现代汽车灯具

1、现代汽车灯具 主 任 : 魏学颜副 主 任 : 杨受根 主 编 : 黄佐贤 副 主 编 : 万兵根 编 委 ( 以姓氏笔画为序 ) :万兵根 李淦海 张世荣 杨受根杨焱林 吴三多 周太明 姜兆庆黄佐贤 魏学颜前 言鉴于我国汽车灯具行业已经得到迅速的发展壮大，目前已经具备一定的规模和水平，但一直没有一本较为全面系统的技术资料。为了满足我国汽车（摩托车）灯具设计单位、制造厂家、研究所、检验以及管理部门的需要，以促进我国汽车灯具行业的规范发展，1998年江西丰林塑业有限公司建议国家汽车质量监督检验中心（长春）组织编著一本关于汽车灯具的专业书籍，并愿意承办出版事务。这对国家和灯具行业都是一件好事，于是

2、双方愉快的合作起来。 经过几年的努力，现代汽车灯具终于问世了。尽管本书内容粗浅，也不够全面系统，但它毕竟有史以来中国人自己编写的第一本有关汽车灯具的专著。本书的出版既是我国汽车灯具行业的一个阶段性总结，也标志着我国汽车灯具行业的综合技术能力已上升到一个新的水平。 本书涵盖了汽车灯具相关的几个主要方面，但不可能包罗汽车灯具所涉及的所有层面，尤其是一些深入的设计细节、具体的工艺参数以及个人积累的经验数据等，这些细微的部分有的带一定的局限性，有的尚感不甚成熟以及其他诸方面的原因，不可能写入书中。每一位编者只是从灯具的一个侧面介绍一些基本知识，编者们集腋成裘，把每一个比较完整的汽车灯具基础知识雏形奉献

3、给广大设计者。诚然，灯具行业的每一位同仁对汽车灯具多有相当深入了解，但多侧重于某一领域或某一方面，想了解灯具的其他方面的有关知识，查阅本书便可略知一二。对汽车灯具领域的新成员，本书也是一本便捷的入门资料。从这个意义上讲，本书对我国汽车（摩托车）灯具行业应该有一定的参考价值。 由于编者的学识和视野所限，本书难以充分的反映我国和世界当前汽车灯具的基本状况和最新水平，尤其是当代汽车技术的发展确实是突飞猛进，作为其部件的灯具真可谓是日新月异，很可能本书刚出版就已是一本内容陈旧的书。这也是预料之内，情理之中的事，因为汽车技术随时都发展。我们之所以不揣冒昧的把本书奉献给读者，是期望它能抛砖引玉的作用，为今

4、后我国继续有内容丰富水平更高的汽车灯具新作面世铺一段路基。受我国汽车灯具行业现状的制约，也由于我们的水平所限，加之各方面的准备不足，也没有经验，书中缺点错误和问题在所难免，恳请有关单位和专家以及广大读者不吝指正。如发现错误和问题，请与黄佐贤主编联系（电话04315901377）。参加本书编写的作者分工如下（按章节顺序）：1.1魏学颜研究员高工（一汽副总工程师，国家汽车质检中心原主任）；1.2杨受跟经济师（江西车灯厂厂长，丰林塑业有限公司董事长）；1.3、3.6、3.11刘革工程师（长春汽车研究所轿车部）（李淦海校）；第2章屠其非讲师（上海复旦大学光源与照明工程系）（周太明教授校）；第3章（除3

5、.6、3.11）张伯林高工（长春汽车研究所轿车部）；第4章李真教授（天津大学精密仪器与光电子工程学院）；第5章杨焱林高工（湖北汽车灯具厂原总工程师）；第6章姜强国工程师（江苏渔光车灯有限公司副总工程师）（杨焱林校）；7.17.3王树来高工（天津市汽车厂）（匡伯铭校）；7.47.5万兵根工程师（丰林塑业有限公司副董事长兼副总经理）（匡伯铭校）；7.67.8武进市东方玻璃工业有限公司模具制造部（张世荣校）；第8章黄佐贤研究员高工（国家汽车质检中心安全试验室原主任工程师）第9章（除9.39.5）许秀香高工（中国汽车技术研究中心汽车标准化研究所）；9.39.姜庆高工（长春汽车检测中心安全试验室主任工程

6、师）； 第10章（除10.10）吴三多高工（原安阳灯泡厂总工程师）； 10.10周伟副教授等（上海复旦大学电光源研究所）（周太明教授校）。另外，李发成老专家、熊世威老专家及中国模具工业总公司杨良先生等，都对本书的问世给与了热情的关怀和积极的支持，在此一并表示衷心的感谢。目 录第一章 概 论 （1）1.1 汽车的照明安全及汽车灯具的行业管理（1）1.2汽车灯具的重要性以及车灯的演变（1）1.3国内外车灯具的新发展（4）第二章 汽车灯具基本光学原理（41）2.1基本几何光学（41）2.2光度学和色度学（47）2.3汽车灯具光分布的基本计算（53）第三章 汽车灯具的种类及要求（53）3.1概述（53

