7 Лабораторна робота № 7 Система освітлення і сигналізації автомобіля
Мета роботи - вивчення систем світлорозподілення автомобільних фар і освоєння методів перевірки світлорозподілення головних фар європейської асиметричної системи.
7.1 Загальні відомості
Система освітлення і сигналізації займає особливе місце в електрообладнанні автомобілів, оскільки призначена для освітлення дороги і передачі інформації про свій автомобіль, особливо при русі в темний час доби. В цей час відбувається до 50% дорожньо-транспортних подій, хоча кількість автомобілів на дорогах значно менша, ніж вдень.
При поганій освітленості дороги гострота зору водія різко падає, порушується кольоровий і глибинний зір, контрастність сприйняття. Недолік зорової інформації приводить до емоційної напруги і швидшої стомлюваності водія, до зниження продуктивності праці.
Природно, що значення норм на світлотехнічні характеристики також визначаються вимогами безпеки і існуючими умовами дорожнього руху. Міжнародні автомобільні перевезення і експорт автомобілів вимагають регламентації переліку освітлювальних і світлосигналізаційних приладів, обов'язкових для установки на автомобілі, а також норм на їх розташування на автомобілі і основних характеристик приладів. У 1958 році в рамках Комітету з внутрішнього транспорту Європейської економічної комісії при ООН (ЄЕК ООН) було підписано «Угоду про ухвалення одноманітних умов офіційного затвердження обладнання і частин механічних транспортних засобів». У розвиток цієї Угоди розробляються правила, що додаються до нього. В даний час вітчизняні стандарти на автомобільні світлові прилади розробляються з урахуванням вимог Правил ЄЕК ООН.
На відповідність Правилам ЄЕК ООН світлові прилади перевіряються в спеціальних світлотехнічних лабораторіях. Автомобільні світлові прилади, які успішно пройшли перевірку на відповідність Правилам ЄЕК ООН, отримують знак міжнародного затвердження (табл. 7.1). Знак наноситься на розсіювач або основний корпус світлового приладу, який є колом з нанесеною буквою Е і відмітним номером країни, що видала офіційне затвердження.
Під колом над порядковим номером офіційного затвердження може стояти горизонтальна стрілка. Направлена управо стрілка на фарі головного освітлення указує на те, що фара сконструйована для експлуатації в країнах з лівобічним рухом. Двосторонню стрілку мають фари, які унаслідок переміщення лампи або оптичного елементу можуть бути використані як при правосторонньому, так і при лівобічному русі. На фарах, використовуваних на дорогах з правостороннім рухом, стрілка не ставиться.
Стрілка на розсіювачах сигнальних ліхтарів указує напрям, в якому забезпечується геометричний кут видимості в горизонтальній площині. При установці передніх і задніх покажчиків повороту вістря стрілки повинне бути направлене до найближчої бічної частини автомобіля, а при установці бічних покажчиків повороту – до передньої частини.
Над колом знаку офіційного затвердження фар головного освітлення наносять квадрат, в який вписують букви С, R, S, H. Одиничні букви С і R означають, що фара відповідає міжнародним нормам відносно ближнього С і дальнього світла R. Наявність в квадраті двох букв СR свідчить про те, що оптична система фари розрахована на роботу як ближнього, так і дальнього світла. Для позначення цільноскляного оптичного елементу (лампи-фари) в квадрат вписують букву S. Відсутність букви S означає, що використаний металоскляний елемент. Фари з додатковою буквою Н в квадраті розраховані на застосування тільки галогенних ламп. Цифри праворуч від кола на фарах з галогенними лампами і відповідні їм закруглені значення максимальної сили світла галогенного оптичного елементу при дальньому світлі приведені в таблиці 7.2.
Для протитуманних фар і ліхтарів над колом проставляють букву В. На розсіювачах задніх габаритних вогнів в квадраті над колом стоїть буква R. Передні габаритні вогні позначають буквою А. На ліхтарях заднього ходу проставляють символ R. Для ліхтарів освітлення номерного знаку додаткові написи над колом не передбачені.
Знак офіційного затвердження покажчиків повороту відрізняється тим, що над колом дано позначення категорії світлового приладу. До категорії 1 відносять передні покажчики повороту, а до категорії 2а і 2в відповідно одно- і дворежимні задні покажчики повороту. Різні типи бічних покажчиків повороту розділені на категорії 3, 4, і 5. До категорії 3 відносяться передні бічні покажчики повороту, призначені для використання на автотранспортних засобах, що не мають інших покажчиків повороту. Передні бічні покажчики повороту категорії 4 встановлюються в тому випадку, якщо на автотранспортному засобі вже встановлені покажчики повороту категорії 2а і 2в. На автотранспортних засобах, де є покажчики повороту категорії 1 і 2 (2а і 2в), можуть встановлюватися додаткові бічні покажчики повороту категорії 5.
