汽车车灯发展史正式版.docx

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汽车车灯发展史正式版

汽车车灯相关资料

一、汽车车灯开展历史

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，波士顿举办美国首届汽车展览会，美国哥伦比亚号汽车将电灯作为前灯和尾灯，车灯从此诞生。

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。

1916年，美国一个名叫C·H·托马斯的人为了让对方驾驶员在晚上能看到他打的手势，把一个带电池的灯泡装在手套上，由此转向信号灯幽默登场。

1938年，别克汽车制造商提供了转向灯作为选用的附件，但当时只在汽车尾部安装，到1940年以后汽车前面也装有转向信号灯了，而且信号开关具有随时调节的功能。

1906年，世界上第一次用一个蓄电池供电的电灯照明。

1909年，首次把乙炔灯作为变光装置。

1916年，美国使用了行车灯。

1920年，中选用倒档装置时，使用了倒车灯。

1920年，美国通用汽车公司首次安装了内灯。

1926年，通用汽车公司把大灯变光开关从方向盘移到地板。

1938年，第一次采用封闭的内灯。

1898年，美国电气公司将电灯抛物面反射镜推广于大灯，侧灯和尾灯。

从早期乙炔气前照灯开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到达的亮度高出一倍，因而，在1925年以前使用的汽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兼容的要求：

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，欧洲创造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开展的重大课题之一。

　　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年美国创造了不对称前照灯，它是以基准轴为中心，将光束一分为二，*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，光效增加约50%，寿命也增加一倍。

卤素灯，就是在灯泡内渗入少量的的惰性气碘，从灯丝蒸发出来的钨原子与碘原子相遇反响，生成碘化钨化合物，当碘化钨化合物一接触白热化的灯丝（温度超过1450℃），又会分解复原为钨和碘，钨又重新归队回到灯丝中去，碘那么重新进入气体中。

如此循环不已，灯丝几乎不会烧断，灯泡也不会发黑，所以它要比传统的白炽前照灯寿命更长，亮度更大。

现在的汽车普遍采用的都是这种前照灯。

　　第六代--自由面反射镜前照灯及氙气灯

自由面反射镜，即使用凸透镜聚光技术的前照灯。

自由面反射镜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。

氙气灯所发出的光照亮度是普通卤素灯的两倍，而能耗仅为其三分之二，使用寿命可达普通卤素灯的十倍。

氙气灯极大地增加了驾驶的平安性与舒适性，还有助于缓解人们夜间行驶的紧张与疲劳。

氙气灯逐步成为现代汽车车灯的主流趋势。

二、汽车前照灯照明原理

汽车前照灯主要由光源,反射镜及配光镜三局部组成。

1.　H4灯的结构

图1　H4灯结构图　　　　　　　　图2H4灯灯丝尺寸及遮光方法

在我国使用的前照灯中用得最多的光源是H4灯,其结构及灯丝尺寸如图1、图2所示。

H4灯是双灯丝的卤钨灯泡,两根圆柱状灯丝沿轴向安放,主灯丝位于抛物面反射镜焦点附近,用于远光照明,副灯丝位于抛物面反射镜焦点的前方,这样副灯丝被反射镜上部所反射的光可以照明路面。

在副灯丝的下方有一个钼制的遮光罩,遮光罩一侧沿水平遮光,另一侧向下倾斜15°遮光,经反射镜反射后,前者形成一条水平明暗截止线,后者形成一条向上倾斜15°的明暗截止线。

　　主灯丝,副灯丝及安装基面之间的尺寸位置都有严格要求,车灯制造厂一般通过调整LCL的大小来调整灯丝在反射镜中的位置,使远光、近光呈最正确配光状况,如图3所示。

当LCL较小时,意味着整个H4灯向前移动,使近光灯丝向前离焦点较远,因为光形尺寸变大,中心暗区变大;当LCL较大时,意味着整个H4灯向后移动,使近光灯丝向前离焦点较近,因此光形尺寸变小,中心暗区变小。

远光灯丝（主灯丝）中心在焦点上时,远光光形较小,中心偏离焦点时,远光光形增大。

图3　H4灯与反射镜安装基准

2.反射镜原理

图4　抛物面反射镜反射特性    　　　    图5　灯丝移到焦点前方照明情况

　　汽车灯具中常用的反射镜是抛物面反射镜。

抛物面是以抛物线为母线绕轴旋转180°而构成,它的剖面图如图4所示。

抛物面反射镜有一个焦点F,在其焦点F上放置一个点光源,那么点光源发出的光线经抛物面反射镜反射后,光线将平行ox轴出射,光线的光路为FAB光线非常集中,适宜于远距离照明,远光主灯丝一般都置于抛物面反射镜的焦点附近,由于灯丝有一定大小,虽然置于焦点上,经反射后仍有一个微小的发散角。

如果将点光源从焦点F向前移到S时,由S点发出的光线经反射镜反射后光线光路为FAC,考虑抛物面绕轴旋转对称性,反射镜上部的反射光照明下方,而反射镜下部的反射光照明上方,图5表示一段圆柱灯丝移到焦点前方照明情况。

前照灯的近光灯丝就是置于焦点前面,使上部的反射光照明下方路面,而下部的反射光照明上方,这对迎面而来的驾驶员会造成严重的眩光,为了克服眩光,H4灯在近光灯丝下方设置一个遮光罩,使近光灯丝的光线不落在反射镜的下半局部,防止下半局部反射光线射入驾驶员眼睛里。

