Освітлювальні прилади
Велику частину інформації про дорожню обстановку, стану автомобіля, як під час руху, так і на стоянці водій отримує за допомогою зору. Видимість на дорозі погіршується з настанням сутінків, випаданням опадів, появою туману, дощу та снігопаду.
Для забезпечення безпечного та комфортного управління рухом автомобіля в умовах недостатньої видимості служить система освітлення, в яку входять головні фари (блок-фари), задні ліхтарі, ліхтарі освітлення заднього номерного знака, ліхтарі освітлення салону, багажного відділення, моторного відсіку і речового ящика.
Класифікація систем освітлення
Сучасні системи освітлення можна розділяти за такими ознаками:
- за призначенням - ближнього і дальнього світла, протитуманні, ходові, передні і задні;
- по розташуванню - на прилади зовнішнього освітлення (фари, ліхтарі, розташовані поза кузова автомобіля) та внутрішнього освітлення (лампи і ліхтарі для освітлення всередині кузова);
- за типами світлорозподілу - на європейську та американську;
- за способом реалізації системи світлорозподілу - на дво- і четирехфарную систему;
- за формою оптичних елементів - на круглі, прямокутні і складної форми (гомофокальние, еліпсоїдні і т. п.);
- за типом джерел світла - на використовують лампи розжарювання, галогенні, ксенонові (газорозрядні) і світлодіодні (матричні або LED) лампи, лазерний промінь;
- за конструктивними ознаками - на окремі оптичні прилади та прилади, об'єднані в блоки.
Фари ближнього світла призначені для забезпечення водіям видимості в звичайних світлових і погодних умовах.
Фари дальнього світла забезпечують огляд дороги на великій відстані (до 100 м і більше) в темний час доби. Однак висока яскравість світла цих фар може стати джерелом небезпеки для водіїв зустрічних машин - засліплені, вони втрачають видимість і можливість керування автомобілем під час руху, тому дальнє світло рекомендується використовувати на трасах за межами великих населених пунктів.
Систему перемикання між ближнім і дальнім світлом запропонували і впровадили в 1915 році фахівці компанії Guide Lamp Company. На перших автомобілях, оснащених двома типами фар, для того щоб переключити режим доводилося зупинятися, оскільки перемикачі перебували безпосередньо поруч з фарами. В салон авто важіль перемикання світла був перенесений в 1917 році компанією Cadillac (Кадиллак), але спочатку він був ножним.
Протитуманні фари можуть використовуватися на будь-якому сучасному автомобілі при їзді в поганих погодних умовах: туману, дощу, снігових опадах. Їх конструктивна особливість полягає в напрямку світлового променя вниз, на полотно дороги.
Ходові (денні) вогні - це зовнішні світлові прилади, які застосовуються для поліпшення видимості в світлий час доби в якості більш економічною заміни ближнього світла. Їх застосування пов'язано, в основному, з вимогою включати на рухомому автомобілі ближнє світло фар.
Європейська та американська системи освітлення різні як за структурою створюваного світлового пучка (нормам на светораспределение), так і за принципами його формування. Ця різниця зумовлена, головним чином, особливостями організації дорожнього руху та якістю доріг.
Американська і європейська система освітлення
Американська система освітлення є розміщення в фокальній площині параболоидного відбивача джерела дальнього світла (нитка лампи розжарювання, ксеноновая дуга і т. П.). Джерело ближнього світла розташовується трохи вище горизонтальної площини, що проходить через оптичну вісь відбивача, і зміщений в ліву сторону від неї. Завдяки цьому вісь світлового потоку ближнього світла нахилена вниз і зміщена в бік до правого узбіччя дороги; светораспределение симетрично, як показано на рис. 1.
Основною конструктивною особливістю цієї системи освітлення є використання при формуванні світлового пучка як ближнього, так і дальнього світла всієї робочої поверхні відбивача.
Американська система освітлення, як і європейська, допускає двухфарное і четирехфарное виконання.
Система освітлення, звана європейської, конструктивно виконана інакше, ніж американська. Тут джерело дальнього світла має підковоподібна форму у звичайних лам накалювання (типу А12-45 40) і циліндричну - у галогенних (ламп типу Н4), і зорієнтована вздовж оптичної осі відбивача.
Отримання ближнього світла фар досягається розміщенням вище джерела дальнього світла металевого щитка, що направляє пучок світла вниз і вліво. У європейській системі освітлення в режимі ближнього світла використовується тільки частина робочої поверхні відбивача.
У США і Канаді відсутній єдиний порядок сертифікації приладів освітлення. Кожен виробник лише гарантує відповідність своїх фар федеральному стандарту з безпеки руху транспортних засобів (FMVSS), а підтверджувати це доводиться, наприклад, в разі аварії з вини світлових приладів. Передбачається, що офіційно імпортовані з США автомобілі проходять перевірку на відповідність європейським нормам.