Одно- і дворежимну роботу сигналів гальмування кодують в квадраті над колом знаками S1 або S2. на світлових приладах, що мають одночасно задній габаритний вогонь і сигнал гальмування, над колом проставляють прямокутник, в який вписують букви R і знаки S1 або S2, відокремлені горизонтальною межею.
Римські цифри I, II або III, які вказують категорію і номер офіційного затвердження світлоповертача, повинні знаходитися на протилежних кінцях діаметру кола, в який вписана буква Е в будь-якому положенні по відношенню до неї. Світлоповертачі категорії I призначені для автотранспортних засобів шириною 1,6 м і більш, категорії II – для автотранспортних засобів шириною не менше 1,6 м. Світлоповертачі категорії III встановлюють на причепи і напівпричепи. Знак офіційного затвердження проставляють на освітлюваній поверхні або на одній з освітлюваних поверхонь світлоповертача.
Якщо сигнальні вогні використовуються як одиночні або в поєднанні двох вогнів, праворуч від кола ставлять букву D.
На автомобілях встановлюють різні за призначенням, конструкції світлові прилади з різними електричними і світловими характеристиками. У обов'язковий комплект світлових приладів для всіх автомобілів входять: не менше двох фар дальнього і ближнього світла (головне освітлення), по два габаритні вогні та по два покажчики повороту спереду і ззаду, два світлоповертача, сигнали гальмування, ліхтарі заднього ходу і один ліхтар освітлення номерного знаку. Як додаткові світлосигнальні прилади встановлюють контурні вогні, бічні повторювачі покажчиків повороту, пізнавальні знаки автопоїзда і причепів, бічні світлоповертачі, вогні переважного проїзду. До необов'язкових світлових приладів відносять протитуманні фари і ліхтарі, ліхтар збільшення габариту автомобіля, бічні габаритні, стоянкові вогні, фари-прожектори, прожектори шукачі.
Автомобільні світлові прилади ділять на освітлювальні і світлосигнальні. Світловий пучок освітлювального приладу сприймається після віддзеркалення від дороги або від об'єкту на дорозі, а світловий потік світлосигнального приладу спостерігач сприймає безпосередньо. Фари і ліхтарі заднього ходу можна рахувати і освітлювальними і світлосигнальними приладами.
Основними світлотехнічними параметрами світлових приладів є: активна поверхня оптичної системи, світлові отвори, тілесний і плоский кути обхвату, кути випромінювання і розсіювання, фокус і фокусна відстань оптичної системи, коефіцієнт віддзеркалення для відбивачів і коефіцієнт пропускання і поглинання для розсіювачів.
Активною поверхнею оптичної системи є дзеркальна поверхня відбивача. Її проекція на площину, перпендикулярну оптичній осі, називається світловим отвором. Оптична вісь світлового приладу – це вісь його симетрії. Промені, падаючі на активну поверхню відбивача паралельно оптичній осі, збираються у фокусі. У реальних оптичних системах з фокусом суміщають центр тіла напруження джерела світла. Відрізок оптичної осі від фокусу до вершини відбивача називається фокусною відстанню.
Тілесним кутом обхвату активної поверхні є кут, в межах якого поверхню оптичної системи видно з фокусу. Перетин тілесного кута ω обхвату меридіональною площиною, що проходить через вісь обертання параболоїда, утворює плоский кут φ. Тілесний кут, в якому сконцентрований відбитий активною поверхнею світловий потік, що вийшов з системи, називають кутом випромінювання оптичної системи.
Коефіцієнт віддзеркалення оптичної системи – це відношення відбитого світлового потоку до світлового потоку, падаючого на неї. Під коефіцієнтом поглинання розуміється відношення світлового потоку, що поглинається світловою системою, до світлового потоку, нею створюваному.
Характеристики світлових приладів значною мірою залежать від властивостей матеріалів, з яких виготовляють окремі елементи оптичної системи.
Найбільш поширеною конструкцією фар впродовж довгого часу була американська лампа-фара, що є нерозбірним оптичним елементом, який містить спаяні в колбу, заповнену інертним газом, відбивач і розсіювач, круглої або прямокутної форми, усередині якої змонтовано одна або дві нитки напруження.
У Європі, починаючи з 50-х років, широкого поширення набули металоскляні елементи із змінним джерелом світла, що є звичайною або галогенною лампою з одним або двома тілами напруження, встановлювану в сліпий отвір металевого відбивача.
