Назначение и устройство осветительных приборов автомобиля

Устройство автомобилей

Осветительные приборы

Большую часть информации о дорожной обстановке, состояния автомобиля, как во время движения, так и на стоянке водитель получает посредством зрения. Видимость на дороге ухудшается с наступлением сумерек, выпадением осадков, появлением тумана, дождя и снегопада.
Для обеспечения безопасного и комфортного управления движением автомобиля в условиях недостаточной видимости служит система освещения, в которую входят головные фары (блок-фары), задние фонари, фонари освещения заднего номерного знака, фонари освещения салона, багажного отделения, моторного отсека и вещевого ящика.

Классификация систем освещения

Современные системы освещения можно разделять по следующим признакам:

Систему переключения между ближним и дальним светом предложили и внедрили в 1915 году специалисты компании Guide Lamp Company. На первых автомобилях, оснащенных двумя типами фар, для того чтобы переключить режим приходилось останавливаться, поскольку переключатели находились непосредственно рядом с фарами. В салон авто рычаг переключения света был перенесен в 1917 году компанией Cadillac (Кадиллак), но поначалу он был ножным.

Противотуманные фары могут использоваться на любом современном автомобиле при езде в плохих погодных условиях: тумане, дожде, снеговых осадках. Их конструктивная особенность заключается в направлении светового луча вниз, на полотно дороги.

Ходовые (дневные) огни – это внешние световые приборы, которые применяются для улучшения видимости в светлое время суток в качестве более экономичной замены ближнего света. Их применение связано, в основном, с требованием включать на движущемся автомобиле ближний свет фар.

Европейская и американская системы освещения различны как по структуре создаваемого светового пучка (нормам на светораспределение), так и по принципам его формирования. Это различие обусловлено, главным образом, особенностями организации дорожного движения и качеством дорог.

Американская и европейская система освещения

Американская система освещения представляет собой размещение в фокальной плоскости параболоидного отражателя источника дальнего света (нить лампы накаливания, ксеноновая дуга и т. п.). Источник ближнего света располагается несколько выше горизонтальной плоскости, проходящей через оптическую ось отражателя, и смещен в левую сторону от нее. Благодаря этому ось светового потока ближнего света наклонена вниз и смещена в сторону к правой обочине дороги; светораспределение симметрично, как показано на рис. 1.

Основной конструктивной особенностью этой системы освещения является использование при формировании светового пучка как ближнего, так и дальнего света всей рабочей поверхности отражателя.
Американская система освещения, как и европейская, допускает двухфарное и четырехфарное исполнение.

Система освещения, называемая европейской, конструктивно выполнена иначе, чем американская. Здесь источник дальнего света имеет подковообразную форму у обычных лам накаливания (типа А12-45 40) и цилиндрическую – у галогенных (ламп типа Н4), и сориентирована вдоль оптической оси отражателя.
Получение ближнего света фар достигается размещением выше источника дальнего света металлического щитка, направляющего пучок света вниз и влево. В европейской системе освещения в режиме ближнего света используется только часть рабочей поверхности отражателя.

Следует учесть, что при прохождении техосмотра в России «американские» фары и головная оптика «праворульных» машин могут создать проблемы, так как нормативный документ, ГОСТ Р 51709-2001, регламентирует «левоасимметричное» распределение света и четкую светотеневую границу.

Четырехфарная система освещения

Необходимость совмещения в одном оптическом элементе двух режимов работы приводит к ухудшению характеристик как дальнего, так и ближнего света. Поэтому, несмотря на ряд преимуществ двухфарной системы: относительно небольшая потребляемая мощность, малый объем при монтаже на автомобиле, низкая себестоимость и технологичность, в США в 60-е годы получила распространение четырехфарная система освещения, в основе которой лежит идея распределения функции освещения по двум типам фар.

Четырехфарная система освещения состоит из четырех фар диаметром 130 мм, которые могут быть установлены как горизонтально, так и вертикально. Наружные и верхние фары всегда являются двухрежимными. Внутренние и нижние фары обеспечивают только дальний свет. При включении дальнего света работают все четыре фары, внутренние фары создают при этом направленный четкий световой пучок прожекторного типа.

Блок-фары

Блок фары со встроенными указателями поворота получили широкое распространение в 80-е годы благодаря некоторому снижению себестоимости комплекта световых приборов и более органичному эстетическому оформлению передней части автомобиля.

