汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的應(yīng)用研究

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汽車前照燈光源及發(fā)展趨勢(shì) 燕坤善，牛萍娟，付賢松 (天津工業(yè)大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，天津300160) 摘要：介紹了汽車前照燈的發(fā)展歷程和技術(shù)現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了氙氣燈前照燈和發(fā)光二極管前照燈技術(shù)優(yōu) 勢(shì)，并展望了各種燈光源的應(yīng)用前景和汽車前照燈的發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：汽車；前照燈；氙氣燈；發(fā)光二極管 中圖分類號(hào)：TM9235 Light Source of Automobile Headlamp and Its Trend YAN Kunshan，NIU Ping-juan，F(xiàn)U Xian-song (School of Information and Communication of engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300160，China) Abstract：The development and status of automobile headlamp are presented，the technical superiority of HID and LED headlamp is focused，and the application foreground of the lighting sources and the trend of headlamp are ex plained Keywords：automobile；headlamp；HID；LED 1 引 言 汽車光源在照明領(lǐng)域中占有極其重要的地位。 其產(chǎn)量占整個(gè)照明光源總產(chǎn)量的10左右。前照燈 是汽車在夜間行駛時(shí)照明前方道路的燈具是保障 汽車安全運(yùn)行的重要部件之一。前照燈的照明距離 卜 越遠(yuǎn)，配光性越好，汽車行駛的安全性能就越高。 因此前照燈的設(shè)計(jì)中必須做到以下兩點(diǎn)： (1)光源技術(shù)上要達(dá)到高光通量，高效率，長(zhǎng)壽 命。 (2)燈具技術(shù)配光性能要好，不致使對(duì)方來(lái)車駕 駛員感到眩目，且設(shè)計(jì)嚴(yán)密，可靠性好。 隨著汽車技術(shù)的發(fā)展汽車前照燈在不斷地發(fā)生變 化。從早期乙炔氣前照燈發(fā)展到當(dāng)今最先進(jìn)的LED 汽車頭燈。經(jīng)歷了5代發(fā)展，下文將詳細(xì)闡述汽車 前照燈光源及發(fā)展趨勢(shì)【l】。 2 LED的恒流驅(qū)動(dòng)原理 21 第1代乙炔氣前照燈 1906年，世界上第一次用1個(gè)蓄電池供電的電 燈照明。在1909年，首次把乙炔燈作為變光裝置， 而前照燈具有高的輪廓亮度，乙炔氣火焰的亮度比 當(dāng)時(shí)的電光源所能達(dá)到的亮度高出1倍，因而，在 1925年以前使用的汽車前照燈幾乎全是乙炔前照 燈。乙炔氣燈火力強(qiáng)勁，亮度極高，但是需要消耗 大量的電石。其工作原理是電石(碳化鈣)與水發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生乙炔氣體氣體通過過濾器從氣管 末端被點(diǎn)燃，從而發(fā)出明亮、溫和的火焰，但這種 燈的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性較差。汽車電氣系統(tǒng)成熟以后， 汽車前照燈普遍采用了電光源。 2-2第2代白熾前照燈 1913年帶螺旋燈絲的充氣白熾燈泡問世，因 其具有較高亮度給電光源前照燈開辟了廣闊的前 景。白熾燈利用熾熱的鎢絲產(chǎn)生光輻射，使電燈發(fā) 出明亮的光芒。白熾燈帶動(dòng)了一場(chǎng)照明革命，開拓 了電光源事業(yè)的新紀(jì)元。然而由于當(dāng)時(shí)汽車電氣設(shè) 備系統(tǒng)的制約，直到1925年，電氣照明在汽車上才 得到廣泛的應(yīng)用。白熾燈的工作原理是電流通過燈 絲(鎢絲，熔點(diǎn)達(dá)3 000多攝氏度)時(shí)產(chǎn)生熱量， 螺旋狀的燈絲不斷將熱量聚集使得燈絲的溫度達(dá) 2 000 oC以上，燈絲在處于白熾狀態(tài)時(shí)，就象燒紅了 的鐵能發(fā)光一樣而發(fā)出光來(lái)。燈絲的溫度越高，發(fā) 出的光就越亮。普通白熾燈通過燈內(nèi)的金屬鎢在真 空環(huán)境下發(fā)光獲得照度。但是金屬鎢在真空環(huán)境下 通電，產(chǎn)生光的同時(shí)也產(chǎn)生鎢蒸氣，造成亮度逐漸 下降，越用燈光越暗。白熾燈應(yīng)用在汽車前照燈上 先后經(jīng)歷了可裝卸白熾燈泡、白熾真空前照燈等過 程，雖然很多車前大燈仍在使用白熾燈，但是由于 其發(fā)光效率低、壽命短等缺點(diǎn)，普通白熾燈終將逐 漸被淘汰21。 23第3代鹵素前照燈 對(duì)于普通白熾燈泡來(lái)說，要提高燈的光效，必 須提高燈絲的工作溫度。這將導(dǎo)致鎢蒸發(fā)加劇，燈 泡壽命縮短，玻殼迅速發(fā)黑，光輸出大幅度下降。 充氣能抑制鎢的蒸發(fā)，所充氣壓越高，鎢的蒸發(fā)越 小但充氣氣壓的提高受玻殼強(qiáng)度和制造工藝的限 制。如果用縮小玻殼的方法來(lái)提高機(jī)械強(qiáng)度，則燈 泡玻殼的工作溫度上升，普通玻璃難以承受，玻殼 黑化加?。撼浒睔夂碗瘹怆m能提高光效，但因價(jià)格 昂貴而很少采用。在長(zhǎng)期的實(shí)踐過程中，人們認(rèn)識(shí) 到鎢的蒸發(fā)是不可避免的最好能讓蒸發(fā)出來(lái)的鎢 重新返回?zé)艚z。經(jīng)過長(zhǎng)期的研究，鹵鎢燈于1959年 試制成功。它是利用鹵鎢循環(huán)的原理制成的，玻殼 采用耐高溫的石英玻璃當(dāng)燈內(nèi)充入適量的鹵素后， 在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下，從燈絲蒸發(fā)出來(lái)的鎢在玻壁 附近與鹵素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)性的鹵鎢化合 物，當(dāng)鹵鎢化合物擴(kuò)散到溫度較高的燈絲周圍區(qū)域 時(shí)，又分解成鹵素和鎢，釋放出來(lái)的鎢沉積在燈絲 上，而鹵素則繼續(xù)擴(kuò)散到溫度較低的玻壁附近與鎢 化合，這一過程稱為鹵鎢循環(huán)或鎢的再生循環(huán)。如 此循環(huán)不已，燈絲幾乎不會(huì)燒斷，燈泡也不會(huì)發(fā)黑， 所以它要比傳統(tǒng)的白熾前照燈壽命更長(zhǎng)、亮度更大。 現(xiàn)在的汽車大部分采用的都是這種前照燈。 鹵素?zé)粲衅洫?dú)特的配光結(jié)構(gòu)，每支燈光內(nèi)有兩 組燈絲，一組是主光束燈絲發(fā)出的燈光經(jīng)燈罩反 射鏡反射后徑直向前射去，這種光源就是我們平時(shí) 所說的“遠(yuǎn)光”。另一組是偏光束燈絲，發(fā)出的光被 遮光板擋到燈罩反射鏡子的上半部分，其反射出去 的光線都是朝下漫射向地面不會(huì)給對(duì)面來(lái)車的駕 駛者造成眩目，這種光源就是我們平常所說的“近 光”。 24第4代氙氣前照燈 氙氣燈，英文簡(jiǎn)稱是HID(High Intensity Dis charge Lamp)，即高強(qiáng)度氣體放電燈。它所發(fā)出的光 WWWomeinfocomcn Nov2008 37 照亮度是普通鹵素?zé)舻?倍，而能耗僅為其23，使 用壽命可達(dá)普通鹵素?zé)舻膌0倍。氙氣燈極大地增加 了駕駛的安全性與舒適性，還有助于緩解人們夜間 行駛的緊張與疲勞。駕車者可在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)危 險(xiǎn)，從而獲得足夠的反應(yīng)時(shí)間，很大程度減少了夜 間事故發(fā)生率。單從市場(chǎng)上看，氙氣前照燈有可能 會(huì)成為市場(chǎng)的主流。 氙燈是利用高壓、超高壓惰性氣體的放電現(xiàn)象 制成的高效率光源之一。氙氣也像汞和其他金屬原 子激發(fā)放電一樣，在適當(dāng)?shù)臈l件下會(huì)產(chǎn)生電離，發(fā) 出可見光。但是低氣壓氙氣放電的共振輻射波長(zhǎng)很 短，都在真空紫外區(qū)，且共振輻射效率低，因此低 氣壓氙氣放電發(fā)光效率低。然而與低氣壓氙氣放電 不同，氙氣在高壓、超高壓下放電時(shí)，原子被激發(fā) 到更高的能級(jí)，并被大量地電離，在可見光區(qū)域發(fā) 射連續(xù)光譜，與日光接近，發(fā)光效率也高。 HID具體發(fā)光原理是：在石英管內(nèi)，以多種化 學(xué)氣體充填，其中大部份為氙氣與碘化物等惰性氣 體，然后再通過鎮(zhèn)流器將車上12 V的直流電壓瞬間 增壓至23 000 V，經(jīng)過高壓震幅激發(fā)石英管內(nèi)的氙 氣電子游離，在兩電極之間產(chǎn)生光源這就是所謂的 氣體放電。 在點(diǎn)亮氙氣大燈時(shí)，燈泡中間有一顆玻璃球， 里面裝的就是氙氣。當(dāng)變壓器給到23 000 V的高壓 時(shí)，氙氣被擊穿，電離之后的氙氣就會(huì)發(fā)出讓人難以 想象的光芒，同時(shí)色溫可高達(dá)5 0008 000 K，接近 正午日光的顏色，人眼的接受度及舒適度很高。由 于它的種種優(yōu)勢(shì)，HID前大燈得到了越來(lái)越多研究 者的重視，已經(jīng)有越來(lái)越多的汽車廠商將氙氣大燈 作為標(biāo)準(zhǔn)配置。