《汽车灯具设计原理与方法.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车灯具设计原理与方法.doc（77页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、汽车灯具设计原理与方法摘要: 随着汽车工业的飞速发展, 对汽车车灯照明的效果也越来越加以重视。介绍了汽车灯具的设计原理与方法, 特别对汽车前照灯的设计给出了较详细论述, 并对当前国际较流行的新颖车灯设计原理作了介绍。 关键词: 汽车灯具; 前照灯; 配光镜; 自由曲面中图分类号: TH 71引言汽车灯具主要有照明灯具和信号灯具两大类。照明灯具包括汽车必备的远光与近光前照灯外, 还有一些辅助的照明灯具, 例如雾灯, 作业照明灯, 后照灯及倒车灯等。信号灯具主要用来显示汽车行驶状况及汽车外廓尺寸等, 主要有前后示宽灯, 制动信号灯及转向信号灯等。随着汽车速度的提高, 对汽车车灯照明的要求也越来越严
2、格, 汽车灯具设计的难点是前照灯, 本文对前照灯原理, 前照灯种类, 前照灯标准及前照灯设计方法作详细介绍。2汽车前照灯照明原理汽车前照灯主要由光源, 反射镜及配光镜三部分组成。2.1.1反射镜原理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1 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, 则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
3、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2 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部分, 避免下半部分反射光线射入驾驶员眼睛里。图1抛物面反射镜反射特性 图2灯丝移到焦点前方照明情况212H4 灯的结构在我国使用的前照灯中用得最多
4、的光源是H4 灯, 其结构及灯丝尺寸如图3、图4 所示。图3H4 灯结构图4H4 灯灯丝尺寸及遮光方法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
5、最佳配光状况, 如图5 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5H4 灯与反射镜安装基准23配光镜的作用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
6、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
7、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。3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) 多椭球射灯。311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
8、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312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发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BU ICK 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担, 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则的自由曲面构成, 它们的作用也是使光