Блок-фары, применяемые на современных автомобилях, обычно объединяют приборы освещения и световой сигнализации, к которым относятся фары ближнего и дальнего света, указатели поворотов и габаритные фонари.

Гомофокальные и эллипсоидные отражатели фар

Постоянно увеличивающийся дефицит горючего предопределил тенденцию к снижению коэффициента аэродинамического сопротивления воздушному потоку при движении автомобиля, для чего необходимо обеспечить узкий профиль передней части автомобиля и, следовательно, ограничить высоту фары до минимума.
Эти требования практически полностью исключают использование в конструкциях фар традиционные светооптические схемы, так как для сохранения необходимого светового потока в этом случае требуется значительное увеличение глубины отражателя, что вызывает технологические трудности.
Кроме того, традиционные светооптические схемы, где функция перераспределения светового потока выполняется рассеивателем с глубокими призмами, не допускает его наклона в вертикальной плоскости на угол, больше чем на 25 градусов.
Именно эти обстоятельства привели к разработке принципиально новых конструкций фар.

Фирмой «Лукас» (Великобритания) была предложена конструкция фары, в которой отражатель выполнен в виде объединения нескольких (двух-трех) усеченных параболоидных элементов с различным фокусным расстоянием 20 и 40 мм при совмещенных положениях фокусов. Принцип объединения разнофокусных отражателей называется гомофокальным. Он позволяет подобрать и скомпоновать отражатель из отдельных секторов разнофоркусных отражателей таким образом, чтобы обеспечить формирование заданного светораспределения режимов ближнего и дальнего света с помощью отражателя. Реализация данной светооптической схемы позволила сконструировать фару, полностью удовлетворяющую современным аэродинамическим требованиям.

Эллипсоидные фары головного света, предложенные фирмой «Хелла» (Германия), представляют другое направление развития конструкции фар. Их характерной особенностью является более полное использование светового потока лампы при ближнем свете. Конструкция такой фары содержит эллипсоидный отражатель, в один из фокусов которого установлен источник света. Весь световой поток, отраженный таким отражателем, концентрируется в его втором фокусе, где в режиме ближнего света частично экранируется, что позволяет создать четкую светотеневую границу. Затем пучок корректируется с помощью достаточно простой линзы.

Для получения необходимых значений светотехнических характеристик отражатель снабжают элементами с параболоидными поверхностями, сопряженными с эллипсоидом, и преломляющими световой поток с помощью концентрических призматических элементов. К основным недостаткам этой системы следует отнести технологические трудности, высокую стоимость, а также ограничение в использовании – только в четырехфарной системе освещения.

Пути совершенствования светооптических схем и оптических элементов этим не исчерпываются. Продолжаются работы по использованию систем поляризованного света, волоконной оптики, с помощью компьютерного моделирования разрабатываются конструкции фар и формы отражателей с наиболее рациональным светораспределением.

В современных фарах могут применяться устройства, автоматически ослабляющие слепящие действие фар при встречном разъезде автомобилей и изменяющие направление светового потока при повороте автомобиля. Для управления осветительными и светосигнальными приборами широко используется электроника.

Источник

Основные элементы и принцип работы системы освещения автомобиля

Безопасно эксплуатировать автомобиль вечером и ночью, а также при плохой видимости позволяет комплекс осветительных приборов, установленных на каждом транспортном средстве. Система освещения и световой сигнализации позволяет освещать дорогу перед собой, предупреждать других водителей о выполнении маневров, информировать о габаритах транспортного средства. Чтобы обеспечить максимальную безопасность на дороге, все элементы системы освещения должны быть исправны.

Что такое система освещения и световой сигнализации автомобиля

Современный автомобиль включает в себя целый комплекс осветительных приборов, которые в совокупности составляют систему освещения. В число ее главных задач входит:

Основные элементы системы

Все элементы системы освещения можно разделить на две основных категории:

Внешние элементы

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

Передние фары

Передние фары современных автомобилей состоят из целого комплекса элементов:

Чаще всего они расположены в едином корпусе. Также в передние фары многих автомобилей устанавливают поворотники.

Любая машина комплектуется двумя передними фарами, которые располагаются симметрично на правой и левой частях кузова.

Главная задача передних фар – освещать дорогу перед автомобилем, а также сообщать водителям встречных транспортных средств о приближении автомобиля и его габаритах.