但是所有這些優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)必須建 立在一套安全可靠的高性能電子鎮(zhèn)流器的基礎(chǔ)上。 這是因?yàn)殡m然金屬鹵化物燈及其電子鎮(zhèn)流器的研 究已經(jīng)非常成熟，但是汽車HID前大燈有其固有的 工作要求和特殊性。 由于氣體放電的種種特性所以電子鎮(zhèn)流器的 要求也有其特殊之處： 卜 (1)供給燈管一個(gè)35 kV的啟動(dòng)電壓，使燈管 可靠點(diǎn)火，同時(shí)，當(dāng)HID氣體燈熄滅后，要再次熱 啟動(dòng)，其啟動(dòng)電壓達(dá)20 kV以上。 (2)含有金屬蒸氣的放電燈，在其蒸氣達(dá)到足 夠高的工作壓強(qiáng)以前，一般需要一個(gè)短的預(yù)熱時(shí)間 為了使燈管能快速穩(wěn)定，鎮(zhèn)流器在燈管被啟動(dòng)后， 應(yīng)能提供一個(gè)較額定電流高的電流輸出，加速放電 管的穩(wěn)定過程。 (3)對(duì)于HID氣體燈，當(dāng)其工作頻率1 kHZ時(shí)， 會(huì)出現(xiàn)所謂的聲共振現(xiàn)象。電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)應(yīng)能 有效地解決聲共振問題。這是導(dǎo)致HID氣體燈和熒 光燈在電子鎮(zhèn)流器上存在顯著差別的最主要原因。 (4)在燈管的壽命期間，鎮(zhèn)流器應(yīng)能補(bǔ)償管壓 的增大以實(shí)現(xiàn)燈管壽命期間的恒功率輸出。 (5)鎮(zhèn)流器對(duì)于可能出現(xiàn)的過壓、過流及燈管 損壞、短路等異常情況，應(yīng)能及時(shí)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作， 保護(hù)燈管及鎮(zhèn)流器電路。 由于車載HID電子鎮(zhèn)流器的技術(shù)要求極為嚴(yán) 格，原來(lái)的模擬電子鎮(zhèn)流器已不能精確實(shí)現(xiàn)HID燈 啟動(dòng)過程中復(fù)雜的時(shí)序控制，不能區(qū)分冷，熱燈工作 圖1 數(shù)字電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)框圖 圖2 2006款雷克薩斯HID放射性頭燈 狀態(tài)造成了燈泡發(fā)光效率低、壽命縮短等缺陷。 所以現(xiàn)在的電子鎮(zhèn)流器采用單片機(jī)數(shù)字化控制方式， 如圖1所示。對(duì)HID燈的啟動(dòng)過程實(shí)現(xiàn)了精確控 制，并且實(shí)現(xiàn)了比較復(fù)雜的算法，以滿足啟動(dòng)過程 中恒功率、變功率等控制要求。同時(shí)，數(shù)字化控制 可以對(duì)各種故障模式做出快速反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)輸入過欠 壓、輸入反接、輸出短路、輸出開路等各種保護(hù)功 能。雖然數(shù)字電子鎮(zhèn)流器現(xiàn)在已經(jīng)在國(guó)內(nèi)投入使用， 但產(chǎn)品的技術(shù)性能還未完全成熟嗍。 25第5代白光LED前照燈 LED是Light Emitting Diode(發(fā)光二極管)的縮 寫，早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)誕生，早期主要是 指示作用。90年代后，由于以GaN為基礎(chǔ)的白光二 極管的出現(xiàn)LED的目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域也發(fā)生了明顯改 變，并且開始成為白熾燈的世紀(jì)替代品，醞釀著一 場(chǎng)照明光源的革命。LED具有許多優(yōu)點(diǎn)，而其中最 重要的就是高度可靠性。一般來(lái)說，現(xiàn)在LED的壽 命比任何使用它們的系統(tǒng)都長(zhǎng)，這個(gè)特性對(duì)汽車照 明系統(tǒng)領(lǐng)域最具吸引力。在這個(gè)領(lǐng)域，可靠性既是 設(shè)計(jì)安全性又是避免昂貴維修費(fèi)用的關(guān)鍵。對(duì)于汽 車照明系統(tǒng)而言LED光源相對(duì)于其它光源具有以 下優(yōu)勢(shì)： 1)LED照明不是熱發(fā)光照明光源，因此使用 壽命可達(dá)510年 2)LED光源受電壓變化的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通 燈泡，顯示了卓越的安全性和可靠性，而且它完全 滿足環(huán)保節(jié)能的要求。 3)普通燈泡的啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。一般在100300 ms， 而LED大約只有250 Ixs。對(duì)于至關(guān)重要的制動(dòng)燈而 言，這樣的時(shí)間差距意味著高速行駛時(shí)相差47 m 的制動(dòng)距離和大大降低的事故發(fā)生率。 4)LED的耐震動(dòng)和耐沖擊性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普 參考文獻(xiàn) 通燈泡，而且有體積小和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?？?以說，LED是汽車照明系統(tǒng)非常理想的一種光源。 同時(shí)，其符合汽車燈具設(shè)計(jì)的小尺寸、低能耗、長(zhǎng) 壽命等要求 。 3結(jié) 論 LED前照燈優(yōu)勢(shì)明顯，與傳統(tǒng)白熾鎢絲燈泡和 13光燈相比較，LED不僅具有壽命可延長(zhǎng)l0倍， 耗電量?jī)H10，可在高頻操作的高反應(yīng)速度和環(huán)保 等優(yōu)點(diǎn)；由于可采用平面封裝技術(shù)，設(shè)計(jì)自由度高， 對(duì)于整體汽車產(chǎn)業(yè)來(lái)說，LED車燈不但將為汽車零 部件供應(yīng)鏈帶來(lái)巨大變革，未來(lái)汽車造型設(shè)計(jì)也將 因此有更多的可靠性。即便是和HID燈相比較， LED也毫不遜色，白光LED發(fā)光效率超過氣體放電 燈已經(jīng)指日可待；而且HID需要相當(dāng)復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電 路(電子鎮(zhèn)流器)來(lái)激發(fā)照明，而LED照明只需恒 流電路控制，大大降低了驅(qū)動(dòng)成本。 、 一 網(wǎng)3奧迪車型LED前照燈 當(dāng)然。白光LED前照燈離量產(chǎn)使用還有一定距 離，仍有諸多技術(shù)及設(shè)計(jì)瓶頸尚待攻克。例如光學(xué)設(shè) 計(jì)、散熱設(shè)計(jì)以及整體構(gòu)造等，但這些問題目前已有 相關(guān)的技術(shù)方案可以解決。目前全球各大汽車展 中都能看到以白光LED作為汽車頭燈的概念車款， 如圖3所示，不僅外觀別致，也比較實(shí)用，這都令人們 感覺到白光LED前照燈的實(shí)用化已經(jīng)越來(lái)越近51。 (No7) 【1】沈培宏LED頭燈現(xiàn)狀【J燈與照明，2006，30(3)：3639 2】朱小清，林翰照明技術(shù)手冊(cè)M】北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004，7677 WWWomeinfocorncn 39 Nov2008 【3王斌，曾家黔，胡立雪一種數(shù)字控制HID燈電子鎮(zhèn)流器的研制J】微電子學(xué)，2005，35(5)：539541 41t學(xué)，吳廣寧，蔣偉，李生林LED在汽車照明系統(tǒng)中的應(yīng)用J】燈與照明，2007，31(1)：3740 【5倪爾東LED汽車新光源D武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005 卜 本科學(xué)生畢業(yè)論文 汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的應(yīng)用研究 系部名稱： 汽車工程系 專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 BW05-9班 學(xué)生姓名： 張 彤 指導(dǎo)教師： 鮑 宇 職 稱： 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○○九年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Steering-assisted Application about the Auxiliary Lighting Device Candidate：Zhang Tong Specialty：Vehicle Engineering Class：BW05-9 Supervisor：Senior Experimental Division. Bao Yu Heilongjiang Institute of Technology 2009-06·Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 目 錄 摘要 ...................................................................................................................................... Abstract .............................................................................................................................. 