Останніми роками разом з вдосконаленням характеристик світлорозподілювача висуваються вимоги по поліпшенню аеродинамічних характеристик фар, що багато в чому визначають паливну економічність транспортних засобів. Вимоги до зменшення коефіцієнта аеродинамічного опору привели до зменшення вертикального габариту фари майже в два рази.
Істотні зміни зазнає і система сигналізації. У системі сигналізації з'являються додаткові сигнальні вогні, що забезпечують збільшення інформативності учасників руху.
Найбільш відповідальним елементом системи освітлення і світлової сигналізації є головне освітлення.
Головне освітлення повинне забезпечувати достатню видимість дороги як при ближньому світлі (світло зустрічного роз'їзду без засліплення водія зустрічного транспорту), так і при дальньому – з метою підтримки високої швидкості руху автомобіля. Розподіл світла на полотно дороги в значній мірі залежить від конструкції оптичного елементу і лампи фари. В даний час застосовують дві системи фар, що відрізняються одна від одної характером світлорозподілення ближнього світла, використовуваного при зустрічному роз'їзді транспортних засобів.
Американська система – з двохнитковими лампами, що не мають екрану на нитці ближнього світла, причому нитка ближнього світла зміщена щодо фокусу параболічного відбивача декілька вгору і вліво (по ходу автомобіля). Завдяки цьому, пучок ближнього світла, використовуваний при зустрічному роз'їзді, направлений переважно на праву сторону дорожнього полотна, але не має різкої світлотіньової межі.
У фарах європейської системи, світлорозподілення – європейське асиметричне світло – нитка напруження ближнього світла розфокусована вперед уздовж осі, при цьому виходить світловий пучок, що розходиться. Всі промені, відбиті від верхньої половини параболоїдного відбивача, виходять під деяким кутом вниз і падають на дорогу. Щоб виключити промені, відбиті від нижньої половини відбивача і направлені вгору у бік очей водія зустрічного транспортного засобу, нитка ближнього світла перекривається знизу екраном.
Унаслідок наявності екрану у світлової плями чітко розрізняється світлотіньова межа. При цьому траєкторія руху очей водія зустрічного транспорту проходить в тіньовій зоні, освітленість в якій відповідає вимогам міжнародних норм.
Для збільшення освітленості правої сторони дороги і правого узбіччя екран в лампі роблять несиметричним. Нахил лівого борту під кутом 15о дозволяє збільшити активну поверхню відбивача. Відбитий від цієї поверхні світловий пучок підвищує освітленість правої частини дороги і узбіччя на відстані до 70 м.
З порівняння європейської і американської систем світлорозподілення виходить, що при ближньому світлі фари європейської системи володіють більш раціональнішим світлорозподіленням, добре освітлюють праву частину дороги і узбіччя, володіють меншою сліпучою дією для водіїв зустрічних автомобілів.
У нас в країні, в європейських країнах і в СНД прийнята уніфікована європейська система фар з асиметричними ближнім світлом і різкою світлотіньовою межею. Світлотехнічні норми для фар цієї системи регламентовані Правилами №1, 20, 37 ЄЕК ООН, національними стандартами.
В процесі експлуатації транспортних засобів погіршуються характеристики світлових приладів, що обумовлене порушенням регулювання фар від дії вібраційних навантажень, зміни жорсткості підвіски, заміною джерел світла, забрудненням робочих поверхонь відбивача і розсіювача, і так далі. погіршення функціональних характеристик вимагає проведення робіт по регулюванню і обслуговуванню фар. Нормативні документи встановлюють періодичність і об'єм робіт, виконаних при щоденному обслуговуванні (ЕО) і ТО-1 систем освітлення і сигналізації. При цьому проводять перевірку: правильності установки і регулювання фар; перевірку сили світла фар, світлосигнальних вогнів; перевірку стану лампи, проводів, контактів, елементів кріплення.
Експлуатаційні значення світлових характеристик регламентує ДСТУ.
Контролюють і регулюють положення фар за допомогою вимірювального екрану або спеціальних оптичних приладів – реглоскопов. Регулювання фар по екрану для європейської системи освітлення проводять по ближньому світлу (до 1970 р. на всіх вітчизняних автомобілях встановлювали фари зі світлорозподіленням, близьким до американського).
Підготовлений транспортний засіб (згідно рекомендаціям підприємства-виробника) встановлюють на рівному майданчику на певній відстані від екрану (як правило, ця відстань рівна 10 м), заздалегідь орієнтуючи щодо площини екрану. Потім, по черзі проецуючи світловий пучок кожній з фар, екранізуючи при цьому випромінювання іншої фари, регулюванням добиваються збігу світлової межі ближнього світла фар з розміткою номінального положення цієї межі на екрані. Розмітки екранів приведені на рис. 7.1.
