汽车车灯的设计毕业论文.doc
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1、毕业论文题 目: 汽车车灯的设计 姓 名: 专 业: 汽车运用技术 班 级: 汽运10-1 指导教师: 审阅教师: 成 绩: 四川交通职业技术学院2012年 11 月 15 日 汽车车灯的设计摘要汽车车灯对于汽车来说,相当于的人类的眼睛。如同人会出现“眼疲劳”,汽车车灯工作时间太长,也会出现故障。一般情况下,车灯的故障绝不仅限于灯泡烧坏、插座锈蚀或插头损坏这一类的小问题,往往需要采取专业的诊断技术来分析故障发生的根本原因。及时维护车外灯具至关重要,这不仅影响到行车的舒适性,还直接关系到行车的安全性。关键词 汽车车灯 设计目录引言41汽车车灯历史52汽车车灯基本介绍73.汽车车灯设计方法与照明原
2、理83.1反射镜原理83.2配光镜的作用93.3汽车灯具的设计方法113.4实物模拟配光设计113.5光线走向设计114.汽车车灯技术要求135.汽车车灯日常维护与保养156.汽车车灯常见故障诊断排除167结束语198致谢209参考文献21引言随着汽车工业不断发展,各种款式的轿车不断涌现,汽车速度不断提高,对汽车灯具设计的要求也越来越高。对于汽车车灯,它就相当于汽车的眼睛,因此车灯的技术状况影响着汽车行驶与操作安全。对于平常车灯的维护检测应该严谨仔细;车灯出现的常见故障应该用专用仪器和专业技术进行维修。而如何对汽车车灯故障诊断与维修实际操作人员掌握专业的技术知识则是当前的任务。在维修中还应注意
3、检验其他灯系,如转向灯、车牌照明灯、示宽灯、驻车灯、倒车灯以及刹车灯等。另外,许多车辆还将雾灯作为标准装备或流行的选装件,雾灯一般安装在汽车上较低的位置,因此极易受到石块的损伤,在对其进行维护时,除了检查照明系统本身外,车灯的裂纹也不应被忽视。因此车灯的故障诊断排除,必须严谨仔细;应熟悉专业知识和熟练运用专业技术。1汽车车灯历史据说第一个汽车前大灯是家用手提灯。 1887 年,一个驾驶员在黑暗的旷野上迷路时,一位农民用手提灯把他引回家。 1898 年,哥伦比亚号电动汽车把电用于前灯和尾灯,这样车灯就诞生了。最初的前大灯不能调光,所以在会车时有些晃眼,为了克服这个缺点,后来采用了附加光度调节器。
4、这种前大灯可以在垂直方向移动,但驾驶员必须下车搬动夹具装置。从早期乙炔气前照灯发展到当今的自由面反射镜气体放电前照灯,差不多经历了 120 年,其演变过程如下: 第一代 乙炔气前照灯 前照灯具有高的轮廓亮度,乙炔气火焰的亮度比当时的电光源所能达到的亮度高出一倍,因而,在 1925 年以前使用的汽TodayHot车前照灯几乎全是乙炔前照灯。 第二代 电光源前照灯 1913 年带螺旋灯丝的充气白炽灯泡问世, 因其具有较高亮度,给电光源前照灯开辟了广阔的前景。然而由于当时汽车电气设备系统的制约,直到 1925 年,电气照明才得到广泛的应用。 第三代 - 双光灯芯前照灯 具备有高轮廓亮度充气灯泡的电前
5、照灯一装在汽车上,就出现了在交会车时因前照灯的强光造成驾驶员炫目而导致发生交通事故和撞车的严重问题。因而,对前照灯的设计提出了两个互不相容的要求:一个是如何在不小于 100m 的距离内使道路和高度至少为 2-2.5m 的障碍物得到良好的照明;另一个是如何使迎面车辆驾驶员不炫目。汽车会车时的这种炫目问题, 仍是汽车照明技术中最难以解决的问题。为解决会车炫目的问题, 1924 年,欧洲发明了双光灯芯前照灯之后,美国也出现了带双丝灯泡的前照灯。然而,欧洲和美国具备不炫目近光的前照灯的光学系统结构原理不尽相同。其灯泡的差异在于灯丝的形状和位置不同:配光镜的差异在于折光单元的图案和计算不同,因而,近光的
6、配光也有所不同。近光系统分为欧洲系统和美国系统两种,两大系统的协调问题是当今世界汽车灯光发展的重大课题之一。 第四代 不对称近光前照灯 双光灯芯前照灯系统属于对称近光系统,近光光型的左右两侧完全相同,因而左、右两侧行驶皆适用。但由于行车光 ( 远光 ) 变到会车光 ( 近光 ) 时,视见距离缩短,迫使车速降低。为解决在会车过程中,前照灯既不产生炫目,又能保证对道路具有良好的照明, 1932 年美国发明了不对称前照灯,它是以基准轴为中心,将光束一分为二,靠近来车一侧的落地距离短 ( 即光束压低,从而防炫 ) ,而另一侧光束的落地距离长 ( 即光束抬高,从而增加视见 ) 。第五代 h4卤钨前照灯
7、第一批装有卤钨灯泡的汽车前照灯是由法国 “ 斯贝 ” 公司在 1964 年生产的,其灯丝允许工作温度较普通白炽灯泡高,光效增加约50% ,寿命也增加一倍。第六代 hid前照灯 以hid前照灯为代表的现代汽车前照灯在发光原理、结构形式以及制造材料等方面又发生了一系列的重大变化。 hid氙气头灯是以高压击穿惰性气体电离而发光,其产生的光照度强,色温高,穿透力强,而且节约电能,是理想的汽车前照灯光源。 第七代 led前照灯 美国最新的研究结果表明,未来五年内,白光大功率led技术将大幅度代替目前的各种照明产品,而且将适用于汽车的各种照明,包括:前照灯、刹车灯、雾灯、应急灯、车内照明等。led具有高安
8、全性、运行平稳、节约电力、寿命长等多种优点,是未来车辆照明的一个发展趋势。 2汽车车灯基本介绍汽车上有信号灯、夜行灯、雾灯、夜行照明灯等,各种灯光具有不同的用途,使用很有讲究,既不可乱用也不可不用。 信号灯包括转向灯(双闪)和刹车灯。正确使用信号灯 对安全行车很重要。 夜行示宽灯俗称“小灯”。此灯是用来在夜间显示车身宽度和长度的。司机平时进行例行保养时要经常检查,有的司机认为小灯不起照明作用,对其不够重视,这是非常错误的。 转向灯此灯是在车辆转向时开启,断续闪亮,以提示前后左右的车辆和行人注意。转向灯的开启时间要掌握好,应在距转弯路口30米100米左右时打开。开得过早会给后车造成“忘关转向灯”
9、的错觉,开得过晚会使后面尾随车辆、行人毫无思想准备,往往忙中出错。 刹车灯此灯亮度较强,用来告知后车,前车要减速或停车,此灯如使用不当极易造成追尾事故。另外,更换刹车灯泡要注意:我国生产的车辆尾灯一般都是“一泡二用”,灯泡内有两个光丝,较弱的为小灯,较强的为刹车灯。有的厂家将其设计为高低脚插入式,使用起来非常方便。更换时一定要注意不要接反。 雾灯它可以帮助驾驶员在雾天驾驶时提高能见度,并能保证使对面来车及时发现,以采取措施,安全交会。所以,雾天驾车时司机一定要开雾灯,不能用小灯取而代之。非雾天气如果打开后雾灯,对后车司机会非常刺眼。 夜行照明灯俗称“大灯”。大灯对于全车灯来说是“心脏”部位。合
10、理使用大灯应做到会车时变成近光,会车后及时变回远光,以放远视线,弥补会车时造成的视线不清。通过交叉路口和进行超车时应以变换远近光来提示。3.汽车车灯设计方法与照明原理3.1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3-1-1 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散角。如
11、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, 如图3-1-2 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3-1-1抛物面反射镜反射特性图 图3-1-2灯丝移到焦点前方照明情况图H4 灯的结构在我国使用的
12、前照灯中用得最多的光源是H4 灯, 其结构及灯丝尺寸如图3-1-3、图3-1-4 所示。图3-1-3 H4灯结构图 图3-1-4 H4灯尺寸图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
13、整灯丝在反射镜中的位置, 使远光、近光呈最佳配光状况, 如图3-1-5 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3-1-5 H4反射原理图3.2配光镜的作用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。配光镜是汽车灯具的三大组成之一。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
14、和路线都有良好而均匀的照明。企业在设计产品时一定要注意配光镜、反光镜的设计及二者和灯泡灯丝位置配合的合理性。如果任何一个环节出问题,都会影响到配光性能。而且产品模具在使用一段时间后就要进行修复,否则也会因为磨损,影响到配光性能。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3-2-1 所示。(2) 双曲平面(轮胎) 透镜,
15、使光线左右、上下均发散一角度, 见图3-2-2 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3-2-3 (a)、图3-2-3 (b) 或图3-2-3 (c) 所示, 光线经过楔形棱镜时总向棱镜厚的一侧偏折。 图3-2-1柱面透镜图 图3-2-2轮胎面透镜图图3-2-3楔形棱镜图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3-2-4 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的配光。图3-2-4配光镜花纹区域划分图A 区域主要利用柱面透镜使光线左右扩散,
16、 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。3.3汽车灯具的设计方法汽车灯具的设计包括造型设计、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,
17、 配光设计大体分为3 个阶段: 实物模拟配光设计光线走向设计汽车照明计算机仿真设计3.4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
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