汽车灯相关知识总结.doc

汽车灯具主要有照明灯具和信号灯具两大类。照明灯具包括汽车必备的远光与近光前照灯外, 还有一些辅助的照明灯具, 例如雾灯, 作业照明灯, 后照灯及倒车灯等。信号灯具主要用来显示汽车行驶状况及汽车外廓尺寸等, 主要有前后示宽灯, 制动信号灯及转向信号灯等。随着汽车速度的提高, 对汽车车灯照明的要求也越来越严格, 汽车灯具设计的难点是前照灯,汽车前照灯主要由光源, 反射镜及配光镜三部分组成。H4 灯的结构在我国使用的前照灯中用得最多的光源是H4 灯前照灯有两种功能，一种是照明，一种是装饰。LED在汽车照明系统中应用的优势新一代固态冷光源LED于上世纪60年代问世。直到80年代之前，由于那时LED的亮度不高，只是将其作为指示灯等使用，不会有人想到它会能作为汽车车灯。进入80年代后，LED亮度有了较大提高，1985年被用于一辆客车上。1986年Nissan公司在300ZX型汽车上使用了72只5mm的LED作为中央高位刹车灯，标志着LED开始进入了汽车领域中的应用。与传统车灯光源比较，LED的优势如下：(1)寿命长，免维护，在整个汽车使用期限之内有可能不用再更换灯具。(2)非常节能，比同等亮度的白炽灯节能至少在一半以上。表1列示了汽车信号灯与白炽灯能耗的比较。根据2003年美国能源署(DOE)车用LED节能审估报告，结果令人吃惊。仅对小轿车而言，若美国全国都使用LED车灯，每年可节省燃料14亿加仑(美制1加仑=3.785升)，而且载货卡车节省的燃料比小轿车多2倍。(3)无须热启动时间，亮灯响应速度快。普通自炽灯灯泡的启动时间一般为100-300ms，而LED通常不足70ms。对于事关重要的制动灯来说，这样的时间差距意味着高速行驶时的制动距离相差47m，从而使汽车追尾事故发生率降低5%。(4)结构简单，扰震动和耐冲击性能强。(5)体积小，设计灵活性大，可以随意变换灯具模式，适用各种造型的汽车。(6)LED的冷光特性，使灯具不会因长期受热而变形，从而提高了整套灯具的寿命。(7)受电压变换的影响远远小于普通灯泡，而且易于控制。表2给出了LED高位制动灯与自炽灯高位制动灯的比较。LED以其卓越的安全性、可靠性、环保性和节能性，成为汽车照明系统的新宠，给汽车车灯的升级和革命带来了楔机。LED在汽车前照灯中的应用初见端倪前照灯是汽车在夜问行驶时照明前方道路的灯具，是保障汽车安全运行的重要部件之一。前照灯的照明距离越远，配光性越好，汽车行驶的安全性能也就越高。汽车前照灯发出远光和近光两种光束，其中远光在无对方来车的道路上，汽车以较高速度行驶。远光应保证在车前100m或更远的路面上得到明亮而均匀的照明。在全部车LED灯具中，最难也是最后投入使用的则是车头前照灯。目前LED前照灯都是用在一些车展上的概念车上，如图5所示。自2003年以来，有15多家汽车制造厂在相关车展上展出了采用LED头灯的概念车。在北美一次国际车展上登场的福特概念车中，其中一辆则采用了LED头灯。日本小系等公司也有样灯展出。2007款林肯Aviator等车型同样采用全新的照明系统，其中包括LED前照灯。Lexus公司在2007年推出一款2008LSGoohL混合动力豪华汽车量产车，其前照灯采用了LED设计。日本丰田于2007年在凌志600H车型上开始安装LED车头前照灯，德国大众计划于2008年在奥迪R8车型上安装LED前照灯。从目前的情况来看，LED前照灯还处在研发阶段，预计在10年之内将会在普通轿车上比较普遍地被采用。LED这种新光源，对于汽车前照灯的形状和排列有着较大的灵活性。利用LED体积小这一优势，可以大幅缩小前照灯整组灯具的体积，让出一些宝贵的空间给其它相关装置。现有的卤钨灯或HID灯灯具总长约30cm，而许多概念车上的LED灯具只有12.5cm，而且可以在造型上突破传统灯具的圆形设计。由于LED采用模块化设计，从造型上看，前照灯设计给人们以全新的视觉冲击。