汽車電氣系統(tǒng)及檢修 課件 任務(wù)2更換前照燈

汽車電氣系統(tǒng)及檢修

項(xiàng)目五照明系統(tǒng)檢修

任務(wù)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(nèi)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(yīng)增加，現(xiàn)在有些車的照明距離已達(dá)到200m以上。2、在會(huì)車時(shí)，不應(yīng)對(duì)迎面來(lái)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(shí)道路照明，燈光為白色。近光燈：在市區(qū)內(nèi)和會(huì)車時(shí)使用，避免迎面來(lái)車駕駛員眩目，又保證車前50m內(nèi)的路面照明，功率一般為30~55W。遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)前照燈的光學(xué)系統(tǒng)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?dú)庖约岸栊詺怏w氦、氖、氬、氙、氪等。?優(yōu)點(diǎn):可以避免鎢絲氧化，阻止鎢絲升華。?缺點(diǎn):對(duì)流的氣體會(huì)把更多的熱量傳遞給玻殼，并通過(guò)玻殼散失到周圍的空間，結(jié)果是增加了熱的損失，降低了發(fā)光效率。2）鹵素?zé)簦╤alogenlamp）鹵素?zé)羰浅溆袖?bromine)碘(iodine)等鹵族元素或鹵化物的鎢燈稱為鹵素?zé)艋螓u鎢燈。為提高白熾燈的發(fā)光效率，必須提高鎢絲的溫度，但相應(yīng)會(huì)造成鎢的蒸發(fā)，使玻殼發(fā)黑。在白熾燈中充入鹵族元素或鹵化物，利用鹵鎢循環(huán)的原理可以消除白熾燈的玻殼發(fā)黑現(xiàn)象。前照燈的鹵鎢燈泡1-近光燈絲；2-遠(yuǎn)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(huán)反應(yīng)的原理制成的。

從燈絲蒸發(fā)出來(lái)的氣態(tài)鎢與鹵族反應(yīng)生成了揮發(fā)性的鹵化鎢，它擴(kuò)散到燈絲附近的高溫區(qū)又受熱分解，使鎢重新回到燈絲上，被釋放出來(lái)的鹵素繼續(xù)擴(kuò)散參與下一次循環(huán)反應(yīng).如此周而復(fù)始地循環(huán)下去，從而防止了鎢的蒸發(fā)和燈泡的發(fā)黑現(xiàn)象。鹵鎢再生循環(huán)的作用過(guò)程是:filament:oneortwo?前照燈用的燈泡有單、雙絲之分。主光束燈絲——遠(yuǎn)光：發(fā)出的燈光經(jīng)燈罩反射鏡反射后徑直向前射去，這種光源是遠(yuǎn)光偏光束燈絲——近光：發(fā)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(huì)給對(duì)面來(lái)車的駕駛者造成眩目。?優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光色好、發(fā)光柔和穩(wěn)定、成本低，使用方便?缺點(diǎn):光效低、耗電大、壽命短，逐步為節(jié)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(zhǎng)2~3倍?，F(xiàn)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(qiáng)度放電燈或氣體放電大燈。HID是依據(jù)電弧放電原理，利用高壓電擊穿電極，產(chǎn)生電弧，激發(fā)氙氣電離發(fā)光。接通電源后，通過(guò)變壓器，在幾微秒內(nèi)升到20KV以上的高壓脈沖電，加在兩金屬電極之間，激勵(lì)燈泡內(nèi)的氣體物質(zhì)（氙氣、少量水銀蒸氣及金屬鹵化物），在電弧中電離產(chǎn)生亮光。啟動(dòng)0.8秒時(shí)的亮度是額定亮度的20%，達(dá)到鹵素?zé)舻牧炼龋鬅?秒內(nèi)達(dá)到額定亮度的80%以上。穩(wěn)定后鎮(zhèn)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(guò)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(fā)光效率高出3倍。一個(gè)35瓦的氣體放電燈發(fā)出的光量是一個(gè)55瓦燈的兩倍。它的使用壽命約2500小時(shí)，是鹵素?zé)舻膸妆丁?/p>