9、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发展潮流, 在前表面倾斜使用时, 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
10、与加工必需依靠一套AD CAM 系统。313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
11、的优点。4汽车前照灯的标准不同用途的汽车灯具有不同的标准, 其中前照灯标准要求最高, 因此前照灯的设计难度也最大, 这里主要介绍前照灯标准。目前世界上对前照灯主要有3 个标准: 欧洲经济委员会ECE, 美国的SA E, 日本的J IS 。我国基本上参照ECE 的配光方式, 而国际上也有向ECE 靠拢的趋势, 所以这里主要介绍ECE 标准。图14 是一幅道路的透视图, 观察者位于右侧车道的轴线(对应图15 的垂直线VV ) 驾驶位置。B50L 图14 道路透视图及相应检查点图15 ECE 近光检验用的测试屏幕代表约50m 距离处迎面汽车的驾驶员眼睛位置, 该位置的照度越低越好, 可避免眩光、50
12、R , 75R 分别表示约50m 和75m 距离处的车道右边线对光照度有要求的两个点的位置。前照灯样品的实验室检验使用测试屏幕, 样品放在离垂直测试屏幕25m 距离处, 屏幕上测试点的位置如图15 所示, 图上测试点的位置与图14 是相对应的。垂直线VV 相当于右侧车道的轴线, 直线HG和HG 对应透视图右侧车道的左右边线。直线HF 代表左侧迎面车道的外边线, 直线HF 代表左侧迎而车道的中线。因此直线HG是整个路面的轴线。直线HE 近似代表迎面汽车驾驶员眼睛的轨迹线。根据ECE 标准, 对前照灯近光主要检查点如表1 所示。表1屏幕检查点照度要求前照灯远光的ECE 标准应是: 最大光照度点应位
13、于H H 线以上, 最大光照度在240lx48lx 范围内, 同时要测量位于H H 线上的5 个检查点。H 点的光照度应大于最大光照度的018 倍, 离H 点向左、向右11215cm 处的光照度不低于24lx, 离H 点向左、向右225cm 处的光照度不低于6lx 。针对远光及近光这样多检查点要求, 因此对前照灯的配光设计带来很大困难, 如果没有参考样灯, 完全靠经验进行配光设计, 很难一次成功。计算机辅助前照灯配光设计的目的就是要在没有样灯情况下, 能估算出在各检查点的光照度, 从而对光学设计不断进行修改, 使配光设计结果比较接近ECE 标准的要求。 5汽车灯具的设计方法汽车灯具的设计包括造
14、型设计、配光设计、结构设计, 其中造型设计与结构设计经过训练后设计者感到容易入手, 而配光设计虽然经过光学训练, 如果没有功能较强的计算机软件, 设计者很难把握住设计结果, 往往无法入手。而且不同类型的前照灯, 需要不同的计算机设计软件, 否则设计者很难独立完成设计。随着汽车灯具设计技术的发展, 配光设计大体分为3 个阶段: (1) 实物模拟配光设计, (2) 光线走向设计, (3) 汽车照明计算机仿真设计。511实物模拟配光设计此种方法事先必须搜集各种曲率半径和各种宽度的柱面透镜, 各种楔形棱镜, 各种光源与反射镜。然后根据配光原理用镶拼的方法在实验室中试验配光效果, 对简单的汽车灯具, 镶
15、拼后容易达到要求, 复杂的汽车灯具需要反复镶拼反复修改。这种方法早期美、欧车灯厂都有使用, 目前美国一些中小型车灯厂有时也用此种方法。此种方法的特点是比较直观, 能直接得到配光的结果, 根据镶拼后的实物去设计车灯, 试制结果差距不会太大。此种方法的缺点是受到镶拼实物的限制, 很难设计出超越实物的新灯具。对自由曲面等90 年代发展的新颖灯具, 无法用实物镶拼的方法得到模拟配光的结果。512光线走向设计这是一种非常近似的设计方法, 利用二维(平面) 的光线光路计算公式, 使用一台普通微型计算机, 可以把光线在柱面透镜或楔形棱镜某一截面上的光线走向计算和显示出来, 由此可以预见光线发散角度或偏折方向
