Главная | Обратная связь

Светораспределение в фаре.

 

Автомобильные фары должны удовлетворять двум требованиям: хорошо освещать дорогу перед автомобилем и вместе с тем не ослеплять водителей транспортных средств при встречном разъезде. В настоящее время применяют двухрежимную систему головного освещения — с дальним и ближним светом. Дальний свет фары или комплекта фар предназначен для освещения дорожного полотна и обочины перед автомобилем при отсутствии встречного транспорта. Ближний свет обеспечивает освещение дороги перед автомобилем при движении в населенных пунктах или при разъезде с встречными транспортными средствами на шоссе. При ближнем свете значительно снижается ослепление участников дорожного движения при достаточном уровне освещенности дороги и правой стороны обочины. Переключение с дальнего света на ближний при встречном разъезде должно осуществляться водителями обоих автомобилей одновременно при расстоянии между машинами не менее 150 м.

Дальний и ближний свет в двухфарных системах освещения обеспечивают двухнитевые лампы накаливания. Современные автомобили оборудуют фарами головного освещения с американской и европейской асимметричными системами распределения ближнего света. Асимметричное распределение светового потока позволяет улучшить освещенность той стороны дороги, по которой движется автомобиль, и уменьшить ослепление водителя встречного транспорта.

В лампах фар с американской и европейской системами светораспределения нить накала (спираль) дальнего света расположена в фокусе отражателя. Световой пучок дальнего света с малым углом рассеяния может быть получен при минимальных размерах спирали, выполненной в виде дуги, лежащей в горизонтальной плоскости.

В фарах с американской системой светораспределения нить ближнего света 2 выполнена в виде спирали цилиндрической формы, расположена поперек оптической оси и смещена вверх и вправо относительно фокуса, если смотреть на отражатель со стороны светового отверстия (рис. 2.2, а)). Когда источник света выведен из фокуса, отраженный параболоидом пучок света отклоняется от оптической оси. Расфокусировка нитей ближнего света приводит к разделению пучка света на две части. Одна часть светового потока, попадающая на внутреннюю поверхность отражателя от вершины до фокальной плоскости АА, отражается вправо и вниз относительно оптической оси. Другая часть светового потока отражается от внешней части параболоида между фокальной плоскостью АА и плоскостью светового отверстия ВВ на уровень расположения глаз водителя встречного автомобиля.

Рис. 2.2. Автомобильные фары с различными системами распределения ближнего света: а) — американская система; б) — европейская система; в) — схема экрана; 1 — нить дальнего света; 2 — нить ближнего света; 3 — экран.

 

Световой пучок при американской системе распределения ближнего света размыт, четкая светотеневая граница отсутствует. Увеличение угла рассеяния отраженного светового потока связано с дополнительной корректировкой светораспределения рассеивателем со сложной структурой оптических микроэлементов. Для уменьшения светового потока, направленного вверх и влево от оптической оси, применяют отражатели с меньшей глубиной.

Фары с американской системой светораспределения эффективны на дорогах с широкой разделительной зоной между полосами встречного движения, где меньше сказывается влияние угла, под которым наблюдаются фары встречного автомобиля. Основным для таких фар является режим дальнего света, поэтому их устанавливают так, чтобы ось светового пучка максимальной концентрации была параллельна направлению движения автомобиля.

Низкие требования к светораспределению ближнего света фар американской системы не соответствуют требованиям безопасности движения при большом транспортном потоке.

В фарах с европейской системой светораспределения пучок ближнего света создается не поперечной, а продольной расфокусировкой нити накала. Нить ближнего света 2 (рис. 2.2, б)) цилиндрической формы выдвинута вперед по отношению к нити дальнего света 1 и расположена чуть выше и параллельно оптической оси. В результате существенно изменяется общая концентрация излучения и его интенсивность в отдельных направлениях. Лучи от нити ближнего света, попадающие на поверхность верхней половины параболоида, отражаются вниз и освещают близлежащие участки дороги перед автомобилем. Непрозрачный экран 3, расположенный под нитью ближнего света 2, исключает попадание световых лучей на нижнюю половину отражателя, поэтому зона глаз водителя встречного транспортного средства является теневой. Одна сторона экрана З отогнута вниз на угол 15° (рис. 2.2, в)), что позволяет увеличить активную поверхность левой половины отражателя и освещенность правой обочины и правой полосы движения автомобиля (рис.2.4).

