двух букв CR свидетельствует о том, что оптическая система фары рассчитана на работу как ближнего, так и дальнего света. Для обозначения цельностеклянного оптического элемента (лампы -- фары) в квадрат вписывают букву S. Отсутствие буквы S означает, что использован металлостеклянный элемент. Фары с дополнительной буквой Н в квадрате рассчитаны на применение только галогенных ламп.

Для противотуманных фар и фонарей над окружностью проставляют букву В. На рассеивателях задних габаритных огней в квадрате над окружностью стоит буква R. Передние габаритные огни обозначают буквой А. На фонарях заднего хода проставляют символ. Для фонарей освещения номерного знака дополнительные надписи над окружностью не предусмотрены.

Знак официального утверждения указателей поворота отличается тем, что над окружностью дано обозначение категории светового прибора. К категории 1 относят передние указатели поворота, к категории 2а и 2б соответственно одно- и двухрежимные задние указатели поворота. Различные типы боковых указателей поворота разделены на категории 3,4 и 5. К категории 3 относятся передние боковые указатели поворота, предназначенные для использования на автотранспортных средствах, не имеющих других указателей поворота. Передние боковые указатели поворота категории 4 устанавливаются в том случае, если на автотранспортном средстве уже установлены указатели поворота категории 2а и 2б. На автотранспортных средствах, где есть указатели поворота категории 1 и 2 (2а и 2б), могут устанавливаться дополнительные боковые указатели поворота категории 5.

Одно- и двухрежимную работу сигналов торможения кодируют в квадрате над окружностью знаками S1 или S2. На световых приборах, имеющих одновременно задний габаритный огонь и сигнал торможения, над окружностью проставляют прямоугольник, в который вписывают буквы R и знаки S1 или S2, отделенные горизонтальной чертой.

Римские цифры I, II или III, указывающие категорию и номер официального утверждения световозвращателя, должны находиться на противоположных концах диаметра окружности, в которой вписана буква Е, и в любом положении по отношению к ней. Световозвращатели категории I предназначены для автотранспортных средств шириной 1,6 м и более, категории II -- для автотранспортных средств шириной менее 1,6 м. Световозвращатели категории III устанавливаются на прицепы и полуприцепы. Знак официального утверждения проставляют на освещаемой поверхности или на одной из освещаемых поверхностей световозвращателя. Если сигнальные огни используются как одиночные или в сочетании двух огней, справа от окружности ставят букву D.



Источники света автомобильных световых приборов

Автомобильные лампы накаливания

В качестве источника света в традиционных автомобильных световых приборах используют электрические лампы накаливания. Требования к их параметрам и применяемости нормируются Правилом № 37 ЕЭК ООН.

Конструкцию, применяемость и способы контроля лампы оценивают по следующим характеристикам: категория, тип лампы, номинальное и расчетное напряжения, номинальное и предельное значения мощности и светового потока, средняя продолжительность горения, световая отдача, тип цоколя, масса, геометрические координаты положения нитевой системы относительно базовой (установочной) плоскости.

Контрольный световой поток -- номинальный световой поток эталонной лампы, при котором измеряются оптические характеристики осветительного прибора.

Базовая плоскость -- плоскость, по отношению к которой определяются основные размеры лампы.

Световая отдача -- отношение излучаемого источником света светового потока к потребляемой мощности.

К основным световым параметрам источников света относятся: номинальный световой поток лампы, измеряемый в люменах, максимальная сила света, измеряемая в канделах; яркость тела накала, измеряемая в канделах на квадратный метр.

Устройство ламп накаливания

Рис. 1. Автомобильные лампы накаливания:

Автомобильная лампа накаливания состоит из колбы 1 (рис. 1), одной или двух нитей накала 2 и 3, цоколя 7 с фокусирующим фланцем 5 или без него и выводов 6. Стеклянная колба лампы может быть шаровидной, каплевидной, грушевидной

а -- фар головного освещения с европейской асимметрической системой светораспределения; б--галогенная категория Н1; в--галогенная категория НЗ; г--галогенная категория Н4; д -- двухнитевая штифтовая; е -- однонитевая штифтовая; ж -- пальчиковая; з -- софитная; 1 -- колба; 2 -- нить дальнего света; 3 -- нить ближнего света; 4 -- экран; 5 -- фокусирующий фланец; 6 -- выводы; 7 -- цоколь или цилиндрической формы. Нити накала в двухнитевых лампах имеют различное функциональное назначение.

Цоколь лампы служит для крепления лампы в патроне светового прибора и подведения тока от источника электроснабжения к электродам, соединяющим контакты цоколя с нитями накала. Автомобильные лампы имеют штифтовые и фланцевые цоколи различной конструкции. В лампе со штифтовым цоколем трудно обеспечить точное расположение нити накала относительно штифтов. Поэтому лампы со штифтовыми цоколями применяются в основном в световых приборах, к которым не предъявляются жесткие требования в отношении светотехнических характеристик.

