Лекция 13. Световые приборы

ТЕМА 5. СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ И СИГНАЛИЗАЦИИ

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

СВЕТОВЫХ ПРИБОРОВ

Система освещения и световой сигнализации предназначена для освещения дороги, передачи информации о габаритных размерах автомобиля, предполагаемом или совершаемом манёвре, для освещения номерного знака, кабины, салона, контрольно-измерительных приборов, багажника, подкапотного пространства и т. д. От состояния и характеристик световых приборов зависит безопасность движения автомобилей, особенно в тёмное время суток.

На автомобилях устанавливают различные по назначению, конструкции, электрическим и светотехническим параметрам световые приборы. В обязательный комплект световых приборов для всех автомобилей входят не менее двух фар дальнего и ближнего света, по два габаритных огня и по два указателя поворота спереди и сзади, два световозвращателя и один фонарь освещения заднего номерного знака. В качестве дополнительных светосигнальных приборов устанавливают контурные огни, боковые повторители указателей поворота, опознавательные знаки автопоезда и прицепов, боковые световозвращатели, огни преимущественного проезда. К необязательным световым приборам относят противотуманные фары, фары-прожекторы, прожекторы-искатели, задние противотуманные фонари, фонари заднего хода и увеличения габарита автомобиля, боковые габаритные и стояночные огни.

Большое количество световых приборов не должно вызывать трудностей при различении автомобилей участниками дорожного движения. Для этого используется система кодирования информации, поступающей от световых приборов. К кодирующим элементам относят количество одновременно работающих световых приборов, их расположение на транспортном средстве и режим работы, расстояние между одновременно работающими световыми приборами, форма светоизлучающей поверхности, цвет излучаемого света и интенсивность излучения в пределах одного цвета.

Автомобильные световые приборы делятся на осветительные и светосигнальные. Световой пучок осветительного прибора воспринимается после отражения от дороги или объекта на дороге, а световой поток светосигнального прибора наблюдатель воспринимает непосредственно. Фары и фонари заднего хода можно считать и осветительными, и светосигнальными приборами.

Световые приборы преобразуют электрическую энергию в световой пучок определённой структуры и спектра. В преобразовании участвуют лампа, отражатель и рассеиватель. Лампа является источником света. Отражатель концентрирует световой поток в требуемом телесном угле. Рассеиватель перераспределяет световой поток в вертикальной и горизонтальной плоскостях с помощью линз и призм на его внутренней поверхности и, при необходимости, меняет цвет излучаемого света.

К основным светотехническим параметрам световых приборов относятся активная поверхность оптической системы, световое отверстие, телесный и плоский углы охвата, углы излучения и рассеивания, фокус и фокусное расстояние оптической системы, коэффициент отражения для отражателей и коэффициент пропускания и поглощения для рассеивателей.

Активной поверхностью оптической системы является зеркальная поверхность отражателя.

Проекция зеркальной поверхности на плоскость, перпендикулярную оптической оси, называется световым отверстием.

Лучи, падающие на активную поверхность отражателя параллельно оптической оси, собираются в фокусе. В реальных оптических системах с фокусом совмещают центр тела накала источника света.

Отрезок оптической оси от фокуса до вершины отражателя называется фокусным расстоянием.

Угол, в пределах которого поверхность оптической системы видна из фокуса, называется телесным углом охвата.

Сечение телесного угла охвата меридиональной плоскостью, проходящей через ось вращения параболоида, образует плоский угол охвата φ.

Телесный угол, в котором сконцентрирован отражённый активной поверхностью и вышедший из системы световой поток, называют углом излучения оптической системы.

Отношение отражённого светового потока к световому потоку, падающему на отражающую поверхность, называется коэффициентом отражения оптической системы.

Коэффициент пропускания определяется как отношение светового потока, прошедшего через поверхность, к световому потоку, падающему на неё.

Под коэффициентом поглощения понимается отношение светового потока, поглощаемого световой системой, к световому потоку, создаваемому ею.

Параметры световых приборов в значительной мере зависят от свойств материалов, из которых выполняются отдельные элементы оптической системы.

2. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА ОБОЗНАЧЕНИЙ

СВЕТОВЫХ ПРИБОРОВ

В 1958 г. в рамках Комитета по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии при ООН (ЕЭК ООН) было подписано «Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и взаимном признании официального утверждения оборудования и частей механических транспортных средств». Отечественные стандарты на автомобильные световые приборы разрабатывают с учётом требований Правил ЕЭК ООН.

На соответствие Правилам ЕЭК ООН световые приборы проверяются в специальных светотехнических лабораториях. Приборы, успешно прошедшие такую проверку, получают знак международного утверждения (табл. 13.1). Знак представляет собой круг, в котором проставлена буква Е и отличительный номер страны, выдавшей официальное утверждение. Порядковые номера странам присвоены в хронологическом порядке ратификации ими Соглашения (например, Франция – 2, Нидерланды – 4, Венгрия – 7). Под кругом или справа от него указывают номер официального утверждения. Знак наносится на рассеиватель или основной корпус светового прибора.

Под кругом над порядковым номером официального утверждения может стоять горизонтальная стрелка. Направленная вправо стрелка на фаре головного освещения означает, что фара сконструирована для эксплуатации в стране с левосторонним движением. Двухстороннюю стрелку имеют фары, допускающие регулировку оптического элемента и пригодные к использованию как при правостороннем, так и при левостороннем движении. На фарах, используемых на дорогах с правосторонним движением, стрелка не ставится.

Стрелка на рассеивателях светосигнальных фонарей указывает направление, в котором обеспечивается наибольший геометрический угол видимости в горизонтальной плоскости. При установке передних и задних указателей поворота острие стрелки должно быть направлено к наружной части автомобиля, а при установке боковых указателей поворота – к передней части.

Над кругом знака официального утверждения фар головного освещения наносят квадрат, в который вписывают буквы C, R, S, H. Единичные буквы C или R означают, что фара удовлетворяет международным нормам только в отношении ближнего С или дальнего R света. Наличие в квадрате двух букв CR означает соответствие фары международным нормам как для ближнего, так и для дальнего света.

Буква S введена для обозначения цельностеклянного оптического элемента. Фары с дополнительной буквой Н в квадрате рассчитаны на применение только галогенных ламп. Цифры справа от квадрата на фарах с галогенными лампами соответствуют максимальной силы света, выраженной в кд. Буква В введена для обозначения противотуманных фар и фонарей.

Передние габаритные огни обозначают буквой А. На фонарях заднего хода проставляют символ . Для фонарей освещения номерного знака дополнительные надписи над кругом не предусмотрены.

Над кругом знака официального утверждения указателей поворота дано обозначение категории светового прибора. К категории 1 относят передние указатели поворота. К категориям 2а и 2b соответственно одно и двухрежимные задние указатели поворота. Передние боковые указатели поворота категории 3 применяют на автомобилях, не имеющих других указателей. Боковые указатели поворота категории 4 и 5 устанавливают совместно с указателями категории 2а и 2b.

Одно и двухрежимную работу сигналов торможения кодируют знаками S1 и S2, помещёнными в квадрате над кругом. На световых приборах, имеющих одновременно задний габаритный огонь и сигнал торможения, в квадрат дополнительно вписывают букву R.

Римские цифры I, II или III указывают категорию и номер официального утверждения световозвращателя.

3. ЛАМПЫ СВЕТОВЫХ ПРИБОРОВ

Конструкция современных автомобильных ламп представляет собой установленные в стеклянной колбе одно или два тела накала, смонтированные на токопроводящих электродах, соединённых с контактами цоколя. Тело накала изготовляется в виде спирали из вольфрама с присадками окиси кремния, окиси алюминия и др. Электроды выполняют из никеля, а стеклянные детали – из силикатного стекла. Монтаж тела накала относительно элементов фиксации цоколя осуществляют с высокой степенью точности.

Лампы световых приборов характеризуются рядом параметров, определяющих их основные электрические, световые и эксплуатационные свойства. Основными электрическими параметрами автомобильных ламп являются:

– номинальное напряжение (6, 12, 24 В);

– электрическая мощность;

– расчётное напряжение, при котором лампа будет работать в течение её срока службы (6,7; 13,5; 28 В).

К основным световым параметрам источников света относятся:

– номинальный световой поток лампы, измеряемый в люменах;

– максимальная сила света, измеряемая в канделах (ранее в свечах);

– яркость тела накала, измеряемая в нитах.