使用LED作为前照灯，不仅颜色识别性比卤钨灯等老式灯高，而且由于老式灯只有一个光源，难以扩大照明区域，而LED灯具有多个光源，由此可使照明区域广度扩大。LED在汽车前照灯中应用面临许多挑战在LED全面进军汽车应用市场中，一个最大的障碍就是前照灯。前照灯传统光源已经十分成熟，像代表性光源卤钨灯，虽然光效不是很高(约201m/W)，但价格低廉。高压氙灯虽然价格相对较高，但安全、高效、节能，而且体积小，灯具设计简单，因而倍受青睐。LED要在汽车头灯中取代传统光源，并非是一件容易的事情，需要解决以下几方面的问题。一是亮度输出。前照灯的亮度要求是：近灯900lm，远灯1100lm，整体为2000lm，约是Lumileds公司的40个1W的LuxeonLED在25时的总光源输出。这类LED当环境温度升至50时，效率会降至80%以上。为提高亮度，需要更多数量的LED，这不仅会引起成本增加，而且会使LED的故障率增加。二是散热问题。传统光源产生的热虽然远远高于LED，但不会囚高温而降低其光输出。然而，LED光输出却会因结温升高而下降。因此，散热问题在LED前照灯灯具设计工作中至关重要。为防止LED过热而烧毁，需要为其加装散热片。由于前照灯需用很多个LED，加设散热片后体积会过于庞大，难以纳入灯具之中。三是光学设计，利用LED作为光源设计灯具，需要对传统的柱光源变为面光源。为得到需要的流明输出，LED需要较大的封装面积，致使光学设计难度增大。在目前一些概念车上，都以模块化设计取代现有的单一灯室设计，利用多组灯光源来达到传统灯具的照明水平，从而减小了光学设计难度，并增加了车体造型设计感。前灯的发展趋势PC面罩和BMC反射镜的广泛使用为前灯增加了新功能，原来分散的单一功能的各种灯具，得以组合。现代的前灯包括前照灯（分为远光灯、近光灯）、雾灯、前转向灯、前位置灯等；但也可不包括雾灯或转向灯，这要根据整车的造形而定。从技术上说，装在汽车前部的灯都可以组合在一起。前灯的发展趋势可以从以下几个方面来看。外观随着新技术、新材料以及计算机辅助设计的广泛应用，灯具在满足法规的基础上，其造型更加随意；整车的造型设计师可以有更大的自由度。以前，前灯的外形不是圆形就是方形，多数情况下一只灯只有一种功能。自从PC面罩应用到前灯中，前灯才发生了多种变化，现在生产的前灯几乎已经没有正方或正圆的形状，几乎全部是符合整体造型的异性前灯。以前，一些汽车公司为了减少空气阻力和达到外形效果，采用隐形前灯，如保时捷跑车等；但随着新材料和新技术的应用，隐形前灯已经成为过时产品。现代汽车的前灯能完全符合汽车的整体造型，具有相同的流线，大大体高整车的外观效果，甚至成为汽车厂商个性化的标志，是汽车上的一个亮丽的装饰物，也是区分不同车形的重要标志。亮度前灯的主要功能是照亮路面、防止对方眩目，保证行车安全。在提高亮度和扩大照明范围方面有不同的方法：一种是提高光源的发光效率。从1913年的白炽灯泡到20世纪90年的气体放电灯泡，发光强度从白炽灯的1518lm/W到卤素灯的2225lm/W到气体放电灯的8091lm/W；已经有了长足的发展。（注：提高灯泡的功率，不是解决亮度的方法。100W的灯泡固然比55W的标准灯泡亮，但是，它将产生大量的热量，可能损毁反射镜等灯具部件，同时由于其消耗的电功率远远大于标准灯泡，因此整车的保险、电缆有被烧毁的危险，并引发火灾。灯具生产厂和整车生产厂的所有保证是完全无效的。因此，禁止在公路上使用100W或100W以上的灯泡；此类灯泡仅在赛车比赛时被使用。）随着生产技术的日益成熟、价格的下降、升压系统体积的减小，气体放电灯已经逐步在中小型轿车应用上。今后，它将广泛使用在轿车、载重车、客车等各类汽车中。HID是汽车光源发展的一个方向。另外，科技的不断发展、高发光率白色LED的不断完善，LED也将是汽车前灯光源发展的另一个方向。第二种是提高光源的利用率。