«Американські» фари маркуються абревіатурою DOT (Department Of Transport - Міністерство транспорту), а «європейські» - буквою «Е» в кружечку з цифрою-кодом країни, де фара схвалена для використання (Е1 - Німеччина, Е2 - Франція, і т. д.).
Четирехфарная система освітлення
Необхідність поєднання в одному оптичному елементі двох режимів роботи призводить до погіршення характеристик як далекого, так і ближнього світла. Тому, незважаючи на ряд переваг двухфарной системи: відносно невелика споживана потужність, малий обсяг при монтажі на автомобілі, низька собівартість і технологічність, в США в 60-ті роки набула поширення четирехфарная система освітлення, в основі якої лежить ідея розподілу функції освітлення за двома типами фар.
Четирехфарная система освітлення складається з чотирьох фар діаметром 130 мм. які можуть бути встановлені як горизонтально, так і вертикально. Зовнішні і верхні фари завжди є дворежимними. Внутрішні і нижні фари забезпечують тільки дальнє світло. При включенні дальнього світла працюють всі чотири фари, внутрішні фари створюють при цьому спрямований чіткий світловий пучок прожекторні.
Блок фари з вбудованими покажчиками повороту набули широкого поширення в 80-і роки завдяки деякого зниження собівартості комплекту світлових приладів і більш органічному естетичному оформленню передньої частини автомобіля.
Блок-фари, що застосовуються на сучасних автомобілях, зазвичай об'єднують прилади освітлення і світлової сигналізації, до яких відносяться фари ближнього і дальнього світла, покажчики поворотів і габаритні ліхтарі.
Гомофокальние і еліпсоїдні відбивачі фар
Постійно збільшується дефіцит пального визначив тенденцію до зниження коефіцієнта аеродинамічного опору повітряному потоку при русі автомобіля, для чого необхідно забезпечити вузький профіль передньої частини автомобіля і, отже, обмежити висоту фари до мінімуму.
Ці вимоги практично повністю виключають використання в конструкціях фар традиційні світлооптичних схеми, так як для збереження необхідного світлового потоку в цьому випадку потрібно значне збільшення глибини відбивача, що викликає технологічні труднощі.
Крім того, традиційні світлооптичних схеми, де функція перерозподілу світлового потоку виконується розсіювачем з глибокими призмами, не допускає його нахилу у вертикальній площині на кут, більше ніж на 25 градусів.
Фірмою «Лукас» (Великобританія) була запропонована конструкція фари, в якій відбивач виконаний у вигляді об'єднання декількох (двох-трьох) усічених параболоїдних елементів з різною фокусною відстанню 20 і 40 мм при суміщених положеннях фокусів. Принцип об'єднання разнофокусних відбивачів називається гомофокальним. Він дозволяє підібрати і скомпонувати відбивач з окремих секторів разнофоркусних відбивачів таким чином, щоб забезпечити формування заданого светораспределения режимів ближнього і дальнього світла з допомогою відбивача. Реалізація даної світлооптичної схеми дозволила сконструювати фару, що повністю задовольняє сучасним аеродинамічним вимогам.
Еліпсоїдні фари головного світла, запропоновані фірмою «Хелла» (Німеччина), представляють інший напрямок розвитку конструкції фар. Їх характерною особливістю є більш повне використання світлового потоку лампи при ближньому світлі. Конструкція такої фари містить еліпсоїдний відбивач, в один з фокусів якого встановлено джерело світла. Весь світловий потік, відбитий таким відбивачем, концентрується в його другому фокусі, де в режимі ближнього світла частково екранується, що дозволяє створити чітку светотеневую кордон. Потім пучок коригується за допомогою досить простий лінзи.
Для отримання необхідних значень світлотехнічних характеристик відбивач постачають елементами з параболоїдних поверхнями, сполученими з еліпсоїдом, і заломлюючими світловий потік за допомогою концентричних призматичних елементів. До основних недоліків цієї системи слід віднести технологічні труднощі, високу вартість, а також обмеження у використанні - тільки в четирехфарной системі освітлення.
Шляхи вдосконалення світлооптичних схем і оптичних елементів цим не вичерпуються. Тривають роботи по використанню систем поляризованого світла, волоконної оптики, за допомогою комп'ютерного моделювання розробляються конструкції фар і форми відбивачів з найбільш раціональним світлорозподілом.
В сучасних фарах можуть застосовуватися пристрої, автоматично ослабляють сліпучі дію фар при зустрічному роз'їзді автомобілів і змінюють напрямок світлового потоку при повороті автомобіля. Для управління освітлювальними і світлосигнальними приладами широко використовується електроніка.