精选汽车灯光的设计.docx

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精选汽车灯光的设计

汽车照明系统的设计

摘要

随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，人们对汽车的要求已不仅仅局限于性能，成本，而是越来越多的要求现代汽车更加安全，更加环保，更加人性化。

汽车生产商们也正在用更安全、更环保、设计更精美以及更省油料等优点来吸引用户。

而同时，新车款型也必须符合最新的规定，这就导致了新技术不断得到应用。

作为汽车的三大安全件之一，汽车照明系统是最主要的主动式安全装置，对传统汽车照明系统的改进和创新也日益成为全世界汽车厂商研究的热点问题。

因此，如何使汽车照明智能化，驾车更安全，更舒适就成为一个十分紧迫而又有重大现实意义的课题。

Abstract

Withthedevelopmentofsociety andimprovementoflivingstandards, people'srequirementsofthevehicle isnotlimitedto performance, cost, butmoreandmore requirementsofmodern carssafer, moreenvironmentalprotection, morehumane. Carmakers are using more safe, moreenvironmentallyfriendly, moreexquisite design and more advantages toattractusers ofoilcrops. But atthesametime, thenewcar models mustalsobeconsistentwiththeprovisions ofthelatest, thisleadstothe newtechnology hadbeenused. As oneof the threesafety car, car lightingsystemis activesafety device ofthemain, totheimprovementand innovationoftraditional automotivelighting system isbecomingahot problemofautomobile manufacturers worldwide research. Therefore, howtomaketheautomobile lighting intelligent, driving safer, morecomfortable tobecome hastheimportantpracticalsignificance averyurgent task.

1.前言

汽车照明系统是汽车安全行驶的必备系统之一。

它主要包括“外部照明灯具、内部照明灯具、外部信号灯具、内部信号灯具等。

汽车照明的发展史大体上经过如下四个阶段：

汽车灯具的演变随着汽车光源的更迭而发生。

第一代汽车照明系统是由燃料（蜡烛、煤油或乙炔）直接燃烧发光。

但存在发光效率很低、光强弱、性能不稳定、操作复杂等明显缺点。

能满足早期车灯的要求。

第二代汽车照明系统是白炽灯。

1879年爱迪生发明白炽灯。

汽车灯具发生了革命性的变化，1913年美国首先将白炽灯技术应用在凯迪拉克汽车前照灯上。

从此汽车照明进入了电气时代。

接着，先后出现汽车反光镜、启动机、发电机和蓄电池等新技术，1925年开始汽车真正进入白炽灯汽车灯具时代。

20世纪50年代又出现卤钨灯，很快成为汽车强光源的主要灯泡。

将替代白炽灯、卤钨灯成为新型的汽车前照灯的光源。

第三代汽车照明系统是气体放电灯（HID具有高发光效率、高亮度和高可靠性等优点。

第四代汽车照明系统是半导体发光二极管（LEDLED半导体PN结二极管。

使PN结系统受到激发，当一个正向偏压施加于PN结两端时。

载流子由低能态跃迁到高能态，当处于高能态的不稳定载流子回到低能态复合时，根据能量守恒原理，多余的能量将以光子形式释放，就是LED电致发光原理。

汽车灯具从最原始的蜡烛灯。

近年来又出现了新型HID灯以及LED灯。

自从奥迪家族第一款加装LED前灯的车型R8曝光以来，发展到普遍使用的白炽灯。

国际上高档轿车生产商如奔驰、宝马、丰田、福特等纷纷推出配有五彩缤纷的LED灯具的新款式轿车以吸引顾客，尤其是日本汽车对LED应用已相当广泛。

被称为一生不需要更换灯泡的汽车灯，国际上汽车电子化中最耀眼的产品之一。

传统的汽车照明系统主要由前照灯系统，信号照明系统，车内照明系统三大部分组成。

随着科技的进步，传统照明系统也经历了长足的发展，相应的交通法规也越来越健全，前照灯系统就经历了从最初的煤油灯到白炽灯，卤素灯到现在的气体放电灯的发展过程，信号照明系统从最初的手提煤油灯发展到现在普遍应用的LED信号灯，车内照明系统更是种类越来越多，越来越人性化。

但是实际的使用中，传统的前照灯系统存在着诸多问题。

例如，现有近光灯在近距离上的照明效果很不好，特别是在交通状况比较复杂的市区，经常会有很多司机在晚上将近光灯、远光灯和前雾灯统统打开；车辆在转弯的时候也存在照明的暗区，严重影响了司机对弯道上障碍的判断；车辆在雨天行驶的时候，地面积水反射前灯的光线，产生反射眩光等等。

