Светораспределение световых приборов головного освещения

3.1.1 Фары головного освещения

В темное время суток при высоких скоростях движения необходимо освещать дорогу и обочину перед автомобилем на расстоянии 50 –250 м. Это позволяет водителю своевременно оценивать дорожную обстановку и избегать столкновений с препятствиями. Для освещения дороги на автомобили и другие транспортные средства устанавливают фары и прожекторы. Распределение света фары на дороге зависит от конструкции оптического элемента и установленной в нем лампы.

Световой пучок фары может быть сформирован прожекторным или проекторным методом. Наиболее распространенный прожекторный метод обеспечивает концентрацию светового потока источника тока отражателем и его перераспределение в соответствии с заданным режимом освещения рассеивателем. Для концентрации светового пучка при таком методе формирования используется параболоидный отражатель с круглым или прямоугольным (усеченным) отверстием.

В качестве преломляющих элементов используются цилиндрические, сферические и эллипсоидные линзы, призмы и линзы-призмы. В зависимости от преломляющей структуры рассеивателя добиваются как изменения формы светового пучка, так и силы света в различных направлениях светораспределения. Формирование необходимой структуры светового пучка обеспечивается также изменением положения тела накала относительно фокальной точки отражателя.

Отраженные от параболоида лучи идут узким пучком параллельно оптической оси, если в фокусе F (см. рисунок 3.1) отражателя помещен точечный источник света. Нить накала лампы имеет конечные размеры. Технологически невозможно обеспечить точную геометрическую форму параболоида отражателя и у него вместо фокуса имеет место фокальная область. Поэтому в фарах отраженные лучи представляют собой слабо расходящийся пучок света.

Световой поток источника света распространяется в пределах телесного угла 4π. На отражатель падает световой поток, расходящийся в телесном угле ω 1. которому соответствует плоский угол охвата 2j. После отражения этот поток собирается в малом телесном угле ω 2, при сечении которого меридиональной плоскостью получают плоский угол излучения 2γ. Даже при некотором уменьшении отраженного светового потока из-за потерь на поглощение света концентрация пучка отраженных лучей в малом телесном угле ω 2 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 значительно больших расстояниях. Так, лампа силой света свыше 50 кд без отражателя дает освещенность в 1 лк на расстоянии около 7 м. При наличии отражателя сила света в центре светового отверстия фары возрастает до 10000 –40000 кд и освещенность в 1 лк достигается на расстоянии равном 100–200 м.Светотехнические параметры ламп накаливания приведены в таблице 3.1.

а – распределение светового потока при расположении тела накала в фокусе;

б – мелкая фара; в – глубокая фара

Рисунок 3.1– Параметры параболоидного отражения

Таблица 3.1–Электрические и светотехнические параметры автомобильных ламп накаливания

В фарах с европейской системой светораспределения нить ближнего света цилиндрической формы выдвинута вперед по отношению к нити дальнего света и расположена чуть выше и параллельно оптической оси. Лучи от нити ближнего света, попадающие на верхнюю половину отражателя, отражаются вниз и освещают близлежащие участки дороги перед автомобилем. Непрозрачный экран, расположенный под нитью ближнего света, исключает попадание световых лучей на нижнюю половину отражателя, поэтому глаза водителя встречного транспортного средства находятся в теневой зоне. Одна сторона экрана отогнута вниз на угол 15°, что позволяет увеличить площадь активной поверхности левой половины отражателя и освещенность правой обочины и правой полосы движения автомобиля (см. рисунок 3.2).

а – дальний свет; б – ближний свет; 1 – с обычной лампой накаливания категории R2; 2 – с галогенной лампой категории Н4; I – осевая линия дороги

Рисунок 3.2 – Схемы световых пятен на дорожном покрытии при освещении фарой с европейской системой светораспределения.

Световой пучок фар с европейской системой светораспределения при их работе в режиме ближнего света имеет четко выраженную светотеневую границу (см.рисунок 3.3), что обеспечивает четкое разделение на освещенную зону и зону неслепящего действия. Фары европейской системы, предназначенные для правостороннего движения, при освещении ближним светом вертикального экрана должны создавать на нем светотеневую границу, имеющую с левой стороны горизонтальный участок, а с правой участок, направленный под углом 15° к горизонтали.

