汽车照明系统的革新

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题目：汽车照明系统的革新

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2015年11月11日

汽车照明系统的革新

摘要

纵观整个汽车的发展历史，汽车照明技术始终扮演着重要角色。起初，汽车仅需要前照灯，以便在黑暗中行驶时看清道路。在车辆日益增多、车速不断提高的形势下，汽车照明仅是瞻前已经不够，还需更更长远的考虑。为了安全以及更好地协调不断增长的交通流量，汽车又增加了各种照明、信号灯具，如尾灯、行车灯、刹车灯、转向灯、后雾灯等。警示灯和雾灯是在极端的情况下提供特殊功能，为避免夜晚行车的追尾或转弯时的相撞起了关键性作用。在汽车照明技术的发展中，随着汽车行驶的需求不断提升，汽车前照灯又发展成近光灯、远光灯、前雾灯等多种灯种。而汽车内部照明灯具，如仪表板、顶灯、地图灯、开门灯等为驾驶员和乘客提供了便利。不管是外部照明还是内部照明，都尽显时尚和个性化，在汽车的不同部分使用了情绪设置模式来控制“个人空间”的光线颜色和亮度。本文主要通过介绍照明系统的功用和发展趋势，浅谈未来汽车照明系统的改进和发展方向。

关键词：照明系统、改进、发展方向

Innovation of automotive lighting system

ABSTRACT

Throughout the history of the development of automobile, automotive lighting technology has always played an important role. At first, the car only needs to take the first light, so that the road in the dark when driving. In the increasing number of vehicles, speed will continue to improve the situation, automotive lighting only serve ago has not, still need more long-term consideration. For safety and better coordinate the growing traffic, car and increase the various lighting and signal lamp, such as after the taillights, driving lights, brake lights, turn lights, fog lights and other. Warning lamp and the fog lamp is in extreme circumstances provide special function, to avoid night driving rear end or turn the collision plays a key role. In the development of automotive lighting technology, with the rising demand of the car, automobile front lamp has developed into dipped beam and high beam lamps, front fog lights and other lights. And automotive interior lighting lamps, such as instrument panels, dome light, map lights, door lights, etc. for the driver and passengers. Regardless of external lighting or internal lighting, are all show fashion and personality, in different parts of the car used the mood set mode to control the "personal space" of the light color and brightness. This article mainly through the introduction of the function of the system and the development trend of the lighting system, the future of automotive lighting system to improve and development direction.

Key words: Lighting system, improvement and development direction

目录

1.引言 (1)

2.汽车照明系统 (1)

2.1.概述、分类及功能 (1)

2.1.1 概述 (1)

2.1.2分类 (1)

2.1.3功能 (1)

2.2.照明系的组成 (2)

2.3.常用照明系 (2)

2.4.前照灯控制电路 (2)

3.故障诊断及排除 (3)

3.1.故障诊断流程 (3)

3.1.1具体测试方法 (3)

3.2.常见故障诊断与排除 (4)

3.2.1前照灯不亮 (4)

3.2.2 前照灯光暗淡 (5)

3.2.3前照灯丝经常烧坏 (5)

4.1汽车照明系统未来发展 (5)

4.1 主动式旋转头灯 (5)

4.2 LED前大灯和智能化前照灯 (6)

4.3 卤素前照灯 (6)

4.4 氙灯 (7)

4.5 尾灯 (7)

5.1参考文献 (8)

1.引言

1886年汽车问世之初，第一代汽车照明光源采用燃料（蜡烛、煤油或乙炔）直接燃烧发光，它能够满足初光的要求，但第一代照明光源具有发光效率低、性能不稳定、操作复杂等缺点。1879年，爱迪生发明了以电能作能源的白炽灯，白炽灯于1913年应用于汽车前照灯上，使汽车照明发生了革命性变化。

20世纪60年代又发明了在充气白炽灯中加入卤素的卤钨灯，通称H1。

H1不但比当时的白炽灯的寿命长，而且可提高更高的亮度，且配光容易。

在过去50多年中，仍然持续使用不断改良的H1，在此期间，白炽灯、卤素灯成为第二代汽车照明光源。

直至1990年，高强度气体放电灯（High Intensity Discharge,HID）的出现，宣示了汽车照明工艺研发有了重大的革命性突破，其中具有代表性的光源则是氙气金卤灯。HID具有高光效、高亮度、高可靠性等优点，取代了白炽灯、卤素灯成为第三代汽车强光照明光源。