4毫米的電極之間通過(guò)28000V的高壓。優(yōu)點(diǎn)：氙燈亮度高，發(fā)出的亮色調(diào)與太陽(yáng)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(dòng)影響，大幅度提高了夜間行車的可視度。發(fā)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(yuǎn)光燈放電大燈罩中有一遮光板，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光切換。遠(yuǎn)光打開時(shí)，該電磁線圈通電，產(chǎn)生磁場(chǎng)，將推桿向前頂，遮光板因此向后傾倒，使大燈光形改變，即遠(yuǎn)光和近光的切換功能。近光燈近光燈+遠(yuǎn)光燈在雨、雪、霧等天氣情況下穿透力不及鹵素?zé)簟９饩€過(guò)白，不及黃光的穿透性強(qiáng)。由于亮度過(guò)高，不使用透鏡進(jìn)行調(diào)整，產(chǎn)生的光線很容易使對(duì)面駕駛員感覺強(qiáng)光刺眼，影響其視線，可能造成視覺盲點(diǎn)，存在一定安全隱患。價(jià)格高缺點(diǎn)：注：霧天環(huán)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(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件。汽車LED從生產(chǎn)過(guò)程到使用過(guò)程直至報(bào)廢幾乎全無(wú)污染，而耗電量?jī)H為傳統(tǒng)燈泡的十分之一，使用壽命卻延長(zhǎng)數(shù)十倍乃至100倍。LED的發(fā)熱量比鹵素?zé)暨€大，必須要有輔助的散熱設(shè)備，通常是個(gè)小型的風(fēng)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(zhuǎn)化為光能，較普通汽車燈泡耗電僅相當(dāng)于傳統(tǒng)燈的1/10。發(fā)光效能上，LED燈具將絕大部分的能量轉(zhuǎn)化為光能，作為熱量損失掉的僅是一小部分。LED燈優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能環(huán)保光色易于辨別現(xiàn)在已經(jīng)研發(fā)出來(lái)光譜接近于日光的LED，這使得它發(fā)出的光被物體(如道路交通的指示標(biāo)牌等)反射的有效性要高于其他光源，從而讓司機(jī)能在較遠(yuǎn)的距離盡早發(fā)現(xiàn)，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(dú)立LED發(fā)光單元組成，可進(jìn)行100次/秒的智能掃描，根據(jù)實(shí)時(shí)照明需求來(lái)控制LED發(fā)光單元，照明效果好。發(fā)光組合如何實(shí)現(xiàn)呢？

位于擋風(fēng)玻璃上的傳感器將實(shí)時(shí)采集到的環(huán)境信息傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)控制LED發(fā)光單元的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的照明效果。極強(qiáng)的防炫目遠(yuǎn)光功能：可以同時(shí)屏蔽8個(gè)交通參與者，每個(gè)前照燈有25個(gè)可單獨(dú)控制的分區(qū)，最遠(yuǎn)可探測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)照明區(qū)域的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)前方區(qū)域進(jìn)行可變的、精確的照明配光控制。矩陣式LED大燈由多個(gè)照明分區(qū)組成，每個(gè)照明分區(qū)又包含若干個(gè)LED燈珠，各照明分區(qū)可被單獨(dú)點(diǎn)亮，控制分區(qū)的數(shù)量越多，燈光的精度越高，可實(shí)現(xiàn)的照射效果也越好，同時(shí)，系統(tǒng)的控制難度也相應(yīng)的越大、成本越高。故此，與普通LED車燈相比，矩陣式LED大燈對(duì)光源的控制可以細(xì)到某一指定燈珠上，而普通LED大燈只能對(duì)整組LED燈珠進(jìn)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(dǎo)向前方，使光照強(qiáng)度增強(qiáng)幾百甚至上千倍，達(dá)到2~4╳10?cd以上從而保證汽車前方150~400m范圍內(nèi)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(zhuǎn)拋物面，內(nèi)表面多采用鍍鋁，也有鍍銀或鍍鉻。由于鍍鋁的反射系數(shù)可以達(dá)到94%以上，機(jī)械強(qiáng)度也較好，所以現(xiàn)在一般采用真空鍍鋁。由于前照燈燈泡燈絲發(fā)出的光度有限，功率僅45~60W。如無(wú)反射鏡，那只能照清汽車燈前6m左右的路面。光線反射：發(fā)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(shè)計(jì)可以控制光線的反射和散射方式，從而實(shí)現(xiàn)所需的光束分布。光源位于反射碗的焦點(diǎn)上，使得反射的光線能夠以所需的角度發(fā)出。光線散射：反射碗的內(nèi)部表面可能具有微小的紋理或凹凸結(jié)構(gòu)，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?？偨Y(jié)：反射鏡式大燈通過(guò)反射鏡和光源的相互作用，將發(fā)出的光線反射和散射，從而實(shí)現(xiàn)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(qū)域，提供更散射、更廣泛的照明效果。

