Система освещения и сигнализации

6 Система освещения и сигнализации

6.1 Устройство и работа системы освещения и сигнализации

Назначение. Система освещения и сигнализации обеспечивает безопасность движе- ния автомобиля за счет освещения дороги, обозначения габаритов машины, подачи световых и звуковых сигналов.

Приборы освещения необходимы при движении автомобиля в темное время суток и в условиях недостаточной видимости. Они обозначают габаритные размеры транспортных средств, обеспечивают освещение дороги и внутренних пространств автомобиля. Приборы освещения – это фары (или блок фары), задние фонари, подфарники, лампы освещения щит- ка приборов, салона, багажника, подкапотного пространства и номерного знака.

Приборы сигнализации служат для информирования других водителей и пешеходов обо всех изменениях направления движения автомобиля, его торможениях и остановках, а также для предупреждения об опасности. Приборы сигнализации: указатели поворотов (пе- редние, задние и боковые), фонарь заднего хода, стоп-сигнал, габаритные фонари, звуковой сигнал.

Устройство. Электрические цепи приборов освещения и сигнализации включают: ис- точник тока (АКБ или генератор), включатель, прибор освещения или сигнализации, соеди- нительные провода. Кроме того, в цепь указателя поворотов и звукового сигнала включено реле.

Устройство всех приборов внешнего освещения и световой сигнализации (фар, указа- телей поворотов, стоп-сигналов, габаритных фонарей и т.п.) одинаковое – они состоят из следующих деталей: корпуса, патрона (ламподержателя), лампы, отражателя, рассеивателя, проводов и соединительных контактов. Рассеиватель, отражатель и лампа образуют оптиче- ский элемент.

 

Фара состоит из следующих основных деталей: корпуса, патрона (ламподержателя), отражателя, рассеивателя, проводов и соединительных контактов (рис. 50). Рассеиватель, от- ражатель и лампа образуют оптический элемент.

Рис. 50. Фара: 1 – отражатель; 2 – лампа; 3 – рассеиватель; 4 – регулировочный винт; 5 – кор- пус; 6 – патрон; 7 – провода; 8 – ободок

 

На большинстве современных автомобилей используют блок-фары, которые объеди- няют фару, передний указатель поворотов и габаритный фонарь. Блок-фара состоит из кор- пуса, отражателя и рассеивателя (рис. 51). Внутри нее в специальном гнезде установлена

лампа, имеющая два режима работы – ближнего и дальнего света фар. Управление режимами работы фар производится из салона автомобиля с помощью переключателя. Также в фаре находится лампа габаритного света, которая включается для обозначения размеров машины. В этом же общем корпусе располагается и лампа указателя поворота.

 

а б

 

Рис. 51. Блок-фара: а – варианты внешнего вида; б – принципиальное устройство; 1 – корпус; 2 – отражатель; 3 – рассеиватель; 4 – лампа ближнего-дальнего света; 5 – лампа габаритного света; 6

– лампа указателя поворота

 

Задний фонарь – это, как правило, объединенные в одном корпусе стоп-сигнал, указа- тель поворота, фонарь заднего хода, габаритный фонарь и светоотражатель (рис. 52).

 

 

а б

Рис. 52. Задний фонарь: а – варианты внешнего вида; б – принципиальное устройство; 1 – стоп-сигнал; 2 – светоотражатель; 3 – фонарь заднего хода; 4 – габаритный фонарь; 5 – указатель поворота

РЕКЛАМА

Для того чтобы намерение водителя совершить поворот или перестроение было видно со всех сторон, на автомобиле устанавливают передние, задние и боковые указатели поворо- тов. Передние указатели обычно располагают в блок фаре, задние – в заднем фонаре, а боко- вые устанавливают отдельно (обычно на передних крыльях автомобиля, иногда на корпусах боковых зеркал).

На многих автомобилях в качестве опции устанавливают противотуманные фары, ко- торые предназначены для улучшения видимости дороги и автомобиля при сложных погод- ных условиях (туман, сильный дождь, снег и т.п.). Противотуманные фары устанавливаются ниже основных фар и используются совместно с ними.