Для точной фиксации нитей накала относительно фокуса параболоидного отражателя лампы автомобильных фар головного освещения снабжают фокусирующим фланцевым цоколем. Конструкция фланца позволяет устанавливать лампу в оптический элемент лишь в одном определенном положении.

Размеры и расположение нити накала в лампе нормируются отечественными и международными стандартами для того, чтобы при замене лампы характеристики светового прибора существенно не изменились.

При прохождении электрического тока нить накала лампы нагревается и при определенной температуре начинает излучать свет. Энергия светового излучения, воспринимаемого человеческим глазом, составляет только небольшую часть потребляемой лампой электрической энергии. Большая часть электрической энергии выделяется в виде теплового излучения.

Нить накала должна выдерживать высокие температуры, иметь малые размеры. Ее изготовляют из тонкой вольфрамовой проволоки, свитой в цилиндрическую спираль. Спираль крепится к электродам и обегано имеет форму прямой линии или дуги окружности.

Галогенные лампы

Повышение температуры нити накала до 2700--2900 °С достигается в лампах с галогенным циклом. Это обеспечивает на 50--60 % большую световую отдачу лампы. Колба галогенной лампы также заполняется инертным газом (аргон, ксенон, криптон и другие) и, дополнительно, небольшим количеством паров йода или брома. В лампах с йодным циклом частицы вольфрама, осевшие на стенках колбы после испарения нити накала, соединяются с парами йода и образуют йодистый вольфрам. При температуре колбы из жаростойкого кварцевого стекла 600--700 °С йодистый вольфрам испаряется, диффундирует в зону высокой температуры вокруг нити накала и распадается на вольфрам и йод. Вольфрам оседает на нити накала, а пары йода остаются в газовом пространстве колбы, участвуя в дальнейшей реализации йодного цикла.

Вольфрам испаряется быстрее с более нагретых участков нити накала. Так как температура выше у дефектных участков, испарение вольфрама с таких участков происходит интенсивнее. С другой стороны, возвращаясь к телу накала, вольфрам оседает на более холодных его участках, поэтому йодно-вольфрамовый цикл не компенсирует усиленное испарение вольфрама с дефектных участков и не способствует существенному увеличению срока службы лампы.

Световая отдача галогенных ламп составляет 22--25 лм/Вт, что в 1,5 раза превышает световую отдачу обычных ламп. Для реализации галогенного цикла необходима высокая температура стенок колбы -- до 600--700 °С. Поэтому колбу галогенной лампы изготовляют из кварцевого стекла. Колба имеет небольшие размеры. Для обеспечения более равномерного отложения вольфрама на спиральной нити накала, она должна быть выполнена в виде прямого цилиндра. Выводы галогенной лампы сделаны из молибдена, температурный коэффициент расширения которого близок к коэффициенту расширения кварцевого стекла.

Однонитевые галогенные лампы категорий HI, H2 и НЗ применяются в противотуманных фарах, фарах-прожекторах и фарах рабочего освещения. Кроме того, они могут быть использованы в четырехфарных системах головного освещения. Лампы HI и Н2 имеют нить, расположенную вдоль оси колбы и отличаются конструкцией цоколя. Нить накала в лампе НЗ расположена перпендикулярно оси колбы.

Двухнитевая галогенная лампа категории Н4 устанавливается в фарах головного освещения. Специальный цоколь P43t/38 исключает установку лампы в оптический элемент, непредназначенный для нее. Нити дальнего и ближнего света лампы категории Н4 имеют форму цилиндров и расположены вдоль оптической оси.

Параметры ламп накаливания

Сила тока, потребляемого лампой от источника электроэнергии, световой поток и световая отдача зависят от напряжения. Отечественная промышленность выпускает лампы с номинальным напряжением 6, 12 и 24 В. Расчетное напряжение ламп выше и составляет соответственно 6,3--6,75, 12,6--13,5 и 28 В. При повышении напряжения относительно расчетного значения увеличиваются сила тока, температура спирали, световой поток и световая отдача, но резко сокращается срок службы лампы. При понижении напряжения нить накала нагревателя меньше, поэтому световой поток и световая отдача уменьшаются. При снижении напряжения на 50--60 % лампа практически не излучает света.

Напряжение питания ламп накаливания на автомобиле зависит от настройки регулятора напряжения, состояния источников электроэнергии в цепях питания световых приборов, от числа включенных потребителей, сечения и протяженности соединительных проводов. Лампы должны выдерживать возможные в системе электрооборудования автомобиля колебания напряжения.

Автомобильные лампы работают в условиях вибрации и тряски, поэтому должны быть механически прочными. Крепление колбы к цоколю должно выдерживать усилие, прилагаемое к лампе, когда она вставляется в патрон или вынимается из него. Лампы должны надежно удерживаться в патронах при значительной вибрации, характерной для эксплуатации автомобиля. Снижение вибрационных нагрузок на нить накала и устройство для закрепления лампы в патроне достигается за счет эластичной подвески патрона в световом приборе или светового прибора на автомобиле.