反射鏡：是一個(gè)內(nèi)部涂有反光材料的碗狀結(jié)構(gòu)，呈鏡面狀。通過(guò)反射光的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)照明效果。燈絲位于焦點(diǎn)F上，燈絲的絕大部分光線向后射在立體角ω范圍內(nèi)。經(jīng)反射鏡反射后將平行于主光軸的光束射向遠(yuǎn)方，使光度增強(qiáng)幾百倍，甚至上千倍，從而使車前150m，甚至400m內(nèi)的路面照得足夠清楚。優(yōu)點(diǎn)：將燈泡的光線聚合并導(dǎo)向前方,聚合成強(qiáng)光束，以增加照射距離。缺點(diǎn)：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(zhuǎn)而形成的曲面，旋轉(zhuǎn)軸線也是反射鏡的光學(xué)軸，反射鏡內(nèi)有一個(gè)焦點(diǎn)。適用于單燈絲燈泡和雙燈絲燈泡。遠(yuǎn)光燈的燈絲位于拋物面反射鏡的焦點(diǎn)上。近光燈燈絲位于拋物面反射鏡焦點(diǎn)的前上方。2）多級(jí)反射鏡反射鏡面由多個(gè)不同焦距的拋物面反射鏡的不同部分組成，形成了多焦點(diǎn)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(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的類型，其反射面由多個(gè)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(zhuǎn)一周而成。橢圓的軸線也是反射鏡的光學(xué)軸。該反射鏡有兩個(gè)焦點(diǎn)。適用于單燈絲的近光燈和霧燈。幾何光學(xué)：當(dāng)光源放在橢圓的焦點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)橢圓的反射，光的匯聚點(diǎn)就會(huì)在橢圓的第二個(gè)焦點(diǎn)。

將這個(gè)橢圓繞HH軸旋轉(zhuǎn)，則可得到一個(gè)VH標(biāo)準(zhǔn)的橢圓反射面，因?yàn)槠浯怪苯孛媾c水平截面相互對(duì)稱，這個(gè)反射鏡形成的光型則是一個(gè)圓環(huán)狀的光斑。這樣的光型基本上不能滿足汽車行車的要求，對(duì)于近光來(lái)說(shuō)，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(gè)扁平的光帶，所以單獨(dú)使用一個(gè)橢圓面作為反射鏡是不可行的。因此，實(shí)用的、滿足要求的橢球面反射鏡必須由兩個(gè)以上的橢圓方程構(gòu)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(fù)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(gè)焦點(diǎn)處。多橢圓架構(gòu)橢球面基本位置關(guān)系4）多橢圓體反射鏡簡(jiǎn)單的多橢球反射鏡近光系統(tǒng)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(gè)焦點(diǎn)處的燈泡發(fā)出的光線經(jīng)反光鏡反射后，在第二焦點(diǎn)匯聚，經(jīng)過(guò)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(guī)要求的明暗截止線。優(yōu)點(diǎn):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(qū)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(jié)構(gòu)及光學(xué)原理示意圖5）自由曲面反射鏡具有無(wú)限多變化的焦點(diǎn)，在空間上沒有固定形態(tài)，反射鏡鏡面上的每一個(gè)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著道路上需要照明的某個(gè)區(qū)域，所以反射鏡面上幾乎所有的點(diǎn)都可以用于反射出近光，反射鏡所有部位反射的光都會(huì)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(jì)算機(jī)程序通過(guò)復(fù)雜的運(yùn)算，進(jìn)而對(duì)臨界參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最后應(yīng)用模擬仿真程序等一系列過(guò)程后產(chǎn)生的一種曲面，它的幾何形狀是光順的且不規(guī)則的。自由曲面型近光燈與拋物面型汽車近光燈結(jié)構(gòu)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(jīng)過(guò)發(fā)射器反射出的光線能夠直接滿足法規(guī)要求，即除了自身的作用外，它還兼具了拋物面前照系統(tǒng)中配光鏡的作用。所以不需要再對(duì)配光鏡設(shè)計(jì)專門的光學(xué)花紋，也不需要擋板來(lái)遮擋多余的炫目光線。即原來(lái)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(fù)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(jìn)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(kuò)散，在豎直方向上使光束向下折射，使前照燈在100m內(nèi)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(jiǎn)稱DE。1984年德國(guó)Hella公司首次批量生產(chǎn)該類型前照燈，用于VWGOLFI;隨后德國(guó)、法國(guó)等歐洲公司又相繼開發(fā)出具有遠(yuǎn)、近光功能的透鏡組件，并在AudiA6、AudiA4等轎車中應(yīng)用。2）透射式：用光學(xué)透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)光的聚焦和散射凸透鏡的作用：光線通過(guò)凸透鏡時(shí)，凸透鏡的形狀和曲率使光線發(fā)生折射。

