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  • 封闭式光束前大灯

    封闭式光束前大灯诞生于1939年,可延长大灯寿命,由三部分组成,其中加设了反光镜,现在有些已经开始使用LED。

    编辑摘要

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    诞生/封闭式光束前大灯 编辑

      1939年,通用汽车推出“封闭式光束”前大灯。通用汽车在 1940 款车型上采用“封闭式光束”前大灯作为标准配置。 封闭式装置延长了前大灯的使用寿命,同时确保了在整个灯泡使用期内光束的亮度。

    前大灯/封闭式光束前大灯 编辑

      

    大灯分类/封闭式光束前大灯 编辑

      根据结构的不同,前照灯可分为半封闭式和封闭式两种。封闭式前大灯是指灯泡和透镜、灯罩做成一个整体,便于整个灯具大量生产。

    优点/封闭式光束前大灯 编辑

      封闭式前照灯的反射镜和配光玻璃制成整体,灯丝焊接在反射镜底座上,密封性好,避免了反射镜被污染,照明效果好,封闭式装置延长了前大灯的使用寿命,同时确保了在整个灯泡使用期内光束的亮度。

    缺点/封闭式光束前大灯 编辑

      但灯丝一旦损坏就必须整体更换,成本高。

      背景知识介绍

      前照灯的照明要求

      世界各国交通管理部门一般都以法律形式规定了汽车前照灯的照明标准,以确保夜间行车的安全,基本要求如下:

      1.前照灯应保证车前有明亮而均匀的照明,使驾驶员能看清车前100m以内路面上的任何障碍物。随着高速公路的建成,汽车行驶速度的提高,要求汽车前照灯的照明距离也相应的增长,现代有些汽车的前照灯照明距离已达到200~250m。

      2.应具有防止眩目的装置,确保夜间两车迎面相遇时,不使对方驾驶员因产生眩目而造成事故。

      为了满足第一个要求,根据光路的可逆性原理,在前照灯的设计和制造上,装置了反射镜、配光镜和灯泡组成的光学系统。

      为了满足第二个要求,对前照灯的使用作了必要的规章制约,同时还对灯泡结构作了合理的设计。

      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

      汽车前照灯灯泡的结构如图5-2所示。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(图5—2所示)。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。一般充入的惰性气体为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),其结构如图5-2b所示。

      卤族元素是指等元素。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0.6~0.8mm的薄钢板冲压而成,反射镜的表面形状呈旋转抛物面,如图5-3所示。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45~60W。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,如图5-5a所示。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。采用了配光镜后,前照灯的光束的分布如图5-5b,c所示。

      前照灯避免眩目的措施

      1. 采用双丝灯泡;

      2.采用带遮光罩的双丝灯泡,如图5—7所示;

      3.采用非对称光形,如图5—8b所示;

      4.Z型光形,如图5—8c所示。

      前照灯的类型

      通常按前照灯光学组件的结构不同,可将其分为可拆式、半封闭式和封闭式前照灯三种。

      1. 可拆式前照灯

      可拆式前照灯由于反射镜和配光镜分别安装而构成组件,因此气密性差,反射镜易受湿气和尘埃污染而降低反射能力,严重降低照明效果,目前已很少采用。

      2.半封闭式前照灯

      半封闭式前照灯的结构如图5-9所示,其配光镜靠卷曲反射镜边缘上的牙齿而紧固在反射镜上,二者之间垫有橡皮密封圈,灯泡只能从反射镜后端装入。当需要更换损坏的配光镜时,应撬开反射镜外缘的牙齿,安上新的配光镜后,再将牙齿复原。由于这种灯具减少了对光学组件的影响因素,维修方便,因此得到广泛使用。

      2. 封闭式前照灯

      封闭式前照灯(又叫真空灯),其反射镜和配光镜用玻璃制成一体,形成灯泡,里面充以惰性气体。灯丝焊在反射镜底座上,反射镜的反射面经真空镀铝,其结构如图5-10所示。

      由于封闭式前照灯完全避免反射镜被污染以及遭受大气的影响,因此其反射效率高,照明效果好,使用寿命长,得到了很快的普及。但当灯丝烧断后,需要更换整个总成,成本高,因此限制了它的使用范围。

      4.投射式前照灯

      如图5—11所示,投射式前照灯的反射镜近似于椭圆形状,它具有两个焦点。第一焦点处放置灯泡,第二焦点是由光线形成的,凸形配光镜聚成第二焦点,再通过配光镜将聚集的光投射到前方,投射式前照灯所采用的灯泡为卤钨灯泡。

      第二焦点附近设有折光板,可遮挡上半部分光,形成明暗分明的配光。由于它的这种配光特性,因此也可用于雾灯。

      5.高亮度弧光灯

      高亮度弧光灯的结构如图5—12所示,这种灯的灯泡里没有灯丝,取而代之的是装在石英管内的两个电极,管内充有氙及微量金属(或金属卤化物)。在电极上加上5000~12000V电压后,气体开始电离而导电。由气体原子激发到电极间少量水银蒸汽弧光放电,最后转入卤化物弧光灯工作,采用多种气体是为了加快起动。

