Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Адаптивный свет

Чем ксеноновые лампы фар отличаются от галогенных? Кто впервые применил в автомобиле лампы накаливания? Какими бывают «адаптивные» фары? Мы решили проследить весь путь эволюции автомобильных систем освещения — от ацетиленовых горелок до новейших «умных» головных систем, в которых лучи от светодиодов будут освещать дорогу по командам системы навигации.

До лампочкиДо лампочки были свечи. Или масляные горелки. Но светили они настолько слабо, что ночью автомобиль было проще оставить дома, чем путешествовать «на ощупь».

Первым источником автомобильного света стал газ ацетилен — использовать его для освещения дороги в 1896 году предложил летчик и авиаконструктор Луи Блерио. Запуск ацетиленовых фар — целый ритуал. Сначала требуется открыть краник ацетиленового генератора, чтобы вода закапала на карбид кальция, который находится на дне «бочонка».

При взаимодействии карбида с водой образуется ацетилен, который по резиновым трубкам поступает к керамической горелке, что находится в фокусе отражателя. Теперь шофер должен открыть стекло фары, чиркнуть спичкой — и пожалуйста, в светлый путь. Но максимум через четыре часа придется остановиться — для того, чтобы вновь открыть фару, вычистить ее от копоти и заправить генератор новой порцией карбида и воды.

Однако светили карбидные фары на славу. Например, созданные в 1908 году Вестфальской металлопромышленной компанией (так в то время называлась Hella) ацетиленовые фары освещали до 300 метров пути! Столь высокого результата удалось достичь благодаря использованию линз и параболических рефлекторов. Кстати, сам параболический отражатель еще в 1779 году изобрел Иван Петрович Кулибин — тот самый Кулибин, который создал трехколесную «самокатку» с маховиком и с прообразом коробки передач.

автомобильных генераторов подходящей мощности еще не существовало. И тут произошел переворот в «осветительных» технологиях — нити накаливания стали делать из тугоплавкого вольфрама (температура плавления 3410°С), который не «выгорал». Первым серийным автомобилем с электрическим светом (а еще — с электрическим стартером и зажиганием) стал Cadillac Model 30 Self Starter («самозапускающийся») 1912 года.

Кстати, если вы думаете, что лампу накаливания изобрел Томас Альва Эдисон, то это не совсем так. Да, именно Эдисон всерьез занялся лампочками, когда газ в его мастерской отключили за неуплату. И именно Эдисон в 1880 году представил исчерпывающее обоснование того, что следует использовать лампы с угольной нитью накаливания, помещенной в безвоздушное пространство стеклянного шара.

Эдисон придумал и цоколь. Но базовая конструкция лампы накаливания принадлежит русскому электротехнику Александру Николаевичу Лодыгину, уроженцу Тамбовской губернии. Свою разработку он представил на шесть лет раньше. Более того, исторические документы упоминают некоего немецкого часовщика Генриха Гебеля, который сумел с помощью электричества раскалить до свечения обугленное бамбуковое волокно, вставленное в стеклянную колбу, аж 150 лет назад, в 1854 году. Вот только на патент у Гебеля банально не хватило денег…

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Ослепительные идеиВпервые проблема ослепления встречных водителей возникла с появлением карбидных фар. Боролись с ней по-разному: перемещали рефлектор, выводя из его фокуса источник света, с той же целью двигали саму горелку, а также ставили на пути света различные шторки, заслонки и жалюзи. А когда в фарах засветилась лампа накаливания, в электрическую цепь при встречных разъездах даже включали добавочные сопротивления, снижавшие накал нити.

Но лучшее решение предложила фирма Bosch, в 1919 году создавшая лампу с двумя нитями накаливания — для дальнего и ближнего света. К тому времени уже был придуман рассеиватель — покрытое призматическими линзами стекло фары, отклоняющее свет лампы вниз и по сторонам. С тех пор перед конструкторами стоят две противоположные задачи: максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей.

Увеличить яркость ламп накаливания можно, подняв температуру нити. Но при этом вольфрам начинает интенсивно испаряться. Если внутри лампы вакуум, то атомы вольфрама постепенно оседают на колбе, покрывая ее изнутри темным налетом. Решение проблемы нашли во время Первой мировой войны: с 1915 года лампы стали заполнять смесью аргона и азота.

Молекулы газов образуют своебразный «барьер», препятствующий испарению вольфрама. А следующий шаг был сделан уже в конце 50-х годов: колбу стали наполнять галогенидами, газообразными соединениями йода или брома. Они «связывают» испаряющийся вольфрам и возвращают его на спираль. Первую галогенную лампу для автомобиля представила в 1962 году Hella — «регенерация» нити позволила поднять рабочую температуру с 2500 К до 3200 К, что увеличило светоотдачу в полтора раза, с 15 лм/Вт до 25 лм/Вт.

А главный шаг в решении проблемы ослепления был сделан в середине 50-х — французская фирма Cibie в 1955 году предложила идею асимметричного распределения ближнего света для того, чтобы «пассажирская» обочина освещалась дальше «водительской». И через два года «асимметричный» свет в Европе был узаконен.

Де_формацияНа протяжении многих лет фары оставались круглыми — это наиболее простая и дешевая в изготовлении форма параболического отражателя. Но порыв «аэродинамического» ветра сначала «задул» фары в крылья автомобиля (впервые интегрированные фары появились у Pierce-Arrow в 1913 году), а затем превратил круг в прямоугольник (прямоугольными фарами оснащался уже Citroen AMI 6 1961 года).

Чтобы заставить такую фару ярко светить при меньших габаритах, следовало придать параболическому отражателю (в прямоугольных фарах — усеченный параболоид) еще большую глубину. А это было чересчур трудоемко. В общем, привычные оптические схемы для дальнейшего развития не годились. Тогда английская фирма Lucas предложила использовать «гомофокальный» отражатель — комбинацию двух усеченных параболоидов с разными фокусными расстояниями, но с общим фокусом.

Одним из первых новинку примерил Austin-Rover Maestro в 1983 году. В том же году фирма Hella представила концептуальную разработку — «трехосные» фары с отражателем эллипсоидной формы (DE, DreiachsEllipsoid). Дело в том, что у эллипсоидного отражателя сразу два фокуса. Лучи, выпущенные галогенной лампой из первого фокуса, собираются во втором, откуда направляются в собирающую линзу.

Такой тип фар называют прожекторным. Эффективность «эллипсоидной» фары в режиме ближнего света превосходила «параболическую» на 9% (обычные фары отправляли по назначению лишь 27% света) при диаметре всего в 60 миллиметров. Эти фары предназначались для противотуманного и ближнего света (во втором фокусе размещался экран, создающий асимметричную светотеневую границу).

А первым серийным автомобилем с «трехосными» фарами стала «семерка» BMW в конце 1986 года. Еще через два года эллипсоидные фары стали просто супер! Точнее — Super DE, как называла их Hella. На этот раз профиль отражателя отличался от чисто эллипсоидной формы — он был «свободным» (Free Form), рассчитанным таким образом, чтобы основная часть света проходила над экраном, отвечающим за ближний свет. Эффективность фар возросла до 52%.

Дальнейшее развитие отражателей было бы невозможно без математического моделирования — компьютеры позволяют создавать самые сложные комбинированные рефлекторы. Взгляните, к примеру, в «глаза» таких машин, как Daewoo Matiz, Hyundai Getz или «молодая» Газель. Их отражатели поделены на сегменты, каждый из которых имеет свой фокус и фокусное расстояние.

Каждая «долька» многофокусного отражателя отвечает за освещение «своего» участка дороги. Свет лампы используется почти полностью — за исключением разве что торца лампы, прикрытого колпачком. А рассеиватель, то есть стекло с множеством «встроенных» линз, теперь не нужен — отражатель сам отлично справляется с распределением света и созданием светотеневой границы. Эффективность таких фар, называемых отражающими, близка к прожекторным.

Современные отражатели «формируют» из термопластика, алюминия, магния и термосета (металлизированного пластика), а накрывают фары не стеклами, а поликарбонатом. Впервые пластиковый рассеиватель появился в 1993 году на седане Opel Omega — это позволило снизить массу фары почти на килограмм! Но зато поликарбонатные «стекла» гораздо хуже сопротивляются истиранию, нежели стекла настоящие. Поэтому щеточных очистителей фар, которые еще в 1971 году предложил Saab, больше не делают…

Вековое господство лампы накаливания близится к концу. Достойно «завершить карьеру» ей помогают благородные газы криптон и ксенон. Последний считается одним из лучших наполнителей для ламп накаливания — с ксеноном можно поднять температуру нити вплотную к точке плавлению вольфрама и приблизить свет по спектру свечения к солнечному.

Но наполненные ксеноном обычные лампы накаливания — это одно. А «ксенон» с ярким голубым свечением, который применяют на дорогих автомобилях, — это принципиально другое. В ксеноновых газоразрядных лампах светится не раскаленная нить, а сам газ — вернее, электрическая дуга, которая возникает между электродами при газовом разряде при подаче высоковольтного напряжения.

Впервые такие лампы (Bosch Litronic) были установлены на серийном BMW 750iL в 1991 году. Газоразрядный «ксенон» на голову эффективнее самых совершенных ламп накаливания — на бесполезный нагрев здесь расходуется не 40% электроэнергии, а всего 7—8%. Соответственно, газоразрядные лампы потребляют меньше энергии (35 Вт против 55 Вт у галогенных) и светят при этом вдвое ярче (3200 лм против 1500 лм). А поскольку нити нет, то и перегорать нечему — ксеноновые газоразрядные лампы служат гораздо дольше обычных.

Назначение и классификация световых приборов

Система освещения и световой сигнализации автомобиля пред­назначена для освещения дороги, передачи информации о габа­ритных размерах автомобиля, предполагаемом или совершаемом маневре, освещения номерного знака, кабины, салона кузова, кон­трольно-измерительных приборов, багажного отделения, подкапотного пространства и др. От состояния и характеристик световых приборов во многом зависит безопасность движения автомобиля, особенно в темное время суток.

Световые приборы автомобиля различаются по назначению, кон­струкции электрическим и светотехническим параметрам.

Обяза­тельный комплект световых приборов для всех автомобилей: не менее двух фар дальнего и ближнего света, два габаритных огня, два указателя поворота спереди и сзади, два световозвращателя и один фонарь освещения номерного знака, расположенные сзади. Дополнительные светосигнальные приборы: контурные огни, боковые повторители указателей поворота, опознавательные знаки автопоезда и прицепов, боковые световоз­вращатели, огни преимущественного проезда. Необязательные световые приборы: противотуманные фары, фары-прожекторы, прожекторы-искатели, задние противотуманные фонари, фонари заднего хода, фонари увеличения габаритного размера автомобиля, боковые габаритные и стояночные огни.

Световые приборы автомобиля делят на осветительные и светосигнальные. Световой пучок осветительного прибора воспринимается после отражения от опорной поверхности или объекта, а световой поток светосигнального прибора воспринимается непосредственно. Фары и фонари заднего хода можно отнести к осветительным и светосигнальным приборам: водитель автомобиля, на котором они установлены, воспринимает свет, отраженный от дороги и наблюдаемых объектов, а участники дорожной обстановки непосредственно от источников.

Оптическая система светового прибора, обеспечивающая необ­ходимые направление, спектр (цвет) и силу светового потока, со­держит лампу, отражатель и рассеиватель. Лампа является источ­ником света. Отражатель, обычно имеющий вид параболоида вра­щения, концентрирует световой поток в требуемом телесном угле. Рассеиватель, выполненный из прозрачного материала, перерас­пределяет световой поток в вертикальной и горизонтальной плос­костях с помощью линз и призм и при необходимости изменяет спектр излучаемого света.

Световые приборы автомобиля, успешно прошедшие проверку соответствие правилам ЕЭК ООН, получили знак международ­ного официального утверждения. Этот знак наносится на рассеиватель или основной корпус светового прибора. Он пред­ставляет собой круг, в котором проставлены буквы Е и отличи­тельный номер страны, выдавшей официальное утверждение (табл.1).