据统计，夜间事故中约有50％发生在没有照明设施的黑暗道路上，道路照明越差，事故发生的可能性就越大。

夜间事故占事故总数的33．1％（虽然夜间出车率只占白天的1／5）。

死亡人数则为50％左右，对比致死率，白天事故为12．4％，而夜间为33、7％。

夜间事故多发和高的致死率，其原因就是驾驶员的视力与白天相比约降低1／2。

此外雨和雾也会使视力下降，前窗玻璃脏得和水滴不仅使视力降低，还会使距离感失真，必须引起驾驶员的注意。

欧洲汽车照明研究机构曾经就此作过专项调查，结果显示，欧洲司机们最希望改善的是阴雨天气积水路面的照明，排在第二位的是乡村公路的照明，接下来依次是弯道照明、高速公路照明和市区照明[1】。

上述这些问题的存在，就使得研制一种具有多种照明功能的照明系统成为必要，并且这些功能的切换，出于安全上的考虑，必须是自动实现的，由此，自适应照明系统（ALS）也就应运而生了。

汽车对安全性、舒适性、节能和环保性能等都有一定要求，汽车仪表盘对汽车的安全性、舒适性有着至关重要的地位。

而随着驾驶环境的变化，仪表照明也显得更为重要。

在夜间或驾驶环境光照条件很差的情况下，仪表照明是驾驶员在驾驶室内观察仪表显示读数所必需的条件，而仪表的照明不但影响驾驶员获取仪表显示信息的效率，而且影响驾驶员观察外界环境的效率，所以仪表照明不但要求对仪表起到照明与美观作用，而且要适应人眼视觉特性，从而保证驾驶的安全性与舒适性。

汽车灯具按照功能功用划分，主要有两个种类：

“汽车照明灯和汽车信号灯”。

汽车照明灯按照其安装的位置及功用包括：

“前照灯、雾灯、牌照灯、仪表灯、顶灯、工作灯”。

汽车灯光信号灯又包括：

“转向信号灯、危险报警灯、示宽灯、尾灯、制动灯、倒车灯”。

前照灯

汽车前照灯[1]