目前抛物面反射镜的利用率不到30%，自由曲面反射镜约为45%，透镜组的利用率达到约50%。在反射镜的光损耗中有3045%的光线没有照射到反射镜上，另有1525%的光线被遮挡；透镜组中也有20%左右的光线被遮挡。各国的车灯厂都花了很大的力气研究减少光损失。在反射镜型前灯中，日本的一些灯厂将遮光罩做成反光型，将原先不能照射到反射镜上的光线和被遮挡的光线重新反射到反射镜上；德国的工厂则在充分发挥其在自由曲面上的设计优势，逐渐取消遮光罩，来提高光线的利用率。在透镜型的前灯中，日本采用多透镜，德国则增加透镜直径；无论是那种方法，其目的是相同的，都是增加光线的通过面积。第三种是功能方面。未来几年，前灯的功能将向多功能化和智能化发展。德国公司最近研制开发的一种多功能前灯，突破了传统前灯近光、远光的划分，将灯光按照不同的用途分为城市照明、乡村照明（包含转弯照明）、高速公路照明、高亮度照明和白天行驶照明。城市街道的路灯照明条件比较好，车辆行驶的速度较低，道路两旁的车辆和人员较多，对前灯照明的要求是防眩目、大宽度、短距离、区域内光强高，使驾驶员容易观察到车辆两侧及前方情况。乡村照明在小城镇或照明条件较差的街道上使用，它的光分布与通常情况下的近光灯相似。由于道路的照明条件差，又有弯路和交叉路口，故有转弯照明功能，在转弯时，光区会提前照射到将要转向的方向，并有左右侧行驶之分。高速公路照明在高速公路上使用。由于高速公路上没有行人，全部是单向车道，不存在使对方眩目的问题。光分布接近于通常情况下的远光灯，但其照射距离一般在150m以内，这是由于高速公路的行驶速度通常在100150km/h；按照欧洲的法规要求，此时的车距应该在100150m；为了不使前车的驾驶员感到不舒服，将照射距离一般在150m以内。高光照明状态将全部光线都投到路面上，充分发挥光源的效能。主要用于没有照明、车辆极少的野外行车。白天行驶照明是在欧洲最新法规的基础上开发出来的一种前灯形式，用于白天行驶时使用，没有配光的要求。智能化的前灯的基础是多功能前灯，附加了控制系统、清洗系统、近红外线探测系统等，可根据各种传感器探测得来的道路情况、天气情况和本车灯的状态（如车速、负载等）等信息，调节整灯的工作状态，及时清洗灯具，保持最佳的照明效果。被动式近红外线探测系统的使用，彻底解决夜间和恶劣气候条件下的道路探测问题，保证行车的安全。如果是前照灯，我们设计一个通气孔还不够，必须设计两个以上的通气孔，并且为了防止“过堂风”的现象，通气孔的位置就不能放在同一平面位置。通气孔的结构要还要设计成迷宫的形式，实现“通气不通水”的目的，一般我们通气管用黑橡胶做成弯曲形状。然后如果要做的更好一点，可以在弯曲处加装过滤器装置，以防止在灯具温度突然降低反压的情况下，空气逆流到灯内把灰尘带到灯具，达到防尘目的。汽车照明光源种类较车灯光源的种类汽车照明光源种类较多，作为汽车外装照明灯，有汽车前照灯(head lamp)、雾灯、转弯时用于弧线照明的曲线灯以及方向指示灯；汽车后部有刹车灯(Stoplamp)、方向指示灯、与前照灯同时燃点的尾灯、在停车场易于找到的有溯源反射特性的反光镜、倒车灯以及车牌照明灯等，另外，还有最近出现在汽车玻璃窗等处安装的高位刹车灯(HMSL)。一般刹车灯安装在与尾灯相同或接近的位置，其亮度约为尾灯的10倍，而安装在玻璃窗等处的高位刹车灯，因距尾灯较远，位置又较高，因此在汽车驾驶员踩刹车时，其信号更易为后面的车辆发现，刹车状态显示的效果更为理想。光源照度要求在汽车前方50米处的照度从6勒克斯(Lux)到12勒克斯(Lux)，引进高光效气体放电灯来取代卤钨白炽灯，就是为了适应这一需求而出现的。科学合理的照明要求1.亮度对比当周围亮度与中心亮度相等时，或周围稍暗时，视力最好。2.眩光在视环境内，若有亮度极高的物体或强烈的亮度。分直射眩光和反射眩光。直射眩光是由光源发出的光线直接射到人眼所造成的。眩光引起视觉不舒适的原因有：.高度的刺激使瞳孔缩小；.