第四代汽车照明光源为固态光源，固态光源（Solid State Lighting,SSL）是一种崭新的全固体发光光源，它实际上就是半导体发光二极管。LED作为第四代汽车照明光源，除第一次性投入较高外，具有质量好、品位高等白炽灯无法比拟的优点。目前，众多汽车制造商与LED灯具制造商与LED灯具制造商合作，采用LED制造出优美的车灯款式，并应用于汽车照明领域。

2.汽车照明系统

2.1.概述、分类及功能

2.1.1概述：照明系统主要包括前照灯、雾灯、牌照灯、仪表灯、顶灯等设备，其中，前照灯是最重要的装置。

2.1.2分类：①汽车用蓄电池分碱性蓄电池和酸性蓄电池两大类。碱性蓄电池的电解液为化学纯净的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。酸性蓄电池的电解液为化学纯净的硫酸溶液。②按结构可分为橡胶槽蓄电池和塑料槽蓄电池两类。③按性能可分为干荷蓄电池和免维护蓄电池。

2.1.3功能：

①启动发动机。当启动发动机时，向启动系统和点火系统供电。

②备用供电。当发动机低速运转、发电机不发电或电压较低时，向交流

发电机磁场绕组、点火系统以及其他用电设备供电。

③储存电能。当发动机中高速运转、发电机正常供电时，将发电机剩余

电能转换成化学能储存起来。

④协同供电。当发电机过载时，协助发电机向用电系统供电。

⑤稳定电源电压，保护电子设备。蓄电池相当于大容量电容器，不仅能

够保持汽车电气系统的电压稳定，还能够吸收电路中的瞬时过电压，

防止损坏电子设备。

2.2照明系的组成

汽车照明系统由电源、照明装置及其控制部分组成。控制部分包括灯光开关、继电器等。照明装置包括车外照明、车内照明和工作照明三部分。

车内照明装置包括仪表灯、项灯、阅读灯等。

工作照明装置包括行李箱灯、发动机罩灯等。

2．3常用照明灯

⑴前照灯：前照灯也称为前大灯，用于夜间行车时照亮前方道路，包括远光灯和近光灯两种，有两灯制和四灯制之分。前照灯的光学系统包括反射镜，配光镜和灯泡三部分。灯泡：目前汽车前照灯的灯泡有自炽灯泡、卤钨灯泡、高压放电氙灯

⑵反射镜：反射镜一般用0．6衄～O．8衄的薄钢板冲压而成。反射镜的表面形状呈旋转抛物面，其内表面镀银、铝或镀铬，然后抛光，其作用就是将灯泡的光线聚合并导向前方。

⑶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，外形一般为圆形和矩形。配光镜的作用是将反射镜反射出的平行光束进行折射，使车前路面和路缘都有良好而均匀的照明。

⑷倒车灯：倒车灯供倒车时车后的照明，并起到信号作用，灯光一般为白色，功率一般为20W～25W。倒车灯一般由装在变速器上的倒挡开关控制。倒车时，倒档开关接通，倒车灯亮。

⑸牌照灯：牌照灯用以照明汽车后牌照，灯光一般为白色，功率一般为

5W～lOW。由灯光总开关控制，灯光总开关接通，牌照灯就亮。

⑹雾灯：在有雾、下雪、暴雨或尘埃弥漫等情况下，用来改善道路的照明情况。每车一只或两只，安装在比前照灯稍低，一般离地面约50锄左右，射出的光线倾斜度大，光色为黄色或橙色。

⑺仪表灯：装在仪表板上，用来照明仪表。

2.4前照灯控制电路

前照灯电路由灯光开关、变光开关、远光指示灯和前照灯等组成。变光开关打到近光挡时，由前照灯电路可知，灯光开关和变光开关都不搭铁，而是采用灯丝搭铁，且前照灯都是并联的，这样可防止1个灯丝烧断导致全车前照灯

不亮。

3.故障诊断及排除

下面以威驰轿车为例，阐述照明系统故障诊断及排除方法。

3.1故障诊断流程

观察汽车前照灯的工作情况，威驰前照灯的典型特点是灯光不受点火开关控制，电路中没有继电器，线路是典型的负控，采用单灯双丝灯泡。

3.1.1具体测试方法

1.蓄电池的检查

（1）检测蓄电池电压首先校表，将万用表置于通断挡，将红黑表笔搭接，观察通断情况，如果显示为导通，利用万用表测试电压，将红色表笔置于蓄电池正极，黑色表笔置于蓄电池负极，检测蓄电池电压。如果电压低于11.5V，威驰车将无法起动，需要更换蓄电池。