Лампы накаливания отличаются по назначению, конструкции, по электрическим и светотехническим параметрам.

Обозначение автомобильных ламп накаливания

Отечественные автомобильные лампы имеют обозначение (например, А12-45+40), в которое входит буква А (автомобильная), указание на величину номинального напряжения (6, 12 и 24 В) и потребляемую мощность в ваттах нитей накала дальнего и ближнего света. Значения мощности двухнитевых ламп пишутся одно за другим через знак +. К перечисленным составляющим обозначения типа лампы может быть через знак -- добавлена цифра для указания модификации типа. В обозначение типа галогенных ламп (например, АКГ12-60+55) дополнительно введены буквы К (кварцевая) и Г (галогенная). Буквенные обозначения МН и С относятся к миниатюрным и софитным лампам соответственно.

Отечественная промышленность выпускает двухнитевые галогенные лампы АКГ12-60+55 и АКГ24-75+70 (категория Н4) для головных фар с европейским светораспределением и однонитевые лампы АКГ12-55, АКГ24-70 (категория HI) и АКГ12-5 5-1, АКГ24-70-1 (категория НЗ) для прожекторов и противотуманных фар.

Для сигналов торможения и указателей поворота выпускают лампы А12-21-3 и А24-21-2. Двухнитевая лампа А12-21+5 предназначена для фонарей, совмещающих функции габаритного огня и сигнала торможения. В габаритные фонари устанавливают однонитевые лампы А12-5-2 и А24-5-2. Выпускают также софитные лампы АС 12-5-1, а для освещения салона приборов, блоков контрольных ламп и световых ламп и световых табло -- лампы А12-1, А24-1, А12-1,2, А24-2, АМН 12-3-1 и АМН24-3.

Автомобильные светодиоды

Светодиоды применяются в щитках приборов на передней панели, в отдельных узлах для подсветки кнопок и ручек управления вместо миниатюрных ламп накаливания. Светодиодные линейки используются в сигналах торможения и световых индикаторах для построения шкал и цифр.

Светодиоды обладают значительно большей надежностью. Их срок службы превышает срок службы автомобиля. Изделие, выполненное на светодиодных материалах, сохраняет функциональное назначение при выходе из строя одного или нескольких светодиодов, в то время как при перегорании нити накала лампы изделие полностью прекращает выполнять свои функции.

Цвет излучения светодиода, сила света и световой поток зависят от силы потребляемого тока. Длина волны и интенсивность излучаемого света зависят от температуры.

В связи с тем, что температура полупроводникового перехода в первую очередь определяется силой тока, то особое внимание необходимо уделять правильному выбору силы тока при конструировании светодиодного прибора и поддержанию заданной силы тока при эксплуатации. Номинальная сила тока в прямом направлении указывается в технической характеристике светодиода. Схемотехническое решение по стабилизации силы тока определяется качеством напряжения питания. Не рекомендуется параллельное или смешанное соединение группы светодиодов, так как из-за разброса параметров, несмотря на то, что светодиоды разбиты по классам, сила тока в них не будет одинаковой и, следовательно, интенсивность их излучения будет различной. Для большинства групп светодиодов целесообразно использование стабилизированных источников тока.

Диоды могут иметь сферическую, куполообразную форму или плоский верх. Частью корпуса может быть линза как бесцветная, так и окрашенная в цвет излучения светодиода.

Ксеноновые лампы

На автомобилях находят применение новые источники света -- ксеноновые лампы, спектр излучения которых близок к солнечному свету. Светоизлучение ксеноновой лампы обеспечивает дуговой разряд между электродами, которые расположены в колбе, заполненной инертным газом. Ксеноновые лампы не перегорают, устойчивы к вибрации, их светоотдача достигает 80 лм/Вт.

Однако, чтобы ионизировать инертный газ, необходимо обеспечить пробой междуэлектродного промежутка начальным импульсом напряжения 20 кВ. Кроме того, рабочий режим лампы обеспечивается при подаче на электроды переменного тока напряжением 330 В и частотой 300 Гц. Эти проблемы в настоящее время решаются с помощью полупроводниковых преобразователей путем трехступенчатого преобразования напряжения.

Ксеноновая лампа D1 массой 15 г благодаря большей светоотдаче имеет мощность 35 Вт. В то же время масса преобразователя составляет примерно 0,5 кг. Для установки на автомобиле системы освещения с ксеноновой лампой необходимо использовать как минимум два комплекта таких преобразователей, чтобы обеспечить требуемое светораспределение фар дальнего и ближнего света. Все это делает систему головного освещения достаточно сложной и дорогостоящей.