Таблица 1 Знаки международного утверждения световых приборов

Световой прибор Знак международного утверждения
Фары головного освещения

20 25

296 297 258 180 182 165 2439

Габаритные огни
R
A
518 1021 1021
Указатели поворотов 1 2а 2Ь 4
680 851 456 216
Сигналы торможения

596 512 1022

Световозвращатели II 148
I 147

148 II

Задние противотуманные фонари Под кругом над порядковым номером официального утвержде­ния может стоять горизонтальная стрелка. Фара головного осве­щения со стрелкой, направленной вправо, сконструирована для эксплуатации автомобилей в странах с левосторонним движением. Двустороннюю стрелку ставят на фары, которые при соответст­вующем перемещении лампы или оптического элемента могут быть использованы как при правостороннем, так и при левосторон­нем движении автомобиля. На фарах автомобилей, используемых на дорогах с правосторонним движением, стрелка не ставится.

Стрелка на рассеивателях светосигнальных фонарей показывает направление, в котором обеспечивается наибольший геометрический угол видимости в горизонтальной плоскости. При установке передних и задних указателей поворота острие стрелки должно быть направлено к наружной части автомобиля, а при установке боковых указателей поворота — к передней.

Над кругом знака официального утверждения фар головного освещения в квадрат вписаны буквы С, R, S, Н, определяющие на какой свет, ближний и/или дальний, рассчитана фара, тип оптического элемента, тип применяемых ламп. У противотуманных фар и фонарей над кругом проставляется буква В, у рассеивателей задних габаритных огней в квадрате над кругом — буква R. Передние габаритные огни обозначают буквой А; фонари заднего хода — символом К. У фонарей освещения номерного знака дополнительные надписи над кругом не предусмотрены.

Знак международного официального утверждения указателей поворота отличается тем, что над кругом дано обозначение категории светового прибора. К категории 1 относятся передние указатели поворота, к категориям 2а и 2b соответственно одно- и двухрежимные задние указатели поворота. Боковые указатели поворота имеют категории 3, 4 и 5.

Фары

Фары головного освещения, блок-фары, прожекторы.Для освещения дороги и обочины перед автомобилем на расстоянии 50…250 м в темное время суток на автомобилях устанавливают фары ипрожекторы с параболоидными отражателями света. Рас­пределение света фары на дороге зависит от конструкций оптического элемента и установленной в ней лампы.

Отраженные от параболоида лучи идут узким пучком параллельно оптической оси, если в фокусе F

(Рисунок 2,а) отражателя помещен точечный источник света. Технологически невозможно обеспечить точную геометрическую форму параболоида отражателя, в результате вместо фокуса имеет место фокальная область и отраженные лучи в фарах идут слабо расходящимся пучком света.

Даже при некотором уменьшении отраженного светового потока (вви­ду потерь на поглощение света) концентрация пучка отраженных лу­чей в малом телесном угле позволяет во много раз увеличить силу света в нем по сравнению с силой света нити накала лампы.

Параболоидные отражатели автомобильных фар увеличивают силу света лампы в нужном направлении в 200…400 раз и тем са­мым обеспечивают необходимую освещенность дороги на значи­тельном расстоянии. Так,

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

а) б) в)

Рисунок 2 – Параметры параболоидного отражателя:

а — распределение светового потока при расположении нити накала в фо­кусе; б — мелкая фара; в —

глубокая фара

лампа силой света больше 50 кд без от­ражателя дает освещенность 1 лк на расстоянии около 7 м. При наличии отражателя сила света J

в центре светового отверстия фары возрастает до (10…40)103 кд, а освещенность 1 лк достига­ется на расстоянии 100…200 м.

Для освещенности дальних участков дороги значение имеет только пучок отраженных лучей. Часть светового потока источника, которая проходит мимо отражателя через световое отверстие в пределах большого телесного угла 4 π- ώ1

сильно расходящимся пучком, освещает лишь участки дороги на расстоянии 5… 10 м, что ухудшает видимость при движении в тумане или в дождливую погоду. Эта непреобразованная часть светового потока обычно экранируется (дополнительный экран в фаре или чернение вершины колбы лампы категории
Н4
).

Поверхности отражателей, штампуемых из стали, покрыты слоя­ми лака (для создания более гладкой поверхности) иалюминия. Отражатели в оптических элементах автомобильных фар и прожекторов защищены от воздействия окружающей среды 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. На внутренней поверхности рассеивателя сформированы линзы ипризмы.

Светораспределение в фаре.Автомобильные фары должны удовлетворять двум требованиям: хорошо освещать дорогу перед автомобилем и вместе с тем не ослеплять водителей транспорт­ных средств при встречном разъезде. В настоящее время приме­няют двухрежимную систему головного освещения — с дальним и ближним светом. Дальний свет фары или комплекта фар предназначен для освещения дорожного полотна обочины перед автомо­билем при отсутствии встречного транспорта. Ближний свет обес­печивает освещение дороги перед автомобилем при движении в населенных пунктах или при разъезде с встречными транспортны­ми средствами на шоссе. При ближнем свете значительно снижа­ется ослепление участников дорожного движения при достаточном уровне освещенности дороги и правой стороны обочины. Переклю­чение с дальнего света на ближний при встречном разъезде долж­но осуществляться водителями обоих автомобилей одновременно при расстоянии между машинами не менее 150 м.

Дальний и ближний свет в двухфарных системах освещения обеспечивают двухнитевые лампы накаливания. Современные ав­томобили оборудуют фарами головного освещения с американской и европейской асимметричными системами распределения ближ­него света. Асимметричное распределение светового потока по­зволяет улучшить освещенность той стороны дороги, по которой движется автомобиль, и уменьшить ослепление водителя встреч­ного транспорта.

В лампах фар с американской и европейской системами светораспределения нить накала (спираль) дальнего света расположена в фокусе отражателя. Световой пучок дальнего света с малым уг­лом рассеяния может быть получен при минимальных размерах спирали, выполненной в виде дуги, лежащей в горизонтальной плоскости.

При больших линейных размерах спирали дальнего света по гори­зонтали световой пучок больше рассеивается в горизонтальной плос­кости и дает на экране световое пятно с меньшими отклонениями по вертикали.

В фарах с американской системой светораспределения нить ближнего света 2

выполнена в виде спирали цилиндрической фор­мы, расположена поперек оптической оси и смещена вверх ивпра­во относительно фокуса, если смотреть на отражатель со стороны светового отверстия (Рисунок 3, а). Когда источник света выведен из фокуса, отраженный параболоидом пучок света отклоняется от оптической оси. Расфокусировка нитей ближнего света приводит к разделению пучка света на две части. Одна часть светового пото­ка, попадающая на внутреннюю поверхность отражателя от вер­шины до фокальной плоскости
АА,
отражается вправо и вниз от­носительно оптической оси. Другая часть светового потока отража­ется от внешней части параболоида между фокальной плоскостью
АА
и плоскостью светового отверстия
ВВ
на уровень расположения глаз водителя встречного автомобиля.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Рисунок 3 – Автомобильные фары с различными системами распределения ближнего света: а — американская система; б — европейская система; в — схема экрана; 1

— нить дальнего света;
2—
нить ближнего света;
3-
экран

Световой пучок при американской системе распределения ближнего света размыт, четкая светотеневая граница отсутствует. Увеличение угла рассеяния отраженного светового потока связано с дополнительной корректировкой светораспределения рассеивателем со сложной структурой оптических микроэлементов. Для уменьшения светового потока, направленного вверх и влево от оп­тической оси, применяют отражатели с меньшей глубиной.

Фары с американской системой светораспределения эффектив­ны на дорогах с широкой разделительной зоной между полосами встречного движения, где меньше сказывается влияние угла, под которым наблюдаются фары встречного автомобиля. Основным для таких фар является режим дальнего света, поэтому их уста­навливают так, чтобы ось светового пучка максимальной концен­трации была параллельна направлению движения автомобиля.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 l, м

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 l, м

Рисунок 4 – Схемы световых пятен на дороге при освещении фарой с европейской системой светораспределения: а — дальний свет; б — ближний свет; 1-

собычной лампой накаливания; 2-с галогенной лампой категории Н4; l-осевая линия дороги

В фарах с европейской системой светораспределения пучок ближнего света создается не поперечной, а продольной расфокуси­ровкой нити накала. Нить ближнего света 2

(Рисунок 3, б) цилиндриче­ской формы выдвинута вперед по отношению к нити дальнего света
1
и расположена чуть выше и, параллельно оптической оси. В ре­зультате существенно изменяется общая концентрация излучения и его интенсивность в отдельных направлениях. Лучи от нити ближне­го света, попадающие на поверхность верхней половины парабо­лоида, отражаются вниз и освещают близлежащие участки дороги перед автомобилем. Непрозрачный экран
3,
расположенный под нитью ближнего света
2,
исключает попадание световых лучей на нижнюю половину отражателя, поэтому зона глаз водителя встреч­ного транспортного средства является теневой. Одна сторона экра­на
3
отогнута вниз на угол 15° (Рисунок 3, в), что позволяет увеличить активную поверхность левой половины отражателя и освещенность правой обочины и правой полосы движения автомобиля (Рисунок 5).

J=40000кд 25000 16000 10000 6300 4000 2500 1000

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Рисунок — 5 Светораспределение европейской системы: а — дальний свет; б — ближний свет

Фары с европейской системой светораспределения в режиме ближнего света создают четко выраженную светотеневую границу (Рисунок 5).

Пучок ближнего света фары резко очерчен, обеспечивая четкое разделение освещенной зоны и зоны неслепящего действия. Для правостороннего движения фары при освещении ближним светом вертикального экрана должны обеспечивать горизонтальный уча­сток светотеневой границы с левой стороны и восходящий под уг­лом 15° участок с правой стороны.

Распределение ближнего света фар европейской системы рег­ламентировано величиной освещенности в контрольных точках и зонах специального экрана. Экран предназначен для лабораторной проверки фар на соответствие их светораспределе­ния европейским нормам и представляет имитацию перспективы двухполосной автомобильной дороги. Правила ЕЭК ООН устанав­ливают минимально и максимально допустимые значения осве­щенности для контрольных точек и зон экрана.

Фара с европейской системой светораспределения по сравнению с фарой с американской системой лучше освещает правую полосу дороги и обочину. Однако при движении автомобиля по неровной дороге колебания светотеневой границы приводят к быстрому утом­лению водителя. Американская система светораспределения с раз­мытым световым пучком ближнего света менее чувствительна к не­ровностям дороги. При встречном разъезде автомобилей с различ­ными системами распределения ближнего света водители автомо­билей с фарами с европейской системой ослепляются в большей степени.

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. При большей высоте уста­новки фары над дорогой дальность видимости в ее свете увеличи­вается, но одновременно возрастает интенсивность излучения на уровне глаз водителя встречного автомобиля. На автомобили обычно устанавливают две фары типа CR

при двухфарной системе или две фары типа
CR
и две фары типа
R
при четырехфарной системе. Свет фар должен быть белым. Допускается установка фар светло-желтого селективного цвета.

Рисунок 6 – Размещение обязательного комплекта световых приборов на переднейи задней частях автомобиля:1 —

световозвращатели;
2-
указатели поворота;
3-
габаритные огни;
4
-сигнал торможения; 5- фонарь освещения номерного знака

При четырехфарной системе головного освещения внешний край светового отверстия фар дальнего света должен распо­лагаться дальше от плоскости бокового габарита автомобиля, чем внешний край светового отверстия фар ближнего света (Рисунок 6). В двухфарной системе дальний и ближний свет совме­щены в одной фаре с двухнитевой лампой. Расстояние между внутренними кромками световых отверстий фар ближнего света не должно быть меньше 600 мм.

В двухфарных системах головного освещения применяют круг­лые (диаметром 170 мм) и прямоугольные (диаметром 210 мм) оп­тические элементы. Каждая фара создает дальний и ближний свет, что усложняет конструкцию рассеивателя.