（2）检测蓄电池电容量利用电位计检测，将电位计的红、黑表笔分别置于蓄电池的正、负极观察电位情况，注意此步检测时间不可过长，否则电位计的温度将过高，同时对蓄电池的使用寿命也会有影响。

（3）检查蓄电池接线柱，观察蓄电池的正负极接线柱是否有腐蚀及污物，如没有，用双手分别握紧接线柱，检查接线柱连线有无松动情况。若有松动对其进行紧固，如无松动，将红黑表笔分别放在接线夹子上，观察万用表的电压，以确定极柱上是否有异物（如此次测量电压为蓄电池电压，证明没有异物）。

2.观察故障现象旋转灯光开关，将灯光开关转至近光挡，观察近光灯点亮的情况；然后将变光开关置于远光挡，观察故障现象；最后将开关置于闪光灯挡，查看是否正常。

3.分析故障原因及相应检修步骤

（1）故障现象：远光灯和近光灯都不亮。

故障原因：保险丝熔断、线路断路、灯丝烧断、变光开关损坏等。

检修步骤：此时从2条保险处入手。校表后将万用表的黑表笔放在蓄电池的负极上，红表笔分别放在保险丝上方的2个金属点的位置，如

果前后2次测量电压均为蓄电池电压，说明保险丝完好，如若2次中只

有1次正常，说明保险丝熔断，如果2次均没有电压，说明保险丝前的

电路断路。如检查后保险正常，将2侧远光灯插接器同时拔下进行测量。

将万用表黑表笔放在蓄电池的负极上，用红表笔测试插接器的3个孔，

如果3个孔中电压都不为蓄电池电压，说明从保险丝至插接器的线路有

断路情况。然后将灯光开关置于前照灯挡，将变光开关置于近光挡，将

万用表的红表笔置于蓄电池正极，用黑表笔测试，中间的孔测试结果应

为蓄电池电压，否则为变光开关、灯光开关或者线路故障。然后将变光开关置于远光挡，检查其余的2个孔，方法同上，如果没有蓄电池电压说明变光开关、灯光开关或线路存在故障。如果经测试线路无任何故障则可以确定为灯泡故障。

（2）故障现象：远光灯或近光灯不亮。

故障原因：保险丝熔断、线路断路、灯丝烧断、变光开关损坏等。

检修步骤：可用工具短接变光开关电源与出线接线柱，若灯亮则为变光开关的故障，应检修或更换；若仍不亮，则为变光开关至前照灯之间的线路有断路、接头松脱或灯丝烧毁故障。

（3）故障现象：远光灯或近光灯中只有1个灯不亮。

故障原因：灯丝烧断、接头松脱等。

检修步骤：拆下不亮的灯泡，通过观察、测量或置换法来确定是否为灯泡损坏；如果灯泡正常，应检查该灯泡的插接器或线路是否有腐蚀或断路的地方。

（4）故障现象：2个前照灯其中1个发红。

故障原因：搭铁不良。

检修步骤：拔下该灯泡的插接器，测量搭铁端子是否对地虚接，也可直接从蓄电池负极连线至该端子，测试灯泡的明亮程度。如果确因搭铁不良所致，应按维修手册的指导，找到搭铁点进行去氧化和去腐蚀处理。

