汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的應(yīng)用研究

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第第第第6章章章章數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器數(shù)字式傳感器 6.1 轉(zhuǎn)角-數(shù)字編碼器 (Angle Digital Encoder) 傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用 第6章數(shù)字式傳感器數(shù)字傳感器的特點數(shù)字傳感器的特點數(shù)字傳感器的特點數(shù)字傳感器的特點 square6 精確度和分辨力高 ； square6 抗干擾能力強 ，便于遠(yuǎn)距離傳輸 ； square6 信號易于計算機處理和存貯 ； square6 可以減少讀數(shù)誤差 。 第6章數(shù)字式傳感器數(shù)字傳感器的分類數(shù)字傳感器的分類數(shù)字傳感器的分類數(shù)字傳感器的分類 根據(jù)工作原理分為 ： square6 脈沖數(shù)字式傳感器 square6 如光柵傳感器 、感應(yīng)同步器 、磁柵傳感器等 square6 頻率輸出式數(shù)字傳感器 square6 如振弦式 、振筒式和振膜式傳感器 第6章數(shù)字式傳感器 編編編編 碼 碼碼碼 器 器器器 (Encoder) 機械轉(zhuǎn)動的模擬量 (位移 ) 數(shù)字信號 (代碼 ) 編碼器 ：碼盤 （測角度 ）和碼尺 （測長度 ） 編碼器 脈沖盤式編碼器 （增量編碼器 ） 碼盤式編碼器 （絕對編碼器 ） 6.1 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 -數(shù)字編碼器數(shù)字編碼器數(shù)字編碼器數(shù)字編碼器 第6章數(shù)字式傳感器6.1.1 脈沖盤式編碼器脈沖盤式編碼器脈沖盤式編碼器脈沖盤式編碼器 圖 1 脈沖盤式編碼器結(jié)構(gòu)示意圖 第6章數(shù)字式傳感器6.1.1 脈沖盤式編碼器脈沖盤式編碼器脈沖盤式編碼器脈沖盤式編碼器 圖 2 脈沖盤式編碼器結(jié)構(gòu)示意圖 1 均勻分布透光槽碼盤均勻分布透光槽碼盤均勻分布透光槽碼盤均勻分布透光槽碼盤 2 LED光源光源光源光源 3 狹縫狹縫狹縫狹縫 4 信號接收器信號接收器信號接收器信號接收器 1 5 信號接收器信號接收器信號接收器信號接收器 2 6 零位讀出光電元件零位讀出光電元件零位讀出光電元件零位讀出光電元件 7 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 8 零位標(biāo)記槽零位標(biāo)記槽零位標(biāo)記槽零位標(biāo)記槽 第6章數(shù)字式傳感器6.1.1 脈沖盤式編碼器脈沖盤式編碼器脈沖盤式編碼器脈沖盤式編碼器 辯向電路辯向電路辯向電路辯向電路 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 square6 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 square6 非接觸式特點 ：體積小 壽命長 分辨率高 非接觸 square6 光電式編碼器的性價比最高 。（ 我國 23位） 接觸式編碼器 非接觸式編碼器 電磁式編碼器 光電式編碼器 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 圖圖圖圖 4 a））））接觸式 接觸式接觸式接觸式 b））））光電式 光電式光電式光電式 1 光源光源光源光源 2 透鏡透鏡透鏡透鏡 3 碼盤碼盤碼盤碼盤 4 狹縫狹縫狹縫狹縫 5 光電元件光電元件光電元件光電元件 6 電刷電刷電刷電刷 7 激勵軌道激勵軌道激勵軌道激勵軌道 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 光學(xué)碼盤光學(xué)碼盤光學(xué)碼盤光學(xué)碼盤 光學(xué)碼盤式傳感器是用光電方法把被測角位移轉(zhuǎn)換成以 數(shù)字代碼形式表示的電信號的轉(zhuǎn)換部件 。 圖圖圖圖5 光學(xué)碼盤式傳感器基本結(jié)構(gòu)圖光學(xué)碼盤式傳感器基本結(jié)構(gòu)圖光學(xué)碼盤式傳感器基本結(jié)構(gòu)圖光學(xué)碼盤式傳感器基本結(jié)構(gòu)圖 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 光學(xué)碼盤式的組成光學(xué)碼盤式的組成光學(xué)碼盤式的組成光學(xué)碼盤式的組成 由安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的編碼圓盤 （碼盤 ）、 窄縫 以及安裝在圓盤兩邊的光源和光敏元件等組成 。 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 碼盤與碼制碼盤與碼制碼盤與碼制碼盤與碼制 square6 編碼器碼盤按其所用碼制可分為 ： square6 二進(jìn)制碼 square6 循環(huán)碼等 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 圖圖圖圖 6 六位二進(jìn)制碼盤六位二進(jìn)制碼盤六位二進(jìn)制碼盤六位二進(jìn)制碼盤 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 二進(jìn)制碼盤的特點二進(jìn)制碼盤的特點二進(jìn)制碼盤的特點二進(jìn)制碼盤的特點 square6 n位二進(jìn)制碼盤具有 2n種不同編碼 ，稱其容量為 2n square6 最小分辨力 1=3600 2n square6 最外圈角節(jié)距為 21 ； square6 二進(jìn)制碼為有權(quán)碼 。 1 1 1 2 n i i i C = = 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 二進(jìn)制碼盤的缺點二進(jìn)制碼盤的缺點二進(jìn)制碼盤的缺點二進(jìn)制碼盤的缺點 square6 高分辨率的碼盤加工困難 易產(chǎn)生衍射 ； square6 刻劃誤差 （粗大誤差 ）。 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 消除粗大誤差的方法消除粗大誤差的方法消除粗大誤差的方法消除粗大誤差的方法 square6 第一種方法是采用雙電刷 ，此法在工藝上和電路上 都比較復(fù)雜 ，故很少采用 。 square6 第二種方法是采用循環(huán)碼代替二進(jìn)制碼 。 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 圖圖圖圖 7 六位循環(huán)碼碼盤六位循環(huán)碼碼盤六位循環(huán)碼碼盤六位循環(huán)碼碼盤 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制碼 循環(huán)碼 十進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制碼 循環(huán)碼 0 0000 0000 8 1000 1100 1 0001 0001 9 1001 1101 2 0010 0011 10 1010 1111 3 0011 0010 11 1011 1110 4 0100 0110 12 1100 1010 5 0101 0111 13 1101 1011 6 0110 0101 14 1110 1001 7 0111 0100 15 1111 1000 4位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼對照表位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼對照表位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼對照表位二進(jìn)制碼與循環(huán)碼對照表 iiiiiinn CCRRCCRC === ++ 11 第6章數(shù)字式傳感器 循環(huán)碼碼盤的特點循環(huán)碼碼盤的特點循環(huán)碼碼盤的特點循環(huán)碼碼盤的特點 square6 n位循環(huán)碼碼盤具有 2n種不同編碼 ，稱其容量為 2n square6 最小分辨力 1=3600 2n square6 最外圈角節(jié)距為 41 ； square6 循環(huán)碼為無權(quán)碼 ； square6 碼盤轉(zhuǎn)到相鄰區(qū)域時 ，編碼中只有一位發(fā)生變化 ， 不會產(chǎn)生粗誤差 。 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成循環(huán)碼二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成循環(huán)碼二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成循環(huán)碼二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成循環(huán)碼 圖圖圖圖8 (a) 并行變換電路并行變換電路并行變換電路并行變換電路(b)串行變換電路串行變換電路串行變換電路串行變換電路 第6章數(shù)字式傳感器6.1.2 碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器碼盤式編碼器 循環(huán)碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼的電路循環(huán)碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼的電路循環(huán)碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼的電路循環(huán)碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼的電路 圖圖圖圖9 (a) 并行變換電路并行變換電路并行變換電路并行變換電路(b)串行變換電路串行變換電路串行變換電路串行變換電路 第6章數(shù)字式傳感器應(yīng)用案例應(yīng)用案例應(yīng)用案例應(yīng)用案例 第6章數(shù)字式傳感器應(yīng)用案例應(yīng)用案例應(yīng)用案例應(yīng)用案例 圖 10 光學(xué)碼盤測角儀原理圖 第6章數(shù)字式傳感器當(dāng)量變換電路當(dāng)量變換電路當(dāng)量變換電路當(dāng)量變換電路 圖 11 當(dāng)量變換實例 第6章數(shù)字式傳感器當(dāng)量變換電路當(dāng)量變換電路當(dāng)量變換電路當(dāng)量變換電路 14360 / 2 360 /16384 0.0219726= =o o o 0.0219726 1.318359=o 0.318359=19.1015625 142 16384= 0.1015625=13/128 第6章數(shù)字式傳感器應(yīng)用案例應(yīng)用案例應(yīng)用案例應(yīng)用案例 第6章數(shù)字式傳感器應(yīng)用案例應(yīng)用案例應(yīng)用案例應(yīng)用案例 第6章數(shù)字式傳感器小結(jié)小結(jié)小結(jié)小結(jié) square6 編碼器分類 square6 脈沖盤式編碼器 square6 工作原理 square6 辯向電路 square6 碼盤式編碼器 square6 二進(jìn)制和循環(huán)碼碼盤 square6 轉(zhuǎn)換規(guī)則及電路 square6 應(yīng)用案例 當(dāng)量變換電路 square6 今日作業(yè) 6-1 6-2 量CHE CHE LLt I I汽車與車輛 我國首列自主產(chǎn)業(yè)化A型地鐵車輛下線 深圳地鐵一號線(續(xù)建)首列 車輛在中國南車集團株洲電力機車 有限公司下線這是我國企業(yè)自主 投標(biāo)、自主研制、具有自主知識產(chǎn) 權(quán)的首列A型地鐵車輛項目標(biāo)志 著我國成功實現(xiàn)了世界最高端地鐵 車輛技術(shù)的自主產(chǎn)業(yè)化 這種A型地鐵車輛采用最先進(jìn) 的鋁合金全焊接技術(shù)整列車體自 重不：J52噸比同類型地鐵列車輕 2噸以上僅此可使每列車每年運 營耗電減少12萬度以上更加經(jīng) 濟、更加節(jié)能環(huán)保：其車體采用鼓 形車體整體承載技術(shù)車身更為流 暢、美觀、堅固，車寬達(dá)31米，最 大載客量達(dá)2502人。