Устройство автомобилей




Автомобильные фары




Эволюция автомобильных фар

Как только автомобиль стал применяться в качестве средства передвижения в достаточных масштабах, возникла необходимость обеспечения его комфортной эксплуатации не только в светлое, но и в темное время суток. Началась эра автомобильных фар.

До применения фар с электрическими лампочками в автомобилях применяли, сначала обычные свечи или масляные горелки, заключенные в специальные фонари. Водитель открывал стекло фонаря и зажигал источник пламени, чтобы осветить хоть как-то дорогу.
история изобретения и совершенствования автомобильных фар Разумеется, такие фары светили настолько слабо, что ночью приходилось передвигаться буквально «на ощупь».
Затем источником автомобильного света стал газ ацетилен - использовать его для освещения дороги в 1896 году предложил летчик и авиаконструктор Луи Блерио.

Ацетилен в таких фарах получали соединением воды и карбида кальция. Водитель открывал краник ацетиленового генератора, вода капала на карбид, помещенный в специальном сосуде, и образовавшийся в результате взаимодействия воды и карбида газ ацетилен поступал по трубкам к керамической горелке, находившейся в корпусе отражателя фары. После этого водитель открывал стекло фары и поджигал горелку, "включая" таким образом, фары.
Через пару часов приходилось останавливаться для того, чтобы вновь открыть фару, очистить ее от копоти и заправить генератор новой порцией карбида и воды.

Эксплуатация таких фар доставляла немало хлопот водителю, тем не менее, прогресс в освещении автомобильного пути был явным. Ацетиленовые фары были способны работать и в дождливую, и в ветреную погоду, а с использованием линз и параболических рефлекторов давали очень мощный пучок света (до 300 м!). Именно с появлением ацетиленовых фар появилась проблема ослепления встречных водителей.

Кстати, параболический отражатель еще в 1779 году изобрел наш соотечественник - Иван Петрович Кулибин. Следует отметить, что и первую лампу накаливания изобрел не Томас Эдисон, а опять же наш соотечественник - инженер-электротехник Александр Николаевич Лодыгин, который представил свою разработку на шесть лет раньше Эдисона.
Справедливости ради, следует упомянуть и малоизвестного немецкого часовщика Генриха Гебеля, который проводил опыты с электрическими осветительными приборами задолго до Эдисона и Лодыгина, но не удосужился запатентовать свои разработки или хотя бы опубликовать их.

Первым серийным автомобилем с электрическим светом (а также с электрическим стартером и системой зажигания) стал Cadillac Model 30 Self Starter («самозапускающийся») 1912 года. Уже через год 37% американских автомобилей имели электроосвещение, а еще через четыре года - 99%!

Далее следовал долгий путь усовершенствований конструкции и формы автомобильных фар, а также ламп и прочих источников света, применяемых в них.

***

Источники света автомобильных фар


Фары с лампами накаливания

Классическими фарами с лампами накаливания разных типов оснащались все машины, выпускавшиеся до начала 90-х годов прошлого столетия. Внутри ламп не содержится ничего, кроме вакуума и вольфрамовой нити. Такие фары, несмотря на значительное энергопотребление, дают мало света на выходе. Тем не менее, несмотря на недостатки, лампы накаливания до сих пор остаются наиболее распространенными источниками фарного света, правда, в усовершенствованном варианте.

Галогенные фары

Галогенные лампы впервые появились в 1962 году. Они, как и лампы накаливания, имеют внутреннюю спираль (или две спирали), создающую температуру до 3000 ˚С, но их объем заполнен парами галогенов: брома или йода. Это предотвращает появление на стенках колбы осадка из атомов вольфрама, усиливает яркость автомобильных фар в 2...2,5 раза и увеличивает срок службы в 2...4 раза. Средняя мощность галогенных ламп составляет 35...60 Вт, а максимальная - 130 Вт.
Сила светового потока для ближнего света фар – 1000 люмен, для дальнего – 1650-2100 люмен.

Различные типы галогенных ламп отличаются друг от друга по способу установки в автомобильной фаре и подключения к бортовой электросети. Чаще всего в автомобильной оптике применяются галогенные лампы со следующей маркировкой: H1, H3, H4 (самые распространенные), H7, H9, H11, а также HB3, HB4 и R2.

Ксеноновые фары

Ксеноновые фары давно завоевали популярность среди производителей и автомобилистов. Внутри колбы газоразрядной ксеноновой фары находится одноименный ионизированный инертный газ, производящий яркий белый естественный свет. А вместо спирали используются два электрода. Между ними возникает дуга, разогревающая ксенон. Давление внутри колбы составляет примерно 30 атмосфер, а при работающих фарах - до 120 атмосфер.
Чем ярче свет, тем ниже потребление электричества. Поэтому такие фары являются экономичнее предыдущих вариантов, при этом они также обеспечивают хорошую видимость на дороге, поскольку мощный световой поток, создаваемый ими, достигает 3200 люмен.