Рассеиватель фары европейской системы меньше влияет на организацию светораспределения по сравнению с фарой американской системы. Большая часть нижней половины рассеивателя при ближнем свете не используется и рассчитана на распределение дальнего света, что улучшает характеристики фары в режиме дальнего света.

а – дальний свет;

б – ближний свет

Рисунок 3.3 – Светораспределение фар европейской системы

Распределение ближнего света фар европейской системы регламентируется освещенностью в контрольных точках и зонах специального экрана (см.рисунок 3.4, а). Экран предназначен для лабораторной проверки фар на соответствие их светораспределения европейским нормам и представляет собой имитацию перспективы двухполосной автомобильной дороги. ГОСТ 3544-75* устанавливает минимально и максимально допустимую освещенность для контрольных точек и зон экрана при проверке фар с лампой R2 (таблица 3.2).

а – разметка экрана для проверки ближнего света; б – контрольные точки экрана для проверки дальнего света; I – IV, – зоны экрана

Рисунок 3.4 – Экраны проверки фар

Таблица 3.2 – Допустимая освещенность для контрольных точек и зон экрана

Вертикальная линия VV на экране соответствует оси, а линии OG и OG* краям правой полосы дороги, по которой движется автомобиль. Фактически линия OG* является осью дорожного полотна. Линия ОЕ приблизительно соответствует траектории глаз водителя встречного автомобиля. Линии OF и OF* являются соответственно внешним краем и осевой линией левой полосы дороги. Контрольная точка B50L находится на уровне глаз водителя встречного автомобиля, когда расстояние между автомобилями равно 50 м. Точки 50R и 75R характеризуют освещенность правого края правой полосы дороги соответственно на расстояниях около 50 и 75 м.

Опасная в отношении ослепления зона III расположена выше светотеневой границы HOD. Для нее установлен очень низкий уровень допустимой освещенности. Для зоны IV, отражающей видимость дорожного полотна, установлена минимальная освещенность. В зоне II освещенность должна быть наивысшей. Зона I соответствует участку дороги на расстоянии до 25 м перед автомобилем. Чтобы избежать излишней яркости ближнего к автомобилю участка дороги и чрезмерного контраста с более удаленными участками, для зоны I нормируют максимально допустимый уровень освещенности. Для оптических элементов с галогенными лампами введены дополнительные контрольные точки экрана B75L, 50L и 50V. Нормы освещенности экрана в контрольных точках и зонах экрана для фар с галогенными лампами выше.

Фару, подвергаемую контрольной проверке, располагают на расстоянии 25 м от вертикального экрана. Фара должна быть установлена таким образом, чтобы левая горизонтальная часть светотеневой границы на экране находилась на расстоянии 250 мм ниже горизонтальной плоскости, проходящей через фокус отражателя фары (на 250 мм ниже нормали НН экрана). Направление лучей фары регулируется поворотом ее в вертикальной и горизонтальной плоскостях до тех пор, пока левая горизонтальная часть светотеневой границы не совпадет с нормалью НИ экрана, а точка перелома этой границы с точкой О. Правая наклонная часть светотеневой границы должна совпадать с линией OD, проведенной из точки О под углом 15° к нормали НН экрана.

Освещенность измеряют люксметром, состоящим из измерителя и отдельного фотоэлемента с насадками, помещая его в контрольных точках и зонах экрана. Измерение можно проводить, оставляя фотоэлемент неподвижным в точке О и поворачивая фару в горизонтальной и вертикальной плоскостях на углы, соответствующие координатам контрольных точек.

Для проверки светораспределения дальнего света фар измеряют освещенность в пяти точках экрана (см.рисунок 3.4, б), расположенных на нормали НН, соответствующей горизонтальной плоскости, проходящей через фокус фары. Дальний свет контролируют после проверки ближнего света, оставляя фары в том же положении, что и при проварке ближнего света.

