Системы освещения и световой сигнализации

Тема 8. Системы освещения и световой сигнализации

Требования к автомобильным системам освещения и световой сигнализации

Назначение световых приборов

Безопасность движения автомобилей, особенно в темное время суток, во многом зависит от состояния и характеристик приборов системы освещения и световой сигнализации. Поэтому требования к автомобильным световым приборам и нормы на их светотехнические характеристики определяются требованиями безопасности и существующими условиями дорожного движения.

Световые приборы предназначены 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.

Автомобильные световые приборы должны обеспечивать хорошую видимость и необходимую информативность в широком диапазоне расстояний при различных погодных условиях, не вызывая ослепления водителей в темное время суток.

Работа системы освещения основана на принципах генерирования, распределения и перераспределения в пространстве электромагнитного излучения оптической области спектра. Органами зрения воспринимаются видимые излучения с длиной волны в диапазоне 380—760 нм. При совокупном воздействии цветовых спектров излучения данного диапазона воспринимаются органом зрения как белый свет, который, в свою очередь, состоит из однородных излучений.

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

Классификация световых приборов

На автомобилях устанавливают различные по назначению, конструкции световые приборы с разными электрическими и световыми характеристиками. 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, сигналы торможения, фонари заднего хода и один фонарь освещения 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 и фонари, фонарь увеличения габарита автомобиля, боковые габаритные, стояночные огни, фары-прожекторы, прожекторы-искатели.

Большое число световых приборов на автомобиле не должно вызывать трудности при их различении участниками дорожного движения. Для этого используется система кодирования информации, поступающей от световых приборов. К кодирующим элементам относят число одновременно работающих световых приборов, их расположение на автотранспортном средстве, режимы работы, расстояние между одновременно работающими световыми приборами, форма светоизлучающей поверхности, цвет излучаемого света и интенсивность излучения в пределах одного цветового спектра.

Автомобильные световые приборы делят на осветительные и светосигнальные. Световой пучок осветительного прибора воспринимается после отражения от дороги или от объекта на дороге, а световой поток светосигнального прибора наблюдатель воспринимает непосредственно. Фары и фонари заднего хода можно считать и осветительными и светосигнальными приборами. Водитель автомобиля, на котором они установлены, воспринимает их световой поток после отражения от дороги и наблюдаемых объектов, а другие участники дорожной обстановки непосредственно.

Светотехнические параметры световых приборов

Световые приборы преобразуют электрическую энергию в световой пучок определенной структуры — соответствующим образом организованную совокупность направлений излучения света и цвета (спектра излучения). Оптическая система светового прибора, обеспечивающая необходимую структуру и спектр светового пучка, включает лампу, отражатель и рассеиватель. Лампа является источником света. Отражатель обычно в виде параболоида вращения, концентрирует световой поток, испускаемый лампой, в требуемом телесном угле. Рассеиватель из прозрачного материала перераспределяет световой поток в вертикальной и горизонтальной плоскостях с помощью линз и призм на его внутренней поверхности и, при необходимости, меняет цвет излучаемого света.

Основными светотехническими параметрами световых приборов являются 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. Ее проекция на плоскость, перпендикулярную оптической оси, называется световым отверстием. Оптическая ось светового прибора — это ось его симметрии. 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.

Телесным углом охвата активной поверхности является угол, в пределах которого поверхность оптической системы видна из фокуса. Сечение телесного угла охвата меридиональной плоскостью, проходящей через ось вращения параболоида, образует плоский угол охвата. Телесный угол, в котором сконцентрирован отраженный активной поверхностью и вышедший из системы световой поток, называют углом излучения оптической системы.

Коэффициент отражения оптической системы — это отношение отраженного светового потока, к световому потоку, падающему на отражающую поверхность. Коэффициент пропускания — отношение светового потока, прошедшего через поверхность, к световому потоку, падающему на нее. Под коэффициентом поглощения понимается отношение светового потока, поглощаемого световой системой, к световому потоку, ею создаваемому.

Действие оптической системы осветительных и светосигнальных приборов заключается в том, что большая часть светового потока, падающего на отражающую поверхность в пределах телесного угла охвата, после отражения проходит в пределах сравнительно малого телесного угла излучения. Поэтому концентрация светового потока внутри угла излучения существенно возрастает.

Часть светового потока, исходящая непосредственно от источника света и излучаемая вне угла охвата оптической системы, в осветительных приборах, как правило, экранируется, чтобы непреобразованный свет не создавал дополнительных помех водителю.

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

На некоторых автомобилях обеспечивается автоматическая регулировка светораспределения фар в зависимости от нагрузки. Устанавливаются устройства, автоматически ослабляющие слепящее действие фар при встречном разъезде автомобилей. Для управления осветительными и светосигнальными приборами широко применяется электроника.

Международная система обозначений световых приборов

Большое внимание уделяется нормированию характеристик автомобильных приборов освещения и световой сигнализации. 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 оборудования и частей механических транспортных средств». В развитие этого Соглашения разрабатываются прилагаемые к нему Правила. Отечественные стандарты на автомобильные световые приборы разрабатываются с учетом требований Правил ЕЭК ООН. Разработке единых технических требований, предъявляемых к структурному составу осветительных и светосигнальных приборов, к их светотехническим характеристикам, способствовало развитие международных автомобильных перевозок.