前照灯又叫前大灯，装于汽车头部两侧，用于夜间行车道路的照明。

有两灯制和四灯制之分。

每辆车安装2只或4只，装于外侧的一对应为近、远光双光束灯,装于内侧的一对应为远光单光束灯。

前照灯灯光光色为白色，灯泡功率远光灯为45～60W，近光灯为25～55W。

要求前照灯应能保证提供车前100m以上路面明亮、均匀的照明，并且不应对迎面来车的驾驶员造成眩目。

随着车速的不断提高，汽车上的前照灯的照明距离可达到200～300m。

雾灯

雾灯安装于汽车的前部和后部。

用于在雨雾天气行车时照明道路和为迎面来车及后面来车提供信号。

前雾灯安装在前照灯附近，一般比前照灯的位置稍低，因为雾天能见度低，驾驶员视线受到限制。

红色和黄色是穿透力最强的颜色，前雾灯光色为黄色，这是因为黄色光光波较长，具有良好的透雾性能，灯泡功率一般为35W。

后雾灯采用单只时，应安装在车辆纵向平面的左侧，与制动灯间的距离应大于100mm，后雾灯灯光光色为红色，以警示尾随车辆保持安全距离，灯泡功率一般为21W。

倒车灯

倒车灯装于汽车尾部，用于倒车时汽车后方道路照明和警告其他车辆和行人，表示该车正在倒车，兼有灯光信号装置的功能。

倒，灯光光色为白色，功率一般为28W。

牌照灯

牌照灯用于照亮车辆牌照，要求夜间在车后20m处能看清牌照号码。

牌照灯装在汽车尾部牌照的上方或左右两侧，灯光光色为白色，灯泡功率为8～10W。

它没有单独的开关控制，受示宽灯或前照灯开关控制。

必有按规定要求牌照灯，必须与小灯同一个开关控制。

汽车内部照明系统

汽车内部照明系统由顶灯、仪表灯、踏步灯、工作灯、行李厢灯组成。

主要是为驾驶员、乘客提供方便。

灯光光色为白色，灯泡功率在2～20W范围内。

顶灯，安装在驾驶室或车厢内顶部，为驾驶室或车厢内的照明灯具。

灯光颜色一般为白色。

仪表灯，安装于仪表盘内，它用来照明汽车仪表。

灯光颜色一般为白色。

踏步灯，一般安装在汽车的上下车台阶的左右两侧，作用是用来照明车门的踏步处，方便乘客上下车，灯光颜色一般为白色。

工作灯：

是车辆维修时可以移动使用的一种随车低压照明工具，电源来自发电机或蓄电池。

常常带有挂钩或夹钳，插头有点烟器式或两柱插头式两种。

行李厢灯：

为轿车行李厢内的灯具，灯光为白色。

阅读灯：

装于乘员席前部或顶部，聚光时乘员看书不会给驾驶员产生眩目现象，照明范围较小，有的还有光轴方向调节机构。

门灯：

装于轿车外张式车门内侧底部，开启车门时，门灯发亮，以告示后来行人、车辆注意避让。

功率为5W，光色为红色。

[1] 

汽车灯光信号系统

1.转向信号灯

装于汽车前、后、左、右角，用于汽车转弯时发出明暗交替的闪光信号，使前后车辆、行人、交警知其行驶方向。

转向信号灯的灯光光色为琥铂色，灯泡功率一般为20W。

汽车转向信号灯的指示距离，要求前、后转向信号灯白天距100m以外可见，侧转向信号灯白天距30m以外可见。

转向信号灯的闪光频率应控制在1.0～2Hz。

2.危险报警信号灯

危险报警信号灯用于车辆遇到紧急危险情况时，同时点亮前后左右转向灯以发出警告信号。

与转向信号灯有相同的要求。

3.制动灯

制动灯由于指示车辆的制动或减速信号。

制动灯安装在车尾两侧，两制动灯应与汽车的纵轴线对称并在同一高度上，制动灯灯光光色为红光，应保证白天距100m以外可见。

4.示廓灯

示廓灯安装在汽车前、后、左、右侧的边缘。

用于夜间行驶时指示汽车宽度。

用于汽车夜间行车时标志汽车的宽度和高度，因此也相应地被称之“示宽灯”和“示高灯”。

示廓灯灯光标志在夜间300m以外可见。

前示廓灯的灯光光色为白色，后示廓灯的灯光光色多为红色，灯泡功率为8～10W。

2．人眼颜色识别特性分析

2.1人眼视觉效率

人眼视觉效率就是光谱光视效率，光谱光视效率是指人眼的视觉神经对各种不同波长光的感光灵敏度是不一样的。

对绿光最敏感，对红、蓝光灵敏度较低。

另外，由于受生理和心里作用，不同的人对各种波长光的感光灵敏度也有差异。

通常，光通亮越大，人感觉光越明亮，但这是对同一种光波而言，即同一色光而言。

光辐射能量相同但波长不同的色光，无论是明视觉还是暗视觉，其产生的明亮程度是不相同的。

也就是说，人眼对可见光谱内的不同波长辐射具有不同的感受性，有的色光人眼感觉明亮，有的比较暗。

因此，汽车仪表照明应选用能让驾驶员清晰分辨仪表盘信息的仪表照明，但是并不是人眼对仪表照明感光灵敏度越高越好，因为人眼对仪表照明颜色的感光灵敏度越高，人眼的颜色适应性就越差。

驾驶员在驾驶汽车过程中，会不断把视线再仪表盘一外界之间交换，如果仪表照明颜色的感光灵敏度太高，人眼在离开仪表盘看向外界时，就有一段时间看不到外界，这将带来驾驶的危险性。

2.2人眼视觉延迟

人眼视觉延迟就是人眼的时间辨别，在某种条件下，闪烁的灯光可能会被知觉为连续的。

人眼睛的视觉暂留约为每秒16-24次左右，所以，仪表盘显示屏的更新频率应该要大于人眼能分辨的频率，从而使视觉流畅，显示信息更连贯。

但在另外一方面，比如信号灯的闪烁频率，就应该远低于人眼分辨的频率，这样才能人驾驶员辨别出信号灯在闪烁。

一般闪光信号灯的频率为0.67-1.67HZ之间，亮与灭的时间比为1:

