Автомобильные фары относятся к световой технике, используемой для освещения на автомобиле. Автомобильные фары монтируется в передней части автомобиля. Установка может быть как выступающим элементом кузова автомобиля, так и спрятана заподлицо. Вот о том, какие автомобильные фары устанавливаются на транспортных средствах, мы и поговорим в этой статье.
Функции автомобильных фар
Ближний свет фар
Основной свет для движения ночью обеспечивают лампы ближнего света. Создание характерного разграничения света и тени было одним из технологических прорывов в осветительной технике.
Схема распределения светового потока типа «вверху темнее, внизу светлее», вытекающая из разграничения света и тени, дает приемлемые визуальные диапазоны для всех условий управления автомобилем. При такой схеме ослепление, которому подвергаются водители встречного транспорта, удерживается в разумных пределах, хотя в то же время одновременно обеспечивается относительно высокая световая отдача в зоне ниже светотеневой линии.
Картина распределения света должна сочетать максимальные визуальные диапазоны с минимальным эффектом ослепления. Эти требования дополняются необходимостью обеспечения зоны освещенности непосредственно впереди автомобиля. Например, фары должны оказывать помощь во время совершения поворота, то есть схема распределения света должна простираться за левые и правые края дорожного покрытия.
Дальний свет фар
Лампы дальнего света освещают дорогу на максимальную дальность. Это создает большую силу света, в зависимости от расстояния, воздействующую на все предметы в зоне, выделенной для движения транспорта. Поэтому включать дальний свет разрешается только тогда, когда не происходит ослепления встречного транспорта.
Высокая плотность транспортного потока на современных дорогах серьезно ограничивает использование дальнего света.
Правила, стандарты и оборудование
Мировые нормы и правила регламентируют обязательное наличие двух фар ближнего света и, по крайней мере, двух (или, как вариант, четырех) — дальнего света для всех двухколейных транспортных средств. Свет фар должен быть белым.
Система сдвоенных фар
В системе сдвоенных фар (рис. а, «Системы фар» ) используются лампы с двумя источниками света (галогенные лампы с двойной нитью (Н4), в США — неразборные фары) для дальнего и ближнего света с общими отражателями. В фарах с газоразрядными лампами двойная функция достигается путем фокусирования или расфокусирования ксеноновой горелки в общем отражателе. В биксеноновых фарах имеется экран, который убирается из траектории луча либо вдвигается в нее.
Система с четырьмя фарами
В системе с четырьмя фарами одна пара ламп обеспечивает дальний и ближний свет, а вторая — только дальний (рис. Ь, «Системы фар» ). Функции освещения проекционных и отражательных систем можно использовать в любой комбинации. Фары ближнего света можно дополнительно комбинировать с противотуманными фарами (рис. с, «Системы фар» ).
Конструктивные определения фар
Сгруппированная конструкция
Различные рассеиватели и лампы, размещенные в одном корпусе. Например, блоки задних фар с отдельными секциями.
Комбинированная конструкция
Ламповый узел в корпусе с более чем одним рассеивателем. Например, комбинированный задний фонарь и лампа освещения номерного знака.
Совмещенная конструкция
Общие корпус и рассеиватель с отдельными лампами. Например, блок-фара с вложенной позиционной лампой.
Функции основного освещения автомобиля для Европы
Наиболее важные правила и директивы приведены в ЕСЕ R112, ЕСЕ R113, ЕСЕ R48, 76/756/ЕЕС, ЕСЕ R98 и ЕСЕ R123.
- ЕСЕ R112: фары для асимметричного ближнего и/или дальнего света с лампами накаливания или светодиодными модулями (легковые и грузовые автомобили, автобусы).
- ЕСЕ R113: фары для симметричного ближнего и/или дальнего света с лампами накаливания или светодиодными модулями (мопеды, мотоциклы).
- ЕСЕ R48 и 76/756/ЕЕС: установка и применение;
- ЕСЕ R98: фары с газоразрядными лампами по ЕСЕ R
- ЕСЕ R123: системы адаптивного освещения (AFS) для автомобилей.
Описанные ниже правила установки относятся к легковым автомобилям.
Ближний свет фар, установка
Правилами предписывается установка двух фар ближнего белого света для многоосных транспортных средств (рис. «Европейская система фар (ближний свет)» ).