Устройство основных приборов системы освещения и световой сигнализации (на примере автомобиля ВАЗ 2107) представлены на рис. 53.

 

 

Рис. 53. Устройство приборов освещения и световой сигнализации (на примере автомоби- ля ВАЗ 2107): 1 – рассеиватель; 2 – лампа фары; 3 – экран лампы; 4 – лампа габаритного света; 5 – оттяжная пружина; 6 – упор; 7 – рассеиватель указателя поворота; 8 – лампа указателя поворота; 9 – гнездо для присоединения гидрокорректора фар; 10 – винт для регулирования пучка света фары в вертикальном направлении; 11 – кожух; 12 – винт для регулирования пучка света фары в горизон- тальном направлении; 13 – кронштейн; 14 – корпус; 15 – рефлектор (отражатель); 16 – клей для при- клеивания и герметизации рассеивателя; 17 – лампа бокового указателя поворотов; 18 – держатель бокового указателя поворотов; 19 – держатель штекеров с патроном лампы; 20 – стойка-штекер для подвода напряжения и крепления лампы; 21 – лампа; 22 – стойка лампы освещения салона; 23 – ште- кер для соединения с массой; 24 – выключатель; 25 – штекер для соединения с выключателями, рас- положенными в стойках дверей; 26 – штекеры-держатели лампы подсветки номерного знака; 27 – лампа противотуманного света; 28 – печатная плата заднего фонаря; 29 – катафот (светоотражатель); 30 – лампа габаритного света; 31 – лампа стоп-сигнала; 32 – держатель печатной платы; 33 – кнопка; 34 – болт крепления лампы; 35 – штекер для подвода напряжения; 36 – контактная шайба; 37 – опор- ный штифт пружины; 38 – лампа освещения подкапотного пространства; 39 – экран лампы; 40 – лампа освещения вещевого ящика (бардачка); 41 – направляющая кнопка; 42 – кронштейн крепления лампы вещевого ящика

 

Основные элементы приборов освещения и световой сигнализации.

Лампы могут быть одноконтактные и двухконтактные. В фарах преимущественно устанавливают двухнитиевые (двухконтактные) лампы для дальнего и ближнего света. При- меняют также двухконтактные лампы с экраном, который в сочетании с рассеивающим стек- лом обеспечивает смещение пучка света вправо вниз, что уменьшает ослепление водителей встречных машин. В остальных приборах устанавливают однонитиевые лампы.

На рис. 54 представлено устройство автомобильных ламп головного света (ламп для

фар).

Отражатель отражает свет и направляет световой пучок в сторону рассеивателя. От-

ражатель имеет зеркальную поверхность, которая отполирована, покрыта лаком и тонким слоем алюминия или хрома. Форма отражателя – полусферическая, что обеспечивает кон- центрацию светового пучка.

Рассеиватель фары необходим для уменьшения ослепляющего действия светового пучка. Он имеет выпуклую форму, а с внутренней стороны – светопреломляющие выступы.

Выступы расположены так, чтобы получающееся пятно было эллипсовидной формы и направлено вниз. Направление пучка света можно регулировать винтом, изменяющим поло- жение оптического элемента. Рассеиватели указателя поворотов, стоп-сигнала и габаритных огней обеспечивают необходимую видимость этих световых приборов для водителей других транспортных средств и пешеходов. Рассеиватели указателей поворотов имеют оранжевый цвет, рассеиватели стоп-сигналов, габаритных фонарей и светоотражателей – красный.

а б

Рис. 54. Автомобильные лампы для фар: а – лампа накаливания для фар головного освеще- ния с асимметричной системой светораспределения; б – галогенная лампа категории Н4; 1 – колба; 2

– нить дальнего света; 3 – нить ближнего света; 4 – экран; 5 – фиксирующий фланец; 6 – выводы; 7 – цоколь

 

Включатель служит для замыкания или размыкания цепи прибора освещения или сигнализации. Принципиальное устройство включателей схоже – это корпус, контакты и со- единенные с ними провода, переключатель, замыкающий или размыкающий контакты. Пе- реключатель может быть выполнен в виде кнопки, клавиши, тумблера, ручки или ножной кнопки.