В отечественной промышленности маркировка автомобильных ламп указывает тип лампы, номинальное напряжение и номинальную мощность. Например,

– А24-5 – автомобильная однонитевая лампа, 24 В, 5 Вт;

– А12-45+40 – автомобильная двухнитевая лампа, 12 В, 45 Вт – нить дальнего света и 40 Вт – нить ближнего света.

Общий вид автомобильных ламп различных конструкций показан на рис. 13.1.

Одним из существенных недостатков ламп накаливания является осаждение на колбе частиц вольфрама, что приводит к увеличению коэффициента поглощения колбы и снижению световой отдачи лампы. Для очистки колбы лампы от осевшего вольфрама применяют галогены – иод, бромистый метилен, бромистый метил. При температуре колбы от 250 до 1200 ºС пары иода образуют с осевшим вольфрамом иодистый вольфрам, который испаряется и попадает в область тела накала. Если температура тела накала выше 1400 ºС, йодистый вольфрам разлагается на йод и вольфрам. Вольфрам оседает на теле накала, а йод возвращается к колбе лампы и цикл повторяется.

Наличие возвратного цикла позволило увеличить рабочую температуру нити до 3000 ÷ 3200 ºС и её световую отдачу до 22 ÷ 25 лм/Вт, что в полтора раза выше светоотдачи обычных ламп. Для реализации цикла необходима высокая температура стенок колбы – 600 ÷ 700 ºС. В связи с этим колба галогенной лампы изготавливается из кварцевого стекла и имеет малые размеры. Чтобы обеспечить равномерное отложение частиц вольфрама, нить накала выполняют в форме прямого цилиндра. Для автомобильных фар разработаны три типа однонитевых галогенных ламп – Н1, Н2, Н3 и двухнитевая лампа Н4.

Лампы Н1 и Н3 применяются в противотуманных фарах, фарах дальнего света и в четырёхфарных системах, в дополнительных фарах дальнего света. Лампа Н2 почти не применяется как очень сложная в производстве. Лампа Н4 применяется в головных фарах двух и четырёхфарной систем освещения. Отечественная промышленность освоила выпуск фарных галогенных ламп типов Н1, Н3 и Н4, имеющих в маркировке обозначение АКГ (автомобильная кварцевая галогенная). Изготавливаются двухнитевые лампы категории Н4 типов АКГ12-60+55 и АКГ24-75+70, а также однонитевые лампы для прожекторов и противотуманных фар категории Н1 типов АКГ12-55 и АКГ24-70, категории Н3 типов АКГ12-55-1 и АКГ25-70-1.

Разработка термостойких пластмасс позволила создать и использовать галогенные лампы в светооптических схемах фонарей. Для этих целей разработаны галогенные лампы пониженной мощности 5, 10, 15, 20 Вт. Их применение позволит создать более эффективные приборы системы освещения и сигнализации.

4. КОНСТРУКЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГОЛОВНЫХ ФАР

Распределение света фары на дороге зависит от конструкции оптического элемента и установленной в нём лампы. Основными элементами головных фар являются корпус, регулировочный механизм, оптический элемент, содержащий отражатель, экран прямых лучей, одно или двухрежимный источник света. Одной из важных конструктивных характеристик фары служит её форма – круглая или прямоугольная. На протяжении 40 лет основной формой фары была круглая со стандартными размерами диаметра оптического элемента 178 мм.

Конструкция круглой фары ФГ140 показана на рис. 13.2. В ней применена европейская система распределения света. На рёбра 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 вворачиваются в гайки, закреплённые в корпусе, обеспечивая необходимую регулировку направления светового пучка фары в горизонтальной и вертикальной плоскостях в пределах 4 º 30´.

Одна из сторон опорного кольца служит опорной плоскостью для оптического элемента, который крепят к кольцу тремя винтами 14 с помощью внутреннего ободка 1. Для фиксации оптического элемента в определённом положении кольцо имеет три несимметрично расположенных окна.

Металлостеклянный оптический элемент объединяет параболоидный отражатель 10 с фокусным расстоянием 27 мм, рассеиватель 11, приклеенный к отражателю, и лампу 2. Отражатель изготовляют из стальной ленты. Отражающая поверхность для повышения стойкости к различного рода воздействиям покрыта тонким слоем специального лака.

