Устройство автомобилей
Осветительные приборы
Большую часть информации о дорожной обстановке, состояния автомобиля, как во время движения, так и на стоянке водитель получает посредством зрения. Видимость на дороге ухудшается с наступлением сумерек, выпадением осадков, появлением тумана, дождя и снегопада.
Для обеспечения безопасного и комфортного управления движением автомобиля в условиях недостаточной видимости служит система освещения, в которую входят головные фары (блок-фары), задние фонари, фонари освещения заднего номерного знака, фонари освещения салона, багажного отделения, моторного отсека и вещевого ящика.
Классификация систем освещения
Современные системы освещения можно разделять по следующим признакам:
Систему переключения между ближним и дальним светом предложили и внедрили в 1915 году специалисты компании Guide Lamp Company. На первых автомобилях, оснащенных двумя типами фар, для того чтобы переключить режим приходилось останавливаться, поскольку переключатели находились непосредственно рядом с фарами. В салон авто рычаг переключения света был перенесен в 1917 году компанией Cadillac (Кадиллак), но поначалу он был ножным.
Противотуманные фары могут использоваться на любом современном автомобиле при езде в плохих погодных условиях: тумане, дожде, снеговых осадках. Их конструктивная особенность заключается в направлении светового луча вниз, на полотно дороги.
Ходовые (дневные) огни – это внешние световые приборы, которые применяются для улучшения видимости в светлое время суток в качестве более экономичной замены ближнего света. Их применение связано, в основном, с требованием включать на движущемся автомобиле ближний свет фар.
Европейская и американская системы освещения различны как по структуре создаваемого светового пучка (нормам на светораспределение), так и по принципам его формирования. Это различие обусловлено, главным образом, особенностями организации дорожного движения и качеством дорог.
Американская и европейская система освещения
Американская система освещения представляет собой размещение в фокальной плоскости параболоидного отражателя источника дальнего света (нить лампы накаливания, ксеноновая дуга и т. п.). Источник ближнего света располагается несколько выше горизонтальной плоскости, проходящей через оптическую ось отражателя, и смещен в левую сторону от нее. Благодаря этому ось светового потока ближнего света наклонена вниз и смещена в сторону к правой обочине дороги; светораспределение симметрично, как показано на рис. 1.
Основной конструктивной особенностью этой системы освещения является использование при формировании светового пучка как ближнего, так и дальнего света всей рабочей поверхности отражателя.
Американская система освещения, как и европейская, допускает двухфарное и четырехфарное исполнение.
Система освещения, называемая европейской, конструктивно выполнена иначе, чем американская. Здесь источник дальнего света имеет подковообразную форму у обычных лам накаливания (типа А12-45 40) и цилиндрическую – у галогенных (ламп типа Н4), и сориентирована вдоль оптической оси отражателя.
Получение ближнего света фар достигается размещением выше источника дальнего света металлического щитка, направляющего пучок света вниз и влево. В европейской системе освещения в режиме ближнего света используется только часть рабочей поверхности отражателя.
Следует учесть, что при прохождении техосмотра в России «американские» фары и головная оптика «праворульных» машин могут создать проблемы, так как нормативный документ, ГОСТ Р 51709-2001, регламентирует «левоасимметричное» распределение света и четкую светотеневую границу.
Четырехфарная система освещения
Необходимость совмещения в одном оптическом элементе двух режимов работы приводит к ухудшению характеристик как дальнего, так и ближнего света. Поэтому, несмотря на ряд преимуществ двухфарной системы: относительно небольшая потребляемая мощность, малый объем при монтаже на автомобиле, низкая себестоимость и технологичность, в США в 60-е годы получила распространение четырехфарная система освещения, в основе которой лежит идея распределения функции освещения по двум типам фар.
Четырехфарная система освещения состоит из четырех фар диаметром 130 мм, которые могут быть установлены как горизонтально, так и вертикально. Наружные и верхние фары всегда являются двухрежимными. Внутренние и нижние фары обеспечивают только дальний свет. При включении дальнего света работают все четыре фары, внутренние фары создают при этом направленный четкий световой пучок прожекторного типа.