Реле указателей поворотов предназначено для получения мигающего светового сиг- нала. Реле-прерыватель последовательно включается в цепь ламп указателей поворотов и обеспечивает периодическое размыкание и замыкание цепи, что позволяет получить мига- ющий сигнал.

Звуковой сигнал предназначен для привлечения внимания других участников до- рожного движения с целью предотвращения аварийной ситуации. На автомобилях применя- ется в основном электромагнитный звуковой сигнал вибрационного типа (рис. 55). Устанав- ливается в передней части подкапотного пространства.

 

Рис. 55. Звуковой сигнал: а – устройство; б – схема работы; 1 – корпус; 2 – конденсатор; 3 – сердечник электромагнита; 4 – обмотка электромагнита; 5 – регулировочный винт; 6 – прерыватель; 7 – якорь; 8 – мембрана; 9 – резонатор;10 – центральный винт; 11 – кнопка сигнала; 12 – источник тока

Звуковой сигнал состоит из корпуса 1, Ш-образного сердечника с обмоткой электро- магнита 4, стальной мембраны 8, якоря 7 и прерывателя 6 (см. рис. 55). Обмотка электромаг- нита соединена в электрическую цепь с аккумуляторной батареей через кнопку, расположен- ную на рулевом колесе. В неработающем сигнале контакты прерывателя сомкнуты. Парал- лельно контактам включен конденсатор, предупреждающий их подгорание. При нажатии на кнопку сигнала цепь замыкается и ток, проходя по обмотке, намагничивает сердечник 3, ко- торый притягивает якорь 7. Перемещение якоря вызывает размыкание контактов прерывате- ля. Ток перестает поступать в обмотку сердечника. Сердечник размагничивается, а якорь под действием упругой мембраны 8 занимает прежнее положение. Затем контакты снова смыка- ются, и ток идет по обмотке сердечника. Пока нажата кнопка сигнала, контакты размыкают- ся и замыкаются, а мембрана колеблется, издавая звук, тон которого можно изменять регу- лировочным винтом 5.

 

6.2 Тенденции развития автомобильной светотехники

Системы освещения и световой сигнализации постоянно развиваются. Появляются новые разработки, позволяющие повысить эффективность этих систем, а следовательно по- высить безопасность движения (особенно в темное время суток). По статистике ночная езда в среднем вдвое опаснее дневной, особенно с учетом высоких скоростей, которые позволяют развивать современные дороги и автомобили. В сумерках или ночью, в тумане или в дождь, на шоссе или в городе совершенно разные условия вождения, а следовательно и требования к свету фар. Поэтому многие производители автомобилей проводят исследования по совер- шенствованию фар, их способности подстраиваться под различные условия (например, си- стема активного головного света, система «умного света», светодиодная оптика).

Система активного головного света (Active Front-lighting System, AFS) служит для лучшего освещения дороги при прямолинейном движении и поворотах, за счет чего значи- тельно повышается безопасность. Система является разработкой концерна Volkswagen и устанавливается на многие модели автомобилей этого концерна.

Система активного головного света реализована в виде двух функций: динамический активный головной свет и статический активный головной свет.

Динамический активный головной свет обеспечивает регулирование света во время движения за счет поворота модуля лампы в горизонтальной плоскости. Статический актив- ный головной свет предоставляет дополнительное освещение при повороте путем включения дополнительной лампы.

Система активного головного света представляет собой электронную систему управ- ления светом фар автомобиля. Основными элементами системы являются входные датчики, блоки управления и исполнительные механизмы.

Входные датчики предназначены для измерения физических параметров и преобразо- вания их в электрические сигналы. Система в своей работе использует следующие датчики: датчики положения модуля лампы (2 шт.); датчики уровня кузова (4 шт.); датчик угла пово- рота рулевого колеса.

Датчик положения модуля лампы служит для определения угла поворота лампы в горизонтальной плоскости. Датчик уровня кузова обеспечивает измерение положения авто- мобиля в вертикальной плоскости. Радиус поворота оценивается датчиком угла поворота рулевого колеса. Электрические сигналы от датчиков передаются в соответствующие элек- тронные блоки управления.

