что такое светотеневая граница
Виды автомобильной оптики: фара головного света
Сегодня даже опытные автомобилисты порой имеют весьма поверхностные представления о конструкции фары головного света – такое их теперь многообразие.
Давайте попробуем внести ясность в этот вопрос и вместе разобраться в столь важной детали современного автомобиля.
Безопасность и комфорт
Главная задача фары головного света – максимально ярко освещать дорогу перед автомобилем и не слепить других участников движения. Прежде всего, это касается ближнего света. По принятым в 1957 году европейским стандартам установлено понятие светотеневая граница (СТГ) с асимметричным светораспределением. СТГ – это такая линия на дороге (примерно в 55-60 метрах перед автомобилем), где луч света должен заканчиваться и переходить в практически полную темноту. Асимметричность заключается в том, что правая часть светового потока светит дальше, обеспечивая акцентированное освещение правой стороны дороги и обочины. До 90-х годов правильная СТГ достигалась путем отсечения световых пучков фильтрами и шторками, позже появились другие решения, но обо всем по порядку.
С параболическим отражателем
Вплоть до 90-х годов все автомобили были оснащены фарами с зеркальным параболическим отражателем. Лампа в них располагалась строго по центру, что удобно для дальнего света, когда лучи попадают на всю поверхность отражателя. При включении ближнего света, специальный фильтр не давал лучам падать на нижнюю часть зеркала. Также лампа прикрывалась специальным колпачком, который не позволял свету проходить прямо.
Недостатком таких фар была низкая эффективность. Лишь часть света лампы в итоге попадало на дорогу. Что подтверждает КПД в 27%. Ни один современный автопроизводитель уже не использует такой вид головной оптики в конструкции автомобиля.
С отражателем сложной формы (рефлекторные)
В 90-х годах, с появлением совершенно новых материалов, изменением технологий и внедрением компьютерного моделирования в автопромышленность пришли отражатели сложной формы, что кардинально преобразило внешний вид фары.
Отражатель в них разработан таким образом, чтобы свет от него попадал в нужное место дороги. Каждый изгиб отвечает за освещение конкретного участка дороги. При этом задействована и верхняя, и нижняя часть.
Рассеиватель стал больше не нужен, фара закрыта теперь ровным поликарбонатом. Отказ от стекла позволил снизить вес конструкции почти на килограмм.
Благодаря всем изменениям эффективность фары повысилась почти в два раза, до 45%.
Линзовая фара с проекционным (эллипсоидным) отражателем
Это самый современной тип фары, использующей отражатель. Пучок света в них формирует линза, которая и распределяет его в нужное место дороги.
Для получения четкой СТГ, применяется специальный экран, отсекающий часть света. Он выполняет роль заслонки, прерывающей луч света снизу. Подобная технология используется в биксеноновой фаре, но об этом позже.
КПД линзовой фары составляет 52%.
Корректоры света
Первые фары с параболическим отражателем нуждались в механической регулировке при помощи специальных винтов. Сегодня все автомобили оснащаются устройством, меняющим высоту света из салона. Водитель приподнимает лучи или опускает их, в зависимости от рельефа местности и загруженности багажника. Называется такое устройство корректором.
Бывают механические, гидравлические, пневматические и электромеханические устройства. Чаще всего встречаются электромеханические корректоры. Их начали применять с середины девяностых годов 20 века и используют до сих пор в большинстве легковых автомобилей.
С появлением ксеноновых ламп, понадобились автоматические корректоры. Они регулируют высоту лучей на основе телеметрических датчиков, отслеживающих высоту дорожного просвета.
Если вы решили самостоятельно установить ксенон в фары, в которых он не предусмотрен штатно, учтите, что по ГОСТ Р 51709-2001 вам придется раскошелиться и на автоматический корректор, иначе серьезного разговора с инспектором ДПС не избежать.
Какие лампы подойдут?
