RU2020372C1

RU2020372C1 - Antidazzling device of car headlights

Info

Publication number: RU2020372C1
Authority: RU
Inventors: Октай Хангусейн оглы Гусейнов; Фикрет Касум оглы Касумов; Фуад Касум оглы Касумов
Original assignee: Хозрасчетный инженерный центр при Информационном центре МВД Азербайджана
Priority date: 1991-08-07
Filing date: 1991-08-07
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: transport lighting equipment. SUBSTANCE: antidazzling device comprises optical unit made on a removable dome screen in the form of echeloned prisms 3-5-mm thick with a common base and with inclination angles of refracting sides ranging from 5 to 9 deg. The shape and spatial position of zonal prismatic elements before the headlight correspond to its light distribution. This device reduces the dazzling coefficient by 30-50% with practically unchanged range of vision on the road at night, does not call for any technical changes in the design of the car and its headlights. EFFECT: safety of motor transport facilities, simple manufacture and fast introduction into operation. 22 dwg, 7 tbl

Description

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. The invention relates to the automotive industry, in particular to lighting devices for cars, and can be widely used for additional equipment of cars currently in operation, as well as newly manufactured cars equipped with domestic headlights of all known types, both with conventional and with halogen lamps.

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. A device is known for eliminating the glare effect of high beams of headlights in the form of glasses with special glasses worn on the driver’s eyes, which freely let in light rays reflected from the road surface, lubricate a beam of light of greater intensity from the headlights directed at the eyes, turning it into light bright circles [1]. The fundamental basis of such a device, as well as other anti-glare glasses similar to this [2, 3], is the physical impact on the light flux in the immediate vicinity of the subject of perception of physiological discomfort (in particular, protecting the driver’s eyes from direct rays of headlights). The disadvantages of the known devices in practical terms are primarily their inconvenience for drivers, especially those who do not use glasses, the complexity of the design and composite materials for the manufacture of lenses or eyepieces. In addition, in principle, the disadvantage of these devices is the appearance in the driver’s field of vision of an additional image in the form of bright rainbow circles, stripes, gratings, etc., complicating the perception of the road situation.

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. Also known are devices that act directly on the source of discomfort, namely, on the headlight of an oncoming car, in the form of special mechanical screens covering the blinding source, upon receipt of a control signal (light flux) of a certain power, acting on a photocell mounted on the windshield of an oncoming car or in a single arrangement with a light source, including a mechanism for disabling the glare source. All kinds of headlight positioning correctors work on a similar principle, also taking into account the unevenness of the road surface, especially for headlights with halogen lamps, giving a highly directed beam of light. Devices in this direction to combat the blinding effect also include polarization screens (polaroid filters) installed in front of the headlight and the eyes of drivers, as well as the use of liquid crystals in automotive devices.

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.). The disadvantage of these devices is that when they are used, there is a large weakening of the total luminous flux and the technical complexity of the solution, which causes difficulties in mass equipping them with vehicles already in operation. In addition, the receiving elements of small sizes, installed, in particular, on the windshield, are very sensitive to the operating mode (pollution, to sources of additional light, etc.).

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. In automotive practice, devices designed to reduce the dazzling effect, also known as secondary mid-range headlights, are also used. The essence of introducing this additional light is to weaken the adaptive sensitivity of the oncoming driver's eye when switching from the main beam to the low beam (reducing the effect of the so-called "black hole" effect). By the nature of the light distribution, the middle headlamp in the left glare zone is close to the dipped beam while maintaining the high beam mode in the right zone, i.e. The asymmetry of light distribution is introduced, similar to the light distribution of dipped beam, but to a lesser extent. Sequential switching of light from the far to the middle, and then to the near, removing the effect of the "black hole", at the same time reduces the degree of physiological blindness of the oncoming driver.

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). The disadvantage of this device is that it requires technological changes in the design of the car or the headlights themselves. On the other hand, the light distribution of the middle headlamp cannot replace the high beam headlamps in operation, remaining an intermediate element between two headlamps: the main and dipped ones. When operating the middle headlights, as well as when operating the dual-mode headlights, a high driving culture is required when driving in the dark at night (a clear sequence of switching the light mode by the driver: far - middle - near).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является противоослепляющая фара. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed device is an anti-glare headlight.

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. The solution proposed to prevent dazzling the driver with high-beam headlights is connected with the introduction of an additional optical element - mutually perpendicular prisms mounted between the reflector and the headlamp. The device redistributes the reflected light stream from the headlight so that it will mainly be directed to the road ahead, and part of it will be vertically and to the right.

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). A disadvantage of the known device adopted for the prototype is that it requires technological changes in the design of the headlight in the factory, which is completely eliminated in the proposed device. In addition, in principle, the light distribution of the prototype in its characteristics has a large asymmetry (greater than even medium light), since the correction element of this headlight covers the entire surface of the outlet and therefore changes the functional role of the main beam headlight (i.e., significantly reduces the distance visibility of the road by the driver).

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. The aim of the invention is to minimize the intensity of the blinding headlight flux with minimal impact on the functional nature of light distribution by redistributing the light beam directly incident on the driver’s eyes when driving cars in the dark; ensuring the operation mode of the headlights protecting their lenses from mechanical damage and breakdowns, as well as traffic safety, regardless of whether the driving and dipped headlights are switched when driving in the dark.

