Краткое описание принципа действия головных фар грузового автомобиля

Система освещения предназначена для обеспечения безопасного движения автомобиля в условия плохой видимости (ночью, при тумане, сильном снегопаде или тумане, при задымлении и т. п.), а также для освещения (при необходимости) кабины, платформы, двигательного отсека автомобиля.

Основу системы освещения всех машин составляют фары дальнего и ближнего света. Фары являются основным прибором системы освещения.

Наиболее распространенными являются параболические фары, в которых используется параболический отражатель. Параболоид — это геометрическое тело. Его сечения, параллельные оси симметрии, представляют собой параболы, а перпендикулярные оси — эллипсы (у эллиптических параболоидов) или окружности (у параболоидов вращения) [1].

Параболоид вращения, который используется в качестве отражателя в подавляющем большинстве автомобильных фар, образуется вращением плоской параболы вокруг ее оси. У параболоида вращения имеет следующее оптическое свойство — лучи света, параллельные оси вращения параболы, отражаясь в вогнутом параболоидном зеркале, собираются в его фокусе. И, наоборот, согласно рисунку 1, свет от помещенного в фокус источника отражается параболоидным зеркалом в виде пучка лучей, параллельных оси вращения образующей его поверхность параболы.

Фокус — точка на оптической оси (оси вращения плоской параболы), в которой соберутся после отражения световые лучи, падающие на оптическую систему (вогнутое зеркало) параллельно ее оптической оси. Отрезок оптической оси от фокуса до вершины отражателя называется фокусным расстоянием.

С фокусом параболоида целесообразно совместить центр тела накала источника света. При таком совмещении параболоидные отражатели автомобильных фар увеличивают силу света лампы в нужном направлении в 200 — 400 раз, обеспечивая освещенность дороги на требуемом расстоянии. Так, например, лампа силой света в 50 кд дает освещенность в 1 лк на расстоянии около7 м. При наличии параболического отражателя сила света фары возрастает до 10 000 — 40 000 кд и освещенность в 1 лк достигается на расстоянии 100 — 200 м [2].

Рисунок 1 — Лучи источника света, находящегося в фокусе F параболоидного зеркала, отражаются параллельно его оптической оси При двухфарной системе освещения в одном оптическом элементе фары совмещены два режима светораспределения — симметричный и асимметричный. В таких фарах при работе в режиме дальнего (симметричного) света источник света располагается в фокусе параболоида вращения, что позволяет отражателю (вогнутому зеркалу) направлять пучок света вдоль оси, а луч при помощи рассеивателя (защитного рифленого стекла) расширяется горизонтально. При работе в режиме встречного разъезда (на ближнем свете) источник света тем или иным способом смещается из фокуса. Если источник света выведен из фокуса, то отражаемый пучок света отклоняется от оптической оси параболоида отражателя. Это свойство используется при создании не слепящего водителей встречного транспорта асимметричного ближнего света.

Ослепление светом фар водителей встречных автомобилей всегда является серьезной проблемой при обеспечении безопасного дорожного движения. В нашей стране эта проблема достаточно актуальна из-за продолжительного темного времени суток в осенне-зимний период.

В настоящее время в мире принято симметричное светораспределение для фар дальнего света и асимметричное светораспределение света фар встречного разъезда (ближнего света) в соответствии с рисунком 2.

Дальний свет фар предназначен для освещения дорожного полотна перед автомобилем при отсутствии встречного транспорта. Дальний свет должен быть переключен на ближний в случаях, указанных в Правилах дорожного движения [3].

В темное время суток дальний симметричный свет освещает дорогу на расстояние до 250 м, ближний асимметричный свет (свет встречного разъезда) — на расстояние от 50 до 80 м. Водитель обязан выбирать скоростной режим движения автомобиля в зависимости от освещенности дороги.

Рисунок 2 — Световые пятна на дороге при освещении фарами на дальнем и ближнем свете Асимметричное светораспределение осуществляется по американской или европейской системе. Различное светораспределение ближнего света фар достигается выбором формы отражателя, конструкцией лампы накаливания и рассеивателя [4, 5]. Большая часть отражателей в автомобильных фарах имеет форму параболоида. При двухфарной системе освещения в головных фарах устанавливаются двухнитиевые лампы. На автомобиль Урал-4320−31, например, установлены две круглые головные фары освещения с европейским светораспределением света встречного разъезда (ближнего света).

Лампы фар европейского и американского типа светораспределения не взаимозаменяемы из-за существенных различий в устройстве.