Рис.2.3.Схемы световых пятен на дороге при освещении фарой с европейской системой светораспределения: а) — дальний свет; б) — ближний свет; 1 — с обычной лампой накаливания; 2 — с галогенной лампой категории Н4; I — осевая линия дороги

 

Рис.2.4.Светораспределение фар европейской системы: а) — дальний свет; б) — ближний свет.

 

Фары с европейской системой светораспределения в режиме ближнего света создают четко выраженную светотеневую границу (рис.2.3).

Пучок ближнего света фары резко очерчен, обеспечивая четкое разделение освещенной зоны и зоны неслепящего действия. Для правостороннего движения фары при освещении ближним светом вертикального экрана должны обеспечивать горизонтальный участок светотеневой границы с левой стороны и восходящий под углом 15° участок с правой стороны.

Рассеиватель фары с европейской системой светораспределения имеет меньшее значение в организации светораспределения, чем рассеиватель фары с американской системой. Большая часть нижней половины рассеивателя при ближнем свете не нужна и рассчитывается на распределение дальнего света.

 

Конструкция фары

Круглые фары. Круглая фара головного освещения с европейской системой светораспределения имеет корпус 5, изготовленный из листовой стали методом штамповки и покрытый несколькими слоями стойкого лака (рис. 2.5). К ребрам внутренней части корпуса пружиной прижато опорное кольцо 4 оптического элемента. По периферии кольца предусмотрены пазы, в которые входят головки регулировочных винтов З. Винты ввернуты в гайки, закрепленные на корпусе, и обеспечивают необходимое регулирование направления светового пучка фары в горизонтальной и вертикальной плоскостях в пределах угла ±4°30′.

Рис.2.5.Автомобильная круглая фара: 1 — внутренний ободок; 2 — лампа; 3 — регулировочный винт; 4 — опорное кольцо; 5 — корпус; 6 — цоколь лампы; 7 — соединительная колодка; 8 — провода; 9 — держатель проводов; 10 — отражатель; 11 — рассеиватель; 12 — экран; 13 — держатель экрана; 14 — винт крепления ободка.

 

В оптическом элементе круглой фары со стороны вершины параболоидного отражателя установлена двухнитевая лампа 2 с унифицированным фланцевым цоколем Р45t/41. Выводы лампы выполнены в виде прямоугольных штекерных пластин, на которые надета штекерная соединительная колодка 7 с проводами 8 и держателем 9 проводов. В оптический элемент фары могут быть установлены лампы габаритного и стояночного света. Экран 12, перекрывающий выход прямых лучей лампы накаливания, прикреплен к отражателю заклепками с помощью держателя 13.

На некоторые автомобили устанавливают круглые фары с галогенными лампами. Зеркальное покрытие отражателя у таких фар выполнено из термостойкого материала. Галогенные лампы нагреваются до высоких температур. В обычные фары установка галогенных ламп не допускается.

На легковых автомобилях широкое применения находят пря­моугольные фары, так как они имеют большую площадь отражателя, что позволяет при одинаковой мощности ламп получить лучшую освещенность дороги. Типичным примером является блок-фара автомобиля ВАЗ-2109, которая включает в себя прямоугольную фару с лампами основного и габаритного света, сблокированную с фонарем указателя поворота, имеющим рассеиватель оранжевого цвета. Спереди к пластмассовому корпусу фары приклеен основной рассеиватель из бесцветного стекла, с внутренней стороны которого выполнена сложная система линз и призм. Лампа основного (головного) света — галогенная, ее правильное положение в фаре определяется конструкцией патрона, в котором она устанавливается. Направление пучка света фары можно регулировать с помощью винтов, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Для регулировки пучка света фар в зависимости от осевой нагрузки автомобиля встраивается ручной гидрокорректор, управляемый с места водителя поворотом рукоятки.