16、, 但是无法知道光能量的分布。此种方法的特点是光学原理简单, 只需经过光学培训, 就可以自己编写一些小型计算软件, 可以设计一些简单的汽车灯具, 对复杂的前照灯, 采用此种方法必须要有参考样灯, 对设计者要求有丰富的配光经验, 此方法的缺点是一种近似设计, 不能直接得到标准所要求的各点, 因此对配光的结果心中无数, 这就限制了设计者只能设计本人熟悉的或有先例的车灯形式, 很难自由发挥, 同样对90 年代发展的新颖灯具也无法设计。513汽车照明计算机仿真设计这种方法是随着计算机技术发展而发展起来的, 在国外大型车灯公司已开始采用, 据报道德国的BO SCH 公司、HELLA 公司和日本的小糸车灯
17、公司等都已采用仿真设计。当客户向这些公司订货时, 在设计阶段, 公司就可以向客户提供: (1) 汽车灯具三维造型图; (2) 预见的车灯配光曲线(等光强曲线, 等光照度曲线等); (3) 预见的道路照明效果图(直行效果图, 转弯效果图), 以及工艺分析报告, 热量分析报告等设计资料。客户对某些结果不满意的话, 公司可以及时对设计进行修改, 以便满足用户要求。90 年代以后, 随着CAD CAM 技术发展, 各种车灯形式越来越多, 这与仿真技术的发展有密切关系。配光设计的仿真技术必须包含两个内容: (1) 按照光学原理, 计算机能辅助产生一个合理的新颖车灯结构, (2) 计算机能模拟光能量传播规
18、律, 计算和显示在测试屏幕或照明面上光能量的分布情况, 判断设计是否符合标准。为了实现配光仿真设计, 必须采用复杂的三维(空间) 光线光路计算, 光线的分布应该与光能量分布相一致。计算工具应该采用速度快、存储量大的工作站或高档微型计算机。对各种类型的汽车灯具都必须由专人开发设计软件和校验软件, 大型车灯公司一般都有软件开发人员, 经过实践使用和改进提高, 然后提供设计人员使用, 这些软件对厂家来说一般都是保密和不对外售的。6结束语目前国内多数车灯厂家不能独立开发新颖车灯, 关键是没有高档的设计软件。近年来我们与有关厂家紧密合作, 开发研制了汽车灯具计算机仿真设计软件, 为国内车灯工业发展做了一
19、点工作, 但是该项工作与国外先进技术相比还有一定差距, 还要继续努力, 以求在近期内得到提高。投影机灯泡产品类型与成本分析编者按：投影机灯泡是投影机的重要组成部件之一，是投影机的唯一耗材，它和打印机的墨盒一样，同属于易耗品，具有一定的使用寿命，通常只有1000小时到4000小时。投影机在使用了一段时间之后，其亮度会明显下降，投影画面明显不如以前清晰，这就是投影机灯泡寿终的标志了。因此在投影机使用期限中，肯定会遇到灯泡的购买和更换问题，如何选购合适的灯泡是继如何选购投影机后的又一学问。 对于投影机用户来说，如何正确根据使用的投影机、投影机的使用环境和使用频率等情况来选购投影机灯泡，是非常重要的，
20、然而并不是每个投影机用户都很清楚这些选技巧。有些用户认为灯泡亮度越高越好，有些则认为只要选对类型就行了，甚至有的用户认为越贵的灯泡就越好，或是越便宜的就越实惠，其实这种种想法都是片面的，甚至是错误的。事实上，我们必须从使用的投影机类型出发，然后根据自己的需求，结合使用的环境等因素才能选择购买到适合自己使用的投影机灯泡。 从类型及特点选择投影机灯泡 目前，市面上的投影机灯泡主要有超高压汞灯泡和金属卤素灯泡两大类。我们通常见到的UHE、UHP和UMPRD等灯泡是按不同品牌划分的，例如UHE就是爱普生（Eposn）的投影机灯泡型号，UHP就是飞利浦（PHILIPS）的投影机灯泡品牌，UMPRD/UM