Иногда вместо ксенона в лампах используется другой инертный газ - криптон либо смесь газов. Кстати, ксеноновые лампы также применяются в мощных кинопроекторах и фотовспышках. Но, в отличие от них, ксеноновые автомобильные фары имеют другую структуру. В них инертный газ выступает в роли «запала», а дуга, создающая световой поток, возникает в атмосфере паров ртути и солей натрия и скандия.
Таким образом, ксеноновые фары правильнее было бы называть металлогалогенными, но данный термин не прижился.

Название «ксеноновые» подчеркивает отличие этих источников света от галогенных ламп и обычных ламп накаливания. Ксеноновые лампы работают при постоянном напряжении 42 В или 85 В. Но для того, чтобы «запустить процесс», необходим импульс переменного тока частотой от 400 Гц и напряжением до 25000 В.
Для формирования такого импульса служит электронный блок розжига, индивидуальный для каждой лампы. Необходимость его установки является недостатком газоразрядных ламп. В ксеноновой автомобильной оптике применяются полиэллипсоидные отражатели.

Задняя часть их корпуса, имеющая отражающую поверхность, выполнена в форме эллипса. Подобная конфигурация помогает концентрировать все исходящие лучи в одной точке, а затем пропускать их через конденсорную линзу, которая предназначена для создания параллельного потока лучей.
Ксеноновые фары, в которых присутствует элемент, управляющий силой светового потока, называются биксеноновыми. Но переключение с дальнего света на ближний требует определенного времени, поскольку инертные газы разогреваются не быстро.

Классификация ксеноновых фар строится по принципу направления луча: лампы D1S, D2S, D3S и D4S предназначены для фар прожекторного типа, а D1R, D2R, D3R и D4R – для фар рефлекторного типа (с отражателями).

***




Светодиодные или матричные фары

Дальнейшее развитие автомобильной оптики, вероятнее всего, приведет к тому, что в скором времени все рассмотренные выше типы фар вытеснят фары, основанные на светодиодах и на оптоволокне. Впервые на серийном автомобиле матричные или светодиодные (LED) фары появились на Lexus LS 600h / LS 600h L в 2008 году. Затем полностью светодиодные фары были установлены на Audi R8 V10 sports. В 2009 им смог похвастаться Cadillac Escalade Platinum.
Точный узкий пучок, мощный свет и широкие возможности в настройке и дизайне делают светодиодные автомобильные фары LED – фарами будущего.

Современные светодиодные автомобильные фары – это модифицированная версия обычных лампочек, используемых в уличных источниках освещения, адаптированная к применению в транспортных средствах. Их основой является набор мощных, очень ярких светодиодов, излучающих белый свет. Впервые светодиодные фары появились в 1992 году в качестве замены лампам в сигналах поворота и габаритных огнях.

В фарах переднего (головного) света светодиоды в основном устанавливаются в престижных моделях автомобилей. Их отличительные характеристики – эффективность, надежность, яркость, долговечность, компактность, нечувствительность к ударам и вибрациям, а также экономичность и более высокая мощность по сравнению с обычными световыми фарами.
Главным недостатком, препятствующим массовому распространению светодиодных автомобильных фар, является их непомерно высокая стоимость, достигающая 100000 рублей за штуку! Но, возможно, большой потенциал светодиодов позволит в скором времени их удешевить и сделать доступными для большего числа автолюбителей.

Стоит отметить, что под матричными фарами подразумевается не только головные устройства освещения. Это целая система, в которую входят матричные модули дальнего и ближнего света, ходовых и габаритных огней, указатели поворота, дизайнерское освещение, а также электронный блок управления, система ночного видения, датчики, вентилятор с воздуховодом, пластиковый корпус, рассеиватель.
Все это работает в комплексе с видеокамерой, с системой навигации, приборами ночного видения, а также с датчиками: угла поворота руля, дождя, дорожного подсвета, датчика освещения и других. Включение системы освещения по матричной технологии происходит автоматически при достижении автомобилем определенной скорости

Лазерные фары

Впервые лазерные световые элементы начали разрабатывать в лабораториях известного немецкого автоконцерна BMW. Их серийный выпуск пока еще не налажен, но отдельные модели, например, BMW i8, уже оснащены лазерными фарами.
Их конструкция довольно проста.
Создается рамочная основа, на ней закрепляются три лазерных элемента. Также в конструкции имеются зеркальные отражатели и специальная «фосфорная» линза. Попадая на отражатели, лучи лазера перенаправляются на линзу, и желтый фосфор под их воздействием излучает свет. Отражательная пластина фокусирует его перед автомобилем. По утверждению разработчиков, лазерные фары намного эффективнее предшествующих им светодиодных элементов по нескольким параметрам: яркости свечения (в 1000 раз), энергопотреблению (значительно ниже), сроку службы (10000 часов работы).
Кроме этого, лазерная технология позволяет создавать элементы света любой конфигурации, что является очевидным преимуществом данной новинки.

