Вы здесь: Главная Читать бесплатно Избранные статьи Качество автомобильного освещения

Избранные статьи из журнала "Светотехника"

Качество автомобильного освещения

ris5Опубликовано в №6 журнала "Светотехника" за 2014 г.

Т.К. КХАН
Дармштадтский технический университет, Дармштадт, Германия

По материалам доклада на конференции МКО «LightingQualityandEnergyEfficiency». 23–26.04.14, Куала- Лампур, Малайзия. 
Перевод с англ. Е.И. Розовского

Аннотация

Указаны три крупные задачи, стоящие перед автомобильным освещением, и подытожены  последние достижения в улучшении качества автомобильного освещения в части: фар и передних сигнальных фонарей, обеспечивающих освещение пространства перед автомобилем; задних фонарей (например, стоп-сигналов); внутреннего освещения (с использованием светодиодов).

Ключевые слова: качество освещения, автомобильное освещение, адаптивное переднее освещение, маркирующее освещение, матричный луч, светодиоды.

1. Введение

История автомобилестроения началась в 1886 г. с изобретения Карлом Бенцем двигателя внутреннего сгорания, а в 1908 г. свой путь в автомобилестроение проложили первые электрические источники света. С этого момента автомобильная промышленность и её продукция стали символом инноваций и динамичного развития общества в условиях технической революции и прогресса в области телекоммуникаций. При этом с 1990 г. автомобильное освещение занимает центральное место в развитии концепции автомобилей, и с 2006 г., после появления светодиодов, оно стало движущей силой всех нововведений в области автомобилестроения.

В целом, перед автомобильным освещением стоят три задачи:

  • обеспечение хороших условий зрительной работы для всех участников дорожного движения (водителей, пешеходов, велосипедистов);

  • обеспечение технических возможностей для улучшения комфорта, самочувствия и концентрации внимания водителей в тёмное время суток;

  • энергосбережение и способствование охране окружающей среды.

     

Ниже качество автомобильного освещения рассматривается применительно к:

  • фарам и передним сигнальным устройствам, обеспечивающим освещение пространства перед автомобилем (ближний свет, дальний свет, динамически изгибающийся свет, освещение поворотов (corneringbeam)) и сигнализацию (дневные ходовые и габаритные огни);

  • задним фонарям (например, стоп-сигналам);

  • внутреннему освещению (с использованием светодиодов).

2. Внутреннее освещение

В ближайшем будущем, а в случае автомобилей высокого класса – и сейчас, внутреннее освещение благодаря применению светодиодов будет существенно модернизировано, с тем чтобы:

  • приводить условия зрительной работы внутри автомобиля в соответствие с погодой, временем суток и дорожной обстановкой (плотностью дорожного движения, движением в городских условиях при наличии городского освещения или движением по тёмной сельской дороге);

  • снижать напряжённость и усиливать концентрацию внимания водителей путём настройки освещения на «режим расслабленности» при движении во внерабочие часы или – на «спортивный режим» с синеватым белым светом.

 Подход к качеству освещения связан со стремлением повысить концентрацию внимания и снизить психическую нагрузку на водителей.

3. Задний свет

Задние фонари явились первыми световыми приборами со светодиодами для автомобилей благодаря присущим светодиодам малым временам нарастания и спада импульсов излучения, что делает возможным более быструю подачу сигналов другим участникам дорожного движения при торможении. Помимо чисто сигнальных задач, задние фонари со светодиодами дают возможность изменения конструкции и повышения ценности автомобилей. С научной точки зрения следует пересмотреть максимальные и минимальные требования к силе света задних фонарей. Все требования к силе света этих фонарей не учитывали погодных изменений, времени суток, яркости окружающей среды и расстояния между автомобилями.

