Осветительные приборы легкового автомобиля

Осветительные приборы легкового автомобиля.

Совокупность приборов освещения и сигнальных устройств, расположенных снаружи и внутри автомобиля, образуют систему освещения. Она выполняет следующие функции:

• освещение дорожного полотна, обочины и расположенных на них объектов в условиях ограниченной видимости;

• предоставление информации другим участникам движения о наличии на дороге транспортного средства, его размерах, характере движения, совершаемых маневрах, а также принадлежности;

• освещение салона автомобиля, а также других его частей (багажного отсека, подкапотного пространства и др.) в темное время суток.

Система освещения автомобиля включает следующие основные конструктивные элементы: передние фары, передние противотуманные фары, задние фонари, задний противотуманный фонарь, фонарь освещения номерного знака, приборы внутреннего освещения и аппаратуру управления.

Передняя фара

П ередняя фара (другие названия – головная фара, блок-фара) освещает дорогу впереди автомобиля, а также представляет информацию другим участникам движения, находящимся впереди транспортного средства. Передние фары устанавливаются попарно симметрично с правой и левой стороны автомобиля. На современных автомобилях в дополнение к передним фарам может устанавливаться система ночного видения.

Передняя фара выполнена, как правило, в едином корпусе, в котором объединены следующие световые приборы: ближний свет, дальний свет, габаритный огонь, указатель поворотов и дневные ходовые огни.

Ближний свет фары служит для освещения дороги при наличии впереди других участников движения. Ближний свет ассиметричный, при правостороннем движении лучше освещена правая часть дороги и обочины. Дальний свет используется при отсутствии впереди других участников движения. Он представляет собой симметричный световой луч высокой интенсивности. Габаритный огонь используется для обозначения размеров транспортного средства. Габаритный огонь устанавливается также в заднем фонаре.

Указатель поворота может устанавливаться как в блок-фаре, так и вне ее в передней части автомобиля. Указатель поворота используется для информирования других участников движения о намерении совершить маневр (поворот, разворот, смену полосы движения). Указатель поворота устанавливается также в заднем фонаре. Помимо этого с боковой стороны автомобиля предусматривается повторитель указателя поворота. В последнее время повторитель указателя поворота стало популярно размещать в наружном зеркале заднего вида. Все указатели поворота должны работать синхронно.

В качестве сигнала поворота используется источник света желтого цвета, работающий в режиме мигания. Частота работы указателя должна составлять 1-2 мигания в секунду. Указатель поворота может иметь два режима работы: постоянный (пока не отключат), разовый (три-пять миганий при нажатии). Указатель поворота управляется с помощью соответствующего переключателя. Конструкция переключателя предусматривает автоматическое выключение сигнала при возвращении рулевого колеса в нейтральное положение.

Указатель поворота работает совместно с рядом систем активной безопасности: помощи при перестроении, помощи движению по полосе. Указатели поворота также используются в качестве сигнала аварийной остановки.

В некоторых странах предусмотрено использование дневных ходовых огней, которые предназначаются для повышения видимости транспортного средства в дневное время. Дневные ходовые огни представляют собой автоматически или вручную управляемый ближний свет фар полной или пониженной интенсивности. В некоторых случаях может использоваться дальний свет фар пониженной интенсивности.

Устройство фары

Несмотря на различия по форме, конструкции, цвету, материалам можно выделить следующее общее устройство фары: корпус, источник света, отражатель и рассеиватель.

Корпус служит основой для размещения и крепления остальных элементов фары. Он выполняется, как правило, из пластмассы. В качестве источников света используются различные ламы: накаливания – вольфрамовые, галогенные, газоразрядные – ксеноновые. Все большую популярность у автопроизводителей завоевывают светодиодные источники света.

Вольфрамовые лампы самые дешевые по цене и имеют низкую световую интенсивность. Поэтому данные лампы используются в качестве источника света габаритных огней, указателей поворота, стоп-сигнала, фонаря заднего ходя, приборов внутреннего освещения. Галогенные лампы являются самым распространенным источником ближнего и дальнего света фары. Для каждого из видов головного освещения может использоваться одна лампа (например, Н4 с двумя нитями накаливания) или две раздельные лампы (например, Н7 с одной нитью накаливания).