Фары головного освещения

Формирование светового пучка в фарах прожекторного типа

В темное время суток при высоких скоростях движения необходимо освещать дорогу и обочину перед автомобилем на расстоянии 50--250 м. Это позволяет водителю своевременно оценивать дорожную обстановку и избегать столкновений с препятствиями. Для освещения дороги на автомобили и другие автотранспортные средства устанавливают фары и прожекторы. Распределение света фары на дороге зависит от конструкции оптического элемента и установленной в нем лампы.

Световой пучок фары может быть сформирован прожекторным или проекторным методом. Наиболее распространенный прожекторный метод обеспечивает концентрацию светового потока источника тока отражателем и его перераспределение в соответствии с заданным режимом освещения рассеивателем. Для концентрации светового пучка при таком методе его формирования используется параболоидный отражатель с круглым или прямоугольным (усеченным) отверстием.

В качестве преломляющих элементов используются цилиндрические, сферические и эллипсоидные линзы, призмы и линзы-призмы. В зависимости от преломляющей структуры рассеивателя добиваются изменения как формы светового пучка, так и силы света в различных направлениях светораспределения.

Поверхность отражателей, штампуемых из стали, покрывают слоем лака (для создания более гладкой поверхности) и алюминируют. Коэффициент отражения алюминиевого покрытия достигает 0,9. Качество отражающего слоя, так же как и точность геометрической формы отражателя, существенно влияет на характеристики светораспределения фары.

Отражатели в оптических элементах автомобильных фар и прожекторов предохраняют от воздействия окружающей среды защитными стеклами. В фарах головного освещения защитные стекла -- рассеиватели осуществляют вторичное распределение светового потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях, обеспечивая требуемый уровень освещенности на различных участках дорожного полотна. При изготовлении в пресс-формах на внутренней поверхности рассеивателя формируют линзы и призмы. Вертикальные цилиндрические линзы рассеивают световой пучок в стороны. Сферические линзы позволяют получить световой пучок, одинаково рассеянный в обеих плоскостях. При эллипсоидных линзах получают различные углы рассеяния светового пучка во взаимно перпендикулярных плоскостях. В случае использования призм добиваются изменения распространения части светового потока в результате соответствующей ориентации ее преломляющей грани.

Системы светораспределения

Автомобильные фары должны удовлетворять двум противоречивым требованиям: хорошо освещать дорогу перед автомобилем и не ослеплять водителей автотранспортных средств при встречном разъезде. Ослепление светом фар водителей встречных автомобилей является серьезной проблемой, непосредственно связанной с обеспечением безопасности движения. В настоящее время она решается применением двухрежимных систем головного освещения с дальним и ближним светом.

Дальний свет фар предназначен для освещения дорожного полотна перед автомобилем при отсутствии встречного транспорта. Ближний свет фар обеспечивает освещение дороги перед автомобилем при движении в населенных пунктах или при разъезде с встречным автотранспортным средством на шоссе. Ближний свет фар значительно снижает ослепление участников дорожного движения при достаточном уровне освещенности дороги и правой стороны обочины. Фары головного освещения должны обеспечивать необходимую видимость дороги и объектов на ней при дальнем и ближнем свете. Переключение с дальнего света на ближний при встречном разъезде должно осуществляться водителями обоих автотранспортных средств одновременно при расстоянии между машинами не менее 150 м.

Для получения дальнего и ближнего света в двухфарных системах освещения используют двухнитевые лампы накаливания. Современные автомобили оборудуют фарами головного освещения с американской и европейской системами асимметричного светораспределения ближнего света. Асимметричный световой пучок обеспечивает лучшую освещенность той стороны дороги, по которой движется автомобиль, и уменьшает ослепление водителя встречного автотранспортного средства.

В лампах фар с американской и европейской системами светораспределения нить накала дальнего света располагают в фокусе отражателя. Световой пучок дальнего света с малым углом рассеяния может быть получен при минимальных размерах спирали, выполняемой в виде дуги, находящейся в горизонтальной плоскости. Большие линейные размеры нити дальнего света по горизонтали обусловливают большее рассеяние светового пучка в горизонтальной плоскости.

В фарах с американской системой светораспределения нить ближнего света в виде спирали цилиндрической формы смещена несколько вверх и вправо относительно фокуса, если смотреть на отражатель со стороны светового отверстия. Спираль ближнего света расположена поперек оптической оси.

Если источник света выведен из фокуса, отраженный параболоидом пучок света отклоняется от оптической оси. При этом пучок света разделяется на две части. Одна часть светового пучка, попадающая на внутреннюю поверхность отражателя, отражается вправо и вниз относительно оптической оси. Остальная часть светового пучка, отражаемая от внешней части параболоида, направлена влево и вверх и попадает в глаза водителя встречного автомобиля.

Световой пучок фар ближнего света с американской системой распределения не имеет четкой светотеневой границы. Увеличение угла рассеяния отраженного светового пучка требует дополнительного светораспределения рассеивателем со сложной структурой оптических микроэлементов. Для уменьшения светового потока лучей, направленных вверх и влево от оптической оси, применяют отражатели с меньшей глубиной.