據(jù)介紹，該A 型地鐵車輛性能先進(jìn)、安全，靜強 度試驗超過國際標(biāo)準(zhǔn)具備自動報 站、電子地圖、媒體播放功能，其 先進(jìn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)探測系 統(tǒng)、緊急疏散門系統(tǒng)為乘客提供了 充分的安全保障 據(jù)了解A型車是代表 地鐵最先進(jìn)的高端產(chǎn)品株 洲電力機車有限公司在國內(nèi) 率先研制出A型地鐵車輛并 將其實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化打破了西 方跨國公司在該領(lǐng)域的壟 斷為我國城軌車輛產(chǎn)業(yè)化 升級奠定了堅實的基礎(chǔ) (旭稿) 禁止酒后開車的汽車鑰匙 隨著科技的日新月異汽車鑰 匙也越發(fā)智能化 如果駕駛員飲酒 了，就別想再用手中的鑰匙來啟動 汽車國外一家公司就開發(fā)出擁有 如此“絕技”的“酒精鑰匙” 這種“酒精鑰匙”體積輕巧 外觀與普通鑰匙的最大不同是帶有 一個小型吹嘴由一組訊號發(fā)射器 聯(lián)接至車上的電子控制組件 正是 這個設(shè)計使其擁有酒精檢測的特殊 本領(lǐng)。當(dāng)駕駛員按下遙控器上的 “開門”按鈕酒精濃度感應(yīng)器也 隨之啟動駕駛員必需向吹嘴里吹 氣，當(dāng)氣體通過吹管內(nèi)部所含一組 如同針頭般大小的感知器后系統(tǒng) 會自動判讀結(jié)果由感應(yīng)器上的指 示燈顯示出來 如果吹出的氣體中 酒精含量超出規(guī)定值鑰匙就會亮 紅燈系統(tǒng)將使引擎維持在靜止?fàn)?態(tài)即使鑰匙插入鑰匙孔汽車也無 法啟動：相反，鑰匙亮起綠燈汽 車才可以順利啟動 此外對于酒 精濃度的檢測設(shè)置車內(nèi)電子控制 系統(tǒng)的啟動禁止裝置可依據(jù)各國不 同標(biāo)準(zhǔn)予以調(diào)整 如果“酒精鑰匙”能匹配于所 有車輛那酒后駕車的情況估計應(yīng) 該“絕跡”了。 (任摘) 200810軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品I tl SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 張彤 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 車輛工程BW05-9 指導(dǎo)教師姓名 鮑宇 職稱 高級實驗師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的應(yīng)用研究 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1.研究現(xiàn)狀 汽車前照燈是汽車的重要安全部件，保證汽車在夜間或能見度較低的環(huán)境下能安全行駛。目前汽車前照燈的光束方向大多與汽車縱向平面平行，不能隨轉(zhuǎn)向輪的偏轉(zhuǎn)而偏轉(zhuǎn)。這樣，當(dāng)汽車在夜間轉(zhuǎn)彎時，因光束不能隨轉(zhuǎn)向輪一起偏轉(zhuǎn)，而使駕駛員觀察前方行駛路面的視野下降，為夜間安全行駛埋下了隱患。目前，德國、法國、日本等在某些轎車上已成功使用前照燈隨動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。 前照燈隨動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)就是一種能適應(yīng)各種不同環(huán)境的新型前照燈系統(tǒng)，它能根據(jù)轉(zhuǎn)向角和車速的變化自動調(diào)整前照燈光束照射方向，增加了汽車行駛前方的照射區(qū)域，從而提高了汽車夜間行駛的安全性。能更好地適應(yīng)各種速度、路面的類型和天氣條件的變化等，滿足不同路況下的彎道駕駛照明需求，實現(xiàn)針對諸如市區(qū)、郊外、高速公路及越野等不同的需求而采用相應(yīng)的智能照明模式。 工作原理——由安裝在轉(zhuǎn)向機上的信號采集器采集信號，把采集的信號傳輸給微型電腦進(jìn)行分析處理，微型電腦處理完成以后，把處理好的信號以電信號驅(qū)動形式傳輸給執(zhí)行元件；結(jié)合方向盤與車速感知信號，透過左右獨立燈組轉(zhuǎn)向控制，燈組單邊視角最大可達(dá)17°，連續(xù)過彎時兩邊的頭燈會同時轉(zhuǎn)動照明。頭燈上下調(diào)整則是透過車身姿態(tài)與車速感知信號，讓車子在高速或低速時自動調(diào)整車燈照明距離的遠(yuǎn)近。車在上坡路時，車燈也會往上自動調(diào)整角度，讓駕駛者可以看得更清楚。 組成——主要由控制元件和執(zhí)行元件兩大部分組成?？刂圃饕怯砂惭b在轉(zhuǎn)向機上的信號采集器、微型電腦、手動設(shè)置器等組成；執(zhí)行元件主要是由安裝在大燈里的控制電機等組成。 2. 目的、依據(jù)和意義 1)汽車前照燈落地光束幾何形狀近似呈錐形擴展的橢圓形亮區(qū) ，如圖1所示。遠(yuǎn)光燈亮區(qū)比近光燈長，但錐形角度更小。遠(yuǎn)光是汽車夜間行駛時的主要光束，用于照亮車前100 m以外的路面；近光用于會車、尾隨其他車輛或轉(zhuǎn)小半徑彎道時的近距離照明，它應(yīng)照亮車前40m的路面。 圖1 前照燈夜間彎道照明效果比較示意圖 2)轉(zhuǎn)彎時存在內(nèi)輪差(圖1(a))。若落地光束不考慮該區(qū)域照明，易發(fā)生汽車與內(nèi)路沿間距離估計不足，導(dǎo)致后內(nèi)輪掉溝或碰撞障礙物或路邊行人傷亡的情況。因此，改善汽車與內(nèi)路沿問的照明十分必要。 3)汽車在彎道上行駛，因前后、左右輪轍極難重合，即要實現(xiàn)光束落地亮區(qū)在任意轉(zhuǎn)彎半徑條件下均能照亮各自車輪行駛路面，難度較大。 4)汽車在彎道上行駛，前照燈落地光束幾何中心線不可能與車輪軌跡(圓曲線)重合，只可能相切、或相離、或相割?！跋嗲小?，如圖2(a)所示。此狀態(tài)對于提高駕駛員判明道路走向(曲率半徑)的準(zhǔn)確性最為有利。同時，由于光束為一落地亮區(qū)，對于及時識別彎道上的反向轉(zhuǎn)彎軌跡以及反向轉(zhuǎn)彎點D的位置也十分有利。另外，隨著轉(zhuǎn)彎半徑增加，光束有效照明路面長度(AB段)會加長；反之，則會縮短?！跋嚯x” ，如圖2(b)所示。即出現(xiàn)落地亮區(qū)邊緣照亮行駛路面的情況，由于路面有效照明長度(AB段)比“相切”情況短，所以路面照明效果會下降。 “相割” ，如圖2(c)所示。若落地亮區(qū)邊界出現(xiàn)與彎道軌跡相割的情況，在汽車行駛時，盡管其路面AB段曾被光束掃過，但當(dāng)汽車即將行駛在該路段時，單憑駕駛員記憶來準(zhǔn)確判定其路面走向卻很難。此時若出現(xiàn)有反向轉(zhuǎn)彎情況，準(zhǔn)確判定反向轉(zhuǎn)彎點D的位置也會變得困難。此外，前方照明區(qū)從駕駛員的觀察視角看，其BC段的曲率半徑會失真。 “相割”程度越大，失真越大。這樣，照明區(qū)BC段用于正確指導(dǎo)轉(zhuǎn)向的意義將會喪失。 圖2前照燈光束落地幾何形狀中心線在彎道上與車輪行駛軌跡的關(guān)系 二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1.基本內(nèi)容 1) 車燈發(fā)展簡介、汽車前照燈分類 2) 現(xiàn)行照明技術(shù)的應(yīng)用及類型 3) 對隨動轉(zhuǎn)向照明系統(tǒng)的研究 4) 針對具體車型（雪鐵龍凱旋）提供應(yīng)用舉措 2.擬解決的主要問題 1） 汽車彎道自動轉(zhuǎn)向輔助照明系統(tǒng)的研究 2) 針對具體車型（雪鐵龍凱旋）的隨動轉(zhuǎn)向大燈的研究 三、技術(shù)路線（研究方法） 接受任務(wù) 編制工作大綱 明確方向 資料采集 去圖書館查閱資料 去維修廠或4S店做調(diào)研 規(guī)劃報告初稿 征求意見 規(guī)劃最終報告 整合資料，提出可實施的操作方案 確認(rèn)課題做好準(zhǔn)備工作 四、進(jìn)度安排 (1)：收集相關(guān)技術(shù)資料，結(jié)合任務(wù)書制定設(shè)計方案，針對具體設(shè)計要求，進(jìn)行必要的準(zhǔn)備，撰寫開題報告第1~2周( 3月２5日~3月15日 )。 （2）：收集資料，查找汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的技術(shù)資料，形成論文撰寫思路。3~5周(3月16日~4月5日)。。 （3）：針對技術(shù)資料，研究轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的技術(shù)特征，了解車輛轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的技術(shù)特點，得出控制優(yōu)點以及技術(shù)普及過程中需解決問題。6~8周(4月6號~4月19號)。。 （4）：撰寫論文，并提出確定汽車轉(zhuǎn)彎照明死角的基本思路，初步計算了了大概的轉(zhuǎn)彎照明死角，用于可行性技術(shù)方案分析。9~10周(4月20號~5月3號)。 （5）：撰寫論文11~13周(5月4號~5月24號) （6）：整理設(shè)計思路，修改完善論文。. 14周(5月25號~5月31號) 。 (7)設(shè)計(論文)審核,修改第15~16周(6月1日~6月14日) (8)畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯第17周(6月15日~6月21日) 五、參考文獻(xiàn) [1]劉建勛，鄧天民，楊磊. 汽車前照燈隨動轉(zhuǎn)向規(guī)律分析與研究[J].客車技術(shù)與研究，2008，（03）張曉豐，周雅夫，宋振寰 [2]盛敬，林謀有. 汽車彎道自動轉(zhuǎn)向照明系統(tǒng)的研究[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2007，（06） [3]施偉斌，劉偉，朱維濤，陳祥熙. 汽車燈具反射器加工質(zhì)量的綜合檢測[J].儀器儀表學(xué)報，2006，（S2） [4]余桂英，陳曉麗，姚帥，鄭穎君. 投射式LED汽車前照燈的光學(xué)設(shè)計[J].中國計量學(xué)院學(xué)報.2008，（S1） [5]新型白色LED可變式汽車前照燈. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品.2008,（10） [6]燕坤善，牛萍娟，付賢松. 汽車前照燈光源及發(fā)展趨勢[J].光機電信息2008,（11） [7]劉向陽. 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[23]Adaptive headlamps integrated circuit system design optimization[Z] .2006 六、備注 指導(dǎo)教師意見： 簽字： 年 月 日 汽車前照燈光源及發(fā)展趨勢 燕坤善，牛萍娟，付賢松 (天津工業(yè)大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，天津300160) 摘要：介紹了汽車前照燈的發(fā)展歷程和技術(shù)現(xiàn)狀，重點闡述了氙氣燈前照燈和發(fā)光二極管前照燈技術(shù)優(yōu) 勢，并展望了各種燈光源的應(yīng)用前景和汽車前照燈的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：汽車；前照燈；氙氣燈；發(fā)光二極管 中圖分類號：TM9235 Light Source of Automobile Headlamp and Its Trend YAN Kunshan，NIU Ping-juan，F(xiàn)U Xian-song (School of Information and Communication of engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300160，China) Abstract：The development and status of automobile headlamp are presented，the technical superiority of HID and LED headlamp is focused，and the application foreground of the lighting sources and the trend of headlamp are ex plained Keywords：automobile；headlamp；HID；LED 1 引 言 汽車光源在照明領(lǐng)域中占有極其重要的地位。 其產(chǎn)量占整個照明光源總產(chǎn)量的10左右。前照燈 是汽車在夜間行駛時照明前方道路的燈具是保障 汽車安全運行的重要部件之一。前照燈的照明距離 卜 越遠(yuǎn)，配光性越好，汽車行駛的安全性能就越高。 因此前照燈的設(shè)計中必須做到以下兩點： (1)光源技術(shù)上要達(dá)到高光通量，高效率，長壽 命。 (2)燈具技術(shù)配光性能要好，不致使對方來車駕 駛員感到眩目，且設(shè)計嚴(yán)密，可靠性好。 隨著汽車技術(shù)的發(fā)展汽車前照燈在不斷地發(fā)生變 化。從早期乙炔氣前照燈發(fā)展到當(dāng)今最先進(jìn)的LED 汽車頭燈。經(jīng)歷了5代發(fā)展，下文將詳細(xì)闡述汽車 前照燈光源及發(fā)展趨勢【l】。 2 LED的恒流驅(qū)動原理 21 第1代乙炔氣前照燈 1906年，世界上第一次用1個蓄電池供電的電 燈照明。在1909年，首次把乙炔燈作為變光裝置， 而前照燈具有高的輪廓亮度，乙炔氣火焰的亮度比 當(dāng)時的電光源所能達(dá)到的亮度高出1倍，因而，在 1925年以前使用的汽車前照燈幾乎全是乙炔前照 燈。乙炔氣燈火力強勁，亮度極高，但是需要消耗 大量的電石。其工作原理是電石(碳化鈣)與水發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生乙炔氣體氣體通過過濾器從氣管 末端被點燃，從而發(fā)出明亮、溫和的火焰，但這種 燈的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性較差。汽車電氣系統(tǒng)成熟以后， 汽車前照燈普遍采用了電光源。 2-2第2代白熾前照燈 1913年帶螺旋燈絲的充氣白熾燈泡問世，因 其具有較高亮度給電光源前照燈開辟了廣闊的前 景。白熾燈利用熾熱的鎢絲產(chǎn)生光輻射，使電燈發(fā) 出明亮的光芒。白熾燈帶動了一場照明革命，開拓 了電光源事業(yè)的新紀(jì)元。然而由于當(dāng)時汽車電氣設(shè) 備系統(tǒng)的制約，直到1925年，電氣照明在汽車上才 得到廣泛的應(yīng)用。白熾燈的工作原理是電流通過燈 絲(鎢絲，熔點達(dá)3 000多攝氏度)時產(chǎn)生熱量， 螺旋狀的燈絲不斷將熱量聚集使得燈絲的溫度達(dá) 2 000 oC以上，燈絲在處于白熾狀態(tài)時，就象燒紅了 的鐵能發(fā)光一樣而發(fā)出光來。燈絲的溫度越高，發(fā) 出的光就越亮。普通白熾燈通過燈內(nèi)的金屬鎢在真 空環(huán)境下發(fā)光獲得照度。但是金屬鎢在真空環(huán)境下 通電，產(chǎn)生光的同時也產(chǎn)生鎢蒸氣，造成亮度逐漸 下降，越用燈光越暗。白熾燈應(yīng)用在汽車前照燈上 先后經(jīng)歷了可裝卸白熾燈泡、白熾真空前照燈等過 程，雖然很多車前大燈仍在使用白熾燈，但是由于 其發(fā)光效率低、壽命短等缺點，普通白熾燈終將逐 漸被淘汰21。 23第3代鹵素前照燈 對于普通白熾燈泡來說，要提高燈的光效，必 須提高燈絲的工作溫度。這將導(dǎo)致鎢蒸發(fā)加劇，燈 泡壽命縮短，玻殼迅速發(fā)黑，光輸出大幅度下降。 充氣能抑制鎢的蒸發(fā)，所充氣壓越高，鎢的蒸發(fā)越 小但充氣氣壓的提高受玻殼強度和制造工藝的限 制。如果用縮小玻殼的方法來提高機械強度，則燈 泡玻殼的工作溫度上升，普通玻璃難以承受，玻殼 黑化加?。撼浒睔夂碗瘹怆m能提高光效，但因價格 昂貴而很少采用。在長期的實踐過程中，人們認(rèn)識 到鎢的蒸發(fā)是不可避免的最好能讓蒸發(fā)出來的鎢 重新返回?zé)艚z。經(jīng)過長期的研究，鹵鎢燈于1959年 試制成功。它是利用鹵鎢循環(huán)的原理制成的，玻殼 采用耐高溫的石英玻璃當(dāng)燈內(nèi)充入適量的鹵素后， 在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下，從燈絲蒸發(fā)出來的鎢在玻壁 附近與鹵素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)性的鹵鎢化合 物，當(dāng)鹵鎢化合物擴散到溫度較高的燈絲周圍區(qū)域 時，又分解成鹵素和鎢，釋放出來的鎢沉積在燈絲 上，而鹵素則繼續(xù)擴散到溫度較低的玻壁附近與鎢 化合，這一過程稱為鹵鎢循環(huán)或鎢的再生循環(huán)。如 此循環(huán)不已，燈絲幾乎不會燒斷，燈泡也不會發(fā)黑， 所以它要比傳統(tǒng)的白熾前照燈壽命更長、亮度更大。 現(xiàn)在的汽車大部分采用的都是這種前照燈。 鹵素?zé)粲衅洫毺氐呐涔饨Y(jié)構(gòu)，每支燈光內(nèi)有兩 組燈絲，一組是主光束燈絲發(fā)出的燈光經(jīng)燈罩反 射鏡反射后徑直向前射去，這種光源就是我們平時 所說的“遠(yuǎn)光”。另一組是偏光束燈絲，發(fā)出的光被 遮光板擋到燈罩反射鏡子的上半部分，其反射出去 的光線都是朝下漫射向地面不會給對面來車的駕 駛者造成眩目，這種光源就是我們平常所說的“近 光”。 24第4代氙氣前照燈 氙氣燈，英文簡稱是HID(High Intensity Dis charge Lamp)，即高強度氣體放電燈。它所發(fā)出的光 WWWomeinfocomcn Nov2008 37 照亮度是普通鹵素?zé)舻?倍，而能耗僅為其23，使 用壽命可達(dá)普通鹵素?zé)舻膌0倍。氙氣燈極大地增加 了駕駛的安全性與舒適性，還有助于緩解人們夜間 行駛的緊張與疲勞。駕車者可在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)危 險，從而獲得足夠的反應(yīng)時間，很大程度減少了夜 間事故發(fā)生率。單從市場上看，氙氣前照燈有可能 會成為市場的主流。 氙燈是利用高壓、超高壓惰性氣體的放電現(xiàn)象 制成的高效率光源之一。氙氣也像汞和其他金屬原 子激發(fā)放電一樣，在適當(dāng)?shù)臈l件下會產(chǎn)生電離，發(fā) 出可見光。但是低氣壓氙氣放電的共振輻射波長很 短，都在真空紫外區(qū)，且共振輻射效率低，因此低 氣壓氙氣放電發(fā)光效率低。然而與低氣壓氙氣放電 不同，氙氣在高壓、超高壓下放電時，原子被激發(fā) 到更高的能級，并被大量地電離，在可見光區(qū)域發(fā) 射連續(xù)光譜，與日光接近，發(fā)光效率也高。 HID具體發(fā)光原理是：在石英管內(nèi)，以多種化 學(xué)氣體充填，其中大部份為氙氣與碘化物等惰性氣 體，然后再通過鎮(zhèn)流器將車上12 V的直流電壓瞬間 增壓至23 000 V，經(jīng)過高壓震幅激發(fā)石英管內(nèi)的氙 氣電子游離，在兩電極之間產(chǎn)生光源這就是所謂的 氣體放電。 在點亮氙氣大燈時，燈泡中間有一顆玻璃球， 里面裝的就是氙氣。當(dāng)變壓器給到23 000 V的高壓 時，氙氣被擊穿，電離之后的氙氣就會發(fā)出讓人難以 想象的光芒，同時色溫可高達(dá)5 0008 000 K，接近 正午日光的顏色，人眼的接受度及舒適度很高。由 于它的種種優(yōu)勢，HID前大燈得到了越來越多研究 者的重視，已經(jīng)有越來越多的汽車廠商將氙氣大燈 作為標(biāo)準(zhǔn)配置。但是所有這些優(yōu)點的實現(xiàn)必須建 立在一套安全可靠的高性能電子鎮(zhèn)流器的基礎(chǔ)上。 這是因為雖然金屬鹵化物燈及其電子鎮(zhèn)流器的研 究已經(jīng)非常成熟，但是汽車HID前大燈有其固有的 工作要求和特殊性。 由于氣體放電的種種特性所以電子鎮(zhèn)流器的 要求也有其特殊之處： 卜 (1)供給燈管一個35 kV的啟動電壓，使燈管 可靠點火，同時，當(dāng)HID氣體燈熄滅后，要再次熱 啟動，其啟動電壓達(dá)20 kV以上。 (2)含有金屬蒸氣的放電燈，在其蒸氣達(dá)到足 夠高的工作壓強以前，一般需要一個短的預(yù)熱時間 為了使燈管能快速穩(wěn)定，鎮(zhèn)流器在燈管被啟動后， 應(yīng)能提供一個較額定電流高的電流輸出，加速放電 管的穩(wěn)定過程。 (3)對于HID氣體燈，當(dāng)其工作頻率1 kHZ時， 會出現(xiàn)所謂的聲共振現(xiàn)象。電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計應(yīng)能 有效地解決聲共振問題。這是導(dǎo)致HID氣體燈和熒 光燈在電子鎮(zhèn)流器上存在顯著差別的最主要原因。 (4)在燈管的壽命期間，鎮(zhèn)流器應(yīng)能補償管壓 的增大以實現(xiàn)燈管壽命期間的恒功率輸出。 (5)鎮(zhèn)流器對于可能出現(xiàn)的過壓、過流及燈管 損壞、短路等異常情況，應(yīng)能及時啟動保護(hù)動作， 保護(hù)燈管及鎮(zhèn)流器電路。 由于車載HID電子鎮(zhèn)流器的技術(shù)要求極為嚴(yán) 格，原來的模擬電子鎮(zhèn)流器已不能精確實現(xiàn)HID燈 啟動過程中復(fù)雜的時序控制，不能區(qū)分冷，熱燈工作 圖1 數(shù)字電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)框圖 圖2 2006款雷克薩斯HID放射性頭燈 狀態(tài)造成了燈泡發(fā)光效率低、壽命縮短等缺陷。 所以現(xiàn)在的電子鎮(zhèn)流器采用單片機數(shù)字化控制方式， 如圖1所示。對HID燈的啟動過程實現(xiàn)了精確控 制，并且實現(xiàn)了比較復(fù)雜的算法，以滿足啟動過程 中恒功率、變功率等控制要求。同時，數(shù)字化控制 可以對各種故障模式做出快速反應(yīng)，實現(xiàn)輸入過欠 壓、輸入反接、輸出短路、輸出開路等各種保護(hù)功 能。雖然數(shù)字電子鎮(zhèn)流器現(xiàn)在已經(jīng)在國內(nèi)投入使用， 但產(chǎn)品的技術(shù)性能還未完全成熟嗍。 25第5代白光LED前照燈 LED是Light Emitting Diode(發(fā)光二極管)的縮 寫，早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)誕生，早期主要是 指示作用。