Система адаптивного освещения дороги и динамическое освещение поворотов

Что такое система адаптивного освещения в автомобиле?

Система адаптивного освещения транспортного средства создана для увеличения безопасности во время движения. Умные фары, установленные на машины, больше не требуют ручной регулировки, поскольку все изменения происходят автоматически. Система интегрирована с различными модулями автомобиля и управляется электронным блоком, который обрабатывает информацию о внешней среде и изменяет режим работы и яркость оптики.

Динамический адаптивный свет

Рассмотрим наиболее распространенные примеры, когда стандартных режимов головного света недостаточно:

1. Водитель едет ночью по трассе с включенным дальним светом. Когда навстречу движется машина, необходимо переключать свет на ближний режим, чтобы не создавать аварийную ситуацию. Адаптивные светодиодные фары смогут самостоятельно изменить освещенность без участия человека.
2. Резкие повороты всегда сопровождаются рисками в ночное время. Во время маневра свет не может охватить весь участок дороги, поэтому водитель управляет автомобилем исходя из видимости и интуиции. Но конструкция адаптивной системы позволяет осветить весь путь следования.

Эволюция автомобильной фары

На протяжении многих лет фары оставались круглыми — это наиболее простая и дешевая в изготовлении форма параболического отражателя. Но порыв «аэродинамического» ветра сначала «задул» фары в крылья автомобиля (впервые интегрированные фары появились у Pierce-Arrow в 1913 году), а затем превратил круг в прямоугольник (прямоугольными фарами оснащался уже Citroen AMI 6 1961 года). Такие фары были сложнее в производстве, требовали больше подкапотного пространства, но вместе с меньшими вертикальными габаритами имели большую площадь отражателя и увеличенный светопоток. Чтобы заставить такую фару ярко светить при меньших габаритах, следовало придать параболическому отражателю (в прямоугольных фарах — усеченный параболоид) еще большую глубину. А это было чересчур трудоемко. В общем, привычные оптические схемы для дальнейшего развития не годились.

Тогда английская фирма Lucas предложила использовать «гомофокальный» отражатель- комбинацию двух усеченных параболоидов с разными фокусными расстояниями, но с общим фокусом. Одним из первых новинку примерил Austin-Rover Maestro в 1983 году. В том же году фирма Hella представила концептуальную разработку- «трехосные» фары с отражателем эллипсоидной формы (DE, DreiachsEllipsoid). Дело в том, что у эллипсоидного отражателя сразу два фокуса. Лучи, выпущенные галогенной лампой из первого фокуса, собираются во втором, откуда направляются в собирающую линзу. Такой тип фар называют прожекторным. Эффективность «эллипсоидной» фары в режиме ближнего света превосходила «параболическую» на 9% (обычные фары отправляли по назначению лишь 27% света) при диаметре всего в 60 миллиметров. Эти фары предназначались для противотуманного и ближнего света (во втором фокусе размещался экран, создающий асимметричную светотеневую границу). А первым серийным автомобилем с «трехосными» фарами стала «семерка» BMW в конце 1986 года.

Еще через два года эллипсоидные фары стали просто супер! Точнее- Super DE, как называла их Hella. На этот раз профиль отражателя отличался от чисто эллипсоидной формы — он был «свободным» (Free Form), рассчитанным таким образом, чтобы основная часть света проходила над экраном, отвечающим за ближний свет. Эффективность фар возросла до 52%.

Дальнейшее развитие отражателей было бы невозможно без математического моделирования- компьютеры позволяют создавать самые сложные комбинированные рефлекторы. Компьютерное моделирование позволяет увеличить число сегментов до бесконечности так, что они сливаются в единую поверхность «свободной» формы. Взгляните, к примеру, в «глаза» таких машин, как Daewoo Matiz, Hyundai Getz . Их отражатели поделены на сегменты, каждый из которых имеет свой фокус и фокусное расстояние. Каждая «долька» многофокусного отражателя отвечает за освещение «своего» участка дороги. Свет лампы используется почти полностью- за исключением разве что торца лампы, прикрытого колпачком. А рассеиватель, то есть стекло с множеством «встроенных» линз, теперь не нужен — отражатель сам отлично справляется с распределением света и созданием светотеневой границы. Эффективность таких фар, называемых отражающими, близка к прожекторным.