Блок-фары
Блок фары со встроенными указателями поворота получили широкое распространение в 80-е годы благодаря некоторому снижению себестоимости комплекта световых приборов и более органичному эстетическому оформлению передней части автомобиля.
Блок-фары, применяемые на современных автомобилях, обычно объединяют приборы освещения и световой сигнализации, к которым относятся фары ближнего и дальнего света, указатели поворотов и габаритные фонари.
Гомофокальные и эллипсоидные отражатели фар
Постоянно увеличивающийся дефицит горючего предопределил тенденцию к снижению коэффициента аэродинамического сопротивления воздушному потоку при движении автомобиля, для чего необходимо обеспечить узкий профиль передней части автомобиля и, следовательно, ограничить высоту фары до минимума.
Эти требования практически полностью исключают использование в конструкциях фар традиционные светооптические схемы, так как для сохранения необходимого светового потока в этом случае требуется значительное увеличение глубины отражателя, что вызывает технологические трудности.
Кроме того, традиционные светооптические схемы, где функция перераспределения светового потока выполняется рассеивателем с глубокими призмами, не допускает его наклона в вертикальной плоскости на угол, больше чем на 25 градусов.
Именно эти обстоятельства привели к разработке принципиально новых конструкций фар.
Фирмой «Лукас» (Великобритания) была предложена конструкция фары, в которой отражатель выполнен в виде объединения нескольких (двух-трех) усеченных параболоидных элементов с различным фокусным расстоянием 20 и 40 мм при совмещенных положениях фокусов. Принцип объединения разнофокусных отражателей называется гомофокальным. Он позволяет подобрать и скомпоновать отражатель из отдельных секторов разнофоркусных отражателей таким образом, чтобы обеспечить формирование заданного светораспределения режимов ближнего и дальнего света с помощью отражателя. Реализация данной светооптической схемы позволила сконструировать фару, полностью удовлетворяющую современным аэродинамическим требованиям.
Эллипсоидные фары головного света, предложенные фирмой «Хелла» (Германия), представляют другое направление развития конструкции фар. Их характерной особенностью является более полное использование светового потока лампы при ближнем свете. Конструкция такой фары содержит эллипсоидный отражатель, в один из фокусов которого установлен источник света. Весь световой поток, отраженный таким отражателем, концентрируется в его втором фокусе, где в режиме ближнего света частично экранируется, что позволяет создать четкую светотеневую границу. Затем пучок корректируется с помощью достаточно простой линзы.
Для получения необходимых значений светотехнических характеристик отражатель снабжают элементами с параболоидными поверхностями, сопряженными с эллипсоидом, и преломляющими световой поток с помощью концентрических призматических элементов. К основным недостаткам этой системы следует отнести технологические трудности, высокую стоимость, а также ограничение в использовании – только в четырехфарной системе освещения.
Пути совершенствования светооптических схем и оптических элементов этим не исчерпываются. Продолжаются работы по использованию систем поляризованного света, волоконной оптики, с помощью компьютерного моделирования разрабатываются конструкции фар и формы отражателей с наиболее рациональным светораспределением.
В современных фарах могут применяться устройства, автоматически ослабляющие слепящие действие фар при встречном разъезде автомобилей и изменяющие направление светового потока при повороте автомобиля. Для управления осветительными и светосигнальными приборами широко используется электроника.
Приборы освещения и сигнализации
Приборы освещения и сигнализации это потребители тока, к которым электрический ток с напряжением 12 вольт подается при включении соответствующего переключателя, находящегося в салоне автомобиля.
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 включают в себя:
Задние фонари (рис. 62) имеют лампы габаритного света, которые включаются вместе с передними габаритными огнями. Там же находятся лампы стоп-сигналов, указателей поворота и заднего хода.
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.
К приборам сигнализации относятся:
При включении кнопки (клавиши) аварийной сигнализации, передние указатели поворотов, боковые повторители указателей и задние указатели работают в прерывистом режиме одновременного «моргания». Это сигнал предупреждения других участников движения о неприятностях с автомобилем или водителем.