7、）3.2汽车前照灯（54）3.3汽车前照灯的分类（59）3.4汽车前照灯的构造（61）3.5投影式前照灯（66）3.6前雾灯（66）3.7牌照灯（68）3.8倒车灯（69）3.9车内照明灯（69）3.10汽车信号装置 （74）第四章 汽车用回复反射器（82）4.1概述（82）4.2汽车用回复反射器的基本类型（82）4.3评定回复（逆向）反射器反光性能的基本术语和坐标系统（84）4.4回复反射器逆反射的机理（85）4.5立方角锥棱镜有效通光口径与光线入射角的关系（88）4.6回复反射广场的形成与性质（92）4.7回复反射光场光能量与旋转角的关系（94）4.8回复反射器反光性能的评定（95）4.9

8、回复反射器的制造技术（96）4.10回复反射器反光性能检测技术 （97）第五章汽车灯具的设计与计算方法（101）5.1汽车灯具设计过程（101）5.2汽车灯具设计的内容（103）5.3旋转抛物面反光镜的设计（104）5.4光能量计算和分区设计（116）5.5配光镜的设计与计算（129）5.6现代汽车灯具设计简介（133）第六章 汽车金属灯具的制造工艺6.1技术工艺规范（143）6.2工艺流程及相关设备（150）6.3模具检验与调修（166）第七章 汽车灯具塑料与玻璃配光镜及其加工（167）7.1塑料的种类、性质及用途（167）7.2热塑性塑料的注塑成型工艺（168）7.3热固性塑料的注塑成型工

9、艺（171）7.4塑料的焊接与粘接（171）7.5灯具塑料组件的特殊处理工艺（173）7.6玻璃配光镜模具设计与制造（173）第八章 汽车灯具的室内检测（176）8.1汽车灯具试验室（176）8.2汽车灯具室内检测（179）8.3灯具检测的相关规则（204）8.4灯具检测报告（210）第九章 欧美汽车灯光标准（法规）体系综述（214）9.1关于汽车标准和技术法规（214）9.2世界汽车灯光标准法规的历史情况（215）9.3欧洲ece汽车灯光法规（217）9.4中国汽车灯光标准的制定和发展（219）9.5我国灯光标准的制定和发展（222）9.6美日汽车灯光标准、法规体系概况（224）9.7欧美汽

10、车灯光法规的详细对比分析（226）9.8美日汽车灯光标准法规的现状（235）9.9欧美汽车灯光法规的协调情况（237）9.10全球性汽车技术法规协定书的介绍（238）第十章 汽车灯具光源（239）10.1汽车灯具光源的发展状况（239）10.2汽车灯丝灯泡的标准（240）10.3汽车用灯丝灯泡的种类（254）10.4汽车用灯丝灯泡的技术要求及检验方法 （255）10.5汽车灯具光源的发展 （265）第八章附录（268）附录1 欧洲ece灯光法规示例（304）关于发射非对称近光或远近光并装用白炽灯泡的机动车前照灯型式认证的规定附录2 美国联邦机动车安全法规（fmvr）灯光部分 （310）571.

11、108 灯具、发射装置和辅助设备附录3 我国关于汽车（摩托车）灯具的标准目录 （335）附图（336）附件（339）第五章附表（354）第一章 概论1.1汽车的照明安全及汽车灯具的行业管理1.1.1汽车灯具在汽车安全性中的重要作用随着社会经济的发展，汽车已成为人类社会中不缺少的交通和运输工具。有车就有安全问题。当今世界，汽车安全、环保与节能成了汽车发展的三大课题。汽车的安全性，是汽车运行中一个极为重要的性能。汽车安全性分为三大部分：主动安全性、被动安全性和防火安全性。所谓主动安全性，是指汽车设计者在汽车的配置中，采取一系列技术措施，以预防和减少安全事故的发生。其中包括汽车夜间照明、各种指示信号

12、、驾驶员视野、制动以及轮胎等。所谓被动安全性，是指在汽车中采取一系列技术措施，使得安全事故一旦发生时，可最大限度地防止或减少对人员造成的伤害。其中包括车身结构、安全玻璃、座椅、头枕、内外部凸出物以及安全气囊等。防火安全性是预防汽车火灾发生和发生火灾后防止蔓延扩大的性能。汽车灯具担负着照明和指示信号两种功能，是主动安全性的重要组成部分。世界汽车安全事故统计资料表明：夜间发生的交通事故是白天的三倍，照明状况不良时的事故率又是照明良好时的三倍。全世界每年汽车交通事故伤亡人数在1000万以上，其中死亡者约50万。我国交通事故统计资料显示，仅1994年因灯光问题酿成的安全事故就有近千起，造成三百多人死亡

13、。足见汽车灯具在汽车安全性中的重要地位。汽车和车灯是密不可分的。可以说有汽车就有车灯。自从18世纪汽车诞生起，最初的汽车上就挂有煤油灯。英国从1929年就开始实施道路车辆照明法，可见照明对汽车有多么重要。尤其现代汽车，电汽化程度大大提高，其照明和信号灯更是占有突出的位置。就其作用而言，汽车灯具可分为两大类：照明装置（照明灯）和信号装置。其中照明灯的功能，是在黑暗环境中照亮汽车行驶前方的路面（倒车灯照亮汽车后方，在倒车时也是照亮行驶方向）。照明灯主要是指前照灯、前雾灯、倒车灯和牌照灯。其次像室内灯、仪表等和行李箱灯也属照明灯用。光信号装置包括汽车信号灯和回复反射器。信号灯中又包括转向指示灯、制动