Большой популярностью в нашей стране пользуются ксеноновые лампы, которые могут использоваться как для ближнего, так и для дальнего света. Светодиодные источники света используются в основном для реализации сигнальных функций: стояночные огни, стоп-сигнал, сигнал поворота, дневные ходовые огни. Реже светодиоды можно увидеть в качестве источника головного света.

Отражатель в конструкции фары отвечает за формирование пучка света. Простейший отражатель имеет параболическую форму. Современные отражатели имеют более сложную форму. Отражатель изготавливается из пластмассы. Для создания зеркальной поверхности наносится тонкая пленка алюминия и покрывается лаком.

Рассеиватель пропускает световой поток и в зависимости от конструкции преломляет его. Другая функция рассеивателя – защита фары от внешних воздействий. Рассеиватель изготавливается из прозрачного пластика, реже из стекла.

Передняя противотуманная фара

П ередняя противотуманная фара предназначена для улучшения освещения дорожного полотна и обочины в условиях плохой видимости: дождь, туман, пыль, снег. Противотуманнынные фары используются попарно, устанавливаются в качестве опции, реже самостоятельно. Могут иметь белый или желтый цвет.

Противотуманные фары обеспечивают широкий луч света с отсеченной верхней частью. Передние противотуманные фары используются вместо ближнего света или совместно с ним. Эффект от применения фар заключается в уменьшении обратных бликов и, тем самым, улучшении видимости при атмосферных осадках. Наличие передних противотуманных фар не является обязательным, а в некоторых странах они вообще запрещены.

Задний фонарь

З адний фонарь предназначен для информирования участников движения, находящихся сзади автомобиля. Фонарь объединяет следующие световые приборы: задний габаритный огонь, стоп-сигнал, задний указатель поворота, фонарь заднего хода.

Задние фонари устанавливаются попарно симметрично. Фонарь может быть выполнен в виде единого блока или в виде связанных двух блоков, установленных в кузове и крышке багажника (пятой двери).

Задний габаритный огонь работает совместно с передним габаритным огнем. Конструктивно может быть объединен с стоп-сигналом. При этом используются или отдельные лампы накаливания (светодиоды) или лампы с двумя нитями разной световой интенсивности.

Стоп-сигнал активизируется автоматически при нажатии водителем педали тормоза. Задний габаритный огонь и стоп-сигнал имеют красный цвет, но стоп-сигнал горит ярче. На некоторых автомобилях реализован т.н. адаптивный стоп-сигнал, при котором световая интенсивность находится в зависимости от интенсивности торможения (чем сильнее жмешь, тем ярче горит). Представляет интерес функция аварийного стоп-сигнала (Emergency Stop Signal, ESS), реализованная в виде вспышек стоп-сигнала при экстренном нажатии на педаль тормоза.

Задний указатель поворота работает совместно с передним указателем поворота. Имеет желтый цвет. Фонарь заднего хода обеспечивает освещение при движении автомобиля задним ходом. Активизируется автоматически при включении задней передачи (режима заднего хода). Является обязательным световым прибором. Устанавливается один или два (симметрично) фонаря заднего ходя белого цвета.

Задние противотуманные фонари

З адние противотуманные фонари используются для предупреждения сзади идущих автомобилей в условиях плохой видимости. Конструктивно могут быть выполнены в составе заднего фонаря или отдельно – ниже фонаря в бампере автомобиля.

На автомобиле устанавливается один (в левой части автомобиля) или два (симметрично) задних противотуманных фонаря. Наличие заднего противотуманного фонаря является обязательным. Имеет большую световую интенсивность, чем задний габаритный огонь.

Управление приборами освещения

Управление приборами освещения, входящими в состав системы освещения, осуществляется соответствующими переключателями из салона автомобиля. На некоторых автомобилях реализовано автоматическое управление отдельными функциями: включение ближнего света, коррекция головного освещения, активное головное освещение, адаптивное освещение, управление дальним светом.