Часто на автофорумах приходится читать утверждения «опытных» водителей о том, что «линзованная оптика разработана исключительно для ксенона».
Начнем с того, что любая ксеноновая лампа имеет в своем названии букву S или R. S-type предназначена для элипсоидных отражателей, R–type – для рефлекторных.
S-type применяется в биксеноне. При переключении на ближний, свет лампы не уменьшается, как думают многие, а используется механическая шторка, которая поднимается и перекрывает нижнюю часть отражателя, образуя светотеневую границу.
R –type разработана для рефлекторных отражателей и работает, как правило, в качестве лампы ближнего света. Функцию механической шторки выполняет фильтр, расположенный на самой колбе лампы. По сути, это защитное покрытие, которое не пропускает свет на нижний отражатель и формирует все ту же СТГ.
Как увеличить яркость?
Еще один распространенный вопрос автомобилистов: «Можно ли ставить лампу большей мощности, чем рекомендует изготовитель?». Если на фаре написано 55Вт, то превышать эту цифру не стоит.
Во-первых, вырастет энергопотребление бортовой сети. Во-вторых, более мощная лампа будет перегревать фару, что в конечном итоге выведет из строя весь блок. Если вы не удовлетворены яркостью лампы, вам не обязательно повышать ее мощность. Например, новое поколение NIGHT BREAKER LASER является сегодня самой яркой галогенной автолампой OSRAM! При этом потребляемая мощность составляет все те же 55 Вт.
Инновационные лазерные технологии обеспечивают до 150% больше яркости, если сравнивать с минимальными установленными требованиями, а тщательно продуманная структура нити накала позволила добиться дополнительной светоотдачи. Световой луч от этой лампы до 150 м длиннее, а излучаемый свет до 20% белее. Как конструкторам удалось добиться столь выдающихся показателей, мы расскажем позже в отдельной статье.
Урок 5. Светотень.
Светотенью называется распределение света и тени на поверхностях предметов. Законами светотени — принципы этого распределения.
Благодаря правильному распределению света и тени, мы можем показать на рисунке форму предмета и характер освещения.
Помимо этого, светотень мощное выразительное средство. Творческий метод таких мастеров как Караваджо, Рембрандт, Сурбаран основан на работе со светотенью. Уводя в тень второстепенное и освещая главное они создавали удивительно точные, цельные и лаконичные образы.
Светотень в рисунке.
Распределение света и тени в рисунке мы делаем на глаз, без точных построений.
При этом, если мы хотим создать реалистичное изображение, необходимо соблюдать ряд правил:
И этот предмет отбрасывает падающую тень.
Давайте отработаем эти правила на практике.
Упражнение 1.
Светотень как выразительное средство. Прежде чем учиться делать светотеневую моделировку, давайте поймем какие огромные выразительные возможности дает нам ее применение.
Возьмите интересный для вас предмет. Сфотографируйте его при разном освещении:
Отберите три самые выразительные фотографии.
Упражнение 2.
Есть только два способа научиться штриховать по форме: копирование и практика. Давайте начнем с первого. Скопируйте рисунки, приведенные ниже. Ваша задача — сделать это максимально точно, вплоть до штриха.
Упражнение 3.
Тональный рисунок коробки с натуры.
Упражнение 4.
Тональный рисунок чашки с натуры. Делаем в той же последовательности, как в предыдущем задании.
Упражнение 5.
Рисунок темного и светлого предмета с натуры. Если у вас нет опыта, не изображайте ткани, стекло или металл. Помним, что тень более светлого предмета светлее тени более темного, свет более светлого предмета светлее света более темного.
Упражнение 6.
Зарисовки предметов сложной формы с натуры. Натуру ставим с контрастным освещением, чтобы граница света и тени была видна. в рисунках можно использовать линии. Строим форму, по возможности, подробно и напросвет. Определяем границу тени, штрихуем тень. СВЕТА НЕ НУЖНО ПРОРАБАТЫВАТЬ.