1至1;4之间。

2.3颜色对比

在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响称为“颜色对比”。

颜色对比有两种情形：

一种是同时对比；另一种是连续对比。

同时对比：

就是同时看到两种颜色所产生的对比现象。

在产生对比时，两色彩的对应各属性间都分别出现相互在相反倾向上，加强刺激强度的现象也就是说当色相各异的颜色配制在一起，每一颜色的色调向另一颜色的互补色方向变化。

①每一颜色都在其周围诱导出其互补色例：

在绿色背景下，灰色带有红色感觉，在黄色背景下则带有蓝色感觉。

②如果两种颜色是互补色则彼此加强饱和度，使对比变得极为强烈

例：

绿叶中的红花更得更红

连续对比:

先看某种颜色，然后又看到第二种颜色时产生的对比现象。

①特征：

对比着的双方具有颜色的不稳定性。

②负后像：

连续对比时，人的视觉由于受到以前注视颜色的刺激影响，看到与其补色相近的颜色。

比如看很长时间的纯绿色后，再改成看白色，这时看到的白色会有浅红色的感觉。

这是因为，在长时间看绿色时，绿色的视锥细胞长时间兴奋导致了疲劳，而另外的两种视锥细胞则仍然工作在常态下，所以，当转为看其它需要三种细胞“同时工作”才能得到正确颜色的物体的时候，如果仍然按照感绿视锥细胞正常工作时的算法去还原，则会产生与其补色相近的颜色。

颜色对比在汽车仪表盘照明上的应用，利用颜色对比的同时对比现象，仪表上的各个显示应选用不同的颜色。

比如仪表板颜色与背光照明色可选用互补色，这样仪表板上的显示信息就更为突出，便于分辨。

而背光颜色与指示灯颜色应选用不同的颜色，从而可以明显区分。

但是我们应该避免颜色对比的连续对比，因为当驾驶员观看仪表盘后再看向外界时，视觉中就会有仪表盘显示颜色的残像，这让驾驶员难以区分外界的颜色，产生错觉，对驾驶但来很大的危险。

就如驾驶员观看仪表盘后，再把视线移向交通信号灯时，就会产生视觉混乱，难以区分交通信号灯。

2.4颜色适应

颜色适应：

连续对比时，看到负后像后经过一段时间逐渐恢复感觉第二色的过程。

颜色恒定：

即使光源的光谱成分发生了变化，人们对于这些颜色的感觉在一定程度上看起来仍是十分稳定的颜色视觉特征。

如：

天空的蓝色，雪花的白色。

记忆色：

通常把这些具有颜色恒定的颜色称为记忆色。

颜色恒定表明物体颜色并不完全决定于物理特性和视网膜的感光细胞特性还受人们的视觉经验影响。

颜色适应性越好，当把视线移向别的颜色时，适应的时间就越快，分辨颜色能力就越强，对于驾驶员来说就可以更好地观察周围的环境，做出正确的判断，反应时间也相应变短，从而增加安全系数。

2.5视觉残像

当外界物体的视觉刺激作用停止后,在眼睛视网膜上的影象感觉不会马上消失,这种现象的发生是由于神经兴奋留下的痕迹作用,称为视觉残像,也称做视觉后像或视觉暂留,它有两种即正后像和负后像。

视觉残像形成的原因是眼睛连续注视的结果，是因为神经兴奋所留下的痕迹而引发。

所谓正残像，又称“正后像”，是连续对比中的一种色觉现象。

它是指在停止物体的视觉刺激后，视觉仍然暂时保留原有物色映像的状态，也是神经兴奋有余的产物。

如凝注红色，当将其移开后，眼前还会感到有红色浮现。

 所谓负残像，又称“负后像”，是连续对比的又一种色觉现象。

指在停止物体的视觉刺激后，视觉依旧暂时保留与原有物色成补色映像的视觉状态。

通常，负残像的反应强度同凝视物色的时间长短有关，即持续观看时间越长，负残像的转换效果越鲜明。

例如，当久视红色后，视觉迅速移向白色时，看到的并非白色而是红色的补色一绿色；如久观红色后，再转向绿色时，则会觉得绿色更绿；而凝注红色后，再移视橙色时，则会感到该色呈暗。

据国外科学研究成果报告，这些视错现象都是因为视网膜上锥体细胞的变化造成的。

如当我们持续凝视红色后，把眼睛移向白纸，这时由于红色感光蛋白元因长久兴奋引起疲劳转人抑制状态，而此时处于兴奋状态的绿色感光蛋白元就会 “趁虚而入”，故此，通过生理的自动调节作用，白色就会呈现绿色的映像。

