1.前照灯的要求。 前照灯是汽车上的最主要的照明灯具。前照灯的照明效果直接影响夜间行车驾驶的操作和交通安全,因此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。 2.前照灯的结构。 前照灯主要由光源(灯泡)、反射镜、配光镜三部分组成。 1.灯泡。 目前,汽车前照灯用灯泡一般有充气灯泡、卤钨灯泡和高压灯泡三种,额定电压有6V12V、24V和20kV(高压灯泡)四种。除20kV的高压灯泡以外,其他两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,由钨丝制作成螺旋状,以缩小灯丝的尺寸,有利于光束的聚合。 (1)充气灯泡。一般前照灯的灯泡是充气灯泡,如图8-1所示,是把玻璃泡内的空气抽出后,再充满惰性混合气体。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。但是灯丝中的钨仍然要蒸发,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(即在灯泡内充以惰性气体中渗入某种卤族元素)。
(2)卤钨灯泡。卤族元素是指碘、溴、氯、氟等元素。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,结构如图8-2所示。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,所以充入惰性气体的压力较高。因为工作温度高,灯内的工作气压将比其他灯泡高得多,故钨的蒸发也受到更为有力的抑制。
(3)高亮度弧光灯泡(高压灯泡)。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5000~12000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。
2.反射镜。
反射镜的作用是将灯泡的光线聚合并导向远方。反射镜一般用0.6~0.8mm的薄钢板、玻璃、塑料压制而成。如图8-3所示,反射镜的表面形状呈旋转抛物面,其内表面镀银、铬或镀铝,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。如无反射镜,那只能照清楚汽车灯前6m左右的路面。而有了反射镜之后,灯丝位于焦点F上(如图8-4所示),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。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,外形一般为圆形和矩形,工作原理如图8-5所示。
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,现在的车辆上大部分采用了配光镜。
1.采用远、近光束变换。
为了防眩目,前照灯灯泡中装有远光与近光两根灯丝,由变光开关控制其电路。夜间公路行车且对面无来车时,使用远光灯,以增大照明距离,保证行车安全。夜间公路行车会车、夜间市区行车有路灯或尾随其他汽车行驶时,使用近光灯。远光灯丝装于呈旋转抛物面的反射镜的焦点处,远光灯丝的光线经反射镜聚光、反射后,沿光学轴线以平行光束射向远方。又由于配光镜的合理配光,使远光既能保证足够的照明距离,又有一定的光线覆盖面。近光灯丝装于反射镜焦点的上方或前上方,近光灯丝产生的光线经反射镜反射后,光束的大部分将倾斜向下射向车前的路面,所以可减轻对方司机眩目。
2.近光灯丝加装配光屏。
上述防眩目措施只能减轻眩目,还不能彻底避免眩目。因为近光灯丝射向反射镜下部的光线经反射后,将倾斜向上照射,仍会使对面交会汽车的驾驶员眩目。为此,现代汽车前照灯的近光灯丝下方均装设配光屏(又称遮光罩、护罩或光束偏转器),用以遮挡近光灯丝射向反射镜下半部的光线,消除反射后向上照射的光束,提高防眩目效果,如图8-6所示。现代轿车的前照灯灯泡,还在近光灯丝的前方装设一个遮光罩,遮挡近光灯丝的直射光线,防止眩目。
3.采用不对称光形。
上述两项防眩目措施起到了防眩目作用,但会车使用近光灯时,近光灯仅能照亮车前方50m以内的路面,因而车速受到限制。为了达到既能防止眩目,又能以较高车速会车的目的,我国汽车的前照灯近光采用E形不对称光形(如图8-7所示),将近光灯右侧亮区倾斜升高15°,即将本车行进方向光束照射距离延长。不对称光形是将遮光罩单边倾斜15°形成的。
欧洲型前照灯左侧近光亮区升高15°。这种光形的产生既有遮光罩的作用,也有配光镜的作用。有些汽车使用了Z形近光光形(如图8-7所示),该光形能使本车行进方向亮区平行升高,较E形不对称光形更加优越。
4.前照灯的类型。
按照安装的车灯数目不同,前照灯可分两灯制和四灯制。两灯制前照灯均采用双丝灯泡,为远近双光束灯。四灯制前照灯装于外侧的一对使用双丝灯泡,为双光束灯;装于内侧的一对为远光单光束灯。
前照灯的分类方法较多,通常按前照灯光学组件的结构不同,可分为可拆式前照灯、半封闭式前照灯、封闭式前照灯、投射式前照灯和高亮度弧光灯五类。
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8-8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。
3.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。
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。
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。
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,如图8-9所示。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%。
5.前照灯的灯光调整。
前照灯光轴方向偏斜时,应进行调整,调整部位一般分外侧调整式和内侧调整式两种,如图8-10所示。调整时,按需要转动灯座上面的左右及上下调整螺钉(或旋扭),使光轴方向符合标准。
6.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,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。
何时用远光灯或近光灯皆由驾车者操纵,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IS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。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。
