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1、第五章照明与信号系统,第一节 照明系统 第二节 信号系统 第三节 照明与信号系统的故障诊断 练习与思考题,第一节 照 明 系 统 一、汽车照明系统的功用与组成 汽车照明系统主要用于夜间行车照明、车内照明、仪表照明及检修照明。汽车照明系统主要由照明设备、电源、线路、控制开关组成，其主要照明设备如下。 1. 前照灯 前照灯(前大灯)装于汽车头部两侧，用于夜间行车道路的照明。有两灯制和四灯制之分，功率一般为4060 W。,2. 雾灯 雾灯有前雾灯和后雾灯两种。前雾灯装于汽车前部比前照灯稍低的位置，用于在雨雾天气行车时照明道路。为保证雾天高速行驶的汽车向后方车辆或行人提供本车位置信息，交通管理部门规定
2、，运行车辆应在车辆后部加装功率较大的后雾灯，以降低交通事故的发生率。雾灯的光色规定为光波较长的黄色、橙色或红色。 3. 牌照灯 牌照灯装于汽车尾部的牌照上方，用于夜间照亮汽车牌照。,4. 仪表灯 仪表灯装于汽车仪表板上，用于仪表照明，以便于驾驶员获取行车信息和进行正确的操作，其数量根据仪表设计布置而定。 5. 顶灯 顶灯装于驾驶室或车厢顶部，用于车内照明。,6. 工作灯 工作灯用于排除汽车故障或检修时的照明。汽车上一般只装工作灯插座，配带导线及移动式灯具。 目前，多将前照灯、雾灯、前位灯等组合起来，称为组合前灯；将后位灯、后转向信号灯、制动信号灯、倒车灯等组合起来，称为组合后灯。各灯光设备的安
3、装位置见图5.1。,图5.1 灯光设备的安装位置 (a) 外部灯光设备；(b) 内部灯光设备,除前照灯(雾灯)灯泡特殊外，常用照明灯和信号灯的灯泡种类较多，见图5.2。按玻璃体形状可分为圆锥形、球形、柱形、楔形四种。其中，圆锥形灯泡有单丝和双灯丝之分。双丝灯泡按插口销钉位置又可分为平脚和高低脚两种。 白炽灯泡的拆装方法如图5.3所示。,图5.2 白炽灯泡的种类 (a) 圆锥形、球形灯泡；(b) 柱形灯泡；(c) 楔形灯泡,图5.3 白炽灯泡的拆装方法 (a) 圆锥形、球形灯泡的拆装；(b) 柱形灯泡的拆装；(c) 楔形灯泡的拆装,二、前照灯 1. 对前照灯的基本要求 由于前照灯的照明效果直接影
4、响着夜间行车驾驶的操作和交通安全，因此世界各国交通管理部门多以法律的形式规定了其照明标准。前照灯与其他照明灯相比有较特殊的光学结构，对它的基本要求如下： (1) 前照灯应保证夜间车前有明亮而均匀的照明，使驾驶员能辨明车前100 m以内道路上的任何障碍物。随着汽车行驶速度的不断提高，对前照灯的要求也越来越高，现代高速汽车前照灯的照明距离能达到200250 m。 (2) 前照灯应具有防眩目装置，以免夜间两车交会时造成对方驾驶员眩目而发生事故。眩目是指人的眼睛突然受强光照射时，由于视觉神经受刺激而失去对眼睛的控制，本能地闭上眼睛或看不清暗处物体的生理现象。,2. 前照灯的种类 前照灯按反射镜的结构型
5、式可分为可拆卸式、半封闭式和封闭式三种。可拆卸式前照灯因气密性不良，反射镜易受潮气和灰尘污染而降低反射能力，现已被淘汰。 1) 半封闭式前照灯 半封闭式前照灯的结构见图5.4。其配光镜是靠卷曲反射镜边缘的牙齿而紧固在反射镜上的，两者之间垫有橡皮密封圈，其灯泡拆卸只可从反射镜的后方进行。更换时，先拔下灯泡上的插座，取下密封罩、卡簧，即可取下灯泡(见图5.5(a)；安装新灯泡时，注意在灯泡上不能留下污迹，特别是在更换卤钨灯泡时，切勿用手指触及灯泡玻璃壳部分，受皮肤脂肪沾污过的玻璃壳，会大大缩短玻璃壳的使用寿命，因此拿灯泡只应拿基座，整理灯泡时亦应如此(见图5.5(b)。拆装半封闭式前照灯时，不必拆