Блок управления производит обработку электрических сигналов и формирует на осно- вании их управляющие воздействия на исполнительные механизмы. Система активного го- ловного света объединяет три блока управления: блок управления системы и два блока управления фарами.

Блок управления системы активного головного света и корректора фар принимает информацию от датчиков уровня кузова, датчиков частоты вращения колес системы ABS и

выдает управляющие сигналы на блоки управления фарами. В своей работе блок управления взаимодействует с другими системами: системой управления двигателем, бортовой сетью, рулевой колонкой.

Каждый из блоков управления фарой дополнительно принимает сигналы от датчиков положения модуля лампы. В совокупности получаемых сигналов блок управления формиру- ет управляющие воздействия на исполнительные механизмы.

Исполнительными механизмами системы активного головного света являются элек- тродвигатель корректора фары, электродвигатель динамического активного головного света и лампа статического головного света. Электродвигатель корректора фары поворачивает мо- дуль лампы в вертикальной плоскости в зависимости от горизонтального положения кузова автомобиля. Электродвигатель динамического активного головного света обеспечивает по- ворот модуля лампы в горизонтальной плоскости в зависимости от величины радиуса пово- рота и скорости движения. Максимальная величина угла поворота модуля лампы составляет 15° для внутренней стороны поворота (фара, ближайшая к центру поворота) и 7,5° для внеш- ней стороны поворота. Лампа статического активного головного света активизируется при повороте на небольшой скорости (до 50 км/ч) и включенном ближнем свете фар.

Принцип работы системы активного головного света. Система активного головного света включается переключателем режимов освещения на панели приборов.

При повороте в городском цикле движения и включенном ближнем свете активизиру- ется статический активный головной свет. На основании сигналов соответствующих датчи- ков включается лампа статического головного света с внутренней стороны поворота. С за- вершением поворота лампа плавно выключается.

В загородном цикле движения при повороте на скорости свыше 10 км/ч активизирует- ся динамический активный головной свет. На основании сигналов датчиков включается электродвигатель динамического активного головного света, и модуль каждой из ламп пово- рачивается в сторону поворота. При этом угол поворота лампы с внутренней стороны пово- рота в два раза больше, чем угол поворота с внешней стороны. Этим обеспечивается макси- мальная ширина освещения. После завершения поворота модули ламп возвращаются в исходное положение.

Корректировка положения модулей ламп в вертикальной плоскости производится на всех режимах освещения. На основании сигналов датчиков уровня кузова включаются элек- тродвигатели корректоров фар, при этом модуль лампы принимает оптимальное положение.

Система «умного света» (разработанная для «Мерседеса») обеспечивает пять раз- личных типов световых пучков. Основой этой системы является принцип поворотной фары и функция изменения мощности светового пучка.

Асимметричное распределение света в загородном режиме (движение со скоростью до 90 км/ч по дорогам с большим числом поворотов и подъемов) позволяет осветить проез- жую часть ярче и под бόльшим углом. Для водителя длина видимого участка увеличивается на 10 м. Как только скорость превышает 90 км/ч, включается двухступенчатый режим «трас- са». Сначала возрастает мощность ксеноновых ламп, а затем, при скорости свыше 110 км/ч, расширяется угол освещения. Результат – мощный световой поток по всей ширине дороги на 120 м впереди автомобиля. С поворотными фарами водитель может оценивать дорожную об- становку на 50 м дальше, чем с обычными фарами.

Еще одна функция «умного света» позволяет облегчить движение в тумане. Если ско- рость автомобиля падает ниже 70 км/ч, а водитель включает задний противотуманный фо- нарь, система воспринимает эти факты как приказ действовать. Левая ксеноновая фара пово- рачивается наружу на 8° и наклоняется, благодаря чему дорога хорошо обозревается. Эта функция работает на скорости до 100 км/ч.

При повороте рулевого колеса происходит пропорциональное смещение светового пучка фары в сторону поворота. Датчик положения рулевого колеса обрабатывается блоком управления, который дает соответствующую команду электроприводу поворотной фары. Ло- гичным продолжением этой функции служит «умный угловой свет» – если автомобиль

останавливается на перекрестке с включенным указателем поворота, противотуманная фара с этой стороны автоматически зажигается, улучшая обзор вбок. Функция активна и в случае, если водитель поворачивает руль на большой угол, а скорость не превышает 40 км/ч.

