汽車電氣系統及檢修

項目五照明系統檢修

任務2更換前照燈

一、要求1.前照燈能保證晚間在車前形成明亮均勻的光帶，使駕駛員能看清100m內道路上的任何物體。隨著車速的不斷提高，要求道路照明的距離也相應增加，現在有些車的照明距離已達到200m以上。2、在會車時，不應對迎面來車的駕駛員造成眩目。前照燈：也稱大燈或頭燈，主要用于夜間行車時道路照明，燈光為白色。近光燈：在市區內和會車時使用，避免迎面來車駕駛員眩目，又保證車前50m內的路面照明，功率一般為30~55W。遠光燈：用于保證車前道路100m以上明亮均勻的照明，功率一般為50~60W；二、前照燈結構前照燈的光學系統包括光源(燈泡)、反射鏡和配光鏡三部分。1、光源1）普通充氣燈泡?充入的氣體：抽真空并充入氮氣以及惰性氣體氦、氖、氬、氙、氪等。?優點:可以避免鎢絲氧化，阻止鎢絲升華。?缺點:對流的氣體會把更多的熱量傳遞給玻殼，并通過玻殼散失到周圍的空間，結果是增加了熱的損失，降低了發光效率。2）鹵素燈（halogenlamp）鹵素燈是充有溴(bromine)碘(iodine)等鹵族元素或鹵化物的鎢燈稱為鹵素燈或鹵鎢燈。為提高白熾燈的發光效率，必須提高鎢絲的溫度，但相應會造成鎢的蒸發，使玻殼發黑。在白熾燈中充入鹵族元素或鹵化物，利用鹵鎢循環的原理可以消除白熾燈的玻殼發黑現象。前照燈的鹵鎢燈泡1-近光燈絲；2-遠光燈絲；3-定焦盤；4-配光屏；5-凸緣；6-插片鹵鎢燈泡是利用鹵鎢再生循環反應的原理制成的。

從燈絲蒸發出來的氣態鎢與鹵族反應生成了揮發性的鹵化鎢，它擴散到燈絲附近的高溫區又受熱分解，使鎢重新回到燈絲上，被釋放出來的鹵素繼續擴散參與下一次循環反應.如此周而復始地循環下去，從而防止了鎢的蒸發和燈泡的發黑現象。鹵鎢再生循環的作用過程是:filament:oneortwo?前照燈用的燈泡有單、雙絲之分。主光束燈絲——遠光：發出的燈光經燈罩反射鏡反射后徑直向前射去，這種光源是遠光偏光束燈絲——近光：發出的光給遮光板擋到燈罩反射鏡的上半部分，其反射出去的光線朝下漫射向地面，不會給對面來車的駕駛者造成眩目。?優點:結構簡單、光色好、發光柔和穩定、成本低，使用方便?缺點:光效低、耗電大、壽命短，逐步為節能電光源取代。在相同功率下，鹵鎢燈的亮度為白熾燈的1.5倍，壽命比白熾燈長2~3倍。現在使用的鹵素一般為碘元素或溴元素，分別稱為碘鎢燈泡或溴鎢燈泡。3）氣體放電大燈H.I.D.英文全稱是HighIntensityDischargeLamp，這種含有氙氣的新型汽車照明前大燈，又稱高強度放電燈或氣體放電大燈。HID是依據電弧放電原理，利用高壓電擊穿電極，產生電弧，激發氙氣電離發光。接通電源后，通過變壓器，在幾微秒內升到20KV以上的高壓脈沖電，加在兩金屬電極之間，激勵燈泡內的氣體物質（氙氣、少量水銀蒸氣及金屬鹵化物），在電弧中電離產生亮光。啟動0.8秒時的亮度是額定亮度的20%，達到鹵素燈的亮度，大燈4秒內達到額定亮度的80%以上。穩定后鎮流器向燈提供約80V供電電壓，使燈泡以恒定功率工作。比普通大燈更高的亮度，通過鏡頭得到更好的亮度分配。一般情況下不再需要霧燈。