На соответствие Правилам ЕЭК ООН световые приборы проверяются в специальных светотехнических лабораториях. Автомобильные световые приборы, которые успешно прошли проверку на соответствие Правилам ЕЭК ООН, получают знак международного утверждения. Знак международного утверждения наносится на рассеиватель или основной корпус светового прибора и представляет собой окружность, в которой проставлена буква Е и отличительный номер страны, выдававшей официальное утверждение. Порядковые номера странам присвоены в хронологическом порядке ратификации ими Соглашения (например, 2 — Франция; 4 — Нидерланды; 7 — Венгрия). Под окружностью или справа от нее указывают номер официального утверждения.

Под окружностью над порядковым номером официального утверждения может стоять горизонтальная стрелка. Направленная вправо стрелка на фаре головного освещения указывает на то, что фара сконструирована для эксплуатации в странах с левосторонним движением. Двухстороннюю стрелку имеют фары, которые вследствие перемещения лампы или оптического элемента могут быть использованы как при правостороннем, так и при левостороннем движении. На фарах, используемых на дорогах с правосторонним движением, стрелка не ставится.

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

Над окружностью знака официального утверждения фар головного освещения наносят квадрат, в который вписывают буквы С, R, S, Н. Единичные буквы С и R обозначают, что фара удовлетворяет международным нормам в отношении ближнего и дальнего света. Наличие в квадрате двух букв CR свидетельствует о том, что оптическая система фары рассчитана на работу как ближнего, так и дальнего света. Для обозначения цельностеклянного оптического элемента (лампы — фары) в квадрат вписывают букву S. Отсутствие буквы S означает, что использован металлостеклянный элемент. Фары с дополнительной буквой Н в квадрате рассчитаны на применение только галогенных ламп.

Для противотуманных фар и фонарей над окружностью проставляют букву В. На рассеивателях задних габаритных огней в квадрате над окружностью стоит буква R. Передние габаритные огни обозначают буквой А. На фонарях заднего хода проставляют символ. Для фонарей освещения номерного знака дополнительные надписи над окружностью не предусмотрены.

Знак официального утверждения указателей поворота отличается тем, что над окружностью дано обозначение категории светового прибора. К категории 1 относят передние указатели поворота, к категории 2а и 2б соответственно одно- и двухрежимные задние указатели поворота. Различные типы боковых указателей поворота разделены на категории 3,4 и 5. К категории 3 относятся передние боковые указатели поворота, предназначенные для использования на автотранспортных средствах, не имеющих других указателей поворота. Передние боковые указатели поворота категории 4 устанавливаются в том случае, если на автотранспортном средстве уже установлены указатели поворота категории 2а и 2б. На автотранспортных средствах, где есть указатели поворота категории 1 и 2 (2а и 2б), могут устанавливаться дополнительные боковые указатели поворота категории 5.

Одно- и двухрежимную работу сигналов торможения кодируют в квадрате над окружностью знаками S1 или S2. На световых приборах, имеющих одновременно задний габаритный огонь и сигнал торможения, над окружностью проставляют прямоугольник, в который вписывают буквы R и знаки S1 или S2, отделенные горизонтальной чертой.

Римские цифры I, II или III, указывающие категорию и номер официального утверждения световозвращателя, должны находиться на противоположных концах диаметра окружности, в которой вписана буква Е, и в любом положении по отношению к ней. Световозвращатели категории I предназначены для автотранспортных средств шириной 1,6 м и более, категории II — для автотранспортных средств шириной менее 1,6 м. Световозвращатели категории III устанавливаются на прицепы и полуприцепы. Знак официального утверждения проставляют на освещаемой поверхности или на одной из освещаемых поверхностей световозвращателя. Если сигнальные огни используются как одиночные или в сочетании двух огней, справа от окружности ставят букву D.

Источники света автомобильных световых приборов

Автомобильные лампы накаливания

В качестве источника света в традиционных автомобильных световых приборах используют электрические лампы накаливания. Требования к их параметрам и применяемости нормируются Правилом № 37 ЕЭК ООН.

Конструкцию, применяемость и способы контроля лампы оценивают по следующим характеристикам: категория, тип лампы, номинальное и расчетное напряжения, номинальное и предельное 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 — отношение излучаемого источником света светового потока к потребляемой мощности.

К основным световым параметрам источников света относятся: номинальный световой поток лампы, измеряемый в люменах, максимальная сила света, измеряемая в канделах; яркость тела накала, измеряемая в канделах на квадратный метр.

Устройство ламп накаливания

 з)

 ж)

Автомобильная лампа накаливания состоит из колбы 1 (рис. 1), одной или двух нитей накала 2 и 3, цоколя 7 с фокусирующим фланцем 5 или без него и выводов 6. Стеклянная колба лампы может быть шаровидной, каплевидной, грушевидной