Универсальные автомобильные фары

Лекция №47

Тема: ФАРЫ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Универсальные автомобильные фары

Фара — это электрический фонарь в передней части автомобиля, предназначенный для освещения автодороги в темное время суток. Такой фонарь может быть выполнен как лампа-фара или как фара со сменной электролампой. В настоящее время наиболее распространены фары второго типа.
По функциональному назначению левая и правая фары совершенно идентичны, но их конструктивное исполнение неодинаково и поэтому они, как правило, не взаимозаменяемы.
Прежде фары имели конструкцию простого однолучевого электрического фонаря, в состав которого входили сферический отражатель с зеркальным покрытием, круглое гладкое защитное стекло и обычная электролампа накаливания мощностью 20...30 Вт.
Позже, когда скорости движения автомобилей возросли до 100 км/ч и более, отражатели в фарах стали параболическими, а электролампы более мощными (до 100 Вт). Фронтальный свет стал более ярким, более узким и более "далеким", а значит и более неблагоприятным (слепящим) для водителей встречного автотранспорта. Свет фар стали разделять на дальний и ближний.
В простом варианте для этого достаточно установить впереди автомобиля четыре фары — две для дальнего и две для ближнего освещения дороги. Фары ближнего света устанавливаются поближе к габаритным фонарям, а дальнего — к центру автомобиля.
Но четыре фары — это двойная цена за "правильный свет" и своеобразный дизайн передней части автомобиля. Не каждому покупателю это нравится.
Были разработаны двухлучевые универсальные фары.
Первые из них оставались круглыми, но со временем круглые универсальные фары стали заменяться прямоугольными, которые отличаются лишь тем, что вертикальный размер их отражателя несколько усечен, а горизонтальный — увеличен.
В универсальной фаре используется одна электролампа, но с двумя нитями накаливания. Электронити помещаются в общую вакуумную колбу лампы и разносятся друг от друга на строго определенное расстояние. Этим достигается необходимое положение двух точечных источников света в параболическом отражателе фары относительно его оптического фокуса. Первая нить накаливания для дальнего света устанавливается в центральном фокусе отражателя и по оси свечения экранируется светонепроницаемым диском.
Вторая электронить формирует направление луча ближнего света. И чтобы этот луч не слепил, его нужно наклонить вниз ниже уровня глаз водителя встречного транспорта, находящегося на удалении 50 м, а также отвести его в сторону правой обочины на некоторый угол. Осуществить такую переориентацию светового луча в универсальной фаре можно четырьмя способами (рис. 1):

1. Смещением нити накаливания из фокуса параболического рефлектора вперед (луч расширяется, см. рис. 1, а) и вверх (луч наклоняется вниз, см. рис. 1, б), а также влево (луч разворачивается вправо, см. рис. 1, в). С таким смещением нити ближнего света изготавливаются электролампы по американскому стандарту. Световое пятно от фары ближнего света на контрольном экране получается таким, как показано на рис. 2а.

2. Смещением нити накаливания вперед с установкой под ней теневого экрана (луч, отраженный только от верхней части рефлектора наклоняется вниз, см. рис. 1, г). Ранее способ применялся при изготовлении электроламп для симметричного ближнего света.
3. Срезом левой части теневого экрана на угол а=15° (световой луч раскрывается вправо, см. рис. 1, д). Такой способ формирования луча применяется в фарах асимметричного ближнего света по европейскому стандарту (рис. 2б).
4. Наклоном или разворотом отражателя фары в нужном направлении. Переориентация отражателей фар реализуется с помощью корректора их положения. На рис. 3 показаны наиболее распространенные конструкции корректоров положения фар.

Следует также отметить, что отражатель (рефлектор) современной автомобильной фары помещается за защитным фронтальным стеклом, которое используется как окончательный оптический корректор световых лучей.

Специальные фары

Со временем легковые автомобили стали приобретать все более обтекаемую форму, чем достигалось уменьшение аэродинамического сопротивления движению на больших скоростях. Появились низкие "приземистые" автомобили, у которых передняя часть кузова (от бампера до капота) стала очень узкой, размещение фронтальных фар на которой стало сложной технической проблемой.

Автомобилестроительные фирмы решают эту проблему по-разному.

• Есть системы фронтального освещения (например, на японских автомобилях "Маzdа"; на американских — "Pontiac") с поднимающимися из крыльев фарами. Для подъема фар используется сервопривод. Система имеет то преимущество, что стекла фар большую часть времени защищены от воздействия абразивных частиц, мелких камней и дорожной грязи. Но из-за наличия фароподъемников система обладает недостаточно высокой эксплуатационной надежностью, кроме того поднимающиеся над крыльями фары являются некоторой помехой для обзора дороги.

• Другое решение предложила немецкая фирма HELLA, которая разработала эллипсоидные фары фронтального света (рис. 4). В таких фарах устанавливается удлиненный эллипсоидный отражатель, который может иметь малый диаметр. Это позволяет монтировать фары в узкую полоску передней части обтекаемого автомобиля. Световой луч, сформированный эллипсоидным отражателем, корректируется системой параболических зеркал на отражателе и фиксируется оптической линзой. Окончательная коррекция светового луча реализуется оптикой защитного стекла. Эллипсоидные фары изготавливаются отдельно для дальнего и ближнего света.

Недостатки таких фар — это сложная технология изготовления и, как следствие, высокая стоимость.

• Фирма LUCAS (Англия) разработала специальную двухлучевую фару с гомофокальным отражателем. Это такой отражатель, в объемном пространстве которого объединены воедино несколько усеченных параболических отражателей с разными фокусными расстояниями, но фокусы которых помещены в общую фокальную точку. Гомофокальная фара может быть узкой, изогнутой и асимметричной по отношению к центральному направлению света. Это позволяет устанавливать ее на автомобиле с любой формой передней части кузова. Ее недостатки те же, что и у эллипсоидной фары, а также то, что для изготовления многопрофильного отражателя требуется специальная термостойкая пластмасса.

• Современные круглые и прямоугольные фары с двухнитевой электролампой и с общим отражателем для дальнего и ближнего света в настоящее время начинают устаревать. Дело в том, что луч дальнего света от универсальных фар имеет нежелательно широкий горизонтальный раскрыв, а луч ближнего света за счет теневого экранирования — жесткую контрастную границу перехода от затемненного к светлому участку (см. рис. 2б). Такое освещение дороги нерационально.

Дальний свет скоростного автомобиля должен иметь узконаправленный, но дальнобойный луч, а ближний свет не должен иметь контрастной границы. Контрастность освещения дороги при высокой скорости движения автомобиля приводит к напряженному восприятию водителем дорожной ситуации. Глаза водителя быстро устают, а психика перенапрягается. Теперь разрабатываются фары с более рациональным фронтальным светом и имеющие современный внешний вид.