Матричная оптика

Электрокары и гибриды

Хотя работающие на водороде автомобили не являются ни электрокарами, ни гибридами, мы все же отнесем их именно к этой категории. По большому счету водородомобили близки к чистым электромобилям с той лишь разницей, что они могут сами вырабатывать электричество. Наиболее актуальной новинкой в этой сфере является седан Toyota Mirai, по основным потребительским качествам приближенный к рядовым машинам с ДВС. На полностью заправленном баллоне водорода он проезжает около 500 километров, а разгон с 0 до 100 км/ч у Mirai занимает девять секунд. В новой рекламе японская компания продемонстрировала еще один плюс Toyota Mirai: этот автомобиль способен ездить даже на продуктах жизнедеятельности коров.

https://youtube.com/watch?v=9pTluy9KpYU

По всей видимости, новый ролик является ответом «Тойоты» на нападки со стороны других производителей. К примеру, Элон Маск (Elon Musk) из Tesla Motors и Карлос Гон (Carlos Ghosn) из альянса Renault-Nissan весьма нелестно отзывались о проекте по созданию автомобиля, ездящего на водороде. Теперь японцы показали, что подходящее для легковушки топливо можно добывать даже из экскрементов крупного рогатого скота.

Продажи Toyota Mirai начнутся в США ближе к концу текущего года. Автомобиль будут сдавать в лизинг за 499 долларов в месяц либо продавать за 57 500 долларов без учета государственных субсидий, которые зависят от штата.

Пока японцы пытаются продвигать идею светлого водородного будущего, британцы не первый год приспосабливают технологии болидов «Формулы-1» к большим маршрутным автобусам. Казалось бы, что общего может быть у этих совершенно разных транспортных средств? Оказывается, таким элементом может стать маховик, который позволит накапливать кинетическую энергию, что снизит расход топлива и объем вредных выбросов. Год назад мы писали про британскую компанию GKN, которая приобрела Williams Hybrid Power Limited, подразделение Williams Grand Prix Engineering Limited (компании — владельца всемирно известной гоночной команды Williams). Основным интересом GKN стал так называемый «кинетический маховик», который предполагается использовать в автобусах. Теперь британцы поделились новыми достижениями своего амбициозного проекта.

Пока все идет намеченными ранее темпами. К концу 2016 года по Лондону будет ездить в общей сложности 500 автобусов, оснащенных углепластиковыми «кинетическими маховиками». Они будут раскручиваться во время торможения с помощью электромотора. При разгоне процесс будет запущен в обратном направлении. По расчетам инженеров, такой метод гораздо эффективнее обычного рекуперативного торможения, в котором используются аккумуляторные батареи.

По новым данным инженерной компании GKN, использование маховика позволит снизить вредные выбросы в окружающую среду на 50-75 процентов. Столь впечатляющие показатели стали доступны благодаря работе дизельного двигателя при постоянных оборотах — 1500 в минуту. Также использование инновационного маховика позволит снизить шум ускоряющегося автобуса.

Благодаря использованию углепластикового маховика в качестве источника энергии для электромотора можно будет сэкономить на двигателе внутреннего сгорания — он может стать компактнее и дешевле. По расчетам GKN, срок окупаемости инновационной системы составит всего два года. Также британцы рассказали о планах по дальнейшему совершенствованию своих автобусов. В перспективе в трансмиссию можно будет интегрировать небольшую батарею, которая вкупе с маховиком позволит проезжать несколько кварталов с полностью заглушенным двигателем внутреннего сгорания.

Литература

  • Джеррард А., Бёрч Дж. М. Введение в матричную оптику. М. Мир 1978г. 341с.
  • Салех Б.Е.А., Тейх М.К. Оптика и фотоника. Принципы и применения. Пер. с англ.: Учебное пособие. В 2 т. Долгопрудный: Интеллект, 2012. — 1544 с. — Раздел 1.4, стр. 50-68.