Круглые фары. Наибольшее распространение в нашей стране получили круглые фары ФГ140 с европейской системой светораспределения (см.рисунок 3.5).

1 – внутренний ободок; 2 – лампа; 3 – регулировочный винт; 4 – опорное кольцо; 5 – корпус;

6 – цоколь; 7 – соединительная колодка; 8 – провода; 9 – держатель проводов; 10 – отражатель; 11 – рассеиватель; 12 – экран; 13 – держатель экрана; 14 – винт крепления ободка

Рисунок3. 5 – Автомобильная фара АГ 140

На ребра внутренней части корпуса 5 установлено опорное кольцо 4 оптического элемента. Кольцо прижимается к корпусу пружиной. По периферии опорного кольца предусмотрены пазы, в которые входят головки регулировочных винтов 3. Винты вворачивают в гайки, закрепленные на корпусе, обеспечивая необходимую регулировку направления светового пучка фары в горизонтальной и вертикальной плоскостях в пределах угла ±4°30'.

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 света; 12 – уплотнительная прокладка; 13 – пружинная защелка; 14 - ободок

Рисунок 3.6 – Прямоугольная фара

Прямоугольные фары имеют параболоидный отражатель, ограниченный снизу и сверху горизонтальными плоскостями. Благодаря увеличению ширины светового отверстия в горизонтальной плоскости обеспечивается лучшее освещение дороги на большом расстоянии.

Рассеиватель 8 (см. рисунок 3.6) прямоугольной фары соединяют по фланцу со штампованным корпусом 6 с помощью прокладки 12 или самотвердеющей поливинилхлоридной массы (неразъемное соединение). Корпус 6 крепится к пластмассовому кожуху 4 винтами. Винты 9 с пластмассовыми гайками 10 обеспечивают регулировку направления светового пучка фары на автомобиле. В отражателе 5 с помощью пластины 3 закреплена фланцевая двухнитевая лампа 7 типа А 12-45+40. В верхней части пластины 3 расположена пружинная защелка 13, которая прижимает фланец цоколя лампы. На штекеры лампы надевается соединительная колодка 2 проводов.

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

Достигнуть требуемых светотехнических характеристик при приемлемых соотношениях ширины, высоты и глубины фары позволяет принцип гомофокальности, т. е. объединения нескольких усеченных параболоидных элементов с различным фокусным расстоянием ( например 20 и 40 мм) при совмещенных положениях их фокусов. Необходимый эффект достигается благодаря тому, что излучение от расфокусированного источника тела накала при ближнем свете происходит у различных участков отражателя по-разному. Это зависит от их фокусного расстояния (см. рисунок 3.7).

a – f = 20 мм; б – f = 40 мм

Рисунок 3.7– Отражение света отражателями с различными фокусными расстояниями

Рисунок 3.8– Конструктивная схема гомофокального отражателя двухрежимной фары

1 – корпус; 2 – отражатель; 3 – рассеиватель

Рисунок 3.9 – Элементы гомофокальной фары

Гомофокальный отражатель (см.рисунки 3.8, 3.9) состоят из отдельных секторов разнофокусных отражателей таким образом, чтобы обеспечить формирование светораспределения дальнего и ближнего света при оптимальных размерах и оптимальной преломляющей структуре рассеивателя. Требуемое светораспределение в режимах как ближнего, так и дальнего света практически обеспечивается только отражателем.

Бифокальные фары. В четырехфарных системах с раздельными режимами освещения используются фары с бифокальным отражателем (см.рисунок 3.10) 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. Разметка экрана для регулирования фар и световые отображения интенсивности светового потока представлены на рисунке 3.11.

а – конструктивная схема; б – зона светораспределения;

1, 2 – соответственно верхняя и нижняя части отражателя;

А, В – зоны светораспределения, образованные соответственно

Рисунок 3.10 – Бифокальный отражатель фары ближнего света

а – двухфарная система с европейским асимметричным светом;

б – четырехфарная система; в – противотуманные фары;

1 – левая фара; 2 – правая фара

Рисунок 3.11 – Разметка экрана для регулировки фар

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