В фарах с европейской системой светораспределения нить ближнего света цилиндрической формы выдвинута вперед по отношению к нити дальнего света и расположена чуть выше и параллельно оптической оси. Лучи от нити ближнего света, попадающие на верхнюю половину отражателя, отражаются вниз и освещают близлежащие участки дороги перед автомобилем. Непрозрачный экран, расположенный под нитью ближнего света, исключает попадание световых лучей на нижнюю половину отражателя, поэтому глаза водителя встречного автотранспортного средства находятся в теневой зоне. Одна сторона экрана отогнута вниз на угол 15 °, что позволяет увеличить площадь активной поверхности левой половины отражателя и освещенность правой обочины и правой полосы движения автомобиля.

Световой пучок фар с европейской системой светораспределения при их работе в режиме ближнего света имеет четко выраженную светотеневую границу, что обеспечивает четкое разделение на освещенную зону и зону неслепящего действия. Фары европейской системы, предназначенные для правостороннего движения, при освещении ближним светом вертикального экрана должны создавать на нем светотеневую границу, имеющую с левой стороны горизонтальный участок, а с правой -- участок, направленный под углом 15 ° к горизонтали.

Рассеиватель фары европейской системы меньше влияет на организацию светораспределения по сравнению с фарой американской системы. Большая часть нижней половины рассеивателя при ближнем свете не используется и рассчитана на распределение дальнего света, что улучшает характеристики фары в режиме дальнего света.

Фары европейской системы имеют более рациональное светораспределение. Следовательно, ослепляющее действие фар американской системы больше. В то же время освещенность дороги фарой американской системы при переключении с дальнего света на ближний меняется меньше. Фара европейской системы по сравнению с фарой американской системы лучше освещает правую полосу дороги и обочину. Однако при движении автомобиля по неровной дороге колебания светотеневой границы приводят к быстрому утомлению зрения водителя. Фары с американской системой светораспределения с размытым световым пучком ближнего света менее чувствительны к неровностям дороги.

Обе системы обеспечивают безопасный встречный разъезд автомобилей только на прямой ровной дороге при условии правильной регулировки оптических элементов и своевременного переключения дальнего света на ближний.

Усовершенствованные системы переднего освещения

Для улучшения условий освещения дороги разрабатываются «интеллектуальные» устройства, обеспечивающие автоматическое регулирование светораспределения фар головного освещения в зависимости от метеоусловий и геометрического профиля дорожного полотна. Очевидно, что требования к структуре светового пучка фары при движении автомобиля по скоростной магистрали, по неосвещенным дорогам в сельской местности и по дорогам со значительными изгибами, не могут быть одинаковыми.

Усовершенствованные системы переднего освещения (УСПО), разработанные в рамках европейской программы «Эврика AFS», показали, что получить желаемое светораспределение пучка головного света можно за счет вращения части отражателя или установки в блок-фаре дополнительных поворачиваемых фар проекторного типа, у которых к тому же может изменяться интенсивность свечения.

Информация для выполнения функций «интеллектуального света» поступает с датчиков угла поворота рулевого колеса, скорости движения автомобиля и его ускорения, включения указателей поворота, направления взгляда водителя и т.д.

Конструкция фар головного освещения

На автомобили устанавливают две или четыре фары дальнего света и две фары ближнего света. Свет фар должен быть белым. Допускается установка фар светло-желтого селективного света. При четырехфарной системе головного освещения внешний край светового отверстия фар дальнего света должен быть расположен дальше от плоскости «бокового габарита» автомобиля, чем внешний край светового отверстия фар ближнего света. В двухфарной системе дальний и ближний свет совмещены в одной фаре с двухнитевой лампой. Расстояние между внутренними кромками световых отверстий фар ближнего света должно быть не менее 600 мм, от внешней кромки фары ближнего света до плоскости «бокового габарита» -- не более 400 мм, высота установки фар по верхней кромке -- не более 1200 мм, а по нижней -- не менее 500 мм.

В двухфарных системах головного освещения применяют круглые и прямоугольные оптические элементы. Каждая фара обеспечивает дальний и ближний свет. В четырехфарных системах используют круглые оптические элементы диаметром 136 мм. Две внутренние фары создают дальний свет. Другие две фары, расположенные ближе к плоскостям «бокового габарита» автомобиля, имеют двухнитевые лампы и обеспечивают ближний свет при встречном разъезде автотранспорта. При отсутствии встречных автомобилей включают все четыре фары, чем достигается лучшая освещенность полотна дороги.