Ближний свет фар, осветительная техника
Эффективность автомобильных фар зависит от технической оценки и проверки перед запуском в серийное производство. Среди требований — минимальный (для обеспечения адекватной видимости дороги) и максимальный (во избежание ослепления) уровни силы света (см. точки измерения и освещенность фар, рис. «Вид измерительного экрана с точками измерения освещенности с требованиями Европы/ЕЭК» и табл. «Точки измерения ближнего и дальнего света фар» ).
Сертификационные испытания проводятся в лабораторных условиях с помощью испытательных ламп, изготовленных с более точными допусками, чем устанавливаемые на автомобили. Лампы включаются с заданным испытательным световым потоком для каждой категории ламп. Лабораторные условия применяются ко всем фарам, но лишь в ограниченной степени учитывают специфику отдельных автомобилей, например, монтажную высоту фары, электропитание автомобиля и регулировку.
Ближний свет фар, переключение
Все фары дальнего света должны гаситься немедленно, когда включаются фары ближнего света. Допустимым является постепенное уменьшение силы света (постепенная деактивация) с максимальным периодом 5 с. Для предотвращения уменьшения силы света при использовании автоматических переключателей фар требуется двухсекундная задержка отклика. Когда включаются фары дальнего света, фары ближнего света могут продолжать работать (одновременное функционирование). Лампы Н4 обычно подходят для коротких периодов использования с одновременной работой обеих нитей накала.
Дальний свет фар, установка
В режиме дальнего света должны функционировать минимум две и максимум четыре фары. Правилами предписывается наличие индикаторной лампы (голубой или желтой) дальнего света на приборном щитке.
Дальний свет фар, осветительная техника
Генерируется посредством источника света, расположенного в фокусе отражателя (рис. «Параболический отражатель» ), направляющего свет наружу вдоль плоскости, параллельной оси отражателя. Максимальная сила дальнего света в значительной степени является функцией площади светящейся поверхности отражателя. В четырех- и шестифарных системах, в частности, параболоидные отражатели дальнего света могут быть заменены средствами освещения со сложной геометрической «составной» схемой получения дальнего света. Расчеты, используемые при проектировании этих систем, предполагают достижение такого распределения дальнего света, которое бы согласовывалось с распределением ближнего света (одновременная активация). Чистый дальний свет «накладывается», как если бы он был на проекции ближнего света. От досадной области перекрытия рядом с передней частью автомобиля в этом случае мы избавляемся.
Распределение дальнего света фар определяется общими правилами с теми, что предписаны для использования ближнего света фар.
Максимально допустимая величина суммы номинальных значений силы света всех фар дальнего света, устанавливаемых на автомобиль, составляет 430 000 кд. Это значение силы света обозначается эталонными кодами, расположенными рядом с кодом омологации на каждой фаре. Величина 430 000 кд соответствует числу 100. Сила света для фар дальнего света должна также проставляться, например, число 25 наносится вслед за круглым символом испытаний ЕЭК. Если это единственные фары на автомобиле, то тогда суммарная сила света должна находиться в кодовом отношении 50/100 от 430 000 кд, а именно 215 000 кд.
Дополнительные лампы
Дополнительные лампы используются для дополнения эффективности дальнего света в стандартных фарах дальнего света.
Дополнительные лампы устанавливаются и регулируются так же, как и стандартные лампы, и лежащая в их основе технология такая же. Для дополнительных ламп также регламентирована максимальная сила света в автомобильных системах освещения; сумма эталонных чисел всех установленных в автомобиле ламп не должна превышать 100. У более старых фар без сертификационных номеров для общей оценки используется число 10.
Функции основного освещения автомобиля для США
Национальным стандартом в США является Федеральный стандарт автомобильной безопасности (FMVSS) No.108 и Справочник по стандартам автомобильного освещения SAE (Стандарты и рекомендуемые практики), на который он ссылается.
Нормы, с помощью которых регулируются установка и цепи управления для фар, сравнимы с европейскими. С 1.05.1997 фары с разграничениями света и тени разрешены и в США, но требуют ручной регулировки. Сейчас стало возможным создание фар, которые бы удовлетворяли как американским, так и европейским требованиям.
Как и в Европе, в США используются системы с двумя и четырьмя фарами. Установка и использование противотуманных фар и дополнительных фар дальнего света регламентируется целым рядом локальных законов в 50 штатах, иногда сильно различающихся между собой.
До 1983 года допустимые размеры герметизированных ламп-фар (рис. «Американские герметизированные лампы-фары» ) в США были следующими.
Системы сдвоенных фар:
- Диаметром 178 мм (круглые);
- Размером 200 х 142 мм (прямоугольные). Системы с четырьмя фарами:
- Диаметром 146 мм (круглые);
- Размером 165 х 100 мм (прямоугольные).