В четырехфарных системах используют круглые оптические элементы диаметром 136 мм. Две внутренние фары создают даль­ний свет. Две другие фары, расположенные ближе к плоскостям бокового габарита автомобиля, имеют двухнитевые лампы и обес­печивают ближний свет при встречном разъезде транспорта. При отсутствии встречных автомобилей включаются все четыре фары, чем достигается лучшая освещенность полотна дороги. Рацио­нальное распределение ближнего и дальнего света по отдельным фарам позволяет рассчитывать их оптические системы на опреде­ленные режимы работы. Четырехфарные системы потребляют большую мощность, имеют более высокую стоимость. Кроме того, освещенность дороги при ближнем свете двумя фарами диамет­ром 136 мм уменьшается.

УСТРОЙСТВО ФАР

Круглые фары

Круглая фара головного освещения с европей­ской системой светораспределения имеет корпус 5, изготовленный из листовой стали методом штамповки и покрытый несколькими слоями стойкого лака (Рисунок 7). К ребрам внутренней части корпу­са пружиной прижато опорное кольцо 4

оптического элемента. По периферии кольца предусмотрены пазы, в которые входят головки регулировочных винтов
3.
Винты ввернуты в гайки, закрепленные на корпусе, и обеспечивают необходимое регулирование направ­ления светового пучка фары в горизонтальной и вертикальной плоскостях в пределах угла ±4°30′.

Лицевая сторона кольца 4

служит привалочной плоскостью дляоптического элемента, который прикреплен к кольцу тремя винтами с помощью внутреннего ободка
1.
Для фиксации оптического элемента в определенном положении опорное кольцо имеет три не­симметрично расположенных окна.
Ш.
Металлостеклянный оптический элемент объединяет параболоидный отражатель
10
с фокусным расстоянием 27 мм, рассеиватель
11
и лампу
2.
Отражатель изготовлен из стальной ленты 5. Алюминированная отражающая поверхность для предотвращения окисления, повышения стойкости к воздействию влаги и механическим повреждениям покрыта тонким слоем специального лака. Рассеиватель к отражателю приклеен.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы


Рисунок 7 – Автомобильная круглая фара

1 — внутренний ободок; 2-пампа; 3- регулировочный винт; 4-

опорное , кольцо; 5- корпус;
6-
цоколь лампы; 7- соединительная колодка;
8 —
про­вода;
9
— держатель проводов;
10-
отражатель;
11 —
рассеиватель;
12
-экран;
13
-держатель экрана;
14-
винт крепления ободка

В оптическом элементе круглой фары со стороны вершины параболоидного отражателя установлена двухнитевая лампа 2 t

унифицированным фланцевым цоколем P45t/41. Выводы лампы выполнены в виде прямоугольных штекерных пластин, на которые: надета штекерная соединительная колодка 7 с проводами
8
и дер­жателем
9
проводов. В оптический элемент фары могут быть уста­новлены лампы габаритного и стояночного света. Экран
12,
пере­крывающий выход прямых лучей лампы накаливания, прикреплен к отражателю заклепками с помощью держателя
13.
На некоторые автомобили устанавливают круглые фары с галогенными лампами. Зеркальное покрытие отражателя у таких фар выполнено из термостойкого материала. Галогенные лампы нагреваются до высоких температур. В обычные фары установка галогенных ламп не допускается.

Прямоугольные фары

В прямоугольной фаре установлен параболоидный отражатель. Благодаря увеличению светового отверстия в горизонтальной плоскости обеспечивается лучшее освещение дороги на большом расстоянии. Уменьшение размера фары по вертикали обеспечивает лучшие аэродинамические качества авто­мобиля. Рассеиватель 8

(Рисунок 8)

прямоугольной фары соединен по фланцу со штампованным корпусом
6
через прокладку
12
или неразъемно с помощью самотвердеющей поливинилхлоридноймассы. Корпус
6
прикреплен к пластмассовому кожуху
4
винтами. Внутри корпуса винтами
9
закреплен металлический отражатель
5.
Винты
9
с пластмассовыми гайками
10
обеспечивают регулирова­ние направления светового пучка фары на автомобиле. В отража­теле 5 пластиной
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
I
штекеры лампы надета соединительная колодка
2
проводов.

Дополнительная лампа 11

габаритного огня типа А12-4 закреп­лена в патроне пластины
3
пластинчатой пружиной. Положение провода к лампе габаритного огня зафиксировано подпружиненным зажимом на контактной пластине
1.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Рисунок 8 – Прямоугольная фара:а — устройство; б —

внешний вид;
1
— контактная пластина;
2-
соединительная колодка;
3-
металлическая пластина;
4-
пластмассовый кожух; 5-отражатель;
6-
корпус; 7-двухнитевая лампа;
8-
рассеиватель;
9-
винт;
10-
пластмассовая гайка;
11 —
лампа габаритного огня;
12-
уплотнительная прокладка;
13-
пружинная защелка;
14-
ободок

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

а) б)

Рисунок 9 – Прямоугольная фара с галогенной лампой: а — устройство; б — расположение ручек регулирования; 1 —

отражатель; ;
2-
галогенная лампа; 3- крышка;
4
— соединительная колодка; 5-лампа габаритного огня; б- экран; 7- корпус;
8-
рассеиватель;
9-
ручка регу­лирования в горизонтальной плоскости;
10-
ручка корректора;
11
— ручка регулирования в вертикальной плоскости

В прямоугольной фаре на рисунке 9 применены галогенная лам­па 2

типа АКП2-60 55-ХЛ2 и лампа 5 габаритного огня. Фара имеет корректор наклона светового пучка в зависимости от нагруз­ки. Ручку
10
корректора устанавливают в два положения, соответ­ствующие полной нагрузке и ненагруженному состоянию автомо­биля. Лампу заменяют после снятия крышки
3.
Обычную регули­ровку светораспределения фар в горизонтальной и вертикальной плоскостях осуществляют ручками
9
и
11.
Доступ к регулировоч­ным ручкам предусмотрен со стороны подкапотного пространства.

Прямоугольная фара с галогенными лампами категории Н4

и лампами габаритного огня
Т8/4
изображена на рисунке 10. Световой пучок фары можно регулировать поворотом отражателя
3
в верти­кальной и горизонтальной плоскостях с помощью винтов
2
и
8.
Конструкция фары позволяет изменять наклон (вниз) светового пучка фары в зависимости от нагрузки автомобиля. При полной нагрузке автомобиля дополнительный винт корректора на корпусе
1
фары следует повернуть до упора вправо. Гидрокорректор позволяет изменять наклон фары с места водителя. Он состоит и заполненных незамерзающей при низкой температуре жидкостью рабочего и исполнительных цилиндров и соединительных трубок.

Рисунок 10 – Прямоугольная фара легкового автомобиля: I -корпус; 2- винт регулировки светового пучка в горизонтальной плоско­сти; 3-

отражатель;
4 —
защитный колпак; 5- лампа головного света; б-соединительная колодка жгута проводов; 7- соединительная колодка;
8—
винт регулировки светового пучка в вертикальной плоскости;
9
— рассеиватель

Рабочий цилиндр установлен на панели приборов, а исполни­тельные цилиндры — на фарах.

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 невзаимозаменяемые. Каждая блок-фара содержит фару головного освещения с лампой 2

(Рисунок 11), габаритный огонь с лампой
3
и указатель по­ворота с лампой
8.
Рассеиватель
6
приклеен к пластмассовому корпусу 7, закрытому сзади пластмассовым кожухом
1.
Внутри кор­пуса установлен отражатель
5.
Провода от ламп 2 и
3
подведены к колодке
9,
которая удерживается пружинным фиксатором
10.
Головное освещение (дальний и ближний свет), указатель поворота и передний габаритный огонь объединены в одном блоке, приведенном на рисунке 12. Головной свет и габаритный огонь обес­печиваются фарой с лампами АКП 2-60 55 и А12-4. Блок в сборе закреплен на панели передка автомобиля четырьмя болтами с гайками 3.

Положения светового пучка по горизонтали и вертикали регулируются винтами
4
и
9.
На фару можно установить корректор для дистанционного регулирования угла наклона фары в зависи­мости от нагрузки автомобиля. При отсутствии корректора наклон светового пучка в вертикальной плоскости регулируют поворотом заглушки
8
.

Рисунок 11 – Блок — фара: а — электрическая схема; б — вид из отсека двигателя; / — кожух; 2-пампа

фары;
3
— лампа габаритного огня;
4
— экран;
5
— отражатель;
6 —
рассеиватель;
7-
корпус;
8-
лампа указателя поворота;
9-
штекерная колодка;
10-
пружинный фиксатор

Рисунок 12 – Блок передних световых приборов:1 —

фара;
2
— указатель поворота;
3 —
гайка крепления фары; 4

винт регу­лирования светового пучка в вертикальной плоскости; 5- крышка; 6-лампа фары;
7-
лампа переднего габаритного огня;
8-
заглушка корректировки светового пучка в зависимости от нагрузки автомобиля;
9-
винт корректи­ровки светового пучка в горизонтальной плоскости;
10-
винт крепления ука­зателя поворота;
11 —
винт крепления рассеивателя указателя поворота .

Для улучшения аэродинамических качеств передняя часть авто­мобиля должна иметь меньшую высоту и срезанные углы на видах сбоку и вплане. 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 вдвух плоскостях. Кроме того, фары должны занимать как можно меньше места в подкапотном пространстве.

Гомофокальные фары

Соединение в одном узле определен­ных участков отражателей с малым и большим фокусным расстоя­нием позволило уменьшить глубину h

(Рисунок 13) внедрения фары в подкапотное пространство и увеличить отношение ширины b фары к ее высоте а.

Фара имеет отдельные сектора двух разнофокусных оптических систем. Требуемое светораспределение в режиме как ближнего, так и дальнего света практически обеспечивается только отража­телем. Отражатели сложного профиля гомофокальных фар изго­товляют из пластмасс с высокой термостойкостью, обеспечивающей работу фары с галогенными лампами. Гомофокальная фара приведена на рисунке 14.

Рисунок 13 – Относительные размеры гомофокальных отражателей.

Рисунок 14 – Элементы гомофокальный фары:1

— корпус;
2
— отражатель;
3 –
рассеиватель.

Бифокальные фары

В четырехфарных системах с разделен­ными режимами освещения используются фары с бифокальным от­ражателем (Рисунок 15) фары 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.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Рисунок 15. Бифокальный отражатель фары ближнего света:

а — конструктивная схема; б — зоны светораспределения; 1, 2- соответст­венно верхняя и нижняя части отражателя; А, В-

зоны светораспределе­ния, образованные соответственно верхней и нижней частями отражателя.

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 1

(Рисунок 16).Тело накала устанавливается в переднем фокусе
F1
эллипсоида. После отражения световой пучок концентрируется в зоне второго фокуса
F2
отражателя на относительно малой площадке, где устанавливается экран с формой границы, симметрично светотеневой границе заданного режима освещения (ломаной для ближнего све­та головных фар и прямоугольной для противотуманных фар).

Изображение в плоскости экрана проецируется на дорожное полотно конденсаторной линзой, фокальная точка F3

которой сов­падает со вторым фокусом эллипсоидного отражателя.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Рисунок 16 – Формирование светового пучка ближнего света проекторной системы с элипсоидным отражателем:1 —

отражатель;
2 —
экран;
3
– линза

Вопросы для контроля знаний.

1. Какие функции выполняет отражатель оптической системы?

2. Чем отличается световой пучок осветительного светового прибора от светосигнального?

3. Для чего служит рассеиватель светового прибора?

4. Что обозначает символ ® на рассеивателях указателей поворота?

5. Что обозначает буква R на фарах головного освещения?

6. Что обозначает буква C на фарах головного освещения?

7. Что обозначает буква H на фарах головного освещения?

8. Что обозначает буква S на фарах головного освещения?

9. В чем преимущество ламп накаливания с фланцевым цоколем по сравнению с лампами со штифтовым цоколем?

