Классификация систем освещения

Современные системы освещения можно разделить:

1. по светораспределению - на европейскую и американскую;

2. по способу реализации светораспределения - на двух и четырехфарную;

3. по форме оптических элементов - с круглыми и прямоугольными.

Европейская и американская системы освещения различны как нормам на светораспределение, так и по принципам его формирования. Это различие обусловлено, главным образом, особенностями организации движения, качеством дорог и др.

Фары с европейской системой светораспределения

Оптический элемент фар с европейской системой светораспределе­ния состоит из отражателя, имеющего угол охвата 2φ_max > 180°, источника света с нитью накала дальнего и ближнего света и стеклянного рассеивателя, на поверхности которого опрессованы призмы и линзы.

Лампа накаливания имеет две нити: нить даль­него света, обычно размещенную в фокусе отражателя, и нить ближнего света, смещенную относительно фокуса вперед по опти­ческой оси. При такой расфокусировке отраженный световой пу­чок разделяется на две части. Первая часть светового пучка, отраженная верхней полусферой, направлена вниз относительно оптической оси фары (рис, 192), а вторая часть светового потока, отраженная нижней полусферой отражателя - вверх относительно оптической оси фары, т. е. в сторону расположения глаз водителя встречного транспорта.

Рис. 192. Ход лучей в оптической системе фар с европейской системой свето-распределения при работе нити накала:

а - дальнего света; б - ближнего света

Для того чтобы предотвратить ослепление водителей встреч­ных автомобилей этим потоком, в лампе под нитью ближнего света размещен непрозрачный экран, который исключает попадание световых лучей от нити накала на нижнюю полусферу отражателя. Вследствие наличия экрана у светового пятна четко различается светотеневая граница. При этом траектория движения глаз во­дителя встречного транспорта проходит в теневой зоне, освещен­ность в которой соответствует требованиям международных норм.

Рис. 4.3. Светораспределение режима ближнего света фар евро­пейской (б) систем освещения

Максимальная освещенность в теневой зоне не должна превы­шать 440 кд, а в точке (B50L), соответствующей положению глаз водителей встречного транспорта, находящегося на удалении 50 м, ограничена до 200 кд. В результате создания такого пучка ближ­него света значительно уменьшается ослепленность водителей при встречном разъезде, однако и освещение проезжей части сокраща­ется при этом до 50 м.

Для увеличения освещенности правой стороны проезжей части дороги и правой обочины (для правостороннего движения) экран в лампе делают несимметричным. Наклон левого бортика экрана под углом 15° (рис. 193) позволяет увеличить активную поверхность отражателя.

Рис. 193. Европейская лампа с цо­колем P45t

Отраженный от этой поверхности отра­жателя световой пучок увеличивает освещенность проезжей части дороги и правой обочины на расстояние до

75 м.

При освещении ближним светом фары с европейской системой светораспределения вертикального экрана (рис. 194) раздели­тельная линия светотеневой зоны должна иметь горизонтальный участок на левой стороне экрана (для правостороннего движения) и восходящий участок под углом 15° с правой стороны от центра вертикального экрана.

Рис. 194. Форма светового пятна фары с европейской системой светораспределения при включении ближнего света

Международный знак официального утверждения ставят на рассеивателе или на корпусе фары (рис. 196). Буква Е обозначает, что данная фара удовлетворяет требованиям правил ЕЭК ООН. Цифра около буквы является отличительным номером страны, выдавшей официальное утверждение на данную фару (например, Е4, Венгрия).

Рис. 196. Международный знак официального утверждения для фар с европейской системой свето-распределения, предназначенных для эксплуатации при движении:

а — правостороннем; б — левосто­роннем; в — правостороннем и левостороннем

Порядковые номера присваиваются странами в хронологи­ческом порядке ратификации ими соглашения о принятии данных международных правил.

На фарах, предназначенных для эксплуатации в странах с лево­сторонним движением, под кругом нанесена горизонтальная стрелка, направленная вправо, если смотреть на фару спереди (рис. 196, б). Если фара путем соответствующего перемещения оптического элемента или лампы может быть использована и при левостороннем и при правостороннем движении, то под кругом ставят горизонтальную двустороннюю стрелку (рис. 196, в). Стрелку под кругом не наносят, если фара сконструирована только для использования на дорогах с правосторонним движением (рис. 196, а). Ниже стрелки дается порядковый номер официаль­ного утверждения фары.