21、VRD/NSH则是日本优志旺的灯泡型号，SHP是日本凤凰的灯泡型号，SHL是美国奇异的灯泡型号，VIP是德国欧司朗的灯泡型号。在这些型号当中，有的是属于金属卤素灯泡，因灯泡中填充了金属卤化物而得名，而更多的是属于超高压汞灯泡，顾名思义，灯泡是采用高压汞填充的。在众多的灯泡类型中，使用得最多的是UHE灯泡、UHP灯泡和金属卤素灯泡这三种，其中UHE和UHP是属于超高压汞灯泡。 由于采用超高压汞填充技术的UHE灯泡和UHP灯泡具有功耗低、发热量小的特点，通常被称为冷光源灯泡，目前主流的灯泡类型就是冷光源灯泡。冷光源灯泡的优势非常明显，因为其功耗较低、发热量较小，投影机的温升也相对较低，因此适和投影
22、机长时间工作，而且这种灯泡的性能曲线平滑，长时间使用亮度下降没有这么明显。 UHE灯泡是目前中档投影机中广泛采用的光源，它的优点是价格适中，种类丰富，寿命较长，一般能达到3000小时以上，而且在使用2000小时之前亮度几乎不衰减。UHP灯泡也是目前一种主流的投影机灯泡类型，也属于冷光源类型的灯泡，它的使用时间比UHE更长，一般可以正常使用4000小时至5000小时，最长的甚至标称12000小时，并且亮度衰减很小，但它的专利技术被飞利浦垄断，因此价格比较高，大体都在3000元以上，一般用在高档投影机上。UHP灯泡有一个特点，就是当衰竭时，灯泡即刻熄灭。 金属卤素灯不属于冷光源，它产生暖光，需要较
23、大功率才能产生与冷光源灯泡同等的亮度，而且使用寿命较短、亮度衰减较大，一般在1000小时后，亮度就大概只有新灯泡的一半了。并且它发热量大，使得整个投影机的温度较高，对投影机的散热系统要求也比较高，因此不宜做长时间投影使用。与UHP灯不同的是，金属卤素灯衰竭是不是即刻熄灭，而是渐渐熄灭。 另外需要特别注意的是，一般不同投影机的灯泡是不能通用的，因此在选购的时候一定要仔细看清楚投影机使用的是哪种型号的灯泡。虽说选购灯泡不能只是看类型，但是不看类型是万万不行的。从性能选择投影机灯泡 灯泡是投影机的重要部件之一，因此其性能好坏直接决定了投影的效果。不同类型的灯泡性能不同，然而性能并不完全由类型决定，投
24、影机灯泡的性能还取决于功率、亮度和有效寿命等。其次，灯泡的品牌也是我们选购的参考对象，因为在一定程度上，灯泡的品牌代表着灯泡的整体性能，大家都知道名牌产品要优于不知名产品。从使用环境选择投影灯泡 投影机的投影原理是利用投影机里的灯泡，产生强光把信号投射到距离较远的大屏幕上，投影效果的好坏不仅与投影机的性能有关系，而且与投影机的使用环境也有非常大的关系。很明显，在光亮度较高的环境下投影的效果要比在较暗的环境差很多。使用环境的亮度越高、投影距离越远、投影屏幕越大，就需要越高的亮度，相反，如果环境亮度比较暗、投影距离比较近、投影屏幕也比较小，则只需要较低的亮度即可。投影机的亮度是由灯泡决定的，可以说
25、在投影机中，灯泡主宰着一切。再高档的投影机，如果灯泡亮度不够，也得不到好的投影效果。 因此，在选择灯泡的时候，有必根据投影机使用的环境来购买。例如是小型会议室内的使用，其空间较小，投影屏幕也不会很大，这种环境下对亮度要求不会很高，一般在1000流明左右就能正常使用，普通的金属卤素灯泡即可达到这样的亮度。而如果是在比较明亮的大型会议厅使用，投影距离一般比较远，投影屏幕也比较大，这类用户在选购灯泡的时候也要求亮度和对比度都高一些的，通常要求能达到2000流明以上，这种用户在选购灯泡时就只能选择冷光源类型的UHE或UHP，还有UMPRD、SAP等。而如果是家庭用户，主要是用于观看电视、电影，对清晰度
26、和动态效果要求比较高，因此对投影机灯泡的亮度要求也比较高，甚至要高于大型会议厅使用的亮度，因此高亮度的冷光源灯泡也是家庭用户的不二之选。 从成本和使用频率选择投影机灯泡 不同的灯泡价格不同，金属卤素灯泡价比格较便宜，一般只要1000元2000元，UHE灯泡价格则一般在2000元4000元之间，而UHP灯泡由于使用寿命比较长，一般都要4000元以上，有的甚至在8000元以上。灯泡的成本大约占了投影机的30，因此购买哪种类型的灯泡还要看投影机的使用频率，才不会造成浪费。 如果使用频率不高、使用时间不长，则可选择寿命比较短、价格比较低廉的金属卤素灯泡，它2000小时的使用寿命对使用频率不高的用户已经