Геометри́ческая о́птика — раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах, отражения света от зеркально-отражающих поверхностей и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.

Основное понятие геометрической оптики — это световой луч. При этом подразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча) не зависит от поперечных размеров пучка света.

Законы геометрической оптики являются частным предельным случаем более общих законов волновой оптики, в предельном случае стремления длины световых волн к нулю. Так как свет физически является распространением электромагнитной волны, происходит интерференция, в результате которой ограниченный пучок света распространяется не в каком-то одном направлении, а имеет конечное угловое распределение т. е. наблюдается дифракция. Интерференция и дифракция находятся вне предмета изучения оптических свойств оптических систем средствами геометрической оптики. Однако, в тех случаях, когда характерные поперечные размеры пучков света достаточно велики по сравнению с длиной волны, можно пренебречь дифракционной расходимостью пучка света и считать, что лучи света распространяются по отрезкам прямых, до преломления или отражения.

Геометрическая оптика неполно описывает оптические явления, являясь упрощением более общей волновой оптической теории. Но широко используется, например, при расчёте оптических систем, так как её законы математически более просты по сравнению с обобщающими волновыми законами, что существенно снижает математические трудности при анализе и синтезе оптических систем. Приблизительная аналогия между геометрической и волновой оптиками — как между ньютоновской механикой и общей теории относительности.

Помимо пренебрежения волновыми эффектами в геометрической оптике также пренебрегают квантовыми явлениями. В геометрической оптике скорость распространения света считается бесконечной (поэтому динамическая физическая задача превращается в чисто геометрическую), однако учёт конечной скорости света в рамках геометрической оптики (например, в астрофизических приложениях) не представляет математической трудности. Кроме того, как правило, не рассматриваются эффекты, связанные с влиянием прохождения света через оптические среды, например, изменения показателя преломления среды под воздействием мощного излучения. Эти эффекты, даже формально лежащие в рамках геометрической оптики, относят к нелинейной оптике. В случае, когда интенсивность светового пучка, распространяющегося в данной среде, достаточно мала для того, чтобы можно было пренебречь нелинейными эффектами, геометрическая оптика базируется на общем для всех разделов оптики фундаментальном законе о независимом распространении лучей (принцип суперпозиции).

Согласно этому принципу, лучи света в среде не взаимодействуют. В геометрической оптике нет таких понятий, как амплитуда, частота, фаза и вид поляризации светового излучения, но и в волновой линейной оптике постулируют принцип суперпозиции. Иными словами, и в волновой линейной оптике, и в геометрической оптике принимается, что лучи света и оптические волны не влияют друг на друга и распространяются независимо.

Автомобильные новости

Весь прошлый выпуск мы посвятили автосалону в Шанхае. Однако в дебютные дни мероприятия не все производители успели представить свои новинки — к примеру, кроссовер SEM DX7 был показан немного позже, поэтому в обзор мотор-шоу он не вошел. Мы бы не заметили потери бойца, если бы не оригинальный внешний вид автомобиля.

Зачастую китайские машины выглядят по меньшей мере вторично. Нередко производители из Поднебесной без стеснения копируют известные модели мировых брендов, хотя стоит признать, что за последнее десятилетие визуальная часть местных автомобилей сделала качественный скачок. SEM DX7 тоже отлично выглядит, но при этом никому не подражает. Однако это заслуга не китайцев, а итальянцев: паркетник нарисован в известном ателье Pininfarina.

В китайской автомобильной промышленности сложилась парадоксальная ситуация с дизайном легковушек. Всем очевидно, что местным производителям далеко не всегда удается создать опрятный облик автомобилей собственными силами. Иногда китайцы обращаются за помощью к европейским дизайнерам, но это случается довольно редко. Вместе с тем в Италии и некоторых других развитых странах на грани банкротства балансируют всемирно известные дизайн-студии с вековой историей. Разумеется, и они порой рисуют весьма причудливые машины, однако это все же лучше безликого копирования. У китайских гигантов есть деньги для покупки западных производителей, но нет желания выкупить знаменитые студии фактически за бесценок. Вот и ателье Pininfarina давно демонстрирует далеко не лучшие финансовые показатели. К счастью, в скором времени итальянцы будут спасены от финансовой пропасти: индийская компания Mahindra & Mahindra вот-вот купит студию.