Кроме этих обозначений над кругом имеется квадрат, в ко­тором вписаны буквы CR Буква С обозначает, что фара удовлет­воряет предписаниям международных правил только в отношении ближнего света, буква R — в отношении дальнего света. Если фара предназначена для ее установки на транспортные средства со скоростью движения до 40 км/ч (сельскохозяйственные, лесо­промышленные тракторы и другие виды транспорта), то вместо квадрата и букв СR над кругом должен быть нанесен треуголь­ник с вершиной, обращенной вниз, а в треугольник вписана буква Т.

Существуют единые требования и на электрические лампы накаливания.

Автомобильная лампа, имеющая официальный знак утвержде­ния, должна удовлетворять требованиям по мощностным и свето­вым параметрам, приведенным в табл. 15.

Таблица 15

Показатель	Номинальное напряжение, В
	6,12	24
Потребляемая мощность нити, Вт: ближнего света дальнего света	40 45	50 55
Световой поток нити, лм: ближнего света дальнего света	400 600	400 600

Фары с европейской системой светораспределения должны обеспечивать требуемую освещенность точек и зон измерительного экрана, установленного на расстоянии 25 м перед фарой, перпен­дикулярно к ее оптической оси. Измерительный экран (рис. 197) представляет собой проекцию перспективного участка дорог шириной 6 м.

Рис. 197. Измерительный экран для ближнего света фар с европейской си­стемой светораспределения (размеры в см)

Для изображения этого участка дороги на экракг наносят контрольные точки (B50L, 75R и т. д.), зоны (I, II. II, IV) и линии, характеризующие основные элементы участка дороги. По измерительному экрану проверяют и регулируют фары.

Фары с американской системой распределения ближнего света допускаются к эксплуатации в ряде стран. В нашей стране фары с американской системой светораспределения выпускаю с металлостеклянным оптическим элементом, а также в виде ламп-фар.

Фары с американской системой светораспределения (рис.198) имеют светотехническую систему, состоящую из параболического отражателя с углом охвата 2φ_max > 180°, нити дальнего света (обычно дугообразной формы), расположенной в фокусе отражателя, и нити ближнего света (цилиндрической формы), распоженной поперек оптической оси и расфокусированной вверх и вправо (если смотреть на оптический элемент со стороны светового отверстия), а также стеклянного рассеивателя, на внутрен­ней поверхности которого спрессованы микроэлементы.

Рис. 198. Ход лучей в оптической системе фар с американской системой свето­распределения при включении нити:

а — дальнего света; б — ближнего света

При подобной расфокусировке нити накала отраженный световой пучок разделяется на две основные части. Одна часть пучка, отраженная от поверхности в вершине отражателя (до фокальной плоскости), направлена вправо и вниз относительно оптической оси фары. Вторая часть пучка, отраженная поверх­ностью отражателя, расположенной от фокальной плоскости в сто­рону светового отверстия, направлена вверх и влево, т. е. проходит в зону расположения глаз водителя встречного транс­порта. Раздвоение светового пучка и увеличение угла рассеяния вызывает необходимость разработки сложной системы микро­элементов рассеивателя, которые предназначены для перераспре­деления второй части светового пучка в сторону проезжей части дороги.

В качестве источника света в фарах с американской системой светораспределения использованы лампы с фокусирующим цо­колем 2Ф-Д42 или 2Ф-Д30. Цифра 2 указывает число контактов цоколя, цифры 42 и 30 — номинальный наружный диаметр фланца, буква Ф—фокусирующий цоколь, буква Д—дисковый.

Распределение светового потока и достижение необходимых освещенностей на определенных участках проезжей части, созда­ваемых фарами с американской системой светораспределения. проверяют с помощью измерительного экрана (рис. 199).

Рис. 199. Измерительный экран для фар ближнего света с американской системой светораспределения:

○ и ● — точки, в которых ограничены соответственно верхний и нижний пределы силы света

Осве­щенность указанных точек измерительного экрана проверяемыми фарами определена ГОСТами и техническими условиями.

Анализируя распределение ближнего света фар с европейской и американской системами, необходимо отметить, что фары с ев­ропейской системой имеют более рациональное светораспределение. При освещении световым пучком европейского измерительного экрана фарой американской системы, сила света в зоне III у этой фары гораздо выше, чем у фары с европейской системой, и дости­гает 800 и 1500 кд соответственно для точки В50L и зоны III. Следовательно, и слепящее действие фар с американской системой гораздо выше, чем у фар с европейской системой.