27、足够使用很长一段时间了。而对于大中型企业和家庭用户，使用比较频繁、而且使用的时间比较长，则最好选用亮度衰减小、寿命长的UHE、UHP冷光源灯泡，这类灯泡不仅可以确保投影机长时间工作，而且还能提供高的亮度和对比度，满足用户对大屏幕、远距离的投影需求。如果长时间使用投影机的用户也选择金属卤素灯泡的话，虽然灯泡的价格比较很便宜，但是需要频率更换的成本也是很高的，因此推荐长时间使用投影机的用户选用寿命较长的冷光源灯泡。此外还要注意的是，购买灯泡的时候不要因为贪图便宜而选择杂牌的劣质产品，因为灯泡是工作在高温高压的环境下，如果质量不好的话，很可能会产生灯泡爆裂、爆炸现象。 注意事项 投影机灯泡一向给人娇
28、贵的感觉，毕竟价格不低，使用不当的话会引起灯泡爆裂、爆炸，甚至损坏整个投影机。首先，对于使用金属卤素灯泡的投影机，在开机状态下严禁对其搬动，因为卤素灯泡在点亮状态时，温度有上千度，灯丝处于半熔状态，对其搬动很可能造成灯丝断开、灯泡炸裂。其次，投影仪开关机切换至少应保持间隔5分钟左右的时间，不恰当的频繁开关也可能引起投影机温度过高而导致灯泡爆炸。还有，关闭投影机的时候也必须等待散热风扇停止运行，再关闭电源开关，否则也会因为投影机不能及时散热而引发灯泡爆炸。投影机灯泡的发展方向 近来，投影机灯泡家族中出现了一个新秀氙灯。氙灯是利用正负电极之间放电产生的电弧发光的一种光源，由于技术含量较高、价格也比
29、较贵，目前只应用在高端投影机上。由于氙灯的光谱最接近自然光，因此可以提供比其他光源更优异的色彩。氙灯相比UHP灯泡还有可随时开关的优点，并且氙灯关闭后可马上再次开启动，这一点以往其他投影机灯泡做不到的。氙灯是一种很有前途的光源，随着技术的进步和成熟，必将被普遍应用到各种投影机上。另外，现在还可以用更换灯泡灯芯的方法来节省更换投影灯泡的昂贵费用。投影机灯泡将朝着技术更先进、亮度更高、寿命更长、成本更低的方向发展。 选购投影机之前，先学会选购灯泡不失是一个明智的选择，这样可以为投影机在未来来的使用期间做好预算，节省不必要的开支。汽车灯具的技术发展前灯设计篇车灯的演变1885年德国卡尔.本茨制造出世
30、界上第一辆原型汽车机动三轮车，把马车使用的灯具转移到汽车上来。随着汽车的发展，车灯也在同步发展。按照光源分类，车灯的演变大体上经过以下几个阶段：油灯、蜡烛最初前照灯和尾灯使用的光源是煤油灯或蜡烛，配上一个抛物面反射镜。但其发光强度太低，不足以照亮前方路面的要求。乙炔灯1905年乙炔灯开始在车灯中使用。虽然当时已经出现了白炽灯，但由于它的抗振性能不好，发光强度远低于乙炔灯火焰的发光强度；另一个原因是当时汽车上没有发电机和蓄电池；这一时期乙炔灯是汽车灯的主要光源，一直延续到1912年。电光源车灯1913年以后,使用白炽灯泡的车灯才在汽车全面使用。这得力于1913年发明的充惰性气体的白炽灯泡和191
31、2年发明的电启动发动机和相应的电气系统，1925年电启动发动机和相应的电气系统成为汽车的必装件后，汽车灯的光源也就全部换成白炽灯,其光效率为15lm/W18lm/W，在国际上该光源一直使用到20世纪50年代，在中国则使用至1990年。卤素灯它是一种电光源灯，是白炽灯的改进型，1960年被开发出来。由于其发光效率可以达到22lm/W25lm/W，比白炽灯高近一倍，同时使用寿命大幅提高，很快在前照灯中广泛使用，前照灯系统的性能也得到显着改善。目前，使用的卤素灯泡主要有H1、H3、H4、H7、HB3、HB4等，其中H1、H4和H7主要在前照灯中使用，H1、H3主要在前雾灯中使用，HB3、HB4是美国
32、标准的前照灯灯泡。正在开发中的卤素灯泡还有H8、 H9、 H11和H13等，它们的特点是灯丝直径和灯丝长度均缩短，发光效率提高，热辐射较少，有利于提高卤素前照灯的亮度和减少灯具尺寸。气体放电灯气体放电灯简称HID，利用高压电击穿灯泡中的惰性气体发光。目前有D1S、D1R、D2S和D2R四种型号，其功率为35W，光通量为28003200lm，发光效率为8091lm/W；工作电压85V，启动电压30kV，使用寿命可以达到3000小时。其灯光颜色接近日光；近车点照度低减少司机炫目效应，特别是在地面潮湿条件下；照度高，利于及时识别障碍，照明范围大，亮区更亮；光输出稳定、 节能（35W，85kV）；缺点
