Призначення системи освітлення та сигналізації - забезпечити необхідну освітленість дороги в будь-який час доби, подачу чітких сигналів про маневри автомобіля. Норми на світлотехнічні характеристики приладів системи освітлення та сигналізації повністю визначаються вимогами безпеки руху.
Всі світлові прилади перетворять електричну енергію в променисту. У світлотехніці використовують поняття «променистий потік», який характеризує енергію випромінювання в одиницю часу - потужність променевої енергії. Так як очей людини сприймає не весь спектр променевої енергії, то вводять поняття «світловий потік», який оцінює світлове відчуття, сприймається людиною. Світловий потік F - це потужність променевої енергії, що відчувається людиною через зір. Так як він розподіляється в просторі нерівномірно, то використовують такий параметр, як сила світла I - світловий потік, укладений в одиниці тілесного кута # 969 ;: I = F / # 969 ;. Одиниця виміру сили світла - Канделла (кд).
Умови освітлення оцінюють освітленістю Е - світловим потоком, припадає на одиницю площі поверхні s: Е = F / s = I # 903; cos # 945; / r 2 (тут # 945; - кут падіння світла; r відстань від джерела світла до поверхні). Одиниця виміру освітленості - люкс (лк).
Вимоги до системи освітлення та сигналізації досить складні і суперечливі. Вона повинна забезпечити максимальний ККД джерела світла, певні розподіл світлового потоку в просторі і освітленість дороги, необхідну дальність видимості предметів, виключення засліплення зустрічних водіїв, комфортність сприйняття і точність інформації про маневри автомобіля; не збільшувати аеродинамічний опір автомобіля.
Складність виконання цих вимог полягає в тому, що при малій потужності джерел світла (максимально 90 Вт) з низькою світловою віддачею (менше 13,5 лм з 1 Вт) потрібно отримати силу світла до 150000 кд, сконцентрувати світловий потік і нерівномірно його розподілити.
Система освітлення складається з фар головного світла і протитуманних фар. Можливо також наявність фар заднього світла. Мінімальний комплект системи сигналізації включає габаритні вогні, сигнали гальмування, покажчики повороту, бортові повторювачі сигналів повороту, световозвращатели, ліхтар освітлення номерного знака.
Система освітлення. Принципи формування светораспределения. Світлові прилади складаються з оптичного елемента, корпусу і елементів електричного кола. Під оптичним елементом розуміють сукупність лампи, відбивача і розсіювача. Концентрацію світлового потоку забезпечує параболоїда відбивач (рис. 15). При приміщенні в його фокусі точкового джерела світла промені, відбиваючись від параболоїдних поверхні, утворюють пучок, паралельний осі відбивача (штрихові лінії). При реальному джерелі світла промені будуть відображатися і розсіюватися в межах малого кута 2 # 945; (Суцільні лінії). На відбивач потрапляє не весь світловий потік, а тільки його частину Ф = Iср # 969; 1 (тут Iср - середнє значення сили світла джерела випромінювання; # 969; 1 - тілесний кут). Чим більше тілесний кут, або кут охоплення 2 # 966 ;, тим вище ступінь використання світлового потоку.
У сучасних конструкціях фар кут охоплення 2 # 966 ;, як правило, не перевищує 240 °, що відповідає використанню 75% світлового потоку джерела випромінювання.
Мал. 15. Розподіл світлового потоку (а) і кут охоплення відбивача (б):
2 # 945; - кут розсіювання світла; 2 # 966; - кут охоплення відбивача: f - фокусна відстань
Рассеиватель (скло оптичного елемента) формує остаточне светораспределение. На внутрішньої його поверхні виконані преломляющие елементи: циліндричні, сферичні лінзи, призми і лінзопрізми, за допомогою яких в певних напрямках фокусуються пучки світла або розсіюються. Рассеиватель також захищає оптичний елемент і відбивач від різних зовнішніх впливів (пилу, бруду, опадів і т.п.), які можуть порушити його функції.
Класифікація систем освітлення. за типом світлорозподілу - європейська та американська; способу виконання светораспределения - дво- і четирехфарние, гомофокальние; формі оптичних елементів - з круглими і прямокутними фарами. Фари головного світла позначають буквами R (дальнього світла), С (ближнього) і CR (далекого і ближнього світла).
У режимі дальнього світла дальність виявлення перешкоди повинна бути достатньою для зупинки автомобіля. Для цього освітленість предмета повинна бути не менше 2 лк. Так як шлях для зупинки автомобіля пропорційний квадрату швидкості руху, а необхідна сила світла пропорційна квадрату відстані, то необхідна сила світла фар буде пропорційна швидкості в четвертого ступеня. У режимі ближнього світла необхідно забезпечити безпечний рух зустрічних автомобілів. Адаптація водіїв після осліплення дальнім світлом досягає декількох секунд, що може привести до аварії. Ближнє світло забезпечує освітлення на невеликій ділянці дороги, пучок світла зрушать вправо, що виключає осліплення.