Так как задние фонари со светодиодами работают в режиме широтно-импульсной модуляции, то в последние 8 лет исследования в области данных устройств сконцентрировались на пульсациях и стробоскопическом эффекте (рис. 1). Для минимизации последнего, способного рассеивать  зрительное внимание водителей с нормальным зрением и серьёзно вредить здоровью водителей с повышенной чувствительностью к свету, частоту пульсации следует увеличить минимум до 400 Гц, если вероятность обнаружения пульсаций или стробоскопического эффекта должна быть меньше 5% (рис. 2).

Рис. 1. Изображение эффекта бусинок (beads effect) или нитки бус (bead string) Рис. 2. Вероятность обнаружения эффекта бусинок или нитки бус (см. рис. 1) при двух условиях наблюдения [1]

4. Передний свет  

Что касается переднего освещения, то на его качество повлияли:

  • появление новых источников света (галогеновых (ГЛН), ксеноновых МГЛ мощностью 35 (1990 г.) и 25 (2011 г.) Вт , фар со светодиодами (2007 г.) и лазерных источников света в ближайшем будущем (2014 г.));
  • концепция адаптивного переднего освещения (АПО);
  • концепция переднего освещения, учитывающего внешние условия.

4.1. Новые источники света

В табл. 1 представлены современные типы автомобильных ламп для переднего освещения.

При использовании ксеноновой МГЛ со световым потоком 3200 лм и при типичном оптическом КПД в 35 %, можно получить световой поток фары ближнего света с этой МГЛ, равный 1100 лм. Для сравнения, световой поток фары ближнего света с ГЛН не превышает 500 лм. В результате исследований, проведённых недавно в Дармштадтском техническом университете для автомобильной промышленности, были определены дальности видимости для фар ближнего света (табл. 2). При световом потоке наилучших сейчас фар ближнего света со светодиодами автомобилей высокого класса, равном 900 лм, дальности видимости в случаях светодиодных и ксеноновых фар ближнего света почти сопоставимы друг с другом.

4.2. Адаптивное переднее освещение

С 1998 по 2010 г. концепция систем АПО была реализована во многих автомобилях (рис. 3).

Как видно из рис. 3, если автомобиль движется в городе, то стандартный луч ближнего света меняется так, чтобы получать расширенное светораспределение без увеличения дальности видимости, так как дорога освещается и уличными светильниками. При движении по шоссе, в зависимости от скорости автомобиля светораспределение фар ближнего света может быть ограничено углами от -0,57 до -0,23о относительно горизонтали, с тем чтобы дальность видимости могла бы повышаться от примерно 80 м (ближний свет) до 110 м (свет на автомагистрали). Работа АПО и ассистента переключения дальнего света может управляться камерами, датчиками и бортовым процессором (рис. 4). 

Рис. 3. Адаптивное переднее освещение Рис. 4. Устройство обработки данных и изображений, установленное внутри автомобиля [4]

Поскольку в случае ближнего света максимальная дальность видимости составляет 85 м, а в случае света на автомагистрали – примерно 110 м, то появилась идея увеличить число ситуаций, в которых используется дальний свет. До 2005 г. дальний свет можно было включать только вручную, и ошибки встречались очень часто. При наличии ассистента переключения дальнего света и его камеры, регистрирующей появление на дороге других участников дорожного движения, дальний свет может включаться автоматически. Это увеличивает дальность видимости до 140 м.

4.3. Фары, учитывающие внешние условия   

Однако у адаптивного переднего освещения есть и некоторые недостатки. Оно учитывает топологию дороги (изгибы, город, магистраль, просёлочная дорога), но не учитывает реальную постоянно меняющуюся дорожную обстановку. Поэтому с 2009 г. ведётся разработка концепции фары, учитывающей внешние условия и обеспечивающей:

  • маркировочное освещение (markinglight) (освещение животных и других объектов на дороге или около неё посредством маркировочного узконаправленного пучка света) (рис. 5);
  • вертикальную динамичную линию отсечки (рис. 6);
  • неслепящий дальний свет (рис. 7).