Эксплуатация приборов освещения и сигнализации
При эксплуатации автомобиля в темное время суток важнейшим вопросом является правильная регулировка света фар. Направление световых пучков должно быть таким, чтобы дорога перед автомобилем хорошо освещалась, и в тоже время, водители встречного транспорта не ослеплялись светом фар вашего автомобиля.
Для регулировки света фар используются два винта, к которым открывается доступ из моторного отсека автомобиля. Вращением одного из винтов изменяется направление пучка света в вертикальной плоскости, а другого в горизонтальной.
 |
| Рис. 64 Регулировка света фар |
Но независимо от наличия или отсутствия корректора, при изменении загруженности автомобиля и соответствующем изменении наклона фар, обязательно отрегулируйте их, если вам предстоит ночная поездка. Иначе эта поездка может закончиться не так, как вы хотели.
При необходимости замены ламп фар и прочих лампочек, это должен уметь делать сам водитель. Не мешает знать, что, меняя галогенную лампу, следует работать в перчатках. Нельзя браться голой рукой за стеклянную колбу, так как жирные следы от пальцев выведут лампу из строя.
А вообще, прежде чем менять негорящую лампу стоит сначала проверить предохранитель, защищающий электрическую цепь, в которую она включена. Если вы поставили новый предохранитель, а при включении потребителя он сразу же вышел из строя, то не пытайтесь продолжать эксперимент. Найдите сами, или с помощью специалиста, причину короткого замыкания в цепи, в противном случае недалеко и до пожара.
Однако следует помнить, что неработающие лампы фар, стоп-сигналов, указателей поворотов, неработающие стеклоочистители и стеклоомыватели, а также другие потребители, могут привести к серьезным происшествиям на дороге. «Копеечная» деталь, вышедшая из строя, может заставить отдать тысячи за приведение в порядок своей и чужой машины.
Случается, водитель узнает о том, что звуковой сигнал его автомобиля не работает, в самый критический момент. Мало того, что при неработающем звуковом сигнале, эксплуатация автомобиля запрещена, водитель еще и не сможет воспользоваться сигналом, для предотвращения дорожно-транспортного происшествия. Поэтому, в нарушение ПДД, где-нибудь в укромном месте стоит разочек «бибикнуть» для проверки работоспособности своего звукового сигнала. И если окажется, что он не работает, то опять придется «потрясти кошельком», так как обычно, отремонтировать звуковой сигнал не получается. Только не забудьте сначала проверить 16-ти амперный предохранитель его электрической цепи.
Система освещения автомобиля
Любой автомобиль невозможно было бы использовать в ночное время суток, а также в условиях ограниченной видимости из-за погодных осадков, без использования осветительных приборов. Их наличие дает возможность освещать дорожное полотно, сигнализировать о выполнении маневрирования и остановке автомобиля.
В современном авто используется большое количество осветительных приборов и всех их объединяет система освещения автомобиля. Эта система выполняет несколько важнейших функций – освещение дороги и обочины, передача участникам на дороге информации об автомобиле (его габаритные размеры, направление движения, маневрирование). Также эта система обеспечивает освещение салона, грузового и подкапотного пространств. Поэтому она подразделяется на два вида – внешнее освещение автомобиля, и внутреннее.
Внешние осветительные приборы
К внешним осветительным приборам относятся – передние фары, противотуманные фары, поворотники, задние блок-фары, осветители номерного знака.
Передние фары обеспечивают освещение дороги впереди автомобиля и предоставление информации встречному и впереди идущему транспорту информации о габаритах авто. На каждом автомобиле таких фар две, и расположены они симметрично справа и слева. На большинстве автомобилей передняя фара имеет единый корпус, при этом в нем заключено сразу несколько осветительных элементов – ближний и дальний свет, габаритные огни, дневные ходовые огни. На современных моделях в корпус часто помещаются также и поворотники, хотя не всегда.
Для освещения дороги при условии, что впереди движется встречный транспорт, применяется ближний свет. Этот свет является асимметричным, что обеспечивает более лучшее освещение правой стороны трассы и обочины и неинтенсивным, чтобы не слепить водителей впереди идущего транспорта.
Дальний же свет фар тоже применяется для освещения дорожного полотна, но, лишь когда впереди нет движущегося транспорта. Этот свет является более интенсивным и мощным, позволяя осветить дорогу на большее расстояние впереди автомобиля.