Современные отражатели «формируют» из термопластика, алюминия, магния и термосета (металлизированного пластика), а накрывают фары не стеклами, а поликарбонатом. Впервые пластиковый рассеиватель появился в 1993 году на седане Opel Omega- это позволило снизить массу фары почти на килограмм! Но зато поликарбонатные «стекла» гораздо хуже сопротивляются истиранию, нежели стекла настоящие. Поэтому щеточных очистителей фар, которые еще в 1971 году предложил Saab, больше не делают…

Прожекторный тип фары

Прожекторный тип фары. Здесь показан вариант «биксенон» – переключение с дальнего света на ближний осуществляется перемещением экрана, управляемого соленоидом. Если экрана нет, то прожектор, как правило, работает в режиме ближнего света. Место газоразрядной лампы может занимать «галогенка».

Ксеноновая фара

Так выглядит газоразрядная ксеноновая фара. Поскольку «ксенон» светит очень ярко, таким фарам положено обязательно иметь механизм автоматической регулировки угла наклона и омыватели.

Как реализована работа данных систем

В настоящее время разными производителями реализованы несколько различающихся вариантов головного адаптивного освещения, из которых можно упомянуть AFS и AFL.

Как работает AFS

Подобная система разработана для автомобилей семейства Volkswagen. В ней реализован принцип изменения положения фары. Система AFS построена на том, что компьютер при маневре транспортного средства изменяет положение фар в соответствии с переменой положения руля. Поворот каждой фары осуществляется на свой угол, для внутреннего поворота он больше, для внешнего – меньше.

Для оценки величины требуемого изменения в положение фар система головного освещения AFS пользуется результатами измерения многочисленных датчиков, имеющихся на авто – положения руля, скорости, курсовой устойчивости и т.д. Например, изменяющиеся данные от датчика ESP (курсовой устойчивости) свидетельствует, что машина находится в состоянии маневрирования, а значит, AFS отключится, и фары не будут повторять изгибы дороги. Свет будет направляться только прямо.

Работает AFS только с биксеноновыми устройствами как на дальнем, так и на ближнем свете.

О работе AFL

Система адаптивного освещения AFL применяется на авто семейства Opel. Она представляет собой комбинированный вариант. Для обеспечения адаптивного освещения в системе AFL, так же как и в AFS, используется поворот фар при изменении положения руля, но кроме этого существуют дополнительные лампочки подсветки.

При движении машины на высокой скорости система головного освещения AFL отслеживает повороты руля, в соответствии с которыми поворачивает фары. Однако при скоростях ниже семидесяти километров в час AFL при выполнении маневров включает дополнительную лампочку, имеющую широкий угол подсветки. Благодаря этому подсвечиваются повороты, и маневрирование в узких местах и на перекрестках становится гораздо безопасней.

Дополнительным преимуществом AFL может служить зависимость от скорости — при маневрировании или перестроении на автостраде система AFL не включится. Использование биксеноновых фар обеспечивает одинаковое освещение на ближнем и дальнем свете, т.к. для этого задействована одна лампочка. Переключение с дальнего света на ближний AFL производит автоматически.

Обеспечение безопасности при движении транспортного средства всегда является одной из основных задач производителей. Особенно это становится актуальным в темное время. Одним из вариантов решения подобной проблемы стало создание различных вариантов адаптивного головного освещения, позволяющих водителю значительно улучшить видимость в ночное время.

Что это такое

Для начала нужно понять, что такое современные адаптивные фары в автомобилях и какими особенностями отличается адаптивное освещение на нынешних автотранспортных средствах.

Каждый человек, даже никогда не сидевший за рулём, прекрасно знает о важности эффективного и качественного освещения дороги. Этот фактор имеет непосредственное влияние на безопасность, и возможность попасть в дорожно-транспортное происшествие

Для современной машины важно обеспечить несколько ключевых моментов:

• Нужно дополнительно подсвечивать обочину. Это позволяет вовремя заметить пешеходов, перебегающих дорогу животных, либо иные препятствия и объекты.
• Для водителя требуется чётко видеть происходящее на дороге впереди него. Причём не на расстоянии 2-3 метра, а намного дальше. Иначе автомобилист попросту не успеет отреагировать и вовремя нажать на тормоз, либо совершить манёвр.
• При хорошем освещении дороги и обочины, свет не должен становиться проблемой для водителей встречного транспорта. То есть слепить их.
• В случае движения за пределами города, где отсутствует уличное освещение, а также наблюдается меньший поток машин, яркость работы фар должна быть выше.