10. Каким образом достигается более высокая температура накала нити в галогенных лампах по сравнению с обычными лампами?

11. В чем заключается принцип работы галогенных ламп накаливания с йодным циклом?

12. По каким параметрам галогенные лампы отличаются от обычных ламп накаливания?

13. Каковы возможные причины пониженного светового потока?

14. Как расшифровываются обозначения А24-45 40 и АКГ12 60 55 отечественных автомобильных ламп?

15. Почему отражатель имеет форму параболоида?

16. Какие элементы рассеивателя осуществляют распределение светового потока в вертикальной и горизонтальной плоскостях?

17. Для чего и каким образом экранируется часть светового потока, идущая мимо отражателя?

18. С какой целью в фарах с европейской системой светораспределения под нитью ближнего света расположен экран?

19. В чем преимущество американской системы светораспределения?

20. Каким образом в европейской системе светораспределения реализовано уменьшение интенсивности освещение левой стороны дороги?

21. Для чего в фарах при включенном ближнем свете предусмотрено уменьшение интенсивности освещения левой стороны дороги?

22. Чем отличаются лампы фар при двухфарной системе головного освещения от ламп при четырехфарной системе освещения?

1

Читать далее:  Все про заправку кондиционера в автомобиле своими руками

Виды передних фар: Разъяснение

Как мы уже упоминали, светодиодные источники света стали постепенно вытеснять традиционные. Причиной послужила их экономичность и более длительный срок эксплуатации. И если говорить про матричные фары, то они обладают целым рядом дополнительных преимуществ:

  1. Габаритные размеры — галогенная и газоразрядная оптика требуют большого пространства для установки, а светодиоды легко разместить даже на маленькой плате.
  2. Срок эксплуатации — система состоит из минимального набора элементов, которые подвержены сбоям и выходу из строя.
  3. Яркость освещения — показатель регулируется количеством установленных светодиодов.
  4. Управление освещенностью зон — с помощью датчиков и систем распознавания автомобиля происходит автоматический анализ объектов и изменение световых режимов.
Система Matrix LED от Audi
Работа системы в темное время суток

Хотя использование матричной оптики, на первый взгляд, может показаться излишеством, технология имеет ряд неоспоримых преимуществ:

  • увеличение комфорта и безопасности движения;
  • не нужно думать о режиме работы освещения;
  • отсутствие ослепляющего эффекта для встречных водителей;
  • адаптивная работа света при движении по прямой и в поворотах;
  • обнаружение пешеходов;
  • динамические указатели повторов.

Из недостатков оптики можно выделить только высокую стоимость и использование технологии в автомобилях премиум-класса.

Матричные фары значительно упрощают езду на дорогах, особенно в плохих погодных условиях или ночью. Водителю не нужно переключать режимы работы света, а повороты становятся легкими и безопасными. Остается только дождаться, пока разработка дойдет до массового рынка и будет устанавливаться на все автомобили.

Есть множество неправильных представлений, когда дело доходит до передних фар. Учитывая, что фары являются одними из самых важных особенностей автомобилей, многие думают, что о передней оптике нет дезинформации. Ведь казалось, автомобильная передняя оптика имеет простую и понятную конструкцию. Тем не менее, в автопромышленности существует множество видов конструкций передних фар, что вызывает путаницу. В этой статье я хочу прояснить все заблуждения и объяснить конструкцию различных фар в настоящее время.

— Корпус и конструкция передних фар

— Лампы

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

— Другая соответствующая информация / Разное

Корпус фары это та часть оптики, внутри которой установлена лампа освещения. Как вы знаете на современном рынке автомобилей существует множество различных ламп освещения, начиная от обычной галогеновой, и заканчивая лазерными технологиями. От того какая лампа освещения стоит в передней оптике, зависит и конструкция корпуса фары.

  • позволяет эффективно менять режимы подсветки дороги и обочин при различных скоростях;

Освещение дороги адаптивными фарами

  • повышение безопасности дорожного движения даже в условиях плохой погоды;
  • дает возможность увидеть пешеходов, перемещающихся по обочине;
  • уменьшает риск ослепления автомобилей, едущих на встречу по соседней полосе;
  • увеличивает скорость реакции водителя на различные дорожные ситуации;
  • предупреждает дорожно транспортные происшествия, которые случаются часто из-за недостаточного освещения;
  • быстрый настрой подсветки дороги под конкретные ситуации

Как видим, использование подобной системы в разы повысит комфортность езды на транспортном средстве.

Основные функции матричных фар

Матричные фары регулируются с помощью электронного блока управления, который обеспечивают работу следующих функций освещения:

  • сегментальный дальний свет;
  • ближний свет с асимметричной формой;
  • статичное адаптивное освещение;
  • дальний свет для автомагистрали;
  • освещение перекрестков;
  • динамическое освещение поворотов;
  • всепогодный свет;
  • динамический указатель поворотов.
Volkswagen IQ Light
Распознавание пешехода системой Volkswagen IQ Light

Внешние элементы

Внешние элементы автомобильной оптики обеспечивают освещение дороги и информирование других водителей. К числу таких приборов относятся:

  • фары ближнего и дальнего света;
  • противотуманные фары;
  • поворотники;
  • задние блок-фары;
  • габаритные огни;
  • осветители номерного знака.

Чем сложней устроена конструкция оптики, тем больше функций она может выполнять. В матричной оптики насчитывают девять разновидностей функций освещения:

  • постоянный дальний свет;
  • освещение для автомагистралей;
  • ближнее освещение;
  • адаптивное освещение;
  • освещение на перекрестках;
  • освещение в любую погоду;
  • подсвечивание пешеходов;
  • адаптивное динамическое освещение;
  • динамический указатель поворотов.

Список не малый как видим, рассмотрим по каждому пункту отдельно, как устроен и принцип освещения.

Полисегментальный дальний свет позволит водителю двигаться с постоянным включенным дальним светом. В таком случае будут задействованы 25 отдельных светодиодов дальнего света. Так же будет задействована видеокамера, которая в темное время суток следит за встречными и попутными автомобилями по их свету фар.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Как только обнаружен автомобиль, блок управления выключает часть светодиодов, которые направлены на движущийся автомобиль. Свободное пространство дороги будет освещаться в прежнем виде. Для уменьшения ослепления водителей яркость оставшегося блока матричной оптики будет уменьшена. По данным с паспорта, блок управления матричных фар одновременно может распознать до восьми автомобилей.

Свет для движения по автомагистрали основывается на полученную информацию с навигационной системы. Адаптивная система сужает конус дальнего света матричных фар, таким образом, чтоб максимально направить вперед и сделать удобной для других водителей.

Ближнее освещение имеет традиционную форму, средняя часть дороги освещается меньше, а вот боковая часть и обочина больше. При этом матричная оптика направляется вниз в зависимости от рельефа дороги и населенного пункта.

Адаптивный свет направлен на лучшее освещение машины спереди и сбоку во время выполнения маневра поворота. В таком случае система матричных фар в каждой из фар задействует по три светодиода, которые включаются или выключаются при повороте руля или срабатывании поворотов.

Освещение перекрестков предназначено для освещения перекрестков при приближении к ним. В этом случае для матричных фар так же задействована навигационная система, на основе информации которой и определяется перекресток.

Всепогодное освещение из самого названия говорит о том, что при движении в плохих погодных условиях (туман, дождь, снег) будет меняется качество освещения. Блок управления настроить светодиоды матричной оптики таким образом, чтоб избежать ослепления от своих же фар. Интенсивность светодиодов матричной фары будет меняться в зависимости от видимости.

Подсвечивание пешеходов в матричных фарах реализовано на высоком уровне. В случае обнаружения пешехода с помощью камеры и системы ночного виденья, на обочине или опасной близости от нее оптика будет троекратно сигнализировать дальним светом об этом. Тем самым предупреждать как водителя, так и пешехода.

Динамическое адаптивное освещение это предпоследний вариант в матричных фарах. Суть его работы направлена на освещение дороги во время поворота. Поворачивая рулевое колесо, яркость светового пучка перенаправляется с центральной части в сторону поворота. То есть одна часть светодиодов становится тусклее, другая ярче.

Динамический указатель поворотов матричных фар рассчитан на управляемое движение светодиодов в направлении поворота. Таким образом, 30 последовательных светодиодов оптики включаются последовательно с периодичностью в 150 мс. Со стороны это не только красиво выглядит, но и дает больше информации о том или этом маневре автомобиля.

Многие производители уже готовят свои автомобили под внедрение подобной технологии матричной оптики, но насколько это удастся, пока никто не может сказать. На данный момент компания Audi является единственным правообладателем подобной технологии в оптике и захочет ли она делиться с другими производителями остается под вопросом.

Проблема ослепления

Впервые проблема ослепления встречных водителей возникла с появлением карбидных фар. Боролись с ней по-разному: перемещали рефлектор, выводя из его фокуса источник света, с той же целью двигали саму горелку, а также ставили на пути света различные шторки, заслонки и жалюзи. А когда в фарах засветилась лампа накаливания, в электрическую цепь при встречных разъездах даже включали добавочные сопротивления, снижавшие накал нити.

максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей. Увеличить яркость ламп накаливания можно, подняв температуру нити. Но при этом вольфрам начинает интенсивно испаряться. Если внутри лампы вакуум, то атомы вольфрама постепенно оседают на колбе, покрывая ее изнутри темным налетом.

Решение проблемы нашли во время Первой мировой войны: с 1915 года лампы стали заполнять смесью аргона и азота. Молекулы газов образуют своеобразный «барьер», препятствующий испарению вольфрама. А следующий шаг был сделан уже в конце 50-х годов: колбу стали наполнять галогенидами, газообразными соединениями йода или брома.

Они «связывают» испаряющийся вольфрам и возвращают его на спираль. Первую галогенную лампу для автомобиля представила в 1962 году Hella — «регенерация» нити позволила поднять рабочую температуру с 2500 К до 3200 К, что увеличило светоотдачу в полтора раза, с 15 лм/Вт до 25 лм/Вт. При этом ресурс ламп вырос вдвое, теплоотдача снизилась с 90% до 40%, а размеры стали меньше (галогенный цикл требует близости нити и стеклянной «оболочки»).

А главный шаг в решении проблемы ослепления был сделан в середине 50-х — французская фирма Cibie в 1955 году предложила идею асимметричного распределения ближнего света для того, чтобы «пассажирская» обочина освещалась дальше «водительской». И через два года «асимметричный» свет в Европе был узаконен.

система освещения

Ближний свет Дальний свет

Так работают наиболее распространенные ранее фары с параболическим отражателем и двухнитевой лампой Н4. Для предотвращения ослепления встречных водителей нить ближнего света располагают чуть впереди и выше фокальной точки и экранируют специальным колпачком внутри колбы, используя только верхнюю половину отражателя (слева). А нить дальнего света расположена в фокусе и освещает всю поверхность отражателя (справа).

Фара с однонитиевой лампой Прожекторная фара ближнего света Фара с отражателем эллипсоидной формы

Отражатель «свободной» формы отличается от параболического. Это отличие не заметно на глаз, но поверхность рассчитана таким образом, что направляет весь свет от однонитевой лампы в заданном направлении — чуть вниз, чтобы избежать ослепления.

Впервые «прожекторная» фара ближнего света с эллипсоидным отражателем появилась в 1986 году на «семерке» BMW. Лучи, собираясь во втором фокусе отражателя, «подрезаются» экраном, который обеспечивает заданную светотеневую границу, а затем еще раз фокусируются линзой.

В 1988 году с помощью компьютера отражателю эллипсоидной фары удалось придать «свободную» форму — основная часть лучей проходит над экраном, чем обеспечивается лучшая эффективность.