Передние фары в системе освещения автомобиля занимают центральное место. Они освещают дорогу перед автомобилем, а также служат для обнаружения автомобиля и его намерений другими участниками движения. Все это обеспечивает необходимый уровень безопасности и комфорта.

Передняя фара объединяет, как правило, несколько приборов освещения в одном корпусе: фара ближнего света, фара дальнего света, габаритный фонарь, фонарь указателя поворотов, дневные ходовые огни (при наличии). Объединенная конструкция носит название блок-фара. Основными световыми приборами в ней являются фары ближнего и дальнего света. К передним фарам относятся и противотуманные фары, которые устанавливаются отдельно.

Ближний свет фар является основным для движения в темное время. Он характеризуется ассиметричным характером (световой пучок растянут вдоль правой стороны), наличием светотеневой границы (теневая область выше, яркая область ниже определенной границы). В фаре ближнего света реализован компромисс между ослеплением других водителей в разумных пределах и достаточно высоким уровнем освещения.

Дальний свет фар обеспечивает максимальную дальность освещения дороги, т.к. не имеет ограничений. С другой стороны фара дальнего света создает максимальное ослепление других водителей, поэтому ограничивается в применении. Система адаптивного освещения значительно повышает эффективность использования дальнего света на автомобиле.

Передние фары современного автомобиля являются сложными техническими системами и в своем роде произведениями искусства. Они индивидуальны для каждой новой модели автомобиля. В зависимости от комплектации автомобиль может иметь несколько конструкций фар. Ведущими производителями автомобильного освещения являются компании Hella, Al-Automotive Lighting, Philips.

Классическая фара объединяет источник света, отражатель и рассеиватель. В передних фарах применяются следующие источники света: лампа накаливания, галогенная лампа, газоразрядная лампа, светодиоды.

Л ампа накаливания представляет собой вольфрамовую нить, помещенную в стеклянную колбу. При работе лампы происходит нагрев нити, который сопровождается испарением вольфрама с поверхности. Нить утончается и со временем перегорает. Помимо этого, при испарении вольфрама происходит потемнение лампы.

В  галогенной лампе вольфрамовая нить окружена галогенным газом (йод, бром), что позволяет поднять температуру нити и увеличить уровень освещения. Срок службы галогенной лампы (до 1000 часов) намного больше обычной лампы накаливания, т.к. нагревание вольфрама происходит по замкнутому циклу. При испарении вольфрам соединяется с газом и циркулирует по колбе. При соприкосновении с нитью накаливания соединение распадается, а вольфрам оседает на нити.

В  газоразрядной лампе (High-intensity discharge, HID) световой поток создается за счет нагрева газа высоким напряжением. В автомобильных газоразрядных лампах используется ксенон, имеющий высокую световую эффективность. Для розжига и питания ксеноновой лампы требуется дополнительное оборудование, которое значительно увеличивает стоимость фары. Срок службы газоразрядной лампы достигает 2000 часов.

С ветодиоды (Light Emitting Diode, LED) в качестве автомобильных источников света набирают стремительную популярность. Они имеют срок службы до 3000 и более часов, потребляют меньше энергии и обеспечивают приемлемый уровень освещенности. В настоящее время светодиоды широко используются в качестве источников света внутреннего (подсветка приборов, индикаторные лампы) и внешнего (задние фары, дополнительные стоп-сигналы, дневные ходовые огни) освещения. С 2007 года светодиоды белого спектра свечения начали использоваться в качестве источников ближнего и дальнего света.

Источники света характеризуются рядом параметров: напряжение, мощность, световой поток. Производным этих параметров является световая отдача (световой поток на единицу мощности), выступающая своеобразным показателем эффективности и экономичности лампы.

Основные характеристики источников света для сети 12В приведены в таблице:

Отражатель в зависимости от типа фары обеспечивает отражение света от источника непосредственно на дорогу или оптическую линзу. Отражатель изготавливают из пластмассы или металла. Более универсальные пластмассовые отражатели, позволяющие создать любые геометрические формы. На поверхность отражателя нанесен тонкий слой алюминия.

