8 Определение показателей эффективности автономного освещения автомобиля

Методические указания:

Информативность является одной из важных эксплуатационных характеристик автомобиля, влияющая на его безопасность. Она представляет собой совокупность потенциальных свойств, присущих автомобилю, обеспечивающих участников дорожного движения необходимой информацией.

Для водителя информативность автотранспортных средств можно разделить на внутреннюю, исходящую от автомобиля, управляющего им, на внешнюю, исходящую от других транспортных средств, дороги и окружающей среды. Внешней визуальной информативностью обладает кузов и световозвращатели, относящиеся к пассивным, а также система автономного освещения и внешней световой сигнализации, которые являются активными.

Информативность автомобиля может быть визуальной, звуковой и тактильной. Свыше 90 % всей информации водитель получает с помощью зрения, т.е. визуально.

Для создания необходимых условий безопасного движения в темное время автомобиль оборудован фарами: ближнего, дальнего, противотуманного и скоростного света (прожекторы дальнего света), фонарями заднего хода. Фары ближнего света предназначены для освещения дороги впереди автомобиля при наличии движущихся навстречу транспортных средств, а фары дальнего света – при их отсутствии. При применении широкоугольных (противотуманных) фар улучшается видимость при движении в случае пониженной прозрачности атмосферы (туман, дождь, снег и так далее), проезда по дорогам с малым кривым поворота, проезда пересечений, в городах и населенных пунктах, т.к. лучше освещают пешеходные дорожки и тротуары.

Нормативными документами, регламентирующими количество, расположение, цвет, углы видимости и светотехнические характеристики фаз, являются: JSO - R303, Пр.№1, 19, 20, 48 КВТ ЕЭК ООН, ГОСТ 8769-75, ГОСТ 3544-75 и ГОСТ 10984-74.

Яркость – отношение силы света источника к площади светящейся поверхности, измеряется в кд/м². Яркость автомобильной фары в зависимости от типа ламп составляет 0,05 - 0,5 кд/м², яркость солнца в ясную погоду ≈ 10⁴ кд/м². Поэтому освещенность Е (отношение светового потока к площади освещаемой поверхности) объектов в темное время суток значительно хуже, чем в дневное время. В правилах ЕЭК ООН светораспределение фар нормируется в единицах освещенности, лк (люкс):

, (8.1)

где Е – вертикальная освещенность, создаваемая фарой на специальном измерительном экране, лк;

J – сила света в заданном направлении, кд;

S – расстояние от фары до измерительного экрана, м.

Физиологическая видимость дороги и объектов характеризует возможность зрительного обнаружения их. Эта возможность зависит от яркости фона L_ф и объекта L_об, оценивается величиной яркостного контраста:

, (8.2)

а видимость принято определять как отношение фактического контраста К_ф к его пороговому значению К_пор:

, (8.3)

где ;

а и b – коэффициенты, определяемые экспериментально.

При управлении транспортным средством в темное время суток яркость фона L_ф (адаптации) определяется уровнем средней яркости дорожного покрытия при действии света автомобильных фар, значения которой не превышает 2 кд/м².

Видимость в значительной степени зависит от слепящего действия фар встречных автомобилей, количественной мерой которого является коэффициент ослепленности:

, (8.4)

где ΔL^٭_с – разность пороговых яркостей при наличии слепящих источников;

ΔL – тоже при их отсутствии.

Из выражения (8.4) следует, что при отсутствии слепящих источников, С=1. Если С 2, то видимость практически отсутствует.

Основным и наиболее важным показателем эффективности системы автономного освещения автомобиля является безопасная скорость, которая определяется из условия дальности видимости и остановочного пути:

, (8.5)

где j – установившееся замедление (можно принять расчетные значения j_уст из раздела 3 для любого из значений φ_х, см. формулу 3.13), м/с²;

t = t_p+t_cp+t_н+t₃ – суммарное время реакции t_p, срабатывания t_cp, нарастания тормозных сил t_н и дополнительное время реакции, необходимое для восприятия препятствий в темное время суток t₃, (численные значения t_p, t_cp, t_н – см. в разделе 3, в расчетах значения t₃ можно принять а интервале от 0,3 до 0,8 с);

S_v – расстояние видимости препятствий, м.

Выражая из уравнения (8.5) S_v, получим:

. (8.6)

Критерием безопасности по условиям видимости может служить коэффициент видимости, представляющий собой отношение дальности видимости S_e к необходимой дальности, определяемой скоростью движения S_v:

. (8.7)

Величина, обратная коэффициенту видимости К_в, называется коэффициент опасности движения:

. (8.8)

Из выражения (8.7) очевидно, что, если К_в 1, то безопасность движения обеспечена по видимости. Если К_в 1, то условия освещения не обеспечивают безопасности движения.

Расстояние видимости S_e зависит от расстояния освещения S_ocв но меньше на величину t₃·V, то есть:

, (8.9)

где µ – эмпирический коэффициент, зависящий от динамики восприятия освещаемых объектов при движении, находящихся в поле зрения;

V – скорость движения автомобиля, м/с.

Можно принять µ = t₃ ≈ 0,5с.

Поправка µV учитывает тот факт, что с увеличением скорости сокращается расстояние, на котором препятствие на дороге может быть обнаружено, так как в динамических условиях восприятие различных объектов на дороге или на обочине требует большей их освещенности. Значения S_v можно определить по формуле (8.6).