Ближний свет фар, осветительная техника
Требования к световому пятну в США в большей или меньшей степени отличаются от европейских в зависимости от типа конструкции. В частности, минимальный уровень ослепления в США выше, а максимальная ширина пучка ближнего света находится ближе к автомобилю. Базовая настройка обычно выше (см. точки измерения на рис. «Вид измерительного экрана с точками измерения освещенности с требованиями США» и в табл. «Точки измерения ближнего света фар» ).
Дальний свет фар
Конструкция фар дальнего света такая же, как и в Европе. Имеются различия в ширине рассеяния светового пучка и, кроме того, меньше максимальное значение на оси фары дальнего света.
Конструкции фар в США
Конструкция лампы-фары
В этой конструкции, которая больше не используется (см. рис. «Американские герметизированные лампы-фары» ), нити накала располагаются внутри лампы-фары, стеклянный отражатель должен быть герметично соединен с рассеивателем. После герметизации блок-фара наполняется инертным газом. При перегорании нити лампа-фара полностью заменяется. Лампы-фары также бывают с галогенными лампами.
Диапазон применения ламп-фар значительно ограничен, поскольку требования разработчиков относительно вариаций стиля передней части моделей автомобилей весьма разнообразны.
Устройство для регулировки автомобильных фар (VHAD)
Это устройство предназначено для регулировки фар со сменными лампами по вертикали с помощью водяных уровнемеров, встроенных в каждую фару, и по горизонтали с помощью системы, состоящей из иглы и круговой шкалы. На самом деле это равноценно «бортовой регулировке».
Фары для визуальной регулировки (VOL/VOR)
Эти системы используются с 1997 года. Это фары со сменными лампами, у которых ближний свет имеет границу света и тени, позволяющую регулировать их визуально (это стандарт в Европе).
Используется либо левая горизонтальная граница света и тени (на фаре должна быть надпись V0L), либо что чаще встречается в США, правая горизонтальная граница света и тени (на фаре должна быть надпись V0R). Примечательным в американских системах является положение границы света и тени, находящееся гораздо ближе к горизонту (в зависимости от типа наклон составляет 0,4-0 %). Это увеличивает потенциальный риск ослепления.
Этот тип фар не предусматривает горизонтальной регулировки.
Фотометрические термины и определения для фар
Дальность света фары
Это расстояние, на котором световой луч продолжает обеспечивать заданную освещенность, в большинстве случаев — 1 люкс, с правой стороны дороги (при правостороннем движении).
Геометрическая дальность фары
Это расстояние до горизонтальной части границы света и тени на дорожном покрытии. Угол наклона фар ближнего света порядка 1% или 10 см на 10 м является результатом геометрического диапазона, равного 100-кратной высоте установки фар (замеряется между центром отражателя и дорожным покрытием).
Визуальная дальность
Визуальная дальность — это расстояние, на котором все еще видны объекты (автомобили, предметы и т.п.) в пределах яркостного распределения зрительного поля человека.
Ввиду того, что визуальный диапазон подвержен влиянию таких факторов, как форма, размер и отражательная способность предмета, тип дорожного покрытия, конструкция фар и их чистота, а также физиологические условия состояния глаз водителя, не имеется возможности установить визуальный диапазон путем использования точных числовых средств. При крайне неблагоприятных условиях (при левостороннем движении, с левой стороны мокрой дороги) визуальная дальность может снизиться до 20 м и ниже. При оптимальных условиях она может увеличиться до более чем 100 м (при правостороннем движении, с правой стороны дороги).
Дискомфортный свет
Представляет собой количественное сокращение степени визуальной оценки, которое происходит в ответ на источники света, создающие ослепляющий эффект. Примером может быть уменьшение дальности видимости при взаимном приближении двух автомобилей.
Дискомфортный свет возникает, когда источник ослепления вызывает дискомфорт, однако без фактического уменьшения характеристики визуальной оценки. Дискомфортный свет оценивается по шкале, определяющей разные уровни комфорта и дискомфорта.
Технические особенности фар
Фокусное расстояние отражателя
Стандартные отражатели для фар и других автомобильных ламп обычно являются параболическими по форме (рис. «Параболический отражатель» ). Фокусное расстояние (расстояние от вершины параболы до точки фокусировки) составляет 15-40 мм.