Классическая система оптики в машине состоит из фар ближнего и дальнего света. Такой механизм позволяет переключаться с одного режима на другой. При этом направление свечения у них всё равно одинаковое. Дальнюю оптику включают в основном за городом, чтобы видеть большой по продолжительности участок дороги по ходу движения. В городе и при плотном трафике активируется ближний свет.

И теперь логично разобраться в том, что же такое адаптивный свет и чем работа таких фар отличается от классического механизма.

Здесь предусмотрен совершенно иной подход к работе иллюминации, поскольку оптика подстраивается или адаптируется под конкретные текущие условия. Отсюда и название системы. Причём разработчики регулярно совершенствуют узел, добавляют новые режимы, технологии и возможности.

Принцип работы адаптивных фар

Адаптивным светом можно назвать элементы автомобильного освещения, которые в автоматическом режиме подстраиваются под текущие условия перемещения транспортного средства. Это происходит по мере набора или уменьшения скорости, при входе в повороты или в зависимости от уровня внешнего освещения. Когда машина поворачивает в сторону, луч света движется за направлением руля.

Всё чаще в заводской комплектации на автомобили устанавливаются адаптивные ксеноновые фары и биксеноновые аналоги. Они демонстрируют лучшую эффективность работы в сравнении с классической схемой ближний-дальний.

Такая система включает в себя 3 основных узла.

• Специальные устройства. Они отвечают за обработку данных, которые позволяют системе распознать положение и характер движения транспортного средства. Эти контроллеры следят за углами, освещением, поведением и положением колёс, учитывают параметры с видеокамер, фиксируют продольное ускорение и пр. Это не только датчики, но и разного рода вспомогательные элементы, которые работают на благо всей адаптивной оптики.
• Управляющий и контролирующий блок. Именно на него приходит вся информация, которая обрабатывается электроникой. Блок управления, считав данные и проанализировав их, передаёт дальше команду на исполнительные механизмы.
• Исполнительные механизмы. Они уже отвечают за то, чтобы выполнить команду блока управления.

Первые адаптивные фары, разработанные автоконцерном Volkswagen, начали улучшать видимость дорожного полотна для водителя при входе в повороты. Лучи направлялись не прямо, как в обычных фарах, а поворачивали вместе с самой машиной в зависимости от изменяемого угла.

Затем в состав адаптивной оптики включили видеокамеры, что позволило обеспечить регулировку и контроль над световыми лучами. Последующие усовершенствования позволили системе автоматически менять освещение, чтобы не слепить встречный транспорт.

Передовыми разработчиками, которые развивают технологию адаптивного света и внедряют новые возможности, выступают компании Valeo, Hella и AAL (All Automotive Lightning).

AFLS

Работа Adaptive Front lighting System, а именно таково наименование системы адаптивного освещения, заключается в комплексном анализе дорожной ситуации и автоматическом подстраивании светового пучка под условия движения автомобиля. Участвующие в работе компоненты:

• сервоприводы поворотных модулей ламп;
• ЭБУ;
• датчиковая аппаратура. Датчики частоты вращения колес используются для расчета скорости движения авто, датчик угла поворота рулевого колеса – для понимания системой направления движения, датчик продольного направления – для анализа профиля дороги. В качестве вспомогательных устройств используется датчик дождя и света, который позволяет оценивать интенсивность освещения и наличие осадков (фары занимают положение, минимизирующее эффект бликования мокрого асфальта);
• видеокамера. Постоянный анализ изображения с видеокамеры позволяет фиксировать наличие пешеходов, встречного и попутного транспорта.

Аббревиатура AFLS служит международным обозначениям и используется всеми автопроизводителями, лишь изредка можно встретить название BeamAtic, использующееся Valeo. Система адаптивного освещения является опцией, но даже при наличии таковой задействована она будет только при работе фар в автоматическом режиме. Функция может быть автоматически деактивирована в случае срабатывания системы стабилизации курсовой устойчивости автомобиля (ESP). Необходимо это для предотвращения хаотической смены режимов освещения и смены направления световых лучей, когда водитель пытается интенсивным контраварийным рулением выйти из заноса. Принцип работы AFLS на разных автомобилях очень схож, поэтому главная разница заключается в количестве режимов освещения дороги, а также скорости, на которой будет осуществляться смена вида освещения.