90年代后，由于以GaN為基礎(chǔ)的白光二 極管的出現(xiàn)LED的目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域也發(fā)生了明顯改 變，并且開始成為白熾燈的世紀(jì)替代品，醞釀著一 場照明光源的革命。LED具有許多優(yōu)點，而其中最 重要的就是高度可靠性。一般來說，現(xiàn)在LED的壽 命比任何使用它們的系統(tǒng)都長，這個特性對汽車照 明系統(tǒng)領(lǐng)域最具吸引力。在這個領(lǐng)域，可靠性既是 設(shè)計安全性又是避免昂貴維修費用的關(guān)鍵。對于汽 車照明系統(tǒng)而言LED光源相對于其它光源具有以 下優(yōu)勢： 1)LED照明不是熱發(fā)光照明光源，因此使用 壽命可達(dá)510年 2)LED光源受電壓變化的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通 燈泡，顯示了卓越的安全性和可靠性，而且它完全 滿足環(huán)保節(jié)能的要求。 3)普通燈泡的啟動時間較長。一般在100300 ms， 而LED大約只有250 Ixs。對于至關(guān)重要的制動燈而 言，這樣的時間差距意味著高速行駛時相差47 m 的制動距離和大大降低的事故發(fā)生率。 4)LED的耐震動和耐沖擊性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普 參考文獻(xiàn) 通燈泡，而且有體積小和環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點?？?以說，LED是汽車照明系統(tǒng)非常理想的一種光源。 同時，其符合汽車燈具設(shè)計的小尺寸、低能耗、長 壽命等要求 。 3結(jié) 論 LED前照燈優(yōu)勢明顯，與傳統(tǒng)白熾鎢絲燈泡和 13光燈相比較，LED不僅具有壽命可延長l0倍， 耗電量僅10，可在高頻操作的高反應(yīng)速度和環(huán)保 等優(yōu)點；由于可采用平面封裝技術(shù)，設(shè)計自由度高， 對于整體汽車產(chǎn)業(yè)來說，LED車燈不但將為汽車零 部件供應(yīng)鏈帶來巨大變革，未來汽車造型設(shè)計也將 因此有更多的可靠性。即便是和HID燈相比較， LED也毫不遜色，白光LED發(fā)光效率超過氣體放電 燈已經(jīng)指日可待；而且HID需要相當(dāng)復(fù)雜的驅(qū)動電 路(電子鎮(zhèn)流器)來激發(fā)照明，而LED照明只需恒 流電路控制，大大降低了驅(qū)動成本。 、 一 網(wǎng)3奧迪車型LED前照燈 當(dāng)然。白光LED前照燈離量產(chǎn)使用還有一定距 離，仍有諸多技術(shù)及設(shè)計瓶頸尚待攻克。例如光學(xué)設(shè) 計、散熱設(shè)計以及整體構(gòu)造等，但這些問題目前已有 相關(guān)的技術(shù)方案可以解決。目前全球各大汽車展 中都能看到以白光LED作為汽車頭燈的概念車款， 如圖3所示，不僅外觀別致，也比較實用，這都令人們 感覺到白光LED前照燈的實用化已經(jīng)越來越近51。 (No7) 【1】沈培宏LED頭燈現(xiàn)狀【J燈與照明，2006，30(3)：3639 2】朱小清，林翰照明技術(shù)手冊M】北京：機械工業(yè)出版社，2004，7677 WWWomeinfocorncn 39 Nov2008 【3王斌，曾家黔，胡立雪一種數(shù)字控制HID燈電子鎮(zhèn)流器的研制J】微電子學(xué)，2005，35(5)：539541 41t學(xué)，吳廣寧，蔣偉，李生林LED在汽車照明系統(tǒng)中的應(yīng)用J】燈與照明，2007，31(1)：3740 【5倪爾東LED汽車新光源D武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005 卜 本科學(xué)生畢業(yè)論文 汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的應(yīng)用研究 系部名稱： 汽車工程系 專業(yè)班級： 車輛工程 BW05-9班 學(xué)生姓名： 張 彤 指導(dǎo)教師： 鮑 宇 職 稱： 高級實驗師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○○九年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Steering-assisted Application about the Auxiliary Lighting Device Candidate：Zhang Tong Specialty：Vehicle Engineering Class：BW05-9 Supervisor：Senior Experimental Division. Bao Yu Heilongjiang Institute of Technology 2009-06·Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 目 錄 摘要 ...................................................................................................................................... Abstract .............................................................................................................................. 第 1 章 緒論 ........................................................................................................................1 1.1 汽車車燈與安全 ............................................................................................................1 1.2 技術(shù)現(xiàn)狀 隨動轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 ........................................................................1 1.2.1 汽車 AFS 系統(tǒng)簡介 ...............................................................................................1 1.2.2 其他系統(tǒng)簡介 .........................................................................................................2 1.3 研究的主要內(nèi)容 ............................................................................................................2 第 2 章 汽車照明裝置的理論基礎(chǔ) ..............................................................................3 2.1 照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 ........................................................................................................3 2.1.1 車身外部照明裝置 .................................................................................................3 2.1.2 典型照明系統(tǒng) .........................................................................................................3 2.1.3 前照燈的類型 .........................................................................................................4 2.1.4 前照燈的構(gòu)造 .........................................................................................................5 2.2 汽車前照燈安裝和使用 ................................................................................................8 2.2.1 安裝 .........................................................................................................................9 2.2.2 前照燈的使用 .......................................................................................................10 2.3 前照燈光束照射位置的要求 ......................................................................................13 2.4 汽車前照燈路面照明特征 ..........................................................................................14 2.5 前照燈轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué)模型的建立 ......................................................................................15 2.6 本章小結(jié) ......................................................................................................................20 第 3 章 轉(zhuǎn)向輔助照明系統(tǒng)的研究 ............................................................................21 3.1 智能型隨 動轉(zhuǎn)向大燈 ..................................................................................................21 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3.2 轉(zhuǎn)向輔助照明燈 ..........................................................................................................22 3.3 動靜結(jié)合智能前照燈系統(tǒng) ..........................................................................................23 3.4 本章小結(jié) ......................................................................................................................23 第 4 章 簡易設(shè)計智能轉(zhuǎn)向照明系統(tǒng) ........................................................................24 4.1 AFS 系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)想 .............................................................................................24 4.1.1 系統(tǒng)設(shè)計方案 .......................................................................................................24 4.1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 .......................................................................................................26 4.2 系統(tǒng)的組成器件 ..........................................................................................................26 4.2.1 步進(jìn)電機 ...............................................................................................................26 4.2.2 步進(jìn)電機的驅(qū)動 ...................................................................................................28 4.2.3 中央控制單元的選擇 ...........................................................................................29 4.2.4 傳感器的選擇 ...........................................................................................................................30 4.2.5 LIN(Local Interconnect Net-work)總線 .............................................................................30 4.3 本章小結(jié) ......................................................................................................................31 第 5 章 AFS 系統(tǒng)在具體車型中的應(yīng)用 ..................................................................32 5.1 凱旋 AFS 系統(tǒng)的組成器件 ........................................................................................32 5.2 凱旋 AFS 系統(tǒng)工作流程 ............................................................................................32 5.3 本章小結(jié) ......................................................................................................................33 結(jié)論 ......................................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................35 致謝 ......................................................................................................................................37 附錄 ......................................................................................................................................38 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 I 摘 要 汽車前照燈是汽車的重要安全部件，保證汽車在夜間或能見度較低的環(huán)境下能安 全行駛。目前汽車前照燈只具有固定的照射范圍，在夜間彎道行駛時會在彎道內(nèi)側(cè)產(chǎn) 生照射盲區(qū)，影響行車安全。本文對汽車前照燈夜間路面照明特征以及轉(zhuǎn)向方案進(jìn)行 分析，提出既能很好解決轉(zhuǎn)向輪行駛路面照明，又能較好解決后輪行駛路面照明問題 的綜合方案。并在此基礎(chǔ)上研究轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的可行性。 本文所研究的是汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的應(yīng)用。 文章首先闡述汽車車燈與行車安全的重要關(guān)系；然后對汽車車燈進(jìn)行介紹與分析。 從而明確汽車對車燈的要求；接下來對汽車夜間行駛情況建立數(shù)學(xué)模型；最后通過對 夜間行車所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析研究，設(shè)計一款可行的智能隨動轉(zhuǎn)向輔助照明系 統(tǒng)；通過本論文的研究，說明在汽車上安裝轉(zhuǎn)向輔助照明裝置是可行的。 關(guān)鍵詞：汽車轉(zhuǎn)彎；前照燈；規(guī)律分析；智能彎道輔助照明系統(tǒng)；配光性能 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 II ABSTRACT The headlamp is an important safety components. At present, only motor vehicle headlamps illuminated area of fixed, moving at night will turn the inner corner irradiation have blind spots, the impact of traffic safety. In this paper, automobile headlamp illumination at night the road to program features, as well as an analysis, the only solution to turn a good round of road traffic lights, driving the rear wheels can better solve the problem of road lighting integrated programs. On the basis of this research to the feasibility of auxiliary lighting. In this article,we study about the auxiliary lighting device of steering. The article first car lights on traffic safety and the importance of the relationship; and then introduced the car lights and analysis. In order to clear the requirements of motor vehicles on the lights; next to the vehicle traveling at night to establish the mathematical model; final journey through the night by the establishment of a mathematical model to analyze the research, design a possible follow-turned-assisted intelligent lighting system; through this thesis Research shows shift in vehicle auxiliary lighting installation is feasible. Key words：Automobile curve；Headlamp ；Rule Analysis; Adaptive Front-lighting System; Headlamp with optical properties 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 1 第 1 章 緒 論 1.1 汽車車燈與安全 現(xiàn)有的汽車照明燈一般都固定在汽車前端而且只是朝前方照射，這對在直線路面 和彎度不大的路面上駕駛不會有太大影響，但如果在轉(zhuǎn)彎處特別是在山路行駛就非常 不便。傳統(tǒng)的車用照明燈頭燈總成采用單體設(shè)計，燈泡可以轉(zhuǎn)動一定角度，照明角度 會隨車輛轉(zhuǎn)向而改變角度，但實際上照明范圍還是要受到頭燈轉(zhuǎn)向角度的限制，改善 不是很明顯，因而在夜間行車至彎路前就找不到彎路前方的路面情況，同時也易給迎 面的其他道路使用者造成眩目。另外，車輛載重量的變化、剎車和提速等情況都會引 起車身傾斜角度發(fā)生變化，從而使近光燈的光束傾角發(fā)生變化，塞滿行李的后備箱和 猛然提速會造成車尾下沉，車頭抬高，以致燈光晃得對面車輛的駕駛員睜不開眼；剎 車時車頭又會下沉，尤其是在緊急制動時，因車頭下扎厲害，可能會造成視距喪失 1。 基于上述各種情況，要克服汽車在轉(zhuǎn)彎時對道路照明的盲區(qū)，就需要改革傳統(tǒng)前 照燈照明系統(tǒng)，設(shè)計前照燈能自動偏轉(zhuǎn)的照明系統(tǒng)，使汽車前照燈在轉(zhuǎn)彎時能適時自 動調(diào)整照距和投射角度，合理照明范圍，將照明的盲區(qū)死角減為零，大幅度提升夜間 彎道行駛時對道路的辨識度，減少會車時對迎面車輛的眩光影響，改善夜間行車的安 全性。 1.2 技術(shù)現(xiàn)狀隨動轉(zhuǎn)向技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 汽車 AFS 系統(tǒng)簡介 智能轉(zhuǎn)向照明技術(shù)是實現(xiàn)智能化高級前照燈系統(tǒng)過程中的一個重要成果。智能轉(zhuǎn) 向照明技術(shù)的出現(xiàn)，使汽車在間轉(zhuǎn)彎時的“視覺盲點”現(xiàn)象成為過去。現(xiàn)在市面上出 現(xiàn)的前大燈智能彎道輔助照明系統(tǒng)AFS 系統(tǒng)（Adaptive Front-lighting System）就是 一種能適應(yīng)各種不同環(huán)境的新型前照燈系統(tǒng)，能更好地適應(yīng)各種速度、路的類型和天 氣條件的變化等，滿足不同路況下的彎道駕駛照明需求，實現(xiàn)針對諸如市區(qū)、郊外、 高速公路及越野等不同的需求而采用相應(yīng)的智能照明模式 2。與傳統(tǒng)前照燈相比較， 隨動轉(zhuǎn)向大燈能夠在彎路上提供更多需要的照明（如圖 1.1 傳統(tǒng)前照燈和 AFS 系統(tǒng) 前照燈照明范圍的對比） 。 目前在國產(chǎn)轎車中，只有寶馬 545i、330i、奔馳新 E 級、東風(fēng)雪鐵龍的凱旋、廣 州豐田的凱美瑞和東風(fēng)日產(chǎn)的天籟裝有隨動轉(zhuǎn)向大燈。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 圖 1.1 傳統(tǒng)前照燈和 AFS 系統(tǒng)前照燈的照明范圍 1.2.2 其他系統(tǒng)簡介 其它輔助照明還包括機械性轉(zhuǎn)向大燈和轉(zhuǎn)向輔助照明燈。 機械性轉(zhuǎn)向大燈是采用機械聯(lián)動的方式使前照燈旋轉(zhuǎn)一定角度，從而看清彎道情 況。但用機械聯(lián)動方式成本較高且裝置穩(wěn)定性和可靠性沒有保證。 轉(zhuǎn)向輔助照明燈是通過在外側(cè)安裝側(cè)向輔助燈，在轉(zhuǎn)彎時開啟來實現(xiàn)夜間彎道照 明的。其優(yōu)點是成本低，不影響大燈原來的照射范圍且同時擴大本車的照明范圍。但 加大照明范圍會在會車時影響到對面的車輛，道理跟盲目使用遠(yuǎn)光燈一樣。 1.3 研究的主要內(nèi)容 因為普通的前照明燈在使用中有一定的局限性，只具有固定的照射范圍，在彎道 內(nèi)側(cè)易出現(xiàn)“盲區(qū)” 。汽車隨動轉(zhuǎn)向大燈，安裝在貨車、普通客車上，利用汽車轉(zhuǎn)彎 時的偏轉(zhuǎn)角度和速度變化，通過電控單元驅(qū)動車燈的轉(zhuǎn)向，增強了車輛在彎道或十字 路口拐角處的照明，提高了駕駛員夜間的可視性，增加汽車行駛的安全性，對道路運 輸安全具有十分重要意義。 本文便是對轉(zhuǎn)向輔助照明裝置實現(xiàn)的可行性進(jìn)行論述。其主要有以下幾個方面： 1、分析汽車大燈的結(jié)構(gòu)與類型、汽車燈光的安裝與使用、為輔助照裝置的選型 提供依據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型； 2、對汽車隨動轉(zhuǎn)向規(guī)律進(jìn)行分析； 3、設(shè)計汽車轉(zhuǎn)向輔助照明裝置的簡易流程； 4、分析具體汽車輔助照明裝置在具體車型中的應(yīng)用。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 第2章 汽車照明裝置的理論基礎(chǔ) 2.1 照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理 2.1.1 車身外部照明裝置 車身外部照明裝置包括前照燈、示寬燈、 （前小燈） 、后燈、牌照燈、霧燈和防空 燈。 前照燈是車輛的主要燈具。用于夜間行駛時照明前方道路，它有遠(yuǎn)光和近光兩種 光束可供切換。遠(yuǎn)光用于以較高車速行駛且迎面無其他來車的道路上，近光則是在會 車和市區(qū)明亮的道路上行駛使用。遠(yuǎn)光燈功率一般為 45W60W，近光燈功率為 20W55W。光亮度一般為 50cd/60cd/ 。 前照燈主要有燈泡組件、反光罩和透光玻璃等組成。 示寬燈（前小燈）主要用于夜間會車，使迎面駕駛員能判斷出本車的外廓寬度， 又稱前小燈。有的汽車裝有一個或兩個示高燈，裝有兩個時，左右分置，兼起示寬作 用。一般每車兩盞或四盞，裝于汽車前后兩邊緣。燈泡功率一般為 100W，光亮度為 6cd/12cd/ 后燈便于后車駕駛員判斷前車的位置而與之保持一定得安全行車距離。后燈為紅 色，燈光功率為 8cd/10cd/ 牌照燈因牌照所在位置不同而不同，卡車在后端一側(cè)貨箱下面，小轎車則在中間。 其標(biāo)準(zhǔn)要求是光束不應(yīng)外射，應(yīng)在 25m 距離能確認(rèn)清牌照號碼。燈光為白色，燈泡 功率為 5W15W。 霧燈用于經(jīng)常在多霧地區(qū)行駛的汽車及軍用越野車等。光色為黃色，因黃色光穿 透能力強，可在霧區(qū)提供必要的可視區(qū)。燈泡功率為 35W 左右。 越野汽車往往還在車身前部裝有防空燈，其特點是燈上部有伸出的燈罩，不讓燈 光向上射出。 另外，在其他專用車輛上還有許多專用燈具。如警車、消防車、救護(hù)車、出租車 等的專用警告燈 3。 2.1.2 典型照明系統(tǒng) 照明設(shè)備主要用于夜晚照明道路 ，標(biāo)示車輛寬度，照明車廂內(nèi)部、儀表，夜間 檢修照明等。照明系統(tǒng)的組成及線路如圖 2.1 所示。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 1車燈開關(guān) 2熔斷絲 3燈光繼電器 4蓄電池 5發(fā)動機 6電流表 7霧燈開關(guān) 8交流發(fā)電機 9霧燈 10前照燈遠(yuǎn)光燈 11變光開關(guān) 12前照燈近光燈 13示廓燈 14儀表燈 16頂燈 17工作燈 圖 2.1 照明系統(tǒng)線路 2.1.3 前照燈的類型 前照燈也稱大燈，安裝在車輛前端的兩側(cè)，用來在汽車夜間行駛時照亮前方的道 路。汽車前照燈按其結(jié)構(gòu)特點可分為：全封閉式前照燈，半封閉式前照燈。按前照燈 在汽車上的安裝方式又可分為：外裝式前照燈，內(nèi)裝式前照燈和可藏式前照燈。按其 形狀可分為：圓形前照燈，方形前照燈，長方形前照燈及異性前照燈。若按汽車安裝 前照燈的數(shù)量可分為：兩燈制前照燈系統(tǒng)，四燈制前照燈系統(tǒng)以及帶有輔助前照燈的 前照燈系統(tǒng)等。 當(dāng)前汽車前照燈的種類繁多，一般常見到的前照燈有：小直徑 136mm 圓燈， 小尺寸 160mm100mm 方形燈，這兩種前照燈多用來組成汽車四燈制前照燈系統(tǒng)。 大直徑 180mm 圓燈，大尺寸長方形燈及異形燈組成汽車兩燈制前照燈系統(tǒng)。目前 汽車異形前照燈系統(tǒng)發(fā)展很快，所謂異形前照燈就是根據(jù)汽車造型的美學(xué)觀點，將前 照燈外形設(shè)計成與汽車的整體造型相協(xié)調(diào)，并使汽車的風(fēng)阻系數(shù)很小。還有運動型跑 車為了更進(jìn)一步減小前照燈部分的分組系數(shù)，增強其照明效果，往往把前照燈設(shè)計成 內(nèi)隱式，白天行駛時看上去似乎沒有前照燈，但在夜間行駛時能自動將前照燈罩蓋打 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 開同時點亮前照燈。 2.1.4 前照燈的構(gòu)造 1、總體構(gòu)造 圖 2.2 為前照燈總成的基本結(jié)構(gòu)形式，前照燈主要由反射鏡、散光玻璃、燈泡、 燈座和燈殼組成 4。 1前照燈外殼 2燈圈 3反射鏡 4燈泡 5配光鏡 6燈泡座 7燈殼座 圖 2.2 前照燈的結(jié)構(gòu) 2、燈泡總成 燈泡總成有以下幾種： （1）組合式燈泡總成 組合式燈泡總成是由配光鏡、燈泡、反射鏡、燈泡座、光軸調(diào)整裝置以及前照燈 外殼等主要零部件共同組成。各個零件可以拆開，燈泡可以更換（圖 2.3a） 。 （2）金屬殼封閉式（MSB ）燈泡總成 金屬殼封閉式燈泡總成是由配光鏡、燈泡、反射鏡、以及金屬殼等主要零件共同 組成。裝配時將配光鏡的外殼和反射鏡的外殼焊接成為整體，構(gòu)成一個整體封閉式前 照燈總成，燈泡不可以更換（圖 2.3b） 。 （3）全封閉式（SB）燈泡總成 全封閉式燈泡總成由配光鏡、反射鏡、以及金屬殼等主要零件共同組成。全封閉 式燈泡總成沒有燈泡、反射鏡和配光鏡的外殼焊接成整體，在反射鏡的焦點處直接裝 置燈絲，形成一個無燈泡的全封閉式的前照燈總成，燈絲不可以更換 5（圖 2.3c） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 1光軸 2反光鏡 3配光鏡 4燈泡 5近光燈絲 6遠(yuǎn)光燈絲 7導(dǎo)線座 8遮光屏 9燈泡座 圖 2.3 前照燈的燈泡總成 （4）異形前照燈 現(xiàn)代轎車上已不采用傳統(tǒng)的圓形前照燈或矩形前照燈，通常是根據(jù)轎車前面罩的 曲面造型來制成異形前照燈。異形前照燈是全封閉式燈泡的變形，由異形配光鏡、反 射鏡、以及金屬殼等組成，異形配光鏡用聚碳酸酯制造，有良好的透明度和不同的配 色。在設(shè)計確定的反射鏡位置處，直接裝置前照燈燈絲和霧燈燈絲等燈絲，形成有不 同用途和光色的異形前照燈總成。 3、前照燈的光學(xué)系統(tǒng) 前照燈的光學(xué)系統(tǒng)組件包括反射鏡、配光鏡和光源定焦三個部分 6。 （1）反射鏡 反射鏡通常由冷軋薄板沖壓而成。為增強光學(xué)效果和提高反射率，反射鏡的表面 多制成旋轉(zhuǎn)拋物面并進(jìn)行真空鍍鋁，以便盡可能多地收集燈泡發(fā)出的光線，并將其聚 合成光束射向前方道路。實驗證明：一個裝 50W60W 燈泡的前照燈，假若不用反射 鏡則只能照亮車前 6m 的路段，加裝反射鏡后其光束可加強到 6000cd/16000cd/ 以上，能照亮車前 150m 路段，而另一部分的直射散光可照亮 5m 10m 內(nèi)的范圍， 如 圖 2.5 所示。 （2）配光鏡 配光鏡又稱散光玻璃或散光鏡，是前照燈的燈面，可用無色透明玻璃模壓制成， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 其表面具有棱鏡形和透鏡形的復(fù)合波紋，可將反射出的集中強光線予以折射和散射， 使前照燈發(fā)出符合一定光線分布要求的光束，以獲得良好而均勻的照明，如圖 2.6 所 示。 圖 2.5 反射鏡反射光線情況 圖 2.6 配光鏡的結(jié)構(gòu)與作用 （3）光源及定焦 汽車照明及燈光信號的光源均是燈泡，燈泡的選型和優(yōu)劣對照明效果影響很大。 現(xiàn)代汽車用光源多采用雙絲燈泡。 （4）車燈的發(fā)展過程 1898 年，哥倫比亞號電動汽車把電用于前燈和尾燈，這樣車燈就誕生了。最初 的前大燈不能調(diào)光，所以在會車時有些晃眼，為了克服這個缺點，后來采用了附加光 度調(diào)節(jié)器。這種前大燈可以在垂直方向移動，但駕駛員必須下車搬動夾具裝置。 1898 年，美國電氣公司將電燈拋物面反射鏡推廣于大燈，側(cè)燈和尾燈。 1906 年，世界上第一次用一個蓄電池供電的電燈照明。 1909 年，首次把乙炔燈作為變光裝置。 1916 年，美國使用了行車燈。 1920 年，當(dāng)選用倒檔裝置時，使用了倒車燈。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 1920 年，美國通用汽車公司首先裝了內(nèi)燈。 1925 年，導(dǎo)航公司推廣了雙絲燈泡，遠(yuǎn)光和近光的調(diào)節(jié)通過裝在轉(zhuǎn)向柱上的開 關(guān)來控制。 1926 年，通用汽車公司把大燈變光開關(guān)從方向盤移到地板。 1938 年，第一次采用封閉的內(nèi)燈。 1938 年，別克汽車制造商提供了轉(zhuǎn)向燈作為選用的附件，但當(dāng)時只在汽車尾部 安裝。 1940 年以后，汽車前面也裝有轉(zhuǎn)向信號燈了，且信號開關(guān)具有隨時調(diào)節(jié)的功能 7。 汽車前照燈的發(fā)展大致經(jīng)歷了白熾燈、鹵素?zé)艉碗瘹鉄羧齻€階段。20世紀(jì)六十年 代以前，白熾燈是汽車照明的首選，但是昏黃的燈光只能供給速度較慢的汽車，而且 由于白熾燈質(zhì)量不穩(wěn)定，常有事故發(fā)生；1960年以后，鹵素?zé)舫蔀槠囌彰鞯男聦檭骸?鹵素?zé)?，就是在燈泡?nèi)摻入少量的的惰性氣碘，從燈絲蒸發(fā)出來的鎢原子與碘原子相 遇反應(yīng)，生成碘化鎢化合物，當(dāng)?shù)饣u化合物一接觸白熱化的燈絲(溫度超過1450)， 又會分解還原為鎢和碘，鎢又重新歸隊回到燈絲中去，碘則重新進(jìn)入氣體中。如此循 環(huán)不已。燈絲幾乎不會燒斷，燈泡也不會發(fā)黑。所以它要比傳統(tǒng)的白熾前照燈壽命更 長，亮度更大；隨著時代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，性能更加優(yōu)良的氙氣燈 (High Intensity Discharge Lamp，高壓氣體放電燈，簡稱HID)的誕生，將汽車照明燈 具提升到更高的層次。氙氣燈的原理是在UVcut抗紫外線水晶石英玻璃管內(nèi)，以多 種化學(xué)氣體充填，其中大部份為氙氣(Xenon)與碘化物等惰性氣體。然后再透過增壓 器(Ballast)將車上12V的直流電壓瞬間增壓至23000V的電流，經(jīng)過高壓振幅激發(fā)石英 管內(nèi)的氙氣電子游離，在兩電極之間產(chǎn)生光源，這就是所謂的氣體放電。而由氙氣所 產(chǎn)生的白色超強電弧光?？商岣吖饩€色溫值，類似白晝的太陽光芒，HID工作時所需 的電流量僅為3.5A，亮度是傳統(tǒng)鹵素?zé)襞莸?倍，使用壽命比傳統(tǒng)鹵素?zé)襞蓍L 10倍； 現(xiàn)在，一項潛力巨大的技術(shù)LED燈開始被應(yīng)用。 LED是發(fā)光二極管的簡稱，LED 燈即半導(dǎo)體照明燈，因其是一種固態(tài)冷光源，具有工作電壓低、耗電少、發(fā)光效率高、 壽命長等特點，成為照明領(lǐng)域的新寵 8。白熾燈的壽命一般為10002000小時，而 LED燈的理論壽命則長達(dá)10萬小時，并且比白熾燈省電80，比熒光節(jié)能燈省電 50。LED光譜中沒有紫外線和紅外線，屬于典型的綠色光源，并且它控制方便，只 要控制電流，就可以隨意調(diào)光 9。 2.2 汽車前照燈安裝和使用 汽車前照燈是保障行車安全運行的重要部件之一，前照燈的安裝及光束照射位置 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 9 是保證汽車行駛安全的重要指標(biāo)。前照燈是汽車在夜間或在能見度較低的條件下，為 駕駛員提供行車道路照明的重要設(shè)備，也是駕駛員發(fā)出警示、進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的燈光信號裝 置。所以，前照燈必須有正確的安裝位置和正確的照射方向，如果前照燈安裝位置不 當(dāng)或光束照射位置調(diào)節(jié)不當(dāng)，會造成駕駛員對前方道路情況辨認(rèn)不清或在與對面來車 交會時造成對方駕駛員眩目等，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。 2.2.1 安裝 首先汽車裝用的前照燈，其配光性能應(yīng)符合 GB 459994汽車前照燈配光性能 的規(guī)定；同一輛汽車上對稱安裝的前照燈，其類型、規(guī)格、光色須一致；汽車前左、 右兩邊必須對稱安裝具有遠(yuǎn)光和近光的前照燈。裝用四燈制前照燈，四燈并排時，其 中一對遠(yuǎn)、近光雙光束燈應(yīng)對稱裝于外側(cè)；另一對遠(yuǎn)單光束燈應(yīng)對稱裝于內(nèi)側(cè)；并且 汽車前照燈在車上的安裝位置應(yīng)符合 GB 478598汽車及掛車外部照明和信號裝 置的數(shù)量、位置和光色的有關(guān)規(guī)定；機動車的前照燈光束在水平和垂直方向都應(yīng)能 調(diào)整，并以照準(zhǔn)的光束方向為基準(zhǔn)，其可調(diào)整角度應(yīng)不小于430；前照燈配光 鏡在前照燈中的位置應(yīng)保持正確，其上下方位不得顛倒或旋轉(zhuǎn)歪斜；同一輛機動車的 前照燈，其左、右，遠(yuǎn)、近光不允許交叉開亮。 1、配光性能 前照燈的配光應(yīng)使其近光具有足夠的照明和不眩光，遠(yuǎn)光具有良好的照明 6。 配光性能應(yīng)在前照燈基準(zhǔn)中心前 25m，過 HV 點的鉛垂配光屏幕上測定，配光屏 幕的具體布置如圖 2.7 所示。 3 9 6 0 3 9 6 0 2 2 5 02 2 5 0 1 5 0 0 7 5 0 7 5 0 h h H 3 H 1 H 2 5 L 道路中心線 V V 區(qū) 2 5 R I V 區(qū) 5 0 V 5 0 R B 5 0 L I I I 區(qū) H 1 I I 區(qū) 7 5 L 5 0 0 7 5 R 2 5 0 2 5 0 H 2 1 5 4 5 3 7 5 m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m m 圖 2.7 前照燈配光特性 2、遠(yuǎn)光的配光要求 遠(yuǎn)光要能夠照清楚 100m 左右寬度超過 2m 的路面，通常燈泡裝置在反射鏡主焦 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 10 點處由反射鏡反射出平行于軸線方向的光束形成，遠(yuǎn)光沿軸線方向的照度與反射鏡的 反射面積成正比。表 2.1 表示遠(yuǎn)光可達(dá)到的照度值。 表 2.1 遠(yuǎn)光可達(dá)到的照度值 反射鏡尺寸（mm） 圓形鏡 （mm） 矩形鏡（長寬） 130 165 180 200140 220140 240130遠(yuǎn)光 25m 處最大照度 點的平均照度 lx 60 75 80 90 100 110 3、近光的配光要求 在配光屏幕上，近光應(yīng)產(chǎn)生明顯的明暗截止線，其水平部分在 V-V 線的左側(cè)， 右側(cè)為與水平線向上 15的斜線，或向上成 45斜線至水平線垂直距 25cm 轉(zhuǎn)向水平的 折線。 4、發(fā)光強度要求 每只前照燈的遠(yuǎn)光光束發(fā)光強度應(yīng)達(dá)到表 2.2 的要求。允許四燈制汽車其中兩只 對稱的燈達(dá)到兩燈制要求視為合格。 表 2.2 前照燈遠(yuǎn)光光束發(fā)光強度要求 新注冊車 在用車 檢查項目 車輛類型 兩燈制 四燈制 兩燈制 四燈制 汽車、無軌電車 15000cd 12000cd 12000cd 10000cd 2.2.2 前照燈的使用 1、前照燈有遠(yuǎn)、近光兩種燈光 遠(yuǎn)光用于前方無來車或不尾隨其它車輛時的行駛照明。要求是要有有明亮而均勻 的照明，夜間應(yīng)能照到車前方 100m 處的物體；近光用于兩車相會時的近距離照明； 還用于夜間尾隨前車與前車或在有路燈照明的城市道路上行駛。對近光燈的要求是夜 間應(yīng)能照明車前 40m 范圍內(nèi)的路面，并不能使迎面行車的駕駛員或附近行人眩目。 2、前照燈的防眩目 所謂眩目是指人眼睛突然受到強光照射，由于視覺神經(jīng)受到刺激而失去對眼睛的 控制，本能地閉上眼睛或強光照射后看不清暗處物體的生理現(xiàn)象。這種現(xiàn)象很容易導(dǎo) 致交通事故，因此，防止前照燈的眩目對保證夜間汽車安全行駛非常重要。 汽車上一般采用具有遠(yuǎn)光和近光的雙絲燈泡來避免眩目。遠(yuǎn)光燈絲光束照射距離 遠(yuǎn)，且射向遠(yuǎn)方，用于無迎面來車時的照明，以提高車速。近光燈絲光束照射距離近 且射向路面，不會產(chǎn)生眩光，在會車時使用。通過及時切換遠(yuǎn)、近光燈可避免眩目的 發(fā)生。 國內(nèi)外在防眩目這一領(lǐng)域的研究主要集中在以下幾個方面： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 11 （1）采用雙絲燈泡。這種燈泡的遠(yuǎn)光燈絲位于焦點上，功率較大；近光燈絲處 于焦點的上方，且功率較小。當(dāng)會車時，接通近光，由于亮度較弱，經(jīng)反射后的光線 大部分是射向車的下方，無直射對方駕駛者的眩光。 （2）采用帶配光屏的燈泡。即在雙絲燈泡的近光燈絲下方，加裝一個配光屏， 當(dāng)近光接通時，配光屏能讓上部分光線經(jīng)反射后照亮車前 30m 路段，而下部分光線 則完全被配光屏遮住，無法反射，從而不會產(chǎn)生眩光。使用遠(yuǎn)光時，配光屏不起作用， 反射光束仍直射前方。由于帶配光屏的燈泡防眩目效果好，現(xiàn)代汽車幾乎全部采用這 種燈泡。 （3）不對稱近光結(jié)構(gòu)。為了改善近光的照明效果，采用了非對稱近光結(jié)構(gòu)。它 的主要特點是，將燈光的遮罩開口擴大為 195(標(biāo)準(zhǔn)型為 180)，使光束截面的形 狀清晰而完美?？拷鎭碥囈粋?cè)的光束落地距離短，即光束低，從而防止眩目。而 另一側(cè)光束的落地距離長，即光束抬高，從而增加視見距離。 （4）z 型配光。目前國外又發(fā)展了一種更優(yōu)良的光形，由于明暗截止線呈 z 型， 故稱 z 形配光。它不僅可以防止駕駛者眩目，還可以防止迎面而來的行人和非機動車 使用者眩目，進(jìn)一步保證了汽車行駛的安全。 （5）雙燈泡雙反射鏡結(jié)構(gòu)。在一個燈殼內(nèi)裝兩只燈泡，每只燈泡又設(shè)置專用的 反射鏡，其中一只燈泡提供聚焦非常精確的標(biāo)準(zhǔn)光束，以增加照度；另一只燈泡提供 遠(yuǎn)距離的強光束。 此外，還可以將反射鏡作成非完全拋物面形狀，如雙焦點式或軸線式，以便充分 利用光源，既能避免眩目，又能提高照度。 3、前照燈光束的調(diào)整 前照燈經(jīng)過這么多年的發(fā)展，應(yīng)該說技術(shù)上已經(jīng)成熟，從雙光束前照燈的出現(xiàn)， 就已經(jīng)解決了會車眩目和行車照明的矛盾。但在日常使用中，還會因各種原因使前照 燈光束的傾角發(fā)生變化，改變了前照燈正確的工作狀態(tài)，從而產(chǎn)生眩目。 （1）常見一些汽車的前照燈光束調(diào)整不當(dāng)，有的光束上翹，在 150m 外平路會 車時，光束就直射對方駕駛者而導(dǎo)致眩目。 （2）有的汽車前照燈近光光束偏左，會車時近光燈光束正好射到對方駕駛者， 使之看不清車前道路和障礙。 （3）還有的前照燈光束偏下，落地不足 50m，從而影響行車視野。 （4）若雙絲燈泡安裝不正確，或者因道路不平引起顛簸時，光束的傾斜角要發(fā) 生改變，也有可能產(chǎn)生一定的眩目。 （5）由于載荷的變化或車輛懸架和其它部分的運動會影響光束傾角，亦有可能 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 12 產(chǎn)生一定的眩目。由于以上原因，使前照燈的光束照射位置不當(dāng)。這樣會影響正常的 有效照明度及迎面車輛駕駛者的視野，極大地影響行車安全和運輸效率。因此，正確 調(diào)校前照燈光束位置十分重要，在汽車的定期維護(hù)和定期保養(yǎng)中(即每行駛 2000km)， 要對前照燈的光束方向和距離進(jìn)行檢驗，必要時進(jìn)行調(diào)整。 根據(jù) GB72581999機動車運行安全技術(shù)條件 中對前照燈檢驗項目的要求， 前照燈的發(fā)光強度為：2 燈制每只燈應(yīng)為 12000cd，照度為 1.2lx；4 燈制每只燈應(yīng)為 10000cd，照度值為 1.0lx。用投影或前照燈檢驗儀對燈光進(jìn)行檢驗時，其距離應(yīng)為 3m，此時燈光檢驗儀受光器上得到的照度值應(yīng)分別為 1333lx、1111lx。