33、是工作电压高，需要电压提升系统。首次在批量生产中使用HID灯泡的前照灯是奔驰E级车的自由曲面反射镜前照灯，随后应用于透镜组形式的前照灯上是宝马5系列车，现在，也应用到戴姆勒-克莱斯勒、宝马、奥迪、大众、丰田、本田、通用、福特等车厂所生产的车型。固体光源在固体光源中，以LED为代表。以前LED只在信号灯中使用，但随着科技的发展，LED也将在前照灯中应用。使用白色LED可以提高整车设计的自由度，使用LED为光源可以大大减少前照灯的厚度，特别适用于紧凑型轿车和侧面照明系统（转弯时，照明系统可根据方向盘的方向转动）。目前，制约LED在前照灯中使用的因素有：a）白色LED的形状、电压等的标准尚未确定；b
34、）白色LED的发光效率较低，只有20lm/W30lm/W；相反，发热量极高，必须采取散热措施。C）能够提供高功率白色LED的厂商只有少数几家，没有大批量生产。不过，LED前照灯的体积较薄和具有独特的多点照明功能，这将使之成为紧凑型轿车前照灯的一个发展趋势，目前日产、本田、丰田等日本汽车厂商及戴姆勒-克莱斯勒公司设计的一些紧凑型轿车概念车也装备了LED前照灯。前照灯的光学系统前照灯的光学系统可以分为反射型和透射型。反射型前照灯的发射镜又可以分为单抛物面反射镜、多抛物面反射镜和自由面反射镜。单抛物面反射镜这是最简单的一种类型，灯泡位于抛物面的焦点上，灯泡发出的光线经抛物面变成平行光；再经过配光镜的
35、偏转散射作用，来满足法规的要求，达到既照亮路面，又防眩目的作用。使用这类前照灯的车型有北京212吉普、解放141等。反射镜使用的材料主要为金属薄板、玻璃等，配光镜为带配光花纹玻璃制件。多抛物面反射镜这是在单抛物面反射镜基础上发展出来的一种类型，其反射面由多个不同焦距的抛物面组成，与单抛物面反射镜相比能够提高光源的利用率，改善路面的照明状况。使用这类前照灯的车型如Jetta A2等。反射镜的材料主要是金属薄板和BMC（热固塑料），配光镜仍然是带配光花纹玻璃制件。自由面反射镜这是计算机辅助设计系统的产物，它可以通过计算机系统将光源发出的光转到指定的区域，不用配光镜的2次配光，也能达到法规的要求并防
36、止眩目；可以使用无花纹的配光镜。目前，大部分车型都是用该类反射镜的前照灯，如Bora A4、Passat B5等。由于受到金属材料成型，以及后处理的限制，目前反射镜的材料只能是BMC，今后随着新材料的发展，BMC材料将逐渐被热塑材料取代。BMC材料在环保方面存在最大问题，由于固化后的BMC材料化学性能非常稳定，不能回用，废料处理的问题成为BMC材料应用的最大障碍；国外的经验是用其粉碎料修公路，但加入量不能超过2%。目前，热塑材料还没有在前照灯反射镜中大量使用，其主要原因是材料的耐热问题和在高温高频振动条件下的稳定性问题。德国Hella已经在Golf车的前照灯反射镜进行了小量应用，但要广泛采用还
37、需一段时间。透射型前照灯这是使用了透镜组的前照灯。透镜组由灯泡、反射镜、遮光片、透镜组成，简称DE。1984年德国Hella 公司首次批量生产该类型前照灯，用于VW GOLF I；随后德国、法国等欧洲公司又相继开发出具有远、近光功能的透镜组件，并在Audi A6、Audi A4等轿车中应用。最近，他们又在远近光透镜组的基础上开发了具有全新意义的新型前照灯，也就是现在所指的多功能前照灯系统。前灯的发展趋势PC面罩和BMC反射镜的广泛使用为前灯增加了新功能，原来分散的单一功能的各种灯具，得以组合。现代的前灯包括前照灯（分为远光灯、近光灯）、雾灯、前转向灯、前位置灯等；但也可不包括雾灯或转向灯，这要
