Система освещения автомобилей и тракторов

Основными параметрами, которые определяют и характеризуют осветительный или светосигнальный прибор, являются:

1. активная поверхность оптической системы;

2. световое отверстие;

3. телесный или плоский угол φ охвата;

4. углы излучения и рассеяния;

5. фокус и фокусное расстояние реальной системы;

6. коэффициент отражения (для отражателей);

7. коэффициенты пропускания и поглощения (для рассеивателей).

Активной поверхностью оптической системы осветительного или светосигнального прибора называется поверхность, которая отражает по закону зеркального отражения падающий на нее световой поток источника света.

Оптическая ось осветительного или светосигнального прибора представляет собой обычно ось симметрии этого прибора.

Световым отверстием оптической системы называется проекция активной поверхности оптической системы на плоскость, пер­пендикулярную к оптической оси. ГОСТ 16703-79 (СТ СЭВ 2418-80)

Телесный угол - это часть пространства, заключённая внутри одной полости конической поверхности c замкнутой направляющей. Телесный угол измеряется частью сферической поверхности (ABCDEF, рис.98 ).

Мерой телесного угла является отношение площади ABCDEF к квадрату радиуса шара:

Единица измерения телесного угла - стерадиан; это телесный угол, вырезающий на поверхности шара площадь, равную площади квадрата, сторона которого равна радиусу.

Телесный угол охвата системы - телесным углом охвата активной поверхности является угол, в пределах которого активная по­верхность оптической системы видна из фокуса. Сечение телесного угла охвата мериди­ональной плоскостью, проходящей через ось вращения параболоида, образует плоский угол охвата φ (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Угол охвата отражателя

Оптические системы осветительных и светосигналь­ных приборов в зависимости от величины максимального плоского угла охвата φ_max (рис. 191) делят на мелкие (φ_max < 90°) и глубо­кие (φ_max > 90°).

Рис. 191. Типы оптических систем осветительных и светосигнальных приборов:

а — глубокие; б — мелкие

Угол излучения α₀ оптической системы - это телесный угол, в котором сконцентрирован отраженный активной поверхностью и вышедший из системы световой поток.

Рис. 190. Элементы параболоидного отражателя при сечении угла охвата ме-ридиональной плоскостью

Под углом рассеяния понимают телесный угол, в котором заключен используемый для освещения световой поток оптиче­ской системы. Угол рассеяния может быть различным в зависимо­сти от типа и назначения осветительного или светосигнального прибора. Он выражается в процентном отношении от максималь­ной силы света прибора и определяет использование той или иной части светового пучка.

Фокусом реальной оптической системы считается точка на оптической оси, с которой следует совместить центр тела накала источника света с тем, чтобы световой пучок данной системы в наи­меньшей степени отличался от светового пучка той же системы, выполненной идеально.

Фокусом идеальной оптической системы считается точка на ее оптической оси, в которой соберутся после отражения световые лучи, падающие на оптическую систему парал­лельно ее оптической оси.

Фокусным рассеянием f называется расстояние вдоль оптиче­ской оси от фокуса до точки пересечения оптической оси с верши­ной параболоида.

Лучи от источника света падающие рабочую поверхность, будут отражаться в соответствии с законами геометрической оптики и распространяться вдоль оптической оси отражателя (рис. 4.1) в пределах малого угла 2α, обусловленного размерами тела накала.

Рис. 4.1. Распределение светового пото­ка реальным отражателем и распреде­ленным источником света

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

Ф₁ = I_1ср ω₁

где I_1cр - средняя сила света источника излучения, распространяющая в пределах телесного угла ω₁.

Световой поток, отраженный от отражателя,

Ф₂ = I_2ср ω₂

где I_2ср - средняя сила света отраженного излучения, распространяющегося в преде­лах телесного угла ω₂

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

I_1ср ω₁= I_2ср ω₂, 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.

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.

Коэффициент отражения ρ оптической системы — отношение отраженного потока к световому потоку, падающему на отражающую поверхность:

ρ = F_отр/F_пад

Коэффициентом пропускания т оптической системы называ­ется отношение светового потока, прошедшего через тело, к све­товому потоку, падающему на это тело:

τ = F_прош/F_пад

Коэффициент поглощения у оптической системы — отношение светового потока, поглощенного системой, к световому потоку, падающему на данную систему:

γ =F_погл/F_пад.

Большая часть светового потока источника света отражается оптической системой в пределах телесного угла охвата и после отражения направляется вдоль оптической оси внутри сравнительно малого телесного угла излучения. Вслед­ствие этого увеличивается концентрация светового потока внутри угла излучения. При этом оптическая система может характери­зоваться коэффициентом усиления

K_у = I_max/I₀

где I_max — максимальная сила света преобразованного светового потока оптической системы;

I₀ — сила света источника, помещенного в оптическую си­стему.

Многие из пе­речисленных параметров определяются материалами, из которых изготовляют элементы осветительных приборов.

Коэффициент отражения ρ этих материалов высокий (0,6—0,9).

Основным требованием, предъявляемым к осветительным авто­тракторным приборам, является обеспечение видимости в темное время суток. Причины ухудшения условий видимости в темное время суток следующие:

1. недостаточная или неравномерная осве­щенность дороги и предметов на ней;

2. снижение способности зрительного аппарата разли­чать предметы в результате воздействия встречных источников.

Одним из основных направлений в решении этого вопроса является разработка кон­струкции фар с рациональным светораспределением. Рациональным свето-распределением считается такое, при котором достигается освеще­ние препятствий на проезжей части дороги на расстоянии 60 - 80 м от автомобиля. При этом освещенность должна быть мини­мальной в зоне расположения глаз водителя встречного транс­порта. Освещенность проезжей части и препятствий на ней, создаваемая фарами, уменьшается с увеличением рассто­яния до препятствия. Если на расстоянии до 10 м освещенность проезжей части от пучка фар достигает 50 лк и более, то уже на расстоянии 30 - 50 м она снижается до 2 - 3 лк. Принято счи­тать, что освещенность препятствия на фоне полотна дороги 2 лк является достаточной для своевременного обнаружения пре­пятствия. Такую освещенность дорожного полотна и препят­ствий на нем создают современные фары на расстоянии 180 - 250 м при дальнем свете и на расстоянии 50 - 75 м при ближнем свете.

Фары

Все автомобили и другие транспортные средства, предназна­ченные для передвижения по дорогам, должны быть оборудованы фарами дальнего и ближнего света.

В 1958 г. была организована Европейская Экономическая Комиссия при Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН) во главе с Комитетом по внутреннему транспорту для разработки единых требований на осветительные и светосигнальные приборы. ЕЭК ООН приняла и утвердила ряд правил, содержащих требо­вания к автомобильным фарам, лампам накаливания для фар и фонарей, световозвращателям, светосигнальным фонарям, га­логенным автомобильным лампам. Так, например, Правила № 1 содержат единообразные предписания, касающиеся официального утверждения автомобильных фар с асимметричным ближним и дальним светом или с тем и другим из них.

В соответствии с требованиями ГОСТ 8769 - 75 фары ближнего и дальнего света должны быть установлены на автомобиле на опре­деленных расстояниях от поверхности дорожного полотна и на­ружного края транспортного средства.