第 1 章 緒論 ........................................................................................................................1 1.1 汽車車燈與安全 ............................................................................................................1 1.2 技術(shù)現(xiàn)狀 隨動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................................1 1.2.1 汽車 AFS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ...............................................................................................1 1.2.2 其他系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .........................................................................................................2 1.3 研究的主要內(nèi)容 ............................................................................................................2 第 2 章 汽車照明裝置的理論基礎(chǔ) ..............................................................................3 2.1 照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 ........................................................................................................3 2.1.1 車身外部照明裝置 .................................................................................................3 2.1.2 典型照明系統(tǒng) .........................................................................................................3 2.1.3 前照燈的類型 .........................................................................................................4 2.1.4 前照燈的構(gòu)造 .........................................................................................................5 2.2 汽車前照燈安裝和使用 ................................................................................................8 2.2.1 安裝 .........................................................................................................................9 2.2.2 前照燈的使用 .......................................................................................................10 2.3 前照燈光束照射位置的要求 ......................................................................................13 2.4 汽車前照燈路面照明特征 ..........................................................................................14 2.5 前照燈轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué)模型的建立 ......................................................................................15 2.6 本章小結(jié) ......................................................................................................................20 第 3 章 轉(zhuǎn)向輔助照明系統(tǒng)的研究 ............................................................................21 3.1 智能型隨 動(dòng)轉(zhuǎn)向大燈 ..................................................................................................21 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3.2 轉(zhuǎn)向輔助照明燈 ..........................................................................................................22 3.3 動(dòng)靜結(jié)合智能前照燈系統(tǒng) ..........................................................................................23 3.4 本章小結(jié) ......................................................................................................................23 第 4 章 簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)智能轉(zhuǎn)向照明系統(tǒng) ........................................................................24 4.1 AFS 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)構(gòu)想 .............................................................................................24 4.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 .......................................................................................................24 4.1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .......................................................................................................26 4.2 系統(tǒng)的組成器件 ..........................................................................................................26 4.2.1 步進(jìn)電機(jī) ...............................................................................................................26 4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) ...................................................................................................28 4.2.3 中央控制單元的選擇 ...........................................................................................29 4.2.4 傳感器的選擇 ...........................................................................................................................30 