По утверждению разработчиков, использование лазерного луча в таких фарах абсолютно безопасно, поскольку световой поток генерируется желтым фосфором, который является совершенно безобидным элементом.

***

Ближний и дальний свет фар

Как уже упоминалось выше, проблема ослепления водителей встречных автомобилей возникла с появлением ацетиленовых фар. Для борьбы с этим были изобретены первые корректоры фар. Это были тросовые или гидравлические системы, позволяющие водителю на ходу опускать и поднимать фары. С той же целью двигали саму горелку, а также ставили на пути света различные шторки, заслонки и жалюзи. А когда в фарах засветилась лампа накаливания, в электрическую цепь при встречных разъездах даже включали добавочные сопротивления, снижавшие накал нити.

Но лучшее решение предложила фирма Bosch, в 1919 году создавшая лампу с двумя нитями накаливания - для дальнего и ближнего света. К тому времени уже был придуман рассеиватель - покрытое призматическими линзами стекло фары, отклоняющее свет лампы вниз и по сторонам. С тех пор перед конструкторами стоят две противоположные задачи: максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей.

Еще один шаг в решении проблемы ослепления был сделан в середине 50-х - французская фирма Cibie в 1955 году предложила идею асимметричного распределения ближнего света для того, чтобы «пассажирская» обочина освещалась дальше «водительской». И через два года «асимметричный» свет в Европе был узаконен.

Современные фары оснащаются электронными устройствами, предотвращающими ослепление водителя встречного транспортного средства. К таким устройствам относят автоматические корректоры фар.

***

Автоматические корректоры фар и адаптивное освещение

Современные фары, устанавливаемые пока на ограниченном числе дорогих автомобилей, способны автоматически изменять угол наклона светового потока при появлении встречного автомобиля, удерживая пучок света таким образом, чтобы он не попадал на кабину встречного автомобиля.
типы автомобильных фар Кроме того, такие фары способны даже реагировать на поворот автомобиля - при повороте управляемых колес они автоматически корректируют направление светового потока в сторону поворота.

Чтобы фары всегда оптимально освещали дорогу, независимо от положения кузова в пространстве, их сделали полностью независимыми от кузова. Корректор фары управляет упорным штоком, регулируя наклон фары, в зависимости он угла наклона кузова к горизонту. Корректоры бывают гидравлические и электрические.

Применяемое на дорогих автомобилях (Audi A8, S5, Mersedes Benz W212 и W221, Volkswagen Touareg) адаптивное освещение (Adaptive Light) позволяет управлять световым потоком при повороте автомобиля, эффективно освещая дорогу при маневре.
При движении бортовой компьютер анализирует скорость автомобиля и угол поворота колес. В зависимости от этих данных система принимает решение насколько градусов нужно повернуть фары, чтобы эффективно осветить дорогу за поворотом.
Таким образом, в современных автомобилях фара может поворачиваться как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.

Адаптивное освещение получило дальнейшее развитие, объединив в себе еще несколько систем. Например, чтобы не слепить встречных водителей применяются компьютеризированные регуляторы светового пучка. «Увидев» встречный автомобиль (по свету его фар) и проанализировав скорость встречного движения, траекторию и высоту автомобиля, система затемняет область дороги, в которой движется встречный автомобиль, снижая при этом яркость света фар.

***

Стеклоомыватели и дворники фар

Первое с чем сталкивается фара на дороге это внешняя среда. А точнее обычная грязь, которая непременно покрывает стекло фары. В стародавние времена скорость движения и дальность поездок не позволяла этой проблеме встать так остро, но чем больше ездит автомобиль, тем больше он собирает на себя грязи, в том числе и на фары. Постоянно выходить и протирать горячие фары от высохшей на них грязи мокрой тряпкой – это удовольствие не для всех.

Для повышения комфорта при управлении автомобилем необходимо было создавать устройства, позволяющее очищать фары от загрязнений и осадков не выходя из кабины. Благодаря усердию конструкторов, появились устройства принудительной очистки фар - омыватели и дворники. Омыватель фары, в отличие от омывателя лобового стекла, подает воду в форсунку под большим давлением. Напор чистящего средства в считанные секунды полностью отмывает стекло от загрязнений.

На современных автомобилях фарные «дворники» полностью уступили место омывателям. Причина отказа от дворников в пользу стеклоомывателей проста - фары перестали быть прямоугольными и плоскими. Все современные автомобили имеют сложную форму кузова и убранные «заподлицо» стекла фар, которые повторяют форму кузова. Очищать такие фары дворниками малоэффективно.

***

Маркировка автомобильных фар



Главная страница


Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты