汽車車燈調(diào)光系統(tǒng)簡(jiǎn)述

汽車車燈調(diào)光系統(tǒng)簡(jiǎn)述王燾;陳文強(qiáng);韋興民;趙福全【摘要】汽車車燈通過調(diào)光系統(tǒng)對(duì)照射光線進(jìn)行調(diào)整.簡(jiǎn)述螺桿調(diào)節(jié)、齒輪傳動(dòng)調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)及自適應(yīng)調(diào)節(jié)(AFS)等4種調(diào)節(jié)方式的原理、分類、特點(diǎn)，介紹其在汽車車燈上的應(yīng)用.【期刊名稱】《汽車電器》【年(卷)，期】2013(000)002【總頁數(shù)】4頁(P1-4)【關(guān)鍵詞】車燈;調(diào)光系統(tǒng);螺桿;齒輪;AFS【作者】王燾;陳文強(qiáng);韋興民;趙福全【作者單位】吉利汽車研究院，浙江杭州311228潔利汽車研究院，浙江杭州311228潔利汽車研究院，浙江杭州I311228潔利汽車研究院，浙江杭州I311228【正文語種】中文【中圖分類】U463.651汽車車燈是汽車的重要功能件，對(duì)于汽車前組合燈中的遠(yuǎn)近光的作用更是汽車主動(dòng)安全的重要組成部分。燈光在保證照亮前部道路的同時(shí)，還要確保不對(duì)對(duì)面車輛產(chǎn)生眩目影響。汽車車燈中前組合燈最為復(fù)雜。一般來說，前組合燈主要由遠(yuǎn)光、近光、轉(zhuǎn)向信號(hào)燈、位置燈等組成。其中遠(yuǎn)光和近光的配光是燈具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為了保證裝車后前照燈有足夠的照度和足夠?qū)挼恼彰鞣秶猓€要不眩目，同時(shí)需要針對(duì)不同路況引起的燈光偏離進(jìn)行調(diào)整，這就需要有車燈調(diào)光系統(tǒng)來保持裝車后的前照燈的照射光型?？偟膩碚f，車燈調(diào)光結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)形式主要有螺桿調(diào)節(jié)、齒輪傳動(dòng)調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)以及自適應(yīng)調(diào)節(jié)(AFS)等4種。下面主要介紹4種調(diào)光系統(tǒng)的原理、特點(diǎn)及其在車燈上的應(yīng)用。由于汽車懸架的影響，當(dāng)汽車裝載情況或者速度發(fā)生變化時(shí)，車身相對(duì)于路面的傾斜角往往發(fā)生很大的變化，這將引起近光燈照明距離和照明方向的改變:當(dāng)汽車裝載增加或者加速時(shí)，汽車會(huì)出現(xiàn)后部下降、前部升高的現(xiàn)象，這將導(dǎo)致車燈光線抬高，使得迎面來車的駕駛員眩目，同時(shí)會(huì)造成駕駛員視野變窄；當(dāng)汽車突然制動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)前部下降、后部升高的現(xiàn)象，這時(shí)車燈光線壓低，大部分光線照射地面，車燈照射功能失效。1車燈配光通過配光設(shè)計(jì)，要保證遠(yuǎn)光具有足夠大的發(fā)光強(qiáng)度和足夠?qū)挼恼彰鞣秶?，來滿足駕駛員有足夠的視覺范圍，同時(shí)保證近光對(duì)迎面車輛使用者不眩目。車燈實(shí)際照射效果如圖1所示。車燈射出的光型需滿足配光圖(圖2)的照度要求，具體如下［1］。圖1車燈實(shí)際照射效果圖B50L稱作防眩點(diǎn)，距前照燈50m處迎面而來的車輛駕駛員眼睛的位置。50R、75R分別代表本車右邊距前照燈50m、75m處路邊的照度值。25L及25R分別表示燈具前方25m處道路的左、右路邊的照度值。圖2車燈配光圖［2］0區(qū)，又稱為防眩區(qū)，表明車燈的眩目情況。IV區(qū)為過渡區(qū)，表示汽車25~50m范圍內(nèi)車道全寬的照明情況。6)1區(qū)稱作近距離照明區(qū)，表示距車前25m以內(nèi)的道路照明情況。2調(diào)光系統(tǒng)調(diào)光系統(tǒng)從控制方式上可分為手動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)和自動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)；從實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上可以分為螺桿調(diào)節(jié)、齒輪傳動(dòng)調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)及自適應(yīng)調(diào)節(jié)（AFS）等4種調(diào)節(jié)。由于手動(dòng)前照燈調(diào)光裝置必須坐在駕駛座上才能被操作［2］,因此除了自適應(yīng)調(diào)光系統(tǒng)外，其余3種方式均為手動(dòng)調(diào)光系統(tǒng)，在駕駛室內(nèi)均有相應(yīng)的控制裝置。其中電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)經(jīng)常與螺桿、齒輪組合調(diào)節(jié)。調(diào)光系統(tǒng)的控制方式分為機(jī)械式、液壓式、氣動(dòng)式、可調(diào)電阻一一電動(dòng)機(jī)式（包含先進(jìn)的AFS系統(tǒng)）。機(jī)械式、液壓式和氣動(dòng)式多用于商用車領(lǐng)域，調(diào)節(jié)精度不高，目前已經(jīng)基本由電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)式替代，如圖3所示。圖3調(diào)光系統(tǒng)分類調(diào)光系統(tǒng)要便于操作者調(diào)節(jié)，同時(shí)要有足夠的可靠性，不能引起燈光的跳動(dòng)和方向的改變以及燈體本身的變形。調(diào)光系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)燈光反射碗（或燈組）的角度來實(shí)現(xiàn)光束的調(diào)節(jié)。光束調(diào)節(jié)范圍需滿足表1所示值［3］。表1光束調(diào)光范圍光束中心近光0.7~0.9H遠(yuǎn)光0.9~1.0H左偏右偏左燈170mm350mm右燈170mm350mm左燈170mm350mm右燈350mm350mm3螺桿調(diào)節(jié)系統(tǒng)3.1結(jié)構(gòu)原理螺桿調(diào)節(jié)是通過本身的螺紋將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為反光碗（或燈組）的旋轉(zhuǎn)角度來實(shí)現(xiàn)車燈的調(diào)光運(yùn)動(dòng)，如圖4所示。2個(gè)調(diào)節(jié)螺桿與球頭固定點(diǎn)的夾角一般為90°，如圖5所示。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)螺母前后移動(dòng)，帶動(dòng)反光碗旋轉(zhuǎn)。圖4螺桿調(diào)節(jié)示意圖圖5調(diào)節(jié)螺桿夾角3.2特點(diǎn)及應(yīng)用螺桿調(diào)節(jié)是所有調(diào)光結(jié)構(gòu)中最經(jīng)濟(jì)，也是最常用的一種結(jié)構(gòu)，廣泛用于各種前照燈的調(diào)光系統(tǒng)中。缺點(diǎn)是需要燈體有足夠的空間來保證螺桿的伸縮運(yùn)動(dòng)；螺桿直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為反光碗的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)經(jīng)常會(huì)失效。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮以下幾點(diǎn)。1） 反光碗旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)螺桿端部從調(diào)整螺母中脫出，不能回調(diào)（圖6）。2） 過度調(diào)節(jié)螺桿時(shí)，螺桿頂住反光碗，調(diào)節(jié)卡死（圖7）。圖6調(diào)節(jié)螺桿端部脫出螺母圖7螺桿調(diào)節(jié)卡死3） 過度調(diào)節(jié)導(dǎo)致反光碗與其他周邊零部件干涉、卡死，或光線被其他件遮蔽，調(diào)光失效（圖8,調(diào)光時(shí)反光碗不可以與黃色裝飾邊框干涉）。圖8調(diào)光失效4齒輪調(diào)節(jié)系統(tǒng)4.1結(jié)構(gòu)原理齒輪調(diào)節(jié)是通過本身的螺紋將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為反光碗（或燈組）的旋轉(zhuǎn)角度來實(shí)現(xiàn)車燈的調(diào)光運(yùn)動(dòng)。一般采用錐齒輪進(jìn)行換向傳動(dòng)，如圖9所示。也有采用多級(jí)直齒輪進(jìn)行換向傳動(dòng)，如圖10所示。圖9錐齒輪調(diào)節(jié)示意圖圖10多級(jí)直齒輪換向調(diào)節(jié)示意圖4.2特點(diǎn)及應(yīng)用齒輪調(diào)節(jié)具備占用空間小、調(diào)節(jié)范圍大的特點(diǎn)。當(dāng)前照燈設(shè)計(jì)空間不足時(shí)，或者需要對(duì)調(diào)光機(jī)構(gòu)進(jìn)行換向調(diào)節(jié)（如前霧燈需從前部調(diào)節(jié)）時(shí)，經(jīng)常采用此結(jié)構(gòu)。齒輪調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)是多級(jí)齒輪（尤其是工程塑料件）的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，極易造成調(diào)光系統(tǒng)卡死、失效現(xiàn)象。目前多采用與螺桿調(diào)節(jié)組合使用，使得車燈的調(diào)光系統(tǒng)既穩(wěn)定又便于調(diào)節(jié)（多角度調(diào)節(jié)）。調(diào)光系統(tǒng)既可以從后部進(jìn)行調(diào)光，對(duì)于單燈組裝調(diào)光測(cè)試極為方便，同時(shí)也可以從上部進(jìn)行調(diào)光，便于整車下線調(diào)光和后續(xù)維修。圖11為實(shí)際齒輪調(diào)節(jié)的應(yīng)用圖。圖11實(shí)際齒輪調(diào)節(jié)應(yīng)用圖5電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)5.1結(jié)構(gòu)原理電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)多采用小功率直線型調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)，這是一種用于短焦距前照燈的光在垂直方向上可達(dá)距離的調(diào)節(jié)設(shè)備［4］。根據(jù)安裝位置不同，一般分為夕卜接型電動(dòng)機(jī)和內(nèi)置式電動(dòng)機(jī)，如圖12所示。圖12調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)種類駕駛員通過安裝在駕駛室內(nèi)的調(diào)光開光（圖13），將不同的電壓輸出給調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)根據(jù)自身特性曲線圖及輸入的電壓值，控制電動(dòng)機(jī)調(diào)整桿的運(yùn)動(dòng)行程，從而達(dá)到調(diào)光的目的。5.2特點(diǎn)及應(yīng)用電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)是一種半自動(dòng)調(diào)光方式，無論在整車生產(chǎn)過程中還是在后續(xù)的維修服務(wù)中，都降低了勞動(dòng)量，提升了調(diào)光效率和精度。由于電動(dòng)機(jī)有電壓限制問題，因此此類調(diào)節(jié)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，要避免調(diào)光開關(guān)的電壓調(diào)節(jié)范圍超出電動(dòng)機(jī)的最大行程，造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)或者停轉(zhuǎn)而導(dǎo)致調(diào)光系統(tǒng)失效。目前，前照燈調(diào)光系統(tǒng)中多數(shù)采用電動(dòng)機(jī)與螺桿、齒輪結(jié)合的結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮各個(gè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，形成了多種多樣的調(diào)光機(jī)構(gòu)。圖14即為2種常見的調(diào)光結(jié)構(gòu)。圖13調(diào)光開關(guān)圖14調(diào)光系統(tǒng)組合方式6自適應(yīng)調(diào)節(jié)（AFS）系統(tǒng)6.1結(jié)構(gòu)原理AFS（AdaptiveFront-lightingSystem）是指燈光的分布能夠根據(jù)汽車行駛的各種狀況來進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最好的照明效果，從而增加駕駛的安全性和舒適性。AFS所體現(xiàn)的理念:為不同的行車條件提供最優(yōu)的前方照明組合。簡(jiǎn)言之，城市交通中盡可能寬，高速行駛時(shí)盡可能遠(yuǎn)。具體可以實(shí)現(xiàn)以下功能:①彎道隨動(dòng)調(diào)節(jié)（彎道模式）；②水平自動(dòng)調(diào)整；③高速調(diào)節(jié)模式；④其他模式（如雨天模式等）。