消耗同樣的功率，發光效率高出3倍。一個35瓦的氣體放電燈發出的光量是一個55瓦燈的兩倍。它的使用壽命約2500小時，是鹵素燈的幾倍。

4毫米的電極之間通過28000V的高壓。優點：氙燈亮度高，發出的亮色調與太陽光比較接近，減少駕駛員的視覺疲勞；消耗功率低，可靠性高，不受車上電壓波動影響，大幅度提高了夜間行車的可視度。發光效率和亮度提高了3倍，壽命使用提高了10倍，與汽車使用壽命差不多。近光燈遠光燈放電大燈罩中有一遮光板，實現遠近光切換。遠光打開時，該電磁線圈通電，產生磁場，將推桿向前頂，遮光板因此向后傾倒，使大燈光形改變，即遠光和近光的切換功能。近光燈近光燈+遠光燈在雨、雪、霧等天氣情況下穿透力不及鹵素燈。光線過白，不及黃光的穿透性強。由于亮度過高，不使用透鏡進行調整，產生的光線很容易使對面駕駛員感覺強光刺眼，影響其視線，可能造成視覺盲點，存在一定安全隱患。價格高缺點：注：霧天環境下，氙氣大燈的穿透性要稍遜于顏色偏黃的鹵素大燈。4）LED燈LED,它是將電直接轉化為光能的半導體器件。汽車LED從生產過程到使用過程直至報廢幾乎全無污染，而耗電量僅為傳統燈泡的十分之一，使用壽命卻延長數十倍乃至100倍。LED的發熱量比鹵素燈還大，必須要有輔助的散熱設備，通常是個小型的風扇或扁平的尾巴（散熱片）LED一體式透鏡

LED車燈：直接將電能轉化為光能，較普通汽車燈泡耗電僅相當于傳統燈的1/10。發光效能上，LED燈具將絕大部分的能量轉化為光能，作為熱量損失掉的僅是一小部分。LED燈優點：節能環保光色易于辨別現在已經研發出來光譜接近于日光的LED，這使得它發出的光被物體(如道路交通的指示標牌等)反射的有效性要高于其他光源，從而讓司機能在較遠的距離盡早發現，提高行車安全。奔馳旗下部分車型配備的幾何多光束大燈由近100顆獨立LED發光單元組成，可進行100次/秒的智能掃描，根據實時照明需求來控制LED發光單元，照明效果好。發光組合如何實現呢？

位于擋風玻璃上的傳感器將實時采集到的環境信息傳遞給計算機，計算機通過控制LED發光單元的組合來實現不同的照明效果。極強的防炫目遠光功能：可以同時屏蔽8個交通參與者，每個前照燈有25個可單獨控制的分區，最遠可探測到前方300-400米處行駛的車輛。矩陣式LED大燈可以精確控制每顆LED燈珠，所以可以實現對照明區域的精確控制，從而實現對前方區域進行可變的、精確的照明配光控制。矩陣式LED大燈由多個照明分區組成，每個照明分區又包含若干個LED燈珠，各照明分區可被單獨點亮，控制分區的數量越多，燈光的精度越高，可實現的照射效果也越好，同時，系統的控制難度也相應的越大、成本越高。故此，與普通LED車燈相比，矩陣式LED大燈對光源的控制可以細到某一指定燈珠上，而普通LED大燈只能對整組LED燈珠進行控制，功能性和拓展性大不如矩陣式LED大燈。

前照燈的反射鏡

2、反射鏡作用：將燈泡光線聚合并導向前方，使光照強度增強幾百甚至上千倍，達到2~4╳10?cd以上從而保證汽車前方150~400m范圍內有足夠照明。反射鏡多采用熱固性塑料，注射成型，外形多為旋轉拋物面，內表面多采用鍍鋁，也有鍍銀或鍍鉻。由于鍍鋁的反射系數可以達到94%以上，機械強度也較好，所以現在一般采用真空鍍鋁。由于前照燈燈泡燈絲發出的光度有限，功率僅45~60W。如無反射鏡，那只能照清汽車燈前6m左右的路面。光線反射：發出的光線被反射鏡反射并改變傳播方向。反射鏡曲率和表面涂層的特殊設計可以控制光線的反射和散射方式，從而實現所需的光束分布。光源位于反射碗的焦點上，使得反射的光線能夠以所需的角度發出。光線散射：反射碗的內部表面可能具有微小的紋理或凹凸結構，這樣能夠在一定程度上散射光線，使得光線能夠更為均勻地分布出去，提供更廣泛的照明效果。總結：反射鏡式大燈通過反射鏡和光源的相互作用，將發出的光線反射和散射，從而實現照明效果。光線被反射和散射后，能夠以所需的方式照亮車輛周圍的區域，提供更散射、更廣泛的照明效果。