При отсутствии встречных транспортных средств на дороге целесообразно освещать проезжую часть на большие расстояния, чем при ближнем свете. Для этого в лампе накаливания фары имеется нить накала, создающая пучок дальнего света, которую, как правило, располагают в фокусе оптической системы. Такое расположение позволяет получить световой пучок, распространяю­щийся в направлении, параллельном оптической оси фары, с мень­шим углом рассеяния, чем при ближнем свете, и с большей интенсивностью. Для фар с европейской системой распределения света освещенность при дальнем свете регламентируется в кон­трольных точках измерительного экрана (рис. 200) в соответствии с требованиями Правил № 1 ЕЭК ООН и ГОСТ 3544—75.

Рис. 200. Измерительный экран для фар дальнего света с американской и евро­пейской системами светораспределения:

● и ○ — контрольные точки для фар соответственно с американской и европейской системами светораспределения

Для фар с американской системой распределения дальнего света освещенность определена международным стандартом SAE.

Четырехфарная система осве­щения с круглыми оптиче­скими элементами состоит из четырех фар, имеющих световое отверстие диаметром 130 мм; фары расположены попарно по обеим сторонам передней части автомобиля. Наружные фары (рис. 203) предназначены для создания ближнего света, а также работают при включении дальнего света.

Рис. 203. Четырехфарная система освещения:

а — ближний свет; б — дальний свет

В оптический элемент наружной фары помещена европейская лампа накаливания с цоколем Р451 при европейской системе светораспределения. При американской системе светораспределения для создания ближнего света в лампе-фаре нить накала ближнего света мощностью 50 Вт располагают в фокусе, а нить накала даль­него света мощностью 37,5 Вт смещают относительно фокуса от­ражателя назад по оптической оси.

Внутренние фары работают только в режиме дальнего света. При европейской системе светораспределения во внутренние фары помещают лампу с цоколем Р451 мощностью 45 Вт. В лампах-фарах с американской системой светораспределения нить накала мощностью 37,5 Вт располагают в фокусе.

Следует отметить два основных преимущества четырехфарной системы перед двухфарной.

1.Большая освещенность дороги при включении дальнего света, что достигается увеличением суммарной площади светового от­верстия всех четырех фар, а также повышением общей мощности источников света.

2. Более рациональное распределение по отдельным фарам ближнего и дальнего света, что позволяет производить расчет оптической системы применительно для соответствующего ре­жима работы.

Однако четырехфарная система имеет более высокую стоимость, меньшую мощность потока фар ближнего света (из-за малого диа­метра светового отверстия).

Система головного освещения с прямоугольными оптическими элементами, как правило, выполняется двухфарной (очень редко четырехфарной).

Основной особенностью прямоугольной фары (рис. 204) является параболоидный отражатель, который в верхней и ниж­ней частях срезан горизонтальными плоскостями.

Рис. 204. Прямоугольная фара

Увеличенный размер светового отверстия в горизонтальной плоскости (до 280 мм) позволяет получить значительной величины силу света и осве­щать проезжую часть на большие расстояния, чем при двухфар­ной системе с круглыми оптическими элементами. В качестве источника света для прямоугольных оптических элементов ис­пользуют обычные европейские лампы с цоколем Р451, мощностью нитей накала 45 + 40 Вт, создающие европейский асимметричный световой пучок при ближнем свете.

Перспективным направлением в развитии осветительных при­боров является создание фар с галогенными лампами. Отличи­тельной чертой галогенной лампы является наличие в колбе лампы паров галогена, например йода. Основные преимущества галогенной лампы — высокие световая отдача и долговечность. Высокая световая отдача галогенной лампы (на 50—60% выше, чем у обычных ламп) объясняется значительным повышением температуры нити накала (до 3100 К) по сравнению с температу­рой нити накала обычной лампы (2500К). Такой режим работы не влияет на срок службы галогенной лампы, так как повышение давления газа в колбе лампы (до 0,8 МПа) замедляет процесс ис­парения вольфрама с нити накала.

