Дополнительная информация, читать по желанию

Световые приборы. Назначение, классификация, виды и устройство фар, типы ламп, техническое обслуживание

Назначение

Система освещения и световой сигнализации предназначена для освещения дороги, передачи информации о габаритных размерах автомобиля, предполагаемом или совершаемом маневре, 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 темное время суток.

Большую часть информации о дорожной обстановке и состоянии автомобиля водитель получает через органы зрения. Безопасность движения зависит от видимости объектов на дороге, которая, в свою очередь, определяется интенсивностью освещения, типом и состоянием дорожного покрытия, характеристиками органов зрения водителя и объектов на дороге. Автомобильные световые приборы должны обеспечивать хорошую видимость и необходимую информативность в широком диапазоне расстояний и в различных погодных условиях, не вызывая ослепления водителей в темное время суток. С наступлением темноты видимость дороги и предметов на ней ухудшается вследствие недостаточной или неравномерной их освещенности. Видимость ухудшается также во время тумана, дождя, снегопада или пылевой бури, при уменьшении прозрачности лобового стекла, а также с увеличением расстояния до объекта. При движении в условиях ограниченной видимости увеличивается вероятность дорожно-транспортного происшествия. От дальности видимости зависит допустимая скорость движения автомобиля. Безопасность движения обеспечивается в том случае, если дальность видимости дороги превышает остановочный путь.

Зрительная работа водителя сложнее ночью при освещении дороги фарами. В темное время суток ограничено время обнаружения объектов на дороге, так как в поле зрения водителя они появляются на расстояниях, определяемых дальностью освещения дороги. Поле зрения водителя ограничено углом рассеяния света фар. При попадании в глаза водителя света фар встречного автомобиля или фонарей впереди идущего транспортного средства возможно как ослепление, так и ощущение дискомфорта. Дискомфорт становится ощутимее при увеличении яркости фар, фонарей и их угловых размеров. Особенно тяжелые условия работы глаз водителя возникают при переключении света фар и при колебаниях светового пучка фар автомобиля, движущегося по неровной дороге.

Органы зрения обладают избирательной способностью к отдельным диапазоном видимого спектра. Наибольшую спектральную чувствительность глаз человека проявляет к излучению с длиной волны 555 нм (нанометр), (желто-зеленый цвет).

Классификация

Передние огни и фары.

Фара — электрический светотехнический прибор, используемый на транспортном средстве и применяющийся для освещения дороги. На специальной технике может использоваться для освещения места проведения работ. Обычно фара размещается спереди транспортного средства, на специальной технике может быть и сзади, а также иметь поворотный механизм. Каждое транспортное средство должно иметь не менее 1 пары фар установленных симметрично относительно продольной оси транспортного средства.

Ближний свет.

Фары ближнего света применяются для освещения части обочины и дорожного полотна ограниченной площади. Световой пучок фар ближнего света распространяется вниз и в противоположную сторону от встречного потока. Ближний свет может быть представлен отдельной фарой, блок - фарой или дополнительной нитью накала двунитевой лампы в зависимости от конструкции автомобиля. Создаваемый фарой ближний свет не слепит встречных водителей, благодаря чему включение этих фар используется при разъезде автомобилей. Использование только ближнего света на больших скоростях движения автомобиля невозможно из-за ограниченной видимости дороги, поэтому в ночное время суток при приближении водители переключают фары из режима дальнего света на ближний, а после разъезда восстанавливают дальний свет.

В России движение по загородным трассам обязывает водителей включать ближний свет даже в светлое время суток для обозначения транспортного средства. Сейчас рекомендуют использовать ближний свет при движении и в городах. Это правило пришло в Россию из стран Европы.

Дальний свет.

Дальний свет распространяется мощным пучком параллельно полотну дороги и рассчитывается для освещения большей площади дороги. Из-за этих своих особенностей дальний свет должен выключаться при сближении с встречным автомобилем во избежание ослепления водителя.