4.2.5 LIN(Local Interconnect Net-work)總線 .............................................................................30 4.3 本章小結(jié) ......................................................................................................................31 第 5 章 AFS 系統(tǒng)在具體車型中的應(yīng)用 ..................................................................32 5.1 凱旋 AFS 系統(tǒng)的組成器件 ........................................................................................32 5.2 凱旋 AFS 系統(tǒng)工作流程 ............................................................................................32 5.3 本章小結(jié) ......................................................................................................................33 結(jié)論 ......................................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................35 致謝 ......................................................................................................................................37 附錄 ......................................................................................................................................38 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 I 摘 要 汽車前照燈是汽車的重要安全部件，保證汽車在夜間或能見度較低的環(huán)境下能安 全行駛。目前汽車前照燈只具有固定的照射范圍，在夜間彎道行駛時(shí)會(huì)在彎道內(nèi)側(cè)產(chǎn) 生照射盲區(qū)，影響行車安全。本文對(duì)汽車前照燈夜間路面照明特征以及轉(zhuǎn)向方案進(jìn)行 分析，提出既能很好解決轉(zhuǎn)向輪行駛路面照明，又能較好解決后輪行駛路面照明問題 的綜合方案。并在此基礎(chǔ)上研究轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的可行性。 本文所研究的是汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的應(yīng)用。 文章首先闡述汽車車燈與行車安全的重要關(guān)系；然后對(duì)汽車車燈進(jìn)行介紹與分析。 從而明確汽車對(duì)車燈的要求；接下來(lái)對(duì)汽車夜間行駛情況建立數(shù)學(xué)模型；最后通過對(duì) 夜間行車所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析研究，設(shè)計(jì)一款可行的智能隨動(dòng)轉(zhuǎn)向輔助照明系 統(tǒng)；通過本論文的研究，說明在汽車上安裝轉(zhuǎn)向輔助照明裝置是可行的。 關(guān)鍵詞：汽車轉(zhuǎn)彎；前照燈；規(guī)律分析；智能彎道輔助照明系統(tǒng)；配光性能 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 II ABSTRACT The headlamp is an important safety components. At present, only motor vehicle headlamps illuminated area of fixed, moving at night will turn the inner corner irradiation have blind spots, the impact of traffic safety. In this paper, automobile headlamp illumination at night the road to program features, as well as an analysis, the only solution to turn a good round of road traffic lights, driving the rear wheels can better solve the problem of road lighting integrated programs. On the basis of this research to the feasibility of auxiliary lighting. In this article,we study about the auxiliary lighting device of steering. The article first car lights on traffic safety and the importance of the relationship; and then introduced the car lights and analysis. In order to clear the requirements of motor vehicles on the lights; next to the vehicle traveling at night to establish the mathematical model; final journey through the night by the establishment of a mathematical model to analyze the research, design a possible follow-turned-assisted intelligent lighting system; through this thesis Research shows shift in vehicle auxiliary lighting installation is feasible. Key words：Automobile curve；Headlamp ；Rule Analysis; Adaptive Front-lighting System; Headlamp with optical properties 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒 論 1.1 汽車車燈與安全 現(xiàn)有的汽車照明燈一般都固定在汽車前端而且只是朝前方照射，這對(duì)在直線路面 和彎度不大的路面上駕駛不會(huì)有太大影響，但如果在轉(zhuǎn)彎處特別是在山路行駛就非常 不便。傳統(tǒng)的車用照明燈頭燈總成采用單體設(shè)計(jì)，燈泡可以轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，照明角度 會(huì)隨車輛轉(zhuǎn)向而改變角度，但實(shí)際上照明范圍還是要受到頭燈轉(zhuǎn)向角度的限制，改善 不是很明顯，因而在夜間行車至彎路前就找不到彎路前方的路面情況，同時(shí)也易給迎 面的其他道路使用者造成眩目。另外，車輛載重量的變化、剎車和提速等情況都會(huì)引 起車身傾斜角度發(fā)生變化，從而使近光燈的光束傾角發(fā)生變化，塞滿行李的后備箱和 猛然提速會(huì)造成車尾下沉，車頭抬高，以致燈光晃得對(duì)面車輛的駕駛員睜不開眼；剎 車時(shí)車頭又會(huì)下沉，尤其是在緊急制動(dòng)時(shí)，因車頭下扎厲害，可能會(huì)造成視距喪失 1。 基于上述各種情況，要克服汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)道路照明的盲區(qū)，就需要改革傳統(tǒng)前 照燈照明系統(tǒng)，設(shè)計(jì)前照燈能自動(dòng)偏轉(zhuǎn)的照明系統(tǒng)，使汽車前照燈在轉(zhuǎn)彎時(shí)能適時(shí)自 動(dòng)調(diào)整照距和投射角度，合理照明范圍，將照明的盲區(qū)死角減為零，大幅度提升夜間 彎道行駛時(shí)對(duì)道路的辨識(shí)度，減少會(huì)車時(shí)對(duì)迎面車輛的眩光影響，改善夜間行車的安 全性。 1.2 技術(shù)現(xiàn)狀隨動(dòng)轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 汽車 AFS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 智能轉(zhuǎn)向照明技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能化高級(jí)前照燈系統(tǒng)過程中的一個(gè)重要成果。智能轉(zhuǎn) 向照明技術(shù)的出現(xiàn)，使汽車在間轉(zhuǎn)彎時(shí)的“視覺盲點(diǎn)”現(xiàn)象成為過去。