浅谈汽车照明系毕业论文.doc

设计说明书（论文）浅谈汽车照明系毕业论文目 录摘 要1ABSTRACT2第一章 汽车照明系的演变和发展41.1汽车照明系的演变41.2汽车车灯的发展61.3汽车照明应用的其它光源71.4国际上有关汽车照明情况简介8第二章 汽车照明系的概述92.1车灯的定义92.2汽车照明灯和信号灯的种类及用途10第三章 汽车照明系自动控制电路113.1智能照明控制系统的基本概念113.2照明控制系统的基本类型123.3智能化汽车照明系统14第四章 汽车前照灯164.2前照灯的结构164.2汽车前照灯的分类174.3 汽车前照灯的设计标准184.4前照灯控制电路与辅助装置194.4.1.前照灯的控制电路194.4.2前照灯自动变光电路204.5 LED汽车前照灯214.5.1 LED的结构214.5.2白光LED 的原理224.6 LED前照灯的实际应用25第五章 雾灯及其他车灯305.1汽车雾灯305.2 汽车牌照灯31致 谢33参 考 文 献34第一章 汽车照明系的演变和发展汽车光源在照明领域中占有极其重要的地位，其产量占整个光源的10左右，它的发展和进步会引起人们极大的关注和重视，它带来的影响也是十分深远的。可以预计，在新世纪到来之际，汽车照明一定会有新有腾飞，我国汽车照明待业应该加强调研，深化改革，积极创新，迎接挑战，要力争在国际汽车照明飞跃发展中，让我国汽车照明行业也取得长足的进步和占到应有的地位。1.1汽车照明系的演变1.汽车照明光源的种类汽车照明光源种类繁多，作为汽车外装照明灯，首先是汽车前照灯(head lamp)、雾天用灯、车辐灯和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（stop lamp）、方向指示灯、与前照灯同时燃点以在夜间显示车辆存在的尾灯、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灯等，另外，最近出现在汽车窗玻璃等处安装附加的高位刹车灯(HMSL)。一般刹车灯安装在与尾灯相同或相当接近的位置，其亮度约为尾灯的10倍，而安装在窗玻璃等处的高位刹车灯，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。2.汽车照明前照灯演变的剖析在40年代到80年代初，汽车工业中前照灯都是全玻璃密封式，其镜头和反射镜连为一体，中间放置热辐射白炽灯，共有6种形状作为统一规格，由于产品规范，生产工艺可极大地简化，指生产成本低廉，因此几十年一直被人们广泛地采用。80年代初，受能源危机的影响，新设计的汽车前照灯注意降低油耗，其表面镜头的形状逐步与汽车形状相适应，从而出现了光源交换式的前照灯，一旦光源发生损坏，就不必把整个前照灯换下来，只需换掉其中的光源就解决问题了。通过对前照灯现状的专门设计和引入应用光效较高的卤钨白炽灯，就可提高前照灯的光利用效率。到80年代末期，车辆驾驶速度超过100km/h，为确保汽车在高速公路上稳定和安全地行驶，就对汽车前照灯的照明度提出了更高的要求，在汽车前方50米处的照度从6Lx到12Lx，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。3.汽车前照灯的结构和功能现代汽车用前大灯，其基本组成是光源、反射镜和镜头，除此之外，还需配备一些小零部件，以调节反射镜的上下左右位置，调节车辆内温度的勇通气孔和用密封垫圈来达到防水目的。汽车前照灯功能要求特殊的光度分布，从所周知，照度与距离的平方成反比，若在汽车前方10m处路面要过到101照度值，在该方向上就必须有1000cd的亮度，通常前大灯的安装高度为60cm，那么汽车前方10m路面处的水平角度就在4度以下。若要使汽车前方50m处达到101x的照度值，那么就需要25000cd的亮度，汽车前方50m处的水平角度在度以下。为了便汽车前方1050距离内的路面达到同样照度，而其水平角度仅差3度，就要求汽车前照灯在该出射角度范围内的亮度变化过2.5倍。实际设计时，在汽车前方1050m距离的路面上是难以实现同样照度的。4.常用的汽车前照灯介绍作为目前汽车前照灯使用的适宜光源，主要是H4和H7型卤钨灯，H4卤钨灯采用主辅灯丝结构，主丝用于政党汽车行驶时照明，辅丝用于汽车交会时照时，当汽车相对交会时，为避免对方驾驶员眩目，辅丝的周围加上了钼制的抛物面发光罩，使灯光不会超过水平线之上，而呈水平方向射出。另一种H7前照灯的配光通过反射镜加以实现，它不像H4型卤钨光源那样灯内装有钼制发射罩，而是通过形状相当复杂的曲面，使光源投射到反射面上的光，在其再光射的方向上被严格控制，其配光曲线使前大灯出射的光仅以反射的光组成，并完全保持在水平方向，这样在两辆汽车交会时，双方的驾驶员都不会有眩光干扰驾驶的问题。