В целом дизайн SEM DX7 соответствует современным веяниям. На боках кроссовера присутствуют волны с ярко выраженным рельефом. Подобные экспрессивные элементы содержатся, например, в облике паркетника Nissan Murano. Некоторое сходство с японским автомобилем можно обнаружить и в оформлении задней стойки крыши. Однако SEM DX7 будет заметно компактнее: общая длина кузова составит 4537 мм при колесной базе 2700 мм. Точные технические параметры пока не публикуются, однако автомобиль предполагается оснащать турбированными бензиновыми двигателями объемом 1,5 и 2 литра.

Компания SEM в течение долгого времени сотрудничает с Mitsubishi. В рамках совместного предприятия в Китае осуществляется сборка ряда японских моделей. Это позволяет предположить, что в SEM DX7 использована платформа кроссовера Mitsubishi Outlander прошлого поколения.

Принцип работы матричных фар

Модуль дальнего света фар состоит из двадцати пяти светодиодов, которые объединены в группы по пять штук, образующих матрицу. Каждая группа обладает своим металлическим радиатором для охлаждения и своим отражателем. Благодаря матрице, из светодиодов реализуется порядка миллиарда разных комбинаций распределения света.

Что касается модуля ближнего света фар, то он расположен над модулем дальнего света. Он тоже состоит из светодиодов, которые разделены на несколько групп. В самой нижней части фары расположен модуль указателя поворота, габаритных огней и дневных ходовых огней. Включает модуль тридцать последовательных светодиодов.

Дизайнерское обрамление подчеркивает расположение модулей освещения. Кроме этого в матричной фаре размещен электронный блок управления. В целях принудительного охлаждения светодиодов, фары вооружены воздуховодом с вентилятором.

Все конструктивные элементы таких фар находятся в пластмассовом корпусе, который является основой для размещения элементов и защитой от внешнего воздействия. Прозрачный рассеиватель закрывает корпус с лицевой части.

Матричные фары оснащены электронной системой управления, которая традиционно включает в себя блок управления, входные устройства и исполнительные элементы. Под входными устройствами подразумеваются GPS навигационная система, видеокамера и ряд датчиков. Навигационная система предоставляет водителю сведения о рельефе дороги (подъемы, спуски, повороты), а видеокамера дает информацию о прочих автомобилях, находящихся на дороге.

В «интересах» фар работает большое количество датчиков прочих систем автомобиля, таких как датчик угла поворота рулевого колеса, датчик дорожного просвета, датчик скорости движения, датчик дождя и датчик освещения. Информация, поступающая от входных устройств, обрабатывается электронным блоком управления, который в зависимости от ситуации на дороге активирует определенные светодиоды или дезактивирует их.

Поворотные механизмы в матричных фарах не используются подобно тому как они используются в ксеноновых фарах. Все рабочие функции матричных фар выполняются только с помощью статических светодиодов и электроники.

Устройство матричных фар

Возьмите «простую» светодиодную оптику – она воспроизводит конструкцию, которую водители знают еще по «Жигулям», оставшимся от дедушек. Фара, как и ранее, состоит из отдельных блоков: ближний, дальний свет, габаритные огни – только на смену устаревшим лампочкам пришли современные светодиоды. При этом если переходить от ближнего света на дальний, то речь идет не об обычном выборе, а о создании световой динамичной картинки, постоянно подстраивающейся под дорожные условия (обстановку).

Привычное для водителя разделение на ближний/дальний можно найти в матричной фаре Matrix LED, но добавим, что выключать, включать и приглушать тут можно как отдельный блок светодиодов (кстати, которых, каждая пара содержит пять штук), так и каждый светодиод по отдельности. Поэтому получается, что электроника имеет множество вариантов настройки дальнего и ближнего света. Индивидуальный световой вариант можно подобрать на абсолютно все случаи жизни, поскольку число доступных приближается к миллиарду!