Круглые фары

Наибольшее распространение в нашей стране получили круглые фары ФГ140 с европейской системой светораспределения (рис. 2). На ребра внутренней части корпуса 5 установлено опорное кольцо 4 оптического элемента. Кольцо прижимается к корпусу пружиной. По периферии опорного кольца предусмотрены пазы, в которые входят головки регулировочных винтов 3. Винты ввертывают в гайки, закрепленные на корпусе, обеспечивая необходимую регулировку направления светового пучка фары в горизонтальной и вертикальной плоскостях в пределах угла ±4°30'.

Одна из сторон опорного кольца служит привалочной плоскостью для оптического элемента, который крепят к кольцу тремя винтами 14 с помощью внутреннего ободка 1. Для фиксации оптического элемента в определенном положении кольцо имеет три несимметрично расположенных окна.



Рис. 2. Автомобильная фара ФГ140:

1 -- внутренний ободок; 2 -- лампа; 3 -- регулировочный винт; 4 -- опорное кольцо; 5 -- корпус; б -- цоколь лампы; 7 -- соединительная колодка; 8 -- провода; 9 -- держатель проводов; 10 -- отражатель; 11-- рассеиватель; 12 -- экран; 13 -- держатель экрана; 14 -- винт

Металлостеклянный оптический элемент объединяет параболоидный отражатель 10 с фокусным расстоянием 27 мм, рассеиватель 11, приклеенный к отражателю, и лампу 2. Отражатель изготавливают из стальной ленты. Отражающая поверхность для предотвращения оксидирования, повышения стойкости к воздействию влаги и механическим повреждениям покрыта тонким слоем специального лака.

В оптический элемент фары ФГ140 со стороны вершины параболоидного отражателя устанавливают двухнитевую лампу с унифицированным фланцевым цоколем 6 (P45t/41). Выводы лампы выполнены в виде прямоугольных штекерных пластин, на которые надевают соединительную колодку 7 с проводами 8 и держателем 9 проводов. В оптический элемент фары устанавливают также лампы габаритного и стояночного огней. Экран 12, перекрывающий выход прямых лучей лампы накаливания, крепится к отражателю заклепками с помощью держателя 13.

Прямоугольные фары

Такие фары имеют параболоидный отражатель, ограниченный снизу и сверху горизонтальными плоскостями. Благодаря увеличению ширины светового отверстия в горизонтальной плоскости обеспечивается лучшее освещение дороги на большом расстоянии.

Рассеиватель 8 (рис. 3) прямоугольной фары соединяют по фланцу со штампованным корпусом 6 с помощью прокладки 12 или самотвердеющей поливинилхлоридной массы (неразъемное соединение). Корпус 6 крепится к пластмассовому кожуху 4 винтами. Винты 9 с пластмассовыми гайками 10 обеспечивают регулирование направления светового пучка фары на автомобиле. В отражателе 5 с помощью пластины 3 закреплена фланцевая двухнитевая лампа 7 типа А12-45+40. В верхней части пластины 3 расположена пружинная защелка 13, которая прижимает фланец цоколя лампы. На штекеры лампы надевается соединительная колодка 2 проводов.

Дополнительную лампу 11 габаритного огня типа А12-4 крепят в патроне пластины 3 с помощью пластинчатой пружины. Провод, идущий к лампе габаритного огня, зафиксирован подпружиненным зажимом на контактной пластине 1.

Рис. 3. Прямоугольная фара:

1 -- контактная пластина; 2 -- соединительная колодка; 3 -- металлическая пластина; 4 -- пластмассовый кожух; 5 -- отражатель; 6 -- корпус; 7 -- двухнитевая лампа; 5 -- рассеиватель; 9 -- винт; 10 -- пластмассовая гайка; 11-- лампа габаритного огня; 12 -- уплотнительная прокладка; 13 -- пружинная защелка; 14 -- ободок

Гомофокальные фары

Для улучшения аэродинамических качеств передняя часть автомобиля должна иметь меньшую высоту, срезанные углы на виде сбоку и в плане. Для таких автомобилей необходимы фары малой высоты и большой ширины с увеличенной шириной луча для ближнего света, что позволяет применять рассеиватели с большим углом наклона в двух плоскостях. Кроме того, фары должны занимать как можно меньше места в подкапотном пространстве.

Достигнуть требуемых светотехнических характеристик при приемлемых соотношениях ширины, высоты и глубины фары позволяет принцип гомофокальности, т.е. объединения нескольких усеченных параболоидных элементов с различным фокусным расстоянием (например 20 и 40 мм) при совмещенных положениях их фокусов. Гомофокальный отражатель компонуется из отдельных секторов разнофокусных отражателей таким образом, чтобы обеспечить формирование светораспределения дальнего и ближнего света при оптимальных размерах и оптимальной преломляющей структуре рассейвателя. Требуемое светораспределение в режимах как ближнего, так и дальнего света практически обеспечивается только отражателем.

Отражатели сложного профиля для гомофокальных фар изготавливают из пластмасс с высокой термостойкостью, обеспечивающей работу фары с галогенными лампами.

