Почему бесполезно ставить ксенон на "зубилу"

или еще раз о колхозном ксеноне, и немного теории.

Последнее время весь рунет был переполнен результатами измышлений - "поставить ксенон на", и что за это будет. Однако шумиха улеглась, цены за это время упали, и на улицах снова встречается все больше машин с синевой в фарах. Не вдаваясь в юридические тонкости, хочу высказаться о целесообразности, или "оно того нада?"

  збираться дальше, надо сначала выяснить - от чего собственно зависит видимость дороги ночью, при свете фар? Для этого придется вспомнить физику - "плотность поля падает пропорционально квадрату расстояния", что такое диффузное рассеяние, и что такое диаграммы направленности. Но одной физики недостаточно - фары нужны не сами по себе, а для водителя. А значит придется еще вспомнить и биологию - глаз имеет дифференциально-логарифмическую адаптивную характеристику. Что означает, что оценивается разница в видимой освещенности относительно самой яркой точки, да и то в логарифме.

Как вообще видит дорогу в свете фар водитель? Давайте схематично нарисуем машинку на дороге

Тут показано распространение двух лучей от фары к точкам А и В, образуемые ими диаграммы диффузного отражения (красный), дальнейший ход луча после зеркального отражения (синий) и линии зрения водителя (желтый).
Как видно из картинки, луч в дальнюю точку попадает под меньшим углом чем в ближнюю, поэтому интенсивность рассеяния в направлении глаз водителя окажется меньше. К тому же чтобы свету из этой точки попасть в глаза водителю, ему еще и предстоит пройти больше в обратном направлении - а следовательно интенсивность его ослабнет в бОльшей степени.

(В скобках заметим, что на мокрой дороге, когда зеркальное отражение значительно больше диффузного рассеяния, весь наш свет фар достанется в глаза водителю в машине С, а для нас дорога будет казаться более темной)

Теперь смотрим типичную картинку распределения освещенности фарой.

Видно что ближняя зона освещена ярко, а по мере удаления от фары освещенность падает - все в полном согласии с физикой.

Что получается - дальняя зона и при равном освещении выглядела бы более тускло, а она еще и освещена меньше! Глаз наблюдателя приспособится к яркости самой яркой точки, поэтому с его точки зрения на дороге будет яркое пятно "под бампером" с тусклым ореолом.

Теперь представим себе, что мы поставили ксеноновые (ну или просто более яркие) лампы в фары с той же характеристикой, причем не промахнулись и точно попали в фокус рефлектора. Что изменилось от этого? Увеличилось абсолютное значение освещенности каждой точки, в том числе и самой яркой. Но отношение яркостей осталось неизменным! Поэтому глаз с его характеристикой приспособится к пятну максимальной яркости, а субъективное восприятие освещенности останется тем же!

Так что теперь ответ на вопрос из заголовка кажется очевидным Для убедительности - фотография. Яркое пятно прямо перед машиной, за которым водителю ничего не увидеть. А длина освещеной зоны не превышает 3-хкратного расстояния между фарами, то есть всего 4-5 метров.

 

Теперь закончим о ксеноне, но продолжим об освещении. Что, неужели безвыходное положение? Нет, если правильно изменить диаграмму направленности фары в вертикальной плоскости. Попробуем прикинуть, как должен распределяться свет, чтобы после отражения от дороги и рассеяния наблюдатель увидел равномерную яркость: обратно пропорционально затуханию, то есть яркость должна расти квадратично от расстояния (чтобы учесть ослабление рассеянного света) плюс пропорционально 1/cos(90-a), где a - угол падения луча. На вышеприведеной диаграмме с трактором это бы выглядело примерно так (уж простите за качество рисунка...)

То есть распределение освещенности должно быть обратным - чем дальше участок тем сильнее освещен, до определенной границы. Это компенсирует потери света на обратном пути. Для водителя такие фары будут освещать дорогу равномерно, а на стене или экране фары с такой характеристикой будут давать яркую узкую полосу с плавным падением яркости внизу. Теперь берем поисковик, вводим "диаграмма направленности фары в вертикальной плоскости", и... ничего про фары там не находим, только разнообразные антенны. Что еще хуже, большинство производителей фар не обращают на вертикальную диаграмму направленности внимания, добиваясь от фары только соответствие требованиям сертификации . Основное ее требование - отсутствие ослепления встречных водителей, а как при этом освещается дорога остается на совести изготовителя. И в худшем случае (многие фары завода Киржач) в вертикальной плоскости оказывается обычная круговая диаграмма.

Что ж, раз найти не удалось, то пришлось самостоятельно написАть небольшую программку, рассчитывающую "идеальную" диаграмму направленности. И вот что получилось:

Здесь красным рассчитана диаграмма для фары с углом наклона 5градусов, зеленым - 10 градусов, и синим для 20градусов, из расчета высоты фары 1м и высоты глаз водителя 1,5м. Видно, что они получились очень разные, и фара для одного режима будет совершенно неправильно светить в другом.

В недавней статье Авторевю, посвященной как раз колхозному ксенону, были опубликованы реальные диаграммы направленности фар разных машин на основе самостоятельного измерения. Зная форму теоретической кривой, по ним можно сразу оценить, насколько хорошо будет светить каждая конкретная фара.

К сожалению, в инструкции на фару при покупке нет диаграмм направленности, а изменить ее самостоятельно невозможно. Так что остается только светить фарой, и сверять увиденное с эталоном.

И если с вертикальной диаграммой все в порядке, то для водителя свет фар будет выглядеть так (ближний)

 

 

или так (дальний)

 

При таких фарах о установке ксенона даже и мыслей не возникнет

 

Однако из-за того что при расчете правильной диаграммы направленности используется угол падения луча, такие фары очень требовательны к высоте установки. Например, если ее закрепить на крышу, то вместо равномерной засветки получаем узкую полоску поперерек дороги.

В заключение хочется пожелать всем дочитавшим досюда хорошего света ночью, и чтобы не слепили

 

Особая благодарность фирме Хелла за любезно предоставленные картинки. Раньше у них были диаграммы направленности их фар, но к сожалению в настоящее время там прошла реорганизация, и все "ненужное" было убрано.

Источник: Сайт ЛУАЗ967