Разновидность функций освещения в матричной оптике

  • постоянный дальний свет;
  • освещение для автомагистралей;
  • ближнее освещение;
  • адаптивное освещение;
  • освещение на перекрестках;
  • освещение в любую погоду;
  • подсвечивание пешеходов;
  • адаптивное динамическое освещение;
  • динамический указатель поворотов.

Полисегментальный дальний свет
позволит водителю двигаться с постоянным включенным дальним светом. В таком случае будут задействованы 25 отдельных светодиодов дальнего света. Так же будет задействована видеокамера, которая в темное время суток следит за встречными и попутными автомобилями по их свету фар. Как только обнаружен автомобиль, блок управления выключает часть светодиодов, которые направлены на движущийся автомобиль. Свободное пространство дороги будет освещаться в прежнем виде. Для уменьшения ослепления водителей яркость оставшегося блока матричной оптики будет уменьшена. По данным с паспорта, блок управления матричных фар одновременно может распознать до восьми автомобилей.

Свет для движения по автомагистрали
основывается на полученную информацию с навигационной системы. Адаптивная система сужает конус дальнего света матричных фар, таким образом, чтоб максимально направить вперед и сделать удобной для других водителей.

Ближнее освещение
имеет традиционную форму, средняя часть дороги освещается меньше, а вот боковая часть и обочина больше. При этом матричная оптика направляется вниз в зависимости от рельефа дороги и населенного пункта.

Адаптивный свет
направлен на лучшее освещение машины спереди и сбоку во время выполнения маневра поворота. В таком случае система матричных фар в каждой из фар задействует по три светодиода, которые включаются или выключаются при повороте руля или срабатывании поворотов.

Освещение перекрестков
предназначено для освещения перекрестков при приближении к ним. В этом случае для матричных фар так же задействована навигационная система, на основе информации которой и определяется перекресток.

Всепогодное освещение
из самого названия говорит о том, что при движении в плохих погодных условиях (туман, дождь, снег) будет меняется качество освещения. Блок управления настроить светодиоды матричной оптики таким образом, чтоб избежать ослепления от своих же фар. Интенсивность светодиодов матричной фары будет меняться в зависимости от видимости.

Подсвечивание пешеходов
в матричных фарах реализовано на высоком уровне. В случае обнаружения пешехода с помощью камеры и системы ночного виденья, на обочине или опасной близости от нее оптика будет троекратно сигнализировать дальним светом об этом. Тем самым предупреждать как водителя, так и пешехода.

Динамическое адаптивное освещение
это предпоследний вариант в матричных фарах. Суть его работы направлена на освещение дороги во время поворота. Поворачивая рулевое колесо, яркость светового пучка перенаправляется с центральной части в сторону поворота. То есть одна часть светодиодов становится тусклее, другая ярче.

Динамический указатель поворотов
матричных фар рассчитан на управляемое движение светодиодов в направлении поворота. Таким образом, 30 последовательных светодиодов оптики включаются последовательно с периодичностью в 150 мс. Со стороны это не только красиво выглядит, но и дает больше информации о том или этом маневре автомобиля.

Видео о принципе работы матричной оптики и её строении:

Матричные фары или Matrix LED headlights впервые начали применяться на автомобилях от компании Audi, которая уже долгие годы является лидером в создании передовых устройств автомобильного освещения.

В 2013 году первые матричные фары были установлены на автомобиль Audi А8.

П2.3. Оптическая система

Рассмотрим вычисление и отображение оптической системы, состоящей из нескольких линз.

Пусть у нас задана оптическая система в воздухе со следующими параметрами:

П2.3.1. Вычисление параксиальных характеристик оптической
системы

Нахождение матриц преломления и переноса.