Рассмотрим особенности образования светового потока таких фар при работе на дальнем и ближнем свете.

Фара состоит из корпуса и закрепленного в нем оптического элемента. Именно в оптическом элементе образуется световой поток фар. Оптический элемент состоит из отражателя, представляющего из себя параболоид вращения, приклеенного к отражателю рассеивателя и лампы.

Назначение отражателя — усилить свет лампы, собрав ту его часть, которая направлена не на дорогу, и направить свет на освещение дороги. Рассеиватель изготовлен из бесцветного рифленого стекла. Он окончательно формирует световой поток фары (рассеиватели разных систем светораспределения имеют различное расположение составляющих их линз), а также защищает поверхность отражателя и лампы от непосредственного воздействия внешней среды.

В оптический элемент фары устанавливается двухнитевая автомобильная лампа накаливания, в которой свет создается нитью накала — металлическим телом в виде тонкой спирали, которое раскаляется и нагревается до красна при прохождении через него постоянного электрического тока. У лампы накаливания в соответствии с рисунком 3, а нить дальнего света 2 помещена в фокусе параболоидного отражателя. Нить ближнего света 1 выдвинута вперед по отношению к нити 2 и расположена чуть выше и параллельно оптической оси.

а б в, а — двухнитевая лампа фары с «европейским» светораспределением; б — дальний (симметричный) свет; в — ближний (асимметричный) свет; 1 — нить ближнего света; 2 — нить дальнего света; 3 — экран Рисунок 3 — Совместное действие отражателя и лампы накаливания при образовании светового потока фар с европейским светораспределением Лучи от нити дальнего света попадают на всю поверхность отражателя в соответствии с рисунком 3, б и симметричным светом освещает дорогу впереди перед автомобилем на достаточно значительное расстояние. Лучи от нити ближнего света, которая находится вне фокуса отражателя — она выдвинута вперед по ходу движения автомобиля, из-за экрана 3 (рисунок 3, а) попадают только на верхнюю половину отражателя, отражаются вниз в соответствии с рисунком 3, в, и освещают близлежащие участки дороги перед автомобилем.

Образование светового потока ближнего света фар с европейской системой светораспределения представлено в соответствии с рисунком 4.

а б, а — дальний (симметричный) свет; б — ближний (асимметричный) свет Рисунок 4 — Образование светового потока фар с европейским светораспределением С помощью переключателя света фар (на автомобиле Урал-4320−31 это ножной переключатель) водитель выбирает режим работы фар (дальний или ближний свет) в зависимости от условий движения.

При включении водителем ближнего света в фаре параллельного пучка лучей света не получается и поэтому она дает рассеянный свет. Из-за наличия в лампе накаливания экрана половина светового потока не используется, так как нижняя часть отражателя фары не освещается. Максимальная сила света при таком расположении нити и экрана оказывается ниже оптической оси фары. В режиме ближнего света часть дороги перед автомобилем будет хорошо освещена, но при этом правая сторона дороги освещается значительно дальше, чем левая, а объекты, расположенные выше уровня оптической оси фары, будут освещены намного слабее.

При включении фар не допускается, ни при каких условиях, одновременное действие ближнего и дальнего света.

В странах с левосторонним движением требования к образованию светового потока ближнего света фар зеркально отличаются от европейских. Но, исключая зеркальность левосторонних движений, правила, регламентирующие автомобильную светотехнику, в этих странах постепенно и постоянно приближаются к европейским стандартам.

Рассмотрение особенностей образования светового потока головных фар с так называемой американской системой светораспределения не является задачей данной статьи.

ф

• 1. Параболоид. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.- Павленков Ф., 1907. [Электронный ресурс]. URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/dic_fwords/25 780/ПАРАБОЛОИД
• 2. Акимов С. В. Электрооборудование автомобилей [Текст] / С. В. Акимов, Ю. П. Чижков — М.: ЗАО «КЖИ» «За рулем», 2004. — 384 с.
• 3. Правила дорожного движения 2015. [Электронный ресурс]. URL: http://pddmaster.ru/documents/pdd
• 4. Чижков Ю. П. Электрооборудование автомобилей. Курс лекций. Ч. 2 [Текст] / Ю. П. Чижков — М.: Машиностроение, 2003. — 320 с.
• 5. Туревский И. С. Электрооборудование автомобилей. Учебное пособие [Текст] / И. С. Туревский, В. Б. Соков, Ю. Н. Калинин — М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004. — 368 с.