14、灯、后雾灯和位置灯等。信号灯的功能，是向其他道路使用者表明本车的存在，以及本车将要转向某一方向或正在制动减速等，以引起对其特别关注。事实上，前雾灯兼有照明和信号的两种功能，它是在雾、雪、雨或尘埃蔓延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易于发现车辆的灯具。某种程度上讲，倒车灯也兼有照明和信号两种功能。1.2汽车灯具的重要性以及车灯的演变1.2.1汽车灯具的重要性 汽车和车灯是密不可分的。汽车前面总少不了两个漂亮的大灯，好像一双美丽的大眼睛。事实上，车灯对汽车来说，也确如人的眼睛一样重要。在黑暗的环境中，如果没有车灯，汽车将寸步难行。驾驶员的视力再好也无济于事。驾驶员无法看清周

15、围有无其它车辆、行人或障碍物存在，即使相撞前一刻，也全然不知。这种状况是不可想象的。可见车灯对汽车从而对人，该有多么重要。所以，汽车从诞生之日起，就没有离开过车灯。而且结构越来越复杂，功能越来越完善，制造也越来越讲究。现代汽车灯具简直就是精美的工艺品。 1769年法国陆军技术军官库格纳特（n.j.cugnot）发明了木制的三轮蒸汽机车，作为炮车用，最高车速仅为4km/h。不幸的是这车撞到了兵营的墙上，这可以说是世界上第一起汽车安全事故。可见安全对汽车的重要性。而且随着汽车的发展和普及，交通安全越显其重要性，因此，早在1858年英国就开始实施世界上最早的道路交通法。在汽车交通安全中，汽车灯具占有

16、毋容置疑的重要位置。因而，从1929年开始英国又制定并实施了道路车辆照明安全法，可见照明对汽车有多么重要。到20世纪50年代，日本、联邦德国、法国、美国和澳大利亚等国家都先后制定了包括汽车照明的汽车安全法规。我国从1984年起，也陆续出台了相应的标准。尤其现代汽车，由于公路条件的改善和汽车速度的提高对汽车电器化程度要求大大提高，其照名和信号灯更是占有突出的地位。 1.2.2汽车灯具演变的简单过程 1885年，德国工程师卡尔.本茨（karl.benz）研制出世界第一台汽油机为动力的三轮内燃机，它却是由金属材料制成，汽车从此诞生并迅速发展起来。但要在夜间或黑暗道路行驶，必须有照明工具，可以说，有了

17、汽车就有了车灯，车灯和汽车是同时诞生并同步发展的。车灯的演变大体经过如下几个阶段： 1煤油灯最初的前照灯是安装在汽车的煤油灯。但煤油灯的发光强度太低，不能满足照亮车前足够远路面的要求。为了提高前方路面照度，利用了1779年克鲁平发明的带片的式抛物面反光条（反光镜的雏形）。用克鲁平反光镜的灯成为世界上第一只聚光灯，当时被称之为强光无比的灯，它能将置于反光镜焦点上的发光强度提高500倍。当时用这样的反光镜将装置在汽车光源前方的两只光源的光通量，反射汇聚于一狭窄立体角内并使之形成高强度光束的聚光灯式前照灯。除前照灯外，当时还规定汽车上必须配置一只朝向后方的红色窗口信号灯的雏形。后来出现了乙炔作光源的

18、牌照灯，由于用橡胶管向牌照灯供应乙炔不可靠且有危险，只好也用煤油灯作汽车的后灯。 2. 乙炔灯 1879年白炽电灯出现后，人们很自然的想到把它应用到汽车上，但最初的尝试失败了。因为当时的真空白炽灯泡的灯丝是由碳丝做成的，很脆，经不起汽车的震振动，特是它的轮廓亮度不够高，仅为4*10000cd/m 左右（cd坎德拉，光强度单位），而在汽车前方100m初产生1lx（1l 勒克斯，照度单位）的照度，至少需要光源轮廓亮度为32*10000cd/m。到1905年，乙炔开始用作车灯光源。这是因为乙炔等火燃的轮廓亮度约为7.2*10000cd/m, 比当时电灯所能达到的亮度几乎亮一倍。乙炔是利用装置在汽车脚

19、踏板或车架上的轻便型乙炔发生器由碳化钙和水发生化学反应而产生的。行车时车体的颠簸或晃动刚好成为这个化学反应的“催化剂”，一旦汽车停下来，则反应渐弱，照明渐无。当时已有其他高度光源，虽然也在汽车上试用过，但都因为种种原因未获成功，最终只有乙炔灯成为早期车灯的稳定光源，而且一直沿用到1925年前后。 3电光源车灯 1913年发明了用螺旋钨丝作发光体的充气（惰性气体）白炽灯泡，使发光效率由碳丝白炽灯泡的1lm/w提高到15lm18lm/w。美国当年就将它用到凯迪拉克汽车的前照灯上从而开始了汽车电器照明的时代。1017凯迪拉克汽车的前照灯开始采用反光瓦（最早的车灯反光镜）以提高光能的利用率并增加照度。

