Глава 4. Системы освещения и сигнализации

4.1. Общие сведения

Системы освещения и сигнализации занимают особое место в электрооборудовании автомобилей, так как эффективность авто­номного освещения и сигнализации в условиях роста автомобили­зации и возрастающей роли автомобильных перевозок по существу определяет безопасность дорожного движения в темное время су­ток. Естественно, что нормы на светотехнические характеристики также определяются требованиями безопасности и существующи­ми условиями дорожного движения.

Наиболее распространенной конструкцией фар на протяжении долгого времени была американская лампа-фара, представляющая собой неразборный оптический элемент, содержащий спаянные в колбу, заполненную инертным газом, отражатель и рассеиватель круглой или прямоугольной формы, внутри которой смонтированы одна или две нити накала. В Европе, начиная с 1950-х годов, широ­кое распространение получили металлостеклянные элементы со сменным источником света, представляющим собой обычную или галогенную лампу с одним или двумя телами накала, устанавли­ваемую в слепое отверстие металлического отражателя.

Наряду с совершенствованием характеристик светораспределения конструкторами автомобилей постоянно выдвигаются настой­чивые требования по улучшению аэродинамических характеристик и уменьшению массы транспортных средств, во многом опреде­ляющие их топливную экономичность. Удовлетворение этим требо­ваниям по существу и определяют современные тенденции совер­шенствования конструкций фар и технологических процессов их изготовления.

Требования к уменьшению коэффициента аэродинамического сопротивления практически предопределяют уменьшение верти­кального габарита фары почти в два раза, что возможно только при очень рациональном распределении светового потока и увеличении КПД фары. Новые конструкции фар требуют выполнения отражате­ля сложной формы, допускающей изготовление только из легко формуемых материалов (стекло, пластмасса). Поэтому в настоя­щее время происходит переход к пластмассовым конструкциям световых приборов транспортных средств.

Существенные изменения претерпевает и система сигнализа­ции, особенностями развития которой, наряду с общей тенденцией уменьшения массы, являются: уменьшение градиентов освещенности в картине светораспределения, увеличение углов видимости, выравнивание яркости различных участков поверхности фонарей, исключение фантом-эффекта (восприятие при ярком солнечном свете не включенного фонаря включенным). Наряду с совершенст­вованием традиционных сигнальных приборов в системе сигнали­зации появляются дополнительные сигнальные огни, обеспечи­вающие увеличение информативности участников движения о ма­невре (дополнительные сигналы торможения, указатели поворота, информационные табло).

4.2. Основные принципы формирования светораспределения систем освещения и сигнализации

Техническое обеспечение современного светораспределения систем освещения и сигнализации представляет собой достаточно сложную компромиссную задачу. Сложность задачи заключается в том, что для обеспечения безопасности и рентабельности перевозок в ночное время суток, т. е. перевозок с достаточно большими скоро­стями, необходимо при относительно малой мощности источников света (максимально 90 Вт) с низкой светоотдачей (максимально 13,5 лм с 1 Вт), ограниченных мощностью современных автомобильных источников питания (аккумуляторов, генераторов), добиваться не только большой силы света до 150 000 кд и более, но и распределятьсветовой пучок неравномерно.

При этом должны обеспечиваться необходимая дальность види­мости в том или ином направлении, нужная яркость адаптации, ис­ключение ослепления водителей встречных транспортных средств. Для системы сигнализации необходимо обеспечение равномерной яркости, комфортности восприятия и полноты световой информации о режиме движения и маневре.

Естественно, что иногда необходимо сконцентрировать световой поток источника света, распределив его затем нужным образом в тре­буемых направлениях. В ряде случаев достаточно только перераспре­делить его и изменить цвет излучения, в некоторых случаях функции концентрации светового потока и его распределения можно объеди­нить. Поэтому, в зависимости от характера создаваемого светораспре­деления, принципы его формирования могут быть различными.

Окончательно светораспределение формируется рассеивателем, изготавливаемым из оптически прозрачного материала. На внутренней поверхности рассеивателя выполняются преломляю­щие элементы различной конфигурации, при помощи которых добиваются перераспределения сконцентрированного отражателем светового пучка источника света по нужным направлениям.

Концентрация светового потока источника света обеспечивается в традиционных конструкциях фар и фонарей параболоидным от­ражателем. Параболоидная форма отражающей поверхности наи­более приспособлена для выполнения этой функции, так как основ­ной характеристикой такой поверхности является равноудаленность ее точек от фокуса и плоскости, проходящей через директри­су. Поэтому, если в фокус параболоида поместить источник света достаточно малых размеров, лучи от источника света, падающие на его рабочую поверхность, будут отражаться в соответствии с зако­нами геометрической оптики и распространяться вдоль оптической оси отражателя в пределах малого угла 2α, обусловлен­ного размерами тела накала. На рис. 4.1 показано распределение светового потока реальным отражателем и распределенным источником света.

Рис.4.1

На отражатель попадает не весь световой поток источника све­та, а его часть

Если пренебречь потерями на отражение, считая, что Ф₁ = Ф₂, получим

I_1срω₁ = I_2срω₂, а так как ω₁ ≥ ω₂, то сила света отраженных лучей существенно возрастает по сравнению с силой света источ­ника. Очевидно, что чем больше значение ω₁, или, как это показано на рис. 4.2, угол охвата 2φ, тем выше степень использования све­тового потока. Однако, поскольку φ является функцией диаметра D и фокусного расстояния f, его эффективное значение определяется как альтернативное между большим диаметром, ограниченным конструктивными, экономическими и эстетическими соображения­ми, и малым фокусным расстоянием, обусловливающим увеличен­ную глубину и тем самым затрудняющим штамповку.

Рис.4.2.

В современных конструкциях фар угол охвата 2φ, как правило, не превышает 240°, что соответствует использованию 75% свето­вого потока равномерно излучающего источника.

Степень концентрации светового потока можно уменьшить расфокусировкой тела накала, т. е. изменением его положения относи­тельно точки фокуса и соответствующим изменением хода лучей.