Габаритные огни и поворотники
Габаритные огни предоставляют информацию водителям других транспортных средств о размерах автомобиля. Часто эти огни используются во время остановок для обозначения авто и его положения, когда головной свет тушится. Габаритные огни помимо передних фар еще располагаются и в задних блок-фарах.
Поворотники предоставляют другим водителям на дороге информацию о совершении маневрирования (поворот, смена полосы передвижения, съезд на обочину для остановки). На многих автомобилях эти осветительные приборы входят в конструкцию передних фар и задних блок-фар, но есть и модели, где поворотники располагаются отдельно и устанавливаются на бамперы. Помимо этого часто имеются еще и дублирующие поворотники на боковых частях автомобиля, а также интегрированные в зеркала заднего вида. Особенностью этих осветительных приборов является то, что все они светят желтым цветом и синхронно, причем не постоянно, а в режиме мигания. То есть, при совершении маневра вправо, водитель переводит рычаг включения поворотов вверх, при этом сразу одновременно и с одной интенсивностью мигания включаются передний, боковой, расположенный на зеркале и задний поворотники с правой стороны.
Также поворотники выполняют роль аварийной сигнализации. При ее включении начинают мигать все лампы поворотов с обеих сторон автомобиля.
ДХО и ПТФ
Дневные ходовые огни (ДХО) нужны для улучшения видимости автомобиля другим участникам во время движения днем. Отличаются от габаритных огней более ярким и интенсивным светом. Появились эти огни в системе освещения сравнительно недавно, поэтому далеко не все авто ими оборудованы. Если машина ими не оснащена, то роль этих огней может выполнять ближний свет или же ПТФ.
Противотуманные фары (ПТФ) нужны для обеспечения лучшего освещения дороги при передвижении в условиях плохой видимости и атмосферных осадков. Они обеспечивают широкий световой луч, у которого усечена верхняя часть. За счет этого свет не отражается от атмосферных осадков, и не слепит водителя, обеспечивая только освещение дороги. Спереди авто противотуманные фары используются парно, сзади же может быть установлен как один, так и два таких фонаря, допускается и полное их отсутствие. Эти фонари являются необязательным осветительным элементом, поэтому используются они далеко не на всех автомобилях. Они располагаются на автомобиле обычно ниже других осветительных приборов и монтируются зачастую в бамперы.
Задние осветительные приборы
Задние блок-фары устанавливаются на автомобиль парно. Как и спереди этот блок совмещает в себе сразу несколько осветительных приборов. Самая простая задняя фара включает в себя габаритные огни и стоп-сигнал. Также в ней дополнительно могут располагаться поворотники и фонарь заднего хода. Если на автомобиле имеются задние противотуманные фары (одна или две), то они могут быть включены в блок-фару или устанавливаться отдельно на бампер. Также к задним осветительным приборам относится фонарь освещения номерного знака.
Стоп-сигнал предназначен для передачи информации другим участникам о том, что автомобиль замедляется или останавливается. Часто помимо блок-фар на авто имеется еще и дублирующий стоп-сигнал, установленный либо на заднем стекле, либо в спойлере.
Фонари заднего хода предоставляют информацию о том, что авто будет двигаться назад, при этом они еще выполняют освещение пространства сзади автомобиля.
Внутренние осветительные приборы
Внутренняя система освещения автомобиля тоже включает в себя значительное количество приборов – салонный плафон, фонари освещения багажника и подкапотного пространства, фонари приборной доски, габаритные огни в дверях автомобиля.
Салонный плафон и фонари багажника и капота обеспечивают освещение этих частей авто в темное время суток. Также часто имеется фонарь и в перчаточном ящике. Все они просто обеспечивают дополнительную комфортабельность при эксплуатации автомобиля в ночное время.
Фонари приборной доски обеспечивают легкое считывание информации с нее во время движения ночью. Габаритные огни в дверях показывают другим участникам движения, что у автомобиля открыта дверь, что влияет на его габариты. В некоторых моделях в нижней части двери расположены подножные фонари. Их задача осветить землю в ночное время при вставании из автомобиля.