表1-1汽车前照灯中各种光源的技术指标名称型号功率(w)光通量(lm)寿命(h)年代H1C85515502251962H3C65514502251964H4C8/C860/551650/1000150/8001969H7C85815009301992HB1C6/C665/451200/700150/8001992HB3C86516001501992HB4C85510008001992D2S D2R35320030001996HIR160/552000/1300150/8001997表1-1列出了汽车前照灯所用的各类光源，其中H4和HB1都是卤钨光源，其玻壳均由硬质玻璃制成。C8型灯的钨丝轴与灯轴相同，c6型灯的钨丝轴与灯轴呈垂直配置。灯前端涂上黑色是考虑汽车交会时降低眩光的干扰。另外，从表1-1还可知，D2S和D2R型气体放电光源研究的深入发展，制造成本的逐步下降，气体放电光源普遍地用于汽车前照灯很可能在不过的将来予以实现。当然，现国际上还在开发紫外光源或配备微型定位雷达作为前照灯装置，但尚未进入实际应用阶段。1.2汽车车灯的发展据说第一个汽车前大灯是家用手提灯。1887 年，一个驾驶员在黑暗的旷野上迷路时，一位农民用手提灯把他引回家。1898 年，哥伦比亚号电动汽车把电用于前灯和尾灯，这样车灯就诞生了。最初的前大灯不能调光，所以在会车时有些晃眼，为了克服这个缺点，后来采用了附加光度调节器。这种前大灯可以在垂直方向移动，但驾驶员必须下车搬动夹具装置。从早期乙炔气前照灯发展到当今的自由面反射镜气体放电前照灯，差不多经历了120年，其演变过程如下。第一代乙炔气前照灯前照灯具有高的轮廓亮度，乙炔气火焰的亮度比当时的电光源所能达到的亮度高出一倍，因而，在1925年以前使用的汽TodayHot车前照灯几乎全是乙炔前照灯。 第二代电光源前照灯 1913年带螺旋灯丝的充气白炽灯泡问世， 因其具有较高亮度，给电光源前照灯开辟了广阔的前景。然而由于当时汽车电气设备系统的制约，直到1925年，电气照明才得到广泛的应用。第三代双光灯芯前照灯具备有高轮廓亮度充气灯泡的电前照灯一装在汽车上，就出现了在交会车时因前照灯的强光造成驾驶员炫目而导致发生交通事故和撞车的严重问题。因而，对前照灯的设计提出了两个互不相容的要求：一个是如何在不小于100m 的距离内使道路和高度至少为2-2.5m 的障碍物得到良好的照明；另一个是如何使迎面车辆驾驶员不炫目。汽车会车时的这种炫目问题，仍是汽车照明技术中最难以解决的问题。为解决会车炫目的问题， 1924 年，欧洲发明了双光灯芯前照灯之后，美国也出现了带双丝灯泡的前照灯。然而，欧洲和美国具备不炫目近光的前照灯的光学系统结构原理不尽相同。其灯泡的差异在于灯丝的形状和位置不同：配光镜的差异在于折光单元的图案和计算不同，因而，近光的配光也有所不同。近光系统分为欧洲系统和美国系统两种，两大系统的协调问题是当今世界汽车灯光发展的重大课题之一。 第四代不对称近光前照灯双光灯芯前照灯系统属于对称近光系统，近光光型的左右两侧完全相同，因而左、右两侧行驶皆适用。但由于行车光 ( 远光 ) 变到会车光 ( 近光 ) 时，视见距离缩短，迫使车速降低。为解决在会车过程中，前照灯既不产生炫目，又能保证对道路具有良好的照明，1932 年美国发明了不对称前照灯，它是以基准轴为中心，将光束一分为二，靠近来车一侧的落地距离短 ( 即光束压低，从而防炫 ) ，而另一侧光束的落地距离长 ( 即光束抬高，从而增加视见 ) 。第五代h4卤钨前照灯第一批装有卤钨灯泡的汽车前照灯是由法国“斯贝”公司在 1964 年生产的，其灯丝允许工作温度较普通白炽灯泡高，光效增加50% ，寿命也增加一倍。 第六代hid前照灯以hid前照灯为代表的现代汽车前照灯在发光原理、结构形式以及制造材料等方面又发生了一系列的重大变化。hid氙气头灯是以高压击穿惰性气体电离而发光，其产生的光照度强，色温高，穿透力强，而且节约电能，是理想的汽车前照灯光源。第七代led前照灯美国最新的研究结果表明，未来五年内，白光大功率led技术将大幅度代替目前的各种照明产品，而且将适用于汽车的各种照明，包括：前照灯刹车灯、雾灯、应急灯、车内照明等。led具有高安全性、运行平稳、节约电力、寿命长等多种优点，是未来车辆照明的一个发展趋势。 1.3汽车照明应用的其它光源汽车照明除了前照灯外，还有信号灯和仪表显示灯，它们包括显示汽车存在的尾灯和停车灯，以及反映汽车自身行动的刹车灯和转向灯。应用于一辆汽车内的照明灯不下于30种规格，一般以白炽灯为主，目前正向体积更小，更轻、更薄的形契形灯和带灯头S型灯，数字表示玻壳直径，其中S25和T20内有二根灯丝，主要用途为尾灯刹车灯，转向灯和后退灯，功率为21/5W、工作电压12V；S25灯总长48mm，T20灯总长44mm；T10契形灯用与尾灯牌照灯位置灯，功率为5W，灯总长27mm；T10保险丝形灯用于车内灯、车门灯，功率10w，直径8mm，灯总长28mm，工作电压都是12V。在汽车照明的近期发展中，人们又推出霓虹灯(Neon Lamp)半导体发光二极管(LED)和细管径冷阴极荧光灯(NDF)。与白炽灯相比，这类光源具有功耗小、点灯快、寿命长的优点。