ПРОТИВООСЛЕПЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОЛОВНЫХ ФАР АВТОМАШИН Российский патент 1994 года по МПК F21M3/00 

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к устройствам освещения для автомашин, и может найти широкое применение для дополнительного оснащения автомашин, находящихся в настоящее время в эксплуатации, а также вновь выпускаемых автомобилей, оснащенных отечественными фарами всех известных типов, как с обычными, так и с галогенными лампами.

Известно устройство для устранения слепящего эффекта дальнего света головных фар в виде очков со специальными стеклами, надеваемых на глаза водителя, которые беспрепятственно пропуская световые лучи, отраженные от поверхности дорог, смазывают направленный на глаза пучок света большей интенсивности от фар, превращая его в легкие светлые круги [1]. Принципиальная основа такого устройства, а также аналогичных этому других противоослепляющих очков [2, 3] заключается в физическом воздействии на световой поток в непосредственной близости от субъекта восприятия физиологического дискомфорта (в частности, предохранение глаз водителя от прямых лучей фар). Недостатками известных устройств в практическом плане, являются в первую очередь их неудобство для водителей, особенно не пользующихся очками, сложность конструкции и композиционных материалов для изготовления линз или окуляров. Кроме того, в принципиальном плане, недостатком этих устройств является возникновение в поле зрения водителя дополнительного образа в виде светлых радужных кружков, полос, решеток и т.д., осложняющих восприятие дорожной обстановки.

Известны также устройства, воздействующие непосредственно на источник дискомфорта, а именно, на головную фару встречного автомобиля, в виде специальных механических экранов, прикрывающих источник ослепления, по получении управляющего сигнала (светового потока) определенной мощности, воздействующий на фотоэлемент, установленный на ветровом стекле встречного автомобиля или в единой компоновке с источником света, включающий механизм отключения слепящего источника. На аналогичном принципе работают всякого рода корректоры положения фар, учитывающие также неровности дорожного покрытия, в особенности для фар с галогенными лампами, дающие остронаправленный пучок света. К устройствам в данном направлении борьбы со слепящим эффектом относятся также поляризационные экраны (фильтры-поляроиды), устанавливаемые перед фарой и глазами водителей, а также применение в автомобильных приборах жидких кристаллов.

Недостатком данных устройств является то, что при их применении наблюдается большое ослабление полного светового потока и техническая сложность решения, вызывающая трудности в массовом оснащении ими автомашин, уже находящихся в эксплуатации. Кроме того, приемные элементы небольших размеров, устанавливаемые, в частности, на ветровом стекле, очень чувствительны к режиму эксплуатации (загрязнению, к источникам дополнительного света и т.д.).

В практике автомобилестроения применяются также устройства, предназначенные для ослабления эффекта ослепления, известные как дополнительные фары среднего света. Сущность введения этого дополнительного света заключается в ослаблении адаптационной чувствительности глаза встречного водителя при переходе от режима дальнего света к ближнему (уменьшение действия так называемого эффекта "черной ямы"). По характеру светораспределения фара среднего света в левой слепящей зоне приближена к ближнему свету при сохранении режима дальнего света в правой зоне, т.е. введена асимметрия светораспределения подобно светораспределению ближнего света, но в меньшей степени. Последовательное переключение света с режима дальнего на средний, а затем на ближний, снимая эффект "черной ямы", одновременно уменьшает и степень физиологической ослепленности встречного водителя.

Недостатком этого устройства является то, что оно требует технологических изменений конструкции автомашины или самих фар. С другой стороны, светораспределение средней фары не может заменить в эксплуатации фары дальнего света, оставаясь промежуточным элементом между двумя фарами: дальним и ближним. При эксплуатации средних фар, так же как и при эксплуатации двухрежимных фар, необходима высокая культура вождения при встречном разъезде в темное время суток (четкая последовательность переключения режима света водителем: дальний - средний - ближний).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является противоослепляющая фара.

Предложенное для предотвращения ослепления водителя дальним светом фар решение связано с введением дополнительного оптического элемента - взаимно перпендикулярно расположенных призм, установленных между отражателем и рассеивателем фары. Устройство осуществляет перераспределение рефлектированного потока света от фары так, что в основном он будет направлен на лежащее впереди дорожное полотно, а его часть - вертикально и вправо.

Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является то, что оно требует технологических изменений конструкции фары в заводских условиях, что полностью устраняется в предлагаемом устройстве. Кроме того, в принципиальном отношении светораспределение прототипа по своим характеристикам обладает большой асимметрией (большей, чем даже у среднего света), поскольку корректирующий элемент этой фары охватывает всю поверхность выходного отверстия и поэтому меняет функциональную роль фары дальнего света (т.е. существенно уменьшает дальность видимости дороги водителем).

Целью изобретения является максимальное уменьшение интенсивности ослепляющего потока фары при минимальном воздействии на функциональный характер светораспределения путем перераспределения светового пучка, непосредственно падающего на глаза водителя при встречном разъезде автомашин в темное время суток; обеспечение режима эксплуатации головных фар, защищающего их рассеиватели от механических повреждений и поломок, а также безопасность движения вне зависимости от соблюдения режима переключения дальнего и ближнего света фар при встречном разъезде в темное время суток.

Цель достигается тем, что противоослепляющее устройство для головных фар автомашин, содержащее оптический элемент, согласно изобретению, выполнено на съемной сетке-колпаке в виде эшелонированных призм с общим основанием и углами наклона преломляющих граней, равными 5-9^о и толщиной 3-5 мм, форма и пространственное положение зональных призматических элементов которого пред фарой соответствуют ее светораспределению.

Конкретная форма, размер и профиль корректирующих призматических элементов определяются путем точного теоретического и опытно-экспериментального расчета светового пучка, учитывающего параметры всех трех элементов оптической системы фар (лампы-источника, отражателя и рассеивателя).

На фиг.1-7 изображены устройства для различных типов фар и ламп-источников; на фиг. 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 - то же, форма призматических элементов с ориентацией эшелонированных призм в вертикальной плоскости перед рассеивателем фары; на фиг.9, 11, 13, 15, 17, 19, 21 - то же, профиль зональных призматических элементов, выполненных из органического стекла и отлитых по готовым формам из полистирола с максимальной степенью прозрачности; на фиг.22 - схема хода луча, преломленного через поверхность отдельной ячейки корректора - полупризмы ABD, выступающей с внутренней поверхности оптического элемента с двугранным углом при вершине В, равным ε/2. Нижнее основание призмы расположено нормально к поверхности корректора: α₁ - угол падения луча; α₂ - угол выхода луча после преломления внутри элемента корректора; δ - угол, на который отклонился падающий луч, после прохождения корректора. Угол при вершине полупризмы (угол преломляющей грани) ε/2 связан с углом расфокусировки лучей γ = δ (т.е. лучей, идущих непараллельно к оптической оси фары, часть из которых непосредственно вызывает ослепление встречного водителя) соотношением
ε/2 = , (1) где n - показатель преломления материала корректирующего элемента.

Опираясь на данные теоретических расчетов, модулирующих ситуационную задачу встречного разъезда, проведенные на ЭВМ, оценивались значения γ для каждой из фар с соответствующими оптическими элементами, а затем по (1) вычислялся угол, определяющий профиль элемента корректора, т.е. двугранный угол ε/2 или угол преломляющей грани призмы. Данные теоретических расчетов ситуационной задачи встречного разъезда, учитывающие взаимное положение водителя и встречной машины, а также их опытно-испытательная корректировка на испытательном стенде-экране, позволили окончательно определить размеры, профиль и пространственное положение корректирующих зональных призматических элементов на сетках-колпачках, обеспечивающие перераспределение светового потока для достижения максимального ослабления ослепленности водителя встречного транспорта при минимальном воздействии на видимость вдоль оптической оси фары, улучшения условий видимости дорожного полотна и правой стороны дороги без существенного изменения функциональных характеристик фары.

Характерным является принцип рассечения светового потока, идущего в левый верхний квадрант под углом 14-16^о к горизонтальной плоскости на стенде-экране, т. е. в области перспективного перемещения глаз встречного водителя, на два потока, создающее область затенения в непосредственно слепящей зоне европейского экрана.