6、下光学组件，维护方便，因此得到了广泛应用，但其密封性能不良，反射镜易被污染。,图5.4 半封闭式前照灯,图5.5 半封闭式前照灯灯泡的更换,2) 封闭式前照灯 封闭式前照灯又称真空灯，其灯丝焊在反射镜底座上，反射镜与配光镜熔合为一体，形成灯泡，里面充入保护气体，如图5.6所示。当封闭式前照灯灯丝烧坏后，需要更换整个灯芯总成。更换时，先拔下灯脚与线束连接的插座，然后拆下灯圈，即可取下灯芯(见图5.7)；安装灯芯时，应注意配光镜上的标记(箭头或字符)，不应出现倒置或偏斜现象。封闭式前照灯完全避免了反射镜的污染，但价格较高。,图5.7 封闭式前照灯的更换,3) 投射式前照灯 投射式前照灯装有很厚的无
7、刻纹的凸形配光镜，反射镜为椭圆形，所以其外径很小，其结构如图5.8(a)所示。由于投射式前照灯的反射镜近似于椭圆形状，因此它具有两个焦点(见图5.8(b)。第一个焦点处放置灯泡，第二个焦点在灯光中形成。凸形配光镜的焦点与第二焦点相重合。灯泡发出的光被反射镜聚成第二焦点，在通过配光镜将聚集的光投射到远方。投射式前照灯使用的光源一般为卤素灯泡。在第二焦点附近设有遮光板，可用于遮住投向上半部分的光，形成明暗分明的配光。它的这种配光特性可适用于前照灯近、远光灯，也可用作雾灯。 采用投射式前照灯，可利用的光束增多，若将反射镜做成扁长断面，很多光束便可横向扩散，不仅结构紧凑，而且经济实用。,图5.8 投射
8、式前照灯的结构,3前照灯的结构 1) 灯泡 前照灯灯泡有充气灯泡、卤钨灯泡和高压 (20 kV)放电氙灯等几种类型。图5.9所示为前照灯灯泡的结构。充气灯泡从玻璃泡中抽出空气，再充以86%的氩和14%的氮的混合保护气体。灯泡通电后，灯丝发热，保护气体受热膨胀而产生较大的压力，可以减少钨的蒸发，延长灯泡的使用寿命。卤钨灯泡是在充入的保护气体中渗入某种卤族元素，如碘、溴等，利用卤钨再生循环作用防止钨丝蒸发。一般充气灯泡虽然充入混合保护气体，仍然不能避免钨丝受热后升华，升华出来的钨沉积在灯泡上，使灯泡变黑，光线变暗。再生循环的基本过程是：灯泡通电后，灯丝由于发热升华出气态钨，与卤素发生反应形成一种挥
9、发性的卤化钨，当卤化钨扩散到灯丝附近的高温区时，受热分解使钨重新回到钨丝上，而释放出的卤素又参与下次循环反应。该种灯泡尺寸较小，外壳用耐高温且机械强度较高的石英玻璃或硬玻璃制成, 可以充入较高压力的气体,灯泡内工作气压高,亦可抑制钨的升华。,图5.9 前照灯灯泡的结构 (a) 普通灯泡；(b) 卤钨灯泡,高压放电氙灯的组件系统由弧光灯组件、电子控制器和升压器三大部件组成，图5.10是其外形及原理示意图。高压放电氙灯灯泡发出的光色和日光灯非常相似，亮度是目前卤素灯泡的3倍左右，寿命可达卤素气体灯泡的5倍，克服了传统钨灯的缺陷；几万伏的高压使得其光亮强度增加，完全满足了汽车夜间高速行驶的需要。这种
10、灯的灯泡里没有传统灯泡的灯丝，取而代之的是装在石英管内的两个电极，管内充有氮气及微量金属(或金属卤化物)。在电极上加上数万伏的引弧电压后，气体开始电离而导电，气体原子即处于激发状态，使电子发生能级跃迁而开始发光；电极间蒸发少量水银蒸气，光源立即引起水银蒸气弧光放电，待温度上升后再转入卤化物弧光灯工作。,图5.10 高压放电氙灯的外形及原理示意图 (a) 外形；(b) 原理示意图,2) 反射镜 反射镜的作用是将灯泡的光线聚合并导向远方。反射镜的材料有薄钢板、玻璃、塑料等，其表面形状是旋转抛物面，内表面镀银、铝或铬，再进行抛光。图5.11所示为反射镜反射灯泡光线的情况。灯丝位于焦点F上，灯丝的绝大
11、部分光线向后射在立体角范围内，经反射镜反射后变成平行光束射向远方，使光度增强几百倍，从而使车前100150 m处的路面照得足够清楚。从灯丝射出的位于4范围内的光线则向各方散射，散射向侧方和下方的部分光线，可照明车前510 m的路面和路缘。,图5.11 反射镜反射灯泡光线的作用,3) 配光镜 配光镜的作用是将反射镜反射出的平行光束折射，使车前路面和路缘均有很好的照明效果。配光镜是由透镜和棱镜组合而成的散光玻璃，其外形一般为圆形或方形，见图5.12。,图5.12 配光镜 (a) 方形；(b) 圆形,4. 妨碍驾驶员视力的各种因素 在能见度受到限制的情况下(黎明、黄昏、夜晚，在隧道中或密林环绕的道路
12、上)，照明系统能够有助于驾驶员的感知和控制效率。实验证明，即使在照明良好的干燥道路上，也会有70%的入射光被路面吸收掉，可见的道路照明只剩下30%。 严酷的雾、雨、雪等天气和伴随而来的后果也影响着驾驶员视野的清晰度。在潮湿情况下，黑色路面会吸收掉射向它的85%的光线。在这些条件下，照明设备如前照灯的远、近光以及前雾灯等能大大提高感知效率。,在其他对视觉有潜在限制的因素中，有风窗玻璃的结露、污垢以及损伤(刮痕和裂纹)等。另一个影响因素是突如其来的眩目(夜间会车的灯光、落日等)。 前照灯的污垢也可能间接地妨碍驾驶员的视力，因为车灯玻璃上的污垢会挡住部分光线，照不到路面。 对这些不利影响，有多种不同
13、的解决方法： (1) 及时清洁风窗玻璃和前照灯。 (2) 使用遮阳板。 (3) 可变的灯光分布。 (4) 采用合理的道路照明(如图5.13所示)，具有良好的低位照明、侧面扩展照明、对道路特定部分的聚光照明等。,1大范围的侧面照明；2目标路面的照明；3好的照明深度 图5.13 两车夜间会车时的路面照明,5. 防眩目的措施 夜间会车时，前照灯强烈的灯光可造成迎面驾驶员眩目，容易引发交通事故，所以必须采取有效的防眩目措施。 1) 利用交通法规强制约束 我国交通法规规定，夜间会车时，须在距对面来车150 m以外互闭远光灯，改用防眩目近光灯。,2) 采用双丝灯泡 为了防眩目，前照灯的灯泡一般采用双灯丝结
14、构，一根为远光灯丝，另一根为近光灯丝。远光灯丝功率较大(4560 W)，位于反射镜焦点；近光灯丝功率较小(2255 W)，位于焦点上方或前方并稍向右偏斜。远光灯丝点亮时，光束照亮较远的路面；近光灯丝点亮时，光束照亮较近的路面。前照灯近光的此种配光形式称为对称式配光。对称式配光近光灯丝的工作情况如图5.14所示。射到反射镜bab1上的光线由反射镜反射后倾向路面，而反射到bc和b1c1(bb1为焦点平面)上的部分光线反射后倾向上方，但射向路面的光线占大部分，减轻了迎面来车驾驶员的眩目。,图5.14 对称式配光前照灯工作情况 (a) 远光平射；(b) 近光倾下方,3) 加装配光屏 对称式配光的另一种
15、灯泡结构形式是在近光灯丝下加装配光屏(遮光罩)，当接通近光灯时，配光屏能将近光灯丝下半部分的光线完全遮住，消除了向上的反射光线，如图5.15(a)所示；而接通远光灯丝时，配光屏不起作用，如图5.15(b)所示。 配光屏在安装时应偏转一定的角度，使其近光的光形分布不对称，形成一条明显的明暗截止线。前照灯近光的此种配光形式称为E形非对称形配光(见图5.16(b)。由于此种前照灯防眩目效果好，目前灯泡绝大部分采用这种结构形式。,图5.16 前照灯配光光形 (a) 对称形；(b) E形非对称形；(c) Z形非对称形,4) 采用Z形配光光形 近年来国外又发展了一种更优良的光形，其近光光形如图5.16(c
16、)和图5.17所示。由于其明暗截止线呈Z字形，故称为Z形配光。此种光形能使对面来车驾驶员和非机动车人员都不眩目，提高了夜间行车的安全性。,图5.17 Z形非对称配光,为确保正确的配光光形，必须保证灯泡安装的正确位置，为此将灯泡的插头做成插片式(见图5.18)，用插头凸缘上的半圆形开口与灯头上的半圆形凸起配合定位。另外，为保证可靠连接，三个插片呈不均匀分布。,图5.18 三插片式双丝灯泡,6. 前照灯的控制系统 1) 自动点亮系统 灯光自动点亮系统的控制电路见图5.19。 当前照灯开光打至“AUTO”位置时，由安装在仪表板上部的光传感器检测周围的光线强度，自动控制灯光的点亮。其工作原理如下： 当车门关闭，点火开关处于“ON”状态时，触发器控制晶体管VT1导通，为灯光自动控制器提供电源。,(1) 周围环境明亮时。当周围环境的亮度比夜暮检测电路的熄灯照度L2(约550 lx)及夜间检测电路的熄灯照度L4(200 lx)更亮时，夜暮检测电路与夜间检测电路都输出低电平，晶体管VT2和VT3截止，所有灯都不工作。 (2) 夜暮及夜间时。当周围的亮度比夜暮检测电路的点灯照度L1(约130 l