Для того чтобы найти параксиальные характеристики системы, необходимо
вычислить ее ,
которая определяется как последовательное перемножение матриц
и всех элементов
оптической системы.

Матрицы преломления для данной оптической системы будут выглядеть следующим
образом:

,
,
,

Матрицы переноса между поверхностями будут такие:

,
,

Нахождение матрицы преобразования оптической системы

Матрица преобразования оптической системы, состоящей из нескольких компонентов,
разделенных промежутками, будет состоять из произведения матриц преломления
и матриц переноса для отдельных компанентов:

Вычисление параксиальных характеристик оптической
системы.

Зная значение элементов матрицы преобразования оптической системы, можно
определить значения параксиальных характеристик:

П2.3.2. Отображение параксиальных характеристик
оптической системы

В соответствии с , все положительные отрезки откладываются слева направо, а отрицательные
— справа налево.

Отложим (в соответствии с правилом знаков) передний и задний вершинные
отрезки и найдем .

Отображение вершинных отрезков

Передний вершинный отрезок
— это расстояние от первой поверхности до передней главной плоскости.Задний вершинный отрезок
— это расстояние от последней поверхности до задней главной плоскости.

В данном случае передний вершинный отрезок —
положительный, следовательно, откладываем от первой поверхности вправо.
Задний вершинный отрезок —
отрицательный, следовательно, откладываем его от последней поверхности
влево.

Отображение фокальных отрезков

Теперь отложим
и фокальные отрезки
и найдем положение фокусов.

Передний фокальный отрезок
это расстояние от первой поверхности до . Задний фокальный отрезок
— это расстояние от последней поверхности до .

В данном случае передний фокальный отрезок —
отрицательный, следовательно, откладываем его от первой поверхности влево.
Задний фокальный отрезок —
положительный, следовательно, откладываем его от последней поверхности
вправо.

Отображение фокусных расстояний

Переднее фокусное расстояние
— это расстояние от передней до переднего фокуса.Заднее фокусное расстояние
это расстояние от задней главной точки до заднего фокуса.

В данном случае переднее фокусное расстояние —
отрицательное, следовательно, откладываем его от передней главной точки
влево. Заднее фокусное расстояние —
положительное, следовательно, откладываем его от задней главной точки
вправо.

Электронный блок управления

Электронный блок управления состоит из:

  1. Непосредственно из компьютерного блока (мозг системы);
  2. Входные устройства, которые дают исходную информацию;
  3. Исполнительные элементы, которые непосредственно выполняют нужные действия (дополнительные электронные устройства).

Как уже отмечалось выше к входным устройствам относятся приборы, благодаря которым блок управления получает:

  1. Внешние визуальные данные, как днем, так и ночью (видеокамера, прибор ночного видения);
  2. GPS координаты, наличие поворота, спуска или подъема, данные об общем рельефе местности (навигатор);
  3. Другие данные, которые получаются благодаря различным датчикам.

Блок управления принимает исходную информацию, обрабатывает ее, и в зависимости от дорожной обстановки, дает необходимые команды на исполнительные элементы.

Исполнительные элементы представляют из себя не те, привычные нам рычаги, тяги, тросики и т.д.

Это электронные приборы, которые перенаправляют полученный электрический сигнал от блока управления на определенные блоки светодиодов, тем самым регулируя поток света в нужном для водителя направлении.

Благодаря внедрению матричной технологии фар, стали доступны функции, которые трудно реализуемы на автомобилях с другими типами осветительных приборов.

К данным функциям относится:

  1. Изменение направления светового потока;
  2. Указатели поворотов, работающие в динамическом режиме;
  3. Распознавание автомобилей и автоматическое уменьшение интенсивности их освещения;
  4. Распознавание и подсвечивание пешеходов, животных, дорожных знаков;
  5. Самоприспосабливающееся освещение поворотов.

Основное предназначение данной функции, это предотвращение ослепления водителей, которые движутся как в попутном, так и во встречном направлениях.