如果燈光光 束達(dá)不到上述要求，可拆下燈罩板，用調(diào)整螺釘調(diào)整光束的高低或左右位置。 應(yīng)保證前照燈裝配正確，配光玻璃的安裝不得倒置或歪斜，要保持棱面垂直。燈 泡應(yīng)有保護(hù)裝置，且不得因車輛振動、松脫而改變光射方向。若前照燈的光束不準(zhǔn)， 光束照射位置不當(dāng)或交叉在一起，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)重新調(diào)校其安裝位置。 維護(hù)時注意前照燈不得傾斜或倒置，應(yīng)定期檢查，并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校驗和調(diào)整，使 前照燈光束達(dá)到規(guī)范要求。以保證前照燈的技術(shù)狀況完好，從而提高車輛夜間行駛的 能力及安全性。 4、前照燈控制的發(fā)展方向 由于道路上交通流量不斷增加，夜間行駛對向車之間的眩目問題也日趨突出，控 制前照燈眩目問題仍需不斷改進(jìn)，有必要引進(jìn)并采取、開發(fā)和研究新的裝置和技術(shù)。 （1）目前已有不少新型汽車，特別是高級轎車采用了電子控制裝置，對汽車前 照燈進(jìn)行自動控制。根據(jù)所要實現(xiàn)的控制功能不同，其電子裝置有多種，如前照燈會 車自動變光器、前照燈昏暗自動發(fā)光器等。 前照燈會車自動變光器，是一種在夜間行駛與對面來車交會過程中，能自動將前 照燈的遠(yuǎn)光變?yōu)榻?，或由近光變?yōu)檫h(yuǎn)光的電子控制裝置。汽車夜間行駛，一般兩車 相距約 150200m 時，迎面來車的燈光一旦照射到本車自動變光器上，則對面來車 的燈光信號被自動變光器上的光敏器件所接收，就會自動變光，把前照燈由原來的遠(yuǎn) 光變?yōu)榻?，從而有效地避免了前照燈的遠(yuǎn)光給駕駛員帶來的眩目。待兩車交會后， 該變光器又自動恢復(fù)前照燈的遠(yuǎn)光。 前照燈昏暗自動發(fā)光器，是在汽車行駛過程中(并非夜間行駛)，當(dāng)自然光的強度 減低到一定程度(如汽車通過高架橋、林蔭小道、樹林或天空突然烏云密布等)時，發(fā) 光器便自動將前照燈電路接通，開燈行駛，以確保安全。采用電子裝置的明顯優(yōu)點是 不需要駕駛員用腳反復(fù)踏踩機械式變光器，同時該裝置體積小，性能穩(wěn)定可靠，靈敏 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 13 度高。 （2）國外開發(fā)了一種新型前照燈的光學(xué)系統(tǒng)投光式前照燈。它使用小型橢 圓反射鏡，利用平行光管散光鏡，把燈具內(nèi)的遮光板作為投影方式，可以形成 45 明暗截止線的配光性能(一般的前照燈很難形成 45明暗截止線的配光)，可大大減 少眩目光線。 （3）要解決前照燈的眩目，并進(jìn)一步提高道路照明的程度，可在駕駛員及前照 燈的前部設(shè)置偏光板，既能透過有效照明亮度，又可顯著改善駕駛員的前方視野，降 低眩目程度，特別是在雨天，對于改善駕駛環(huán)境有顯著效果，但該技術(shù)的實用化尚需 采取其它相應(yīng)配套措施。 （4）開發(fā)能按照車輛的行駛狀態(tài)、交通環(huán)境變化，更靈敏地控制和調(diào)節(jié)前照燈 光束的裝置。也就是說，以車輛的各種行駛數(shù)據(jù)(轉(zhuǎn)向角、車速、車輛姿態(tài)變化)以及 來自對環(huán)境監(jiān)察(對向車、先行車、道路有無照明情況的了解)的各種信息為基礎(chǔ)，來 解決前照燈光束的照射方向、照射光度和照準(zhǔn)度，并進(jìn)行最優(yōu)控制。 2.3 前照燈光束照射位置的要求 1、汽車在檢驗前照燈的近光光束照射位置時，前照燈在距離屏幕 10m 處，光束 明暗截止線轉(zhuǎn)角或中點的高度應(yīng)為 0.6H0.8H(H 為前照燈基準(zhǔn)中心高度，下同)， 其水平方向位置向左向右偏差均不得超過 100mm。 2、四燈制前照燈其遠(yuǎn)光單光束燈的調(diào)整，要求在屏幕上光束中心離地高度為 0.85H0.90H，水平位置要求左燈向左偏不得大于 100mm，向右偏不得大于 170mm；右燈向左或向右偏均不得大于 170mm。 3、裝用遠(yuǎn)光和近光雙光束前照燈時以調(diào)整近光光束為主。對于只能調(diào)整遠(yuǎn)光單 光束的燈，用屏幕法調(diào)整遠(yuǎn)光單光束。 （圖 2.8 是用屏幕法檢測前照燈光束照射位置） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 14 圖 2.8 用屏幕法檢測前照燈光束照射位置 圖中：VV汽車縱向中心平面在屏幕上的投影線； V 左V 左和 V 右V 右分別為被檢車輛的左右前照燈的中心線； hh前照燈基準(zhǔn)中心高度水平線； H(mm)前照燈基準(zhǔn)中心離地距離； H1遠(yuǎn)光光束中心離地距離； H2近光明暗截止線轉(zhuǎn)角或光束中心離地距離。 綜上所述，對前照燈的照明要求： 1、遠(yuǎn)光在長度為 100m，寬度超過 2m 的路面內(nèi)應(yīng)具有良好的照明，近光、遠(yuǎn)光 在長度為 40m，寬度為 2m 的路面內(nèi)，應(yīng)能夠看清楚路面上的障礙物。 2、行車時，前照燈中心的發(fā)光強度要大于 1000cd，保證具有良好的視野。 3、會車時，一般駕駛員眼睛所能承受光線照射的最大發(fā)光強度應(yīng)小于 1000cd， 前照燈的照明要求不會對對面來車的駕駛員造成眩目，而且會車雙方駕駛員都有良好 的視野。 汽車轉(zhuǎn)向輔助燈的照明主要涉及的便是車燈的照明范圍，照明角度，照明距離以 及照明的光強度是否能夠達(dá)到轉(zhuǎn)向輔助照明的作用。 2.4 汽車前照燈路面照明特征 汽車前照燈落地光束幾何形狀近似呈錐形擴展的橢圓形亮區(qū)，如圖 2.9 所示。遠(yuǎn) 光燈亮區(qū)比近光燈長，但錐形角度更小。遠(yuǎn)光是汽車夜間行駛時的主要光束，用于照 亮車前 100m 以外的路面；近光用于會車、尾隨其他車輛或轉(zhuǎn)小半徑彎道時的近距離 照明，它應(yīng)照亮車前 40m 的路面。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 15 圖 2.9 前照燈夜間彎道照明效果比較示意圖 汽車轉(zhuǎn)彎時存在內(nèi)輪差(圖2.9(a))。若落地光束不考慮該區(qū)域照明，易發(fā)生汽車 與內(nèi)路沿間距離估計不足，導(dǎo)致后內(nèi)輪掉溝或碰撞障礙物或路邊行人傷亡的情況。因 此，改善汽車與內(nèi)路沿間的照明十分必要。 汽車在彎道上行駛，因前后、左右輪轍極難重合，即要實現(xiàn)光束落地亮區(qū)在任意 轉(zhuǎn)彎半徑條件下均能照亮各自車輪行駛路面，難度較大。并且汽車在彎道上行駛，前 照燈落地光束幾何中心線不可能與車輪軌跡(圓曲線)重合，只可能相切、或相離、或 相割。 “相切” ，如圖2.10(a )所示。此狀態(tài)對于提高駕駛員判明道路走向(曲率半徑) 的準(zhǔn)確性最為有利。同時，由于光束為一落地亮區(qū)，對于及時識別彎道上的反向轉(zhuǎn)彎 軌跡以及反向轉(zhuǎn)彎點D的位置也十分有利。另外，隨著轉(zhuǎn)彎半徑增加，光束有效照明 路面長度(AB段)會加長；反之，則會縮短。 “相離” ，如圖2.10(b)所示。即出現(xiàn)落地亮區(qū)邊緣照亮行駛路面的情況，由于 路面有效照明長度(AB段)比“相切”情況短，所以路面照明效果會下降。 “相割”，如圖 2.10(c)所示。若落地亮區(qū)邊界出現(xiàn)與彎道軌跡相割的情況，在 汽車行駛時，盡管其路面 AB 段曾被光束掃過，但當(dāng)汽車即將行駛在該路段時，單憑 駕駛員記憶來準(zhǔn)確判定其路面走向卻很難。此時若出現(xiàn)有反向轉(zhuǎn)彎情況，準(zhǔn)確判定反 向轉(zhuǎn)彎點 D 的位置也會變得困難。此外，前方照明區(qū)從駕駛員的觀察視角看，其 BC 段的曲率半徑會失真?！跋喔睢背潭仍酱螅д嬖酱?。這樣，照明區(qū) BC 段用于正確 指導(dǎo)轉(zhuǎn)向的意義將會喪失 11。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 16 圖 2.10 前照燈光束落地幾何形狀中心線在彎道上與車輪行駛軌跡的關(guān)系 2.5 前照燈轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué)模型的建立 汽車在彎道上行駛時，前照燈按一定規(guī)律轉(zhuǎn)向的同時，能靈活地變更遠(yuǎn)、近光， 不僅能在轉(zhuǎn)彎時增大有效照明距離，而且在轉(zhuǎn)彎半徑減小時，也能增大彎道半徑方向 上有效照明區(qū)域，得到良好的照明效果。所以，基于以上理論，建立前照燈轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué) 模型。 如圖2.11所示，L為軸距；K為兩主銷中心線延至地面之間的距離；h為前照燈基 準(zhǔn)中心到前軸之間的距離；a為轉(zhuǎn)臂長度。為分析問題方便，作如下三點假設(shè)： 1、轉(zhuǎn)臂長度a 較短(如圖2.9 （a ）)，兩主銷中心線延至地面之間的距離 K大多大 于左右前輪內(nèi)端面距離，故可假定前輪的輪距等于K 。 2、因前照燈主要用于照亮車輪行駛路面，對于兩燈制的汽車，在設(shè)計上左右前 照燈水平中心距離與左右前輪輪距相差不大，故假定左右前照燈水平距離等于輪距， 也即為K。 3、前照燈落地光束幾何形狀近似呈錐形擴展的橢圓形亮區(qū)，可假定落地亮區(qū)為 一高F，底邊為 D，頂角為 ，頂點為前照燈基準(zhǔn)中心在地平面上投影的等腰三角形。 (如圖2.12) L h K l r R r r l o 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 17 圖2.11 汽車轉(zhuǎn)向與照明系統(tǒng)簡化示意圖 圖2.12 前照燈光束落地幾何形狀簡化示意圖 (1)當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時，前輪轉(zhuǎn)角 、 以及轉(zhuǎn)向輪內(nèi)外轉(zhuǎn)向半徑 r、R 的確定。如lr 圖 2.11 所示， 為左前輪轉(zhuǎn)角； 為右前輪轉(zhuǎn)角；R 為外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向半徑；r 為內(nèi)l 轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向半徑。已知內(nèi)、外轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角滿足以下關(guān)系式： (2.1) KctgtlrL 只要方向盤鍵人一個左前輪轉(zhuǎn)角 ，且 K、L 為已知時，根據(jù)式(2.1)可求出右輪轉(zhuǎn) 角 。r 根據(jù)圖 2.11 可分析得出： (2.2)sinLRl (2.3)rr (2)遠(yuǎn)光落地光束中心線與前輪行駛軌跡相切時，左右前照燈轉(zhuǎn)角 、 的確lr 定。圖 2.13、圖 2.14 為前照燈轉(zhuǎn)角 、 計算圖。圖中， 為左前照燈轉(zhuǎn)角；lrl 為右前照燈轉(zhuǎn)角。lr 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 18 圖 2.13 前照燈轉(zhuǎn)角計算圖一 (a) (b) 圖 2.14 前照燈轉(zhuǎn)角計算圖二 通過圖 2.14(a)、(b)，不難證明： (2.4)rl (2.5) 而在多邊形 OBFH 和多邊形 OAEG 中又有： (2.6)12 (2.7) 在直角 ODB 和直角OCA 中由于有 , ，故可通2ODrL2CRL 過直角ODF 和直角OCE 求出：