Рис. 5. Принцип маркирующего освещения [5] Рис. 6. Вертикальная динамичная линия отсечки [6] Рис. 7. Неслепящий дальний свет, матричный луч [7]

В ходе исследований, проведённых в 2013 г. Дармштадтским техническим университетом для международных поставщиков автомобильных ламп, были определены дальности видимости для разных фар (рис. 8) [8]. Дискомфортная блёскость, создаваемая неслепящей фарой дальнего света с ксеноновой МГЛ, равнялась 7 (среднее значение) по шкале де Бура.

ris8 Рис. 6. Вертикальная динамичная линия отсечки [6] Рис. 7. Неслепящий дальний свет, матричный луч [7]

Список литературы

  1. Brückner, S., Khanh, T.Q. A field experiment on the perception of automotive rear lights using pulsed LEDs with different frequencies / Proc. of the 7th Int. Symp. of Automotive Lighting, ISAL 2007, Darmstadt, 2007.
  2. Rosenhahn, E.-O. , Hamm, M. Motorway Light in Adaptive Lighting Systems/ In: Progress in Automobile Lighting (PAL), Technische Universität Darmstadt. – München: Utz Verlag, 2003. S. 868–882.
  3. Schiller, C. Lichttechnische Tests an derzeitigen Xenon- und Halogenlampenscheinwerfern /  Technische Universität Darmstadt, interner Bericht des Fachgebiets Lichttechnik, 2007.
  4. Sprute, J.H., Khanh, T. Q. Approval Requirements for a Front-Lighting-System with Variable Cut-Off Line in Europe / In: Int. Symp. on Automotive Lighting (ISAL), Technische Universität Darmstadt. –  München: Utz Verlag, 2007. S. 31–37.
  5. Kleinkes, M., Eichhorn, K., Schiermeister, N. LED technology in headlamps - extend lighting functions and new styling possibilities/ In: Int. Symp. on Automotive Lighting (ISAL), Technische Universität Darmstadt. – München: Utz Verlag, 2007. S. 55–63.
  6. Kalze, F.-J., Schmidt, C. Dynamic Cut-Off-Line geometry as the next step in forward lighting beyond AFS / In: Int. Symp. on Automotive Lighting (ISAL), Technische Universität Darmstad. –  München: Utz Verlag, 2007. S. 346 –354.  
  7. Totzauer, A. Kalibrierung und Wahrnehmung von blendfreiem LED-Fernlicht / Technische Universität Darmstadt, PhD thesis, 2013.
  8. Zydek et al. Quantifying Detection Distance and Glare of Headlamp Systems with Adaptive Vertical Cut-Off Lines / ISAL conference, Darmstadt, 2013.

Сведения об авторе

 Тран Куок Кхан (Tran Quoc Khan), Dr.-Ing., профессор. Руководитель светотехнической лаборатоии Дармштадтского технического университета. Специалист по оптике, фотометрии и цветовосприятию. E-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..">Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..

 

 

 

Таблицы

Таблица 1. Лампы, используемые в настоящее время в передних фарах автомобилей 

Тип лампы

Световой поток, лм, около

Максимальная яркость, Мкд/м2, около

Световая отдача, лм/Вт

Коррелированная цветовая температура, К

ГЛН (Н7)

1500

30

25

3200

Ксеноновая МГЛ (D2S)

3200

90

90

4200

СД (холодно-белого света)

150–1500

20

65

4000–6000

Таблица 2. Дальность видимости при углах наблюдения 0 и 20о 

Фара ближнего света с

Дальность видимости, м [2]

Дальность видимости при угле 0о, м [3]

Дальность видимости при угле 20о, м [3]

ГЛН

70

63

18,3

ксеноновой МГЛ D2S

85

80

25,8

Рецензируемый журнал

Журнал «Светотехника» входит в перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёных степеней доктора и кандидата наук. Также он входит в базу данных следующих агентств и издательских домов:
Thomson Scientific (расширенная база индекса цитирования); EBSCO Publishing House; Elsevier Publishing House; SCOPUS Journals Analyzer; Academic Journal Catalogue (AJC).

Подпишитесь на нашу рассылку

 
 x 
Корзина пуста