Дополнительное упражнение 1.
Тональный рисунок предмета сложной формы с натуры. Выполняем в той же последовательности, что и рисунок коробочки.
Дополнительное упражнение 2.
Натюрморт, черно-белая графика. У вас есть только два тона — черный и белый. Задача — передать объем и форму. Тени могут и должны сливаться, линии стараемся не использовать.
Основы построения падающих теней в перспективе.
Когда мы рисуем с натуры, мы изображаем падающие тени на глаз. Но для того чтобы изображать их более достоверно, полезно понимать, как они образуются и как их можно построить.
Для построения теней мы пользуемся проекциями. Чтобы получить проекцию точки на плоскость, нам нужно опустить перпендикуляр из этой точки на эту плоскость.
Чтобы получить проекцию прямой на плоскость, нам нужно из двух точек прямой опустить перпендикуляры на плоскость и соединить их между собой.
Грубо говоря, проекция на горизонтальную плоскость — это то место, над которым находится прямая или точка.
Чтобы построить тень точки, нам нужно через точку провести луч, а через проекцию точки — проекцию луча. На месте их пересечения и будет тень точки.
На этом видео я простыми словами объясняю логику этого построения.
Есть два типа построения теней: от естественного источника света (солнце, луна) и от искусственного (лампа, свеча и т.д. ).
Но какой бы ни был источник света, алгоритм построения не меняется: проводим луч через точку и проекцию луча через ее проекцию. На месте пересечения получаем тень точки. Строем тени основных точек объекта, соединяем и получаем тень объекта.
Построение тени от естественного источника света.
Так как естественные источники света бесконечно удалены от нас, мы условно считаем, что их лучи параллельны.
Из этого следует, что проекции лучей естественных источников света также параллельны между собой.
Возьмем самый простой случай — естественный источник света находится строго сбоку, то есть проекции его лучей параллельны картинной плоскости. Построим тени от всех его вершин и, соединив их между собой, получим тень от прямоугольника. Обратите внимание, что тени вершин, лежащих на горизонтальной плоскости, совпадают с этими вершинами.
Дополнительное упражнение 3
Постройте тень от прямоугольного параллелепипеда при естественном освещении.
Построение тени от искусственного источника света.
При построении теней от искусственного источника света, мы условно считаем, что все лучи исходят из одной точки — источника света, и, соответственно, проекции лучей — из проекции источника света.
Когда мы рисуем по представлению, чтобы построить тени от предмета при искусственном освещении, мы произвольно, в соответствии с нашим замыслом, задаём положение источника света и его проекции.
Дальше действуем по общему алгоритму: проводим луч через точку и проекцию луча через проекцию этой точки. На месте пересечения получаем тень точки.
Найдя тени основных точек предмета, соединяем их в той же последовательности, как они соединены в самом предмете и получаем тень предмета.
На рисунке разобрано построение тени от прямоугольника при искусственном освещении.
Дополнительное упражнение 3
Постройте тень от прямоугольного параллелепипеда при искусственном освещении.
Азбука отражателей света
Отражатель H4 — светотеневую границу формируют боковые грани отражателя. И чем дальше от лампы — тем ближе к СТГ укладывается свет. То есть чем больше отражатель — тем эффективнее используется его площадь и тем больше света на дороге.
За океаном распространено другое светораспределение — прямой линией, но даже в этом случае всё равно светотеневая граница формируется боковыми сторонами отражателя.
Отражатель H13 — несколько иной вариант совмещённого отражателя ближнего и дальнего света. Свет формируется следующим образом.
Отражатель H7 — так называемый свободной формы (free form). Максимум света по горизонтали формируется опять же боковыми сторонами отражателя, а верхняя часть формирует галку.
Отражатель прожекторного источника света (линзы). Автор экспериментов upashi:
Разобьём отражатель на сектора и посмотрим как складывается свет.