3.配光镜　　

H4灯加上抛物面反射镜是不能符合汽车前照灯照明标准要求的,因为从远光来看,还需要沿水平方向左右略带扩散;从近光来看,由于灯丝移到焦点前方,使照明光斑中心出现一个暗区。

因此需要借助配光镜改变原有的光能量分布情况。

　　配光镜上常用折射单元有:

（1）柱面透镜（凹圆柱面或凸圆柱面）使光线左右发散成一定角度,见图6所示。

（2）双曲平面（轮胎）透镜,使光线左右、上下均发散一角度,见图7所示。

（3）楔形棱镜,使光线向下、向上或向斜方向偏折一个角度,分别见图8（a）、图8（b）或图8（c）所示,光线经过楔形棱镜时总向棱镜厚的一侧偏折。

　图6　柱面透镜          　　　图7　轮胎面透镜

图8　楔形棱镜

为了使前照灯满足道路照明标准,必须通过配光镜上的花纹（折射单元）使光线扩散或偏折,而花纹划分至少应有3个区域,如图9所示。

A、B区域花纹主要为了满足近光的配光,C区域花纹为了完善提高远光的配光。

图9　配光镜花纹区域划分

A区域主要利用柱面透镜使光线左右扩散,改善近光时左右前方照明,同时要保证水平截止线明暗清晰。

B区域主要利用楔形棱镜和柱面透镜,加强75m及50m距离处的车道右边线光照度,同时要保证15°截止线明暗清晰。

C区域主要利用曲率半径较大的柱面透镜,使远光左右略有扩散,保证远距离道路照明。

三、汽车前照灯的种类

*常用的汽车前照灯有3种:

（1）带配光镜的前照灯

（2）自由曲面前照灯（3）多椭灯

1、　带配光镜的前照灯如图10所示。

　　此种前照灯目前在我国用得最多,老桑塔纳,新桑塔纳及夏利等都用这种前照灯,它由H4灯加上抛物面反射镜和配光镜组成近、远光一体的前照灯,它的原理如前面所述。

在H4灯前方还放置一个金属遮光罩,主要作用是遮挡直射光线,同时遮挡反射镜边缘误差较大的区域,以便改善照明效果。

图10　带配光镜的前照灯

2、　自由曲面前照灯如图11所示:

图11

自由曲面前照灯外型这是近年来开展起来的一种新颖前照灯,在国外已被广泛应用,我国上海通用汽车公司1998年投产的BUICK轿车的前照灯也采用了自由曲面。

　　自由曲面前照灯,用一块光滑的玻璃替代了配光镜,原来配光镜的配光功能将由反射镜承当,在反射镜上划分了一块一块花纹,它的光学原理类似配光镜,每一块花纹都是由非规那么的自由曲面构成,它们的作用也是使光线左右,上下扩散或使光线仅仅是偏折。

图12表示光线经自由曲面反射镜反射后在测试面上形成一个符合照明标准的配光分布。

图12　测试面上形成的配光分布

自由曲面前照灯有以下特点:

（1）符合汽车车头向流线型开展潮流,在前外表倾斜使用时,它比配光镜光损失要小

（2）适合于设计灯具高度较低的一体灯。

（3）自由曲面反射镜可使H4灯省掉近光灯丝遮光罩,提高光的利用率（4）自由曲面前照灯造型新颖,设计灵活,适用于多种光源。

　　自由曲面形状复杂,必须采用计算机进行设计,设计时根据光斑要求自动生成曲面,并将设计的数据转换为加工指令,然后用加工中心或数控铣床进行加工,因此自由曲面的设计与加工必需依靠一套AD�CAM系统。

3、　多椭球射灯如图13所示:

图13　多椭球射灯

多椭球射灯形式的前照灯由光源,多椭球反射镜,遮光板及非球面透镜组成。

多椭球是一种非旋转对称的曲面,通过光轴的各个截面所得的椭圆具有不同的长半轴和短半轴,它的作用是使光源成像在遮光板附近,但垂直方向与水平方向具有不同的倍率,从而控制光斑尺寸与形状。

遮光板的作用可以产生清晰的明暗截止线,最后采用非球面透镜将光斑投射到需要照明的区域。

　　多椭球射灯所用的光源可以是卤钨灯,也可以是高压气体放电灯,图13所示的灯具就是采用高压气体放电灯,这是一种新颖的车灯光源,具有发光效率高,被照路面光照度高的优点。

*按光学组件的结构不同，可将前照灯分为半封闭式、封闭式两种。

1．半封闭式前照灯

　　半封闭式前照灯的结构如图5－11a、图5－12所示，其配光镜是靠卷曲反射镜边缘上的牙齿而紧固在反射镜上．两者之间垫有橡胶密封圈，灯泡只能从反射镜后端装入。

当需要更换损坏的配光镜时，撬开反射镜边缘的牙齿，安上新的配光镜后，再将牙齿复原。

由于半封闭式前照灯维修方便，因此得到广泛使用。

2．封闭式的前照灯

　　封闭式前照灯的反射镜和配光镜用玻璃制成一体，里面充以惰性气体。

灯丝焊在反射镜底座的灯丝支架上，反射镜的反射面经真空镀铝。

其结构如图5－11b、c所示。

为实现前照灯更亮、更远、更美观的要求，许多轿车上采用了投射式前照灯、高亮度弧光灯。