Основные элементы системы

Внешние элементы

Поскольку в основе матричной фары лежат светодиоды, они являются неотъемлемой частью конструкции. Использование данного вида источников света позволяет улучшить качество и яркость освещения. В список конструктивных элементов фары входят:

  • светодиодные матрицы ближнего и дальнего света;
  • модули ДХО, указателей поворота и габаритов;
  • пластмассовый корпус с прозрачным рассеивателем;
  • вентилятор охлаждения;
  • декоративная решетка;
  • блок управления.
Читать далее:  Многодисковая фрикционная муфта устройство и принцип работы
Фара Audi Matrix LED
Конструктивные особенности матричной оптики

Поскольку система управляется автоматически, блок управления обменивается сигналами с другими модулями автомобиля, а также датчиками движения и видеокамерой.

Автомобильные фары. Устройство и принцип работы.

Рассмотрим пример работы матричной оптики в рамках разработки Audi Matrix LED. Каждая фара автомобиля состоит из 5 секций, которые оснащены пятью светодиодами. В общей сумме получается 25 элементов на одного устройство. При этом для каждой группы светодиодов предусмотрена собственная линза, позволяющая изменять фокус, яркость и направленность освещения.

Блок управления контролирует и управляет работой матричных фар. Специально для отслеживания дорожной ситуации в передней части автомобиля расположен датчик, позволяющий обнаруживать приближение встречного автомобиля. При поступлении сигнала от сенсора система изменяет количество рабочих секций, чтобы не ослеплять водителей, но поддерживать достаточный уровень освещенности.

Audi Matrix LED
Сравнение стандартной и матричной системы

Но по данным французской фирмы Valeo, применив отдельные газоразрядные лампы для ближнего и дальнего света, можно достичь на 40% лучшей освещенности, чем у «биксенона». Правда, модулей зажигания требуется уже не два, а четыре — такие фары имеет дорогой Volkswagen Phaeton W12.Однако будущее газоразрядных ламп вовсе не такое яркое, как излучаемый ими свет.

Наибольший успех специалисты прочат светодиодам.Светодиод — это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении тока. До начала 90-х их автомобильное применение ограничивалось индикацией — уж слишком низкой была светоотдача. Однако уже в 1992 году Hella оснастила «трешку» BMW Cabrio центральным стоп-сигналом на основе светодиодов, и сегодня они все шире используются в задних фонарях в качестве «габаритов» и стоп-сигналов.

Но для того, чтобы заменить лампы светодиодами в фарах головного света, нужно преодолеть ряд препятствий. Во-первых, даже самые лучшие светодиоды по эффективности пока сопоставимы только с галогенными лампами (светоотдача — около 25 люменов на ватт). При этом они дороже и требуют специальной системы охлаждения — ведь это такие же полупроводниковые приборы, как и процессоры компьютеров.

Но разработчики уверяют, что к 2008 году светоотдача диодов достигнет уже 70 лм/Вт (у нынешнего «ксенона» — 90 лм/Вт). Так что первые серийные светодиодные фары могут появиться в 2010 году. А пока полупроводникам поручают второстепенные функции — например, постоянный «дневной свет», как это сделала Hella, расположив в каждой фаре Audi A8 W12 по пять светодиодов.

Период адаптацииПопытки повернуть фары автомобиля вслед за рулем люди начали предпринимать сразу после появления самих фар. Ведь это удобно — освещать ту часть дороги, куда ты едешь. Однако механическая связь фар и руля не позволяла соотносить угол поворота лучей со скоростью движения, и правила начала века «адаптивный» свет просто запрещали.

Теперь идея поворотного освещения возрождается — на новом, «электронном», уровне. Самое простое решение — дополнительная «боковая» лампочка, которая загорается при повороте руля или включенном «поворотнике» на скорости до 70 км/ч. Подобные фары имеют, к примеру, Audi A8 (первое применение) и Porsche Cayenne.

Следующая ступень — действительно поворотные фары. В них биксеноновый прожектор с учетом скорости движения, угла поворота руля и угловой скорости автомобиля вокруг вертикальной оси («датчик поворота») поворачивается вслед за рулем в пределах 22° — на 15° наружу и на 7° внутрь. Такими фарами оснащаются и BMW, и Mercedes, и Lexus, и даже Opel Astra.

Но, пожалуй, самая интересная из разработок — это VARILIS: система, которую Hella разрабатывает вместе с несколькими автопроизводителями. Сокращение расшифровывается как Variable Intelligent lighting system. Одна из вариаций — система VarioX, которая позволяет фаре работать в пяти режимах света. Для этого в «ксеноновом» прожекторе вместо экрана, включающего ближний свет, находится цилиндр сложной формы.

Смена режимов света происходит при вращении цилиндра. Так, например, в городе фары светят близко, но широко, а на трассе ближний свет немного изменяет форму пучка — для большей дальнобойности. Ожидается, что к серийному производству VarioX будет готов в 2006 году. А чуть позже европейские правила позволят связать фары с системой GPS.

Одной из первых такую разработку представила BMW в 2001 году. Вспомните концепт-кар X-Coupe с асимметричным дизайном. Фары у него поворачивались по команде GPS-навигатора с учетом скорости движения, угла поворота руля и бокового ускорения. А еще навигационная система позволит «предугадывать» повороты и давать команду на автоматическое изменение светораспределения, скажем, при пересечении английской границы — ведь система VarioX позволяет и это!

А следующий шаг — объединение головного света и систем ночного видения. Но это — тема отдельного разговора…

Америка — ЕвропаПодход к системам освещения в Старом Свете и за океаном различается кардинально. Начнем с того, что американские законы вплоть до 1975 года запрещали использование фар не круглой формы и галогенных ламп! Причем в Штатах лампа и фара были объединены в одно целое — лампы-фары за океаном использовали с 1939 года.

А главное отличие — в Европе с 1957 года принято асимметричное светораспределение с лучшим освещением «пассажирской» обочины и с четкой светотеневой границей. Но в Америке использование фар с границей света и тени разрешили только с 1997 года. Разрешили, но не потребовали! Свет «американских» фар распределяется почти симметрично, вовсю ослепляя встречных водителей.

https://www.youtube.com/watch?v=R9cFSHOQ6ok

К тому же американцы регулируют фары только по вертикали. А еще 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. Лампочка противотуманной фары

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.Н1 — D2: ход конем

Автомобильные лампы отличаются, как правило, конструкцией цоколя и светоотдачей. Например, в двухфарных системах чаще всего используются лампы Н4 — с двумя нитями накаливания, для дальнего и для ближнего света. Их световой поток — 1650/1000 лм. В «противотуманках» светят лампы Н8 — однонитевые, со светопотоком в 800 лм.

Другие однонитевые лампы Н9 и НВ3 могут обеспечивать только дальний свет (светопоток 2100 и 1860 лм соответственно). А «универсальные» однонитевые лампы Н7 и Н11 могут использоваться и для ближнего, и для дальнего света — в зависимости от того, в каком отражателе они установлены. И как всегда, качество лампы зависит от конкретного производителя, оборудования, концентрации и типов газов (например, лампы Н7 и Н9 иногда заполняют не галогенами, а ксеноном).

У газоразрядного «ксенона» другие обозначения. Первыми ксеноновыми лампами были приборы с индексами D1R и D1S — они были объединены с модулем зажигания. А за индексами D2R и D2S скрываются газоразрядные лампы второго поколения (R — для «отражающей» оптической схемы, S — для прожекторной).

Эволюция автомобильной фары

Тогда английская фирма Lucas предложила использовать «гомофокальный» отражатель- комбинацию двух усеченных параболоидов с разными фокусными расстояниями, но с общим фокусом. Одним из первых новинку примерил Austin-Rover Maestro в 1983 году. В том же году фирма Hella представила концептуальную разработку- «трехосные» фары с отражателем эллипсоидной формы (DE, DreiachsEllipsoid).

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Дело в том, что у эллипсоидного отражателя сразу два фокуса. Лучи, выпущенные галогенной лампой из первого фокуса, собираются во втором, откуда направляются в собирающую линзу. Такой тип фар называют прожекторным. Эффективность «эллипсоидной» фары в режиме ближнего света превосходила «параболическую» на 9% (обычные фары отправляли по назначению лишь 27% света) при диаметре всего в 60 миллиметров.

Еще через два года эллипсоидные фары стали просто супер! Точнее- Super DE, как называла их Hella. На этот раз профиль отражателя отличался от чисто эллипсоидной формы — он был «свободным» (Free Form), рассчитанным таким образом, чтобы основная часть света проходила над экраном, отвечающим за ближний свет. Эффективность фар возросла до 52%.

Дальнейшее развитие отражателей было бы невозможно без математического моделирования- компьютеры позволяют создавать самые сложные комбинированные рефлекторы. Компьютерное моделирование позволяет увеличить число сегментов до бесконечности так, что они сливаются в единую поверхность «свободной» формы.

Взгляните, к примеру, в «глаза» таких машин, как Daewoo Matiz, Hyundai Getz . Их отражатели поделены на сегменты, каждый из которых имеет свой фокус и фокусное расстояние. Каждая «долька» многофокусного отражателя отвечает за освещение «своего» участка дороги. Свет лампы используется почти полностью- за исключением разве что торца лампы, прикрытого колпачком.

Современные отражатели «формируют» из термопластика, алюминия, магния и термосета (металлизированного пластика), а накрывают фары не стеклами, а поликарбонатом. Впервые пластиковый рассеиватель появился в 1993 году на седане Opel Omega- это позволило снизить массу фары почти на килограмм! Но зато поликарбонатные «стекла» гораздо хуже сопротивляются истиранию, нежели стекла настоящие. Поэтому щеточных очистителей фар, которые еще в 1971 году предложил Saab, больше не делают…

Прожекторный тип фары

Прожекторный тип фары. Здесь показан вариант «биксенон» – переключение с дальнего света на ближний осуществляется перемещением экрана, управляемого соленоидом. Если экрана нет, то прожектор, как правило, работает в режиме ближнего света. Место газоразрядной лампы может занимать «галогенка».

Ксеноновая фара

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Так выглядит газоразрядная ксеноновая фара. Поскольку «ксенон» светит очень ярко, таким фарам положено обязательно иметь механизм автоматической регулировки угла наклона и омыватели.

Говоря об эстетике и предании атмосферы, то светодиодные светильники являются наиболее универсальными, так они позволяют менять цветовую палитру освещения по желанию.

Популярными из современных технологических новинок являются RGB светильники, которые позволяют с помощью пульта управления изменять параметры освещения: настраивать цвет и яркость, позволяя менять его, например, под настроение или под музыку. Установка неоновой подсветки на автомобиль создаст неповторимый стиль для вашего авто, позволяя наслаждаться праздничной атмосферой ежедневно.

Еще одним плюсом светодиодного освещения является его экономичность и долгий срок службы.

Несмотря на это, устройство AFS в автомобиле может выполнять различные функции. Весь спектр возможностей включает в себя такие режимы света:

  • для проселочной дороги;
  • режим автомагистрали;
  • городской режим;
  • дальний свет;
  • динамическая подсветка для поворотов;
  • режим для перемещения в неблагоприятных условиях погоды.

Режимы работы AFS

Каждый режим адаптивного освещения реализуется при достижении транспортным средством определенной скорости. Рассмотрим их более детально.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Чтобы «включить» такую несложную по конструкции фару требовалось время и некоторые навыки. Для начала требовалось засыпать карбид кальция F (Рис. 1) в отведенную для этого емкость, затем через пробку H залить воду. С помощью клапана G можно регулировать количество подаваемой воды в реакторную трубку.

Рис. 1. Устройство ацетиленовой фары

Свет от ацетиленовой фары был теплого спектра (Рис. 2) и, благодаря параболическому отражателю, изобретенному Иваном Кулибиным, освещал дорогу перед автомобилем на сотню метров. Основным недостатком такого типа фар было малое время работы из-за необходимости пополнять запас карбида и воды, а также удалять с горелки и отражателя сажу и копоть.