38、根据整车的造形而定。从技术上说，装在汽车前部的灯都可以组合在一起。前灯的发展趋势可以从以下几个方面来看。外观随着新技术、新材料以及计算机辅助设计的广泛应用，灯具在满足法规的基础上，其造型更加随意；整车的造型设计师可以有更大的自由度。以前，前灯的外形不是圆形就是方形，多数情况下一只灯只有一种功能。自从PC面罩应用到前灯中，前灯才发生了多种变化，现在生产的前灯几乎已经没有正方或正圆的形状，几乎全部是符合整体造型的异性前灯。以前，一些汽车公司为了减少空气阻力和达到外形效果，采用隐形前灯，如保时捷跑车等；但随着新材料和新技术的应用，隐形前灯已经成为过时产品。现代汽车的前灯能完全符合汽车的整体造型，具有
39、相同的流线，大大体高整车的外观效果，甚至成为汽车厂商个性化的标志，是汽车上的一个亮丽的装饰物，也是区分不同车形的重要标志。亮度前灯的主要功能是照亮路面、防止对方眩目，保证行车安全。在提高亮度和扩大照明范围方面有不同的方法：一种是提高光源的发光效率。从1913年的白炽灯泡到20世纪90年的气体放电灯泡，发光强度从白炽灯的1518lm/W到卤素灯的2225lm/W到气体放电灯的8091lm/W；已经有了长足的发展。（注：提高灯泡的功率，不是解决亮度的方法。100W的灯泡固然比55W的标准灯泡亮，但是，它将产生大量的热量，可能损毁反射镜等灯具部件，同时由于其消耗的电功率远远大于标准灯泡，因此整车的保
40、险、电缆有被烧毁的危险，并引发火灾。灯具生产厂和整车生产厂的所有保证是完全无效的。因此，禁止在公路上使用100W或100W以上的灯泡；此类灯泡仅在赛车比赛时被使用。）随着生产技术的日益成熟、价格的下降、升压系统体积的减小，气体放电灯已经逐步在中小型轿车应用上。今后，它将广泛使用在轿车、载重车、客车等各类汽车中。HID是汽车光源发展的一个方向。另外，科技的不断发展、高发光率白色LED的不断完善，LED也将是汽车前灯光源发展的另一个方向。第二种是提高光源的利用率。目前抛物面反射镜的利用率不到30%，自由曲面反射镜约为45%，透镜组的利用率达到约50%。在反射镜的光损耗中有3045%的光线没有照射到
41、反射镜上，另有1525%的光线被遮挡；透镜组中也有20%左右的光线被遮挡。各国的车灯厂都花了很大的力气研究减少光损失。在反射镜型前灯中，日本的一些灯厂将遮光罩做成反光型，将原先不能照射到反射镜上的光线和被遮挡的光线重新反射到反射镜上；德国的工厂则在充分发挥其在自由曲面上的设计优势，逐渐取消遮光罩，来提高光线的利用率。在透镜型的前灯中，日本采用多透镜，德国则增加透镜直径；无论是那种方法，其目的是相同的，都是增加光线的通过面积。第三种是功能方面。未来几年，前灯的功能将向多功能化和智能化发展。德国公司最近研制开发的一种多功能前灯，突破了传统前灯近光、远光的划分，将灯光按照不同的用途分为城市照明、乡村
42、照明（包含转弯照明）、高速公路照明、高亮度照明和白天行驶照明。城市街道的路灯照明条件比较好，车辆行驶的速度较低，道路两旁的车辆和人员较多，对前灯照明的要求是防眩目、大宽度、短距离、区域内光强高，使驾驶员容易观察到车辆两侧及前方情况。乡村照明在小城镇或照明条件较差的街道上使用，它的光分布与通常情况下的近光灯相似。由于道路的照明条件差，又有弯路和交叉路口，故有转弯照明功能，在转弯时，光区会提前照射到将要转向的方向，并有左右侧行驶之分。高速公路照明在高速公路上使用。由于高速公路上没有行人，全部是单向车道，不存在使对方眩目的问题。光分布接近于通常情况下的远光灯，但其照射距离一般在150m以内，这是由于
43、高速公路的行驶速度通常在100150km/h；按照欧洲的法规要求，此时的车距应该在100150m；为了不使前车的驾驶员感到不舒服，将照射距离一般在150m以内。高光照明状态将全部光线都投到路面上，充分发挥光源的效能。主要用于没有照明、车辆极少的野外行车。白天行驶照明是在欧洲最新法规的基础上开发出来的一种前灯形式，用于白天行驶时使用，没有配光的要求。智能化的前灯的基础是多功能前灯，附加了控制系统、清洗系统、近红外线探测系统等，可根据各种传感器探测得来的道路情况、天气情况和本车灯的状态（如车速、负载等）等信息，调节整灯的工作状态，及时清洗灯具，保持最佳的照明效果。被动式近红外线探测系统的使用，彻底