Отражатели произвольной формы
Геометрические конфигурации отражателей произвольной формы создаются посредством сложных математических расчетов (HNS, однородная вычисленная поверхность). Здесь небольшое среднее фокусное расстояние /определяется относительно расстояния между вершиной отражателя и центром нити накаливания. Обычно оно составляет 15-25 мм.
У отражателей, разделенных ступенями или гранями, каждая перегородка может иметь собственное среднее фокусное расстояние.
Зона освещения отражателя
Это параллельная проекция всего отверстия отражателя на поперечную плоскость. Стандартная эталонная плоскость перпендикулярна направлению движения автомобиля.
Эффективный световой поток, эффективность фары
Эффективный световой поток представляет собой ту часть светового потока источника света, которая в состоянии предоставить эффективное освещение посредством отражающих или преломляющих компонентов (например, подобно тому, как свет проектируется на дорожное покрытие посредством отражателя фары). Отражатель с коротким фокусным расстоянием делает эффективным использование ламп накаливания и имеет высокую эффективность, потому что отражатель выходит наружу, окружая лампу и позволяя ей преобразовать большую часть светового потока в полезный световой луч.
Углы геометрической видимости
Определяются относительно оси осветительного устройства, создающего полную видимую освещаемую поверхность.
Конструкции автомобильной фары
Отражатель фары
Отражатели направляют свет от источника либо прямо на дорогу (система отражения), либо на промежуточную плоскость, которая затем проецируется линзой (система проецирования). Отражатели изготавливаются из пластмассы, листовой стали либо отливаются из металла.
Пластмассовые отражатели изготовляются путем литья под давлением (термоусадочная пластмасса), обеспечивающего значительно более точное воссоздание геометрии, чем процесс глубокой вытяжки. Достигаемые геометрические допуски находятся в пределах 0,01 мм. Кроме того, можно создавать отражатели со ступенями и любыми распределениями граней. Материал основания не требует защиты от коррозии.
Литье под давлением обычно выполняется из алюминия, иногда из магния. Преимуществами являются высокая термостойкость и способность создавать формы с высокой степенью сложности (фигурные патроны, резьбовые отверстия и контакты).
Поверхности термоусадочного пластмассового и литого металлического отражателей сначала окрашиваются из распылителя или порошковой краской, и затем на них наносится слой алюминия толщиной 50 -150 Нм. Защиту алюминия от окисления обеспечивает еще более тонкий прозрачный слой.
Отражатели из листовой стали изготавливаются методом глубокой вытяжки и с помощью вырубного штампа. Затем наносится порошковая краска. Она герметично закрывает металл и придает поверхности отличную гладкость. На создаваемый таким образом базовый слой, как и в случае с другими отражателями, наносится слой алюминия.
Рассеиватель фары
Изготавливается из высокочистого стекла (свободного от пузырьков и полос). В процессе изготовления приоритет должен отдаваться качеству поверхности в целях предупреждения нежелательной, направленной вверх, рефракции луча, поскольку это будет вызывать ослепление водителей встречного транспортного потока. Тип и форма линз и призм зависят от необходимой схемы свето- распределения.
Прозрачные рассеиватели, используемые в современных фарах, обычно изготавливаются из пластмассы. Кроме уменьшения массы изделия, пластиковые рассеиватели обеспечивают большую широту охвата в различных конструкциях автомобильных фар. Примерно с 2007 года также используются многоцветные пластмассовые рассеиватели (2-компонентные рассеиватели), края которых окрашиваются другим цветом, обычно черным или серым. Преимуществом является то, что конструкция распыляющих инструментов не требует внутренних направляющих и, следовательно, на видимой глазу поверхности не появляется разделительных линий. Также удается избежать рассеивания света от краев.
Есть несколько причин, по которым не следует вытирать пластмассовые рассеиватели сухой тряпкой:
- Несмотря на стойкость покрытия к царапинам, протирание сухой тряпкой может повредить поверхность рассеивателя:
- Протирание сухой тряпкой может создать электростатический заряд рассеивателя, из-за которого на его внутренней поверхности может скапливаться пыль.
Виды автомобильных фар
Отражательные фары
У традиционных систем фар с практически параболическими отражателями (рис. «Параболический отражатель» и рис. «Ближний свет фар, направление луча лампы H4» ), качество ближнего света повышается прямо пропорционально размеру отражателя. В то самое время геометрический диапазон действия фары увеличивается с ростом высоты ее установки.
Эти факторы должны использоваться с учетом предписаний аэродинамики, в соответствии с которой передняя часть профиля автомобиля должна быть насколько возможно низкой. В этих обстоятельствах с увеличением размера отражателя увеличивается ширина фары.