Управление системой освещения
Естественно, все осветительные приборы работают не сами по себе, ими управляет водитель, или же они включаются при выполнении определенных действий.
Для включения фар обычно применяется подрулевой переключатель или клавиша, установленная на передней панели. Первое положение – это все осветительные приборы выключены, второе – загораются габаритные огни спереди и сзади, дневные ходовые огни, освещение номерного знака и приборной панели. Третье положение – включается свет фар, при этом остальные фонари продолжают работать.
Переключение между ближним и дальним светом фар выполняется подрулевым переключателем, расположенным с левой стороны. При включении дальнего света фар на приборной панели загорается сигнальная лампа.
Поворотники тоже включаются переключателем, расположенным слева на рулевой колонке за рулем. Часто для включения поворотов и переключения света фар используется один комбинированный переключатель. Для включения аварийной сигнализации применяется отдельная клавиша, установленная на передней панели. Управление противотуманными фонарями обычно выполняется клавишей, расположенной на передней панели.
Стоп-сигнал загорается при нажатии на педаль тормоза. Для того чтобы эти осветительные приборы сработали, используется датчик включения, установленный под педалью. При нажатии она надавливает на датчик и сигнал загорается. Такой же датчик используется и на фонарях заднего хода, но установлен он возле рычага КПП. При включении задней скорости, рычаг воздействует на датчик и огни загораются.
Салонный плафон включается своим переключателем, который обычно расположен рядом с ним. Лампы освещения багажника и подкапотного пространства работают либо от датчиков (при открытии крышки багажника или капота подвижная часть датчика высвобождается, и замыкает контакты, в результате чего лампы загораются), либо от клавиш, установленных рядом с фонарями.
Для включения габаритных огней дверей и подножной подсветки тоже применяются датчики, которые при открытии двери замыкают контакты, и огни загораются.
Система освещения за все время существования претерпела немало изменений и продолжает совершенствоваться. Это повышает безопасность эксплуатации автомобиля и комфорт в темное время суток.
Системы освещения автомобиля
Приборы освещения автомобиля предназначены для обеспечения безопасности движения и удобства эксплуатации его в любое время суток и при различных условиях дорожного и внедорожного движения, а также на стоянках и остановках.
К приборам освещения относятся фары, габаритные передние и задние фонари, фонари освещения номерного знака, фонари освещения салона и багажного отделения, лампочки освещения моторного отсека и вещевого ящика, а также лампочки подсветки панели управления, различных шкал и др.
1. Адаптивные системы освещения
Попытки повернуть фары автомобиля вслед за рулевым колесом автомобилестроители начали предпринимать сразу после появления самих фар. Однако механическая связь фар и рулевого колеса не позволяла соотносить угол поворота лучей со скоростью движения.
Теперь идея поворотного освещения возрождается на новом, электронном уровне. Самое простое решение — дополнительная боковая лампочка, которая загорается при повороте рулевого колеса или включенном указателе поворотов на скорости до 70 км/ч. Подобные фары имеют, к примеру, Audi A8 (первое применение) и Porsche Cayenne. Следующая ступень — поворотные фары. В них фара с учетом скорости движения, угла поворота рулевого колеса и угловой скорости автомобиля вокруг вертикальной оси (датчик поворота) поворачивается вслед за рулевым колесом в пределах 15…22° наружу и на 7° внутрь. Такими фарами оснащаются BMW,
Mercedes, Lexus, Opel Astra. Третий вариант адаптивного света — комбинированный. На высоких скоростях активна только поворотная фара, а в медленных поворотах или при маневрировании подключается статическое освещение (оно имеет больший угол охвата — до 90°). Такими фарами оснащен Opel Signum.
Примером адаптивной системы освещения является система освещения Adaptive Front-Lighting System (AFL), позволяющая приспосабливать направление света фар к дороге. Эта система сочетает динамическое управление фарами со статическим управлением боковым светом на перекрестках и в узких извилистых проездах. Освещение дороги при ее использовании захватывает значительно больший угол, чем при применении обычной системы (рис. 1).