Во время горения с нити накала частицы вольфрама осажда­ются на внутренней поверхности колбы. При температуре колбы около 600° С йод соединяется с вольфрамом и образуется йодистый вольфрам, который неустойчив при высоких температурах. В ре­зультате конвекции молекулы йодистого вольфрама попадают в область расположения нити накала, температура в которой достигает 1400—1700° С. При такой температуре йодистый воль­фрам распадается на йод и вольфрам. Вольфрам оседает на воль­фрамовую нить, а частицы йода возвращаются вновь к стенкам колбы. Затем этот процесс повторяется сначала. В результате йодного цикла вольфрам, который в обычной лампе оседает на стенке колбы и затемняет ее, с колбы лампы возвращается на воль­фрамовую нить, что позволяет увеличить ее долговечность почти в два раза и сохранить прозрачность стекла колбы на протяжении всего времени ее работы.

Галогенная лампа представляет собой малогабаритную трубку яз кварцевого стекла, внутри которой по оси расположена воль­фрамовая нить накала. Выводы выполнены из молибдена, в местах их запайки применена молибденовая фольга, так как коэффициент расширения молибдена близок к коэффициенту расширения кварца. Колба лампы заполнена парами йода и инертного газа (ар­гон, ксекон, криптон и др.). Форма колбы не является обязатель­ной, однако с 1967 г. в Правила № 8 и № 20 ЕЭК ООН включены предписания, касающиеся официального утверждения гало­генных ламп Н₁, Н₂, Н₃, Н₄ (рис. 205) и фар с этими лампами.

Рис. 205. Типы галогенных ламп, применяемых в автомобильных фарах

Галогенные лампы рассчитаны на напряжение 6, 12 и 24 В. Мощность ламп напряжением 6 и 12 В 55 Вт, а ламп напряжением 24 В 80 Вт. Однонитевые галогенные лампы Н₁, Н₂, Н₃ применя­ются в устанавливаемых на автомобилях дополнительных фарах (противотуманные и фары-прожекторы). Дополнительные фары имеют небольшие размеры, меньший угол охвата отражателя и характеризуются более высокими светотехническими показате­лями.

Однонитевые галогенные лампы можно применять и в четырех-фарной системе освещения. Поместив в оптических элементах наружных фар непрозрачные экраны под колбой лампы, можно создать асимметричный европейский пучок ближнего света. Пучок дальнего света создается при включении как внутренних фар (в которых также установлены однонитевые галогенные лампы), так и наружных.

Кроме фар, в которых используются только однонитевые га­логенные лампы, некоторые фирмы разработали варианты, где применены как обычная европейская лампа с цоколем Р451, так и однонитевая галогенная лампа Н₁.

Отличительной особенностью оптических элементов фар, в ко­торых установлены галогенные лампы, является специфика мик­роструктуры элементов рассеивателя, а также своеобразная конструкция узла фиксации и крепления лампы в оптическом элементе. Галогенные лампы, выпускаемые в соответствии с тре­бованиями международных норм, имеют специальные фланцы и элементы, которые не позволяют использовать их в обычных фарах головного освещения.

Тракторы и мото­циклы оборудованы фарами, которые выполняют те же функции, что и фары автомобиля. На тракторах вследствие малой скорости движения дальность освещения фарами проезжей части дороги меньше. Кроме фар основного освещения на тракторах устанавливают фары рабочего освещения. Они предназначены для освещения прицепных орудий, агрегатов и рабочих площадок, где производится работа. Отличительной особенностью фары рабочего освещения является специально рассчитанный оптиче­ский элемент, который создает широкий световой пучок, равно­мерно освещающий большую площадь на небольших расстояниях.

Установка противотуманных фар на автомобилях позволяет по­высить безопасность движения в условиях тумана, увеличить дальность видимости и почти вдвое повысить скорость движения.

Для образования противотуманного пучка света необходимо выполнить следующие требования:

1. для уменьшения рассеивающего действия туманной среды на световой поток путь световых лучей должен быть уменьшен по сравнению с длиной пути световых лучей от основных фар. Для этого противотуманная фара должна быть расположена на автомобиле ниже основных фар;

2. угол рассеяния светового потока в вертикальной плоскости должен быть уменьшен, а в горизонтальной — увеличен. Это до­стигают выполнением на поверхности рассеивателя микроэле­ментов.

3. все световые лучи, исходящие от лампы накаливания в на­правлении, пересекающем линию зрения водителя, должны быть экранированы.

Конструктивно противотуманные фары выполняют с прямо­угольным и круглым световым отверстием. На автомобиле их встраивают в кузов или крепят с помощью кронштейна к буферу.

Противотуманная фара по освещенности точек контрольно-измеритель­ного экрана должна соответствовать требованиям Правил № 19 ЕЭК ООН.