Отражатели заданного размера, но с различными фокусными расстояниями имеют разные исполнения. Короткие фокусные расстояния более эффективны и выдают более широкие световые лучи с лучшим близким диапазоном и боковым освещением. Это может быть особо полезным на поворотах.
Специально разработанные программы освещения (CAL, компьютерное управление освещением) позволяют реализовать бесконечное количество форм отражателей с непараболическими секциями и отражателей с гранями.
Фары с отражателями типа HNS
В случае с гранями поверхность отражателя делится на сегменты, и каждый сегмент оптимизируется индивидуально. Важной особенностью поверхности отражателя типа HNS является допущение неразрывности и ступенчатости на всех пограничных поверхностях. Это обеспечивает возможность создания поверхностей отражателей различной формы с максимальной однородностью освещения (рис. «Отражатель произвольной формы или типа HNS» и «Отражатель типа HNS» ).
Фары PES
В системе фар PES (полиэлипсоидная система) используется фотодетекторная оптика (рис. «PES- отражатель» ), и по сравнению с традиционными фарами она обеспечивает больше возможностей в плане дизайна. Область открывания рассеивателя диаметром всего 40-70 мм позволяет создавать световые рисунки, которые раньше можно было реализовать только с помощью фар с большой площадью. Такой результат получается посредством использования эллиптического отражателя (проектируемого по программе CAL) в сочетании с методами технологии оптической проекции. С помощью экрана можно создать нужную светотеневую границу. В зависимости от отдельных специфических требований эта граница может быть резкая или размытая, что определяется геометрией экрана.
Фары PES можно комбинировать с традиционными фарами дальнего света, габаритным светом и противотуманными фарами PES, образуя блоки, в которых вся фара оказывается не выше приблизительно 80 мм.
В фарах PES исходящие лучи света могут быть направлены таким образом, чтобы зона, окружающая линзу, также использовалась для получения светового сигнала. Такой расширенный пучок света применяется, главным образом, совместно с линзами небольших диаметров для снижения ослепления водителей встречных автомобилей. Дополнительную поверхность можно также превратить в рассеиватель, экран в виде пленки, осажденной из паровой фазы, или особенность дизайна с подсвечиваемыми круглыми или прямоугольными зазорами, или подсвечиваемые трехмерные объекты.
Ксеноновые фары
Система фар с ксеноновыми газоразрядными лампами как центральным компонентом (рис. «Компоненты PES-фары Litronic» ) создает высокий уровень интенсивности освещения с минимальными требованиями к фронтальной поверхности, что делает их идеальными для автомобилей с аэродинамическим дизайном. В отличие от традиционной лампы накаливания, свет создается за счет плазменного разряда внутри горелки размером с вишневую косточку (рис. «Газоразрядная лампа D2S/DS4» ).
Дуга газоразрядной лампы в 35 Вт создает световой поток, который по интенсивности вдвое превосходит световой поток галогенной лампы Н1 и имеет более высокую цветовую температуру (4200 К), что означает более высокую долю зеленого и синего цветов в спектре, как у солнечного света. Максимальная световая отдача, соответствующая приблизительно 90 лм/Вт, становится доступной, как только кварцевый элемент достигает нормальной рабочей температуры более 900°С. Для получения «мгновенного света» можно использовать короткие пики высокомощного режима работы при токах до 2,6 А (непрерывный режим работы — около 0,4 А). Ресурс в 2000 часов достаточен для среднего срока эксплуатации в легковых автомобилях. Поскольку внезапных отказов, как в случае с лампами накаливания, не происходит, то возможны диагностика и своевременная замена.
До последнего времени использовались газоразрядные лампы с обозначениями D1 и D2, а с 2012 используются только лампы с обозначениями D3 и D4. В семействах D3 и D4 может содержаться ртуть (около 1 мг). Эти лампы отличаются более низким напряжением, составом плазмы и геометрией дуги. Электронные блоки управления отдельными типами ламп обычно разрабатываются для конкретной конструкции и не являются универсальными.
Автомобильные газоразрядные лампы серий D2 и D4 имеют высоковольтные цоколи и стеклянные экраны для защиты от ультрафиолетовых лучей. У серий D1 и D3 необходимая для работы высоковольтная электроника также встроена в цоколь лампы. Все системы делятся на две подкатегории: S-лампы для фар проекционного типа и R-лампы для фар отражательного типа со встроенным световым экраном для создания светотеневой границы, сравнимым с крышкой у галогенной лампы Н4 ближнего света. В настоящее время лампы D1S и D3S являются наиболее распространенными.