現(xiàn)在市面上出 現(xiàn)的前大燈智能彎道輔助照明系統(tǒng)AFS 系統(tǒng)（Adaptive Front-lighting System）就是 一種能適應(yīng)各種不同環(huán)境的新型前照燈系統(tǒng)，能更好地適應(yīng)各種速度、路的類型和天 氣條件的變化等，滿足不同路況下的彎道駕駛照明需求，實(shí)現(xiàn)針對(duì)諸如市區(qū)、郊外、 高速公路及越野等不同的需求而采用相應(yīng)的智能照明模式 2。與傳統(tǒng)前照燈相比較， 隨動(dòng)轉(zhuǎn)向大燈能夠在彎路上提供更多需要的照明（如圖 1.1 傳統(tǒng)前照燈和 AFS 系統(tǒng) 前照燈照明范圍的對(duì)比） 。 目前在國(guó)產(chǎn)轎車中，只有寶馬 545i、330i、奔馳新 E 級(jí)、東風(fēng)雪鐵龍的凱旋、廣 州豐田的凱美瑞和東風(fēng)日產(chǎn)的天籟裝有隨動(dòng)轉(zhuǎn)向大燈。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 圖 1.1 傳統(tǒng)前照燈和 AFS 系統(tǒng)前照燈的照明范圍 1.2.2 其他系統(tǒng)簡(jiǎn)介 其它輔助照明還包括機(jī)械性轉(zhuǎn)向大燈和轉(zhuǎn)向輔助照明燈。 機(jī)械性轉(zhuǎn)向大燈是采用機(jī)械聯(lián)動(dòng)的方式使前照燈旋轉(zhuǎn)一定角度，從而看清彎道情 況。但用機(jī)械聯(lián)動(dòng)方式成本較高且裝置穩(wěn)定性和可靠性沒有保證。 轉(zhuǎn)向輔助照明燈是通過在外側(cè)安裝側(cè)向輔助燈，在轉(zhuǎn)彎時(shí)開啟來(lái)實(shí)現(xiàn)夜間彎道照 明的。其優(yōu)點(diǎn)是成本低，不影響大燈原來(lái)的照射范圍且同時(shí)擴(kuò)大本車的照明范圍。但 加大照明范圍會(huì)在會(huì)車時(shí)影響到對(duì)面的車輛，道理跟盲目使用遠(yuǎn)光燈一樣。 1.3 研究的主要內(nèi)容 因?yàn)槠胀ǖ那罢彰鳠粼谑褂弥杏幸欢ǖ木窒扌?，只具有固定的照射范圍，在彎?內(nèi)側(cè)易出現(xiàn)“盲區(qū)” 。汽車隨動(dòng)轉(zhuǎn)向大燈，安裝在貨車、普通客車上，利用汽車轉(zhuǎn)彎 時(shí)的偏轉(zhuǎn)角度和速度變化，通過電控單元驅(qū)動(dòng)車燈的轉(zhuǎn)向，增強(qiáng)了車輛在彎道或十字 路口拐角處的照明，提高了駕駛員夜間的可視性，增加汽車行駛的安全性，對(duì)道路運(yùn) 輸安全具有十分重要意義。 本文便是對(duì)轉(zhuǎn)向輔助照明裝置實(shí)現(xiàn)的可行性進(jìn)行論述。其主要有以下幾個(gè)方面： 1、分析汽車大燈的結(jié)構(gòu)與類型、汽車燈光的安裝與使用、為輔助照裝置的選型 提供依據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型； 2、對(duì)汽車隨動(dòng)轉(zhuǎn)向規(guī)律進(jìn)行分析； 3、設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的簡(jiǎn)易流程； 4、分析具體汽車輔助照明裝置在具體車型中的應(yīng)用。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 第2章 汽車照明裝置的理論基礎(chǔ) 2.1 照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 2.1.1 車身外部照明裝置 車身外部照明裝置包括前照燈、示寬燈、 （前小燈） 、后燈、牌照燈、霧燈和防空 燈。 前照燈是車輛的主要燈具。用于夜間行駛時(shí)照明前方道路，它有遠(yuǎn)光和近光兩種 光束可供切換。遠(yuǎn)光用于以較高車速行駛且迎面無(wú)其他來(lái)車的道路上，近光則是在會(huì) 車和市區(qū)明亮的道路上行駛使用。遠(yuǎn)光燈功率一般為 45W60W，近光燈功率為 20W55W。光亮度一般為 50cd/60cd/ 。 前照燈主要有燈泡組件、反光罩和透光玻璃等組成。 示寬燈（前小燈）主要用于夜間會(huì)車，使迎面駕駛員能判斷出本車的外廓寬度， 又稱前小燈。有的汽車裝有一個(gè)或兩個(gè)示高燈，裝有兩個(gè)時(shí)，左右分置，兼起示寬作 用。一般每車兩盞或四盞，裝于汽車前后兩邊緣。燈泡功率一般為 100W，光亮度為 6cd/12cd/ 后燈便于后車駕駛員判斷前車的位置而與之保持一定得安全行車距離。后燈為紅 色，燈光功率為 8cd/10cd/ 牌照燈因牌照所在位置不同而不同，卡車在后端一側(cè)貨箱下面，小轎車則在中間。 其標(biāo)準(zhǔn)要求是光束不應(yīng)外射，應(yīng)在 25m 距離能確認(rèn)清牌照號(hào)碼。燈光為白色，燈泡 功率為 5W15W。 霧燈用于經(jīng)常在多霧地區(qū)行駛的汽車及軍用越野車等。光色為黃色，因黃色光穿 透能力強(qiáng)，可在霧區(qū)提供必要的可視區(qū)。燈泡功率為 35W 左右。 越野汽車往往還在車身前部裝有防空燈，其特點(diǎn)是燈上部有伸出的燈罩，不讓燈 光向上射出。 另外，在其他專用車輛上還有許多專用燈具。如警車、消防車、救護(hù)車、出租車 等的專用警告燈 3。 2.1.2 典型照明系統(tǒng) 照明設(shè)備主要用于夜晚照明道路 ，標(biāo)示車輛寬度，照明車廂內(nèi)部、儀表，夜間 檢修照明等。照明系統(tǒng)的組成及線路如圖 2.1 所示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 1車燈開關(guān) 2熔斷絲 3燈光繼電器 4蓄電池 5發(fā)動(dòng)機(jī) 6電流表 7霧燈開關(guān) 8交流發(fā)電機(jī) 9霧燈 10前照燈遠(yuǎn)光燈 11變光開關(guān) 12前照燈近光燈 13示廓燈 14儀表燈 16頂燈 17工作燈 圖 2.1 照明系統(tǒng)線路 2.1.3 前照燈的類型 前照燈也稱大燈，安裝在車輛前端的兩側(cè)，用來(lái)在汽車夜間行駛時(shí)照亮前方的道 路。汽車前照燈按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為：全封閉式前照燈，半封閉式前照燈。按前照燈 在汽車上的安裝方式又可分為：外裝式前照燈，內(nèi)裝式前照燈和可藏式前照燈。按其 形狀可分為：圓形前照燈，方形前照燈，長(zhǎng)方形前照燈及異性前照燈。若按汽車安裝 前照燈的數(shù)量可分為：兩燈制前照燈系統(tǒng)，四燈制前照燈系統(tǒng)以及帶有輔助前照燈的 前照燈系統(tǒng)等。 當(dāng)前汽車前照燈的種類繁多，一般常見到的前照燈有：小直徑 136mm 圓燈， 小尺寸 160mm100mm 方形燈，這兩種前照燈多用來(lái)組成汽車四燈制前照燈系統(tǒng)。 大直徑 180mm 圓燈，大尺寸長(zhǎng)方形燈及異形燈組成汽車兩燈制前照燈系統(tǒng)。目前 汽車異形前照燈系統(tǒng)發(fā)展很快，所謂異形前照燈就是根據(jù)汽車造型的美學(xué)觀點(diǎn)，將前 照燈外形設(shè)計(jì)成與汽車的整體造型相協(xié)調(diào)，并使汽車的風(fēng)阻系數(shù)很小。還有運(yùn)動(dòng)型跑 車為了更進(jìn)一步減小前照燈部分的分組系數(shù)，增強(qiáng)其照明效果，往往把前照燈設(shè)計(jì)成 內(nèi)隱式，白天行駛時(shí)看上去似乎沒有前照燈，但在夜間行駛時(shí)能自動(dòng)將前照燈罩蓋打 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 開同時(shí)點(diǎn)亮前照燈。 2.1.4 前照燈的構(gòu)造 1、總體構(gòu)造 圖 2.2 為前照燈總成的基本結(jié)構(gòu)形式，前照燈主要由反射鏡、散光玻璃、燈泡、 燈座和燈殼組成 4。 1前照燈外殼 2燈圈 3反射鏡 4燈泡 5配光鏡 6燈泡座 7燈殼座 圖 2.2 前照燈的結(jié)構(gòu) 2、燈泡總成 燈泡總成有以下幾種： （1）組合式燈泡總成 組合式燈泡總成是由配光鏡、燈泡、反射鏡、燈泡座、光軸調(diào)整裝置以及前照燈 外殼等主要零部件共同組成。各個(gè)零件可以拆開，燈泡可以更換（圖 2.3a） 。 （2）金屬殼封閉式（MSB ）燈泡總成 金屬殼封閉式燈泡總成是由配光鏡、燈泡、反射鏡、以及金屬殼等主要零件共同 組成。裝配時(shí)將配光鏡的外殼和反射鏡的外殼焊接成為整體，構(gòu)成一個(gè)整體封閉式前 照燈總成，燈泡不可以更換（圖 2.3b） 。 （3）全封閉式（SB）燈泡總成 全封閉式燈泡總成由配光鏡、反射鏡、以及金屬殼等主要零件共同組成。全封閉 式燈泡總成沒有燈泡、反射鏡和配光鏡的外殼焊接成整體，在反射鏡的焦點(diǎn)處直接裝 置燈絲，形成一個(gè)無(wú)燈泡的全封閉式的前照燈總成，燈絲不可以更換 5（圖 2.3c） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 1光軸 2反光鏡 3配光鏡 4燈泡 5近光燈絲 6遠(yuǎn)光燈絲 7導(dǎo)線座 8遮光屏 9燈泡座 圖 2.3 前照燈的燈泡總成 （4）異形前照燈 現(xiàn)代轎車上已不采用傳統(tǒng)的圓形前照燈或矩形前照燈，通常是根據(jù)轎車前面罩的 曲面造型來(lái)制成異形前照燈。異形前照燈是全封閉式燈泡的變形，由異形配光鏡、反 射鏡、以及金屬殼等組成，異形配光鏡用聚碳酸酯制造，有良好的透明度和不同的配 色。在設(shè)計(jì)確定的反射鏡位置處，直接裝置前照燈燈絲和霧燈燈絲等燈絲，形成有不 同用途和光色的異形前照燈總成。 3、前照燈的光學(xué)系統(tǒng) 前照燈的光學(xué)系統(tǒng)組件包括反射鏡、配光鏡和光源定焦三個(gè)部分 6。 （1）反射鏡 反射鏡通常由冷軋薄板沖壓而成。為增強(qiáng)光學(xué)效果和提高反射率，反射鏡的表面 多制成旋轉(zhuǎn)拋物面并進(jìn)行真空鍍鋁，以便盡可能多地收集燈泡發(fā)出的光線，并將其聚 合成光束射向前方道路。