      弧光式前照灯由弧光灯组件、电子控制器和升压器三大部分组成。其灯泡的光色和日光灯相似,亮度是目前卤钨灯泡的2.5倍,寿命是卤钨灯泡的5倍,灯泡的功率为35W,可节能40%。

      前照灯的灯光调整

      屏幕调整法:

      ⑴汽车空载,气压合乎标准;

      ⑵将汽车置于平整的地面上;

      ⑶在屏幕上画出车灯的中心线;

      ⑷遮住一侧前照灯光,进行调整。

      仪器调整法:(见实践课堂)

      未来的汽车大灯

      轿车大灯(前照灯)有两种功能,一种是照明,一种是装饰。过去和现在,大灯的主要功能是照明。在将来,相信它的主要功能仍将是照明。但是在近十几年中,大灯的外形不断得到改造,与车身嵌装组合为一个整体,越来越显露出它的装饰作用。在今后几年内,您可能会发现,大灯的内在结构也将发生一次重大的技术革命,灯具将会装上“脑袋”变成“聪明”的灯。

      传统的大灯有两组灯丝,分别射出远和近的光束。远光束亮些,照得远些,主要用于高速行驶;近光束暗些,照得近些,主要用于会车。何时用远灯或近灯皆由驾车者操纵,而且前大灯的每组光束强弱是不可调的,角度也是在安装的过程中就调整好了。随着轿车的行驶速度的不断提升,传统大灯的照明已经日益显示出它的弊端,在转弯、会车、雨雾天及在高速公路上行驶,两光束的大灯会使驾车者不易看清路面,视野狭窄,也容易造成对方驾车者眩目。

      在20世纪90年代,欧洲开发了AFS灯光系统的前大灯,日本开发了ILS智能灯光系统。在AFS灯光系统中,每只大灯组件内有8个反射器,在转弯、高速行驶及雨雾天气等不同情况下受控生成能适应各种驾驶环境的灯光模式。但由于其体积较大,存在装配上的局限性,且灯泡更换不方便,因此推广困难。而ILS正在向自动控制光线的方向发展,为驾车者提供比较理想的光束模式。这需要引入微电子技术,必须装入先进的电控元件。虽然当前的技术还无法做到这一点,但人们预测在今后三年内,这些技术难题将会得到解决,智能化灯光系统将会陆续面市。

      智能化灯光系统能使汽车大灯随行驶状况的变化而实时变化,将会出现具有10-15种不同光束的大灯,相对行驶速度和路面而“随机应变”。例如在高速公路上,汽车大灯会照亮前方不宽的区域,要远一点。当汽车行驶在弯道上,在车辆的转弯时外侧要亮度大些,使司机看清楚弯道情况,而内侧要暗些,为的是不要使对面会车的司机眩目。

      目前有一款法国人搞出来的样品,大灯组件内装置了3组灯泡,其中1组是活动的,其它2组是固定的。活动的部分由电脑操纵随行车状态灵活变化。例如当方向盘转向时,会有传感器立即探明车辆要转弯,电脑接到信息后立即发指令指挥大灯内的活动组灯,随方向盘的角度变化来更改灯光的投射角度。

      封闭式光束前大灯构造

      

    发展

      汽车LED的革命性设计使产品用于前向照明成为可能,LED提供的光输出可以满足汽车照明的需求和可以使车头灯系统超过大部分传统车头灯泡。装有这种产品的Audi R8已经清晰证明了一个新和前所未有的发展方向。

      汽车LED从生产过程到使用过程直至报废几乎全无污染,而耗电量仅为传统灯泡的十分之一,使用寿命却延长数十倍乃至100倍。汽车LED作为信号灯比传统信号灯具有明显优势。

      其一,由于LED发出的光束是向前并具有一定发散角,不必像白炽灯那样需加装反光碗,且LED发出的是有色光,不必像白炽灯配有色滤光镜。

      其二是工作寿命,考虑到日晒雨淋、严寒酷暑等恶劣环境因素,LED信号灯至少使用10年以上。

      其三是功耗小,仅为白炽灯的10%至20%,完全符合提倡的节能环保的政策。

      使用 LED的前照灯系统性能超过大部分传统前照灯泡。这些LED在光通量(通过半导体外延工艺的进步而提高)、表面亮度(通过TFFC?整合薄膜倒装芯片技术实现)、荧光粉性能(可在整个车辆使用周期内实现颜色控制和稳定性)和封装(可满足严苛热环境所要求的耐久性)四个重要技术方面的进步,使照明系统仅用较少的LED即可达到前照灯法定的光通量和亮度要求,并拥有与汽车相同的使用寿命。前照灯供应商可使用这些LED设计、创造光学系统,以得到所需的光通量和独特的外观,加强汽车在照明灯点亮前后的设计。

      汽车所用的所有照明装备如果都采用LED,将至少节省汽车总能耗的20%(夜间将节省40%)并且有效减少环境污染和节约更换成本!

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