20、然而，乙炔前照灯仍然继续使用了很长一段时间，只是逐渐的被电光源前照灯所取代。产生这种情况的在于当时的发动机汽缸燃气点火采用本身既为独立电源的高压磁电机，而发电机使用手摇柄启动。汽车上即没有发电机也没有蓄电池。 1912年发明了用以启动发电机的电启动机，这就要求在必须装置蓄电池，为给蓄电池充电又要求装置支流发电机，这就给汽车采用电光源照明提供了必要的条件，也是必然的发展趋势。但是，汽车电器设备（启动机、发电机、蓄电池、和电器照明设备）在当时并非每辆汽车都具备，而是根据用户要求另外安装的选装设备。所有汽车出厂都采用电器照明，实际上是从1925年开始的，此后电器设备系统就成为每辆汽车所必备。汽车灯具

21、才在为青一色的电光源。 4对称光前照灯 早期的电光源前照灯由灯泡、反光镜和防护玻璃组成（后来由于封闭式前照灯的出现，为了区别，这种形式称为半封闭式）。发出中心对称的光束，像手电筒一样，只有照明功能，没有防眩目功能。随着车速的提高，要求车灯的亮度增加，这就使迎面车辆驾驶员的眩目问题变的突出起来。出现了在交会车时因前照灯的强光刺激造成驾驶员眩目而导致发生交通事故和撞车的严重问题。这就对前照灯提出两个互相矛盾的要求：一方面使车前至少100米距离内的路面和高度至少在两米到2.5米的障碍物得到足够的照明，这就要求前照灯的最大发光强度要在10000cd以上；另一方面又要保证前照灯不使迎面车辆驾驶员眩目，这

22、又要求在迎面来车前方的光强度不能超过400cd。如此悬殊的反差集于车灯一身，这个问题一直成为车灯设计者 着力解决的主要矛盾。 5非对称前照灯 为了解决道路照明和迎面驾驶员眩目的矛盾，1924年欧洲发明双灯丝前照灯，从而开发了非对称式前照灯。这种前照灯用同一灯泡的两个灯丝分别作前车灯（远光）和会车灯（近光）的光源。在近光灯丝的下方装备了一个遮光罩，用它遮住投向迎面车辆驾驶员的灯光，其边缘形状可使光束照在路面上形成一个明暗截止线。对道路迎面来车半边只照亮1.25m 以下部分，从而可以防止迎面车辆驾驶员产生眩目；而在本车前方则以较高的亮度照亮路面足够远的距离（100米以上）和足够高（两米以上）的空间

23、，从而可以保证本车良好的前方照明。其后美国从1932年起也开发出另一种非对称式近光前照灯。虽然没有欧洲灯那样清晰的明暗截止线却通过反光镜和配光镜的特殊设计，使每只前照灯的近光光束宽度受到限制，从而使高亮度光束只照亮本车前方路面，迎面来车一侧仅受到较弱光的照明。由于非对称光束的要求，灯前的防护玻璃变成配光镜，其上加工出许多光学花纹，起到按需要改变光场，重新分配光线的作用。 6.封闭式前照灯 1940年以后美国研制出封闭式前照灯，他把光源、反光镜和配光镜作成密封的一体。远光灯丝设计成短直圆柱状置于反光镜的焦点上；而近光灯丝的位置设计在略高于光轴的水平面上，使光束经反光镜反射后向光轴下面倾斜并向右侧

24、偏移（对右侧通行），使近光的光场变的不对称。1955年曾对上述系统进行改进，将远光光束的轴线提高0.5度，并采用了配光屏以保证迎面车辆驾驶员的眼睛不受近光灯丝直射的照射。7. 卤钨前照灯 20世纪50年代末开发出卤钨灯泡后，很快被前照灯采用，使非对称式近光前照灯系统到了显著的改进。前照灯使用的卤钨灯泡主要是单灯丝的h3和双灯丝的h4。它的发光效率可达到221m/w251 m/w，比一般白炽灯泡增高约50%，灯泡寿命也大幅度提高。 在整个电光源的发展中，前照灯基本上采用抛物面反光镜。这种反光镜为一抛物线绕其轴旋转而成，它的作用是收集、会聚来自灯泡的光线，并将此光线以平行于光轴方向射出。符合法规要

25、求的灯光分布，由灯泡、反光镜和配光的共同作用来达到。这种反光镜沿用了长的一段时间，大约半个世纪左右。 8自由曲面前照灯 自由曲面（简称ff）前照灯的反光镜曲面不是规则的几何图形，它是计算机通过复杂的运算、优化临界参数、应用仿真程序而产生的三维曲面。这种前照灯不需要配光镜，从自由曲面反光镜反射出的光线即为满足法规要求的光型，它起到了抛物面前照灯中反光镜和配光镜双重作用。反光镜也不在用金属材料制成，而是用热固性塑料（bulk m oulding compound,简称bmc）一次精密注塑成型；配光镜也无需设计光学花纹，采用无纹配光镜而且其材料也不再是玻璃，而是聚碳酸酯（ 简称pc）塑料。自由曲面前

26、照灯无论从设计、结构或材料上来讲，都是一次重大的进步。 9 投影型前照灯以往的电光源前照灯，由于其结构特征被称之为反射型前照灯。1984年联邦德国海拉车灯公司推出新一代前照灯投影型前照灯（也称de灯），并从1990年起投入批量生产。投影型前照灯由灯泡、反光镜、挡板、凸透镜和配光镜组成。它要求精确的装配，可获得准确而清晰的明暗截止线。近年来，我国生产的高档轿车也采用了投影型前照灯。 10高强度放电灯简称hid灯，也叫气体放电灯。从1995年起，欧洲法规批准使用这种灯。现在宝马、奔驰、保时捷、奥迪等高档轿车都相继使用了这种前照灯.高强度放电灯所使用的灯泡是充入高压氙气的d2r或d2s型灯泡。d2r