Рис. 2. Ацетиленовая фара

Дальнейшей эволюцией автомобильных фар стали фары с лампами накаливания. Первая фара такого типа была изготовлена в 1899 году французской фирмой «Bassee {amp}amp; Michel». Ее сделали по модели Эдисона с угольной нитью (Рис. 3), однако, такая конструкция оказалось неудачной и малопригодной для автомобиля — большой расход электроэнергии требовал наличия на автомобиле тяжелых аккумуляторных батарей, которые, в свою очередь, нуждались в частых зарядках — генераторы на тот момент в автомобилях не применялись. К тому же, угольные нити ламп накаливания были очень чувствительны к тряске на неровностях и быстро выходили из строя.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Рис. 3. Лампа накаливания с угольной нитью (слева) и первая накаливания с вольфрамовой нитью

Они оказались намного экономичней ламп с угольными нитями и почти не боялись тряски автомобиля на неровностях, к тому же, тугоплавкость вольфрама позволяла намного увеличить срок службы нити, которая не выгорала. В 1906 году американская компания «General Electric» покупает у Лодыгина патент на вольфрамовую нить и начинает производство подобных ламп.

Однако массовая установка таких источников света на автомобили стала возможна после появления в 1911 году автомобильного генератора. Первым автомобилем, который серийно комплектовался фарами с лампами накаливания с вольфрамовой нитью и генератором стал Cadillac Model 30 Self Starter (Рис. 4), причем генератор был одновременно еще и стартером.

То есть генератор запускал двигатель, используя энергию аккумуляторных батарей, а после пуска двигателя заряжал аккумуляторы. Чуть позже на основе этой схемы немецкая фирма «Bosch» рекламировала набор «Bosch-Light», который позволил системе освещения работать по замкнутому циклу вне зависимости от зарядных станций.

Рис. 4. Cadillac Model 30 Self Starter

Фары с лампами накаливания породили другую проблему — они слепили ярким светом встречных водителей. Поначалу с этим пытались бороться механическим способом — установкой с внешней стороны фар различных задвижек и шторок. Так, фирма «Zeiss» предлагала оптику, в которой с помощью электромагнитов перед лампочкой выдвигался фильтр из желтого стекла.

Потом яркость света стали уменьшать, включая в систему добавочное сопротивление, снижавшее накал нити. А в 1919 году «Bosch» нашла оптимальное решение — это была лампочка с двумя нитями накаливания, для дальнего и ближнего света. Тогда уже вместо обычного стекла применялся рассеиватель с призматическими линзами, отклоняющими свет вниз, на дорогу.

С тех пор перед конструкторами стоят две противоположные задачи: максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей. Примерно в то же время лампы накаливания стали заполнять смесью аргона и азота, который препятствовал испарению вольфрама с нити, что благоприятно сказывалось на долговечности ламп.

В 50-е годы срок их службы стали продлевать с помощью галогенидов — газообразных соединений йода или брома. В такой лампе галогенный газ вступал в соединение с испарившимся вольфрамом, затем при высоких температурах это соединение распадалось на составляющие вещества, и атомы вольфрама оседали на спирали.

Первую галогеновую лампу в 1962 году на автомобильном рынке представила фирма «Hella». Технология заполнения колбы галогенами позволила поднять рабочую температуру с 2500К до 3200К. Это увеличило светоотдачу в полтора раза — с 15 лм/Вт до 25 лм/Вт. При этом ресурс ламп вырос вдвое, теплоотдача снизилась с 90% до 40%, а размеры стали меньше (галогенный цикл требует близости нити и стеклянной колбы).

Главный шаг в решении проблемы ослепления был сделан в 1955 году — французская фирма «Cibie» предложила идею асимметричного распределения ближнего света для того, чтобы правая обочина освещалась дальше левой. И через два года асимметричный свет в Европе был узаконен. Вплоть до 1961 года фары автомобиля были круглой формы — впервые прямоугольные фары стали устанавливаться на Citroen AMI 6 (Рис. 5).

Рис. 5. Citroen AMI 6

Чтобы заставить такую фару ярко светить при меньших габаритах, следовало придать параболическому отражателю (в прямоугольных фарах — усеченный параболоид) еще большую глубину. Это было трудоемко, поэтому привычные оптические схемы для дальнейшего развития не годились. Тогда английская фирма «Lucas» предложила использовать гомофокальный отражатель — комбинацию двух усеченных параболоидов с разными фокусными расстояниями, но с общим фокусом.

Одним из первых новинку примерил Austin-Rover Maestro в 1983 году. В том же году фирма «Hella» представила концептуальную разработку — «трехосные» фары с отражателем эллипсоидной формы (DE, DreiachsEllipsoid). Дело в том, что у эллипсоидного отражателя сразу два фокуса. Лучи, выпущенные галогенной лампой из первого фокуса, собираются во втором, откуда направляются в собирающую линзу.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Такой тип фар называют прожекторным. Эффективность эллипсоидной фары в режиме ближнего света превосходила параболическую на 9% (обычные фары отправляли по назначению лишь 27% света) при диаметре всего в 60 миллиметров. Эти фары предназначались для противотуманного и ближнего света (во втором фокусе размещался экран, создающий асимметричную светотеневую границу).

А первым серийным автомобилем с «трехосными» фарами стала BMW седьмой серии в конце 1986 года (Рис. 6). Еще через два года «Hella» представила эллипсоидные фары Super DE. На этот раз профиль отражателя отличался от чисто эллипсоидной формы — он был «свободным», рассчитанным таким образом, чтобы основная часть света проходила над экраном, отвечающим за ближний свет. Эффективность фар возросла до 52%.

Какие производители применяют подобные фары

Автопроизводители стараются активно внедрять новые решения в свою технику. И если говорить о матричных фарах, то на текущий момент их использует ряд компаний:

  1. Matrix Beam от Opel, которая корректирует работу оптики исходя из погодных условий, скорости и маршрута движения, загруженности транспорта.
  2. Matrix LED от Audi устанавливается только в новые автомобили марки A8. Технология доступна исключительно для дорогих машин.
  3. Светодиодные матричные фары от Volkswagen IQ Light — каждое устройство состоит из 128 светодиодов. Работоспособность освещения гарантирует интеллектуальная система, приспособленная к любым режимам движения.
Matrix Beam от Opel
Технология матричной оптики Opel Matrix Beam

Ксенон и светодиоды

Впервые такие лампы (Bosch Litronic) были установлены на серийном BMW 750iL в 1991 году. Газоразрядный «ксенон» на голову эффективнее самых совершенных ламп накаливания- на бесполезный нагрев здесь расходуется не 40% электроэнергии, а всего 7—8%. Соответственно, газоразрядные лампы потребляют меньше энергии (35 Вт против 55 Вт у галогенных) и светят при этом вдвое ярче (3200 лм против 1500 лм).

Главная задача- зажечь газовый разряд. Для этого из 12 «постоянных» вольт бортовой сети нужно получить короткий импульс из 25 киловольт- причем переменного тока, с частотой до 400 Гц! Для этого служит специальный модуль зажигания. Когда лампа зажглась (для разогрева требуется некоторое время), электроника снижает напряжение до 85 вольт, достаточных для поддержания разряда.

Сложность конструкции и инерция при зажигании ограничили первоначальное применение газоразрядных ламп режимом ближнего света. Дальний светил по старинке- «галогенкой». Объединить ближний и дальний свет в одной фаре конструкторы смогли через шесть лет, причем существует два способа получить «биксенон».

Если используется прожекторная фара (как та, что придумала Hella), то переключение режимов света осуществляется экраном, находящимся во втором фокусе эллипсоидного отражателя: в режиме ближнего света он отсекает часть лучей. При дальнем экран прячется и не препятствует световому потоку. А в отражающем типе фар «двойное действие» газоразрядной лампы обеспечивается взаимным перемещением рефлектора и источника света.

В итоге вслед за фокусным расстоянием изменяется и светораспределение. Но по данным французской фирмы Valeo, применив отдельные газоразрядные лампы для ближнего и дальнего света, можно достичь на 40% лучшей освещенности, чем у «биксенона». Правда, модулей зажигания требуется уже не два, а четыре- такие фары имеет дорогой Volkswagen Phaeton W12.

Однако будущее газоразрядных ламп вовсе не такое яркое, как излучаемый ими свет. Наибольший успех специалисты прочат светодиодам. Светодиод- это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении тока. До начала 90-х их автомобильное применение ограничивалось индикацией- уж слишком низкой была светоотдача.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Однако уже в 1992 году Hella оснастила «трешку» BMW Cabrio центральным стоп-сигналом на основе светодиодов, и сегодня они все шире используются в задних фонарях в качестве «габаритов» и стоп-сигналов. Светодиоды срабатывают на 0,2 секунды быстрее традиционных лампочек, тратят меньше энергии (для стоп-сигналов- 10 Вт против 21 Вт) и отличаются почти неограниченным сроком службы.

Но для того, чтобы заменить лампы светодиодами в фарах головного света, нужно преодолеть ряд препятствий. Во-первых, даже самые лучшие светодиоды по эффективности пока сопоставимы только с галогенными лампами (светоотдача- около 25 люменов на ватт). При этом они дороже и требуют специальной системы охлаждения- ведь это такие же полупроводниковые приборы, как и процессоры компьютеров.

Но разработчики уверяют, что к 2008 году светоотдача диодов достигнет уже 70 лм/Вт (у нынешнего «ксенона»- 90 лм/Вт). Так что первые серийные светодиодные фары могут появиться в 2010 году. А пока полупроводникам поручают второстепенные функции- например, постоянный «дневной свет», как это сделала Hella, расположив в каждой фаре Audi A8 W12 по пять светодиодов.

Система ночного видения

https://www.youtube.com/watch?v=Ds4NIgu82IQ

Система ночного видения предназначена для предоставления водителю информации об условиях движения в темное время суток. Система позволяет распознавать всевозможные препятствия, участников дорожного движения, пешеходов на неосвещенной дороге, а также дальнейшую траекторию трассы.

Система помогает снять нагрузку с водителя в условиях плохой видимости и тем самым обеспечивает повышение безопасности движения. В настоящее время система ночного видения устанавливается в качестве опции на легковые автомобили премиум-класса. Принцип действия системы основан на фиксации инфракрасного (теплового) излучения объектов специальной камерой и его проецировании на дисплей в виде серого масштабного образа.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Различают два типа систем ночного видения: пассивные и активные.

Пассивные системы ночного видения захватывают тепловое излучение, исходящее от объектов, используя тепловую камеру (тепловизор). Любые объекты (живые и неживые) обладают определенной температурой и излучают тепло. В зависимости от температуры, интенсивность излучения бывает разная. Благодаря наличию тепловизионных приборов оно преобразуется в видимое нашему глазу изображение.

Пассивные системы ночного видения:

  • Night Vision Assistant от Audi;
  • Night Vision от BMW;
  • Night Vision от General Motors;
  • Intelligent Night Vision System от Honda.

Активные системы ночного ведения (рис. 11) используют дополнительный источник инфракрасного света, устанавливаемый на автомобиль. Они характеризуются высоким разрешением изображения и дальностью охвата порядка 150…250 м.

Известными активными системами ночного видения являются:

  • Night View Assist от Mercedes-Benz;
  • Night View от Toyota.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

В качестве фильтра применяется специальное стекло, состоящее из тончайших слоев таких материалов, как MgF2, Na3AlF6, ZnS, TiO2, Ta2O5, Nb2O5. Проходя через множество слоев, световые волны разной длины изменяют фазу и на выходе складываются таким образом, что либо гасят, либо усиливают интенсивность.

Рис. 11. Компоновка системы освещения с инфракрасным излучателем

В итоге фильтр пропускает свет строго с длины волны 780 нм. Фара с таким стеклом выглядит выключенной, но только для глаза. Встречные водители будут видеть только ближний свет, в то время как ИК-излучение воспринимает «третий глаз» — видеокамера, установленная за зеркалом в салоне. Полученная картинка проходит цифровую обработку, которая повышает четкость изображения. Затем ее выводят на отдельный монитор или непосредственно на лобовое стекло.

Система способна не только отображать объекты на дисплее приборного щитка, но и вести селекцию. Например, когда электроника определяет, что перед машиной человек и он находится вне траектории движения автомобиля, его силуэт отмечается желтой рамкой (рис. 57). Как только система поймет, что человек на пути автомобиля, его фигура станет очерчиваться красной рамкой, при этом раздастся предупреждающий звуковой сигнал.