На картине отчётливо видно что максимальная составляющая складывается из боковых сторон отражателя.
Еще важная картина для любителей светодиодных поделок:
Как видно при установке одного светодиода строго вверх — свет будет только перед носом. Боковая засветка так же минимальна. Отличные ПТФ, но никак не ближний!
При установке светодиодов вертикально на две стороны — опять попадаем мимо. Автор экспериментов даже не стал фиксировать такой вариант — как видно он отклонил на 45 градусов в стороны чтобы добиться максимума света у свето-теневой границы. Таких светодиодных конструкций я еще не встречал чтобы светики были размещены домиком /‾\
На последок покажу известную всем картину:
И скажу доступную истину: в ксеноновых фарах и обычных фарах применяются разные отражатели, по разному формирующие световой поток из расчёта применяемого источника света. И не важно что на корпусе фар имеется маркировка о ксеноне — в большинстве случаев корпуса идут одинаковые, а как видно начинка разная. Поэтому вставлять китайский ксенон в галогеновую фару — преступление.
В литературе добавление — на этот раз всё о свете от Valeo (на английском и в jpg)
Можно ли отрегулировать ксеноновые фары?
Как правильно настроить ксеноновые фары?
При помощи регулятора на ближнем режиме освещения направьте световой пучок в нужное русло.
Какая должна быть светотеневая граница?
В идеале светотеневая граница должна находиться на 5 см ниже уровня лазера. В таком случае при расстоянии 5 м до экрана это и будет тот самый 1% отклонения. Если граница света и тени находится выше или значительно ниже, то опять таки регулировкой винтов доводите результат до идеала.
Как отрегулировать фары в домашних условиях?
Как должны светить ксеноновые фары?
То есть слева направо идет прямая линия, потом она уходит вверх под углом и опять переходит в прямую горизонтальную линию. Таким образом свет правильного ксенона обрезан с двух сторон.
Как правильно отрегулировать Линзованную оптику?
Отрегулируйте оптику в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы в перекрестие линий попала точка проекции, где световой поток начинает отклоняться вверх и вправо под углом 15–20°. Повторите операцию на второй фаре. Для раздельной оптики регулировка производится по каждой из четырех ламп.
Нужно ли делать регулировку фар после замены лампочек?
Нужна ли регулировка фар после замены ламп? Поскольку нить накала в автомобильных лампах, как правило, не всегда расположена в одном и том же месте (даже в дорогих галогенных лампах Н7, которые имеют большую точность при изготовлении), то после их замены вашей машине может потребоваться регулировка фар.
Что такое светотеневая граница?
Светотеневая граница (ближнего света) — условная линия там, где луч ваших фар кончается, переходя в почти полную темноту впереди на дороге. Фишка в том, что для стран с правосторонним движением существует особый стандарт светового пятна — справа оно длиннее (чтобы лучше освещать обочину).
Как должны светить фары ближнего света?
Когда включен ближний свет автомобиля, фары должны светить на дорогу под углом, который не только не влияет на водителей встречного движения, но и позволяет увидеть достаточный отрезок дороги на высоких скоростях, как правило, от 40 до 50 метров расстояния.
На каком расстоянии регулировать фары?
(Напомним, что ПДД настаивают на том, что делать это нужно не менее чем за 150 м до встречного автомобиля или ранее, если водитель встречного транспортного средства попросит вас сделать это периодическим переключением света фар.)
На каком расстоянии должен светить ближний свет?
Ближний свет фар практически на любом автомобиле освещает дорогу на расстоянии 30 – 50 метров. Будем считать, что освещенная зона имеет среднюю длину 40 м. Тормозной путь современного автомобиля на сухом асфальте при скорости 60 км/ч находится в пределах 16 – 17 м.
Как отрегулировать фары на опель астра?