Передние фонари (Габаритные огни).

Существует несколько обозначений передних фонарей: габаритные огни, подфарники, парковочные лампы (для Северной Америки) и просто передние фонари (для Англии). В Северной Америки фонари могут иметь как белый, так и янтарный цвет, во всем остальном мире только белый. Сила свечения находится в пределах от 4 до 125 кд.(кандела).

Габаритные огни могут быть в составе блок - фары, а также и в виде отдельного фонаря имеющего белое свечение. Устанавливается парой по обе стороны автомобиля и на одной линии. Основное назначение габаритных огней — это обозначение автомобиля, а также в качестве стояночного освещения. При маневрировании световая сигнализация предупреждает других водителей о начале движения транспортного средства и о его размерах. Правила обязывают использование в дневное время суток при движении транспортного средства габаритных огней совместно с дневными ходовыми огнями, ближнем светом фар или же противотуманными фарами.

Передние противотуманные фары.

Противотуманные фары создают горизонтальный широкий пучок обрезанный сверху и направленный вниз. Цвет излучаемого фарами света может быть как белый, так и отборный жёлтый. Фары используются на низкой скорости для увеличения освещенности дорожного покрытия и обочины в условиях недостаточной видимости из-за дождя, тумана, пыли или метели. Из-за своего устройства разумней их использовать отдельно от включения ближнего света, так как это уменьшает самоослепление водителя от стены тумана или падающего снега, но по правилам включение противотуманок обязательно должно сопровождаться включением ближнего света фар.

В условиях ограниченной видимости использование противотуманных фар запрещено (например, в Англии), так как это создает блики и слепит встречных водителей, особенно на мокрой мостовой.

Противотуманные фары часто путают с фарами ближнего света как раз из-за необязательности их иметь отборный желтый цвет света. В дилерских центрах ссылаются на взаимозаменяемость и устанавливают в топовых версиях автомобилей, а также в качестве дополнительного оборудования. Все приводит к тому, что многие водители используют противотуманные фары в сухую погоду чисто в косметических целях, так как нет никакой юридической ответственности за неправильное использование противотуманных фар.

Автомобили, используемые в ралли соревнованиях, по бездорожью или просто эксплуатируемые на очень высоких скоростях часто комплектуются дополнительными лампами помогающими расширить область видимости водителя впереди автомобиля.

Для внедорожников в качестве защиты от повреждений дополнительные фары-прожекторы крепятся на специальную балку над крышей автомобиля, что повышает дальность видимости. Использование таких огней на гражданских автомобилях запрещено, однако отключенные и закрытые крышками фары транспортироваться на крыше по дорогам общего пользования могут. Сложные конструкции могут содержать также боковые противотуманные фары и простые направленные по сторонам для освещения обочин в условиях плохой видимости.

Фонари дневного света (дневные ходовые огни).

Некоторые страны разрешают или требуют оснащения автомобиля фонарями дневного света. Это может быть функционально независимый фонарь или эти функции может нести фары ближнего или дальнего света, передние сигналы поворота или передние противотуманные фары в зависимости от местного законодательства. По правилам ЕЭК (Европейская Экономическая Комиссия) фонари дневного света должны излучать свет не менее 400 кд, но не более 1200 кд во всех направлениях. Многие страны допускают использование фар ближнего света

Использование передних, боковых и задних габаритных огней разрешено, требуется или запрещено одновременно с фонарями дневного света в зависимости от законодательства и принципа работы дневных фонарей. Кроме того, по правилам, фонари дневного света, установленные близко с сигналами поворота, могут или должны выключаться или переключаться на интенсивность излучения габаритных фонарей отдельно в соответствии с включенным сигналом поворота. Основная проблема фонарей в путанице водителей, которые используют фонари дневного света вместо фар ближнего и дальнего света и забывают включать фары при наступлении сумерек. Так же фонари дневного хода не освещают задние фонари автомобиля, что создает еще большую опасность.