實(shí)驗(yàn)證明：一個(gè)裝 50W60W 燈泡的前照燈，假若不用反射 鏡則只能照亮車前 6m 的路段，加裝反射鏡后其光束可加強(qiáng)到 6000cd/16000cd/ 以上，能照亮車前 150m 路段，而另一部分的直射散光可照亮 5m 10m 內(nèi)的范圍， 如 圖 2.5 所示。 （2）配光鏡 配光鏡又稱散光玻璃或散光鏡，是前照燈的燈面，可用無(wú)色透明玻璃模壓制成， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 其表面具有棱鏡形和透鏡形的復(fù)合波紋，可將反射出的集中強(qiáng)光線予以折射和散射， 使前照燈發(fā)出符合一定光線分布要求的光束，以獲得良好而均勻的照明，如圖 2.6 所 示。 圖 2.5 反射鏡反射光線情況 圖 2.6 配光鏡的結(jié)構(gòu)與作用 （3）光源及定焦 汽車照明及燈光信號(hào)的光源均是燈泡，燈泡的選型和優(yōu)劣對(duì)照明效果影響很大。 現(xiàn)代汽車用光源多采用雙絲燈泡。 （4）車燈的發(fā)展過程 1898 年，哥倫比亞號(hào)電動(dòng)汽車把電用于前燈和尾燈，這樣車燈就誕生了。最初 的前大燈不能調(diào)光，所以在會(huì)車時(shí)有些晃眼，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，后來(lái)采用了附加光 度調(diào)節(jié)器。這種前大燈可以在垂直方向移動(dòng)，但駕駛員必須下車搬動(dòng)夾具裝置。 1898 年，美國(guó)電氣公司將電燈拋物面反射鏡推廣于大燈，側(cè)燈和尾燈。 1906 年，世界上第一次用一個(gè)蓄電池供電的電燈照明。 1909 年，首次把乙炔燈作為變光裝置。 1916 年，美國(guó)使用了行車燈。 1920 年，當(dāng)選用倒檔裝置時(shí)，使用了倒車燈。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 1920 年，美國(guó)通用汽車公司首先裝了內(nèi)燈。 1925 年，導(dǎo)航公司推廣了雙絲燈泡，遠(yuǎn)光和近光的調(diào)節(jié)通過裝在轉(zhuǎn)向柱上的開 關(guān)來(lái)控制。 1926 年，通用汽車公司把大燈變光開關(guān)從方向盤移到地板。 1938 年，第一次采用封閉的內(nèi)燈。 1938 年，別克汽車制造商提供了轉(zhuǎn)向燈作為選用的附件，但當(dāng)時(shí)只在汽車尾部 安裝。 1940 年以后，汽車前面也裝有轉(zhuǎn)向信號(hào)燈了，且信號(hào)開關(guān)具有隨時(shí)調(diào)節(jié)的功能 7。 汽車前照燈的發(fā)展大致經(jīng)歷了白熾燈、鹵素?zé)艉碗瘹鉄羧齻€(gè)階段。20世紀(jì)六十年 代以前，白熾燈是汽車照明的首選，但是昏黃的燈光只能供給速度較慢的汽車，而且 由于白熾燈質(zhì)量不穩(wěn)定，常有事故發(fā)生；1960年以后，鹵素?zé)舫蔀槠囌彰鞯男聦檭骸?鹵素?zé)?，就是在燈泡?nèi)摻入少量的的惰性氣碘，從燈絲蒸發(fā)出來(lái)的鎢原子與碘原子相 遇反應(yīng)，生成碘化鎢化合物，當(dāng)?shù)饣u化合物一接觸白熱化的燈絲(溫度超過1450)， 又會(huì)分解還原為鎢和碘，鎢又重新歸隊(duì)回到燈絲中去，碘則重新進(jìn)入氣體中。如此循 環(huán)不已。燈絲幾乎不會(huì)燒斷，燈泡也不會(huì)發(fā)黑。所以它要比傳統(tǒng)的白熾前照燈壽命更 長(zhǎng)，亮度更大；隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，性能更加優(yōu)良的氙氣燈 (High Intensity Discharge Lamp，高壓氣體放電燈，簡(jiǎn)稱HID)的誕生，將汽車照明燈 具提升到更高的層次。氙氣燈的原理是在UVcut抗紫外線水晶石英玻璃管內(nèi)，以多 種化學(xué)氣體充填，其中大部份為氙氣(Xenon)與碘化物等惰性氣體。然后再透過增壓 器(Ballast)將車上12V的直流電壓瞬間增壓至23000V的電流，經(jīng)過高壓振幅激發(fā)石英 管內(nèi)的氙氣電子游離，在兩電極之間產(chǎn)生光源，這就是所謂的氣體放電。而由氙氣所 產(chǎn)生的白色超強(qiáng)電弧光?？商岣吖饩€色溫值，類似白晝的太陽(yáng)光芒，HID工作時(shí)所需 的電流量?jī)H為3.5A，亮度是傳統(tǒng)鹵素?zé)襞莸?倍，使用壽命比傳統(tǒng)鹵素?zé)襞蓍L(zhǎng) 10倍； 現(xiàn)在，一項(xiàng)潛力巨大的技術(shù)LED燈開始被應(yīng)用。 LED是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱，LED 燈即半導(dǎo)體照明燈，因其是一種固態(tài)冷光源，具有工作電壓低、耗電少、發(fā)光效率高、 壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，成為照明領(lǐng)域的新寵 8。白熾燈的壽命一般為10002000小時(shí)，而 LED燈的理論壽命則長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，并且比白熾燈省電80，比熒光節(jié)能燈省電 50。LED光譜中沒有紫外線和紅外線，屬于典型的綠色光源，并且它控制方便，只 要控制電流，就可以隨意調(diào)光 9。 2.2 汽車前照燈安裝和使用 汽車前照燈是保障行車安全運(yùn)行的重要部件之一，前照燈的安裝及光束照射位置 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 9 是保證汽車行駛安全的重要指標(biāo)。前照燈是汽車在夜間或在能見度較低的條件下，為 駕駛員提供行車道路照明的重要設(shè)備，也是駕駛員發(fā)出警示、進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的燈光信號(hào)裝 置。所以，前照燈必須有正確的安裝位置和正確的照射方向，如果前照燈安裝位置不 當(dāng)或光束照射位置調(diào)節(jié)不當(dāng)，會(huì)造成駕駛員對(duì)前方道路情況辨認(rèn)不清或在與對(duì)面來(lái)車 交會(huì)時(shí)造成對(duì)方駕駛員眩目等，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。 2.2.1 安裝 首先汽車裝用的前照燈，其配光性能應(yīng)符合 GB 459994汽車前照燈配光性能 的規(guī)定；同一輛汽車上對(duì)稱安裝的前照燈，其類型、規(guī)格、光色須一致；汽車前左、 右兩邊必須對(duì)稱安裝具有遠(yuǎn)光和近光的前照燈。裝用四燈制前照燈，四燈并排時(shí)，其 中一對(duì)遠(yuǎn)、近光雙光束燈應(yīng)對(duì)稱裝于外側(cè)；另一對(duì)遠(yuǎn)單光束燈應(yīng)對(duì)稱裝于內(nèi)側(cè)；并且 汽車前照燈在車上的安裝位置應(yīng)符合 GB 478598汽車及掛車外部照明和信號(hào)裝 置的數(shù)量、位置和光色的有關(guān)規(guī)定；機(jī)動(dòng)車的前照燈光束在水平和垂直方向都應(yīng)能 調(diào)整，并以照準(zhǔn)的光束方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，其可調(diào)整角度應(yīng)不小于430；前照燈配光 鏡在前照燈中的位置應(yīng)保持正確，其上下方位不得顛倒或旋轉(zhuǎn)歪斜；同一輛機(jī)動(dòng)車的 前照燈，其左、右，遠(yuǎn)、近光不允許交叉開亮。 1、配光性能 前照燈的配光應(yīng)使其近光具有足夠的照明和不眩光，遠(yuǎn)光具有良好的照明 6。 配光性能應(yīng)在前照燈基準(zhǔn)中心前 25m，過 HV 點(diǎn)的鉛垂配光屏幕上測(cè)定，配光屏 幕的具體布置如圖 2.7 所示。 3 9 6 0 3 9 6 0 2 2 5 02 2 5 0 1 5 0 0 7 5 0 7 5 0 h h H 3 H 1 H 2 5 L 道路中心線 V V 區(qū) 2 5 R I V 區(qū) 5 0 V 5 0 R B 5 0 L I I I 區(qū) H 1 I I 區(qū) 7 5 L 5 0 0 7 5 R 2 5 0 2 5 0 H 2 1 5 4 5 3 7 5 m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m 圖 2.7 前照燈配光特性 2、遠(yuǎn)光的配光要求 遠(yuǎn)光要能夠照清楚 100m 左右寬度超過 2m 的路面，通常燈泡裝置在反射鏡主焦 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 10 點(diǎn)處由反射鏡反射出平行于軸線方向的光束形成，遠(yuǎn)光沿軸線方向的照度與反射鏡的 反射面積成正比。表 2.1 表示遠(yuǎn)光可達(dá)到的照度值。 表 2.1 遠(yuǎn)光可達(dá)到的照度值 反射鏡尺寸（mm） 圓形鏡 （mm） 矩形鏡（長(zhǎng)寬） 130 165 180 200140 220140 240130遠(yuǎn)光 25m 處最大照度 點(diǎn)的平均照度 lx 60 75 80 90 100 110 3、近光的配光要求 在配光屏幕上，近光應(yīng)產(chǎn)生明顯的明暗截止線，其水平部分在 V-V 線的左側(cè)， 右側(cè)為與水平線向上 15的斜線，或向上成 45斜線至水平線垂直距 25cm 轉(zhuǎn)向水平的 折線。 4、發(fā)光強(qiáng)度要求 每只前照燈的遠(yuǎn)光光束發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到表 2.2 的要求。