例如霓虹灯亮灯速度仅白炽灯的千分之一，光效高，直接发红光或其它颜色的光，寿命3000小时，可开关120万次以上，光源造型自由度大，允许环境温度变化(-40度100度）。半导体光源，功耗仅6W，启动时间60ns，而白炽灯需140ms，寿命10万小时。它们用于高位刹车灯可使司机提前瓜，有效地避免车祸的发生。1.4国际上有关汽车照明情况简介ECE/WP、29是联合国经济及社会理事会欧洲经济委员会，道路交通分委会它是这一领域权威组织，下设六个工作组。1汽车照明与灯光讯号(GRE)，2.安全(GRSP)，3.被动安全(GRSP)，4.污染能源(GRPE)，5.噪声(GRB)，6.汽车制造(GRRF)。ECE/WP、29作为联合国的组织，其主要宗旨就是制定出一整套世界各国都能接受的汽车法规，包括由GRE负责制定的汽车照明法规，因此我国汽车照明行业一定要了解和跟踪这一组织的活动。1997年复旦大学电光源研究所也派人参加了该组织第39届会议。其中美国汽车技术协会(SAE) ,日本汽车研究所(JARI)，美国干线道路交通安全局(NHISA)，荷兰应用科学研究所(TNO)和欧共体经济委员会法规ECECODE是各国相应影响很大的组织，我们也应与之联系和交流，以便及时了解国际动态。第二章 汽车照明系的概述 2.1车灯的定义车灯就是指车辆上的灯具。图2-1汽车前车灯车灯是车辆照明用的工具，可以分为前车灯，后车灯，转向灯，车牌照明灯等。车灯在车辆安全行驶的过程中起了重要的作用。 图2-2迈巴赫62 前车灯2.2汽车照明灯和信号灯的种类及用途汽车的照明系统主要由灯具、电源和电路（包括控制开关）三大部分组成。而灯具大体分为照明用的灯具和信号及标志用的灯具。照明用的灯具有前照灯、防雾灯、后照灯、牌照灯、顶灯、仪表灯和工作灯等。信号及标志用灯具有转向信号、制动灯、小灯、尾灯、指示灯和警报灯等。1.组合前照灯组合前照灯在整辆车的前部，它主要起照明和信号作用。前照灯发出的光可以照亮车体前方的道路情况，使驾驶者可以在黑夜里安全的行车，组合前照灯按照光源可分为：卤钨灯、氙气灯，按照功能可分远光灯、近光灯、前转向灯、前位灯。前雾灯国家法规未强制要求，可选配。 2.组合尾灯组合尾灯在整辆车的后部，主要是它主要起照明和信号作用，后车灯一般由后位灯、倒车灯、制动灯、后雾灯、后转向灯，和回复反射器组成。 3.转向信号灯用来向其它道路使用者表示左转或者右转向的灯具。法规要求为琥珀色。 4.牌照灯牌照灯它主要是照明车牌，使人们在黑夜中辨别车辆牌照。 第三章 汽车照明系自动控制电路随着我国经济的飞速发展和人民生活水平的提高，我国汽车工业已步入高速成长期。不仅汽车的产量在成倍地增长，汽车的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。汽车已不再是简单的交通工具，而已成为现代科技的载体。照明控制技术的发展，照明进入了智能化控制的时代。实现照明控制系统智能化的主要目的有两个：一是可以提高照明系统的控制和管理水平，减少照明系统的维护成本；二是可以节约能源，减少照明系统的运营成本。照明装置是汽车中十分重要的安全部件。关于汽车的欧洲经济委员会（ECE）法规有113项，而其中与汽车灯光有关的法规就有37项之多，约占总法规数的1/3。由此可见汽车照明装置的重要性。另外，汽车灯还是汽车造型至关重要的部份。因此，世界各国对汽车灯具的研发都非常重视。为了提高汽车行驶的安全性和舒适度，在汽车照明系统中注入了越来越多的高科技成份。3.1智能照明控制系统的基本概念随着照明系统应用场合的不断变化，应用情况也逐步复杂和丰富多彩，仅靠简单的开关控制已不能完成所需要的控制，所以要求照明控制也应随之发展和变化，以满足实际应用的需要。尤其是计算机技术、计算机网络技术、各种新型总线技术和自动化技术的发展，使得照明控制技术有了很大的改观。利用照明智能化控制可以根据环境变化、客观要求、用户预定需求等条件而自动采集照明系统中的各种信息，并对所采集的信息进行相应的逻辑分析、推理、判断、并对分析结果按要求的形式存储、显示、传输，进行相应的工作状态信息反馈控制，以达到预期的控制效果。智能化照明控制系统具有以下特点： 1.系统集成性是集计算机技术、计算机网络通信技术、自动控制技术、微电子技术、数据库技术和系统集成技术于一体的现代控制系统。2.智能化具有信息采集、传输、逻辑分析、智能分析推理及反馈控制等智能特征的控制系统。3.网络化传统的照明控制系统大都是独立的、本地的、局部的系统，不需要利用专门的网络进行连接，而智能照明控制系统可以是大范围的控制系统，需要包括硬件技术和软件技术的计算机网络通信技术支持，以进行必要的控制信息交换和通信。4.使用方便由于各种控制信息可以以图形化的形式显示，所以控制方便，显示直观，并可以利用编程的方法灵活改变照明效果。3.2照明控制系统的基本类型 按照控制系统的控制功能和作用范围，照明控制系统可以分为以下几类。 1.点（灯）控制型 点（灯）控制就是指可以直接对某盏灯进行控制的系统或设备，早期的照明控制系统和家庭照明控制系统及普通的室内照明控制系统基本上都采用点（灯）控制方式，这种控制方式具有简单，仅使用一些电器开关、导线及组合就可以完成灯的控制功能，是目前使用最为广泛和最基本的照明控制系统，是照明控制系统的基本单元。 2.区域控制型 区域控制型照明控制系统，是指能在某个区域范围内完成照明控制的照明控制系统，特点是可以对整个控制区域范围内的所有灯具按不同的功能要求进行直接或间接的控制。由于照明控制系统在设计时基本上是按回路容量进行的，即按照每回路进行分别控制的，所以又叫做路（线）控型照明控制系统。 一般而言，路（线）控型照明控制系统由控制主机、控制信号输入单元、控制信号输出单元和通信控制单元等组成。主要用于道理照明控制、广场及公共场所照明、大型建筑物、城市标志性建筑物、公共活动场所和桥梁照明控制等应用场合。3.网络控制型 网络控制型照明控制系统通过计算机网络技术将许多局部小区域内的照明设备进行联网，从而由一个控制中心进行统一控制的照明控制系统，在照明控制中心内，由计算机控制系统对控制区域内的照明设备进行统一的控制管理，网络控制型照明系统一般由以下几部分组成。 （1）控制系统中心 一般由服务器、计算机工作站、网络控制交换设备等组成的计算机硬件控制系统和由数据库、控制应用软件等组成的照明控制软件等两大部分组成，采用网络型照明控制系统主要有以下优点。 便于系统管理，提高系统管理效率。 提高系统控制水平。 提高系统维护效率。减少系统运营、维护成本。可以进行照明设备的编程控制，产生各种所需要的照明效果。便于采用各种节能措施，实现照明系统的节能控制。（2）控制信号人民传输系统通过控制信号传输系统完成照明网络控制系统中有关控制信号和反馈信号的传输，从而完成对控制区域内的照明设备进行控制。 （3）区域照明控制网络照明控制系统实际上是对一定控制区域的若干小区域的照明控制系统（设备）进行联网控制，区域照明控制系统（设备）是整个联网控制系统的一个子系统，它既可以作为一个独立的控制系统使用，也可以作为联网控制系统的终端设备使用。（4）灯控设备通过整个照明控制系统要完成对每盏灯的控制，灯控设备安装在每盏灯上，并可以通过远程控制信号传输单元与照明控制中心通信，从而完成对每盏灯的有关控制（如开/关、调光控制），并可以通过照明控制中心对每盏灯的工作状态进行有关监控，从而完成对每盏灯的控制。分页4.节能控制型 照明系统的节能是全球普遍关注的问题，照明节能一般可以通过两条途径实现：一是使用高效的照明装置（例如光源、灯具和镇流器等）；二是在需要照明时使用，不需要照明时关断，尽量减少不必要的开灯时间、开灯数量和过高照明亮度，这点需要通过照明控制来实现，它主要包含以下几方面的内容。（1）照明灯具的节能提高电光源的发光效率，实现低能耗，高效率照明是电光源发展的一个重要方向。（2）照明控制设备的节能采用适当的照明控制设备也可以很好地提高照明系统的工作效率，例如采用红外线运动检测技术、恒亮（照）度照明技术，在照明环境有人出现需要照明时，就通过照明控制系统接通照明光源，反之如果照明环境没有人，不需要照明时，就关断照明光源。再如，如果室外自然光较强时，可以适当降低室内照明电光源的发光强度，而当室外自然光源较弱时，可以适当提高室内照明电光源的发光强度，从而实现照明环境的恒亮（照）度照明，达到照明节能的效果 （3）营造良好的照明环境人们对照明环境的要求与从事的活动密切相关，以满足不同使用功能的要求，具体体现如下。 可以通过控制照明环境来划分照明空间，当照明房间和隔断发生变化时，可以通过相应的控制使之随着灵活变化。通过采用控制方法可以在同一房间中营造不同的气氛，通过不同的视觉感受，从生理上、心理上给人积极的影响。 （4）节约能源 随着社会生产力的发展，人们对生活质量的要求不断提高，照明在整个建筑能耗中所占的比例日益增加，据统计，在楼宇能量消耗中，仅照明就占33%（空调占50%，其他占17%），照明节能日显重要，发达国家在20世纪60年代末、70年代初已开始重视这方面的工作，特别是从保护环境的角度出发，世界各国都非常重视推行“绿色照明”计划。3.3智能化汽车照明系统随着科学技术的发展，全世界汽车工业的研发部门都在努力开发智能化的辅助驾驶系统，以减轻驾驶员的负担，并进一步提高汽车行驶的安全性和舒适度。在汽车照明方面，人们也在开发智能的汽车照明系统。智能化的汽车照明系统又称适应性的照明系统（Adaptive Lighting Systems），它包括自适应前照灯系统AFS（Adaptive Frontlighting Systems）、改进的的信号照明和车内照明控制三部分。其中最重要的是AFS，下面对它做些介绍。适应性的前方照明系统AFS是EUREKA的1403号项目，欧洲的汽车公司、车灯公司和光源公司共同承担了这个项目，美国和日本的一些公司也参与了此一项目。AFS具有弯道照明BL（Bending Light）、高速公路照明ML（Motorway Light）/乡间照明CL（Country Light）/城镇照明TL（Town Light）和恶劣天气照明AL（Adverse Weather Light）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，因而照射的距离不要很远。在高速公路，车速快，因而ML光束照射得远。在弯道处，BL应该给弯道以良好的照明。要实现AFS的各种功能，需要有可靠的信息采集系统。比较经济的信息采集系统主要依靠各种传感器。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。根据采集来的信息AFS给驱动器发出指令，将照明系统调节到所需要的状态。以弯道照明BL为例，车前方道路的曲率半径是关键的信息。比较简单而经济的确定车前方路面弯曲情况的方法是采用速度传感器、方向盘角度传感器。从两边车轮速度的差异也可以得到有关的信息。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状态的确定主要还是根据汽车的平均速度的信息。当然GPS和数字地图的结合也是很好的手段，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的雨滴，表明驾驶员视见度降低，而将AFS车灯照明转到AL状态。但是对雾天的情况的AL比较困难，只有真实的视见度传感器才能探测得到。一个可行的方法是照相机成像处理系统，它能测量出由于可见度的减少而造成的对比度的减少。在弯道和高速公路两种情况下分别采用AFS、HID和卤钨灯时的可见距离。在弯道照明时，这三种不同照明系统的差异。采用AFS后，即使在各种复杂和困难的情况下，汽车都能自动地提供最佳的照明。这样驾驶人员能有更多的时间和精力正确地判断驾驶的情况并及时采取的措施，从而在很大程度上排除了现存的某些危险，使安全、舒适地行车真正成为可能。第四章 汽车前照灯4.2前照灯的结构前照灯由光源(灯泡)、反光镜、配光镜三部分。 1.灯泡 目前，汽车前照灯用灯泡的额定电压有6V、12V和24V三种。灯泡的灯丝由功率大的远光灯丝和功率较小的近光灯丝组成，由钨丝制作成螺旋状，以缩小灯丝的尺寸，有利于光束的聚合。 为了保证安装时使远光灯丝位于反射镜的焦点上，使近光灯丝位于焦点的上方，故将灯泡的插头制成插片式。插头的凸缘上有半圆形开口，与灯头上的半圆形凸起配合定位。三个插片插入灯头距离不等的三个插孔中，保证其可靠连接。 这种插片式灯泡的优点具有结构简单，拆装方便，接触性能可靠，并能与全封闭式前照灯通用，因此，国内生产的前照灯灯泡多采用这种结构。 前照灯的灯泡是充气灯泡，是把玻璃泡内的空气抽出后，再充满情性混合气体。一般充人的惰性气体为96的氩气和4的氮气。充入灯泡的惰性气体可以在灯丝受热时膨胀，增大压力，减少钨的蒸发，提高灯丝的温度和发光效率，节省电能，延长灯泡的使用寿命。虽然充气灯泡的周围抽成真空并充满了惰性气体。但是灯丝的钨质点仍然要蒸发，使灯丝损耗。而蒸发出来的钨沉积在灯泡上，使灯泡发黑。近年来，国内外已使用了一种新型的卤钨灯泡（即在灯泡内充以情性气体中渗入某种卤族元素）。 卤族元素是指碘、溴、氯、氟等元素。现在灯泡使用的卤族元素一般为碘或溴，叫做碘钨灯泡或溴钨灯泡。我国目前生产的是溴钨灯泡。 卤钨灯泡是利用卤钨再生循环反应的原理制成的。卤钨再生循环的基本作用过程是：从灯丝蒸发出来的气态钨与卤族反应生成了一种挥发性的卤化钨，它扩散到灯丝附近的高温区又受热分解，使钨重新回到灯丝上，被释放出来的卤素继续扩散参与下一次循环反应，如此周而复始地循环下去，从而防止了钨的蒸发和灯泡的发黑现象。 卤钨灯泡尺寸小，泡壳用耐高温，机械强度较高的石英玻璃制成，所以充入情性气体的压力较高。因工作温度高，灯内的工作气压将比其它灯泡高得多，故钨的蒸发也受到更为有力的抑制。2.反射镜 反射镜一般用0.60.8mm的薄钢板冲压而成，反射镜的表面形状呈旋转抛物面。其内表面镀银、铝或镀铝，然后抛光。由于镀铝的反射系数可以达到94以上，机械强度也较好，所以现在一般采用真空镀铝。由于前照灯灯泡灯丝发出的光度有限，功率仅4560W。如无反射镜，那只能照清汽车灯前6m左右的路面。而有了反射镜之后，使前照灯照距可达到150m或更远。因此，反射镜的作用就是将灯泡的光线聚合并导向前方。灯丝位于焦点F上，灯丝的绝大部分光线向后射在立体角范围内，经反射镜反射后将平行于主光轴的光束射向远方，使光度增强几百倍，甚至上千倍，从而使车前150m，甚至400m内的路面照得足够清楚。 3.配光镜 配光镜又称散光玻璃，它是用透光玻璃压制而成，是很多块特殊的棱镜和透镜的组合。其几何形状比较复杂，外形一般为圆形和短形。 配光镜的作用是将反射镜反射出的平行光束进行折射，使车前路面和路线都有良好而均匀的照明。 (1)水平方向散射 (2)铅直方向下折射 为了弥补具有反射镜的前照灯因为光束太窄、照明不大的缺点，采用了配光镜。4.2汽车前照灯的分类汽车前照灯按其结构特点可以分为：全封闭式前照灯、半封闭式前照灯。按前照灯在汽车上的安装方式又可分为：外装式前照灯、内装式前照灯和可躲式前照灯。按其外形则可分为：圆形前照灯、方形前照灯、长方形前照灯及异形前照灯。按汽车装备前照灯的数目又可分为：两灯制前照灯系统、四灯制前照灯系统以及带有辅助前照灯的前照灯系统等。 当前汽车前照灯的种类繁多，一般常见到的前照灯有：小直径136mm 圆灯，小尺寸 160mm 100mm 方形灯，这两种前照灯多用来组成汽车四灯制前照灯系统：大直径件 180mm 圆灯，大尺寸长方形灯及异形灯组成汽车两灯制前照灯系统。目前，汽车异形前照灯发展很快，所谓异形前照灯就是根据汽车造形的美学观点，将前照灯的外形设计成与汽车的整体造形相协调、相适应，并使汽车的风阻系数很小。还有运动型跑车为了更进一步减小前照灯部分的风阻系数，增强其照明效果，往往把前照灯设计成内隐式，白天行驶时看上往似乎没有前照灯但在夜间行驶时能自动将前照灯罩盖打开同时点亮前照灯。4.3 汽车前照灯的设计标准 在世界各国汽车产业生产范围内有两大体系 , 一是联合国欧洲经济委员会制定的 ECE 法规 (ECE Regulation) 和欧洲经济共同体制定的 EEC 指令 (EEC Directive), 二是美国汽车工程师协会制定的 SAE 标准 (SAE Standard) 。具体的法规、标准编号如下： ECE 法规 R1 及 R2-前照灯远光与近光及灯泡标准。 ECE 法规 R5 -欧洲非对称封闭式前照灯近光标准。 ECE 法规 R8 -内装 H1J 丑和 H3 卤素灯泡的前照灯标准。 ECE 法规 R20 -装有 H4 卤素灯泡的前照灯标准。 ECE 法规 R31 -卤素灯泡式前照灯标准。 SAE J387-87.11 -汽车灯具术语。 SAE J759-8712 -汽车灯的标识规则。 SAE J1330-82.8 -测光试验室精度准则。 SAE J567-87.11 -汽车灯泡座性能标准。 SAE J571-81 -封闭式前照灯灯光组尺寸规格。 SAE J575-83.7 -汽车灯具及零部件的试验方法及要求。 SAE J579-84.12 -封闭式前照灯灯光组性能要求。 SAE J1383-85.4 -汽车前照灯的性能要求。 SAE J581a-71 -辅助远光前照灯的性能标准、使用安装准则。 SAE J582-84.9 -辅助近光前照灯的性能标准、使用安装准则。 SAE J1049-79.8 -汽车灯具使用性能要求和试验程序。 美国联邦机动车法规 (FMVSS)108 号规定了十种不同类型的前照灯系统 , 其中有五种用于汽车，它是由八种不同类型两只或四只灯光组的不同搭配而组成 日本对汽车照明灯具也有安全规定，其性能标准在道路运输车辆的安全基准中做了比较明确的规定。对灯具的要求在 JIS D5500 中有规定 , 灯光的光色在 JIS Z8701 中规定。日本的 JIS 标准中有关前照灯的条款大部分参照了美国的 SAE 标准。 SAE 和 ECE 是两个尽对不同的标准体系，但是，在日本、美国和欧洲正在制定同一的标准，现有一部分已得到实施。 我国从 1984 年开始制定汽车照明与信号系统的相关标准，并根据汽车产业和公路安全法规的不断完善以及尽快与国际汽车产业接轨的需要，至今已经过多次修订，特别是在 1998 年集中制定了几项有关标准。 GB/r4659-1984 汽车前照灯类型、主要尺寸和连接尺寸。 GB/T7360-1987 汽车与挂车照明和信号装置的工作电压及其丈量GBA-1989 汽车和挂车外部照明和信号装置基本环境试验。GB4599-1994 汽车前照灯配光性能。 GB-1994 汽车倒车灯配光性能。 GB4785-1998 汽车及挂车外部照明及信号装置的安装规定。 GB-1998 汽车和挂车转向信号灯配光性能。 GB-1998 汽车和挂车后雾灯配光性能。 GB-1998 机动车回复反射器。 GB5920-1999 汽车和挂车前位灯、后位灯、示廓灯和制动灯配光性能。 QC/T260-1998 汽车高位制动灯。 QC/T578- 1999 汽车及挂车牌照灯配光性能。 由于世界各国在汽车灯具的安全法规中细微部分都不相同 , 所以在出口汽车的灯具安全法规上应符合进口国家的要求。 欧洲对汽车照明灯具有认证制度 , 没有经过法定认证部分认证过的产品不答应装车使用。4.4前照灯控制电路与辅助装置4.4.1.前照灯的控制电路汽车前照灯随车型不同，控制方式有差异。当灯的功率较小时，灯的电流直接受灯光总开关控制，如图4-1所示。当灯的数量多、功率大时，为减少开关热负荷，减少线路压降，采用继电器控制。同时分路保险器的个数也增加。 图4-1前照灯的控制电路因车型不同，继电器控制线路也有控制火线式（图4-1）和控制搭铁线式（图4-1）之分。4.4.2前照灯自动变光电路 在夜间行驶时，为了防止迎面来车驾驶员眩目，驾驶员必须频繁使用变光开关，这样会分散驾驶员的注意力影响行车安全。前照灯自动变光装置可以根据迎面来车的灯光强度调节前照灯的远光或近光。图4-2为前照灯自动变光电路原理图。其工作原理如下：图4-2前照灯自动变光电路原理图 当迎面来车的前照灯光线照射到传感器时，通过透镜将光线聚焦到光敏元件上，通过放大器输出信号触发功率继电器，继电器将前照灯自动从远光变为近光。当迎面来车驶过后，传感器不再有灯光照射，于是放大器不再向功率继电器输送信号，继电器触点又恢复到远光照明。 光敏电阻PC1用来传感光照倩况，其电阻值与光强成反比。在受到光线照射前，其电阻值较高，但受光照后，其电阻值迅速下降，Pc1和R1、R2、R3、R7以及 VT6组成 vT1的偏压电路。当远光接通时，VT6导通，PC1受到光照作用，电阻减小到一定值时，VT1基极上偏压刚好能产生光束转换，即从远光变为近光；近光接通后VT6截止，这时偏压电路中只有R7、PC1、R1和R2，因而灵敏度增加，当迎面来车驶过后，PC1电阻增大，VT1截止，前照灯立即由近光变为远光射极输出器 VT1的输出，由VT2放大并反相，VT2的输出加在施密特触发器 VT3和VT4上，VT4的集电极控制继电器激励级VT5。当VT2集电极电压超过施密特触发器的阈值时，VT3导通，VT4截止，VT5加偏压截止，继电器的触点接通远光灯。当PC1受到迎面来车的光线照射时，其电阻下降，放大器 VT1和 VT2的输出低于施密特触发器的阈值，VT3截止，VT4、VT5导通，继电器线圈有电流通过，从而接通近光灯丝，直到迎面来车驶过后继电器又接通远光灯丝。4.5 LED汽车前照灯 自上世纪90 年代白色LED 的出现开始,其亮度增大趋势是如此之快,以至于我们都把它们视为21世纪的光源。现在我们使用白色LED 作为汽车前照灯的光源,这样它们的优越性就可以得到充分的展示。这种新系统比通常使用的卤钨灯要明亮,与HID头灯的亮度差不多。但是考虑到LED 光源特有的优越性,比如重量轻、安装深度小、耗能低、寿命更长、没有环境污染等,它们的确更适合作为下一代汽车前照灯系统的光源。此外,白色LED 的使用还可以使整个车的设计变得更加灵活。现在我们正在进行白光LED 汽车前照灯的研发工作,以充分展示它们的优越性。4.5.1 LED的结构LED，其实是发光二极管（Light Emitting Diode）的缩写，是一种可以自身发光的包含PN结的固体半导体元件。LED的芯片是由P型半导体和N型半导体之间的一个过渡层，称为PN结。当采用砷化镓（红外线）、砷磷化镓（红岛黄）、磷化镓（绿）等半导体材料时，在这些半导体材料的PN中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。当给PN施加正向电压，电流从LED的阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同的颜色光线，光的强弱与电流大小有关。图4-3发光二极管构造4.5.2白光LED 的原理白光LED 有几种不同的工作原理,表4-1展示了3种典型的原理。表la 中的“蓝光LED + S荧光粉”型是是白光LED 发展的最高水平,它最有可能被用在第一代LED 汽车前照灯系统中。表1b 中的“紫外线LED + 红绿蓝三色荧光粉”型因其高的显色指数而最有潜力作为通常的照明系统用灯,但作为前照灯系统使用时还应研究如何克服紫外光对塑料的老化作用。表-1c 中的“红绿蓝三芯片”型有改变发光颜色的性能,但它目前仍然不能在前照灯系统中使用,因为很难克服它在使用过程中颜色的改变,这种颜色改变可能来自3 种芯片温度特性的不同,也可能来自不同LED 的损耗退化速度。表4-1 白光LED 的原理 1.光通量 近年来白光LED 的光效取得了显着的进步,2003 年早期市场上一些高功率的LED 光效己经达到了30lmPW。图4-4显示对高功率LED 光效提高的期待。最终LED 的光效将达到一个在120200lmPW之间的极限值。到2005 或2006 年,其光效就可达到60lmPW,最大功率预计可以达到15W,因此一个LED 的光通输出预计能达以60300lm。图4-4用于汽车前照灯的白光LED 的光效2.亮度 在通常的照明领域,LED 作为荧光灯的替代品,其亮度从来就不是一个问题,只要光通量能不断增大就可以了。因此LED 技术的核心是如何提高光通量而不是提高亮度。但在汽车前照灯系统中,亮度就显得比光通量重要得多了,其主要原因如下: 当今LED 的亮度最大是4cdPmm2 ,这个数值比卤钨灯亮度2025cdPmm2 要低得多,而与HID 前照灯比就更是低了10 倍多。因此,为了设计出合适尺寸的汽车前照灯系统,单个LED 的输出亮度必须提高到现在的23 倍。 更进一步分析可见,使用荧光粉的LED 的出射亮度不仅仅决定于芯片的尺寸,同时还决定于与芯片作为一个整体的包含荧光粉的发光表面的外观尺寸。 举个例子来说,同样是一个面积为1 1mm 的芯片,它能发出30lm 的光通量,但是它的亮度却能在01*cdPmm2 之间变化,这取决于荧光粉的涂敷方式及部件的封装方法。因此,用于汽车前照灯的LED 用荧光粉必须涂敷得尽可能薄,这样就不会增大光源系统的表面积。 3.寿命 通常而言,LED 的使用寿命很长。在消费用电子产品中,LED 光源的的寿命与产品寿命相比足够长,据报导一些高功率的LED 的寿命能超过10 000h ,但遗憾的是,这些都是没有考虑到作为汽车前照灯这一苛刻的工作环境得到的结果。