Регулировка фар Опель Астра H проводится крестообразной отверткой или шестигранником. Так настраивается положение пучка света фары относительно кузова машины, корректор же настраивает относительно плоскости дороги (что происходит автоматически). Так что находишь ровную площадку с вертикальной стеной.
Как отрегулировать фары на Шевроле Лачетти?
Регулировка фар на Лачетти
Электрокорректор фар устанавливаете на “0”, открываете капот, включаете ближний свет фар, одну из фар закрываете чем либо, либо просто отключаете и приступаете к регулировке. Регулировка фар производится через специальные отверстия, либо с обратной стороны фар (смотрите изображение ниже).
Сколько живут ксеноновые лампы?
К тому же новые ксеноновые лампы живут 2000 часов против прежних 450–500 часов у галогеновых. Они не боятся вибрации, ведь дугу плазмы не стряхнешь, как волосок нити накаливания.
Какие лампы лучше поставить на ксенон?
Какие ксеноновые лампы лучше выбрать? Выбирать лучше между цветовой температурой в 4300 и 5000 К. Их многие называют универсальными. Если в фарах головного света установить лампы с температурой в 5000К, то в противотуманках следует поставить немного меньше, в данном случае это будет 4300К.
Как часто нужно менять ксеноновые лампы?
На практике, при регулярном использовании ксенона, лампы выгорают за 2-2,5 года, но каждый случай нужно рассматривать индивидуально. При ежедневной эксплуатации автомобиля с постоянно включенным светом фар, замена ламп может понадобиться уже спустя год/полтора.
Регулировка фар на примере ксеноновых и галогеновых линз (дополнено)
Народ наш все активнее и активнее ставит линзы разного вида и формата, но, как оказалось, даже и установщики в СТО не заморачиваются с элементарной регулировкой света фар после такого «ребилда- ретрофита» и приходится либо ездить в неведении дальше, периодически получая мощным дальним светом фар себе в лицо в знак «уважения» со встречной полосы, либо искать стенд.
Вообще, фары первоначально можно и самому настроить, действия, в принципе, элементарны. Много есть информации в интернете, но схемы отстройки с размерами обычно касаются «ВАЗ- классики». Да и «без бутылки» там не разобраться- слишком уж много уделено теории, которую читать трудно. это, видать, наследие эпохи советских ГОСТов и инструкций (которые еще действуют). Помните все инструкции к советской радиотехнике? Пользователь должен был быть минимум инженером, чтобы грамотно всем пользоваться))))
Поэтому, постараюсь ниже интерпретировать тонны теории в практические действия, касаемые наших фар.
Я не буду писать о необходимости и желательности ставить корректоры фар, о желательности посещения стенда настройки фар специальным оборудованием и регулировки их светового потока, о том, что надо ставить только заводские линзы и лампы (да и вообще ксенон заводской типа) и много-много чего «правильного». Каждый сам себе волен решать- что и как ставить. От себя скажу, что нынешние китайские линзы и лампы с «неправильным» цоколем довольно-таки качественного исполнения- ничего нигде не выгорает и ничего нигде не коптит и не загаживает внутри фары… Но это уже тема отдельного разговора, который, честно, мне неинтересен вовсе))))
Итак, для настройки фар после «ретрофита» (установки линз в фары, не предусматривающие этого своей конструкцией) надо:
— подъехать в темном (полутемном) месте вплотную (чтобы передний бампер почти касался этой стены) к нормальной (ровной с равномерным покрытием- окрасом) вертикальной ровной стене.
— поскольку линзы уже вставлены и первоначальная регулировка сбита, то необходимо промерять расстояние между центрами линз линейкой, сравнить с тем, что показывает световое пятно на стене и оставить на стене пометки центров линз (карандашом, мелком).
Центры линз должны совпадать с началом перелома «полки» (для ксенона) или «галки» (для галогена). Однако уже на этом этапе может быть часто такой вариант, что расстояние на стене меньше (т.е. пучки сходятся) или больше (т.е. пучки расходятся), то проводим первоначальную корректировку межлинзового расстояния винтами ВЕРТИКАЛЬНОЙ плоскости на фарах.