Європейська та американська системи освітлення визначають умови освітлення в режимі ближнього світла. Вони різні за структурою світового пучка і способу його організації. У нашій країні прийнята європейська система. Світлотехнічні норми для фар цієї системи регламентовані Правилами № 1 ЄЕК ООН для звичайних ламп та № 20 для галогенних і ГОСТ 3544-75.
У фарі типу CR застосована двухнітевая лампа. Нитка дальнього світла розташована по оптичної осі в фокусі відбивача. Світловий пучок концентрується з відхиленнями ± 1,5 ° в горизонтальній площині і ± 0,75 ° у вертикальній. Нитка ближнього світла знаходиться попереду вище осі. Під нею встановлений екран зі зрізаним лівим краєм під кутом 15 °, який перекриває нижню частину відбивача. Тому відбитий пучок світла при даному режимі спрямований вниз і трохи вправо. Екран перекриває пряме випромінювання.
Головні фари. Багато років заводи випускали круглі фари з оптичним елементом діаметром 178 мм (для двухфарной системи) і 146 мм (для четирехфарной). Оптичний елемент такої фари виконаний у вигляді склеєних між собою скляного розсіювача і металевого відбивача, в якому встановлений на фланці з пружинними затискачами джерело світла - лампа. Харчування до неї підводиться через патрон. Попереду лампи встановлений екран круглої форми з тонкої металевої стрічки. Він перекриває прямі промені від лампи. Тримач встановлений в корпусі фари рухомо, що дозволяє гвинтами регулювати його положення в двох площинах: вертикальній і горизонтальній. Корпус металевий з фланцем для стиснуті його до краю оптичного елемента. У задній частині корпусу є отвір для проводів харчування зі штекернимі роз'ємами.
У фарі прямокутної форми зменшений вертикальний розмір. Завдяки цьому знижений коефіцієнт аеродинамічного опору автомобіля і підвищена його паливна економічність. Відбивач такої фари являє собою усічений параболоїд і має діаметр до 250 мм. Він дає можливість збільшити зону освітленості в горизонтальному напрямку і поліпшити освітлення в режимі ближнього світла. Рассеиватель поміщений в корпус і закріплений гвинтами або приклеєний. Відбивач встановлений на трьох кульових шарнірах, завдяки чому його можна повертати за допомогою гвинта в горизонтальній площині. Положення відбивача у вертикальній площині регулюють двома гвинтами, привід яких може бути виведений в кабіну водія для подрегуліровкі (наприклад, при зміні розваговки автомобіля).
До недоліків прямокутних фар (в порівнянні з круглими) можна віднести більш високу трудомісткість у виготовленні і необхідність більшого простору в підкапотному обсязі. Прямокутні фари часто виконують у вигляді нероз'ємних блок-фар. Їх розсіювач і відбивач виготовлені зі скла. При виготовленні відбивач алюмінійовані, всередині змонтована система ниток напруження, після чого з нього відкачано повітря і колба заварена.
Гомофокальние фари. Тенденція зниження коефіцієнта аеродинамічного опору автомобіля зумовила вимога зниження висоти фари до 60 мм. Оскільки в традиційних фарах цього досягти неможливо, то створені фари з оптичним елементом у вигляді компонування двох-трьох усічених параболоїдів з різною фокусною відстанню (20 і 40 мм). Вони дозволяють так підібрати і скомпонувати відбивач, щоб забезпечити заданий розподіл світла при ближньому і далекому режимі. Габаритні розміри цих фар повністю задовольняють вимогам аеродинаміки автомобіля. Однак вартість гомофокальних фар ще дуже висока, так як потрібна нова технологія їх виготовлення.
Протитуманні фари . Використання звичайних фар в умовах туману, снігопаду і зливових дощів погіршує видимість, так як при розсіюванні світла на частинках води виникає світлове пляма, розмиває контрастність сприйняття. Низьке розташування протитуманних фар різко обмежує світловий потік вище горизонтальної площини, що проходить через оптичну вісь фар. Характеристики цих фар визначені Правилом № 19 ЄЕК ООН. Відбивач противотуманной фари виконаний параболоїдних. Джерелом світла найчастіше є галогенні лампи. Рассеиватель має на зовнішній поверхні елементи у вигляді усічених прямолінійних циліндричних лінз, які дають широкий діапазон розсіювання. Рассеиватель часто виготовляють зі скла жовтого кольору, хоча спектр випромінювання фар практично не впливає на умови видимості в тумані. Перед лампою встановлений екран для прямих променів, які в тумані створюють вуалюється пелену і різко знижують дальність видимості. Корпус фари металевий, а кріплення його на машині допускає регулювання напрямку світлового потоку.