Читать далее:  Обновленный Шевроле Тахо 2020 2021: дизель, цена

Рис. 12. Селекция отображаемых объектов

Инфракрасный прожектор освещает дорогу на 300 м. Адаптивное и инфракрасное освещение (рис. 13) применяется в автомобилях Audi А8, BMW 5-й серии и др. Фары таких автомобилей, оборудованные ксеноновыми лампами, для улучшения освещения и исключения ослепления встречных водителей приспосабливаются к самым разным условиям движения и помогают водителю лучше видеть дорогу.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Рис. 13. Освещение дороги с адаптивной и инфракрасной системой: 1 — базовый свет; 2 — городской свет («ближний»); 3 — противотуманное освещение; 4 — автомагистральный свет; 5 — освещение кривых на магистрали; 6 — освещение поворотов

На скорости автомобиля до 50 км/ч при автоматическом режиме включается «городской режим», при этом луч света освещает пространство перед автомобилем относительно недалеко (поз. 2), высвечивая большое пространство вблизи и в левую сторону. С ростом скорости увеличивается и дальность «ближнего света».

Для определения начала поворота установлен чувствительный гироскопический датчик, по срабатыванию которого луч слегка поворачивается в сторону поворота. Если же водитель на небольшой скорости (до 70 км/ч) включил сигнал поворота или система зафиксировала резкий маневр рулем, то включается боковой луч, позволяющий увидеть, что делается слева или справа.

https://www.youtube.com/watch?v=QfO4AGp9iZw

При движении автомобиля в тумане автоматически включаются противотуманное освещение (поз. 3). Для того чтобы исключить ослепление встречных водителей, предусмотрено автомагистральное освещение (поз. 4) с инфракрасным излучателем.

Автоматические системы управления освещением

Чтобы исключить ослепление встречных водителей фарами автомобиля, современные легковые автомобили оснащаются фарами с устройством автоматического регулирования наклона фар (рис. 10).

БУ автоматического регулирования наклона фар определяет посредством двух сенсоров на передней и задней осях автомобиля, установленных на одной стороне, степень загрузки автомобиля. Эта информация передается в БУ, который изменяет напряжение в серводвигателях. Последние, автоматически поворачиваясь, в зависимости от нагрузки на автомобиль, обеспечивают оптимальное освещение дороги.

Рис. 10. Схема системы автоматического регулирования наклона фар: а — автомобиль не нагружен; б — автомобиль нагружен; 1 — серводвигатель автоматического наклона фар; 2 — блок управления автоматического угла наклона фар; 3, 4 — сенсоры загрузки

По мере развития технологий автомобилестроения также внедряются дополнительные функции автоматического управления осветительными приборами:

  • включение ближнего света;
  • активное головное освещение;
  • адаптивное освещение;
  • коррекция головного освещения;
  • управление дальним светом.

Все перечисленные системы регулируются в автоматическом режиме на основе данных, считываемых специальными датчиками при изменении дорожной обстановки и условий движения.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Применение системы освещения автомобиля обеспечивает безопасность при поездке в темное время суток

Комплекс элементов, входящих в систему освещения автомобиля, предназначен для обеспечения безопасности водителя, его пассажиров и других водителей. Без осветительных приборов поездка на автомобиле в вечернее и ночное время недопустима. Постоянно совершенствуясь, система освещения обеспечивает необходимые комфорт и безопасность во время вечерних и ночных поездок, а также при перемещении в условиях недостаточной видимости.

Управление всеми приборам освещения водитель осуществляет из салона транспортного средства с помощью специальных переключателей.

Включение ближнего и дальнего света, противотуманок и габаритов в большинстве моделей машин осуществляется с помощью подрулевого переключателя или клавиши на панели приборов:

  • первое положение переключателя – все приборы выключены;
  • второе положение – включаются габариты;
  • третье положение – загорается ближний свет фар.

Также переключатель, размещенный с левой стороны под рулем, обеспечивает смену ближнего и дальнего света в передних фарах.

При наличии противотуманок на переключателе может быть установлена дополнительная секция, регулирующая включение и выключение ПТФ. Также управление может происходить с помощью отдельной клавиши.

Комбинированный переключатель используется и для введения в действие правого и левого поворотников. Но при этом аварийная сигнализация включается с помощью отдельной клавиши, находящейся на приборной панели.

Многие элементы системы освещения загораются автоматически при выполнении определенных действий со стороны водителя:

  • стоп-сигналы – при нажатии на педаль тормоза;
  • фонарь заднего хода – при включении задней передачи;
  • приборы освещения багажника и бардачка — при их открытии;
  • подсветка ног водителя и габариты в дверях — при открытии двери.
элемент системы освещения
Применение системы освещения автомобиля обеспечивает безопасность при поездке в темное время суток

Америка-Европа

Подход к системам освещения в Старом Свете и за океаном различается кардинально. Начнем с того, что американские законы вплоть до 1975 года запрещали использование фар не круглой формы и галогенных ламп! Причем в Штатах лампа и фара были объединены в одно целое- лампы-фары за океаном использовали с 1939 года.

Преимущество у таких приборов было одно- герметичность лампы-фары позволяла покрывать поверхность рефлектора серебром, отражающая способность которого достигает 90% (против 60% у распространенных в те времена хромированных рефлекторов). Но менять лампу-фару, естественно, приходилось целиком. А главное отличие- в Европе с 1957 года принято асимметричное светораспределение с лучшим освещением «пассажирской» обочины и с четкой светотеневой границей.

Но в Америке использование фар с границей света и тени разрешили только с 1997 года. Разрешили, но не потребовали! Свет «американских» фар распределяется почти симметрично, вовсю ослепляя встречных водителей. К тому же американцы регулируют фары только по вертикали. А еще 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.

Конструкция и типы фар

Все современные блок-фары имеют принципиально одинаковую конструкцию, отличаясь лишь в деталях. В общем случае устройство содержит следующие элементы:

  1. Корпус — несущая конструкция, на которой установлены остальные компоненты;
  2. Рефлектор или рефлекторы — отражатели головного света и другой светотехники, могут быть интегрированы в единую конструкцию или выполняться в виде отдельных деталей, обычно изготавливаются из пластика и имеют металлизированную зеркальную поверхность;
  3. Рассеиватель — стеклянная или пластиковая панель сложной формы, которая защищает внутренние детали фары (лампы и отражатель) от негативных воздействий окружающей среды, и участвует в формировании светового луча. Может быть цельным или делиться на сегменты. Внутренняя поверхность рифленая, сегмент дальнего света может быть гладким;
  4. Источники света — лампы тех или иных типов;
  5. Регулировочные винты — расположены на задней части фары, необходимы для регулировки света фар.

Фары прожекторного типа отличаются по конструкции, они дополнительно имеют собирающую линзу, установленную перед отражателем, а также подвижный экран (шторку, бленду) с механизмом привода на основе электромагнита. Экран изменяет световой поток от лампы, обеспечивая переключение между ближним и дальним светом. Обычно такую конструкцию имеют ксеноновые фары.

• В ксеноновых фарах — электронный блок зажигания и управления работой ксеноновой лампы;• Электрокорректор фары — мотор-редуктор для регулировки света фары непосредственно из автомобиля, используется для достижения постоянства направления светового луча независимо от загрузки автомобиля и условий движения.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Монтаж блок-фар на автомобиль осуществляется, как правило, двумя-тремя винтами и защелками через уплотнительные прокладки, для достижения определенного декоративного эффекта могут использоваться рамки.

Следует заметить, что производство блок-фар, их конфигурация, состав осветительных приборов и характеристики строго регламентированы, они должны соответствовать стандартам (ГОСТ Р 41.48-2004 и некоторым другим), что указывается на их корпусе или рассеивателе.

Автомобильные лампы отличаются, как правило, конструкцией цоколя и светоотдачей. Например, в двухфарных системах чаще всего используются лампы Н4- с двумя нитями накаливания, для дальнего и для ближнего света. Их световой поток- 1650/1000 лм. В «противотуманках» светят лампы Н8- однонитевые, со светопотоком в 800 лм.

Другие однонитевые лампы Н9 и НВ3 могут обеспечивать только дальний свет (светопоток 2100 и 1860 лм соответственно). А «универсальные» однонитевые лампы Н7 и Н11 могут использоваться и для ближнего, и для дальнего света- в зависимости от того, в каком отражателе они установлены. И как всегда, качество лампы зависит от конкретного производителя, оборудования, концентрации и типов газов (например, лампы Н7 и Н9 иногда заполняют не галогенами, а ксеноном).

Ближний свет фар является главным при управлении автомобилем. Характеристики ближнего света фар должны давать ассиметричную картину ближнего света, которая выполнена в растянутом визуальном диапазоне по правой стороне дороги. Для повышения эффективности работы фар применяют различные сложные формы (HNS, PD2).

Для улучшения освещения применяют также газозарядные лампы, которые выдают света почти в 2 раза больше галогенных. Фары должны обеспечивать видимость линии раздела между поверхностями освещенными и не освещенными. Такая видимость может создаватся специальными нитями накала, которые используются в лампах (Н1, Н7,НВ4). Это позволяет получить яркость ниже, а тень выше.

Требования предъявляемые к лампам:— уровень минимальной освещенности  (нормальная видимость)— максимальная сила света (но не ослепляющая водителей автомобилей движущихся на встречу)

Обычные фары должны обеспечивать качественное освещение, и такой парадокс,- чем больше размер отражателя, тем лучше качество света ближних фар. На геометрическую составляющую диапазона, действие фары увеличивается с ростом высоты установки фары. Такие требования могут быть решены благодаря использованию широких отражателей фар и большего размера.

Короткие фокусные расстояния обеспечивают широкими световыми лучами, что улучшает боковое освещение и является очень полезным на поворотах. Отражатели с плавным переходом состоят из параболоидных секций с разными фокусными расстояниями.

Однофокусные отражатели. Чтобы обеспечить повышенную эффективность светового потока на вспомогательных участках отражателей имеется 1на фокальная точка с отражателем для получения короткого фокусного расстояния. свет от вспомогательных отражателей нам дает улучшение качества бокового освещения, но не влияет на дальний. (Лампа Н4)

Отличаются многофокусные отражатели тем, что участки для получения пучка света имеют большое количество фокальных точек. Распределение структур осуществляется по вертикальным участкам параболы.

Фары (отражатели типа HNS) Поверхность следующего отражателя включает много элементов. Особенностью поверхности отражателя являются неразрывности и ступенчатости на пограничных поверхностях. Это дает возможность создать такие формы поверхности отражателей, какие нам нужны, и обеспечат максимально стабильное освещение.

Фары (PES)Конструкция фар PES включает оптику для улучшения освещения. Данная оптика основывается на использовании эллиптического отражателя. В фарах PES исходящие лучи необходимо направить так, чтобы зона окружения линзы тоже выступала источником светового сигнала. Такой свет применяется с линзами небольших диаметров для того, чтобы не слепить водителей встречных автомобилей.

Освещение автомобиля

К основным фарам освещения траснпортного средства можно отнести следующие:— фары ближнего света;— фары дальнего света;

Фары Litronic.Электронная световая фара характеризуется освещением с помощью ксенона (ксеноновой газоразрядной лампой). Такая лампа сочетае тв себе все преимущества, — высокую интенсивность освещения, наряду с минимальным требованиям к объему отражательной поверхности. Это делает данную модель фары идеальной по сравнению с другими.

Этапы установки

Установка подсветки в салоне автомобиля — это достаточно сложный процесс, так как необходимо рассчитать общую нагрузку, грамотно провести электрические работы, а также необходимо учитывать, что дизайн должен быть эстетичным, а значит торчащие провода и мигающая слабая подсветка должны быть исключены.

