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    車燈的歷史發展演變

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    車燈的歷史發展演變

    發布日期:2020-08-15 作者: 點擊:

    車燈的歷史發展演變

    1885年,德國工程師卡爾.本茨(Karl.Benz)研制出世界第一臺汽油機為動力的三輪內燃機,它卻是由金屬材料制成,汽車從此誕生并迅速發展起來。但要在夜間或黑暗道路行駛,必須有照明工具,可以說,有了汽車就有了車燈,車燈和汽車是同時誕生并同步發展的。車燈的演變大體經過如下幾個階段:

    1.煤油燈  初的前照燈是安裝在汽車的煤油燈。但煤油燈的發光強度太低,不能滿足照亮車前足夠遠路面的要求。為了提高前方路面照度,利用了1779年克魯平發明的帶片的式拋物面反光條(反光鏡的雛形)。用克魯平反光鏡的燈成為世界上第一只聚光燈,當時被稱之為強光無比的燈,它能將置于反光鏡焦點上的發光強度提高500倍。當時用這樣的反光鏡將裝置在汽車光源前方的兩只光源的光通量,反射匯聚于一狹窄立體角內并使之形成高強度光束的聚光燈式前照燈。除前照燈外,當時還規定汽車上必須配置一只朝向后方的紅色窗口——信號燈的雛形。后來出現了乙炔作光源的牌照燈,由于用橡膠管向牌照燈供應乙炔不可靠且有危險,只好也用煤油燈作汽車的后燈。

    ⒉ 乙炔燈 1879年白熾電燈出現后,人們很自然的想到把它應用到汽車上,但 初的嘗試失敗了。因為當時的真空白熾燈泡的燈絲是由碳絲做成的,很脆,經不起汽車的震振動,特是它的輪廓亮度不夠高,僅為4*10000cd/m 左右(cd——坎德拉,光強度單位),而在汽車前方100M初產生1LX(1L ——勒克斯,照度單位)的照度,至少需要光源輪廓亮度為32*10000cd/m。到1905年,乙炔開始用作車燈光源。這是因為乙炔等火燃的輪廓亮度約為7.2*10000cd/m,比當時電燈所能達到的亮度幾乎亮一倍。乙炔是利用裝置在汽車腳踏板或車架上的輕便型乙炔發生器由碳化鈣和水發生化學反應而產生的。行車時車體的顛簸或晃動剛好成為這個化學反應的“催化劑”,一旦汽車停下來,則反應漸弱,照明漸無。當時已有其他高度光源,雖然也在汽車上試用過,但都因為種種原因未獲成功, 終只有乙炔燈成為早期車燈的穩定光源,而且一直沿用到1925年前后。

    3.電光源車燈 1913年發明了用螺旋鎢絲作發光體的充氣(惰性氣體)白熾燈泡,使發光效率由碳絲白熾燈泡的1lm/W提高到15lm——18lm/W。美國當年就將它用到凱迪拉克汽車的前照燈上從而開始了汽車電器照明的時代。1017凱迪拉克汽車的前照燈開始采用反光瓦( 早的車燈反光鏡)以提高光能的利用率并增加照度。然而,乙炔前照燈仍然繼續使用了很長一段時間,只是逐漸的被電光源前照燈所取代。產生這種情況的在于當時的發動機汽缸燃氣點火采用本身既為獨立電源的高壓磁電機,而發電機使用手搖柄啟動。汽車上即沒有發電機也沒有蓄電池。

    1912年發明了用以啟動發電機的電啟動機,這就要求在必須裝置蓄電池,為給蓄電池充電又要求裝置支流發電機,這就給汽車采用電光源照明提供了必要的條件,也是必然的發展趨勢。但是,汽車電器設備(啟動機、發電機、蓄電池、和電器照明設備)在當時并非每輛汽車都具備,而是根據用戶要求另外安裝的選裝設備。所有汽車出廠都采用電器照明,實際上是從1925年開始的,此后電器設備系統就成為每輛汽車所必備。汽車燈具才在為青一色的電光源。

    4.對稱光前照燈 早期的電光源前照燈由燈泡、反光鏡和防護玻璃組成(后來由于封閉式前照燈的出現,為了區別,這種形式稱為半封閉式)。發出中心對稱的光束,像手電筒一樣,只有照明功能,沒有防眩目功能。隨著車速的提高,要求車燈的亮度增加,這就使迎面車輛駕駛員的眩目問題變的突出起來。出現了在交會車時因前照燈的強光刺激造成駕駛員眩目而導致發生交通事故和撞車的嚴重問題。這就對前照燈提出兩個互相矛盾的要求:一方面使車前至少100米距離內的路面和高度至少在兩米到2.5米的障礙物得到足夠的照明,這就要求前照燈的 大發光強度要在10000cd以上;另一方面又要保證前照燈不使迎面車輛駕駛員眩目,這又要求在迎面來車前方的光強度不能超過400cd。如此懸殊的反差集于車燈一身,這個問題一直成為車燈設計者 著力解決的主要矛盾。

    5.非對稱前照燈 為了解決道路照明和迎面駕駛員眩目的矛盾,1924年歐洲發明雙燈絲前照燈,從而開發了非對稱式前照燈。這種前照燈用同一燈泡的兩個燈絲分別作前車燈(遠光)和會車燈(近光)的光源。在近光燈絲的下方裝備了一個遮光罩,用它遮住投向迎面車輛駕駛員的燈光,其邊緣形狀可使光束照在路面上形成一個明暗截止線。對道路迎面來車半邊只照亮1.25m 以下部分,從而可以防止迎面車輛駕駛員產生眩目;而在本車前方則以較高的亮度照亮路面足夠遠的距離(100米以上)和足夠高(兩米以上)的空間,從而可以保證本車良好的前方照明。其后美國從1932年起也開發出另一種非對稱式近光前照燈。雖然沒有歐洲燈那樣清晰的明暗截止線卻通過反光鏡和配光鏡的特殊設計,使每只前照燈的近光光束寬度受到限制,從而使高亮度光束只照亮本車前方路面,迎面來車一側僅受到較弱光的照明。由于非對稱光束的要求,燈前的防護玻璃變成配光鏡,其上加工出許多光學花紋,起到按需要改變光場,重新分配光線的作用。

    ⒍封閉式前照燈 1940年以后美國研制出封閉式前照燈,他把光源、反光鏡和配光鏡作成密封的一體。遠光燈絲設計成短直圓柱狀置于反光鏡的焦點上;而近光燈絲的位置設計在略高于光軸的水平面上,使光束經反光鏡反射后向光軸下面傾斜并向右側偏移(對右側通行),使近光的光場變的不對稱。1955年曾對上述系統進行改進,將遠光光束的軸線提高0.5度,并采用了配光屏以保證迎面車輛駕駛員的眼睛不受近光燈絲直射的照射。

    ⒎ 鹵鎢前照燈 20世紀50年代末開發出鹵鎢燈泡后,很快被前照燈采用,使非對稱式近光前照燈系統到了顯著的改進。前照燈使用的鹵鎢燈泡主要是單燈絲的H3和雙燈絲的H4。它的發光效率可達到221m/w~251 m/w,比一般白熾燈泡增高約50%,燈泡壽命也大幅度提高。

    在整個電光源的發展中,前照燈基本上采用拋物面反光鏡。這種反光鏡為一拋物線繞其軸旋轉而成,它的作用是收集、會聚來自燈泡的光線,并將此光線以平行于光軸方向射出。符合法規要求的燈光分布,由燈泡、反光鏡和配光的共同作用來達到。這種反光鏡沿用了長的一段時間,大約半個世紀左右。

    8.自由曲面前照燈 自由曲面(簡稱FF)前照燈的反光鏡曲面不是規則的幾何圖形,它是計算機通過復雜的運算、優化臨界參數、應用仿真程序而產生的三維曲面。這種前照燈不需要配光鏡,從自由曲面反光鏡反射出的光線即為滿足法規要求的光型,它起到了拋物面前照燈中反光鏡和配光鏡雙重作用。反光鏡也不在用金屬材料制成,而是用熱固性塑料(Bulk M oulding Compound,簡稱BMC)一次精密注塑成型;配光鏡也無需設計光學花紋,采用無紋配光鏡而且其材料也不再是玻璃,而是聚碳酸酯(簡稱PC)塑料。自由曲面前照燈無論從設計、結構或材料上來講,都是一次重大的進步。

    9. 投影型前照燈 以往的電光源前照燈,由于其結構特征被稱之為反射型前照燈。1984年聯邦德國海拉車燈公司推出新一代前照燈——投影型前照燈(也稱DE燈),并從1990年起投入批量生產。投影型前照燈由燈泡、反光鏡、擋板、凸透鏡和配光鏡組成。它要求精確的裝配,可獲得準確而清晰的明暗截止線。近年來,中國生產的高檔轎車也采用了投影型前照燈。

    10高強度放電燈 簡稱HID燈,也叫氣體放電燈。從1995年起,歐洲法規批準使用這種燈?,F在寶馬、奔馳、保時捷、奧迪等高檔轎車都相繼使用了這種前照燈.高強度放電燈所使用的燈泡是充入高壓氙氣的D2R或D2S型燈泡。D2R燈泡適用于反射型前照燈;D2S燈泡適用于投射型前照燈。燈泡的啟輝電壓為25KV,電源仍然使用車上配用的12V直流電源。HID燈的配光鏡可為無紋塑料配光鏡,反光鏡的反射型和投射型兩種。當然,也可以使用自由曲面反光鏡。這種燈具發光效率高、亮度大、消耗能量小、可靠性高、壽命長、不受車上電壓波動影響等許多優點,是當代 新型的汽車前照燈。

    11光纖前照燈 光纖車燈是根據光的全反射原理利用光源纖維來實現光的傳導而開發出的 新一代汽車燈具。它由光源、反光鏡、光纖和輸出組件等部分組成。光纖車燈既可作為前照燈,也可用于前霧燈,更廣泛地應用于汽車室內的各種照明。光纖照明技術改變了傳統汽車燈具的結構,將使車燈技術進入一個全新的時代。但目前尚處于開發階段,其昂貴的成本限制了它在汽車產品中的應用。一旦障礙被克服,光纖照明技術將迅速而廣泛地應用于汽車生產,將會使汽車燈具呈現出嶄新的面貌。

    前照燈是車燈中要求 高、結構 復雜、設計和制造難度 大的車燈。它的發展變化也代表了車燈的整體演變。至于信號燈,其光源是與前照燈同步發展的,其變化也多表現在結構方面,如組合燈、復合燈、混合燈以及 新流行的將后信號燈的左、右兩部分連成一體的整體后組合燈等待。采用發光二級管(LED)作信號燈光源是信號燈的一個創新,這一技術飛越使信號燈在光源和結構兩方面都以全新的面貌出現。輝光放電燈(氖燈)作為高位制動燈出現在信號燈的行列中,也是近年來信號燈的一個新發展。

    發展史


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