汽车灯具演变的简单过程
作者:管理员    发布于:2014-12-10 15:56:55    文字:【】【】【

1885年,德国工程师卡尔.本茨(Karl.Benz)研制出世界第一台汽油机为动力的三轮内燃机,它却是由金属材料制成,汽车从此诞生并迅速发展起来。但要在夜间或黑暗道路行驶,必须有照明工具,可以说,有了汽车就有了车灯,车灯和汽车是同时诞生并同步发展的。车灯的演变大体经过如下几个阶段:

1.煤油灯

最初的前照灯是安装在汽车的煤油灯。但煤油灯的发光强度太低,不能满足照亮车前足够远路面的要求。为了提高前方路面照度,利用了1779年克鲁平发明的带片的式抛物面反光条(反光镜的雏形)。用克鲁平反光镜的灯成为世界上第一只聚光灯,当时被称之为强光无比的灯,它能将置于反光镜焦点上的发光强度提高500倍。当时用这样的反光镜将装置在汽车光源前方的两只光源的光通量,反射汇聚于一狭窄立体角内并使之形成高强度光束的聚光灯式前照灯。除前照灯外,当时还规定汽车上必须配置一只朝向后方的红色窗口——信号灯的雏形。后来出现了乙炔作光源的牌照灯,由于用橡胶管向牌照灯供应乙炔不可靠且有危险,只好也用煤油灯作汽车的后灯。

乙炔灯

1879年白炽电灯出现后,人们很自然的想到把它应用到汽车上,但最初的尝试失败了。因为当时的真空白炽灯泡的灯丝是由碳丝做成的,很脆,经不起汽车的震振动,特是它的轮廓亮度不够高,仅为4*10000cd/m 左右(cd——坎德拉,光强度单位),而在汽车前方100M初产生1LX1L ——勒克斯,照度单位)的照度,至少需要光源轮廓亮度为32*10000cd/m。到1905年,乙炔开始用作车灯光源。这是因为乙炔等火燃的轮廓亮度约为7.2*10000cd/m,比当时电灯所能达到的亮度几乎亮一倍。乙炔是利用装置在汽车脚踏板或车架上的轻便型乙炔发生器由碳化钙和水发生化学反应而产生的。行车时车体的颠簸或晃动刚好成为这个化学反应的催化剂,一旦汽车停下来,则反应渐弱,照明渐无。当时已有其他高度光源,虽然也在汽车上试用过,但都因为种种原因未获成功,最终只有乙炔灯成为早期车灯的稳定光源,而且一直沿用到1925年前后。

3.电光源车灯

1913年发明了用螺旋钨丝作发光体的充气(惰性气体)白炽灯泡,使发光效率由碳丝白炽灯泡的1lm/W提高到15lm——18lm/W。美国当年就将它用到凯迪拉克汽车的前照灯上从而开始了汽车电器照明的时代。1017凯迪拉克汽车的前照灯开始采用反光瓦(最早的车灯反光镜)以提高光能的利用率并增加照度。然而,乙炔前照灯仍然继续使用了很长一段时间,只是逐渐的被电光源前照灯所取代。产生这种情况的在于当时的发动机汽缸燃气点火采用本身既为独立电源的高压磁电机,而发电机使用手摇柄启动。汽车上即没有发电机也没有蓄电池。

1912年发明了用以启动发电机的电启动机,这就要求在必须装置蓄电池,为给蓄电池充电又要求装置支流发电机,这就给汽车采用电光源照明提供了必要的条件,也是必然的发展趋势。但是,汽车电器设备(启动机、发电机、蓄电池、和电器照明设备)在当时并非每辆汽车都具备,而是根据用户要求另外安装的选装设备。所有汽车出厂都采用电器照明,实际上是从1925年开始的,此后电器设备系统就成为每辆汽车所必备。汽车灯具才在为青一色的电光源。

4.对称光前照灯

早期的电光源前照灯由灯泡、反光镜和防护玻璃组成(后来由于封闭式前照灯的出现,为了区别,这种形式称为半封闭式)。发出中心对称的光束,像手电筒一样,只有照明功能,没有防眩目功能。随着车速的提高,要求车灯的亮度增加,这就使迎面车辆驾驶员的眩目问题变的突出起来。出现了在交会车时因前照灯的强光刺激造成驾驶员眩目而导致发生交通事故和撞车的严重问题。这就对前照灯提出两个互相矛盾的要求:一方面使车前至少100米距离内的路面和高度至少在两米到2.5米的障碍物得到足够的照明,这就要求前照灯的最大发光强度要在10000cd以上;另一方面又要保证前照灯不使迎面车辆驾驶员眩目,这又要求在迎面来车前方的光强度不能超过400cd。如此悬殊的反差集于车灯一身,这个问题一直成为车灯设计者 着力解决的主要矛盾。

5.非对称前照灯

为了解决道路照明和迎面驾驶员眩目的矛盾,1924年欧洲发明双灯丝前照灯,从而开发了非对称式前照灯。这种前照灯用同一灯泡的两个灯丝分别作前车灯(远光)和会车灯(近光)的光源。在近光灯丝的下方装备了一个遮光罩,用它遮住投向迎面车辆驾驶员的灯光,其边缘形状可使光束照在路面上形成一个明暗截止线。对道路迎面来车半边只照亮1.25m 以下部分,从而可以防止迎面车辆驾驶员产生眩目;而在本车前方则以较高的亮度照亮路面足够远的距离(100米以上)和足够高(两米以上)的空间,从而可以保证本车良好的前方照明。其后美国从1932年起也开发出另一种非对称式近光前照灯。虽然没有欧洲灯那样清晰的明暗截止线却通过反光镜和配光镜的特殊设计,使每只前照灯的近光光束宽度受到限制,从而使高亮度光束只照亮本车前方路面,迎面来车一侧仅受到较弱光的照明。由于非对称光束的要求,灯前的防护玻璃变成配光镜,其上加工出许多光学花纹,起到按需要改变光场,重新分配光线的作用。

⒍ 封闭式前照灯

1940年以后美国研制出封闭式前照灯,他把光源、反光镜和配光镜作成密封的一体。远光灯丝设计成短直圆柱状置于反光镜的焦点上;而近光灯丝的位置设计在略高于光轴的水平面上,使光束经反光镜反射后向光轴下面倾斜并向右侧偏移(对右侧通行),使近光的光场变的不对称。1955年曾对上述系统进行改进,将远光光束的轴线提高0.5度,并采用了配光屏以保证迎面车辆驾驶员的眼睛不受近光灯丝直射的照射。

卤钨前照灯

20世纪50年代末开发出卤钨灯泡后,很快被前照灯采用,使非对称式近光前照灯系统到了显著的改进。前照灯使用的卤钨灯泡主要是单灯丝的H3和双灯丝的H4。它的发光效率可达到221m/w251 m/w,比一般白炽灯泡增高约50%,灯泡寿命也大幅度提高。

在整个电光源的发展中,前照灯基本上采用抛物面反光镜。这种反光镜为一抛物线绕其轴旋转而成,它的作用是收集、会聚来自灯泡的光线,并将此光线以平行于光轴方向射出。符合法规要求的灯光分布,由灯泡、反光镜和配光的共同作用来达到。这种反光镜沿用了长的一段时间,大约半个世纪左右。

8.自由曲面前照灯

自由曲面(简称FF)前照灯的反光镜曲面不是规则的几何图形,它是计算机通过复杂的运算、优化临界参数、应用仿真程序而产生的三维曲面。这种前照灯不需要配光镜,从自由曲面反光镜反射出的光线即为满足法规要求的光型,它起到了抛物面前照灯中反光镜和配光镜双重作用。反光镜也不在用金属材料制成,而是用热固性塑料(Bulk M oulding Compound,简称BMC)一次精密注塑成型;配光镜也无需设计光学花纹,采用无纹配光镜而且其材料也不再是玻璃,而是聚碳酸酯(简称PC)塑料。自由曲面前照灯无论从设计、结构或材料上来讲,都是一次重大的进步。

9投影型前照灯 

以往的电光源前照灯,由于其结构特征被称之为反射型前照灯。1984年联邦德国海拉车灯公司推出新一代前照灯——投影型前照灯(也称DE灯),并从1990年起投入批量生产。投影型前照灯由灯泡、反光镜、挡板、凸透镜和配光镜组成。它要求精确的装配,可获得准确而清晰的明暗截止线。近年来,中国生产的高档轿车也采用了投影型前照灯。

10.    高强度放电灯 

简称HID灯,也叫气体放电灯。从1995年起,欧洲法规批准使用这种灯。现在宝马、奔驰、保时捷、奥迪等高档轿车都相继使用了这种前照灯.高强度放电灯所使用的灯泡是充入高压氙气的D2RD2S型灯泡。D2R灯泡适用于反射型前照灯;D2S灯泡适用于投射型前照灯。灯泡的启辉电压为25KV,电源仍然使用车上配用的12V直流电源。HID灯的配光镜可为无纹塑料配光镜,反光镜的反射型和投射型两种。当然,也可以使用自由曲面反光镜。这种灯具发光效率高、亮度大、消耗能量小、可靠性高、寿命长、不受车上电压波动影响等许多优点,是当代最新型的汽车前照灯。

11.    光纤前照灯 

光纤车灯是根据光的全反射原理利用光源纤维来实现光的传导而开发出的最新一代汽车灯具。它由光源、反光镜、光纤和输出组件等部分组成。光纤车灯既可作为前照灯,也可用于前雾灯,更广泛地应用于汽车室内的各种照明。光纤照明技术改变了传统汽车灯具的结构,将使车灯技术进入一个全新的时代。但目前尚处于开发阶段,其昂贵的成本限制了它在汽车产品中的应用。一旦障碍被克服,光纤照明技术将迅速而广泛地应用于汽车生产,将会使汽车灯具呈现出崭新的面貌。

前照灯是车灯中要求最高、结构最复杂、设计和制造难度最大的车灯。它的发展变化也代表了车灯的整体演变。至于信号灯,其光源是与前照灯同步发展的,其变化也多表现在结构方面,如组合灯、复合灯、混合灯以及最新流行的将后信号灯的左、右两部分连成一体的整体后组合灯等待。采用发光二级管(LED)作信号灯光源是信号灯的一个创新,这一技术飞越使信号灯在光源和结构两方面都以全新的面貌出现。辉光放电灯(氖灯)作为高位制动灯出现在信号灯的行列中,也是近年来信号灯的一个新发展。

 

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