§13 国内外汽车灯具的新发展(二).docx
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1、1.3国内外汽车灯具的新发展(二)1.3.3 近光灯调光系统一、概述 众所周知 , 汽车负载发生变化时 , 车身相对于路面的倾斜角往往发生很大的变化 , 这将引起近光灯照明距离和照明方向的改变。 当汽车增加额外负载、加挂拖车或迅速加速时 , 汽车会出现后部下降、前部升高的现象 , 这将导致迎面来车的驾驶员眩目 , 同时会造成路面的照明不足 ; 当汽车突然制动时 , 会出现前部下降、后部升高 , 这时直视距离可能缩短到大约 10m( 图 1.3.16)。如果这时不能及时地调整近光灯 , 必将影响汽车的驾驶安全性。这种情况下 , 出现了汽车近光灯调光系统。 汽车近光灯调光系统有三个作用:(1) 保
2、证驾驶员的最佳视觉范围。 (2) 避免其他道路使用者眩目。 (3) 提高驾驶的舒适性和安全性。 二、视觉范围和倾斜率间关系 汽车在不同的负载下 , 车身相对路面的倾斜角也有很大的差异如图 1.3.17。a) 驾驶员座位上有一个人 ( 近光灯光线倾斜率-1%) 。 b) 驾驶员和副驾驶员位置上各一人 ( 近光灯光线倾斜率-1.3%)。 c) 所有座位上均坐人 ( 近光灯光线倾斜率 0.5%)。 d) 所有座位上均坐人 , 同时在行李箱内加后轴允许的最大负载 ( 近光灯光线倾斜率0.9%)。 c) 驾驶员座位上有一个人 , 同时在行李箱内加后轴允许的最大负载 ( 近光灯光线倾斜率 3.1%) 。
3、随着汽车的倾斜率的变化 , 近光灯的照明距离和照明方向也将有一定的变化 , 图1.3. 因为在不同负载下的近光灯光线倾斜率与照明距离的关系曲线。从图中可以看出 , 如果车身倾斜率改变 1%, 则在距车前 10m 的屏幕上 , 近光灯的光形下移 10cm, 视野范围 S 的理论值为安装高度 H 的 100 倍 , 即直视距离缩短 10m。 三、近光灯调光系统分类 近光灯调光系统分类如图 1.3.19调光系统分为手动调光系统和自动调光系统。 ( 一 ) 手动调光系统 手动调光系统是驾驶员通过开关来调节近光灯光线的倾斜角 , 开关通常安装在司机比较容易接触到的地方 , 手动调光系统通常装备在无空气悬
4、架的汽车上。手动调光系统的最大缺点是在汽车制动或加速时 , 不能进行瞬时调光。 于动调光系统又分为连续式和步进式 。 1. 连续式连续式又分为液压式、气动式、机械式和电动式四种。 (1) 液压式手动液压调光系统如图 1.3.20 顺时针旋转控制旋钮 1, 气缸 2 中的活塞向前移动 , 气缸中的液体向外排出 , 克服气缸 3 和气缸 4 中的弹簧力, 使气缸 3 和 4 中的活塞向前运动 , 带动近光灯的运动 , 近光灯光线因此被提升。反之 , 亦然。 这种灯光调节系统要保证在下调灯光时 , 液体应能够从气缸中顺利排出 。这样可以保证即使在系统出现故障时 , 也不会造成对面司机眩目现象。 (2
5、) 气动式气动调光系统如图 1.3.21 工作原理 : 向下搬动开关 1 气缸 2 中的活塞向左运动 , 真空度降低 , 由于大气压力的作用 , 气缸 3 和 4 中的活塞向右运动 , 近光灯光线被提升。反之 , 亦然。 (3) 电动式电动式调光系统如图 1.3.22。转动控制旋钮 , 系统中的电阻发生变化 , 引起线路中的电流随之变化 ; 电流的变化又影响到电机扭矩的变化 , 使近光灯照明方向发生改变。 2. 步进式 步进式调光系统同连续式调光系统的区别是 : 步进式调光系统设有几种挡位 , 近光灯光线倾斜角只能被调节到几个固定的位置 ; 而连续式调光系统的近光灯光线倾斜角可以被连续调节 ,
6、 无间断点。步进式调光系统的负载、车身倾斜率和视觉范围的关系如下图.( 二 ) 自动调光系统 同手动调光系统相比 , 自动调光系统实现了元需驾驶员任何操作 , 即可实现对近光灯光线倾斜角的实时控制。自动调光系统通常由装在前、后轴的传感器和控制单元组成。自动调光系统分为液压式和电动式两种。 1. 液压式 液压式自动调光系统的工作原理同液压式手动调光系统的相似 , 只是使执行机构动作的元件不同。液压式自动调光系统由轴传感器自动检测车身和悬挂的相对运动 , 不需驾驶员的参与。 液压式自动调光系统有两个液压调节回路 , 回路中的执行机构同近光灯的壳体相连 , 也同传感器回路相连 ( 图 1.3.24)
7、。 液压式自动调光系统通常使用两个传感器 , 但也有的汽车使用一个传感器 ( 通常是后轴传感器 ) 。 2. 电动式 电动式自动调光系统工作原理 : 装在前轴和后轴上的传感器向控制单元提供反映汽车负载状态的信号 , 再由控制单元中的微处理器根据汽车的阻尼系数 , 精确计算出灯光的调节角度 , 由控制单元中发出信号控制伺服电机动作 , 调整近光灯光线方向。 电动式自动调光系统由传感器、控制单元和执行机构组成 ( 图 1.3.25)。(1) 传感器 传感器如图 1.3.26 为磁阻式传感器 , 安装在汽车的前、后横轴上 , 用于测量悬挂系统与车身的相对运动 。 传感器应用的是磁阻效应的原理 ( 图
8、 1.3.27)。 铁磁层的磁阻大小随铁磁材料中电流方向与磁场方向的夹角变化而变化。当汽车刹车、加速或负载发生变化时 , 传感器上的永磁体发生转动 , 磁场方向发生变化 , 因而铁磁层的磁阻值也随之变化 , 这种变化以电信号的方式传给控制单元。传感器电路所检测到的角度变化同传感器输出电压的关系见图 1.3.28。传感器特点如下 : 信号高传输率、高分辨率。 高线性度、低迟滞性。 良好的温度特性。 元接触的磁阻测量法保证其较长的寿命期 。 较宽的温度工作范围 。 耐燃油、制动液腐蚀。 耐灰尘和水的腐蚀 。 (2) 控制单元 控制单元的作用是接收由轴传感器传输的信号 , 经过复杂计算 , 确定灯光
9、调节角度 ,向执行机构发出指令 。 在控制单元中集成了诊断和编码电路 , 由于各种类型汽车的悬挂曲线都存储在微处理器中 , 因此控制单元能够非常容易的区分不同种类的汽车并按其悬挂曲线进行灯光调节。 (3) 执行机构 执行机构的作用是接受控制单元发出的指令 , 将近光灯光线方向调节至要求的角度。 执行机构中装有一个直流电机 , 它的齿轮机构直接作用于近光灯。执行机构的状态通过电位计反馈至控制单元。 1.3.4 前照灯的其他问题 1. 配光镜 传统的前照灯系统使用的配光镜的材料是玻璃。现在 , 随着新技术和新的生产工艺的诞生和发展 , 塑料配光镜己在全世界范围内广泛使用 , 它首先是通过美国 SA
10、E 检验 , 之后又通过各项指标要求严格的 ECE 检验。这种配光镜在我国国产汽车灯具上的应用还 不太多 , 相信在不久的将来 , 塑料配光镜在我国也会得到广泛的应用。 塑料配光镜的材料为聚碳酸醋 (Polycarbonate), 简称 PC 。它同普通的玻璃配光镜相比 , 具有重量轻、易成型的优点。除此之外 , 塑料配光镜还突破了玻璃配光镜在脱模成型时受到脱模角及高 / 宽比限制的局限性。 现将塑料配光镜同玻璃配光镜作一下对比 : (1) 成本方面对于形状简单的配光镜 , 玻璃比塑料便宜 ; 对于形状复杂的配光镜 , 塑料比玻璃便宜。其原因是形状复杂的玻璃配光镜的次品率很高。 (2) 温度方
11、面玻璃配光镜的耐热性较好 ; 塑料配光镜对高温特别敏感 , 因此必须保 证塑料配光镜间较热元件 ( 如挡板、灯泡 ) 之间保持足够的距离 , 特别是投影灯这样典型的 热量集中的情况。 (3) 耐化学腐蚀性塑料配光镜上必须要有坚固的覆盖层来抵御一般的化学腐蚀 ; 而对于耐腐蚀的玻璃来讲 , 几乎不必进行任何表面处理。 (4) 重量方面塑料配光镜比玻璃配光镜重量减轻许多 , 这样的前照灯更符合现代车灯设计的要求 。 (5) 清洗方面玻璃配光镜可以使用喷水清洗系统 , 也可以使用刮水器清洗系统。而 塑料配光镜只能使用喷水清洗系统 , 不能使用刮水器清洗系统 , 因为刮水器会划伤塑料配 光镜表面的覆盖
12、层。 (6) 灯泡塑料配光镜必须使用低紫外线辐射的灯泡 , 普通的卤素灯泡会使塑料配光 镜迅速变黄。塑料配光镜前照灯可使用 miBAH7 灯泡作光源。而使用玻璃配光镜 的前照灯可以使用任何一种用于汽车前照灯的灯泡作光源。 (7) 防撞性塑料配光镜具有一定的弹性形变能力 , 故它的防撞性很好 , 不易破损。而玻璃配光镜则容易破损。 (8) 设计灵活性塑料配光镜有很大的设计灵活性 , 它可以实现多色注塑 , 可以将弹 性连接件及密封件模压在配光镜上 , 也可以将固定件焊在配光镜上 , 还可以将固定件放入模具 , 同配光镜一同脱模成型。而玻璃配光镜的设计灵活性大大低于塑料配光镜。 塑料配光镜最大的缺
13、点是不耐磨 , 因此必须在 PC 配光镜的外表面附上一层覆盖膜 ,它的作用是 : (1) 防止沙粒、小石头等碰伤、划伤配光镜表面 ; (2) 防止化学腐蚀性物质损伤配光镜表面 ; (3) 防止紫外线损伤配光镜表面。 为了在充分满足法规要求的同时 , 又具有良好的外观效果 , 在汽车前照灯塑料配光镜的设计和生产中 , 需要注意以下几个问题 : (1) 避免在可见的外表面上出现分模线 。 (2) 配光镜一般是用热融胶粘接在后壳上的。为确保高温时可靠密封 , 还要使用弹簧夹来起双重保护作用。 (3) 确保涂层均匀。 (4) 在配光镜内表面及粘接面上不允许有覆盖膜存在 , 也就是要选择合适的喷涂设备。
14、 当然 , 还要进行必要的模具形变分析及优化注塑模具的注塑过程。 2. 前照灯清洗 前照灯清洗系统分为刮刷清洗系统和元刮刷清洗系统。刮刷清洗系统的刮刷直接由带减速器的电机驱动 , 清洗液有风窗玻璃洗涤器水箱供给。此系统适用于玻璃配光镜的前照灯。 无刮刷清洗系统只有两个喷嘴 , 由喷嘴喷出的一定压力的水柱将灯具表面清洗干净。 此系统适用于塑料配光镜的前照灯。 3. 前照灯灯泡 汽车前照灯一般使用卤鸽灯泡作光源 , 目前经常使用的有 : 因 (55W) 、四 (55W) 、 H3(55W) 、 H4(60/55W) 、 H7(58W) 、 E 面 1(65/45W)J23(65W) 、F 面 4(
15、55W) 等 , 它们具有体积小、价格便宜、电路简单的特点 , 是主要的汽车光源。 目前正处在研究阶段的灯泡有 : (1)H8 灯泡 (12V/35W,800im): 用于前雾灯的灯泡 , 将被用于智能化前照灯系统。 (2)H9 灯油 (12V/65W,2100im): 用做以气体放电灯为近光光源系统的远光光源。 (3)H11 灯泡 (12VAOW,1350im): 用于改善 H7 灯泡寿命 , 用做近光灯光源。 (4) HIR灯泡 : 它是带红外反射臻的卤素灯泡 , 灯丝发出的红外光被反射膜反射 , 返回灯丝表面 , 再次加热灯丝 , 降低了灯内零件的热损伤程度。 卤鸽灯虽然有很多优点 ,
16、但也存在着一些问题 , 卤鸽灯的光效较低 , 达到一定的光输出水平需要消耗较多的电能 ; 其颜色偏红偏黄 , 驾驶舒适性差 ; 寿命较短 ; 辐射中红外线的比例较高 , 产生的热效应会对灯具中的高分子材料产生影响。 为了克服这些不足之处 , 从 20 世纪 80 年代中期起 , 高强度气体放电灯泡开始应用于 汽车照明。 高强度气体放电灯泡具有发光强度高、寿命长、光效高、辐射中红外线的比例较低等特点。但缺点是其设计较复杂 , 制造要求较高 , 成本较高。 尽管如此 , 高强度气体放电灯泡毕竟是汽车光源的一个发展方向。近几年来 , 国外灯具设计师又提出了将光纤技术应用于汽车照明的设想 , 现在此设
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