Максимальна і мінімальна допустимі освітленості для контрольних точок і зон екрану при перевірці фар з лампою R2 приведені в таблиці 7.3.
Вертикальна лінія VV на екрані відповідає осі, а лінія OG і OG' – краям правої смуги дороги, по якій рухається автомобіль. Лінія ОЕ відповідає траєкторії очей водія зустрічного автомобіля. Лінії OF і OF' є відповідно зовнішнім краєм і осьовою лінією лівої смуги дороги. Контрольна точка В50L знаходиться на рівні очей водія зустрічного автомобіля, коли відстань між автомобілями рівна 50м. точки 50R і 75R характеризують освітленість правого краю правої смуги дороги на відстані 50 і 75 м.
Небезпечна відносно засліплення зона III розташована вище світлотіньової межи НОД. Для неї встановлений дуже низький рівень освітленості. Для зони IV, що відображає видимість дорожнього полотна, встановлена мінімальна освітленість. У зоні II освітленість повинна бути найвищою. Зона I відповідає ділянці дороги на відстані до 25 м перед автомобілів.
Для перевірки світлорозподілення дальнього світла фар вимірюють освітленість в п'яти точках екрану (рис. 7.1), розташованих на нормалі НН, відповідній горизонтальній площині, що проходить через фокус фари. Дальнє світло контролюють після перевірки ближнього світла, залишаючи фари в тому ж положенні, що і при перевірці ближнього світла. Норми освітленості в контрольних точках екрану (на відстані 25 м від форми) відповідно до Правил ЄЕК ООН приведені в таблиці 7.4.
Рисунок 7.1 – Екран для перевірки фар європейської асиметричної системи
Освітленість вимірюють люксметром, що складається з вимірника і окремого фотоелемента з насадками, поміщаючи його в контрольних точках і зонах екрану.
Перевірка і регулювання світлового потоку фар автомобілів здійснюється і за допомогою оптичних приладів – пересувних або переносних регласкопов.
Таблиця 7.1 – Знаки міжнародного затвердження
Світловий прилад |
Знак міжнародного затвердження |
Фари головного освітлення |
|
Габаритні вогні |
|
Покажчики повороту |
|
Сигнали гальмування |
|
Світлоповертачі |
|
Задні протитуманні ліхтарі |
|
Подібні прилади мають оптичну камеру, що дозволяє формувати пучок дальнього і ближнього світла на короткій базі 400…500 мм, забезпечують процес контролю і регулювання положення фар при вимірюванні сил світла фар і ліхтарів на малих площах 3…4 м2, що не вимагають затемнених приміщень. Оптична камера містить збірну лінзу з фокусною відстанню 400…500 мм, у фокальній площині якої встановлений екран, а у фокусі розміщений фотоприймач з підключеним до нього показуючим приладом. Екран реглоскопа має аналогічну стандартному екрану розмітку, може переміщатися у вертикальній площині як разом з об'єктивом, так і незалежно від нього, що забезпечує контроль положення фар, встановлених на різній висоті.
Для установки оптичної камери щодо транспортного засобу всі реглоскопи мають систему орієнтації.
Таблиця 7.2 – Максимальна сила світла
Цифри |
1 |
20 |
25 |
30 |
40 |
50 |
Максимальна сила світла Кд·103 (Кд (Кандела) – сила світла, J) |
2,75-3,5 |
55-70 |
68,75-87,5 |
82,5-105 |
110-140 |
137,5-175 |
Таблиця 7.3 – Допустима освітленість для контрольних точок і зон екрану
Тип фари (діаметр оптичного елементу) |
Освітленість, лк (не менше), в точках і зонах екрану |
||||||
B50L |
75R |
50R |
25R |
25L |
Зона III |
Зона IV |
|
СR і С (відповідно 170 і 136мм) СR (136мм) |
0,3*
0,3* |
8,0
4,0 |
12,0
10,0 |
1,5
1,5 |
1,5
1,5 |
0,7*
0,7* |
2,0
2,0 |
Примітка. * - не більше.
Таблиця 7.4 – Норми освітленості в контрольних точках екрану для дальнього світла фар
Найменування |
Освітленість, лк, відповідно до Правил ЄЕК ООН |
|
1 і 5 |
8, 20 і 31 |
|
Граничні значення |
32 (не нижче) |
48 – 240 |
Контрольні точки: О, не менше А і А*, не менше В і В* |
0,9Еmax 16 4 |
0,8Еmax 24 6 |
Примітка. * - не менше.