Эллипсоидные фары. В последнее время получил распространение проекторный принцип формирования светораспределения с помощью проекционной оптики (конденсаторной линзы). Такой принцип реализуется светооптической системой с эллипсоидным отражателем 1 (рис. 2.6).

 

Рис. 2.6 Светораспределение с помощью проекционной оптики.

 

Тело накала устанавливается в переднем фокусе F1 эллипсоида. После отражения световой пучок концентрируется в зоне второго фокуса F2 отражателя на относительно малой площадке, где устанавливается экран с формой границы, симметрично светотеневой границе заданного режима освещения (ломаной для ближнего света головных фар и прямоугольной для противотуманных фар).

Изображение в плоскости экрана проецируется на дорожное полотно конденсаторной линзой, фокальная точка F3 которой совпадает со вторым фокусом эллипсоидного отражателя.

 

 

Лампы.

В зависимости от назначения лампы делятся на лампы фар ближнего и дальнего света, передних, задних и боковых фо­нарей, противотуманных фар, плафонов внутреннего освещения и щитка приборов. Автомобильные лампы выполняют одно- и двухнитевыми. Лампы, предназначенные для установки в фары (рис. 2.7), изготавливают преимущественно двухнитевыми. Они состоят из колбы 1, нити 3 ближнего света, нити 2 дальнего све­та, экрана 4, фланца 5, цоколя 6 и контактных выводов 7. Лампы характеризуются потребляемой мощностью, расположением ни­тей накала и конструкцией фокусирующего цоколя 6, обеспечи­вающего при помощи фланца 5 точное расположение нитей накаливания относительно фокуса отражателя. Широкое применение находят двухнитевые лампы с фокусирующим фланцем (рис.2.7, а))и типа А12-45+40 (рис.2.7, б)).Для получения двух световых потоков дальнего и ближнего света нить 2 располагают в фокусе отражателя (дальний свет), а нить 3 — вне его фокуса (ближний свет). Включая одну или другую нить, водитель переключает фары на дальний или ближний свет. На многих автомобилях применяют двухнитевые лампы с обозначением А12-45+40. Буква А указывает, что лампа автомобильная, цифра 12 означает напряжение а вольтах, а последние две пары цифр — мощность в ваттах каждой нити накаливания.

Нити ламп изготавливают из вольфрамовой проволоки, допускающей температуру нагрева до 2800 ºС. Для уменьшения испарения вольфрама колбы ламп мощностью до 3 Вт делают вакуумны­ми, а свыше 3 Вт — наполняют инертными газами (смесь 96 % аргона и 4 % азота).

Широкое применение находят галогенные лампы, особенностью которых является наличие в среде инертного газа галогенов (обычно паров йода или брома) или их соединений. Галогенные лампы (рис. 13.2, в и г) отличаются меньшими размерами колбы повышенной, примерно в 1,5 — 2 раза яркостью вследствие по­вышения температуры накаливания до 3300 °С и увеличенной на 20...30 % освещаемостью дороги и объектов. В блок-фарах авто­мобилей ВАЗ-2105, -2108, -2109 и других используют галогенные лампы типа АКГ12-60+55. Эти лампы обладают не только повы­шенной световой отдачей, но и увеличенным сроком службы.

 

Рис. 2.7 Лампы фар а) с фокусирующим цоколем и фланцем; б) типа А12-45+40; в) галогенная для противотуманных фар; г) галогенная для фар головного освещения; 1 – колба; 2, 3 – нити соответственно дальнего и ближнего света; 4 – экран; 5 – фланец; 6 – цоколь; 7 – контактный вывод.