В оптический элемент фары ФГ140 со стороны вершины параболоидного отражателя устанавливают двухнитевую лампу с унифицированным фланцевым цоколем 6 (Р45t/41). Выводы лампы выполнены в виде прямоугольных штекерных пластин, на которые надевают соединительную колодку 7 с проводами 8 и держателем проводов 9. В оптический элемент фары устанавливают также лампы габаритного и стояночного света. Экран 12, перекрывающий выход прямых лучей лампы накаливания, крепят к отражателю заклёпками с помощью держателя 13.

Конструкция прямоугольной фары приведена на рис. 13.3. Её параболоидный отражатель ограничен снизу и сверху горизонтальными плоскостями. Благодаря этому ширина светового отверстия в горизонтальной плоскости увеличивается, обеспечивая лучшее освещение дороги на большем расстоянии.

Гомофокальные фары. Применяются для улучшения аэродинамических свойств автомобиля. Они позволяют уменьшить высоту фары, придать ей срезанные углы и применить рассеиватель с углом наклона в двух плоскостях. Конструкция фары приведена на рис. 13.4.

Достигнуть требуемых светотехнических характеристик при приемлемых соотношениях ширины, высоты и глубины фары позволяет принцип гомофокальности, т. е. объединения нескольких усечённых параболоидных элементов с различным фокусным расстоянием (например, 20 и 40 мм) при совмещённых 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 демонстрируется рис. 13.4.

Гомофокальный отражатель (рис. 13.5) компонуется из отдельных секторов разнофокусных отражателей таким образом, чтобы обеспечить формирование светораспределения дальнего и ближнего света при оптимальных размерах и оптимальной преломляющей структуре рассеивателя. Соединение в одном узле определённых участков отражателей позволило уменьшить глубину фары в подкапотном пространстве и увеличить отношение ширины фары к её высоте.

Устройство гомофокальной фары показано на рис. 13.6. Отражатель такой фары изготавливается из пластмасс с высокой термостойкостью. Это позволяет использовать галогенные лампы.

Блок-фара объединяет в одном корпусе все или часть передних световых приборов и имеет общий или составной рассеиватель (рис. 13.7). При наличии общего рассеивателя упрощается его очистка. Недостатком блок-фар является невозможность их унификации для различных автомобилей. Правая и левая блок-фары одного автомобиля невзаимнозаменяемы.

Противотуманные фары. Лучи ближнего и особенно дальнего света отражаются от мельчайших капелек тумана, рассеиваются и создают молочно-белую пелену перед автомобилем, которая ослепляет водителя. Для улучшения видимости при движении в тумане, снегопаде и других тяжёлых метеорологических условиях применяются противотуманные фары.

Противотуманные фары отличаются от обычных большим углом рассеивания светового пучка в горизонтальной плоскости и более чёткой верхней светотеневой границей. Устанавливают эти фары ближе к дорожному полотну, на высоте не менее 250 мм. От плоскости бокового габарита они должны отстоять не более, чем на 400мм. Углы рассеивания светового пучка должны составлять 5 º по вертикали, + 45 и – 10 º по горизонтали. Это обеспечивает хорошую видимость дороги и обочины на расстоянии 15 – 25 м.

Для достижения большего цветового контраста рассеиватели противотуманных фар иногда изготавливают из жёлтого стекла. Однако заметных преимуществ от применения таких фар нет.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

13.1. Какие световые приборы входят в обязательный комплект системы освещения и сигнализации всех автомобилей?

13.2. В чем заключаются отличия световых автомобильных приборов от светосигнальных?

13.3. Перечислите основные параметры световых приборов.

13.4. Что означает горизонтальная стрелка под кругом, но над порядковым номером знака международного утверждения фары?

13.5. Перечислите основные электрические и световые параметры автомобильных фар.

13.6. Что означает маркировка фарных ламп АКГ12-60+55?

13.7. Чем осуществляется регулировка направления светового пучка фары ФГ-140?

13.8. В чем заключается принцип гомофокальности?

13.9. Приведите достоинства и недостатки блок-фар.

13.10. В чем заключается физическая сущность работы противотуманных фар?

Дата добавления: 2015-05-06