Среди основных этапов процесса установки можно выделить следующие:

  • Прежде всего, стоит определиться с местом монтажа освещения. Так как зачастую необходимы работы по демонтажу деталей, то лучше заранее сделать сразу комплекс работ на несколько зон, чем делать их по очереди, каждый раз заново разбирая салон.
  • Выбрать формат и тип подключения. Лампа или светодиодная лента? Включение при открывании (бардачка, багажника, дверей) или по нажатию кнопки? Может автоматическое включение при зажигании двигателя? Выбираем по месту.
  • Выбор материалов и цвета. От того, какой цвет вы выберите, будет зависеть общий вид всего салона, его гармоничное сочетание и насколько комфортно находиться в машине.
  • Не менее важным является и этап выбора материалов и профессионального оборудования. В нашем салоне есть полный комплекс специализированных электрических инструментов, включая мультиметры и индикаторы, и деталей – от малейших клемм до самих ламп и лент.
  • Следующий этап – работы уже в салоне, демонтаж деталей, если требуется, а также обрезка материалов по размерам.
  • Подготовка к подключению и паяние системы освещение происходит нашими опытными мастерами с навыками работы с электроникой. Весь процесс проходит контроль на прочность и надежность. Предварительно места крепления обрабатываются, чтобы светодиодная лента была закреплена на долгий срок.
  • Все работы ведутся с учетом подготовки принципиальных схем, подбора подходящих компонентов, предохранителей и так далее. Благодаря тому, что наши мастера работают в этой сфере более десяти лет, они знакомы со многими марками авто и заранее знают тонкости каждой модели.
  • Все крепления и провода не должны быть на виду, поэтому они будут «спрятаны» во внутренней отделке.

От чего зависит цена

  • Освящение машины в провинциальном городе может обойтись бесплатно или за пожертвование храму. Используйте этот вариант, если стеснены в средствах.
  • В обычном региональном храме священники просят от 2000 до 4000 рублей. Это средний ценник по России.
  • В Москве и Санкт-Петербурге придется раскошелиться: высокий спрос повышает цены с каждым годом. Чтобы не попасть впросак, о цене услуги заранее: свяжитесь с конкретным батюшкой или посмотрите расценки на сайте. Наиболее высокие цены расположены в пределах нескольких десятков рублей.

Цена зависит от нескольких факторов:

  • Географическое положение. В регионах цены намного ниже. Прихожане не могут позволить себе большие пожертвования. В столице и крупных населенных пунктах ценник может шокировать.
  • Популярность церкви или храма. Культовые места (например, Иверский монастырь, Успенский собор) привлекают множество людей. Возможно, придется ждать, когда настанет ваша очередь.
  • Личные взгляды священника. Некоторые батюшки принципиально не берут денег за освящение или просят символическую сумму или услугу, зависящую от вас. Освящение проходит без денежных затрат, поэтому личное знакомство с работником церкви сделает услугу бесплатной.

Как устроена матричная фара

С наведенной информации видно, что в основе матричной фары лежат светодиоды и никаких других осветительных приборов. Действительно, такое строение выдаст намного больше света, чем ранее известные виды оптики.

Для лучшего вида элементы матричной оптики подчеркнули дизайнерским обрамлением в современном стиле. Все части оптики, включая блок управления и принудительную вентиляцию, помещены в пластмассовый корпус, который так же является основой и защищает от воздействия внешних факторов. Лицевую часть матричной фары закрывает прозрачный рассеиватель.

Становится понятно, что при наличии блока управления, вся система контроля и управления будет электронной, по традиции включая входные устройства и исполнительные элементы. В качестве входных устройств считаются различные датчики и видеокамера.

Видеокамера дает информацию о наличии других автомобилей на дороге. Таким образом, блок управления будет переключать дальний и ближний свет автоматически, регулировать угол и яркость оптики. Если же говорить о датчиках матричной оптики, то зачастую они используются от других систем, таких как угол поворота руля, датчик скорости автомобиля, датчик просвета дорожного, датчик освещения и датчик дождя. Именно эти датчики отвечают за комфортную езду и своевременное срабатывание различных систем.

Если же в автомобиле есть навигационная система, то в блок управления матричных фар будет использовать данные с маршрута, характер вождения автомобиля, рельеф дороги и местности, а так же учитывать проезд по населенным пунктам.

Главную роль в матричных фарах несет блок управления. Он обрабатывает информацию, полученную от входных устройств, и зависимо от полученных данных включает или выключает определенный ряд светодиодов. Новшеством стоит отметить то, что в матричной оптики не используются поворотные механизмы, как это было у ксеноновых фарах. Все функции выполняют благодаря статическим светодиодам и электронике матричных фар.

Водители задумываются о фарах только в двух случаях — когда они по той или иной причине по ночам не видят дорогу и когда их слепит встречная машина. Пока не перегорает лампа, о фарах обычно даже не вспоминают. И зря — ведь от них зависит не только комфорт, но и безопасность водителя. Да и вообще эволюция автомобильного света и устройство современной фары интересны сами по себе.

В первых автомобилях использовались самые примитивные фонари — керосиновые либо ацетиленовые. Лет сто назад на место открытого пламени вставили электрическую лампочку. С одной ее стороны имелся отполированный рефлектор, с другой — линза. Герметизации фар в то время не было, так что рефлектор очень быстро ржавел.

Лампочка h23 для ближнего/дальнего света. Компьютеризованные системы настройки в процессе сборки тщательно выверяют положение контактов и нити в каждой лампочке. При этом выдерживаются допуски не более 0,01 мм. Это значит, что, заменяя лампу, вам не потребуется заново подстраивать направление фар. Волосок для дальнего света расположен прямо в фокусе рефлектора, обеспечивая таким образом наилучшее освещение дороги.

Герметичная лампа-фара мало отличается по своей сути от бытовой лампы — вольфрамовый волосок помещается в стеклянной колбе, заполненной инертным газом, но рефлектор установлен прямо внутри колбы. Эти лампы, как и обычные бытовые, постепенно теряют яркость, так как вольфрам испаряется с волоска и оседает на стенках колбы.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Фары с переключением ближний/дальний свет появились только в 1920-х. До этого из-за огромных допусков тогдашней сборки все регулировки по направлению светового потока просто не имели смысла. Герметичные фары оказались весьма дешевы — в основном из-за унификации, позволявшей гнать огромные тиражи. Фары выпускали нескольких типов, и стандартизированный подход связывал руки автодизайнерам, ограничивая возможность придать машине индивидуальный облик. С 1973 года автопроизводители стали заменять лампы-фары на светильники с галогеновыми лампами.

На габаритах и стопсигналах светодиоды используются относительно давно. Это новшество развязало руки дизайнерам, позволяя оформлять фонари в любом стиле. Кроме того, светодиоды потребляют мизерные количества энергии, а загораются на 400−500 миллисекунд быстрее, чем лампа накаливания. Это не так уж мало — едущий за вами и болтающий по мобильнику раззява, при скорости около сотни км/ч будет иметь запас метров 12 чтобы успеть нажать на тормоза.

Галогеновые лампы с 1980-х — самая распространенная основа для автооптики. Это небольшая лампочка, которая вставляется внутрь сборки из рефлектора и линзы. Благодаря современным герметикам и технологии сборки сейчас рефлекторы уже почти не корродируют из-за попадания влаги внутрь. Колба лампы из термостойкого кварца позволяет поддерживать весьма высокую температуру волоска, так что по цветовому составу свет получается существенно ближе к естественному дневному.

Более высокая температура означает еще и то, что лампа имеет большую световую отдачу на единицу поглощаемой энергии. С другой стороны, вольфрамовый волосок из-за этого испаряется быстрее, и чтобы этому противостоять, галогеновые лампочки заполняют теперь не только инертным газом, но и парами брома или йода.

В лампах HID (High Intensity Discharge, газоразрядные высокой интенсивности, в просторечии «ксенон») вообще нет никаких волосков. Вместо них свет излучает высоковольтная дуга в атмосфере инертных газов. Для зажигания этих ламп требуется высокое напряжение и высокий стартовый ток (когда лампа уже заработала, она потребляет гораздо меньше энергии и выдает больше света, чем обычная галогеновая). Кроме того, электрическая дуга выдает более равномерный световой поток, который проще фокусировать.

Есть тут, правда, и один недостаток — на то, чтобы лампа зажглась, прогрелась и начала выдавать полную мощность, требуется несколько секунд. Поэтому в некоторых машинах лампы HID используют для ближнего света, а для дальнего оставляют обычные галогеновые. Альтернативный вариант — шторка с механическим приводом, тогда одна ксеноновая лампа может иметь распределение света под оба режима.

Тем не менее, будущее автомобильного света специалисты отдают полупроводниковым технологиям — светодиодам. Поскольку до сих пор не существует никаких стандартов на унифицированную светодиодную сборку, автопроизводителям приходится для каждой модели изготавливать оригинальную конструкцию, а это недешево.

На дорогих машинах фары HID (ксенон) зачастую ставят в качестве штатного оборудования. На рынке запчастей и аксессуаров тоже предлагается множество разнообразных комплектов «ксенона». (Нередки даже случаи, когда аббревиатурой HID маркируют обычные галогеновые лампы — так что будьте бдительны!) В них, как правило, имеется дуговая лампа и система запуска — все как в оригинале, только посадочные места рассчитаны на то, чтобы лампа подошла к стандартной «галогеновой» фаре.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Такие комплекты стоят гораздо дешевле штатных, но… Форма вольфрамовой нити накаливания существенно отличается от формы электрической дуги. В результате распределение светового потока, исходящего от такой фары, оказывается совершенно непредсказуемым. Хотя водителю такой машины дорога будет видна прекрасно, встречным водителям не позавидуешь, поэтому такие самовольные переделки считаются незаконными.

Производство таких лампочек представляет собой немалое достижение в области высоких технологий. После того как электроды запаивают в стеклянную толщу донышка, воздух отсасывают из лампы через верхушку колбы. Язычок пламени нагревает верхнюю часть лампы до размягчения, а поток жидкого азота охлаждает основание почти до -200°С.

Европейские и американские нормы распределения светового потока (а следовательно, и конструкции фар) несколько отличаются. Для европейского света характерна более четкая светотеневая граница с подъемом справа, световой поток направлен на дорогу и правую обочину. Такое распределение минимизирует ослепление встречных водителей и позволяет видеть «пассажирскую» обочину на большее расстояние. В американском свете светотеневая граница менее выражена, световой поток почти симметричен.

Галогеновая лампа излучает свет с температурой 3400 К (цветовая температура естественного солнечного света примерно 6000 К). Последнее время на дорогах появляются лампы с бело-голубым свечением, заметно отличающимся от привычного желтоватого. Обычно это «тюнингованные» лампочки, в которых на колбу нанесены различные покрытия для имитации света от более дорогих газоразрядных ламп. Цветовая температура действительно несколько выше, но светоотдача не повышается ни на грош, так что цель этого — только престиж.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика»
(№6, Июнь 2011).

Итак, что особенного в задних фонарях, какими они должны быть и какие интересные технологии используют для их создания современные инженеры?

По сути, главной функциональной обязанностью задних фонарей является информирование всех, едущих сзади участников движения о том, что мы планируем сделать, находясь за рулём – остановиться, повернуть, сдать назад и так далее.

Система освещения автомобиля: устройство и принцип работы

Для этого существует набор специальных источников света, которые, как правило, объединены в один корпус.

Виды передних фар: Разъяснение

Светильниками общего освещения называются светильники, предназначенные для общего освещения помещений и открытых пространств.

Светильники местного освещения являются светильниками, рассчитанные в основном на освещение рабочих поверхностей.

Светильниками комбинированного освещения называются приборы, создающие (последовательно или одновременно) как общее, так и местное освещение.

Стационарный световой прибор – прибор, закрепленный на месте установки, для снятия которого требуется применение инструмента.

Нестационарный световой прибор может быть снят с места эксплуатации без применения инструмента и перемещен с одного места на другое.

Переносной световой прибор – нестационарный прибор с индивидуальным источником питания или соединенный с питающей сетью длинным гибким проводом, не отключаемым при перемещениях светового прибора.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
AutoJiza
Adblock
detector