Боковые фонари.

На некоторых моделях автомобилей имелась боковая белая лампа, которая включалась в направлении предполагаемого поворота или перестроения. Хоть их включение связано с поворотами, боковые фонари светили постоянно. Так же их включение сопровождало движение автомобиля задним ходом, например, на автомобилях марок Saab и Chevrolet Corvette. Технические стандарты в Северной Америке содержат положения о работе, как передних, так и задних боковых фонарей. Согласно международным правилам ЕЭК ООН боковые фонари были запрещены, но с недавнего времени их использование разрешается на скорости до 40 км/ч.

Фонари поворотов.

Фонари сигнала поворотов размещаются на углах автомобиля, реже по бокам. Используются для предупреждения других водителях о совершении поворота, разворота или перестроения. Цвет излучаемого фонарями света должен быть янтарный, в Северной Америке допускается красный. Начиная со своего первого появления электрических поворотов в 1907 году и началом их промышленного применения с 1939 года наличие этих светотехнических приборов на автомобиле обязательно. В случае отсутствия или неисправности приборов можно воспользоваться знаками подаваемыми рукой выставленной из окна автомобиля: вытянутая влево левая рука будет означать поворот налево, согнутая в локте под прямым углом левая рука — поворот направо.

Указатель поворота.

С 1920 по 1950 год на некоторых автомобилях использовались указатели поворота. В отличие от сигналов поворота указатели излучали свет постоянно. Они обычно устанавливались выше передних дверей и выкатывались в горизонталь. Но сами фонари были хрупкими и часто ломались, а иногда оставались в сложенном состоянии.

Два вида индикаторов включения сигнала поворота.

Во всех странах мира кроме Северной Америки обязательна установка боковых повторителей поворота, которые позволяют увидеть сигнал поворота не только спереди и сзади автомобиля. Но устанавливать повторители на крылья совсем не обязательно, существует множество вариантов совмещения бокового и фронтального сигнала поворота в один фонарь, например на автомобиле

Mercedes - Benz R170.

Включение сигнала поворотов осуществляется специальной ручкой расположенной под рулем путем ее поворота в сторону предполагаемого движения. На большинстве автомобилей ручка сама возвращается в исходное положение по завершении манёвра. Ручка включения сигнала поворота находится со стороны двери водителя и близко к рулевому колесу так, что водитель при переключениях не теряет управления автомобилем.

Частота вспышек света постоянна и лежит в пределах от 60 до 120 включений в минуту. На приборной панели автомобиля вспыхивает зеленый индикатор включения сигнала поворота, а также создается щёлкающий или пищащий звук, позволяющий водителю не забыть выключить сигнал после завершения манёвра.

Одновременное включение мигания всех указателей поворота осуществляется специальной кнопкой с эмблемой в виде красного треугольника на центральной консоли или под рулем. Такое включение означает аварийную неисправность автомобиля и предупреждает других водителей о невозможности этого автомобиля продолжить движение. По правилам включение сигнала аварийной остановки должно сопровождаться выставлением знака аварийной остановки на безопасном расстоянии от неисправного автомобиля. Так же включение аварийных огней происходит при резком сбросе скорости автомобиля в случае экстренного торможения или дорожно-транспортного происшествия.

Задние габаритные огни габаритные огни.

Задние габаритные огни используются для обозначения транспортного средства в темное время суток и в условиях недостаточной видимости. В условиях тумана и плохой видимости используются совместно с задними противотуманными фонарями. Цвет задних габаритных огней красный. На автомобилях используется пара расположенных по обе стороны на одной линии. При этом нормируются углы обзора излучаемого света и стороны. Для высоких транспортных средств, например, автобусов, обязательно наличие габаритных огней вверху как можно ближе к краям.

Стоп-сигналы.