Примеры действия системы умного света приведены на рис. 56. В городском режиме существенно расширяется угол обзора, при этом дальность освещения не увеличивается (рис. 56а). В пригородном режиме направление светового пучка адаптируется к рельефу дороги и изменению направления движения автомобиля (рис. 56б).

 

а б

Рис. 56. Действие системы «умного света»: а – в городском режиме; б – в пригородном ре- жиме (верхняя часть рисунка – обычная фара, нижняя – с системой «умного света»)

 

Светодиодная оптика является наиболее перспективным направлением развития ав- томобильной светотехники. Светодиод – это полупроводниковый прибор, который преобра- зует электрический ток непосредственно в световое излучение. Он состоит из кристалла на подложке, корпуса с контактами и собственно оптической системы.

По сравнению с обычными фарами светодиоды имеют следующие достоинства: более компактны (занимают гораздо меньше места); срок службы превышает (иногда в несколько раз) срок службы самого автомобиля; скорость срабатывания диодов гораздо выше, чем га- логенных или ксеноновых фар; потребляют меньше электричества; если светодиоды объеди- нены в группы, каждую группу легко контролировать. Фара может выполнять несколько функций. Например, с ростом скорости возникает необходимость во все более мощном све- те. Но «дальнобойность» фары ограничена жестким условием: встречных ослеплять нельзя. Светодиоды позволяют найти компромисс. За ветровым стеклом устанавливают камеру, сле- дящую за идущими впереди машинами. Камера соединена с компьютером, который посто- янно контролирует дистанцию между автомобилем и другими объектами и выбирает опти- мальную дальность света. «Скорострельность» диодов позволяет в доли секунды увеличи- вать или уменьшать освещенную зону, подключая те или иные их группы, не допускать ослепления других водителей, но обеспечивать максимально возможную световую отдачу. Кроме того, в светодиодной оптике легко реализуется функция поворотного света.

 

Заполните пустые строки

1. Система освещения и сигнализации обеспечивает

Приборы освещения необходимы для

.

2. Приборы сигнализации служат для

.

3. Электрические цепи приборов освещения и сигнализации включают в себя следу- ющие элементы:

.

4. К приборам освещения относятся

.

5. К приборам сигнализации относятся:

.

6. Цепь стоп-сигнала состоит из следующих элементов:

.

7. Цепь указателя поворотов состоит из следующих элементов

.

8. Любой прибор внешнего освещения и световой сигнализации состоит из следу- ющих основных деталей:

.

9. Фара состоит из следующих основных деталей:

.

10. В приборах освещения и сигнализации современных автомобилей применяют сле- дующие типы ламп:

.

11. Звуковой сигнал предназначен для

.

12. Существуют следующие разработки, позволяющие подстраивать характеристики фар к условиям движения автомобиля:

.

13. Основные элементы системы активного головного света:

 

.

14. Светодиодная оптика по сравнению с обычными фарами имеет следующие пре- имущества:

 

 

.

 

Контрольные вопросы

1. Каково назначение системы освещения и сигнализации?

2. Какие приборы относятся к приборам освещения?

3. Какие приборы относятся к приборам сигнализации?

4. Из каких элементов состоит цепь приборов освещения и сигнализации?

5. Из каких деталей состоят приборы освещения и световой сигнализации?

6. Опишите устройство фар и блок-фар.

7. Опишите общее устройство задних фонарей.

8. Какие типы ламп используются в приборах системы освещения и световой сигна- лизации? Опишите общее устройство этих ламп.

9. Что представляет собой отражатель прибора освещения и сигнализации? Каково его назначение?

10. Что представляет собой рассеиватель прибора освещения и сигнализации? Каково его назначение?

11. Каково назначение, устройство и принцип действия звукового сигнала автомоби- ля?

12. Перечислите основные конструктивные элементы системы активного головного света.

13. Опишите принцип действия системы активного головного света.

14. Опишите принцип работы системы «умного» света.

15. Назовите основные преимущества светодиодных приборов освещения и сигнали- зации.