Требуемая дальность освещения фар для обнаружения препятствий

Фарами называются световые приборы прожекторного типа, применяемые при движении автомобиля в темное время для освещения пути.
Распространенный термин «фара» произошел от французского слова «phare» — маяк, огонь или фонарь маяка, которое, в свою очередь, произошло от греческого Pharos, что означает остров, на котором в древности был построен знаменитый Фаросский маяк.

В немецкой, а также современной французской терминологии фару чаще называют прожектором (Scheinwerfer, projecteur).
В отечественной автомобильной промышленности отраслевым стандартом ОСТ 37.003.030-76 и Правилами ЕЭК [3-1] установлена следующая классификация и терминология автомобильных фар.

Головная фара (сокращенно фара)—основная фара, обеспечивающая освещение пути перед автомобилем; может быть дальнего света (обозначение R— route), ближнего света (обозначение С — code) или комбинированная — и дальнего и ближнего света (обозначение CR). Соответствующий английский термин — Head-lamp.

Фара-прожектор (Spot-lamp, projecteur long portee) —дополнительная фара для освещения дальних участков дороги (обозначение Р — Projecteur).

Противотуманная фара — фара со специальным светораспределением, предназначенная для улучшения видимости при движении в тумане, при снегопаде и т. п. (обозначение В — Brouillard).

Фара рабочего освещения — вспомогательная фара для освещения рабочих участков и органов специальных автомобилей во время их рабочих операций на стоянке (обозначение Т — Travail).

Основным типом является головная фара (в дальнейшем просто фара).

Одна из тенденций автомобилестроения заключается в увеличении скорости автомобиля. Очевидно, использование скорости автомобиля желательно и при движении ночью при дальнем свете фар. Безопасность «очного движения требует, чтобы дальность обнаружения и опознания препятствий, определяемая дальним светом, была достаточной для своевременной остановки автомобиля.

Остановочный путь в зависимости от скорости автомобиля выражается формулой [3-2].
где Soct — полный остановочный путь автомобиля, м; v — скорость автомобиля, км/ч; Г —суммарное время различения препятствия, реакции водителя и срабатывания привода тормозов до начала торможения, с; ф — коэффициент сцепления шин с дорогой; k3 — коэффициент эксплуатационного состояния тормозов; 10 — запас остановочного пути до препятствия, м.
Освещенность препятствия, необходимая для его обнаружения, зависит от многих причин — размера и коэффициента отражения поверхности препятствия, яркости фона, на котором оно рассматривается, внезапности его появления, особенности зрительного восприятия водителя и т. д. Многочисленные опыты дают различные, результаты, но в общем, подтверждают, что необходимая освещенность возрастает с увеличением расстояния до препятствия. Эта зависимость может быть выражена эмпирической формулой

Тогда необходимая сила света фар будет:
Таким образом, поскольку основное слагаемое остановочного пути S0CT пропорционально квадрату скорости v автомобиля, а необходимая сила света I — квадрату остановочного пути, то необходимая сила света фар растет приблизительно пропорционально четвертой степени скорости автомобиля.
На основе зависимости тормозного пути от скорости для сухой и мокрой дороги при Т=1,8 с, получена зависимость необходимой максимальной силы дальнего света фар от максимальной скорости автомобиля, представленная на рис. 3-1.

По европейским и отечественным нормам максимальная сила дальнего света двух фар должна быть не менее 40000 кд, что обеспечивает дистанцию обнаружения лишь яри скорости автомобиля не более 100—70 км/ч соответственно для сухой и мокрой дороги. Для увеличения дальности освещения на некоторых автомобилях (междугородные автобусы и др.) применяют дополнительные фары и прожекторы. Суммарная сила света всех фар не должна превышать 225000 кд, что обеспечивает дальность видимости препятствий при движении со скоростью максимум 140—110 км/ч.

Из сопоставления этих данных с прежними нормами, описанными в гл. 2, а также, с характеристиками фар прежнего выпуска с лампами 25 и 35 Вт (1-3) видно, что существует тенденция к увеличению силы света фар дальнего света путем улучшения их оптики, применения четырехфарной системы, ламп и оптических элементов повышенной мощности и галогенных ламп с повышенной световой отдачей.

Кстати, рис. 3-1 объясняет незначительные требования к силе света фар в начальный период развития автотранспорта; например при скорости движения не более 50 км/ч, установленной в 20-е годы в США, достаточна сила света двух фар от 3000 до 9000 кд.
Однако все же основной проблемой автомобильного освещения является слепимость при встречном разъезде автомобилей (см. § 1-2). При переключении с дальнего на ближний свет резко уменьшается дальность обнаружения, особенно в европейской системе ближнего света— до 40—50 м, следовательно, резко снижается освещенность дорожного полотна на дистанции свыше 50 м. Это обстоятельство создает эффект «черной ямы», когда водитель после Переключения своих фар на ближний свет теряет на 5—10 с способность различать препятствия и практически некоторое время продолжает движение вслепую. Этот эффект ограничивает возможность резкого увеличения силы дальнего света фар и ряд авторов рекомендуют, чтобы отношение освещенностей в точке 75R (см. рис. 2-14) при дальнем и ближнем свете не превышало 2,5—3.

Необходимо подчеркнуть, что рассчитанные на графике рис. 3-1 теоретически возможные скорости движения автомобиля ночью, при заданной силе света фар в отношении безопасности далеко не эквивалентны дневным условиям, так как днем обеспечена хорошая обзорность не только дороги, но и прилегающих к ней широких боковых участков, а ночью освещена фарами только узкая полоса дороги, боковые же участки местности остаются в полной темноте.

Таким образом, нет физической возможности обеспечить головными фарами необходимую дальность обнаружения препятствий при движении автомобиля ночью с максимальной конструктивной скоростью современных автомобилей, доходящей до 160—200 км/ч. Однако такая скорость даже днем используется очень редко — на скоростных автомагистралях при отличном состоянии дороги, сухой погоде и хорошей видимости.. В реальных дорожных и погодных условиях скорость движения намного меньше. Применение в автомобилях двигателей большой мощности преследует в первую очередь создание запаса мощности для повышения его приемистости, т. е. способности к разгону с большим ускорением до 60—70 м/с2.

В целях обеспечения безопасности движения в большинстве стран введено ограничение скорости: 80—100 км/ч для легковых и 70—90 км/ч для грузовых автомобилей и именно для этих скоростей нужно рассчитывать силу света фар легковых и грузовых автомобилей массового выпуска. Данная рекомендация вытекает из опыта эксплуатации, а не является официальной нормой.

В особых случаях — междугородные автобусы, автомобили оперативных служб, а также на автомобильных соревнованиях — ралли и др., в дополнение к головным фарам применяются фары-прожекторы с узким световым пучком и большой осевой силой света. Это повышает дальность обнаружения препятствий и освещенность дороги на больших расстояниях и тем самым способствует уверенному вождению автомобиля с большой скоростью ночью. Но фары-прожекторы должны выключаться при встречном разъезде автомобилей и переходе на ближний свет.

• < Выбор размеров отражателя фары
• Введение >