Стоп-сигнал обязательно красного цвета включается при нажатии водителем на педаль тормоза. Мощность излучения стоп-сигнала выше, чем у габаритных огней. Необходима установка двух стоп-сигналов по обе стороны автомобиля. В Северной Америке разрешенный диапазон излучения света с одним источником света находится в пределах от 80 до 300 кд, во всем остальном мире от 60 до 185 кд.

Центральный стоп-сигнал обеспечивает однозначность нажатия на педаль тормоза в странах, где красный цвет имеют также сигналы поворота, и дает избыточность на случай, если какой-либо стоп-сигнал выйдет из строя. Дополнительный стоп-сигнал включается на постоянную работу, кроме случаев экстренного торможения, тогда сигнал может работать вспышками.

Конструктивно на легковых автомобилях центральный стоп сигнал может быть установлен под задним стеклом вверху, на крышке багажника или в заднем спойлере. Другие способы установки встречаются редко, например, на Jeep Wrangler и Land Rover Freelander дополнительный стоп-сигнал установлен на держателе запасного колеса. На коммерческих автомобилях, фургонах и грузовиках часто крепят на кромке крыши автомобиля. Во всем мире третий стоп-сигнал обязательно должен располагаться по центру, но допускается боковое смещение до 15 см, если поперечный центр автомобиля не совпадает с панелью кузова, но отделяет подвижные его части, такие как двери. На фургоны Renault Master по этой причине установка центрального стоп-сигнала производится смещённой. Также регламентируется расположение, как по абсолютной высоте, так и относительно горизонтали фонарей тормоза.

Транспортные средства специального назначения. Автомобили чрезвычайных служб.

Автомобили милиции, пожарной охраны, скорой помощи, снегоуборочные, буксировочные и перевозящие опасные грузы грузовики оснащаются специальными предупреждающими световыми сигнализаторами соответствующих цветов и типов. Это могут быть вращающиеся проблесковые маячки, ксеноновые стробоскопы, а также линейки светодиодов. Каждой службе соответствует свой цвет. В большинстве стран синий или красный используется на милицейских автомобилях, автомобилях пожарной службы и автомобилях скорой помощи. В Северной Америке янтарный цвет используется на тягачах, автомобилях частных охранных предприятий и других негосударственных автомобилях специального назначения. Пожарные добровольцы могут использовать красные, голубые или зеленые цвета сигналов в зависимости от своей принадлежности. В Англии автомобили врачей могут комплектоваться зеленым предупреждающим сигналом. Так же предупреждающие сигналы янтарного цвета можно заметить на всех медленных автомобилях, таких как автокраны, экскаваторах, тракторах и даже на скутерах в определенных условиях.

Правила обязывают водителей пропускать транспорт с установленными синими или красными проблесковыми маячками и совершать маневры, например, остановку, по требованию таких автомобилей. Все остальные цвета являются лишь предупреждающими и преимущества на дороге не дают.

Виды и устройство фар

Фары будущего: «ксенон», «галоген» или «светодиоды (в будущем - лазеры)»?

Чем «ксенон» отличается от «галогена»? И почему «светодиоды» не отправили на свалку? Ответим на эти вопросы.

Сейчас в фарах используются три источника света: лампы галогенные и газоразрядные, а также светодиоды. Про лазеры и прочую экзотику говорить рановато — до серийных автомобилей новомодные разработки дойдут нескоро. Тем более, что отказываться от «нелинзованной» фары, куда можно установить «ксенон», «галоген», светодиоды, инженеры не собираются. Конструкция данного устройства доведена до совершенства: свет от лампы попадает на отражатель из металла, а затем проходит через рассеиватель — наружное стекло, состоящее из множества линз. Причем, когда появился новый пластик, не дающий усадки при формовке деталей, инженеры создали отражатель со «свободной поверхностью», который состоит из множества сегментов (каждый направляет поток света на определенную точку). Это позволило заменить тяжелое стекло легким пластиком.