Неотъемлемой частью фары Litronic (от англ. Light — свет и Electronic — электронный) является электронный балластный модуль, отвечающий за активацию и контроль работы лампы (рис. «Электронный балластный модуль для выработки переменного тока частотой 400 Гц и импульсного зажигания лампы» ). К этим функциям относятся воспламенение газового разряда (напряжение 10-20 кВ), управляемая подача питания во время фазы разогрева, когда лампа холодная, и питание в зависимости от потребности во время стационарной работы.
Система обеспечивает очень хорошо согласующиеся уровни освещения (нет изменений светового потока) путем компенсирования колебаний напряжения бортовой сети. Как только лампа отключается (например, в результате временного отклонения напряжения питания в бортовой сети), происходит ее автоматическое вторичное зажигание. Электронный балластный модуль реагирует на неисправности (повреждение лампы), прерывая подачу питания и позволяя, таким образом, избежать ранений в случае столкновения.
Ксеноновый свет, излучаемый фарами Litronic, дает широкий световой пучок перед автомобилем в сочетании с большой дальностью освещения (рис. «Схема распределения света на дороге» ). Это позволило существенно шире освещать дорогу и освещать края поворотов и широкие дороги столь же эффективно, как галогенная фара освещает прямые участки дороги. Для водителя улучшаются дальность видимости и ориентация при сложных условиях управления автомобилем и неблагоприятных климатических явлениях.
В соответствии с Правилами ЕЭК 48 фары Litronic комбинируются с системами автокоррекции наклона фар и системами стеклоомывателей фар. Эта комбинация обеспечивает всегда оптимальное использование большой дальности освещения и визуально не ухудшающееся световое излучение.
Система Bi—Litronic
Системы Bi-Litronic при двухфарной схеме обеспечивают получение дальнего и ближнего света с использованием только одной газоразрядной лампы.
Bi—Litronic «Projection» (биксенон)
Система Bi-Litronic «Projection» базируется на использовании фары PES Litronic (рис. «Система Bi-Litronic «Projection»» ). При включении дальнего света световой экран, создающий светотеневую границу (для ближнего света) выдвигается из светового луча. Данная система, использующая линзы диаметром 70 мм, в настоящее время является наиболее компактной, обеспечивающей получение комбинированного дальнего/ ближнего света и в то же время характеризующейся высокой яркостью света (рис. «Схема распределения света фар Bi-Litronic на дороге» ).
Главным преимуществом системы Bi-Litronic «Projection» является использование ксенона для дальнего света.
Система Bi—Litronic «Reflection»
И в моно-, и в биксеноновых системах используется одна лампа DxR как для ближнего, так и для дальнего света.
В биксеноновой версии при включении дальнего/ближнего света электромеханическое исполнительное устройство перемещает газоразрядную лампу в соответствующее положение относительно отражателя для получения конусообразного пучка дальнего/ ближнего света (рис. «Система Bi-Litronic «Reflection»» ).
Поворачивающиеся фары
Поворачивающиеся фары были допущены для эксплуатации в автомобилях в начале 2003 года. Если раньше разрешался адаптивный поворот лишь фар дальнего света (Citroen DS образца 60-х), то теперь он разрешен и для ближнего света (так называемые адаптивные фары) или дополнительного источника света (статичные фары для освещения поворотов). Это увеличивает видимость на извилистых дорогах.
Статичные фары для освещения поворотов
Статичные фары для освещения поворотов используются в основном для освещения зон по бокам автомобиля (на перекрестках, на поворотах). Для этой цели обычно самым эффективным способом является активация дополнительных отражательных элементов.
Динамические поворотные фары
Динамические поворотные фары используются для освещения изменяющейся траектории дороги, например, на извилистых шоссе (рис. «Стратегия включения и регулировки поворотных и базовых модулей статичной/динамической поворотной фары» ).
В отличие от поворотных фар 60-х годов с непосредственным действием, современные высокотехнологичные системы электронно управляют скоростью и углом поворота фар соответственно скорости автомобиля. Это оптимизирует «согласование» между фарами и поведением автомобиля, отсутствует «дерганье» фар. Позиционирование фар выполняется шаговыми двигателями, перемещающими базовый модуль или модуль ближнего света, или отражательные элементы в ответ на изменение угла поворота рулевого колеса или угла поворота передних колес (рис. «Модуль поворотных фар» ). Датчики обнаруживают эти изменения во избежание ослепления встречного транспорта посредством отказоустойчивых алгоритмов. Общие требования законодательства определяют, что во избежание ослепления встречного транспорта луч фары может поворачиваться лишь до центральной линии дороги на расстоянии около 70 м перед автомобилем.