Для определения предельной скорости движения в условиях плохой видимости в данном разделе нужно рассчитать по формулам (8.6-8.9) коэффициенты видимости и опасности движения в зависимости от скорости и при разной освещенности или силы света фар.

Расстояние максимального освещения S_ocв для фар ближнего света можно принять в диапазоне 25 – 75 м, а для фар дальнего света 100 –400 м (в зависимости от используемых фар и ламп). Необходимые для расчета величины максимального расстояния освещения для фар ближнего S_{осв Б} и дальнего S_{осв Д} света представлены в задании. Полученные значения S_e, S_v, К_в и К_од необходимо занести в таблицу 8.1.

На основе расчетных значений для разных расстояний максимального освещения S_осв фар ближнего и дальнего света строят кривые зависимости К_в и К_од от скорости (К_в=ƒ(V), К_од=ƒ(V)), рисунок 8.1. По величине K_в=1 (сплошная линия на графике зависимости K_в от скорости) определяется предельно допустимая скорость безопасного движения при данной дальности освещенности (рисунок 8.1).

Таблица 8.1 – Расчетные значения S_e, S_v, К_в и К_од в зависимости от скорости движения автомобиля

	V, км/ч	20	30	40	50	60	70	80	90
	V, м/с
	Sv, м
Sосв Б	Se, м
	Кв
	Код
Sосв Д	Se, м
	Кв
	Код

Рисунок 8.1 – Графики зависимости коэффициента видимости К_в

и опасности движения К_од от скорости движения V при разных расстояниях освещения: К_в=ƒ(V) и К_од=ƒ(V)

Пример расчета:

1) В качестве примера произведем расчет коэффициента видимости К_в и опасности движения К_од в зависимости от скорости движения V при разных значениях расстояния освещения для ближнего и дальнего света фар, по варианту №67. Исходные данные для расчета представлены в таблице исходных данных, а требуемые геометрические размеры автотранспортного средства в приложении Б.

2) Используя формулу 8.6, рассчитаем расстояние видимости до препятствия, при:

Vв=20 км/ч; t=2,3 с; j=3,24 м/с² (из третьего раздела при φ_x=0,35):

S_v=

3) Используя формулу 8.7, рассчитаем коэффициент видимости для ближнего света фар автобуса ЛиАЗ-5256, при:

Se=55,22 м; Sv=19,78 м:

К_в=

4) Используя формулу 8.7, рассчитаем коэффициент видимости для дальнего света фар автобуса ЛиАЗ-5256, при:

Se=186,22 м; Sv=19,78 м:

К_в=

5) Используя формулу 8.8, рассчитаем коэффициент опасности движения для ближнего света фар автобуса ЛиАЗ-5256 при К_в=2,7913:

К_од=

6) Используя формулу 8.8, рассчитаем коэффициент опасности движения для дальнего света фар автобуса ЛиАЗ-5256 при К_в=9,4133:

К_од=

7) Используя формулу 8.9, рассчитаем расстояние видимости S_e для ближнего света фар автобуса ЛиАЗ-5256, при:

Sосв=58м; μ=0,5; Vв=20 км/ч:

Se=

8) Используя формулу 8.9, рассчитаем расстояние видимости S_e при дальнем свете фар автобуса ЛиАЗ-5256, при:

Sосв=189 м; μ=0,5; Vв=20 км/ч:

Se=

9) Используя вышеприведенные формулы, рассчитаем аналогичные параметры для V=10, 20…90 км/ч при ближнем и дальнем свете фар. Полученные данные занесем в таблицу 8.2.

Таблица 8.2 – Расчетные значения S_e, S_v, К_в и К_од в зависимости от скорости движения автомобиля

	V, км/ч	20	30	40	50	60	70	80	90
	V, м/с	5,56	8,33	11,11	13,89	16,67	19,44	22,22	25
	Sv, м	19,78	33,2	49,05	67,28	87,89	110,81	136,19	163,95
Sосв Б	Se, м	55,22	53,84	52,45	51,06	49,67	48,28	46,89	45,5
	Кв	2,7913	1,6216	1,0693	0,7589	0,5651	0,4357	0,3443	0,2775
	Код	0,3583	0,6167	0,9352	1,3177	1,7697	2,2951	2,9044	3,6033
Sосв Д	Se, м	186,22	184,84	183,45	182,06	180,67	179,28	177,89	176,5
	Кв	9,4133	5,5675	3,7403	2,7061	2,0555	1,6179	1,3062	1,0765
	Код	0,1062	0,1796	0,2674	0,3695	0,4865	0,6181	0,7656	0,9289

10) На основе расчетных значений для разных расстояний максимального освещения S_осв фар ближнего и дальнего света автобуса ЛиАЗ-5256 строим кривые зависимости коэффициента видимости К_в и опасности движения К_од от скорости движения V (К_в=ƒ(V), К_од=ƒ(V)) (рис. 8.2).

Рисунок 8.2 – Графики зависимости коэффициента видимости К_в

и опасности движения К_од от скорости движения V при разных расстояниях освещения: К_в=ƒ(V) и К_од=ƒ(V)

11) По величине K_в=1 (сплошная линия на графике (рис. 8.2) зависимости K_в от скорости) определяется предельно допустимая скорость безопасного движения при данной дальности освещенности для фар ближнего и дальнего света фар автобуса ЛиАЗ-5256. В итоге можно сделать вывод, что предельно допустимая скорость безопасного движения при ближнем свете фар составляет 40 км/ч, а при дальнем свете фар 90 км/ч (безопасность движения до этих скоростей по условия освещенности, обеспечена).