— теперь необходимо убедиться, что границы (светотеневые границы- СТГ) обеих линз горизонтальны и находятся уже на одинаковом уровне и у правой и у левой линзы.
Если есть возможность, то необходимо ослабить немного крепежную гайку линзу имеющую смещение горизонта шторки, далее повернуть саму линзу в теле фары. Если линза установлена уже на шпильках, то я вас «поздравляю»: произведен «рукожопый» монтаж линзы в фару- придется все разбирать и исправлять.
Если верхние и нижние зоны СТГ, соответственно, и у правой и у левой фар уже находятся «выше-ниже» относительно друг друга (см. первый рисуночек с «косыми» фарами), то начинаем проводить первичную настройку винтами корректора, для выравнивания границ.
Линейкой с карандашом (мелком) прочерчиваем горизонтальные линии и «полки» нынешних СТГ у обеих фар.
У неоригинальных ксеноновых линз СТГ выполнена с размытым «засветом» (сделано намеренно, для подсветки дорожных знаков и др. табличек на обочине во время движения). Поэтому лучше проводить линии по верхнему краю «засвета».
— далее, надо отъехать на расстояние от 7,5 до 10м от стены. Расстояние Н должно быть замерено рулеткой, линейкой после отъезда с высокой точностью, вплоть «до 10 см».
— при производстве транспортных средств завод-изготовитель может устанавливать определенный первоначальный наклон светотеневой границы, который указывается на корпусе фары. Поэтому, на корпусе своей фары сверху находим маркировку в виде значка прожектора, далее цифры со знаком %.
Я не помню точно этих % для наших фар: на корпусе выдавлено, допустим, 1,2%. Это означает, что на каждый 1 погонный метр удаления от вертикальной стены (в нашем примере она взята за точку первоначального нулевого отсчета), СТГ фар должна опускаться вниз на 1,2 см.
Поэтому, надо расстояние, замеренное рулеткой от стены после отъезда, умножить на эти %, ну и поделить на 100.
Например: отъехали от стены на 8 м. Значит, опускание вниз СТГ должно быть равно 8*1,2/100= 0,096м= 9,6см.
Теперь понимаете, почему так важно отъехать на расстояние не менее 7,5м от стены? Ибо опускание СТГ всего-то 1% с хвостиком, но нам это важно высчитать эту величину S.
— идем с линейкой и результатами замеров к стене и прочерчиваем высчитанное падение СТГ:
отмеряем вниз по вертикали от первоначального положения (когда были возле стены) СТГ это высчитанное расстояние S в 9,6 см (как в моем примере) и прочерчиваем горизонтальную линию.
— начинаем винтами корректора регулировать ТОЛЬКО ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ ПЛОСКОСТЬ, делая положение СТГ так, чтобы верхняя (именно верхняя граница!) граница СТГ обеих фар была ровно или чуть ниже (но никак не выше) по только что отчерченной черте.
Лучше проводить регулировку по верхнему краю «засвета».
В завершение, проверяем еще раз расстояние между центрами линз на стене из положения «вплотную» (когда отмечали уже на стене центры линз) и нынешнего положения «на расстоянии» (см. выше рисунок поз.III, L=L1) и при необходимости его корректируем.
Всё, первоначальная регулировка окончена. Для большинства (например, для меня) она станет уже окончательной!)))
В движении по дороге, в реальных условиях, результат удачной регулировки должен выглядеть вот так:
Для тех, кто интересуется «а что же с дальним светом»? Ответ: нашими ГОСТами для «европейского» света регулировка дальнего не регламентируется.
p/s/ если в машине возятся постоянно в багаже грузы, то следует сначала нагрузить багажник с целью имитации сего воздействия груза на заднюю ось, тогда точно никогда и ни при каких условиях вы не засветите встречную полосу.