Движение в городе и по дорогам национального значения

Движение авто со скоростью до 55 км/час определяется системой, как езда в городе. Особенности городского режима:

• небольшая дальность светового пятна;
• горизонтальная светотеневая граница;
• максимальная ширина освещенного участка вблизи автомобиля.

Ширина освещенного участка увеличивается за счет включения дополнительных боковых ламп.

Когда скорость автомобиля больше 55 км/час, но не превышает 100 км/час, световое пятно вытягивается и приобретает явную асимметрию, когда обочина освещается лучше полосы встречного движения (какая именно это будет сторона, зависит от того, левый либо правый руль у автомобиля). Можно сказать, что режим движения по проселочным дорогам соответствует обычному ближнему свету.

Управление дальним светом

Способы управления:

• адаптивный контроль. С помощью видеокамеры система регистрирует приближение встречного автомобиля. Блок управления через модуль ламп перенаправляет световой поток таким образом, чтобы расстояние до светотеневой границы уменьшалось пропорционально приближению встречного авто. При этом обочина остается хорошо освещенной дальним светом. Важным моментом является поправка на профиль дороги, которая позволяет избежать ослепления водителей встречных авто даже при движении под горку и на спуск;
• регулировка туннельного типа. Свое название система получила из-за вертикальной светотеневой границы, которая возникает при обнаружении встречных и попутных автомобилей. При обнаружении системой ТС исполнительный механизм затемняет соответствующую зону светового пятна, оставляя при этом максимальную площадь освещения дороги. На данный момент это последнее слово в устройствах адаптивного освещения. На видео наглядно продемонстрирован принцип работы адаптивного освещения BMW.

Адаптивное освещение позволяет не только автоматически управлять дальним/ближним светом фар и заглядывать внутрь поворотов, но и регулировать интенсивность света в зависимости от погодных условий. Функция крайне полезная в туман (сильный дождь, снег), когда за счет автоматического уменьшения дальности световых лучей удается минимизировать блики и избежать эффекта туманной стенки.

Функции управления: система может работать в одном из трех режимов управления

Автоматический режим работы – основной режим работы

• управление освещением согласно расписанию, заданному диспетчером;

• управление уличным освещением может осуществляться по континентальному световому дню (определение времени восхода / захода солнца по широте и долготе объекта освещения);

• управление уличным освещением по показанию датчика уровня освещенности.

Ручной дистанционный режим работы

—       управление освещением с АРМ диспетчера. Диспетчер в ручном режиме активирует необходимые переключения, задания и установки. Например, в аварийной ситуации или при ремонтных / регламентных работах.

Ручной аппаратный режим работы

—       управление освещением по месту установки ШПВ. Обслуживающий персонал осуществляет переключение освещения с помощью переключателей, установленных в ШПВ, проводя необходимые проверки работоспособности при ремонтных и регламентных работах.

AFL – Инновационная система освещения

AFL – адаптивная система головного освещения (Adaptive Forward Lighting) — Opel привносит интеллектуальную систему биксеноновых фар в сектор среднеразмерных автомобилей

новейшую систему освещения

«Адаптивная система головного освещения обеспечивает значительно более высокий уровень безопасности и комфорта. AFL является еще одним доказательством способности Opel создавать новые технологии, ведь нашей целью является внедрение столь привлекательных для покупателей технологий на автомобилях всех типов», — сказал Ханс Х. Демант (Hans H. Demant), Исполнительный директор по инженерным разработкам Opel.

Перед специалистами компании Opel, занимающимися разработкой световых приборов, стояла задача сделать управление автомобилем в темное время суток и в плохую погоду легче и безопаснее. Согласно последним данным федерального бюро статистики Германии, более 40 процентов автомобильных аварий со смертельным исходом происходят ночью, несмотря на то, что в это время суток загруженность дорог на 80 процентов меньше, чем днем. И это неудивительно. Визуально водитель воспринимает 90 процентов всей необходимой дорожной информации. Научные исследования показали, что этот показатель снижается до 4-процентного уровня в условиях плохой видимости в ночное время суток. Адаптивная система головного освещения повышает безопасность в условиях плохой видимости, особенно осенью и зимой.

Необходимым условием для внедрения технологии AFL является изменение существующих правил ECE (Economic Commission for Europe, Европейская экономическая комиссия). Первоначально были разрешены только подвижные (с возможностью поворота в продольной вертикальной плоскости) фары дальнего света, но запрещен ассиметричный поворот фар в горизонтальной плоскости. Внесение изменений в существующие правила ожидается в начале 2003 года.

По сравнению со стандартными фарами, новая адаптивная система головного освещения выполняет следующие дополнительные функции:

• Изменение направления световых пучков фар при движении в повороте: Поворот световых пучков фар на угол до +/- 15 градусов в зависимости от угла поворота рулевого колеса и скорости движения автомобиля. Освещенность дороги при движении в повороте улучшается на 90 процентов. Это не только повышает безопасность автомобиля, но также позволяет лучше реализовывать динамические характеристики автомобиля и повышает уровень комфорта.
• Боковой свет: Улучшается освещенность дороги при проезде перекрестков и движении в узком повороте. Фары позволяют осветить зону глубиной приблизительно 30 м в направлении, почти перпендикулярном направлению движения автомобиля. Боковой свет может включаться только на скорости движения, не превышающей 50 км/ч. Таким образом, он не активируется при смене полосы движения на автомагистрали.
• Фары дальнего света: Биксеноновые фары создают чрезвычайно яркий дальний свет. В интеллектуальной системе биксеноновых фар компании Opel ближний и дальний свет фар создает одна (на каждую фару) ксеноновая лампа. Подвижный механизм обеспечивает переключение ближнего света фар на дальний. Преимуществом такой системы является чрезвычайно яркий и интенсивный свет фар, причем цвет световых пучков ближнего и дальнего света фар одинаковый.

Источник

Будущее адаптивных фар

На сегодняшний день инженеры стараются и уже создают системы адаптивного освещения для следующих ситуаций:

• Движение в городе;
• Перемещение по проселочным дорогам;
• Свет на автомагистрали;
• Дальний свет;
• Освещение на поворотах;
• Свет при плохих погодных условиях.

При движении в городской черте, на скорости до 55 км/ч, световой пучок имеет небольшое расстояние, вся сила освещения перенаправляется в боковые стороны. Так легче заметить пешехода или препятствие на пути.

Передвижение по проселочным дорогам имеет свою специфику и заключается она во включении ближнего света фар, только правая фара будет делать больший обхват нежели левая. Скорость движения считается от 55 км/ч до 100 км/ч.

Свет при перемещении по автомагистрали должен добивать на как можно дальнее расстояние, для чего фары фокусируют пучок света вдаль, уменьшая его боковые границы. Режим автомагистрали включается при скоростях свыше 100 км/ч.

Дальний свет это уже хорошо знакомый всем автолюбителям режим. Только автоматика берет на себя управление по переключению с дальнего на ближний. Это может быть задействовано как простым переключением на другие лампы, так и более сложным способом. При помощи формирования затененной области. Когда в фаре есть специальный отражатель, который перемещается и держит встречный автомобиль в тени.

Освещение на поворотах заключается в поворачивании светового пучка в сторону поворота автомобиля. Благодаря этому удается раньше увидеть препятствие на дороге или движущегося пешехода.

Система помощи при плохих погодных условиях (туман, дождь) поворачивает свет от фар ближе к земле, имитируя тем самым работу противотуманных фар. Так же для уменьшения бликов от влаги в воздухе мощность фар уменьшается.

Подведя итого хочется восхититься инженерами, которые придумали и реализовали такие фары. Потому что при движении ночью с таким освещением заметно уменьшается усталость, появляется возможность раньше увидеть опасности на дороге.

В целом автомобиль становиться более безопасным и дружелюбным к водителю. И если вживую на такие фары посмотреть, то они кажутся просто произведение искусства, блеском напоминают драгоценные камни. И если вы в восторге от таких нововведений, как и я, тогда просто подпишитесь на рассылку и рекомендуйте интересные статьи своим друзьям через интернет и социальные сети.

Использовать модификацию светильников с функцией астротаймера (локальная система управления)

Астротаймер, в зависимости от настроек, может самостоятельно включаться, выключаться и диммироваться в определенный момент времени, например на время сумерек, или за час до заката, или через 2 часа после рассвета, или при установке других значений.

Данные параметры устанавливаются либо на заводе перед отгрузкой заказа, или при монтаже изделий на месте их использования.

Рис.2. Пример программирования режимов работы таймера

Подобное решение позволяет экономить на подключении дополнительных устройств и повышает отказоустойчивость системы по причине снижения числа используемых компонентов.