Как Вы уже догадались она работает в темное время суток и выявление автомобиля происходит с помощью специальной видеокамеры по его источникам света.

Однако на некоторых автомобилях впереди может стоять специальный радар, который также фиксирует расположение других машин на дороге.

При обнаружении транспортного средства система автоматически отключает те светодиоды, потоки света от которых максимально направлены на машину.

Чем ближе к Вам машина, тем больше направленных на нее светодиодов отключается, но при этом освещенность окружающего пространства остаётся неизменным.

Работа системы рассчитана на определение до 8 автомобилей, что вполне достаточно.

Работа этой функции зависит от наличия в автомобиля системы ночного видения. Если на автомобиле уже стоят матричные фары при его покупке в автосалоне, то такая система уже должна быть предусмотрена заводом производителем.

Система ночного видения охватывает большой угол обзора, благодаря этому придорожное пространство хорошо просматривается. При выявлении людей или животных фары автоматически начинают мигать три раза в режиме дальнего света.

При выявлении дорожного знака, световой пучок фокусируется на нем, и проблема распознавания знака ночью отпадает сама собой.

Благодаря этому повышается внимание как водителя, так и пешехода, а это безопасность на дороге

Цена недостаток матричных фар

В последнее время матричные фары все чаще появляются в оснащении сравнительно доступных автомобилей и, таким примером можно назвать целое семейство .

Чтобы реализовать все возможности матричных фар необходимо наличие: во-первых, сложной управляющей электроники, во-вторых, комплекс устройств, которые считывают информацию о дорожных условиях (видеокамеры, датчики) и даже система навигации, которая предупредит компьютер, если автомобиль приближается к повороту, а также «расскажет» о конфигурации последнего. Посему, такая новомодная штучка, как матричные фары – стоит довольно дорого.

И если вы увидите в прайс-листе напротив нужного товара (матричная фара) стоит сравнительно демократичная цена, то наверняка при необходимости заменить за свой счет разбитую при ДТП фару вам быстро придет на ум, что допотопные галогенки не так уж и плохи…

В заключение добавим, что в ближайшее время мы расскажем, во сколько вообще может обойтись водителю замена парочка матричных фар. Как и ранее вы можете задавать интересующие вас вопросы, а мы с — всегда ответим на них.

Матричные фары или Matrix LED headlights впервые начали применяться на автомобилях от компании Audi, которая уже долгие годы является лидером в создании передовых устройств автомобильного освещения.

В 2013 году первые матричные фары были установлены на автомобиль Audi А8.

Как устроена матричная фара

Для лучшего вида элементы матричной оптики подчеркнули дизайнерским обрамлением в современном стиле. Все части оптики, включая блок управления и принудительную вентиляцию, помещены в пластмассовый корпус, который так же является основой и защищает от воздействия внешних факторов. Лицевую часть матричной фары закрывает прозрачный рассеиватель.

Становится понятно, что при наличии блока управления, вся система контроля и управления будет электронной, по традиции включая входные устройства и исполнительные элементы. В качестве входных устройств считаются различные датчики и видеокамера.

Видеокамера дает информацию о наличии других автомобилей на дороге. Таким образом, блок управления будет переключать дальний и ближний свет автоматически, регулировать угол и яркость оптики. Если же говорить о датчиках матричной оптики, то зачастую они используются от других систем, таких как угол поворота руля, датчик скорости автомобиля, датчик просвета дорожного, датчик освещения и датчик дождя. Именно эти датчики отвечают за комфортную езду и своевременное срабатывание различных систем.

Главную роль в матричных фарах несет блок управления. Он обрабатывает информацию, полученную от входных устройств, и зависимо от полученных данных включает или выключает определенный ряд светодиодов. Новшеством стоит отметить то, что в матричной оптики не используются поворотные механизмы, как это было у ксеноновых фарах. Все функции выполняют благодаря статическим светодиодам и электронике матричных фар.

Помогла статья? Оцените её
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...
Добавить комментарий
Adblock
detector