Фара «линзованная», (которую правильно называть светотехникой проекторного типа) устроена другим образом: свет от лампы попадает на отражатель, а затем направляется на специальный экранчик и собирающую линзу, которая формируют пучок света. И хотя сейчас «линзы» можно увидеть на многих машинах, поскольку они известны компактностью и точной организацией светового потока, инженерам-светотехникам поначалу пришлось решать проблему перегрева и избавляться от... слишком резкой светотеневой границы — оказалось, что глаз человека слишком быстро устает от четкой границы между светом и тенью. На «галогенах» проблему решили дифракционными кольцами (проще говоря, рисками на линзе), а на «ксеноне» — установкой автоматического корректора, наличие которого в России и в Европе для газоразрядной светотехники обязательно.

Рисунок 2.1.2 Линзованная фара а/моб. BMW 6 На рисунке 2.1.2 изображена схема «линзованной» оптики: слева — фара конца 80-х, справа — современная фара со свободным отражателем, наличие которого выдает экранчик меньшего размера. Этот экран, расположенный во втором фокусе, подправляет световой поток и формирует светотеневую границу, а затем лучи снова фокусируются линзой. «Линзами» сегодня оснащается большинство машин, а «нелинзованные» фары стали прерогативой недорогих авто, вроде «Калины» или «Логана».

Вот, собственно, мы и добрались до самого главного. Чем принципиально отличаются «ксенон», «галоген» и диоды? Галогенная лампа состоит из герметичной стеклянной колбы, внутри которой размещены электроды и нить накаливания из вольфрама, а также закачана газовая смесь, необходимая, чтобы «ловить» испаряющийся вольфрам и регенерировать нить (именно поэтому «галоген» компактнее и долговечнее обычной лампочки). Газоразрядная оптика (чаще именуемая «ксеноном») нити накаливания не имеет: внутри такой лампы светится не раскаленная нить, а электрическая дуга, возникающая между электродами, оттого величина светового потока ксеноновой лампы гораздо больше, 3200 против 1500 лм «галогена»!

Вот поэтому европейские эксперты постановили, что таким фарам необходим автоматический корректор и омыватель. И ограничили цветовую температуру лампы.

Рисунок 2.1.3 Комплект ксенона На рисунке 2.1.3 изображены линзованные фары с модулем розжига.     Для того чтобы «ксенон» работал, одной лампы недостаточно. Ещё нужен модуль розжига, который из «бортовых» 12 вольт выдаст короткий импульс на 25 киловольт переменного тока. Чтобы сделать «биксенон», нужно четыре таких модуля, либо применение хитрых систем: на «линзованной» оптике включить «дальний» можно, убирая экранчик при помощи соленоида, а на «нелинзованной» приходится перемещать лампу.

Но если «ксенон» и «галоген» — это лампы, то светодиод — полупроводниковый прибор, который вырабатывает свет при прохождении тока. Полупроводник срабатывает быстрее традиционной лампочки, потребляет меньше энергии, отличается фактически неограниченным сроком службы и минимальными размерами. Но пока диодам поручают только второстепенные задачи (на основе светодиодных технологий делают стоп-сигналы, габаритные и дневные ходовые огни), хотя совсем недавно инженеры и дизайнеры прочили полупроводникам большое будущее. Все надеялись, что крохотный источник света обеспечит свободу компоновки и позволит избавиться от громоздких фар. Однако на примере Audi R8 и Nissan Leaf хорошо видно — существующая диодная оптика по размерам не отличается от газоразрядной.

Рисунок 2.1.4 Типы ламп   Пока ученые бьются над созданием лазерной и волоконной оптики, источниками света остаются «галоген», «ксенон» и светодиоды. На рисунке 2.1.4 под А - изображена двунитевая галогенная лампа Н4, дающая ближний и дальний свет, под Б — однонитевая лампа Н7 (которых для создания ближнего и дальнего нужно две), а под В и Г схематично показаны ксеноновая газоразрядная лампа- ксенон и светодиод, соответственно.