Рис. 1. Освещение дороги с обычной (а) системой и адаптивной (б) системой
На магистрали такие фары могут поворачиваться в сторону виража на угол до 15°, в зависимости от скорости автомобиля и угла поворота рулевого колеса. При этом левый и правый световые пучки поворачиваются на разные углы (рис. 2).
Рис. 2. Углы поворота фар адаптивной системы при повороте налево (а) и направо (б)
Исполнительным механизмом управляет контроллер, который анализирует скорость автомобиля и угол поворота рулевого колеса (рис. 3).
Рис. 3. Адаптивная фара: 1 — оптический элемент ближнего/дальнего света; 2 — актуатор; 3 — червячный редуктор; 4 — электродвигатель; 5 — лампа; 6 — механизм поворота оптического элемента
На скорости до 40 км/ч при проезде перекрестков и узких проездов задействуется дополнительная фара. Она включается при включении указателя поворота и с началом поворота рулевого колеса.
Примером адаптивного (бокового) освещения может служить статическое освещение с применением светодиодов в автомобилях Audi A8 (рис. 4). Для этой системы в фаре установлен рефлектор с четырьмя светодиодами, которые включаются в дополнение к ближнему свету.
Рис. 4. Адаптивное статическое боковое освещение: а — адаптивное освещение не включено; б — адаптивное освещение включено
Для включения дополнительных светодиодов необходимым условием является работа указателя поворота при скорости не более 40 км/ч или поворот рулевого колеса на достаточно большой угол при скорости не более 70 км/ч.
2. Системы отключения дальнего света и коррекции света фар
В целях недопустимости ослепления встречных водителей легковые автомобили могут оборудоваться автоматической системой отключения дальнего света. Распознавание дорожной обстановки впереди автомобиля осуществляется видеокамерой дальнего света, расположенной в основании внутреннего зеркала заднего вида, жестко закрепленного на лобовом стекле.
Система обеспечивает водителю лучшую видимость в темное время суток, так как дальний свет всегда остается включенным, если дорожная обстановка и условия движения это допускают (рис. 5, а). Если камера системы распознает движущийся навстречу или впереди идущий автомобиль, дальний свет своевременно отключается, чтобы не ослеплять участников дорожного движения (рис. 50, б). При покидании распознанным автомобилем зоны обнаружения системы дальний свет автоматически включается (рис. 50, в).
Рис. 5. Принцип работы автоматической системы отключения дальнего света в случае движущегося навстречу автомобиля: а, б — дальний свет включен; в — дальний свет выключен
По освещенности дороги система распознает движение по населенным пунктам и городам, отключая дальний свет. После выезда из населенного пункта или города дальний свет снова автоматически включается. Программное обеспечение системы способно распознать густой туман, что также приводит к отключению дальнего света.
Более совершенной является автоматическая коррекция дальности света фар. Такая система плавно переключает ближний и дальний свет фар в зависимости от фактических условий окружающей среды и дорожной обстановки. Специальная видеокамера в БУ распознает встречный и обгоняющий транспорт. В своей работе функция автоматической коррекции дальности света фар учитывает также данные навигации, получая от нее информацию о расположенных перед автомобилем участках маршрута.
Если система распознает движущийся во встречном направлении автомобиль, то дальность света фар уменьшается, пока они полностью не переключатся в режим ближнего света (рис. 6). Таким образом, исключается ослепление водителей встречного транспорта. После того как встречный автомобиль проедет, если только дорожная обстановка это допускает, дальность света фар снова увеличивается до режима дальнего света.
Рис. 6. Освещение дороги при наличии встречного автомобиля при автоматической коррекции дальности света фар
От навигационной системы поступают также данные о приближении к перекресткам. В таком случае включается дополнительная подсветка перекрестков (рис. 7).
Рис. 7. Освещение дороги при наличии перекрестка без дополнительной подсветки (а) и с дополнительной подсветкой (б)
Одной из современных систем освещения является активный свет, применяемый, например, у автомобилей Touareg. Главная его особенность заключается в том, что он не ослепляет водителей встречных автомобилей. Ксеноновые прожекторные фары позволяют ездить с постоянно включенным дальним светом. На ближний свет фары переключатся автоматически, как только камера, установленная под лобовым стеклом (она же следит за разметкой), заметит встречный или попутный транспорт. В фарах есть специальная шторка с электроприводом, которая позволяет перекрыть световой пучок и сформировать нужную светотеневую границу (рис. 8).
