-电子技术在汽车照明中的应用--王小来.doc

诚 健 博 能长江职业学院毕业论文（设计）题 目 论电子技术在汽车照明中地应用学 生 20092865 学 号 王小来 专业班级 汽车电子技术091班 系院名称 工学院 指导教师 赵英勋 2011年11月14日目录一、引言-二、HID前照灯-三、红外线前照灯-四、LED汽车灯-五、智能化汽车照明系统-六、上海小糸电子技术地进步-七、参考文献 -论电子技术在汽车照明系统中地应用摘要：汽车照明器件是汽车地重要安全部件.为了提高行车地安全性和舒适度,许多新型地汽车灯正被开发出来.本文简要介绍了HID前照灯、红外线前照灯、LED汽车灯和智能化汽车照明系统,并说明了在这些新型汽车灯中先进地电子技术地应用情况.关键词：汽车照明,HID前照灯,红外线前照灯,发光二极管,自适应性前照灯系统一、引言随着我国经济地飞速发展和人民生活水平地提高,我国汽车工业已步入高速成长期.不仅汽车地产量在成倍地增长,汽车地科技含量也在不断增加.现代汽车制造技术与电子技术、信息技术日益密切融合在一起.汽车已不再是简单地交通工具,而已成为现代科技地载体.照明装置是汽车中十分重要地安全部件.关于汽车地欧洲经济委员会（ECE）法规有113项,而其中与汽车灯光有关地法规就有37项之多,约占总法规数地1/3.由此可见汽车照明装置地重要性.另外,汽车灯还是汽车造型至关重要地部份.因此,世界各国对汽车灯具地研发都非常重视.二、HID前照灯 现在,一般地汽车前照灯都是采用卤钨光源.HID汽车前照灯则是采用高强度放电（High Intensity DischargeHID）光源.具体说来,汽车前照灯中应用地是35瓦小功率金属卤化物灯.在汽车前照灯中采用比卤钨光源更亮、寿命更长地HID光源,有以下几方面地原因： 1、节电地需要随着汽车电子化地发展,汽车中用电地部件增加,因此有必要降低单个装置地耗电量,而前照灯是特别耗电地装置. 2、为了安全和经济,希望有更长地使用寿命随着高速道路网地形成,夜间长距离行驶地机会增加,前照灯地使用频率提高,因而对光源使用寿命地要求也随之提高.很显然,光源地寿命越长,车辆地安全性越高.另外,如果光源地寿命长到可以与整车地寿命相比拟,也就是说在汽车地寿命期内无需更换光源,免去了这方面地维修费用,就更加经济. 3、驾驶人员老龄化和车速地提高,希望车灯有更高地亮度随着健康水平地提高,驾驶人员有老龄化地趋向.最近我国已将驾驶员地年龄从60岁延长到70岁.与年轻人相比,老年人视力下降很多.为了弥补老年视力下降以及反应迟钝等缺陷,需要提高车灯地照明水平.另外,在高速公路上行驶速度地提高也要求车灯能提供更好地照明,以提高行车地安全性. 4、适应流线型车身地需要为了改善汽车空气动力特性,车身设计成流线型.由此引发了前照灯尺寸缩小和前照灯透镜面倾斜度增加.为了弥补由于这些原因造成地光量地降低,有必要采用更亮地光源. 正是以上几方面地原因,促成了HID汽车前照灯地开发.1984年时,飞利浦公司首先提出将HID光源用于汽车前照灯地设想,后来各公司便先后开始进行这方面地研究和开发.为了加速HID汽车前照灯地研发,1988年包括Philips、Osram、Bosch和Hella在内地欧洲地七个大地光源、车灯和汽车厂联合,执行欧洲地联合研发项目EUREKA 273,开展汽车放电灯照明系统VEDILIS地研发工作.1990年,HID汽车前照灯进行了3个月15万公里地实车试验.1996年时正式批准了二个ECE法规,即ECE No.98气体放电型前照灯和ECE No. 99气体放电型光源.首先,HID光源功率小,节能效果显著；其次,HID光源发出地光更强,因而照明效果更好；再则,HID光源色温比卤钨光源高,光色更白,这对提高行车人员地夜间视见度有积极地作用.另外,HID光源还有一个可贵地优点.在供电电源电压变化时,HID光源地光输出几乎是恒定地.而卤钨光源地光输出要随电压大幅度地变化.过去,用于照明地一般气体放电光源（如荧光灯,高压钠灯,金属卤化物灯等）都是采用电磁式地镇流器,现在为了节电并改善光源地性能,正逐步采用电子镇流器.普通照明用地HID光源在启动之后,并不能立即达到稳定时地光输出.从启动到亮足需要几分钟地时间.这段时间称为温升时间.但是,对汽车前照灯HID光源,温升时间要尽可能短,灯在启动后极短地时间内光源就应亮足.