Бифокальные фары

В четырехфарных системах с раздельными режимами освещения используются фары с бифокальным отражателем ближнего света со смешанной светотехнической схемой. Отражатель такой фары состоит из двух частей с положением фокальных точек по разные стороны от тела накала источника света и границей раздела между частями отражателя. Граница раздела зеркально соответствует форме, создаваемой светотеневой границей асимметричного светораспределения ближнего света. Рассеиватели приборов систем освещения с разделенными режимами имеют относительно простую преломляющую структуру.

Эллипсоидные фары

В последнее время получил распространение проекторный принцип формирования светораспределения с помощью проекционной оптики (конденсаторной линзы). Такой принцип реализуется светооптической системой с эллипсоидным отражателем. Тело накала устанавливается в переднем фокусе эллипсоида. После отражения световой пучок концентрируется в зоне второго фокуса отражателя на относительно малой площадке, где устанавливается экран с формой, обеспечивающей светотеневые границы, соответствующие симметричной светотеневой границе заданного режима освещения (для ближнего света головных фар или противотуманных фар). Изображение в плоскости экрана проецируется на дорожное полотно конденсаторной линзой, фокальная точка которой совпадает со вторым фокусом эллипсоидного отражателя.

Блок-фара

Блок-фара объединяет в одном корпусе все или часть передних световых приборов и имеет общий или составной рассеиватель. При наличии общего рассеивателя упрощается его очистка. Недостатком блок-фар является невозможность их унификации для различных автомобилей. Правая и левая блок-фары одного автомобиля невзаимозаменяемы.

Фары-прожекторы

Фары-прожекторы дают концентрированный световой луч и служат для освещения дальних участков дороги. Их устанавливают на автомобилях, которым разрешено движение с повышенной скоростью. Прожекторы включаются вместе с дальним светом фар при отсутствии встречных автотранспортных средств. Высота установки прожекторов не нормируется. Две фары-прожектора должны устанавливаться на одной высоте.

Прожекторы-искатели

Прожекторы-искатели предназначены для временного освещения предметов, расположенных вне зоны действия фар головного освещения, имеют узкий световой пучок и устанавливаются на поворотном кронштейне.

Примеры схем включения фар на легковых автомобилях приведены на рис. 4.

Рис. 4. Схемы включения фар головного освещения, противотуманных фар и фонарей автомобилей:

а -- АЗЛК-2141; б -- ЗАЗ-1102; 1 -- фары головного освещения; 2 -- противотуманные фары; 3 -- монтажный блок предохранителей и реле; 4 -- реле включения противотуманных фар; 5 -- реле включения дальнего света фар; 6 -- реле включения ближнего света фар; 7 -- выключатель противотуманных фар; 8 -- выключатель света фар; 9 -- переключатель света фар; 10 -- выключатель задних противотуманных фонарей; 11 -- выключатель наружного освещения; 12 -- контрольная лампа дальнего света фар; 13 -- выключатель зажигания; 14 -- лампы задних противотуманных фонарей; 15 -- трехрычажный переключатель; 16 -- блок предохранителей

Конструкция противотуманных фар и фонарей

Противотуманные фары и фонари

При наличии тумана, интенсивных осадков или пылевых облаков ухудшение видимости приводит к снижению скорости движения автомобилей. Необходимый уровень безопасности движения автомобиля в этих условиях обеспечивается световыми приборами.

В тумане при использовании ближнего и дальнего света фар головного освещения удовлетворительная видимость дороги не достигается. Лучи ближнего и особенно дальнего света отражаются от мельчайших капелек тумана, рассеиваются и создают молочно-белую пелену перед автомобилем, которая ослепляет водителя. При включении обычных фар головного освещения в тумане с метеорологической видимостью меньше 20 м водитель автомобиля практически не видит дорогу и объекты на ней.

Условия видимости в темное время суток при движении в тумане, в снегопад и дождливую погоду зависят от светораспределения и точности регулирования фар. Для улучшения видимости дорожного полотна, габаритных размеров встречного автомобиля и снижения аварийности во время туманов, дождей и снегопадов применяют противотуманные фары и фонари.

Противотуманные фары. Противотуманные фары отличаются от обычных большим углом рассеяния светового пучка в горизонтальной плоскости и более четкой верхней светотеневой границей. Такое светораспределение в горизонтальной плоскости обеспечивается соответствующим микрорельефом внутренней поверхности рассеивателя с вертикальными цилиндрическими линзами и экраном перед лампой. Больший угол рассеяния светового пучка обеспечивает хорошую видимость дороги и обочины на расстоянии 15--25 м.

Для того чтобы уменьшить рассеивающее действие тумана на световой пучок, противотуманные фары устанавливают ближе к дорожному полотну. В этом случае уменьшается длина пути световых лучей до пересечения с полотном дороги. Размещать противотуманные фары следует не выше фар ближнего света на высоте (по нижней кромке светового отверстия) не менее 250 мм над полотном дороги. От плоскости бокового габарита автомобиля они должны отстоять не более чем на 400 мм. Углы рассеяния светового пучка противотуманных фар составляют ±5° от горизонтальной и +45 и -10° от вертикальной осей.