Безопасность движения и комфорт вождения
Появление динамических поворотных фар — значительный прорыв в области безопасности движения и комфорта вождения ночью (рис. «Измеримое улучшение видимости с адаптивным распределение света поворотных фар» ). По сравнению с традиционными фарами ближнего света достигается улучшение видимости около 70%, что в пересчете на время движения составляет около 1,6 секунды. С поворотными фарами водитель может быстрей оценить опасность и раньше начать тормозить. В результате можно значительно снизить тяжесть ДТП. Статичные фары для освещения поворотов удваивают видимость в поворотах.
Функции AFS в фарах
Свет для скоростных магистралей
Для особых ситуаций вождения разработана система адаптивного переднего освещения (AFS), обеспечивающая водителю лучшую видимость в каждой ситуации. При разработке системы освещения для скоростных магистралей (рис. «Функциональная связь между светом на шоссе и светом на магистрали» ), особое внимание уделялось улучшению видимости без излишнего ослепления встречного транспорта. Увеличение видимости до 150 м позволяет увеличить время движения до обнаруженного объекта примерно на 2 секунды (сравнение при скорости 100 км/ч с галогенными лампами). Это позволяет водителю лучше оценить критическую ситуацию и намного раньше начать торможение.
Освещение при плохой погоде
В случае освещения при плохой погоде особое внимание уделяется улучшению визуального ориентирования на дороге. Освещение становится лучше, особенно освещение зон по бокам дороги.
Большинство вариантов освещения при плохой погоде предусматривают поворот левой фары на 8° вбок и одновременно небольшое опускание или активацию статичных фар для освещения поворотов. Это обеспечивает очень широкое освещение дороги и краев дороги. В будущем отдельные компоненты, например, ответственные за расширение освещения по бокам, будут активироваться последовательно. Управляющими параметрами являются, к примеру, угол поворота и направление. Отдельные сегменты активируются в этом случае «квазидинамически».
Функции фар и системы повышения безопасности при движении (DAS)
Появление видео технологий в автомобилестроении позволило усовершенствовать функции фар с помощью видеокамеры. Когда видеокамера определяет положение встречного автомобиля, фара или система AFS может адаптировать дальность света таким образом, чтобы она повышалась для больших расстояний и уменьшалась для маленьких (функция динамического изменения дальности). Это обеспечивает оптимальное освещение без ослепления встречного транспорта.
Светодиодные фары
Светодиоды (LED) все чаще используются в качестве экономичной альтернативы в борьбе за снижение выбросов СO2 и расхода топлива. Энергопотребление основных функций освещения будет играть значительную роль в экономичных автомобилях будущего. Ксенон и светодиоды обеспечивают снижение потребления энергии и повышение безопасности движения, требуемых в ЕС.
Современные светодиодные системы, в зависимости от характеристик (световой поток, дальность, боковое освещение), уже сейчас потребляют гораздо меньше энергии, чем галогенные лампы. В настоящее время потребляемая мощность колеблется в пределах 28-50 Вт на фару. В сравнении с выходной мощностью ламп порядка 65 Вт (для напряжения 13,2 В), это означает потенциальную экономию в 30-70 Вт на автомобиль.
Для ближнего света используется одна проекционная система и два отражательных элемента. Свет трех многокристальных светодиодов по два светодиода в каждом концентрируется тремя первичными оптическими элементами и отображается проекционным рассеивателем. Оптическая система имеет экран, гарантирующий качество светотеневой границы. Над рассеивателем и под ним располагается отражатель (рис. «Базовая конструкция светодиодной фары ближнего света» ).
Оптическая эффективность светодиодной фары ближнего света составляет около 45%. Для сравнения — эффективность биксеноновой системы составляет около 33%. Это объясняется природой светодиодов, испускающих свет только в половину пространства, и, в отличие от традиционных источников света, не освещающих все пространство. В силу более высокой эффективности светодиодной системы, одной светодиодной фаре ближнего света требуется меньший световой поток для освещения дороги.
Чем лучше будут становиться светодиоды в будущем, тем меньше мощности будет выдавать блок управления при неизменно высокой эффективности освещения.