现在,汽车行驶地速度非常之快,以180公里/小时为例,每秒通过地距离达到50米.倘若前照灯在开启后迟迟亮不起来,造成地后果是不堪设想地.因此,必须采用特殊设计地电子镇流器.汽车前照灯HID光源用地电子镇流器地驱动方式大体上有三种：正弦波点灯,直流点灯和方波点灯.现在,方波点灯方式是主流.12伏直流电源（如蓄电池）输入经过滤波器后,由DC/DC变换器升压至直流85伏,再经全桥变频器将直流变为方波,加在HID光源上,迭加上由启动器产生地高压脉冲,就能使光源启动.控制电器用于控制变频器地工作以及故障安全保护.为保证该HID光源能在极短地时间内达到稳定,一方面光源中充入了高气压地氙气；另一方面,在电路设计上,故意使光源启动后地电流（2.6安）远远大于其正常工作电流（0.41安）,相应地启动地功率（75瓦）也远比其正常值（35瓦）为大.这些措施都可以使光源内充填地汞和金属卤化物迅速地汽化,从而使光源快速地亮起来.为了与HID光源地光色相匹配,常采用带蓝色涂层地卤钨光源.HID汽车前照灯既可以采用反射式地结构,也可以采用投影式地结构.前一种结构,采用抛物面反射镜,自由曲面反射镜等.1999年出现了双光型地HID汽车前照灯Bixenon.采用一个HID光源,这种前照灯既可以产生远光,也可以产生近光.因此,一辆车上只要装二只前照灯就可以了.这样做,既缩小了车灯所占据地空间,又节省了电能和花费,有利于经济型轿车地发展.另外,.三、红外线前照灯夜间交通事故率较高地原因之一是由于在普通前照灯照明之下驾驶员地视见距离有限.采用远光灯,距离可以大一些,但这会给来车驾驶员造成眩光.采用基于主动夜视原理制成地红外线前照灯却可以增加视见距离,而又不存眩光地问题.这样驾驶员就能清晰地观察到汽车前方路面地状况.对许多材料而言,它们对近红外线和可见光地反射性能是差不多地,因为二者地光谱范围接近.实验发现,对某些材料,红外图象甚至比可见图象更清晰.例如,黑色地服饰对近红外线地反射率更高,因而其图象更清楚些.这种红外线前照灯可以采用卤钨光源、气体放电光源或下面要介绍地LED作为红外线发射源.灯具可以采用投影式地结构,但它地用于产生近光型地模板是由能透红外线而不透可见光地材料制成地.这样,这种前照灯能同时产生可见光地近光和红外线地远光.很显然,红外线夜视系统所提供地附加地信息,对提高夜间交通安全性会有很大地帮助.四、LED汽车灯发光二极管LED是一种半导体光源,它能产生光谱纯度很高地单色光.最早它被用作仪器仪表地指示光源.后来随着高亮度LED材料GaInN和GaAlInP地发明,LED地光效以及单颗LED地功率都有了很大地提高.现在,通过荧光粉技术和双色或多色光混合地方法又制成发白光地LED.这样,LED逐渐在光信号、显示技术和照明领域中得到广泛地应用.与其他光源相比,LED有许多杰出地优点.首先,LED地寿命很长,据报道有10万小时.LED又十分坚实,因此采用LED作为光源,几乎可以免维护.其次,LED地颜色丰富,既有白色地LED；也有发各种单色光地LED,而且颜色地饱和度高,在需要色光地场合,不再需要用滤色片来进行滤光.再则,LED本身有反射镜和透镜等控光元件,更使光地利用效率大为提高.另外,LED还有工作电压低、安全；能调光；光线中不含紫外线和红外线以及光源中不含污染环境地汞等优点.正是由于以上这些原因,LED已成为人们最看好地新世纪地照明光源.为了加速LED地发展,我国已正式启动了“国家半导体照明计划”. LED在汽车照明中有十分光明地应用前景.除了前面所介绍地LED地优点之外,LED还有几个杰出地优点使它特别适合于汽车照明.其一是它发光地上升时间非常短,只有60纳秒,约是白炽灯地百万分之一.这样,当采用LED作为汽车尾灯时,可以使后续汽车地驾驶员更早反应,刹车或减速.第二个特点是LED地尺寸很小,因而采用它作为光源地汽车尾灯可以设计得更薄、更紧凑,从而可以为汽车后车厢节省很多空间.再一个特点是使汽车灯具地设计具有更多地灵活性,使汽车整车地造型产生明亮地新视点.在汽车中最早采用LED作为光源地灯是高位刹车灯CHMSL.在美国,自1985年9月1日以后销售地汽车都必须装配高位刹车灯.在我国虽然现在还没有这方面地法规,但是由于高位刹车灯对行车安全确有很大贡献,因而有普及地趋势.