44、解决夜间和恶劣气候条件下的道路探测问题，保证行车的安全。 汽车灯具的技术发展信号灯设计篇编者按：本文描述信号灯的演变、种类和功能，以及介绍后组合信号灯（组合尾灯）的新型光源和个性化设计。信号灯的演变18世纪汽车诞生之时，信号灯已问世。最初的信号灯只有单一功能，即一只灯只有一种功能；当双丝灯泡被广泛采用后，才有结合后位置灯和制动灯合的灯具。直到80年代初，才出现将各种功能信号灯组合在一起的组合尾灯，这种组合尾灯的壳体上有不同功能的灯仓，对应的面罩也有不同的颜色，使用不同的灯泡，此时的面罩还是单色。90年代，多色面罩技术广泛使用，使组合尾灯的面罩成为一个整体，现代汽车的尾灯基本上都使用多色面罩的组
45、合尾灯；单一功能的信号灯，只有在一些豪华大客车上才能看到。目前流行的信号灯加工工艺，都是使用多色技术的整体面罩和镀铝的壳体组。壳体和面罩的连接方式在不同的车系中有不同的方式：欧系车的组合尾灯以焊接为主，日系车以胶粘接为主，美系车两种方式都有采用；焊接方式有热板焊、磨擦焊、超声波焊等；信号灯使用的胶也有热胶、冷胶之分。在灯泡座方面，日系和美系车主要使用单个带密封的灯泡座，灯泡座之间用导线连接，通过共用的组合插头与车体线束连接，为灯泡座式通用件；欧系车通常使用整体的灯泡座，所有灯泡都装在同一个灯泡座上，灯泡座上有插接器同车体线束连接，灯泡座与灯体之间有密封和不密封两种形式，灯泡座是为个别产品专门设
46、计的。信号灯的种类和功能信号灯围绕着法规的要求而发展，其主要作用是显示车辆的存在、宽度、状态以及辅助照明等。它包括转向灯、制动灯、前后位置灯、示廓灯、后雾灯、回复反射器等。对于色度的要求，中国法规和欧洲法规有相同的要求：前雾灯为黄色或白色，目前大多为白色；后位置灯、制动灯和后雾灯为红色；转向灯为黄色；倒车灯为白色。在美国，允许转向灯使用红色光。转向灯（故障警告灯）用来向其他车辆和行人表明本车辆将向左或右转向的灯具。当本车有故障或道路前方有特殊情况时，同时启动左右转向灯，闪烁报警；此时的转向灯的作用是故障警告。制动灯向车辆的后方及其他道路使用者表明车辆正在制动。前后位置灯从车辆前后方向观察，显示
47、车辆存在和宽度。示廓灯显示车辆最外边缘和最高顶部，引起对其特别关注。后雾灯在大雾、雨、雪等视野条件恶劣的情况下，从车辆后方观察，使得车辆更容易看见。在通常的情况下，只装备一盏在车辆前方前进方向的左侧（右侧行使的车辆）；也有左右各装备1盏。在雾、雪、雨或尘埃弥漫等能见度较低的情况下，故障警告灯（双闪左转向灯）不适合开启，而应该开启前、后雾灯，当打开后雾灯时建议车速不要超过50km/h。回复反射器通过外来光源照射后的反射光，向位于光源附近的观察者表明车辆的存在。前雾灯被国家标准描述为“在雾、雪、雨或尘埃弥漫等有碍可见度的情况下，为改善车辆前部道路照明和使迎面来车容易发现车辆的灯具”。在恶劣气象条件
48、下，它兼有前部照明和信号两种功能。在一些国家，前雾灯是选装的，2000年以前中国汽车的前雾灯也是选装的。前雾灯使用的灯泡有F2、H1、H2、H3、H4（近光灯丝），目前F2灯泡已甚少使用。后组合信号灯（组合尾灯）随着人们生活水平的提高，后组合尾灯的美观性越来越受重视，新颖、独特的个性化产品得到青睐。信号灯的发展主要体现在：新型光源的应用和个性化的设计两个方面。新型光源新型光源应用于信号灯的光源也经历了一个从油灯、煤气灯、电灯的发展过程。目前使用最多的光源为白炽灯，这类灯泡有P21W、PY21W、P21/5W、R5W、R10W、W5W、W2.3W、T4W、等。其中P21W是白色的21瓦灯泡，它用途广泛，可作为制动灯、转向灯、后雾灯、倒车灯等的光源；PY21W为黄色的灯泡，用于转向灯；P21/5W为双丝灯泡，主要用于位置和制动灯