Рис. 8. Освещение дороги с активным светом
Электронная система сама следит за дорогой и передвигает шторку таким образом, чтобы встречная машина всегда находилась в тени. Система автоматически следит сразу за несколькими автомобилями, поэтому водитель может спокойно ехать по загородной трассе с включенным дальним светом, что повышает безопасность движения. Время быстродействия системы 350 мс. Работа и взаимодействие систем безопасности происходит посредством новой более быстродейственной шины FlexRay (10 Мбит/c).
3. Системы освещения с адаптивной световой границей
Суть такой системы заключается в том, что за встречным (а заодно и попутным) потоком следит видеокамера, установленная под потолком салона. Вторая часть системы расположена в фаре автомобиля. Подвижные отражатели, которыми управляет быстродействующий шаговый двигатель, за миллисекунды изменят ширину и направленность светового потока. При этом изменяются углы наклона и ширина светового пучка в зависимости от реальной дорожной обстановки. Луч света фар попадет лишь на асфальт, но не в глаза встречному водителю и не на зеркало едущему в попутном направлении (рис. 9). Видеокамера, обнаружив потенциальное препятствие, дает команду о его подсветке.
Рис. 9. Направление луча света фар системы освещения с адаптивной световой границей
4. Автоматическое регулирование наклона фары
Чтобы исключить ослепление встречных водителей фарами автомобиля, современные легковые автомобили оснащаются фарами с устройством автоматического регулирования наклона фар (рис. 10).
БУ автоматического регулирования наклона фар определяет посредством двух сенсоров на передней и задней осях автомобиля, установленных на одной стороне, степень загрузки автомобиля. Эта информация передается в БУ, который изменяет напряжение в серводвигателях. Последние, автоматически поворачиваясь, в зависимости от нагрузки на автомобиль, обеспечивают оптимальное освещение дороги.
Рис. 10. Схема системы автоматического регулирования наклона фар: а — автомобиль не нагружен; б — автомобиль нагружен; 1 — серводвигатель автоматического наклона фар; 2 — блок управления автоматического угла наклона фар; 3, 4 — сенсоры загрузки
5. Система ночного видения
Система ночного видения предназначена для предоставления водителю информации об условиях движения в темное время суток. Система позволяет распознавать всевозможные препятствия, участников дорожного движения, пешеходов на неосвещенной дороге, а также дальнейшую траекторию трассы.
Система помогает снять нагрузку с водителя в условиях плохой видимости и тем самым обеспечивает повышение безопасности движения. В настоящее время система ночного видения устанавливается в качестве опции на легковые автомобили премиум-класса. Принцип действия системы основан на фиксации инфракрасного (теплового) излучения объектов специальной камерой и его проецировании на дисплей в виде серого масштабного образа.
Различают два типа систем ночного видения: пассивные и активные.
Пассивные системы ночного видения захватывают тепловое излучение, исходящее от объектов, используя тепловую камеру (тепловизор). Любые объекты (живые и неживые) обладают определенной температурой и излучают тепло. В зависимости от температуры, интенсивность излучения бывает разная. Благодаря наличию тепловизионных приборов оно преобразуется в видимое нашему глазу изображение. Тепловая камера фиксирует инфракрасное излучение объектов на расстоянии до 300 м. Они имеют высокий уровень контрастности и низкое разрешение изображения.
Пассивные системы ночного видения:
Активные системы ночного ведения (рис. 11) используют дополнительный источник инфракрасного света, устанавливаемый на автомобиль. Они характеризуются высоким разрешением изображения и дальностью охвата порядка 150…250 м.
Известными активными системами ночного видения являются:
В качестве фильтра применяется специальное стекло, состоящее из тончайших слоев таких материалов, как MgF2, Na3AlF6, ZnS, TiO2, Ta2O5, Nb2O5. Проходя через множество слоев, световые волны разной длины изменяют фазу и на выходе складываются таким образом, что либо гасят, либо усиливают интенсивность.