由于角膜或晶体等眼内组织产生光散射，在眼内形成光幕；.视幕受高亮度的刺激，使适应状态破坏。直射眩光的强弱与光源有关，以下情况眩光最显著：.光源周围暗，眼睛适应越暗，眩光越显著。.光源亮度越高，眩光越显著。.光源越接近视线，眩光越显著。.光源的表面积越大，光源数目越多，眩光越显著。一般亮度超过160000cd/就有不舒适的眩光产生。避免方法：控制光源的光线投射方向，使光源不能直接射向人眼，这就要求灯具（或灯罩）具有一定的保护角。有的灯具用透明格栅式或半透明罩来遮住光源，由于发光面积增大而使每个发光的亮度降低，光线就变得柔和而不刺眼。车灯的应用与发展车灯随着汽车车身一体化无箱式发展，也开始从外装式向内装式演变，车灯的造型随着汽车车身的变化而变化，从单圆形向多种形状发展，从单一灯组向组合灯组发展。现代轿车使用的新型车灯1.高强度放电灯(HID)高强度放电灯(HID)又称气体放电灯，有时也称氖灯。从1995年起，欧洲法规批准使用此灯，现在宝马7系列、奔驰E级、福特、本田等高档轿车都使用了这种前照灯。高强度放电灯(HID)具有以下特点:a.发光效率高、亮度大，消耗能量小，可靠性高，寿命长，不受车上电压波动的影响;b.限制地面照明的同时，改善横向分布;c.限制最大照度的同时，扩大了亮区的范围;d.在雨天和路面潮湿时，通过限制左车道的照度，来减少反射光给对面来车的眩目效应;e.提高了驾驶的舒适性和安全性，特别是在弯道上，能够尽早地观察到道路边缘的行人、骑车人及障碍物。2.超薄设计的发光二极管灯具发光二极管灯具简称LED，将作为停车、转弯的信号尾灯代替白炽灯，它有白色、红色和琥珀色三种。和普通车灯相比，LED节能，电路线路简洁，体积小，其安装深度至少较普通车灯少23英寸，在车尾安装不需要冲压，因而能够节省成本和节约后仓空间。未来的LED灯将非常轻薄，完全可能不通过特殊冲压就固定在车尾。它的安装成本足以抵消其相对较高的制造成本，将逐渐普及和推广。由于其使用成本低，LED己经在载货车上应用，随着成本的进一步降低，下一步将扩展到客车领域。目前一些公司正着手利用LED技术将尾灯、停车灯、信号灯集成起来。3.智能车灯智能车灯是当前车灯技术的另一个发展主流,智能车灯系统由微电脑控制，微电脑从车内的电子传感器获得信息，由传感器来辨别各种照明状况。速度传感器能够为智能车灯提供各种数据，辅助传感器用于监测周围环境灯光及能见度、道路状况,包括干、湿、雾、直道、弯道等,不仅可以向照明系统提供重要数据,还能为其他电子控制系统，如ABS、ASR提供数据，从而对驾驶者提供有效帮助。智能车灯与导航系统相连,可以对各种驾驶情况进行预见，从而实现多种照明分布。智能车灯由5个元件组成:a.基本灯，用于城市或白天行驶;b.辅助高强度光束，用于高速公路上的照明，也可做闪光灯;c.恶劣气候用灯，用于雨、雾、雪天以及在其他能见度低的状况下，更好地自身定位;d.双氙投影车前灯，用于调节近光及高强度光;e.位置灯。智能车灯能够适应不同环境下的光亮情况,在城市光亮充足时，如城市道路、商场橱窗明亮的灯光和汽车的前照灯，会刺激驾驶者的眼睛，同样给行车带来危害。智能车灯能够克服这些不足。在汽车转弯时，智能车灯的显示器将使定向车灯点亮，灯光随着汽车转弯而转弯，同样转向盘转动时，曲线灯会发出亮光，当车辆加速时，车前照灯会增强远距离照明功能，从而与转速表保持同步，如果驾驶者外出遇到雨天，可用风挡雨刷来调节车灯的亮度，以适应气候的变化。在高速公路上，需要远距离亮光，这种车灯会相应地发出细细的光束。智能车灯会充分考虑车辆行驶中的任何变化，进行自动调节，从而确保在任何条件下的行车安全。4.氖灯氖灯的发光原理和HID相似，没有灯丝，不会受温度、摇晃、震动的影响。氖气在管道中输送，管路设计布局允许弯曲，因而其系统的设计更具弹性。另外和传统白炽灯相比，其响应快200毫秒。目前氖灯的成本问题还没有解决，大规模使用暂且还