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.The goal is achieved in that the anti-glare device for the headlights of cars containing the optical element according to the invention is made on a removable mesh-cap in the form of layered prisms with a common base and inclination angles of refracting faces equal to 5-9 ^about and a thickness of 3-5 mm, the shape and spatial position of the zonal prismatic elements in front of the headlight correspond to its light distribution.

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). The specific shape, size and profile of the correcting prismatic elements are determined by precise theoretical and experimental calculation of the light beam, taking into account the parameters of all three elements of the optical system of the headlights (source lamp, reflector and diffuser).

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.Figure 1-7 shows a device for various types of headlights and lamp sources; in FIG. 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 - the same, the shape of the prismatic elements with the orientation of the separated prisms in a vertical plane in front of the headlamp; in Fig.9, 11, 13, 15, 17, 19, 21 - the same, the profile of the zonal prismatic elements made of organic glass and cast in finished forms from polystyrene with a maximum degree of transparency; on Fig is a diagram of the path of the beam refracted through the surface of a single cell of the corrector - half prism ABD, protruding from the inner surface of the optical element with a dihedral angle at apex B equal to ε / 2. The lower base of the prism is located normal to the surface of the corrector: α ₁ - angle of incidence of the beam; α ₂ - beam exit angle after refraction inside the corrector element; δ is the angle at which the incident beam deviated after passing through the corrector. The angle at the apex of the half-prism (angle of the refracting face) ε / 2 is related to the defocus angle of the rays γ = δ (i.e., the rays going non-parallel to the optical axis of the headlight, some of which directly cause the oncoming driver to be blinded) by the ratio
ε / 2 =

, (1) where n is the refractive index of the material of the correction element.

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. Based on the data of theoretical calculations modulating the situational oncoming task carried out on a computer, the values of γ were estimated for each of the headlamps with the corresponding optical elements, and then, using (1), the angle determining the profile of the corrector element was calculated, i.e. the dihedral angle ε / 2 or the angle of the refracting face of the prism. The data of theoretical calculations of the situational task of the oncoming drive, taking into account the mutual position of the driver and the oncoming machine, as well as their pilot test adjustment on the test bench screen, made it possible to finally determine the size, profile and spatial position of the correcting zonal prismatic elements on the mesh caps, providing redistribution of light flow to achieve maximum weakening of the blindness of the oncoming transport driver with minimal impact on the vis bridge along the optical axis of the headlight, improving the visibility conditions of the roadway and the right side of the road without significantly changing the functional characteristics of the headlight.

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.Characteristic is the principle dissecting light flux coming into the left upper quadrant at an angle ^of 14-16 to the horizontal plane at the stand-screen r. F. For forward movement of the eyes of oncoming drivers, into two streams, which creates shaded area in the zone directly blinding European screen.

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. An example of a specific implementation of the device for headlights FG 140 with a lamp source R2. The anti-glare device (Fig. 1,3) contains a shockproof mesh-hood made in the form of concentric circles with elements radially intersecting them 1 (metal wire with a cross section of 2 mm), shaped elements covering the output surface of the headlamp diffuser, different for different types headlights. These metal-free zones of the mesh-cap are intended for corrective optical elements 2 made of organic glass by stamping, fixed in zones using brackets 3. The mesh-cap is mounted on the outside of the headlamp on the technological holes of the headlamp rim using sheet metal with 4 regular screws the rim.

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. A device worn on the headlamp and fixedly mounted on it becomes an additional optical element that corrects the luminous flux emerging from the surface of the headlamp lens. Depending on the profile and shape of the prismatic elements, the device provides an appropriate redistribution of the light flux.

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). In an embodiment of the device, it is provided to produce a whole stamped or molded from a single shockproof and at the same time as transparent polystyrene cap as the size of the corresponding headlamp with a smooth outer surface and with an internal pattern according to the shape and profile of the prism separated in the optical element of a particular type of headlamp (Fig. 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.In the table. Figures 1-7 show the redistribution of illumination of the main control points of the European screen under the action of the proposed devices for various types of headlights: FG 140, FG 145, FG 146 and rectangular type (model VAZ 2108-09) both high and low beam. The values of the coefficient of attenuation of illumination <K> and the coefficient of glare calculated according to the Weber-Fechner law Δ С _{s are also given there} . The data in the tables show a decrease in illumination in the blinding zone by 2-3.2 times, and a decrease in the blindness coefficient by an average of 30-50%. At the same time, light distribution in other areas of the screen either does not change significantly, or changes in the direction of improving the visibility conditions of the roadway and the right zone of the screen, leaving the range of visibility along the optical axis of the headlamp in the high beam mode and light distribution in the low beam mode almost unchanged.

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. The use of the proposed invention in comparison with known devices will significantly reduce the intensity of the blinding headlights during oncoming trips at night, without changing practically the visibility range, reducing the number of road traffic accidents, especially with severe consequences that occur when operating cars in the dark . This device does not require technological changes in the design of the car or the headlight itself, is simple to manufacture and can be easily put into operation in the shortest possible time.

Claims

ANTI-BLINDING DEVICE FOR HEAD HEADLIGHTS OF VEHICLES, containing an optical element, characterized in that, in order to minimize the dazzling effect of the main beam while minimizing the functional character of the light distribution of the headlight, the optical element is made on a removable mesh cap in the form of layered prisms with a common base and angles the inclination of the refracting faces equal to 5 - 9 ^o and a thickness of 3 - 5 mm, the shape and spatial position of the zonal prismatic elements of which in front of the headlight correspond to its light distribution.