Рис. 11. Компоновка системы освещения с инфракрасным излучателем
В итоге фильтр пропускает свет строго с длины волны 780 нм. Фара с таким стеклом выглядит выключенной, но только для глаза. Встречные водители будут видеть только ближний свет, в то время как ИК-излучение воспринимает «третий глаз» — видеокамера, установленная за зеркалом в салоне. Полученная картинка проходит цифровую обработку, которая повышает четкость изображения. Затем ее выводят на отдельный монитор или непосредственно на лобовое стекло.
Система способна не только отображать объекты на дисплее приборного щитка, но и вести селекцию. Например, когда электроника определяет, что перед машиной человек и он находится вне траектории движения автомобиля, его силуэт отмечается желтой рамкой (рис. 57). Как только система поймет, что человек на пути автомобиля, его фигура станет очерчиваться красной рамкой, при этом раздастся предупреждающий звуковой сигнал.
Рис. 12. Селекция отображаемых объектов
Инфракрасный прожектор освещает дорогу на 300 м. Адаптивное и инфракрасное освещение (рис. 13) применяется в автомобилях Audi А8, BMW 5-й серии и др. Фары таких автомобилей, оборудованные ксеноновыми лампами, для улучшения освещения и исключения ослепления встречных водителей приспосабливаются к самым разным условиям движения и помогают водителю лучше видеть дорогу.
Рис. 13. Освещение дороги с адаптивной и инфракрасной системой: 1 — базовый свет; 2 — городской свет («ближний»); 3 — противотуманное освещение; 4 — автомагистральный свет; 5 — освещение кривых на магистрали; 6 — освещение поворотов
На скорости автомобиля до 50 км/ч при автоматическом режиме включается «городской режим», при этом луч света освещает пространство перед автомобилем относительно недалеко (поз. 2), высвечивая большое пространство вблизи и в левую сторону. С ростом скорости увеличивается и дальность «ближнего света». Начиная со скорости 110 км/ч работает «дальний свет». (Кавычки не случайны — в новой системе традиционное разделение этих понятий теряет смысл.)
Для определения начала поворота установлен чувствительный гироскопический датчик, по срабатыванию которого луч слегка поворачивается в сторону поворота. Если же водитель на небольшой скорости (до 70 км/ч) включил сигнал поворота или система зафиксировала резкий маневр рулем, то включается боковой луч, позволяющий увидеть, что делается слева или справа.
При движении автомобиля в тумане автоматически включаются противотуманное освещение (поз. 3). Для того чтобы исключить ослепление встречных водителей, предусмотрено автомагистральное освещение (поз. 4) с инфракрасным излучателем.
6. Сканирующие системы освещения
Датчики, сканирующие пространство перед автомобилем (распознавание образов), уже используются в серийных автомобилях. Примером системы распознавания образов является новый тип сенсорной системы, различающей объекты перед автомобилем (разработана компанией Audi). Новая высокочувствительная система способна формировать трехмерное изображение препятствия перед ТС (рис. 14).
Рис. 14. Сканирующая система освещения
В основе технологии — источник модулированного инфракрасного излучения и датчик (он размещен позади лобового стекла на уровне зеркала заднего вида), сделанный из новых фоточувствительных полупроводниковых элементов, известных как фотонные смешивающие устройства (Photonic Mixer Devices, PMD). Эти устройства способны обрабатывать сигналы, возвращенные от множества точек предмета одновременно. По строению похожи на обычные приборы с зарядовой связью (так называемые ПЗС-матрицы), применяющиеся в видео- и фотокамерах. Они используют различие во времени, которое требуется лучам, чтобы вернуться от различных объектов сцены к каждому из чувствительных элементов матрицы PMD.
Для вычисления объемного изображения система сравнивает сигнал от каждого пикселя матрицы с опорным модулированным сигналом, поставляемым схемой излучателя, при этом посторонняя инфракрасная засветка (например, от солнца) отделяется от собственного сигнала.
Поле зрения датчика по горизонтали составляет 32°, а по вертикали – 8°. Частота сканирования препятствий – 200 Гц, что позволяет быстро улавливать изменение дорожной обстановки.