Высота установки противотуманных фар в меньшей степени влияет на условия видимости дороги, чем светораспределение и точность регулирования. Так, увеличение высоты установки фары над уровнем дороги с 250 до 1000 мм приводит к снижению максимальной дальности видимости примерно на 10 %. В то же время отклонение пучка света фары вверх на 3° (вследствие разрегулирования) может в 2 раза уменьшить дальность обнаружения объекта на дороге.

Для достижения большего цветового контраста рассеиватели противотуманных фар иногда изготавляют из стекла желтого цвета. Однако заметных преимуществ изменения спектрального состава излучения таких фар нет. Цвет светового пучка фары практически не влияет на условия видимости в тумане средней и высокой плотности. Лучи желтого цвета с большей длиной волны лучше проникают через туман малой плотности или пылевую среду с малыми размерами частиц, соизмеримыми с длиной световых волн. В фары с рассеивателями желтого цвета устанавливают лампы большей мощности. Цвет рассеивателей двух противотуманных фар на одном автомобиле должен быть одинаковым.

Противотуманные фары могут иметь круглое или прямоугольное световое отверстие. Их встраивают в кузов, в буфер или крепят к буферу автомобиля с помощью кронштейна. Противотуманные фары могут входить в состав блок-фары.

Оптическая система противотуманной фары включает отражатель параболоидного типа, рассеиватель, лампу, нить накала которой расположена в фокусе отражателя, и экран.

Включение противотуманных фар вместо ближнего света фар головного освещения в условиях плохой видимости позволяет на 20--30 % увеличить скорость движения автомобиля. Для уменьшения слепящего действия на водителей встречных автотранспортных средств противотуманные фары рекомендуется применять при езде в городе. Благодаря большему углу рассеяния светового пучка по горизонтали противотуманные фары целесообразно использовать для освещения крутых поворотов на горных дорогах.

В светлое время суток при движении в тумане видимость дороги не улучшается даже при использовании противотуманных фар. Однако они могут выполнять функции габаритных огней, снижая вероятность столкновения встречных автотранспортных средств.

Приборы световой сигнализации Общие сведения

На автомобиле установлено большое число светосигнальных приборов при ограниченном пространстве для их размещения. Автомобиль имеет габаритные огни, сигналы торможения, указатели поворота, стояночные огни и световозвращатели.

Форма, размеры и расположение светосигнальных приборов должны отвечать установленным нормам и соответствовать внешнему виду модели автомобиля.

Отдельным считается световой прибор с одним или несколькими параллельно включенными источниками света и одной светящейся поверхностью, собранный в отдельном корпусе.

Комбинированный световой прибор имеет один источник света (или несколько параллельно включенных и одновременно светящихся источников света), один корпус, но две или несколько светящих поверхностей.

Совмещенный световой прибор имеет разные источники света или один, работающий в разных режимах, одну светящую поверхность и один корпус. Двухнитевая лампа в совмещенном световом приборе, объединяющем функции заднего габаритного огня и сигнала торможения, считается за два источника света.

Группированный световой прибор объединяет в одном корпусе несколько самостоятельных световых приборов с отдельными источниками света и отдельными светящими отверстиями. Каждый из сгруппированных вместе световых приборов может иметь несколько источников света и несколько светящих отверстий. В группированном световом приборе сигнальные фонари могут располагаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Светосигнальные приборы должны быть хорошо опознаваемы, что достигается изменением силы света, цветности сигналов, а также проблесковым режимом их работы. В автомобильных светосигнальных приборах в основном используют красный, белый и оранжевый цвета.

Максимальная сила света светосигнальных приборов ограничена ввиду возможного ослепления водителей в темное время суток, а минимальная обусловлена способностью человека различать световой сигнал в солнечный день. В темное время суток светосигнальные приборы хорошо видны при силе света 2--12 кд. Для обеспечения видимости световых сигналов в солнечный день силу света необходимо увеличивать до 200--700 кд. Эти условия работы обеспечиваются двухрежимными указателями поворота и сигналами торможения. На режиме работы с уменьшенной силой света включаются дополнительные резисторы в цепи электроснабжения.

Светораспределение светосигнального фонаря зависит от типа его оптической системы -- линзовой или смешанной. В линзовой оптической системе требуемые сила света и светораспределение обеспечиваются одним рассеивателем (без отражателя). К приборам с линзовой оптической системой относятся габаритные и стояночные огни, боковые повторители указателей поворота и другие. Такие приборы состоят из корпуса, лампы накаливания и рассеивателя с линзовыми или призматическими микроэлементами. Внутренняя поверхность корпуса может быть окрашена в белый цвет.

...