光線聚焦：透鏡可以使光線能夠趨于一個(gè)點(diǎn)，從而達(dá)到聚焦的效果。透鏡的形狀和曲率根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳的光線聚焦效果。通過(guò)聚焦，透鏡能夠?qū)⒐饩€更加集中地照射到特定區(qū)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(jié)構(gòu)，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(jīng)過(guò)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(duì)于近光光型，遮光板將設(shè)計(jì)成具有15°截至線的形狀。遮光板會(huì)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(jié)果，必須調(diào)整燈絲、遮光板、透鏡的相對(duì)位置，使效率提高，增加光強(qiáng)度。

1）遮光板的位置必須置于透鏡的焦點(diǎn)處。

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

3）透鏡與橢球面無(wú)嚴(yán)格的位置關(guān)系要求，為使近光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，透鏡的位置可向燈泡方向移動(dòng)一定距離。這個(gè)距離可根據(jù)實(shí)際的光型結(jié)構(gòu)要求而定，但透鏡的焦點(diǎn)不能在橢球的第二個(gè)焦點(diǎn)外。4）燈泡的燈絲中心應(yīng)設(shè)計(jì)于橢球的焦點(diǎn)上。為得到更大的光利用率，燈絲中心前后可以做微量調(diào)整。投射式汽車燈具的透鏡一般都是非球面的。

單個(gè)球面透鏡無(wú)法精確地將平行光束聚集在焦點(diǎn)上，會(huì)產(chǎn)生所謂的球面像差，而非球面設(shè)計(jì)就要求通過(guò)焦點(diǎn)的光線經(jīng)其折射后光線平行射出。綜上所述，透鏡式大燈通過(guò)光學(xué)透鏡的折射、聚焦和散射作用實(shí)現(xiàn)照明效果。光線從光源出發(fā)，經(jīng)過(guò)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(yōu)點(diǎn)：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(duì)周圍環(huán)境的影響，降低駕駛員的眼睛疲勞程度。有透鏡無(wú)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(shè)計(jì)，它們分別通過(guò)透鏡的折射、聚焦和散射，以及反射鏡的反射和散射，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)都在汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并根據(jù)車輛制造商的需求進(jìn)行選擇和優(yōu)化。激光經(jīng)過(guò)濾，約束，放大，再次聚焦，再由熒光陶瓷轉(zhuǎn)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(shí)激光是通過(guò)半導(dǎo)體激光器（也稱為激光二極管）將電能轉(zhuǎn)換為光能的。激光具有非常純凈的顏色，幾乎沒有發(fā)散方向，且具有極高的發(fā)光強(qiáng)度。激光二極管只能發(fā)射單色激光，需要通過(guò)多個(gè)單色激光源合成，或者使激光通過(guò)石英等透明介質(zhì)，導(dǎo)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(lán)色單色光+熒光濾鏡來(lái)制造白光。激光本身就有狹窄光斑與光線輸出（紅、藍(lán)、綠、黃）以及穩(wěn)定性不足等問(wèn)題；不容易形成片狀照射區(qū)域，并且可實(shí)現(xiàn)的顏色非常有限。車燈需要近似太陽(yáng)的一樣的白色，所以，激光大燈一般選擇發(fā)藍(lán)色光的激光二極管，然后通過(guò)熒光濾鏡（調(diào)色用：藍(lán)色→白色）變成白光，再通過(guò)一些反光結(jié)構(gòu)和透鏡，最后以特定角度和照明范圍發(fā)射出去！工作原理：讓激光經(jīng)歷“射出、穿透、兩反射”合共四個(gè)過(guò)程。首先三束藍(lán)色激光先從激光器射出