（5）故障现象：接通远光灯或近光灯时，保险丝立即熔断。

故障原因：灯光电路搭铁短路（对地短路）。

检修步骤：根据电路图，分段排查。

（6）故障现象：前照灯灯泡经常烧坏。

故障原因：发电机输出电压过高。

检修步骤：测试发电机的输出电压，必要时更换电压调节器或发电机总成。

3.2常见故障诊断与排除

3.2.1前照灯不亮

(1)故障原因：前照灯保险丝烧断；电源线松动或脱落；搭铁线打铁不良或

插接件接触不良；车灯开关或变光开关有故障。

(2)诊断排除方法：诊断时，应根据不同的故障现象采取不同的诊断方法。

①一个灯丝不亮不论远光还是近光，如果只有一个灯丝不亮，故障往往是

该灯丝或其保险丝烧断所致，如果灯丝和保险丝正常而灯不亮，说明该灯线路断路或接触不良检查排除即可。

②远光灯和近光灯都不亮如果远光灯和近光灯都不亮，故障往往是交光开

关有故障或变光开关上的远光灯或近光灯接线脱落或保险丝烧断，如果变光开关及其接线和保险丝正常而灯不亮，再检修灯丝和线路。

③前照灯都不亮如果远光灯和近光灯都不亮，往往是变光开关火气电源线

有故障。应首先检查仪表等是否正常，如果仪表灯工作正常，说明车灯开光的电源线正常。将点火开关接通，车灯开关置于2挡(前照灯接通)位置，见车变光开关上的火线接线柱电压是否正常，若电压为零，说明车灯开关至交光开关之间的线路断路或车灯开关有故障；若电压正常，可以短接变光开关实验，灯亮，说明变光开关损坏，应更换；否则检查变光开关后的线路和灯丝，必要时给予修理和更换。

3.2.2 前照灯光暗淡

(1)故障原因：蓄电池容量不足，端电压降低；发电机不发电或发电量不

足，输出电压低：散光玻璃或反射镜上有尘埃；电线接头松动和锈蚀，使电阻增大；灯丝蒸发、功率降低。

(2)诊断排除方法：诊断时，应根据不同的故障现象采取不同的诊断方法。

①个别灯丝暗淡如果只有一个灯丝暗淡，故障往往是该灯丝功率偏低或其

线路接触不良，可更换灯泡对比检查，若更换灯泡后，亮度正常，表明灯泡有故障；否则，检修线路。

②一个灯的两个灯丝都比较暗淡如果一个灯的两个灯丝都比较暗淡，故障

往往是该反射镜、配光镜表面脏污或灯丝功率偏低或搭铁线搭铁不良。如果一个灯的两个灯丝都非常暗淡，故障往往是该灯搭铁线短路。如果该灯良好搭铁后，亮度正常，表明原来搭铁线断路或搭铁不良，重新接好搭铁线；否则，检查灯泡和反射镜、配光镜，必要时进行清洁或更换。

3.2.3．前照灯丝经常烧坏

⑴故障原因电压调节器有故障或线路连接错误，导致发电机输出电压过高。

⑵诊断排除方法检查充电系统，使发电机在各种情况下输出电压都不超过

规定值。

4．汽车照明系统未来发展

4.1 主动式旋转头灯

在未来几年中我们可以看到Audi先进的前灯照明系统,从上到下:角灯照明系统和转向锁与速度输入的响应;前灯旋转;前灯光束形状随周围环境的变化而变化。其实,部分雪铁龙车型早在几年前就已经开始应用这种旋转头灯,不过这种技术并没有普遍流行。但是现在这种主动式旋转头灯再次被人们提起,并且将会比以前具有更好的应用。Audi先进的头灯照明系统(AFS)在汽车中的应用被

寄予厚望。事实上,这一技术的最基本的照明系统(角灯照明系统)已经用在AudiA8豪华汽车和其他的一些汽车上。但是所提到的这种系统更有意思的是:它们甚至在汽车开始拐弯以前就已经可以照到周围的拐角。在Audi系统中,侧面照明主要取决于转向角,不过,它同时还与汽车的速度有关。例如,当汽车行术,这就是所谓的“pixelheadlights”系统,它采用480,000个独立控制的显微镜片取代了传统的发射镜功能。这种方法形成的前灯光柱形状完全符合驾驶者的驾驶条件,同时还不会产生耀眼的远光照明。并且在拐弯、城市、高速公路和恶劣天气时具有独特的照明效果,另外,它的附属光还可以照亮道路标志。BMWPixellight前灯系统可以给驾驶者提供特别的提示、警告信息,例如左转时光束显示出相应的左转箭头指示信息。

4.2 LED前大灯和智能化前照灯

LED前大灯:北美国际车展登场的福特概念车中,其中一辆将结合环保科技,采用太阳能作为照明系统的电力来源,在日间有阳光时采集能量,加以储存之后,夜间便可提供灯光照明使用;而另一辆概念车则使用发光二极管LED取代传统灯泡,因为LED拥有高亮度、反应时间短与使用寿命长等优点。以往LED通常应用在尾灯,此次福特工程师将这种技术巧妙地应用到汽车前大灯上。在全新的照明系统中,除了将AFS主动式转向照明系统加以运用外,同时结合了LED光源,主灯仍采用传统的卤素灯泡,拥有高亮度的光源但却又没有HID的炫目疑虑,加上LED的辅助照明,使得车辆能拥有全方位的照明能力。