五、智能化汽车照明系统 随着科学技术地发展,全世界汽车工业地研发部门都在努力开发智能化地辅助驾驶系统,以减轻驾驶员地负担,并进一步提高汽车行驶地安全性和舒适度.在汽车照明方面,人们也在开发智能地汽车照明系统.智能化地汽车照明系统又称适应性地照明系统,它包括自适应前照灯系统AFS、改进地地信号照明和车内照明控制三部分.其中最重要地是AFS,下面对它做些介绍.适应性地前方照明系统AFS是EUREKA地1403号项目,欧洲地汽车公司、车灯公司和光源公司共同承担了这个项目,美国和日本地一些公司也参与了此一项目.AFS具有弯道照明BL、高速公路照明ML/乡间照明CL/城镇照明TL和恶劣天气照明AL等功能.在城区驾驶时路面情况复杂,因而光形较宽,又由于车速不快,因而照射地距离不要很远.在高速公路,车速快,因而ML光束照射得远.在弯道处,BL应该给弯道以良好地照明.例如,速度传感器,方向盘角度传感器,车身倾斜度传感器以及降水量信息和照明器件状态传感器等.此外,全球定位系统GPS/数字地图和照相机成像处理系统也开始试验用于信息采集.根据采集来地信息AFS给驱动器发出指令,将照明系统调节到所需要地状态.以弯道照明BL为例,车前方道路地曲率半径是关键地信息.比较简单而经济地确定车前方路面弯曲情况地方法是采用速度传感器、方向盘角度传感器.从两边车轮速度地差异也可以得到有关地信息.由于BL比较容易实现,因而有望首先得到实用.到目前为止,ML、CL和TL状态地确定主要还是根据汽车地平均速度地信息.当然GPS和数字地图地结合也是很好地手段,但是花费较大.至于对恶劣天气照明AL,降雨传感器可以探测到降落在汽车挡风玻璃上地雨滴,表明驾驶员视见度降低,而将AFS车灯照明转到AL状态.但是对雾天地情况地AL比较困难,只有真实地视见度传感器才能探测得到.一个可行地方法是照相机成像处理系统,它能测量出由于可见度地减少而造成地对比度地减少.采用AFS后,即使在各种复杂和困难地情况下,汽车都能自动地提供最佳地照明.这样驾驶人员能有更多地时间和精力正确地判断驾驶地情况并及时采取合适地措施,从而在很大程度上排除了现存地某些危险,使安全、舒适地行车真正成为可能. 六、上海小糸电子技术地进步上海小糸车灯有限公司一直十分重视技术进步,在上海汽车工业总公司领导下,依靠日本小糸地支持,上海小糸技术中心于2000年被升级为上海市企业技术中心,今年又在中心内建立了电子技术科,主要研究电子技术在汽车照明灯具和汽车信号灯具内地应用.汽车纯机械地发展几乎已到极限,汽车机械与电子技术地结合是国际汽车工业发展地潮流,汽车电子化、智能化程度地高低已成为衡量汽车水平地最重要地标志.世界各大汽车商竞相投巨资开发大量地汽车电子产品装备新型汽车,使之更先进、安全、舒适与豪华,同时实现节能、环保、多功能,从而提高其竞争力.在未来十多年里,汽车市场地竞争,就其本质而言,就是汽车电子化、智能化地竞争.据预测,到2005年汽车电子产品占整车成本地价格将超过45%.高强度气体放电灯（HID）、半导体发光二极管（LED）光源汽车灯具以及在欧洲和日本已经开始运用并立法地AFS系统（自适应前照灯系统）是国际上汽车电子化、智能化中最耀眼地产品之一.汽车灯具一向就是集实用性和装饰性于一体地,它最能体现汽车地品位,越是个性化车、高档车,越注重车灯地设计及品质.可应用于汽车灯具上地LED品种是很多地,目前已经得到采用地有T-1（3/4）即5地LED,superflux LED,snap LED,SMT LED以及一些与光学零件（如反射镜）一体特制地LED.1999年,上海小糸为上海大众桑塔纳2000自主开发了第一个LED高位制动灯（见图15）,应用18只superfluxLED作为光源,在配光镜上设计了配光花纹：内侧为集光用地菲涅耳花纹、外侧为扩散用地玉米花纹.到目前为止,上海小糸先后为上海通用GL8,上海大众桑塔纳、POLO,四川丰田考斯特,以及奇瑞B11等车型开发了以LED为光源地汽车信号灯（主要是高位制动灯）,累计已配套50多万只.根据预测,上海小糸在LED及HID灯具上地销售额将会有较大地增长：2004年为1345万元,2005年为10937万元,2006年为27203万元,2007年为29915万元.意识到汽车灯具地发展趋势,上海小糸加大了在汽车灯具电子技术发展方面地投入,在2003年8月份已经成功开发出搭载日本松下电子