Первые светодиодные фары на рынке также показывают возрастание роли элементов дизайна. К примеру, в 2008 году светодиодная фара впервые получила всемирно известную награду за дизайн.
Около 75% всего пробега автомобилей приходится на дневные часы. Поэтому большое значение придается также потреблению энергии фарами в дневное время. Типичная светодиодная фара в качестве дневных ходовых огней потребляет 14 Вт (0,36 г С02/км). На использование обычных фар днем затрачивается до 300 Вт (7,86 г С02/км) (фары ближнего света, задние фонари, габаритные огни, пампы подсветки номерного знака, подсветка кнопок и приборов).
Противотуманные фары
Противотуманные фары (белый свет) предназначены для улучшения освещения проезжей пасти дороги во время тумана, снегопада, сильного дождя и большой запыленности воздуха. Для этой цели создается световой луч с особенно большим боковым рассеиванием. Он обеспечивает особенно хорошее освещение той стороны дороги, которая находится ближе к автомобилю. Достигаемый Уровень яркости близких объектов значительно выше. В отличие от обычно темной поверхности дороги далеко впереди автомобиля, этот высокий уровень яркости помогает водителям лучше сориентироваться, несмотря на плохие погодные условия.
Конструкция противотуманных фар
Противотуманные фары представляют собой отдельные световые приборы в собственном корпусе. Такие фары устанавливаются на бампере или подвешиваются под ним (рис. «Противотуманная фара (вертикальный монтаж» ). Стилистические и аэродинамические аспекты привели к распространению встроенных противотуманных фар, предназначенных либо для установки в отверстия в кузове, либо входящих в состав более крупного узла освещения (с регулируемыми отражателями при комбинировании противотуманных фар с основными).
Современные противотуманные фары дают белый свет. Пока не имеется существенных доказательств того, что лампы желтого цвета обеспечивают какое-либо преимущество с точки зрения физиологии восприятия. Эффективность противотуманной фары зависит от размера зоны освещения и фокусного расстояния отражателя. При тех же зонах освещения и фокусном расстоянии, с точки зрения техники освещения, разности в показателях круглых и прямоугольных противотуманных фар нет.
Конструкция противотуманных фар регламентируется правилами ЕСЕ R19, монтаж — ЕСЕ R48 и StVZO (Правила регистрации транспортных средств) ст. 52 в Германии. Допускается наличие двух противотуманных фар белого или желтого света. Цепь управления для включения противотуманных фар должна быть независимой от цепи, используемой для дальнего и ближнего света фар. В Германии Правила регистрации транспортных средств разрешают установку противотуманных фар в местах, расположенных более чем в 400 мм от крайней точки по ширине автомобиля, при этом они должны быть подключены таким образом, чтобы их можно было включать только при включенном ближнем свете (рис. «Расположение противотуманной фары» ).
Параболоид с рассеивателем
Отличительной чертой параболического отражателя является источник света, расположенный в фокальной точке, благодаря чему отражатель направляет свет вдоль центральной оси (как и у фар дальнего света) (рис. «Противотуманная фара (вертикальный монтаж» ). Рассеиватель расширяет этот пучок света, формируя горизонтальную полосу, в то время как специальный экран предотвращает проецирование луча по направлению вверх.
Технология создания отражателя произвольной формы
Для проектирования форм отражателей можно использовать такие методы вычислений, как CAL (компьютерное управление освещением) таким образом, чтобы отражатели рассеивали свет непосредственно (т.е. без оптического оконтуривания) и создавали резкую светотеневую границу (без отдельного затенения). Поскольку отражатель противотуманной фары конструктивно охватывает лампу, можно получать чрезвычайно высокий световой поток вместе с максимальной шириной рассеивания света (рис. «Противотуманная фарв с отражателем произвольной формы (горизонтальное сечение)» ).
Противотуманные фары PES
Эта технология сводит к минимуму отраженные блики в тумане. Экран, изображение которого проецируется на дорожное покрытие посредством линзы, обеспечивает светотеневую границу с минимальным рассеиванием света вверх.
Технико-функциональная важность противотуманных фар немного отошла на задний план с появлением мощных галогенных, ксеноновых ламп и систем AFS. Акцент все еще делается на улучшение освещения в ситуациях с неблагоприятными погодными условиями. Эту проблему можно решить с помощью раздельных противотуманных фар, используемых ныне (согласно ЕСЕ R19), систем AFS для плохой погоды (согласно ЕСЕ R123) или сочетания этих двух функций.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: