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车用HID氙气灯及AFS系统简介【摘 要】 本文简要介绍了车用HID氙气灯的发光原理，以及自动大灯光束水平控制系统和智能AFS随动转向系统的结构及工作原理。【关键字】 前大灯 HID氙气灯 AFS系统Introduction of Automotive HID Xenon Lamp and AFS SystemWu FengGuangzhou Toyota Motor Co., Ltd. , Guangzhou, 511455Abstract: This paper introduces the principle of HID xenon lamp to be used in vehicles and the work principle of headlamp automatic leveling system and AFS system. Key words: Headlamp; HID Xenon Lamp; AFS System1.引言据统计，2006年我国共发生道路交通事故37万多起，共造成8.9万多人死亡，而另一项统计数据显示， 60的车祸发生在夜晚，另外22行车意外是在光线不佳的视野下发生的，而在所有的重大交通事故中，有40%发生在夜间。1 可见汽车的照明设备在安全上扮演着相当重要的角色，提升车灯照明度及投射广度是各大车厂重要的课题。在近年来的汽车照明科技之中，最重要的发展就是HID（High Intensity Discharge）气体放电式大灯系统的导入。除此之外，还配合使用AFS（Adaptive Front Lighting Systems）适应性前照明系统，该项技术能使中高速行驶下大转弯的视野提高90%。12.HID灯的发光原理最初的车灯是乙炔气前照灯，在其后经历了电光源前照灯、双光灯芯前照灯、非对称近光前照灯和卤钨前照灯后，随着电化学的进步以及电子系统的成熟，在1993年开发出全新的HID灯。在这种系统的设计之中，灯具舍弃了传统钨丝受热发光的原理，改以在两电极之间加以极高的电压而产生弧光放电，电弧温度高达6000K，电弧管壁温度约为1000，迫使充入灯内的氙气分子和金属卤化物汽化，金属卤化物分子在高温电弧附近离解为卤素和金属原子（如汞、纳、钪、铊、铟等），处于高能状态。而当高能的分子重新回复稳态时，其分子内所具有的能量便以稳定波长的光的方式发散出来，形成高亮度的照明效果，这便是HID灯的发光原理。光谱的色温与金属卤化物的成分有关，通常HID灯的色温可以达到6000K，这种色温正好与中午的阳光颜色一样，可以有效减少驾驶人的视觉疲劳，对于驾车安全性有明显的提高。而传统卤素灯的色温为2000K3000K，比较昏暗，容易疲劳。电极底座电极氙气、金属卤化物石英玻璃管石英玻璃泡壳图1 HID灯泡的构造在HID灯泡的灯管内有一颗石英玻璃球，有两个电极在玻璃球的两端，里面没有灯丝，这也是HID灯与卤素灯的区别（如图1所示）。由于其内没有灯丝的结构，因此传统烧熔及沉积的问题都不会出现，而其内的气体分子仅是在高能态与稳态之间波动，并不会产生变化，使其拥有较长的使用年限。HID灯的寿命长达3000小时，远高于传统卤素灯的280400小时寿命。此外，HID灯所发出的光线亮度高，约为3200 lm，较传统卤素灯的7001100 lm高约23倍，这对于提升夜间及雨雾中驾驶视线清晰度有明显提高。另外，HID灯光线的波长较为集中而稳定，电能转换为可见光的效率较高，HID灯的光效超过90 lm/W，远高于传统卤素灯的约20 lm/W，所以HID灯较传统灯具省电，HID灯的功率约为35W，而卤素灯的功率约为55W65W。要使HID发光，需有一个23kV的电压激发气体使其放电，所以真正的HID气体放电灯，要镇流器配合，在刚开启电源的瞬间使12V电压升压到23kV，使氙气电离放电，接着再将电压转变成8kV，保持恒功率持续供应氙气灯泡发光。因此在HID灯具之中，必须有精密设计的升压电路、稳压电路和防护系统，以提供稳定的运作，如图2所示。因为车子电源大都直流电，而HID所需要的是交流电，所以需要镇流器来提供变压的动作。组成镇流器中的主要零件有：（1） 直流变交流并进行升压的转换器；（2） 高压点灯电路：主要是在启动HID灯时，提供较高的高压；（3） 直流交流换流器：主要是提供HID灯，在点灯后稳定的电压和电流；（4） 控制和驱动电路：主要是侦测HID灯全部的使用状况，并适时的调整电压和电流，让HID灯能维持一定的效率和稳定性。蓄电池12V直流/直流升压电路高压点灯电路汽车用氙灯控制与驱动电路直流/交流换流器灯管电压灯管电流图2 HID灯镇流器结构图3.AFS系统由于HID光束较强，若角度调整不佳，投射到对向车道驾驶的视线中，将影响对方的视野，让所有用路人身处于险境。因投射式大灯较之反射式大灯，有光束较为集中的好处，避免光束发散而影响对向车辆的视线，加上灯组的体积较小，能够有足够空间设计出大灯方向调整的机构，使大灯照射的功能性更高，进而提高整体行车的安全性，因而目前大灯普遍采用投射式。在投射式HID系统中，为其搭配了自动水平调整系统。在原厂设定好角度之后，不论车身的荷重如何分布，系统会通过感知器系统，找出光线投射角度的偏移量，并调整投射HID灯组的角度以做补正，以维持正确的照射角度，确保用路人的安全。有的自动水平系统还会依据车速的高低调整投射角度，在高速时将光束照得较远，以让驾驶者能看清较远距离的路况。带AFS的自动大灯光束水平控制系统如图3所示。该系统主要由AFS ECU、后高度控制传感器和两个大灯水平执行器组成。系统由AFS ECU控制，当大灯亮时，自动大灯光束水平控制系统根据车辆的移动操控大灯水平执行器。AFS ECU基于来自高度控制传感器和每个ECU的信号计算车辆的状态变化，然后ECU基于此信息控制大灯水平执行器，以调整大灯反光镜的角度。后高度控制传感器AFSECU左大灯水平执行器防滑控制ECU左右速度传感器CAN网关ECUDLC3CAN主体ECU大灯状态右大灯水平执行器仪表ECUAFS OFF指示灯发动机ECU发动机运转状态CAN初始化信号图3 自动大灯光束水平控制系统图随着投射式HID大灯具有自动水平调整功能之后，工程师利用同样的概念，为投射式HID系统加入主动转向功能，以提供更佳的主动性安全。我国的用车环境为左驾右行，所以为避免大灯光束干扰双向车流会车时的行车安全，通常左边的大灯照射角度会较低，而右边的大灯照射角度会较高，使前方左侧路面的视线较差，右前方的视线较佳。而这样的设定若碰到左弯的道路时，将使用弯道中的路况完全不受大灯照射，无法清楚辨识。因此在投射式HID系统外侧加入了AFS（Intelligent Adaptive Front-Lighting System）主动转向系统。智能AFS适应式前照明系统用于在转向时通过移动近光束确保较宽的近光灯区域和实现极佳的能见度。为了达到更好的控制效果，新型AFS系统采用中高速控制和低速控制。在中高速控制时，系统根据转向角度和车速计算目标照明角度并单独改变各个近光灯的旋转角度，使大灯能够照亮3秒后车辆将到达的位置（如图4所示）；在低速控制时，系统根据转向角度计算目标照明角度并改变转向时朝向内侧的近光灯的旋转角度（如图5所示）。图4 中高速控制 图5 低速控制智能AFS适应式前照明系统如图6所示。该系统主要由AFS ECU、两个大灯旋转执行器、转向角度传感器和前速度传感器组成。系统由AFS ECU控制，如前文所述，AFS ECU还同时控制自动大灯光束水平控制系统。AFS OFF开关AFSECU左大灯旋转执行器防滑控制ECU左右速度传感器CAN网关ECUDLC3CAN主体ECU大灯状态右大灯旋转执行器仪表ECUAFS OFF指示灯发动机ECU发动机运转状态档位（判断行驶方向）CAN转向角度传感器图6 智能AFS随动转向系统图AFS系统通过接收转向角度和车速，AFS ECU计算近光的目标照明角度。然后，AFS ECU启动大灯旋转执行器，以获得目标照明角度。大灯的工作角度通过大灯旋转执行器中的步进马达的位置（步数）来检测。新型AFS系统根据转向角度和车速，在中高速控制和低速控制之间切换旋转角度控制。当车速在10km/h以上、转向角在6以上时AFS ECU进行低速控制；当车速在30km/h以上、转向角在7.5以上时AFS ECU进行中高速控制。表1是某车型所采用的AFS系统在实际运行中的旋转角度范围，在低速控制和中高速控制时能实现不同的旋转角度。表1 AFS前大灯旋转角度范围行驶条件低速控制中高速控制大灯左右左右右转固定在0向右010向右010向右010左转向左015固定在0向左015向左0104.结束语AFS系统是前照灯控制技术的一项革新，对提高夜间行驶的安全性