Основные типы отражателей: параболический, свободной формы и эллипсоидный. Параболический отражатель используется в классических фарах, в которых уровень освещенности пропорционален размеру отражателя (больше отражатель больше света).

О тражатель свободной формы(Homogeneous Numerically Calculated Surface, HNS) разделен на отдельные участки (вертикальные, радиальные), которые имеют свое фокусное расстояние и оптимизированы на определенный характер отражения света. Отражатель типа HNS обеспечивает высокую однородность освещения. Геометрическая поверхность отражателя разрабатывается с помощью компьютерного моделирования.

Параболический отражатель и отражатель свободной формы составляют основу отражательных (рефлекторных) фар.

Э ллипсоидный отражатель является частью полиэллипсоидной системы освещения (Poly Ellipsoid System, PES). Эллипсоидный отражатель совместно с оптической линзой позволяет значительно сократить размеры фары при сохранении уровня освещения и направленности светового пуска. Эллипсоидный отражатель имеют проекционные (прожекторные) фары, в обиходе их называют линзованные фары.

Роль рассеивателя в современных фарах минимальна, т.к. распределение света осуществляется в основном отражателем. С 1992 года широко используются пластмассовые рассеиватели.

Галогенные фары

В настоящее время галогенные фары являются самым распространенным типом фар. В них в качестве источника света используется галогенная лампа. Галогенные фары используются для ближнего и дальнего света. Конструктивно фары могут быть разделены и совмещены, т.н. би-галоген. В фарах ближнего света используются отражатели свободной формы или эллипсоидные отражатели, для дальнего света – отражатели свободной формы или параболические отражатели.

Создание светотеневой границы ближнего света в совмещенных фарах производится двумя способами: светоотражающий колпачок на галогенной лампе с двумя нитями накаливания, световой экран в проекционной системе. Поддержание определенного положения фары относительно плоскости кузова обеспечивает электромеханический корректор.

Ксеноновые фары

К сеноновые фары имеют большую популярность благодаря высокому уровню освещения. Фары предлагаются в качестве базового оборудования автомобилей бизнес и премиум класса, а также опционально для бюджетных автомобилей. В отличие от галогенных фар ксеноновые фары имеют более сложную конструкцию. Помимо собственно фары в систему включен блок зажигания и электронный блок управления, которые обеспечивают воспламенение газа импульсом напряжения переменного тока 10-20 кВ и питание электроэнергией во время работы.

Ксеноновые фары могут быть рефлекторными и прожекторными, при этом прожекторные фары более популярны у потребителя. Отдельно для ближнего и дальнего света ксеноновые фары применяются достаточно редко. В основном используются би-ксеноновые фары, в которых функции ближнего и дальнего света реализованы в одной фаре. Создание светотеневой границы в би-ксеноновых фарах осуществляют несколькими способами:

• световой экран в проеционных фарах;

• перемещение газоразрядной лампы по горизонтали в отражательных фарах.

Би-ксеноновые фары оборудуются, как правило, модулем поворота в вертикальной и горизонтальной плоскости. Это значительно расширяет область применения фары. Ввиду особенности конструкции ксеноновые фары в обязательном порядке снабжаются автоматическим корректором фар и стеклоомывателем фар.

Светодиодные фары

С ветодиодные фары для головного света начали применяться совсем недавно и примеров их использования не так много – ряд моделей Audi, Cadillac, Lexus. Например в Audi R8 светодиодная фара состоит из трех многокристаллических светодиодов. Каждый многокристаллический светодиод включает два простых светодиода, каждый со своим отражателем. Световой поток от всех светодиодов преобразуется в общей проекционной линзе. Для создания светотеневой границы в светодиодной фаре используется световой экран. Несмотря на значительные преимущества, светодиодные головные фары применяются пока очень редко.

Ряд производителей предлагают светодиодные лампы с цоколем для постановки в штатные места галогенных ламп. Такие светодиодные лампы, несмотря на то, что светят очень ярко, не обеспечивают требуемого уровня освещения.