智能化前照灯系统:Hella运用高压气体放电集成远光的双氙气前照灯批量生产已经成熟。在此基础上,该公司新开发出动态转弯灯。动态转弯灯是智能化前照灯系统的一个重要组成部分,这项新技术极大的提高了驾车的安全性和舒适性。动态转弯灯的特点是在不同的转弯半径下,该前照灯能够在水平±150度之内摆动,这使得转弯时近光灯照亮区域几乎扩大了1倍,以帮助驾车者能够更好更快地适应弯道路况。当转弯半径为190m时,普通前照灯可以照亮前方弯道30m左右处,而动态转弯灯可以将照亮弯道区域再延长25m左右。在激活远光灯功能时,动态转弯灯同样发挥作用。

4.3 卤素前照灯

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。

卤素灯主要用作汽车的前照灯,有其独特的配光结构。每支灯管内有两组灯丝,一组是主光束灯丝,发出的光经灯罩反射镜反射后径直向前射去,这种光源俗称“远光”;另一组是偏光束灯丝,发出的光给遮光板挡到灯罩反射镜的上半部分,其反射出去光线都是朝下漫射向地面,不会给对面来车的驾驶者造成眩目,这种光源俗称“近光”。目前的轿车前照灯总成比较流行低风阻的新型内装式灯具,外型与车身轮廓相配合,做到浑然一体融于车中。同时,灯罩也做了改革,采用新型聚光玻璃,能提供更远更广泛的视野区域,不易使迎面而来的驾车者造成眩目,日本凌志轿车就装配了这种前照灯。

4.4 氙灯

虽然氙灯的成本比卤素灯高,但由于性能优越,亮度、色温、防眩目和耐用等方面氙灯都比卤素灯好,因此在汽车上日益受到重视,已经有越来越多的中高级乘用车使用氙灯。卤素灯与普通灯泡一样有灯丝,而氙灯则是没有灯丝,这是氙灯与传统灯具最重要的区别。

氙灯是利用两电极之间放电器产生的电弧来发光的,如同电焊中产生的电弧的亮光。高压脉冲电加在完全密闭的微型石英灯泡(管)内的金属电极之间,激励灯泡内的物质(氙气、少量的水银蒸气、金属卤化物)在电弧中电离产生光亮。这种光亮的色温与太阳光相似,但含较多的绿色与蓝色成份,因此呈现蓝白色光。这种蓝白色光大幅提高了道路标志和指示牌的亮度。

采用氙灯增加了汽车前灯总成形状设计的自由度,即提高了对汽车前照面设计的任意性。通过研制结构紧凑的前大灯总成,进一步提高了汽车的空气动力学性能。目前,为了减少成本简化结构,一些轿车的四灯制前照灯采用氙灯与卤素灯混用方式,远光系统用氙灯,近光系统用卤素灯,充分发挥各自的性能。

4.5 尾灯

虽然没有象前灯的发展那样引人关注,但尾灯系统同样发生了巨大的变化。其中的一个方面是智能化,就是使汽车尾灯自动的执行工作,改善与其他道路使用者之间的交流功能。例如,如果频繁的忘记关闭或者误用雾灯就会自动的由尾灯取代,不过这还要取决于具体天气条件。

用于照明系统中的传感器会探测透镜周围的环境状况、污染物,甚至速度和交通信息。当有汽车尾随时,输入信息经分析后,尾灯的工作方式自动改为“有雾”状态,减少尾灯的亮度,避免车祸的发生。通过采用脉冲宽度调整LED,尾灯的亮度可以很轻易的以低成本的方式实现在很大的范围内的改变。另外一种智能技术是紧急刹车后,自动紧急后灯就会亮起(这种技术在一些汽车中已经实现,不过是在安全气囊打开后)。

通过采用LED矩阵,尾灯的形状和亮度可以相应的改变。这种方法还提供白

天和夜间的model-to-model改变及软件驱动改变。如果LED矩阵用于尾灯,现在尾灯已确定的形状将来可能不会再延续下去,他们的形状可以由软件命令来确定和改变,这有可能取决于法律的规定(刹车灯和指示灯),

5.参考文献

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[3]李国发．汽车电气设备[H]．成都：电子科技大学出版社，2008．

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