27、灯泡适用于反射型前照灯；d2s灯泡适用于投射型前照灯。灯泡的启辉电压为25kv，电源仍然使用车上配用的12v直流电源。hid灯的配光镜可为无纹塑料配光镜，反光镜的反射型和投射型两种。当然，也可以使用自由曲面反光镜。这种灯具发光效率高、亮度大、消耗能量小、可靠性高、寿命长、不受车上电压波动影响等许多优点，是当代最新型的汽车前照灯。 11光纤前照灯光纤车灯是根据光的全反射原理利用光源纤维来实现光的传导而开发出的最新一代汽车灯具。它由光源、反光镜、光纤和输出组件等部分组成。光纤车灯既可作为前照灯，也可用于前雾灯，更广泛地应用于汽车室内的各种照明。光纤照明技术改变了传统汽车灯具的结构，将使车灯技术进入

28、一个全新的时代。但目前尚处于开发阶段，其昂贵的成本限制了它在汽车产品中的应用。一旦障碍被克服，光纤照明技术将迅速而广泛地应用于汽车生产，将会使汽车灯具呈现出崭新的面貌。前照灯是车灯中要求最高、结构最复杂、设计和制造难度最大的车灯。它的发展变化也代表了车灯的整体演变。至于信号灯，其光源是与前照灯同步发展的，其变化也多表现在结构方面，如组合灯、复合灯、混合灯以及最新流行的将后信号灯的左、右两部分连成一体的整体后组合灯等待。采用发光二级管（led）作信号灯光源是信号灯的一个创新，这一技术飞越使信号灯在光源和结构两方面都以全新的面貌出现。辉光放电灯（氖灯）作为高位制动灯出现在信号灯的行列中，也是近年来

29、信号灯的一个新发展。1.3国内外汽车灯具的新发展 1.3.1概述 随着国民经济的发展，汽车工业成为国家的支柱产业。当前汽车工业的飞速发展对汽车照明提出了越来越高的要求。汽车照明质量的好坏，对行车安全是非常重要的，因此当今世界各国的法规都对汽车照明有着严格的要求。 灯具的设计不但要符合法规上安全性的要求，还要满足一些其它方面的要求，如外型要以整个汽车的外型融为一体，美观实用，符合空气动力学的要求，使驾驶员和乘客感到舒适、方便。因此目前车灯设计技术也随着汽车工业的发展而日新月异。 （符合人机工程学要求）1.3.2前照灯分类 汽车前照灯按照其光学系统可分为反射型和投影型。由于各种类型的前照灯的结构和

30、设计方法各不相同，因而其光能的利用率也各不相同，图1.3.1为各种前照灯系统近光灯的光能利用率比较。一、反射型前照灯 反射型前照灯按反光镜的形状可分为抛物面型和自由曲面型。其区别在于反光镜曲面的形状及计算方法不同。 1.抛物面前照灯 抛物面型前照灯又分为单焦距和多焦距两种。 工作原理：首先，反光镜接收、会聚灯泡发出的光线；然后，光线经配光镜的转移和散射，最后，形成满足法规要求的光形（图1.3.2）。(1)单焦距抛物面前照灯 单焦距抛物面反光镜曲面由一条抛物线绕其轴旋转而成，它的作用是采集、会聚来自灯泡的光线，并以此光线以平行于光轴方向射出。 对于单焦距的近光灯，只有大约55%的反光镜曲面被有效

31、利用（图1.3.3）。 (2)多焦距抛物面前照灯 为了充分利用反光镜曲面，出现了多焦距反光镜，即反光镜曲面由多个不同焦距的曲面片组成如图1.3.4，它同单焦距反光镜相比，能够大大提高反光镜曲面的利用率，同时提供更加良好的路况照明。 2.自由曲面前照灯（ff前照灯） 自由曲面（free-form,简称ff）前照灯经力了两个发展过程： (1)多光面前照灯是自由曲面前照灯的初级阶段，它的反光镜由多个自由曲面组成，同传统的抛物面前照灯相比，这种前照灯的反光镜的利用率更高。但其最大缺点是：由于各反光镜的倾斜角不同，导致不心要的杂散光出现，有可能使对面的驾驶员眩目。 (2)自由曲面前照灯是高级阶段，其反光

32、镜曲面为一光顺的不规则几何形状。它是计算通过复杂运算、优化临界参数、应用仿真程序而产生的曲面。 从自由曲面反光镜反射出的光线即为满足设计和法规要求的光线，它起到了抛物面前照灯中反光镜和配光镜的双重作用。故无需再设计配光镜上的光学花纹，也就是说，自由曲面反光镜同时也完成配光镜的偏移和散射功能（图1.3.5）。 对于自由曲面的反光镜的近光灯，几乎近100%的反光镜曲面被有效利用（图1.3.6）。分段式反光镜是最佳的设计方案，可以得到理想的光形。 连续性反光镜存在很大的设计局限性，这种曲面上不允许有台阶和拐点。这种曲面的优点是产生不必要的光线的可能性较小。 多面式反光镜由于曲面形状的突变，会产生许多

33、不必要的光线，有可能导致眩目的产生，但这种反光镜的最大优点是具有非常明亮的外观。 自由曲面反光镜还具有如下优点： (1)光线完全能够满足法规中高达60度可见角的要求。 (2)通过无纹配光镜可以清晰地看到前照灯的内部结构。 (3)使汽车前照灯的设计具有更大的自由度。 注意：由于自由曲面前照灯使用的是无纹配光镜，非常容易看见反光镜表面的灰尘颗粒及配光镜中的气泡，故无纹配光镜意味着很高的生产和开发费用。 值得一提的是，由于前照灯中通气孔的存在，使前照灯中偶尔会有水珠或水汽产生，但这对灯的实际功能不会有什么影响，因为在汽车行驶或打开前照灯时，水珠与水汽会很快蒸发掉，这种情况不代表前照灯质量的降低。 二

34、、投影型前照灯 1.结构与工作原理 投影型前照灯正如名字所表示的，其工作原理与投影幻灯机相同，由灯泡、反光镜、挡板、凸透镜和配光镜组成。 反光镜曲面为复合椭球面，其横截面为椭圆，纵横面为椭圆，灯泡位于椭球面的第一个焦点处，椭球面的第二个焦点同凸透镜的焦点重合。 由位于椭球面第一个焦点处的灯泡发出的光线经反光镜反射后，在第二个焦点会聚，经凸透镜折射后，成为平行于光轴的光线；再经配光镜的折射，形成满足法规要求的光分布。 投影型近光灯系统还使用了挡板，挡板的作用是遮挡一部分光线，形成法规要求的明暗截止线（图1.3.8） 设置在第二焦点附近的挡板遮挡了一部分的反射光，因而可以非常容易地获得非常清晰的明

35、暗截止线。 2.投影型前照灯分类 投影型前照灯分为“de”前照灯和“超级de”前照灯。 第一只“de”前照灯使用的是三轴椭圆面反光镜，现在的“de”灯反光镜是经计算机优化的自由曲面，只有一部分类似椭圆面。 “超级de”前照灯使用的也是自由曲面，只是它将光的利用率从“de”前照灯的大约36%提高到52%.它是通过计算机优化设计反光镜和配光镜的曲面，使挡板尽量少地遮挡反光镜反射的光线，从而实现反光镜的利用率的目的。 虽然“de”前照灯的专利是在20世纪30年代被授予的，但它在汽车制造业中一直未被采用。直到后来，随着生产技术的提高才使大批量生产“de”灯成为可能。 1984年，联邦德国hella车灯

36、有限公司首次批量生产此灯，并将它装于大众公司生产的golf1轿车上。 虽然这只是投影型前照灯的雏形，但它毕竟使汽车前照灯技术向前迈出了一大步，为汽车前照灯的发展开辟了一片崭新的天地。 投影型前照灯的发展经过了经下几个步骤： (1)反光镜和透镜曲面由二次曲线旋转而成，使用h1灯泡，近光灯挡板结构简单。(2)具有自由曲面反光镜的、高效的“超级de”灯如图1.3.10（右）。 (3)使用金属的自由曲面反光镜，采用高精度、低成本的光学系统如图1.3.11（左）。(4)增加了抛物面反光镜环，使透镜周围看起来更加明亮。 (5)生产出直径为70mm的透镜，它使“超级de”前照灯质量较轻，且投射到配光镜上的光

37、线密度较小。 (6)无近光灯挡板，高效的“de”灯。 (7)使用40mm透镜。 使用40mm透镜是为了满足造型需要，从光学角度讲，应首选大直径的透镜。因为透镜直径的减少意味着光透过的面积减少，40mm透镜的表面积只有70mm透镜的1/3。也就是说对于使用40mm透镜的前照灯来说，投射到配光镜上的光线密度较大，这就增加了塑料配光镜的设计难度。只要配光镜表面稍脏一点，就会造成前照灯眩目程度的明显增大。这一点也危及到带有小透镜的xeneon前照灯的应用，尤其在这种新型前照灯诞生的初级阶段。 从光学的角度来讲，de灯只能用于近光灯和雾灯系统，远光灯系统最好仍使用传统的反射型灯光系统。 三、高强度放电灯

38、 1.概述 高强度放电灯（highintensitydischargelamp），简称hid灯，也叫气体放电灯（gasdischargelamp），简称gdl。由于这种灯充入的是氙气，故有时也称之为氙灯。从1995年起，欧洲法规批准使用此灯。目前，宝马-7系列、奔驰-e级、保时捷、和奥迪等高档轿车都相继使用了这种前照灯。 高强度放电灯使用的是一种新型光源，与其相应的其它电子元件也是为这个光源专门设计的。但它与传统的前照灯系统具有相同的机械和光学元件，故法规对卤钨前照灯的要求在这里也是适用的。 2. 高强度放电灯的特点 与传统的前照灯相比，hdi前照灯系统提高了驾驶的舒适性和安全性。特别是在弯道

39、上，能够尽早地观察到道路边缘行人、骑车者及障碍物。 此外，hid前照灯还具有以下特点： (1)发光效率高、亮度大、消耗能量小、可靠性高、寿命长、不受车上电压波动影响； (2)在限制地面照明的同时，改善横向分布； (3)在限制最大照度的同时，扩大亮区范围； (4)限制左车道的照度，以减少雨天和路面潮湿时，反射光对对面来车的眩目效应。 3. 高强度放电灯工作原理及步骤 (1)工作原理 从普郎克公式可知，在高等离子体温度的气体放电室中，会产生高的可见光区光谱辐射密度。 气体放电灯就是此理论的实际应用：系统接通之后，气体放电灯在几毫秒内由控制回路触发点火装置，在电极之间产生火花放电，放电弧建立在横向定