Пример конкретного выполнения устройства для фары ФГ 140 с лампой источником R2. Противоослепляющее устройство (фиг.1,3) содержит противоударную сетку-колпак, изготовленную в виде концентрических окружностей с радиально пересе- кающими их элементами 1 (материал металлический провод сечением 2 мм), формовые элементы, охватывающие выходную поверхность рассеивателя фар, различные для разного типа фар. Эти свободные от металлических элементов зоны сетки-колпачка предназначены для корректирующих оптических элементов 2, выполненных из органического стекла штампованием, закрепляемых в зонах с помощью скоб 3. Сетка-колпак крепится с внешней стороны фары на технологических отверстиях ободка фары с помощью листового металла 4 штатными винтами ободка.

Устройство, надетое на головную фару и неподвижно закрепленное на ней, становится дополнительным оптическим элементом, корректирующим световой поток, выходящий с поверхности рассеивателя фары. В зависимости от профиля и формы призматических элементов устройство обеспечивает соответствующее перераспределение светового потока.

В варианте выполнения устройства предусмотрено изготовление цельного штампованного или отлитого из единого антиударного и в то же время максимально прозрачного полистирола колпачка по размеру соответствующей фары с гладкой внешней поверхностью и с внутренним рисунком согласно форме и профилю эшелонированно расположенных призм в оптическом элементе конкретного типа фары (фиг.8-21).

В табл. 1-7 приводятся данные перераспределения освещенности основных контрольных точек европейского экрана под действием предлагаемых устройств для различных типов фар: ФГ 140, ФГ 145, ФГ 146 и прямоугольного типа (модель ВАЗ 2108-09) как дальнего, так и ближнего света. Там же приводятся значения коэффициента ослабления освещенности <К> и коэффициента ослепленности, рассчитанного по закону Вебера-Фехнера Δ С_s. Данные таблиц показывают ослабление освещенности в слепящей зоне в 2-3,2 раза, а уменьшение коэффициента ослепленности в среднем на 30-50%. В то же время светораспределение в других зонах экрана или существенно не меняется, или изменяется в сторону улучшения условий видимости дорожного полотна и правой зоны экрана, оставляя практически неизменными дальность видимости вдоль оптической оси фары в режиме дальнего света и светораспределение в режиме ближнего света фар.

Использование предложенного изобретения в сравнении с известными устройствами позволит существенно уменьшить интенсивность ослепляющего потока фар при встречных разъездах в темное время суток, не меняя практически дальность видимости, сокращая количество дорожно-транспортных происшествий, особенно с тяжелыми последствиями, имеющими место при эксплуатации автомобилей в темное время суток. Данное устройство не требует технологических изменений конструкции автомобиля или самой фары, просто в изготовлении и может быть легко внедрено в эксплуатацию в кратчайшее время.

Использование: для борьбы с ослепляющим действием дальнего свера фар для безопасной эксплуатации автотранспортных средств. Противоослепляющее устройство содержит оптический элемент, выполненный на съемной сетке-колпаке в виде эшелонированно расположенных призм с общим основанием и углами наклона преломляющих граней равными 5 - 9° и толщиной 3 - 5 мм, форма и пространственное положение зональных призматических элементов которого перед фарой соответствуют ее светораспределению. Данное устройство, действие которого снижает коэффициент ослепленности в слепящей зоне на 30 - 50%, при практически неизменной дальности видимости объектов на дороге в темное время суток, не требует технологических изменений конструкции автомобиля или самой фары, просто в изготовлении и может легко быть внедрено в экплуатацию в кратчайшее время. 22 ил., 7 табл.

ПРОТИВООСЛЕПЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОЛОВНЫХ ФАР АВТОМАШИН, содержащее оптический элемент, отличающееся тем, что, с целью максимального ослабления слепящего эффекта дальнего света при минимальном воздействии на функциональный характер светораспределения фары, оптический элемент выполнен на съемном сетке-колпаке в виде эшелонированных призм с общим основанием и углами наклона преломляющих граней, равными 5 - 9^o, и толщиной 3 - 5 мм, форма и постранственное положение зональных призматических элементов которого перед фарой соответствуют ее светораспределению.