Так почему светодиоды не вытеснили «ксенон» и примитивный «галоген»? Оказалось, что полупроводниковая оптика имеет множество недостатков. Пока даже лучшие светодиоды не способны по светоотдаче догнать «ксенон» и остаются на уровне хорошего «галогена», что требует обязательного применения отражателя. Также диодные фары требуют отдельной системы охлаждения (инженеры даже пробовали охлаждать фары антифризом) и отличаются необычайной дороговизной: одна фара стоит примерно 1300 евро.

Естественно, инженеры развивают данное направление, но до массового перехода автомобильного освещения на светодиоды далеко, поэтому ближайшее будущее остается за «ксеноновой» оптикой, которая становится компактнее и совершеннее, по энергопотреблению догоняя диодную.

Рисунок 2.1.5 Примеры света разных типов фар   В лаборатории Philips мы наглядно увидели, как светят современные фары. На рисунке 2.1.5, изображение А световой поток от стандартного «галогена», на изображение Б можно увидеть, как светят лампы Philips X-treme Vision, дающие 100-процентное усиление светового потока, на изображение В «дорогу» освещают газоразрядные ксеноновые лампы, а рис. Г — это свет светодиодных фар электромобиля Nissan Leaf.

Но и списывать «галоген» на свалку истории рановато! Как считают инженеры компании Philips, современная галогенная лампа может светить на уровне газоразрядной. Чтобы этого добиться, необходимо заменить тугоплавкое стекло колбы кварцевым, во-вторых, стекло подвергнуть оптической полировке, в-третьих, нанести на колбу колпачок из палладия... И, наконец, применить новую смесь газов, куда входит ксенон, чтобы повысить температуру нити и приблизиться к спектру солнечного свечения. На выходе получается пусть дорогая, но уникальная лампочка: её световой поток на 100% мощнее обычной галогенной лампы, а срок службы — вдвое больше. Причем на лабораторной установке мы наглядно убедились, что «галогенка» Philips X-treme Vision по светосиле действительно догоняет «ксенон».

Лампы световых приборов

В качестве источника света в автомобильных световых приборах используют электрические лампы накаливания. Требования к их параметрам и применяемости нормируются Правилом 37 ЕЭК ООН, ГОСТ 2023.1-88.

Конструкцию, применяемость и способы контроля лампы определяют следующие параметры и характеристики: категория, тип лампы, номинальное и расчетное напряжения, номинальное и предельные значения мощности и светового потока, средняя продолжительность горения, световая отдача, тип цоколя, масса, геометрические координаты положения нитевой системы относительно базовой (установочной) плоскости.

Контрольный световой поток - номинальный световой поток эталонной лампы, при котором измеряются оптические характеристики осветительного прибора.

Базовая плоскость - плоскость, по отношению к которой определяются основные размеры лампы.

Световая отдача η - отношение излучаемого источником света светового потока к потребляемой мощности.

Средняя продолжительность горения - средняя продолжительность горения отдельных ламп в испытуемой партии.

Правила 37 ЕЭК ООН и МЭК 809-85 устанавливают требования к лампам фар категорий R2, Н1, Н2, НЗ, Н4, сигнальных фонарей - P21/5W, P21W, R5W, R10W, C5W, щитков приборов и освещения салона - T4W, W3W, W5W.

Автомобильная лампа состоит из колбы 1, одной или двух нитей накала 2 и 3, цоколя 7 с фокусирующим фланцем 5 или без него и выводов 6.

Колба лампы представляет собой стеклянный сосуд шаровидной, каплевидной, грушевидной или цилиндрической формы, в котором размещены нити накала. Нити накала в двунитевых лампах имеют различное функциональное назначение. Автомобильные лампы накаливание видны на изображение 2.1.6.