40、位的金属电极之间，电弧中心的平均温度为5000k，管内物质（氙气，少量的金属蒸气和金属卤化物）在电弧中电离，并传导电流。由于高温，导致碰撞激发。当压力接近60bar时，线光谱变宽形成带光谱。 (2)步骤 系统接通后，由调压单元中的高频直流交流直流变换器将汽车上的12v直流电转换成85v维持灯泡工作的直流电。 由调压单元将85v直流电转换为使放电灯泡放电所需的25kv高压电，点火单元将此高压脉冲加在放电灯泡的两电极上（每10ms点火7次），产生电孤，继而气体电离发光，电离的气体产生并传导电流，使灯泡中的金属盐蒸发。此时，光源发出的光是最终光通量的1/3。3s后，所有金属盐蒸发完毕，灯泡发出的光达

41、到工作光通量。光源达正常输出后，调压单元向放电灯泡提供的是85v的工作电压。放电灯的发光颜色由灯泡中的金属卤化物和氙气体共同决定。 4.hid前照灯系统的组成 (1)反光镜和配光镜 传统前照灯系统中反光镜的作用是将位于焦距处的灯泡发出的光线变成平行于光轴的光线，配光镜的作用是将由反光镜反射出的平行光线通过配光镜上的光学棱镜转为法规要求的配光光形。 如果将hid光源装入传统的卤钨灯反光镜内，光效率将增加一倍，光通量将增加250%.但亮度超过法规要求，这将意味着增大了对面来车司机眩目的可能性；最大照度将远远超过100lx，道路也被照得太亮。特别是hv危险点和75r亮点。这种情况下，就需要通过改变反

42、光镜的几何形状来修定照度值，使其满足法规要求。hid的配光镜为无纹塑料配光镜，反光镜有反射型（vfr）和投射型（pes）两种。图1.3.9为卤钨前照灯、反射型hid前照灯的等照度曲线。 (2)光源 hid前照灯系统可使用di、d2、d1s、d2s和d2r五种放电灯泡作光源。 d1和d1s为hid灯的第一代光源，d2、d2s和d2r为第二代光源，其区别为：d1和d2所使用的高压线被牢固地焊接在调压系统中，灯泡不可以更换。d2、d2s和d2r使用的是耐高压的连接器，且连接器和灯座集成一体，故d2和d2s灯泡可以更换。d1s和d2s灯泡在原放电灯泡d1和d2的基础上附加一玻璃外壳，玻璃外壳里加入一些

43、特殊物质使放电灯泡具有良好的热特性，同时可以免受环境影响，并能减少紫外线辐射。d2r灯泡在d1s和d2s基础上，又在玻璃外壳上增加了遮光片，作用是遮挡来自光源的光线，形成符合法规要求的近光灯明暗截止线。 目前大量使用的是d2s和d2r灯泡。d2s灯泡适用于投射型反光镜系统，在此系统中，灯泡外缘发出的光线容易控制；d2r灯泡适用于反射型反光系统。 hid光源内充如的是氙气、水银蒸汽和少量的金属卤化物。灯泡内的氙气压力为800kpa900kpa，充入高压氙气的目的是缩短灯的点亮时间。光源发出弧光的形状受电流类型（直流或交流）及灯泡内的气体压力等因素影响。 各种放电灯泡可在开关接通后的0.3秒的时间

44、内达到与普通h4灯泡相当的光输出，以满足行驶要求，到辐射出全部光通量大约需3s。 hid灯从系统接通到达正常输出所需的时间由灯泡和供电系统的参数决定。 hid光源有关的技术数据如表1.3.1。 不同厂家的hid光源工作所要求供电类型直流或交流也不同，交流供电可以产生高度稳定的电漫弧，能减少灯泡在光色和亮度方面局部差异，从而保证光的质量。 (3)调压单元 调压单元是一个独立于汽车供电系统之外的系统，它的主要作用是限制放电灯泡的工作电流，向灯泡提供所须的点火电压和正常工作电压。通常在调压单元中还集成了防漏电、防短路、防急性错误等保护电路。另外，满足法规要求的电磁兼容电路也包括再内。 点火期间，为了

45、不损坏电极，调压单元将放电灯的功率限制在75w，电流限制在2.6a；输入稳定后，将功率限制在35w。图1.3.10为调压单元方框图。 hid前照灯同卤钨前照灯的比较：(1)性能 hid灯通过气体电离发光，卤素灯通过加热钨丝发光。虽然放电灯泡电孤长度和直径与传统卤钨灯的钨丝差不多，但同普通的h4卤钨灯相比，hid前照灯光源的发光率和照明宽度提高2倍，照明深度增加50%，亮度增加2倍，寿命提高4倍以上。正常情况下，放电灯泡的寿命同汽车的寿命差不多。 卤钨灯泡或白炽灯泡会因灯丝断裂而突出熄灭，而放电灯泡发生故障时会逐渐变暗，使驾驶员会及时发现问题并采取措施。由此看出，放电灯泡比普通卤钨灯泡的安全性更

46、高。 hid灯通过选择合适的管内物质可以使光辐射主要位于可见光区，对于紫外区，特别是红外区的红光谱，其反射能量较少。再加上放电管尺寸小，通过、辐射、对流和传导的热损失也就小，这样产生高的系统温度所需要的电功率就低。当温度约为3000k时，灼热钨丝所反射的连续光谱有很大一部分是无效的红外辐射，也就是说，有一部分电能通过热辐射而消耗掉。例如hi灯泡，功率为68w时的光源量约为1500lm，光效为23lm/w；而hid光源，当输入仅为35w时，其光通量就为3000lm.光效超过80ml/w。一个35w的hid光源可产生55w卤素灯2倍的光通量。 (2)光谱及色温 与卤钨灯相比，hid灯的色温更高，约

47、为4500k，介于卤钨灯（色温约为3200k）和太阳（色温约为6000k）之间。hid灯发出的光呈淡蓝色，更接近太阳光；而卤钨灯泡发出的光呈黄色。 图1.3.11为hid前照灯和卤素前照灯在可见光区的光谱分布比较。 由光谱图可看出，hid光源发出的可见光部分明显高于不可见光，而卤钨灯相反。 (3)可靠性 传统的卤钨灯泡中使用的是钨丝，由于钨丝较脆，受到冲击与振动后容易折断。hid前照灯使用的是双金属电极，不易损坏，可靠性较高。 (4)安装深度 hid前照灯大大地降低了安装深度，对于反射型反光镜系统，反光镜尺寸可降至150*60mm，传统的h4的反光镜要获得相同的光形，要求反光镜为200*140

48、mm，从等照度曲线中可以看出反射型反光镜系统在使光形变形的同时，限制了地面的照明。透镜直径为60mm的投射型反光镜系统的光强度级更高，图1.3.14中的101x和20lx等照度曲线可以看出这一点。为了获得较大的光强度级，对于反射型反光镜，就要加大反光镜的尺寸（z向）；对于投射系统要求增加其深度（x向），即设计弯曲半径较大的反光镜，这样可以使灯泡发出的光绝大部分照射到反光镜上，用于道路照明。 6.其它应用 (1)远/光转换结构 由于法规要求的远/近光的光形及照度值不同，故一般情况下，hid前照灯中的远/近光使用的是各自独立的光源，但通过使用特定的装置，可以实现远/近光共同使用一个光源。 例如，在

49、灯泡附近安装一挡板，通过控制挡板的位置来实现远/近光之间的转换（图1.3.12） 反光镜系统由上下两个反射型反光镜组成，上半部分反光镜为近光设计，下光部分为远光设计。挡板可由电机带动左右摇动。当挡板向右移动至极限位置时，射向反光镜下半部分的光被挡板挡住，此时由前照灯发出的光为近光；当挡板向左移动至极限位置时，则在近光灯中叠加了远光，此时由前照灯发出的光为远光。由于近光已处于工作状态，故在打开远光时，省去了放电的启动时间。 (2) 前照灯自动水平调节机构为了更好地减少眩目的产生 , 德国法规部门规定 1990 年后生产的装有 hid 前照灯系统的汽车需装有前照灯自动调节装置。自动水平调节机构是利

50、用轴传感器检测出的车辆状态信号通过前照灯内部伺服电机 传动装置 , 在几毫秒之内校正前照灯反光镜位置 , 确保在各种驾驶和车载条件下的最佳照明。四、光纤前照灯1. 概述传统的汽车灯具每组由一个光源、一个反光镜和一个配光镜组成 , 通常一辆汽车包含十几组灯具。光纤照明技术改变了传统汽车灯具的结构 , 使汽车灯具产品具有全新的热力学和机械特性。2. 光纤系统(1) 工作原理众所周知 , 对光线而言 , 当入射角大于某值时 , 两种介质的分界面会把入射光全部反射回原介质中去 , 这种现象被称为 全反射 或 完全内反射 。光学纤维就是利用了全反射原理。对一条光纤而言 , 将低折射率的玻璃包在高折射率的

51、玻璃外面如图 1.3.13, 由于芯子的折射率n1大于包皮的折射率n2 , 芯子内入射角大于临界角的光线将在临界面上发生全反射。(3) 反射损失 全反射理论上可使入射光全部反射回原介质。但实际上还是存在一些损失的 , 其主要原因为 : 光在沿透明光导管传播时 , 光导材料的吸收和散射、由反射表面的微观不平度所产生的散射以及端面的菲涅尔反射和不完全的内反射。因此 , 要求光纤材料具有很好的物理及化学特性 , 主要表现在以下几方面 : 给定光谱 区域的折射率、透射率、热膨胀系数 ; 生产过程中不同温度下的粘度、一致性 ; 化学稳定性 ;对辐射和高温的稳定性.3. 光纤系统的组成光纤系统由三部分组成 :(1) 藕合单元 , 包括光源和反光镜。 (2) 导光单元 , 如光纤。 (3) 输出单元 , 包括一些光学组件 ( 图 1.3.14).(1) 耦合单元为了符合照度的要求 , 必须使用高亮度的光源 , 同时还要将光源发出的可见光尽可能多地搞合到光纤中去。搞合单元的设计包括光源的选用和反光镜形状、尺寸的选取。目前常用的光源有两种 , 一