В вечернее и ночное время для освещения дороги используется ближний свет. Благодаря ассиметричности световых пучков, он дополнительно обеспечивает освещение обочины дороги. При условии правильной регулировки фар такой свет не доставляет дискомфорта водителям встречных автомобилей.

Дальний свет отличается большей интенсивностью. Его использование помогает выхватывать из темноты большую зону дорожного полотна. Однако использовать дальний свет допустимо только при отсутствии встречного потока. В противном случае фары будут ослеплять других водителей.

Габаритные огни

Для того чтобы другие водители могли оценить габариты машины, в системе освещения предусмотрены габаритные огни. Они используются и в момент остановки или стоянки машины. Располагаются габариты как в передних, так и в задних фарах.

Поворотники

Поворотники – основной инструмент предупреждения о выполнении маневра. Они используются при повороте и развороте, перестроении или обгоне, съезде на обочину и при последующем начале движения.

Устанавливаться данные элементы могут как в передние и задние фары, так и отдельно от них. Часто на боковых элементах кузова и зеркалах заднего вида размещаются дублирующие приборы. Все они имеют насыщенный желто-оранжевый цвет и работают синхронно в режиме мигания. Автомобили, предназначенные для американского рынка, имеют красный цвет поворотников.

Поворотники также выполняют роль аварийной сигнализации. При нажатии соответствующей кнопки в салоне автомобиля, свою работу одновременно начинают все имеющиеся лампы поворота с обеих сторон кузова.

Дневные ходовые огни (ДХО)

Дневные ходовые огни появились в системе освещения автомобиля сравнительно недавно, поэтому они есть не в каждом транспортном средстве. От габаритов ДХО отличаются более интенсивным светом.

Согласно Правилам дорожного движения, водители обязаны включать дневные ходовые огни во время движения в городе в светлое время суток. Если ДХО на автомобиле отсутствуют, днем допускается использовать ближний свет.

Противотуманные фары (ПТФ)

Этот вид автомобильной оптики применяется в условиях плохой видимости: во время тумана, дождя или снега. Широкий световой луч с усеченной частью не отражается от атмосферных осадков и не ослепляет водителя во время движения. В то же время ПТФ обеспечивают достаточное освещение дорожного полотна.

Противотуманки устанавливаются не только на передней, но и на задней части кузова. Впрочем, данные осветительные элементы не являются обязательными, поэтому на многих моделях машины ПТФ могут отсутствовать вовсе.

Задние блок-фары

Задние автомобильные фары также устанавливаются на автомобиль парно и включают в себя несколько элементов. Наиболее простые варианты задних фар состоят из стоп-сигнала и габаритных огней. Во многих моделях в блок также входят поворотники и фонарь заднего хода, реже – задние противотуманные фары.

Основным элементом осветительной системы в задней части являются стоп-сигналы, информирующие о торможении или снижении скорости автомобиля. Для большей надежности элементы могут дублироваться на спойлере или на заднем стекле транспортного средства.

Также не менее важными являются фонари заднего хода. Они выполняют функции освещения и предупреждения других водителей о начале движения машины назад.

Внутренние элементы осветительной системы

Внутренние элементы отвечают за освещение в салоне и багажнике транспортного средства. В систему входят:

Освещение салона, багажника и пространства под капотом (при наличии) обеспечивает дополнительный комфорт водителя в темное время.

Подсветка приборной панели необходима для более легкого считывания информации при движении в темноте.

Габаритные огни в дверях необходимы для информирования других участников дорожного движения об изменении габаритов автомобиля при открытой двери.

Как происходит управление системой освещения

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:

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:

Автоматические системы управления освещением

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

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

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.

Источник

Лекция: Системы освещения и световой сигнализации

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

ЛЕКЦИЯ. Системы освещения и световой сигнализации

Требования к автомобильным системам освещения и световой сигнализации

Назначение световых приборов

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

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

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

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

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

Классификация световых приборов

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

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

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

Светотехнические параметры световых приборов

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

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

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

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

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

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

Международная система обозначений световых приборов

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

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

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

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

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

Одно- и двухрежимную работу сигналов торможения кодируют в квадрате над окружностью знаками S 1 или S 2. На световых прибо­рах, имеющих одновременно задний габаритный огонь и сигнал тор­можения, над окружностью проставляют прямоугольник, в который вписывают буквы R и знаки S 1 или S 2, отделенные горизонтальной чертой.

Источники света автомобильных световых приборов

Автомобильные лампы накаливания

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

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

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

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

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

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

Устройство ламп накаливания

Источник