如果要用于汽车前照灯,LED 的寿命必须超过HID 光源的3 000h ,若进一步考虑到替换LED 光源的过程难度更大,LED 的寿命要求能够超过10 000h。LED 光源要想成为汽车前照灯,其寿命仍然有待改进和提高。4.6 LED前照灯的实际应用 1.光学系统 一套LED 前照灯系统毫无疑问需要多个LED 光源,因为单个LED 不能提供足够的光通量。同时,通常的卤钨灯和HID 光源,它们发出的光线会射向除基底外的各个方向,而一般的目前使用的大功率LED发出的光线因受到结构的限制,只会向半个球的方向发射。这就使得使用LED 的前照灯的光学系统与常规的前照灯系统不同。但是这两种前照灯系统对其出射光的要求是一样的,因此基本上可以使用通常的方法设计使用LED 的前照灯系统。 比光学特性不同更重要的是,由于LED 光源的低发热,LED 前照灯系统中与光源相连接的部分可以使用塑料材料,这为设计者的配置设计提供了更大的自由性。同时设计者可以使用塑料导光管,这一点对目前前照灯系统来说是难以实现的。因此,当设计LED 前照灯光学系统时,设计者将有更大的选择空间:不但可以采用传统的自由构造的反射器件和投射器件,同时可以使用塑料导光管,这就让设计者能根据不同的条件使用不同的方法以达到美观性的要求,从而能使汽车前部外形轮廓更趋合理。 2.光学系统组成成分的精确尺寸定位 因为LED 光源和光学系统做得更小,光学元件的相对位置就要求更加精确。以直接投射光学系统为例,图4-5 显示了透镜和LED 的相对位置对出射光束的光轴方向的影响。LED 前照灯系统包含了大量的光源,对于宽光束分布的远光束系统,透镜和LED相对位置的影响不会成为问题。而近光束有非常尖锐的截止面,为了达到各个LED 单元发光光轴方向的一致性,前照灯系统的各个组成之间的相对位置就要求非常精确。这种精确的尺度要求远远高于通常汽车前照灯的精度,因此LED 头灯系统的制造工艺正期待着创新性的突破。图4-5直接投射光学系统中LED 放置位置的影响示意图 3LED 的亮度和头灯的尺寸 光源的亮度在汽车前照灯系统中显得格外重要,因为近光束灯要求达到2 00030 000cd 的光强度,而远光束灯至少要求达到50 000cd 的光强。光源在一个给定方向的光强度取决于光源的发光部分在该方向的亮度,换句话说,取决于光源中许多的小发光体的亮度的总和。在此小发光体就是组成光源的众多LED ,光源LED 的亮度需要考虑到光线在各个光学部件的反射和传输中的衰减。在一个典型的前照灯系统中,光在各个光学元件包括外透镜在内总的衰减大约是25 %40 %。根据物理学的观点来看,光学元件是不可能放大光源的亮度,因而对光源的亮度的要求就决定了前照灯表面面积的下限了,见图4-6 所示。 这里的表面面积是指从前方看过来的发光面积。而设计一个实际的前照灯,为了形成漫射光线及考虑系统其他元件的性能,这个面积的数值要变成原来的23 倍。如前文所述, 目前使用LED 最大亮度是4cdPmm2 ,这显然是不够的。考虑到汽车前照灯的实际尺寸,对近光束,LED 的亮度至少要提高到目前的2 倍,而远光束就要求提高到3 倍。图4-6光源的亮度与汽车前照灯的最小表面面积的关系 4近光束 为了证明LED 前照灯系统的可能性,我们制造了能产生近光的带反射器的灯具样品,它的光分布符合美国的标准。图4-7展示了这种模具,图4-8是它的光分布情况。36lm 的光通量和1 600cd 的最大光强可以通过使用2 个LED 配合一个38mm 94mm 的反射镜得到, 其应用的每个LED 功率为1W, 亮度是4cdPmm2 ,光通量是30lm ,芯片的尺寸是1mm 1mm。 为了使系统的最大光强超过20 000cd ,需要使用13 个这样的单元。每个单元的反射面的投影面积是35172cm2 , 因而13 个单元的总投射面积是464136cm2 。拥有这样一个投射面积的头灯系统就太过庞大而不可能在实际中应用。为了制造一个实用的样品,LED 的亮度至少要增加2 倍。图4-7产生近光的带反射器的灯具样品图4-8近光带反射器的灯具样品的光分布 5远光束 我们进一步试验如图4-9 所示的带反射器的远光灯具样品。图4-10 显示了它的光分布情况。3 600cd 的最大光强是使用1 个LED 配合一个半径为30mm 的半圆形反光镜得到,其应用的每个LED 功率为5W,亮度大约是4cdPmm2 ,光通量是95lm ,芯片的尺寸是2mm2mm。为了使其最大亮度能超过50 000cd ,需要使用14 个这样的单元,每个单元的反射面的投影面积是28126cm2 ,因而14 个单元的总投射面积是395164cm2 。拥有这样一个投射面积的前照灯系统就太过庞大而无法实际应用。为了制造一个实用的样品,LED 的亮度至少要增加3 倍。图4-9产生远光的带反射器的灯具样品 图4-10远光带反射器的灯具样品的光分布6LED 的最大工作温度和热处理 在LED 的所有的工作条件下,作为发光同时也是发热的部件P -