除色相外，科学家证明色彩的明度也有负残像现象。

如白色的负残像是黑色，而黑色的负残像则为白色等。

因此，仪表照明应该尽可能的避免视觉残像的产生。

在避免视觉残像的应用上，从古至今都是存在的。

比如上海世博会的中国馆，外观颜色都采用红色装饰，但它却很好的避免了视觉残像的产生。

这是借鉴于中国古代建筑故宫，故宫的装饰色同样是红色，也很好的避免了视觉残像。

这其中利用的原理是把红色分为不同的色度，即深浅交替，这样就避免人眼接收到的光波是同一个波段，让人眼能观察同一色彩的时间更久而不会产生视觉残像，很好的提高了人眼抗疲劳能力。

在汽车仪表照明上我们同样可以利用此原理，让仪表盘照明处在不同的光波段，人眼的抗疲劳能力就会更加持久，颜色适应性就会得到提高，从而保证驾驶的安全性和舒适性。

3.仪表指示灯颜色

汽车仪表指示灯也仪表信号灯，其目的就是实时的将汽车的信息通过显示方式转达给驾驶员，让驾驶员准确的掌握汽车的信息，以便很好的做出正确判断。

仪表盘信号灯颜色的设计不但要使汽车仪表盘看起来更加美观，更要符合人的基本常识，符合颜色信号的规律，从而使驾驶员更容易辨别信号信息。

在颜色信号中，绿色、蓝色基本上代表指示信号，红色代表警告信号，黄色代表危险信号，所以在设计指示灯颜色时，一定要符合颜色信号的规律。

下面是仪表盘常用信号灯颜色：

红色：

驻车制动、安全带、安全气囊、ABS、制动器、机油压力、车门灯等；黄色：

发动机故障、刹车片磨损、SVS、燃油报警等；绿色、蓝色：

转向灯、大灯、位置灯、雾灯等。

4.仪表背景光颜色

汽车仪表照明使驾驶员在不同环境下驾驶汽车的适应性更强，更能满足不同环境的需要，同时也增加了仪表盘的美观。

仪表盘的照明目的是满足驾驶员的需要，所以必须要符合人眼的颜色识别特性。

综合考虑人眼特性，于是总结出几种颜色做为仪表背景光的优点与缺点。

常用的仪表背景光有红色、白色、蓝色、绿色、橙色等，下面做一些简单分析。

白色：

对于人眼来说，最接近日光的光线给人的视觉效率最高，而白色，比较接近日光的颜色，所以白色的视觉效率比较高。

也就是说，就算白光光线比较弱，人眼也能看得清楚，接收效率比较高。

但是，由于白色光线接收效率很高，如果仪表照明光线较强，就会使人眼的适应性大大降低。

在夜间，当驾驶员把视线从仪表盘移向环境周围时，就会严重影响驾驶员的视力，驾驶员观察周围环境的能力就会急剧下降，这些因素严重影响驾驶安全。

单一的白光也不能实现颜色信号。

红光：

红光的视觉效率最弱，对人眼的适应性影响最小，当驾驶员把视线从仪表盘移向环境周围时，适应时间就会比较短。

但是红色也有他的缺点，红光容易让人眼产生视觉残像，当观看红光时间久了之后再看其他地方，视线中就会有绿色斑点存在，从而也影响了视线，威胁驾驶安全。

根据不同颜色的优缺点，我们可以把仪表盘分成不同的区间，每个区间采用不同的照明颜色，不同的照明色度，比如红色，可以采用深红、浅红相互交替、渐变等，白、红、蓝、绿交替使用，不同颜色共同照明，从而综合各个颜色以及强度的优缺点，让仪表照明更加的人性化，更符合人的视觉特性。

5结束语

通过对人眼视觉特性和各个颜色的特点的综合分析，设计出符合人眼视觉特性，符合人机工程的仪表照明颜色，使驾驶汽车更为安全、舒适、人性化，让驾驶者驾驶汽车变为一种享受。

参考文献

[1]光源的光效——LED知识（三）

[2]-演艺科技-2011年第7期

[3]颜色管理中的白场适应问题（英文）

[4]-中国印刷与包装研究-2012年第6期

[5]基于驾驶员瞳孔变化确定隧道入口段亮度的方法

[6]灯与照明-2011年第4期

[7]基于现代数字图像处理技术对中间视觉对比度分辨率限制（阈值）的测定-

[8]中国组织工程研究与临床康复-2011年第26期