允許四燈制汽車其中兩只 對(duì)稱的燈達(dá)到兩燈制要求視為合格。 表 2.2 前照燈遠(yuǎn)光光束發(fā)光強(qiáng)度要求 新注冊(cè)車 在用車 檢查項(xiàng)目 車輛類型 兩燈制 四燈制 兩燈制 四燈制 汽車、無(wú)軌電車 15000cd 12000cd 12000cd 10000cd 2.2.2 前照燈的使用 1、前照燈有遠(yuǎn)、近光兩種燈光 遠(yuǎn)光用于前方無(wú)來(lái)車或不尾隨其它車輛時(shí)的行駛照明。要求是要有有明亮而均勻 的照明，夜間應(yīng)能照到車前方 100m 處的物體；近光用于兩車相會(huì)時(shí)的近距離照明； 還用于夜間尾隨前車與前車或在有路燈照明的城市道路上行駛。對(duì)近光燈的要求是夜 間應(yīng)能照明車前 40m 范圍內(nèi)的路面，并不能使迎面行車的駕駛員或附近行人眩目。 2、前照燈的防眩目 所謂眩目是指人眼睛突然受到強(qiáng)光照射，由于視覺神經(jīng)受到刺激而失去對(duì)眼睛的 控制，本能地閉上眼睛或強(qiáng)光照射后看不清暗處物體的生理現(xiàn)象。這種現(xiàn)象很容易導(dǎo) 致交通事故，因此，防止前照燈的眩目對(duì)保證夜間汽車安全行駛非常重要。 汽車上一般采用具有遠(yuǎn)光和近光的雙絲燈泡來(lái)避免眩目。遠(yuǎn)光燈絲光束照射距離 遠(yuǎn)，且射向遠(yuǎn)方，用于無(wú)迎面來(lái)車時(shí)的照明，以提高車速。近光燈絲光束照射距離近 且射向路面，不會(huì)產(chǎn)生眩光，在會(huì)車時(shí)使用。通過及時(shí)切換遠(yuǎn)、近光燈可避免眩目的 發(fā)生。 國(guó)內(nèi)外在防眩目這一領(lǐng)域的研究主要集中在以下幾個(gè)方面： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 11 （1）采用雙絲燈泡。這種燈泡的遠(yuǎn)光燈絲位于焦點(diǎn)上，功率較大；近光燈絲處 于焦點(diǎn)的上方，且功率較小。當(dāng)會(huì)車時(shí)，接通近光，由于亮度較弱，經(jīng)反射后的光線 大部分是射向車的下方，無(wú)直射對(duì)方駕駛者的眩光。 （2）采用帶配光屏的燈泡。即在雙絲燈泡的近光燈絲下方，加裝一個(gè)配光屏， 當(dāng)近光接通時(shí)，配光屏能讓上部分光線經(jīng)反射后照亮車前 30m 路段，而下部分光線 則完全被配光屏遮住，無(wú)法反射，從而不會(huì)產(chǎn)生眩光。使用遠(yuǎn)光時(shí)，配光屏不起作用， 反射光束仍直射前方。由于帶配光屏的燈泡防眩目效果好，現(xiàn)代汽車幾乎全部采用這 種燈泡。 （3）不對(duì)稱近光結(jié)構(gòu)。為了改善近光的照明效果，采用了非對(duì)稱近光結(jié)構(gòu)。它 的主要特點(diǎn)是，將燈光的遮罩開口擴(kuò)大為 195(標(biāo)準(zhǔn)型為 180)，使光束截面的形 狀清晰而完美?？拷鎭?lái)車一側(cè)的光束落地距離短，即光束低，從而防止眩目。而 另一側(cè)光束的落地距離長(zhǎng)，即光束抬高，從而增加視見距離。 （4）z 型配光。目前國(guó)外又發(fā)展了一種更優(yōu)良的光形，由于明暗截止線呈 z 型， 故稱 z 形配光。它不僅可以防止駕駛者眩目，還可以防止迎面而來(lái)的行人和非機(jī)動(dòng)車 使用者眩目，進(jìn)一步保證了汽車行駛的安全。 （5）雙燈泡雙反射鏡結(jié)構(gòu)。在一個(gè)燈殼內(nèi)裝兩只燈泡，每只燈泡又設(shè)置專用的 反射鏡，其中一只燈泡提供聚焦非常精確的標(biāo)準(zhǔn)光束，以增加照度；另一只燈泡提供 遠(yuǎn)距離的強(qiáng)光束。 此外，還可以將反射鏡作成非完全拋物面形狀，如雙焦點(diǎn)式或軸線式，以便充分 利用光源，既能避免眩目，又能提高照度。 3、前照燈光束的調(diào)整 前照燈經(jīng)過這么多年的發(fā)展，應(yīng)該說技術(shù)上已經(jīng)成熟，從雙光束前照燈的出現(xiàn)， 就已經(jīng)解決了會(huì)車眩目和行車照明的矛盾。但在日常使用中，還會(huì)因各種原因使前照 燈光束的傾角發(fā)生變化，改變了前照燈正確的工作狀態(tài)，從而產(chǎn)生眩目。 （1）常見一些汽車的前照燈光束調(diào)整不當(dāng)，有的光束上翹，在 150m 外平路會(huì) 車時(shí)，光束就直射對(duì)方駕駛者而導(dǎo)致眩目。 （2）有的汽車前照燈近光光束偏左，會(huì)車時(shí)近光燈光束正好射到對(duì)方駕駛者， 使之看不清車前道路和障礙。 （3）還有的前照燈光束偏下，落地不足 50m，從而影響行車視野。 （4）若雙絲燈泡安裝不正確，或者因道路不平引起顛簸時(shí)，光束的傾斜角要發(fā) 生改變，也有可能產(chǎn)生一定的眩目。 （5）由于載荷的變化或車輛懸架和其它部分的運(yùn)動(dòng)會(huì)影響光束傾角，亦有可能 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 12 產(chǎn)生一定的眩目。由于以上原因，使前照燈的光束照射位置不當(dāng)。這樣會(huì)影響正常的 有效照明度及迎面車輛駕駛者的視野，極大地影響行車安全和運(yùn)輸效率。因此，正確 調(diào)校前照燈光束位置十分重要，在汽車的定期維護(hù)和定期保養(yǎng)中(即每行駛 2000km)， 要對(duì)前照燈的光束方向和距離進(jìn)行檢驗(yàn)，必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。 根據(jù) GB72581999機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件 中對(duì)前照燈檢驗(yàn)項(xiàng)目的要求， 前照燈的發(fā)光強(qiáng)度為：2 燈制每只燈應(yīng)為 12000cd，照度為 1.2lx；4 燈制每只燈應(yīng)為 10000cd，照度值為 1.0lx。用投影或前照燈檢驗(yàn)儀對(duì)燈光進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，其距離應(yīng)為 3m，此時(shí)燈光檢驗(yàn)儀受光器上得到的照度值應(yīng)分別為 1333lx、1111lx。如果燈光光 束達(dá)不到上述要求，可拆下燈罩板，用調(diào)整螺釘調(diào)整光束的高低或左右位置。 應(yīng)保證前照燈裝配正確，配光玻璃的安裝不得倒置或歪斜，要保持棱面垂直。燈 泡應(yīng)有保護(hù)裝置，且不得因車輛振動(dòng)、松脫而改變光射方向。若前照燈的光束不準(zhǔn)， 光束照射位置不當(dāng)或交叉在一起，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)重新調(diào)校其安裝位置。 維護(hù)時(shí)注意前照燈不得傾斜或倒置，應(yīng)定期檢查，并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)整，使 前照燈光束達(dá)到規(guī)范要求。以保證前照燈的技術(shù)狀況完好，從而提高車輛夜間行駛的 能力及安全性。 4、前照燈控制的發(fā)展方向 由于道路上交通流量不斷增加，夜間行駛對(duì)向車之間的眩目問題也日趨突出，控 制前照燈眩目問題仍需不斷改進(jìn)，有必要引進(jìn)并采取、開發(fā)和研究新的裝置和技術(shù)。 （1）目前已有不少新型汽車，特別是高級(jí)轎車采用了電子控制裝置，對(duì)汽車前 照燈進(jìn)行自動(dòng)控制。根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的控制功能不同，其電子裝置有多種，如前照燈會(huì) 車自動(dòng)變光器、前照燈昏暗自動(dòng)發(fā)光器等。 前照燈會(huì)車自動(dòng)變光器，是一種在夜間行駛與對(duì)面來(lái)車交會(huì)過程中，能自動(dòng)將前 照燈的遠(yuǎn)光變?yōu)榻?，或由近光變?yōu)檫h(yuǎn)光的電子控制裝置。汽車夜間行駛，一般兩車 相距約 150200m 時(shí)，迎面來(lái)車的燈光一旦照射到本車自動(dòng)變光器上，則對(duì)面來(lái)車 的燈光信號(hào)被自動(dòng)變光器上的光敏器件所接收，就會(huì)自動(dòng)變光，把前照燈由原來(lái)的遠(yuǎn) 光變?yōu)榻猓瑥亩行У乇苊饬饲罢諢舻倪h(yuǎn)光給駕駛員帶來(lái)的眩目。待兩車交會(huì)后， 該變光器又自動(dòng)恢復(fù)前照燈的遠(yuǎn)光。 前照燈昏暗自動(dòng)發(fā)光器，是在汽車行駛過程中(并非夜間行駛)，當(dāng)自然光的強(qiáng)度 減低到一定程度(如汽車通過高架橋、林蔭小道、樹林或天空突然烏云密布等)時(shí)，發(fā) 光器便自動(dòng)將前照燈電路接通，開燈行駛，以確保安全。采用電子裝置的明顯優(yōu)點(diǎn)是 不需要駕駛員用腳反復(fù)踏踩機(jī)械式變光器，同時(shí)該裝置體積小，性能穩(wěn)定可靠，靈敏 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 13 度高。 （2）國(guó)外開發(fā)了一種新型前照燈的光學(xué)系統(tǒng)投光式前照燈。它使用小型橢 圓反射鏡，利用平行光管散光鏡，把燈具內(nèi)的遮光板作為投影方式，可以形成 45 明暗截止線的配光性能(一般的前照燈很難形成 45明暗截止線的配光)，可大大減 少眩目光線。 （3）要解決前照燈的眩目，并進(jìn)一步提高道路照明的程度，可在駕駛員及前照 燈的前部設(shè)置偏光板，既能透過有效照明亮度，又可顯著改善駕駛員的前方視野，降 低眩目程度，特別是在雨天，對(duì)于改善駕駛環(huán)境有顯著效果，但該技術(shù)的實(shí)用化尚需 采取其它相應(yīng)配套措施。 （4）開發(fā)能按照車輛的行駛狀態(tài)、交通環(huán)境變化，更靈敏地控制和調(diào)節(jié)前照燈 光束的裝置。也就是說，以車輛的各種行駛數(shù)據(jù)(轉(zhuǎn)向角、車速、車輛姿態(tài)變化)以及 來(lái)自對(duì)環(huán)境監(jiān)察(對(duì)向車、先行車、道路有無(wú)照明情況的了解)的各種信息為基礎(chǔ)，來(lái) 解決前照燈光束的照射方向、照射光度和照準(zhǔn)度，并進(jìn)行最優(yōu)控制。 2.3 前照燈光束照射位置的要求 1、汽車在檢驗(yàn)前照燈的近光光束照射位置時(shí)，前照燈在距離屏幕 10m 處，光束 明暗截止線轉(zhuǎn)角或中點(diǎn)的高度應(yīng)為 0.6H0.8H(H 為前照燈基準(zhǔn)中心高度，下同)， 其水平方向位置向左向右偏差均不得超過 100mm。 2、四燈制前照燈其遠(yuǎn)光單光束燈的調(diào)整，要求在屏幕上光束中心離地高度為 0.85H0.90H，水平位置要求左燈向左偏不得大于 100mm，向右偏不得大于 170mm；右燈向左或向右偏均不得大于 170mm。 3、裝用遠(yuǎn)光和近光雙光束前照燈時(shí)以調(diào)整近光光束為主。對(duì)于只能調(diào)整遠(yuǎn)光單 光束的燈，用屏幕法調(diào)整遠(yuǎn)光單光束。 （圖 2.8 是用屏幕法檢測(cè)前照燈光束照射位置） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 14 圖 2.8 用屏幕法檢測(cè)前照燈光束照射位置 圖中：VV汽車縱向中心平面在屏幕上的投影線； V 左V 左和 V 右V 右分別為被檢車輛的左右前照燈的中心線； hh前照燈基準(zhǔn)中心高度水平線； H(mm)前照燈基準(zhǔn)中心離地距離； H1遠(yuǎn)光光束中心離地距離； H2近光明暗截止線轉(zhuǎn)角或光束中心離地距離。 綜上所述，對(duì)前照燈的照明要求： 1、遠(yuǎn)光在長(zhǎng)度為 100m，寬度超過 2m 的路面內(nèi)應(yīng)具有良好的照明，近光、遠(yuǎn)光 在長(zhǎng)度為 40m，寬度為 2m 的路面內(nèi)，應(yīng)能夠看清楚路面上的障礙物。 2、行車時(shí)，前照燈中心的發(fā)光強(qiáng)度要大于 1000cd，保證具有良好的視野。 3、會(huì)車時(shí)，一般駕駛員眼睛所能承受光線照射的最大發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)小于 1000cd， 前照燈的照明要求不會(huì)對(duì)對(duì)面來(lái)車的駕駛員造成眩目，而且會(huì)車雙方駕駛員都有良好 的視野。 汽車轉(zhuǎn)向輔助燈的照明主要涉及的便是車燈的照明范圍，照明角度，照明距離以 及照明的光強(qiáng)度是否能夠達(dá)到轉(zhuǎn)向輔助照明的作用。 2.4 汽車前照燈路面照明特征 汽車前照燈落地光束幾何形狀近似呈錐形擴(kuò)展的橢圓形亮區(qū)，如圖 2.9 所示。遠(yuǎn) 光燈亮區(qū)比近光燈長(zhǎng)，但錐形角度更小。遠(yuǎn)光是汽車夜間行駛時(shí)的主要光束，用于照 亮車前 100m 以外的路面；近光用于會(huì)車、尾隨其他車輛或轉(zhuǎn)小半徑彎道時(shí)的近距離 照明，它應(yīng)照亮車前 40m 的路面。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 15 圖 2.9 前照燈夜間彎道照明效果比較示意圖 汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)存在內(nèi)輪差(圖2.9(a))。若落地光束不考慮該區(qū)域照明，易發(fā)生汽車 與內(nèi)路沿間距離估計(jì)不足，導(dǎo)致后內(nèi)輪掉溝或碰撞障礙物或路邊行人傷亡的情況。因 此，改善汽車與內(nèi)路沿間的照明十分必要。 汽車在彎道上行駛，因前后、左右輪轍極難重合，即要實(shí)現(xiàn)光束落地亮區(qū)在任意 轉(zhuǎn)彎半徑條件下均能照亮各自車輪行駛路面，難度較大。并且汽車在彎道上行駛，前 照燈落地光束幾何中心線不可能與車輪軌跡(圓曲線)重合，只可能相切、或相離、或 相割。 “相切” ，如圖2.10(a )所示。此狀態(tài)對(duì)于提高駕駛員判明道路走向(曲率半徑) 的準(zhǔn)確性最為有利。同時(shí)，由于光束為一落地亮區(qū)，對(duì)于及時(shí)識(shí)別彎道上的反向轉(zhuǎn)彎 軌跡以及反向轉(zhuǎn)彎點(diǎn)D的位置也十分有利。另外，隨著轉(zhuǎn)彎半徑增加，光束有效照明 路面長(zhǎng)度(AB段)會(huì)加長(zhǎng)；反之，則會(huì)縮短。 “相離” ，如圖2.10(b)所示。即出現(xiàn)落地亮區(qū)邊緣照亮行駛路面的情況，由于 路面有效照明長(zhǎng)度(AB段)比“相切”情況短，所以路面照明效果會(huì)下降。 “相割”，如圖 2.10(c)所示。若落地亮區(qū)邊界出現(xiàn)與彎道軌跡相割的情況，在 汽車行駛時(shí)，盡管其路面 AB 段曾被光束掃過，但當(dāng)汽車即將行駛在該路段時(shí)，單憑 駕駛員記憶來(lái)準(zhǔn)確判定其路面走向卻很難。此時(shí)若出現(xiàn)有反向轉(zhuǎn)彎情況，準(zhǔn)確判定反 向轉(zhuǎn)彎點(diǎn) D 的位置也會(huì)變得困難。此外，前方照明區(qū)從駕駛員的觀察視角看，其 BC 段的曲率半徑會(huì)失真?！跋喔睢背潭仍酱?，失真越大。這樣，照明區(qū) BC 段用于正確 指導(dǎo)轉(zhuǎn)向的意義將會(huì)喪失 11。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 16 圖 2.10 前照燈光束落地幾何形狀中心線在彎道上與車輪行駛軌跡的關(guān)系 2.5 前照燈轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué)模型的建立 汽車在彎道上行駛時(shí)，前照燈按一定規(guī)律轉(zhuǎn)向的同時(shí)，能靈活地變更遠(yuǎn)、近光， 不僅能在轉(zhuǎn)彎時(shí)增大有效照明距離，而且在轉(zhuǎn)彎半徑減小時(shí)，也能增大彎道半徑方向 上有效照明區(qū)域，得到良好的照明效果。所以，基于以上理論，建立前照燈轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué) 模型。 如圖2.11所示，L為軸距；K為兩主銷中心線延至地面之間的距離；h為前照燈基 準(zhǔn)中心到前軸之間的距離；a為轉(zhuǎn)臂長(zhǎng)度。為分析問題方便，作如下三點(diǎn)假設(shè)： 1、轉(zhuǎn)臂長(zhǎng)度a 較短(如圖2.9 （a ）)，兩主銷中心線延至地面之間的距離 K大多大 于左右前輪內(nèi)端面距離，故可假定前輪的輪距等于K 。 2、因前照燈主要用于照亮車輪行駛路面，對(duì)于兩燈制的汽車，在設(shè)計(jì)上左右前 照燈水平中心距離與左右前輪輪距相差不大，故假定左右前照燈水平距離等于輪距， 也即為K。 3、前照燈落地光束幾何形狀近似呈錐形擴(kuò)展的橢圓形亮區(qū)，可假定落地亮區(qū)為 一高F，底邊為 D，頂角為 ，頂點(diǎn)為前照燈基準(zhǔn)中心在地平面上投影的等腰三角形。 (如圖2.12) L h K l r R r r l o 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 17 圖2.11 汽車轉(zhuǎn)向與照明系統(tǒng)簡(jiǎn)化示意圖 圖2.12 前照燈光束落地幾何形狀簡(jiǎn)化示意圖 (1)當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，前輪轉(zhuǎn)角 、 以及轉(zhuǎn)向輪內(nèi)外轉(zhuǎn)向半徑 r、R 的確定。如lr 圖 2.11 所示， 為左前輪轉(zhuǎn)角； 為右前輪轉(zhuǎn)角；R 為外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向半徑；r 為內(nèi)l 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向半徑。已知內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角滿足以下關(guān)系式： (2.1) KctgtlrL 只要方向盤鍵人一個(gè)左前輪轉(zhuǎn)角 ，且 K、L 為已知時(shí)，根據(jù)式(2.1)可求出右輪轉(zhuǎn) 角 。r 根據(jù)圖 2.11 可分析得出： (2.2)sinLRl (2.3)rr (2)遠(yuǎn)光落地光束中心線與前輪行駛軌跡相切時(shí)，左右前照燈轉(zhuǎn)角 、 的確lr 定。圖 2.13、圖 2.14 為前照燈轉(zhuǎn)角 、 計(jì)算圖。圖中， 為左前照燈轉(zhuǎn)角；lrl 為右前照燈轉(zhuǎn)角。lr 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 18 圖 2.13 前照燈轉(zhuǎn)角計(jì)算圖一 (a) (b) 圖 2.14 前照燈轉(zhuǎn)角計(jì)算圖二 通過圖 2.14(a)、(b)，不難證明： (2.4)rl (2.5) 而在多邊形 OBFH 和多邊形 OAEG 中又有： (2.6)12 (2.7) 在直角 ODB 和直角OCA 中由于有 , ，故可通2ODrL2CRL 過直角ODF 和直角OCE 求出：