反射鏡：是一個內部涂有反光材料的碗狀結構，呈鏡面狀。通過反射光的方式來實現照明效果。燈絲位于焦點F上，燈絲的絕大部分光線向后射在立體角ω范圍內。經反射鏡反射后將平行于主光軸的光束射向遠方，使光度增強幾百倍，甚至上千倍，從而使車前150m，甚至400m內的路面照得足夠清楚。優點：將燈泡的光線聚合并導向前方,聚合成強光束，以增加照射距離。缺點：光束太窄、照明范圍有限1）拋物面型反射鏡拋物面是由拋物線繞其軸線旋轉而形成的曲面，旋轉軸線也是反射鏡的光學軸，反射鏡內有一個焦點。適用于單燈絲燈泡和雙燈絲燈泡。遠光燈的燈絲位于拋物面反射鏡的焦點上。近光燈燈絲位于拋物面反射鏡焦點的前上方。2）多級反射鏡反射鏡面由多個不同焦距的拋物面反射鏡的不同部分組成，形成了多焦點反射鏡，照明效率高、照明效果好。這是在單拋物面反射鏡基礎上發展出來的類型，其反射面由多個不同焦距的拋物面組成，與單拋物面反射鏡相比能夠提高光源的利用率，改善路面的照明狀況。

反射鏡的材料主要是金屬薄板和BMC(熱固塑料)，配光鏡仍然是帶配光花紋玻璃制件。3）橢圓面反射鏡橢圓面反射鏡的曲面是由橢圓繞其軸線旋轉一周而成。橢圓的軸線也是反射鏡的光學軸。該反射鏡有兩個焦點。適用于單燈絲的近光燈和霧燈。幾何光學：當光源放在橢圓的焦點時，經過橢圓的反射，光的匯聚點就會在橢圓的第二個焦點。

將這個橢圓繞HH軸旋轉，則可得到一個VH標準的橢圓反射面，因為其垂直截面與水平截面相互對稱，這個反射鏡形成的光型則是一個圓環狀的光斑。這樣的光型基本上不能滿足汽車行車的要求，對于近光來說，25L、25R處的照度值偏低，中間位置較亮。一般汽車的近光光型要求照射范圍盡可能寬廣，是一個扁平的光帶，所以單獨使用一個橢圓面作為反射鏡是不可行的。因此，實用的、滿足要求的橢球面反射鏡必須由兩個以上的橢圓方程構成。這就是要使用多橢球型反射面而不直接使用單橢球反射面的原因。多橢球反射鏡的反射面為復合橢球面，其橫截面和縱截面均為橢圓，燈泡位于橢圓面的第一個焦點處。多橢圓架構橢球面基本位置關系4）多橢圓體反射鏡簡單的多橢球反射鏡近光系統主要由燈泡、多橢球反射鏡、遮光板和非球面凸透鏡組成。工作原理：由位于橢球面第一個焦點處的燈泡發出的光線經反光鏡反射后，在第二焦點匯聚，經過遮光板遮擋一部分光線、凸透鏡折射后，光線近似平行于光軸射出，形成法規要求的明暗截止線。優點:提高了燈泡光能的利用率；燈具透光面較小，便于燈具外觀的組合和裝飾；利用遮光板形成清晰的明暗截止線；光型照度區域分布均勻，沒有明顯的梯度差，有利于道路照明。橢球燈具的結構及光學原理示意圖5）自由曲面反射鏡具有無限多變化的焦點，在空間上沒有固定形態，反射鏡鏡面上的每一個點都對應著道路上需要照明的某個區域，所以反射鏡面上幾乎所有的點都可以用于反射出近光，反射鏡所有部位反射的光都會向下照到路面上。

自由曲面反射鏡可用于所有帶有單燈絲或氣體放電燈的前照燈中。自由曲面反射鏡是計算機程序通過復雜的運算，進而對臨界參數進行優化，最后應用模擬仿真程序等一系列過程后產生的一種曲面，它的幾何形狀是光順的且不規則的。自由曲面型近光燈與拋物面型汽車近光燈結構組成類似，兩者都包括光源、反射鏡和配光鏡，但配光原理有所不同。自由曲面反射鏡的光源經過發射器反射出的光線能夠直接滿足法規要求，即除了自身的作用外，它還兼具了拋物面前照系統中配光鏡的作用。所以不需要再對配光鏡設計專門的光學花紋，也不需要擋板來遮擋多余的炫目光線。即原來配光鏡所起到的偏移和散射功能由自由曲面反射鏡所取代完成，3、配光鏡配光鏡又稱散光玻璃，它是用透光玻璃壓制而成，是很多塊特殊的棱鏡和透鏡的組合。其幾何形狀比較復雜，外形一般為圓形和矩形，如圖所示。配光鏡的作用：將反射鏡反射出的平行光束進行折射和散射，增大光線照射范圍，使車前路面和路線都有良好而均勻的照明。（a)配光鏡的幾何形狀1）多棱鏡：

把反射鏡聚集的光束在水平方向上擴散，在豎直方向上使光束向下折射，使前照燈在100m內的路面和路緣均有較好的照明效果。透鏡組前照燈由燈泡、反射鏡、遮光片、透鏡組成，簡稱DE。1984年德國Hella公司首次批量生產該類型前照燈，用于VWGOLFI;隨后德國、法國等歐洲公司又相繼開發出具有遠、近光功能的透鏡組件，并在AudiA6、AudiA4等轎車中應用。2）透射式：用光學透鏡來實現光的聚焦和散射凸透鏡的作用：光線通過凸透鏡時，凸透鏡的形狀和曲率使光線發生折射。

光線聚焦：透鏡可以使光線能夠趨于一個點，從而達到聚焦的效果。透鏡的形狀和曲率根據需要進行設計，以達到最佳的光線聚焦效果。通過聚焦，透鏡能夠將光線更加集中地照射到特定區域，如車輛前方的道路。光線散射：除了聚焦光線，透鏡還能散射光線。透鏡的表面可能具有微小的紋理或凹凸結構，這樣能夠在一定程度上改變光的傳播方向，使得光線能夠更為均勻地散射出去，提供更廣泛的照明效果。遮光板作用：遮住經過擋光板后面的多余光線，只讓有用的光線射出去，形成想得到的光型。

對于近光光型，遮光板將設計成具有15°截至線的形狀。遮光板會遮去一部分光線，使有效光束的使用率降低而使亮度不足。為改善此結果，必須調整燈絲、遮光板、透鏡的相對位置，使效率提高，增加光強度。

1）遮光板的位置必須置于透鏡的焦點處。

2）遮光板應向左下方移動1~2mm，以讓開燈光聚集的中心，使光的利用率加大（以實際情況而定）。

3）透鏡與橢球面無嚴格的位置關系要求，為使近光系統結構緊湊，透鏡的位置可向燈泡方向移動一定距離。這個距離可根據實際的光型結構要求而定，但透鏡的焦點不能在橢球的第二個焦點外。4）燈泡的燈絲中心應設計于橢球的焦點上。為得到更大的光利用率，燈絲中心前后可以做微量調整。投射式汽車燈具的透鏡一般都是非球面的。

單個球面透鏡無法精確地將平行光束聚集在焦點上，會產生所謂的球面像差，而非球面設計就要求通過焦點的光線經其折射后光線平行射出。綜上所述，透鏡式大燈通過光學透鏡的折射、聚焦和散射作用實現照明效果。光線從光源出發，經過透鏡后被聚焦和散射，從而提供更集中、更亮的照明效果。近光燈的光型切線也更加清晰，而且照射出的光線也更加均勻。主要優點：提更好的照明效果、更高的能見度和更低的能耗。此外，由于透鏡大燈的聚光特性，還可減少對周圍環境的影響，降低駕駛員的眼睛疲勞程度。有透鏡無透鏡透鏡式大燈和反射鏡式大燈是兩種常見的汽車前大燈設計，它們分別通過透鏡的折射、聚焦和散射，以及反射鏡的反射和散射，實現照明效果。透鏡式大燈提供更集中、更亮的照明效果；反射鏡式大燈提供更散射、更廣泛的照明效果。這兩種設計都在汽車行業得到廣泛應用，并根據車輛制造商的需求進行選擇和優化。激光經過濾，約束，放大，再次聚焦，再由熒光陶瓷轉換為可見光，色溫為4300k，光源雖然很亮，但色溫低，光線柔和，不刺眼，可有效增加照射距離。拓展知識激光是通過半導體激光器（也稱為激光二極管）將電能轉換為光能的。激光具有非常純凈的顏色，幾乎沒有發散方向，且具有極高的發光強度。激光二極管只能發射單色激光，需要通過多個單色激光源合成，或者使激光通過石英等透明介質，導致光譜展寬形成白光輻射。寶馬則使用了白光LED普遍采用的方法——藍色單色光+熒光濾鏡來制造白光。激光本身就有狹窄光斑與光線輸出（紅、藍、綠、黃）以及穩定性不足等問題；不容易形成片狀照射區域，并且可實現的顏色非常有限。車燈需要近似太陽的一樣的白色，所以，激光大燈一般選擇發藍色光的激光二極管，然后通過熒光濾鏡（調色用：藍色→白色）變成白光，再通過一些反光結構和透鏡，最后以特定角度和照明范圍發射出去！工作原理：讓激光經歷“射出、穿透、兩反射”合共四個過程。首先三束藍色激光先從激光器射出