Активні світлосигнальні прилади (мають своє джерело світла) можуть бути нічного (габаритні вогні і т. П.) І цілодобового (сигнали гальмування, покажчики повороту і аварійні) дії. Для забезпечення видимості приладів нічного дії достатня невелика сила світла 2. 12 кд; для приладів цілодобового дії, видимість яких повинна бути забезпечена навіть в сонячний день, необхідна сила світла 200. 700кд. Для приладів кожного виду існують вимоги їх сили світла, розміщення на автомобілі, кутів видимості, кольоровості сигналу.
Для передніх вогнів прийнятий білий колір, для задніх - червоний. До переваг червоного кольору відносяться збереження відчуття кольору людиною майже до нульової інтенсивності, хороша проникність крізь дощ, туман і серпанок, контрастність на тлі інших вогнів і ін. Для миготливих вогнів правилами ЄЕК ООН допускається помаранчевий колір. У оперативних машин застосовується миготливий сигнал синього кольору.
Габаритні вогні максимально розставляють по краях автомобіля. Потужність їх джерела світла до 5 Вт. Сила світла під кутами ± 20 ° по горизонталі і ± 10 ° по вертикалі повинна бути 4. 6кд у передніх вогнів і 2. 12 кд у задніх.
Сигнали гальмування призначені для попередження учасників руху про уповільнення ходу або зупинці автомобіля. Вони відносяться до сигналів цілодобового дії, повинні бути добре видимі вдень і не засліплювати учасників руху вночі. Потужність їх джерела світла 21 Вт. Осьова сила світла (по осі руху автомобіля) повинна бути від 40 до 100 кд. У сучасних моделях автомобілів застосовують дворежимні прилади: денний режим - сила світла 130. 520 кд, нічний - 30. 80 кд. Низьке розташування приладів часто призводить до того, що в інтенсивних транспортних потоках водії другого, третього і наступних автомобілів не отримують інформацію про маневр, що може привести до аварії. Тому у верхній частині салону біля заднього скла стали додатково встановлювати сигнальні вогні.
Сигнали повороту та бічні повторювачі працюють в проблисковими режимі. Мінімальна частота проблисків повинна бути не менше 1 Гц (60 спалахів в хвилину) і не більше 2 Гц, так як в цьому випадку вони можуть сприйматися як злиті. Шпаруватість проблисків (співвідношення сигналу і паузи) повинна бути 0,4. 0,7. У передніх і задніх ліхтарях потужність ламп становить 21 Вт, в бічних повторителях - 3 Вт.
Світлосигнальні прилади зазвичай об'єднують в один блок. Передні прилади можуть бути суміщені з фарою. Кожен сигнал має свою секцію, що включає розсіювач і відбивач, який є частиною корпусу.
Световозвращатели позначають габарити автомобіля, що стоїть з погашенням вогнями в нічний час. Вони відбивають падаюче на них з відхиленнями до ± 20 ° від осі світло зовнішнього джерела (від іншого автомобіля). Найбільш ефективний кубічний світлоповертач. Скло його розсіювача складається з тригранних призм, які мають високий зворотним відбиваючим ефектом.
Джерела світла. Лампи розжарювання мають тіло розжарювання (одне або два), поміщене в скляну колбу на електродах, з'єднаних з цоколем. Внутрішня порожнина колби заповнена інертним газом або сумішшю газів, що зменшують випаровування матеріалу тіла розжарювання. Тіло розжарювання виконують з вольфраму, який має температуру плавлення 3390 ° С, з присадками оксиду кремнію, оксиду алюмінію та ін. Вольфрамової дроту звивають в спіраль або біспіралью. Форму і монтаж ниток виконують з високою точністю (особливо для фар). Основні електричні параметри ламп: номінальна напруга (6, 12, 24 В) і потужність (у ватах). Світлові параметри: номінальний світловий потік (в люменах) і максимальна сила світла (в канделах). Відповідно до міжнародних правил у фарах типу CR використовують лампу з ниткою підковоподібної форми для дальнього світла і циліндричної форми для ближнього. В марці лампи вказують тип лампи (А - автомобільна), номінальну напругу (перша цифра) і потужність (інші цифри). Наприклад, А12 45 + 40 означає наступне: номінальну напругу 12 В, дві нитки - 45 Вт далекого і 40 Вт ближнього світла.
Галогенні лампи. Для зниження осадження на колбі часток випаровується вольфраму до складу газів вводять галогени (особливо ефективні сполуки брому), за допомогою яких встановлюється цикл повернення вольфраму назад на нитку. Наявність поворотного циклу дозволяє підняти робочу температуру нитки до 3000. 3200 ° С і підвищити її світлову віддачу в 1,5 рази в порівнянні зі звичайними лампами. Але для роботи галогенною лампи температура колби повинна бути близько 600. 700 ° С, тому колбу виготовляють з кварцового скла, а спіраль виконують циліндричної форми. Правило № 37 ЄЕК ООН визначає маркування однониткових ламп HI, Н2, НЗ, двохниткових Н4. Вітчизняні галогенні лампи маркують АКГ (автомобільна кварцова галогенна).
Повернутися в зміст: