перспективы развития систем головного освещения

10
№6 (71) 2011
ИССЛЕДОВАНИЯ, КОНСТРУКЦИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 629.3.048.8+629.3.066.2
Перспективы развития систем
головного освещения
транспортных средств
В.Б. Латова, к.т.н. / А.А. Эйдинов, д.т.н. / С.И. Вылегжанин, инж.
Развитие автомобильных устройств освещения и световой сигнализации идет сегодня
в направлениях применения прогрессивных
материалов, технологий, модульных конструкций, а также широкого применения электронных и микропроцессорных систем.
Сегодня трудно уже удивить широким применением
(и это мы видим на дорогах) светодиодных фар и фонарей, светоотражающих маркерных панелей на большегрузных и длиннобазных транспортных средствах,
фонарей «вежливости», газоразрядных ламп и др.
Один из аспектов, указанных выше, — это внедрение
автоматики в управление автомобильной светотехникой.
Начиная с 2008 г., специалисты Брюссельской Рабочей группы (GTB) обосновали, а затем поэтапно по
мере хода разработки демонстрировали систему автоматического включения/выключения луча фар дальнего света (ДС).
Первая система, способная к автоматическому
включению и выключению луча фар ДС с применением датчиков для обнаружения присутствия на дороге
других грузовых автомобилей, была разработана для
помощи водителю. Проведенные исследования светотехнической лаборатории показали, что водители часто
не желают включать луч фар ДС или выбирают луч фар
ближнего света (БС) также преждевременно, в результате видимость вперед ограничивается. Автоматическое
включение луча фар ДС может помочь преодолеть проблему, но всегда водитель остается ответственным за
решение, касающееся автоматического включения луча
фар ДС или, если это необходимо, включения/выключения луча фар ДС вручную.
Из-за недостатка ясности и последовательности в интерпретации действующих положений Правила № 48,
некоторые администрации стран — участниц Соглашения 1958 г. начали выдавать одобрения типа для автомобилей, оснащенных автоматическим включением/
выключением луча фар ДС.
Впервые формальные предложения для изменения
Правил № 48 и № 123 были представлены на сессии GRE
в марте 2010 г. и были разработаны экспертами рабочих групп GTB и GRE от Германии, Англии, Нидерландов,
Японии.
В рамках сформулированной темы «Автоматическая
адаптация луча фар ДС» рассматривались следующие
вопросы:
• автоматическое включение/выключение обычного
луча фар ДС;
• светотеневая граница адаптивного луча фар БС;
• адаптивный луч фар ДС.
1. Автоматическое включение/выключение
обычного луча фар ДС
Предложены следующие условия автоматического
включения/выключения луча фар ДС.
Луч основных фар ДС должен быть включен только
автоматически, когда:
• уровень окружающего освещения соответствует
разработанным требованиям (табл. 1);
• ни один автомобиль не обнаружен в пределах полей и расстояний, соответствующих разработанным требованиям (табл. 2).
Если основные фары ДС были включены автоматически,
то они должны быть также выключены автоматически,
когда:
• уровень окружающего освещения превышает установленные требования (табл. 1);
• встречный или впереди идущий в попутном направлении автомобиль обнаружены в пределах нормируемых полей и расстояний (табл. 2).
Журнал Автомобильных Инженеров №6 (71) 2011
11
Таблица 1. Условия автоматического включения основных фар ДС
Окружающее освещение снаружи автомобиля
Состояние фар дальнего света
Меньше или равно 100 лк
Должны быть включены
Между 100 лк и 1000 лк
Могут быть включены
Между 1000 лк и [7000] лк
Могут быть выключены
Более чем [7000] лк
Должны быть выключены
Другие условия:
управляющие сигналы, производимые датчиком (системой датчиков)
должны обеспечивать обнаружение и реагирование на:
– свет, испускаемый передними устройствами освещения и световой сигнализации или обратно отраженный свет встречных автомобилей
– свет, испускаемый задними устройствами освещения и световой сигнализации или обратно отраженный свет впереди идущих в попутном направлении автомобилей
Таблица 2. Углы индикации датчика
Горизонтальные углы
15° влево и 15° вправо
Угол вверх
5°
Высота монтажа датчика (центр архитектуры датчика
над грунтом)
менее или равно 2 м
между 1,5 м и 2,5 м
Более чем 2,5 м
Минимальный угол вниз
2°
2° до 5°
5°
Расстояния обнаружения датчиком на прямой горизонтальной дороге
- встречные грузовые автомобили на расстоянии, достигающем не менее [300] или [450] м
- впереди идущие в попутном направлении грузовые автомобили/ комбинации трейлеров на
расстоянии не менее [100] или [200] м
- встречные велосипеды на расстоянии не менее 50 м, освещение велосипеда – белый фонарь
с силой света 150 кд со светоизлучающей поверхностью 10 см2 и с высотой над грунтом 0,8 м
Однако всегда должна быть возможность выключить
основные фары ДС вручную.
Предложены значения (табл. 1) для окружающего
освещения снаружи автомобиля, при которых осуществляется автоматическое включение/выключение основных фар ДС (например, включение ДС при движении
в темное время суток, в туннелях и т.п. и выключение
ДС в дневное время суток или при других достаточных
уровнях окружающего освещения).
Предложены также требования к полю обнаружения
датчика: границы минимального поля, в котором датчик
способен обнаруживать (испускаемый или обратно отраженный свет) от других автомобилей в соответствии
с условиями окружающего освещения, определяются
углами индикации (табл. 2). Такие углы измеряются
от центра апертуры датчика относительно горизонтальной прямой линии через его центр и параллельно средней продольной плоскости автомобиля.
освещения поверхности дороги впереди транспортного
средства, система представлена на рис. 1.
Переход от луча фар ДС к лучу БС должен происходить достаточно быстро во избежание дискомфорта.
Изменение в пределах и между предусмотренными
классами и модификациями функций системы освещеДатчик (Sensor)
Блок электронного управления (ECU)
Электронные блоки освещения
(Lighting Electronics)
Дополнительные
данные
автомобильного
датчика
Метод освещения (Light Technique)
2. Светотеневая граница адаптивного пучка БС
Указанная граница базируется на системе датчиков, опознающих положение других автомобилей и включенных
в электрическую схему процессора и блока электронного управления (ECU) для автоматической адаптации светотеневой границы луча фар БС для обеспечения снижения (предотвращения) ослепления путем управляемого
Основная фара (Headlamp)
Рисунок 1.
Блок-схема системы автоматической адаптации светотеневой границы луча фар БС
12
№6 ((71)) 2011
ИССЛЕДОВАНИЯ, КОНСТРУКЦИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ
Рисунок 2.
Трансформация
световой границы
луча фар БС в
период автоматической адаптации
Рисунок 3.
Трансформация
адаптивного луча
фар ДС в период
автоматической
адаптации
ния AFS должны быть выполнены автоматически без
причинения дискомфорта, раздражения или ослепления ни водителю, ни другим пользователям дороги,
представлено на рис. 2.
3. Адаптивный луч фар ДС
Адаптивный луч фар ДС означает луч фар ДС системы
AFS, который приспосабливает свою структуру к присутствию встречных и впереди идущих в попутном направлении автомобилей для повышения дальности
видимости у водителя без причинения дискомфорта,
раздражения или ослепления других пользователей дороги.
Адаптивный луч фар ДС должен быть включен или
выключен в соответствии с условиями окружающего
освещения (например, включен в условиях движения в темное время суток, в туннелях и т.п. или выключен в дневное время суток или при других доста-
точных уровнях окружающего освещения, указанных
в табл. 1).
Луч фар ДС должен быть разработан таким образом,
чтобы подчиняться сигналу управления, производимому системой датчиков, способных к обнаружению и реагированию на следующие факторы:
• условия окружающего освещения;
• свет, испускаемый передними устройствами освещения или обратно отраженный свет встречных автомобилей;
• свет, испускаемый задними устройствами освещения или обратно отраженный свет впереди идущих в попутном направлении автомобилей.
Границы минимального поля, в котором система датчиков способна обнаруживать свет, испускаемый или
обратно отраженный от других автомобилей, определяются углами, приведены в табл. 2.
Журнал Автомобильных Инженеров №6 (71) 2011
Дистанции обнаружения встречных или впереди идущих в попутном направлении автомобилей и встречных
велосипедов такие же, как и для неадаптивного луча
фар ДС.
Луч фар ДС, адаптивный или неадаптивный, всегда
должен иметь возможность быть включен и выключен
вручную.
В Правило № 123 предложено внести основные изменения, касающиеся адаптивного луча фар ДС в отношении концепции включения адаптивного луча фар ДС
и взаимозависимости между лучом фар БС и лучом фар
ДС, фотометрические требования для луча фар ДС, когда он находится в максимальном положении включения, требования, предназначенные для системы, спроектированной только для левостороннего движения
или только для правостороннего движения, показаны
на рис. 2 и рис. 3.
На одной из сессий GRE были представлены результаты эксплуатационных испытаний систем «Постепенной
автоматической адаптации» лучей основных фар БС
и ДС. Системы испытывались в течение более 2 лет во
всех условиях реальных дорог в Европе и США с общим
пробегом более 1 млн. км. За счет оптимизации применения луча фар ДС отмечено уменьшение утомления
водителя благодаря улучшению видимости дороги и за
счет снижения нагрузки при управлении автомобилем
(уменьшение количества ручных переключений). Частота включения лучей фар ДС и БС во время проведения
пробеговых испытаний приведена на рис. 4.
По результатам опытной эксплуатации автомобилей
с адаптивным лучом фар ДС (АДВ — Adaptive Driving
Beam) были сделаны следующие выводы:
• АДВ-системы более чем в 2 раза увеличивают дальность видимости (увеличивают среднее расстояние видимости до 150 м вместо 65 м).
• пешеходы могут быть обнаружены водителем
на расстоянии, вдвое большем по сравнению с освещением лучом фар БС (260 м вместо 110 м).
• АДВ-системы обеспечивают на 68% уменьшение
аварийности с участием пешеходов на извилистых загородных дорогах.
Вместе с тем, в процессе обсуждений результатов работ
обозначились и проблемы.
В первую очередь это касается обнаружения велосипедов на дороге. Велосипеды, оснащенные хорошим
освещением, могут быть обнаружены при помощи системы АДВ без причинения им дискомфорта. В случае
велосипедов, не имеющих хорошего освещения, предпочтительнее для водителя опознать их, с применением
луча фар ДС, даже с риском причинения им дискомфорта от ослепления, т.к. больше всего несчастных случаев
с велосипедистами и фатальных случаев происходит
в городских условиях, где АДВ-система выключена.
13
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Луч фар ДС
Частично адаптированный луч фар ДС
Луч фар БС
Рисунок 4.
Частота включения лучей фар ДС и БС во время проведения пробеговых испытаний
Есть еще много других вопросов, решение по которым
необходимо найти до момента широкой практической
реализации этой системы, и среди них:
• требуются ли различные характеристики датчиков
для автоматического включения/выключения и для
адаптивной системы;
• расстояния обнаружения различных категорий ТС
и велосипедов должны быть различные или одинаковые;
• необходимо проведение анализа дискомфортного
ослепления, что потребует за собой новых исследований;
• должны учитываться различия между встречными
автомобилями и дорожной инфраструктурой, особенно
красных и белых отражающих устройств и особенно при
наклонных линиях;
• в процессе адаптации функция луча фар ДС должна
соответствовать требованиям для всех случаев правостороннего и левостороннего движения.
Часть из рассмотренных предложений уже нашли поддержку экспертов GRE и были направлены в WP.29
в качестве соответствующих серий поправок, например,
серии поправок 05 к Правилам № 48, касающейся автоматического включения/выключения луча фар БС и ДС.