為實(shí)現(xiàn)以上功能，傳統(tǒng)的調(diào)光（靜態(tài)）已經(jīng)不能滿足要求，或者說傳統(tǒng)調(diào)光系統(tǒng)已經(jīng)是狹義的調(diào)光系統(tǒng)。廣義的調(diào)光系統(tǒng)需要多個(gè)電子器件來支持。一般AFS系統(tǒng)包括:ECU控制器、高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、速度傳感器、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器（調(diào)光電動(dòng)機(jī)）等組成。自適應(yīng)式AFS前照明調(diào)光系統(tǒng)如圖15所示。AFS系統(tǒng)一般使用投射單元作為旋轉(zhuǎn)核心，其大致的結(jié)構(gòu)如圖16所示，一個(gè)普通旋轉(zhuǎn)核心包括水平旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)框架和轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)等部件。其中傳動(dòng)的調(diào)光電動(dòng)機(jī)控制車燈的水平角度，這樣車燈整體就可以繞2個(gè)互相垂直的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行調(diào)整。圖15AFS系統(tǒng)圖對(duì)于彎道隨動(dòng)調(diào)節(jié)，主要依據(jù)汽車行駛時(shí)的瞬時(shí)速度和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角（可換算為前輪偏轉(zhuǎn)角）的輸入值來確定。具體可以理解為:前輪偏轉(zhuǎn)角小時(shí)，頭燈轉(zhuǎn)角要??；前輪偏轉(zhuǎn)角大時(shí)，頭燈轉(zhuǎn)角也要大。當(dāng)車速較高時(shí)，駕駛員相對(duì)注重遠(yuǎn)視距的路面情況，頭燈轉(zhuǎn)角相對(duì)大一些；車速較低時(shí)，駕駛員相對(duì)注重較近視距的路面情況，頭燈轉(zhuǎn)角相對(duì)小一點(diǎn)［5］?！闱罢諢舻淖笥肄D(zhuǎn)向調(diào)節(jié)的最大角度為外側(cè)旋轉(zhuǎn)15°左右，內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)7°左右。其中隨動(dòng)左右轉(zhuǎn)向的調(diào)節(jié)角度可參見表2。圖16AFS調(diào)光結(jié)構(gòu)表2光束調(diào)光范圍行駛條件前照燈右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)低速中高速左右左右固定在0。向左0°~15°向右0°~15°固定在0°向右0°~7°向左0°~15°向右0°~15°向左0°~7°對(duì)于水平自動(dòng)調(diào)整，主要依據(jù)車身高度傳感器來判定整車的俯仰角度，用于調(diào)整光軸的傾斜角度，以實(shí)現(xiàn)前照燈光照滿足法規(guī)要求。對(duì)于高速調(diào)節(jié)模式，主要是依據(jù)車速信號(hào)來判定整車的行駛路況，自動(dòng)調(diào)節(jié)光束角度，使光束聚攏，提高前照燈的照射距離。一般高速模式的速度判定值為80km/h。對(duì)于雨天模式，主要是依據(jù)雨量傳感器或者其他環(huán)境傳感器來判斷汽車所處的環(huán)境情況，來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)前照燈光束照射角度和高度，避免產(chǎn)生照明失效和地面反光（眩目）現(xiàn)象。此模式已經(jīng)屬于智能化的一種體現(xiàn)。后續(xù)AFS在整車安全方面將更加完善和智能。6.2特點(diǎn)及應(yīng)用AFS系統(tǒng)的出現(xiàn)可以說是前照燈調(diào)光控制技術(shù)的一項(xiàng)革新，將傳統(tǒng)的僅有照明功能的前照燈融入了汽車智能一體化中，使得前照燈具備了〃左顧右盼”的功能，這對(duì)提高汽車行駛的安全性具有重要作用。由于AFS系統(tǒng)具備多項(xiàng)智能化功能，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于高端汽車的前照燈上，并且有逐步標(biāo)配的趨勢(shì)。7結(jié)論前照燈調(diào)光方式主要有螺桿調(diào)節(jié)、齒輪調(diào)節(jié)、電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)以及AFS調(diào)節(jié)。按結(jié)構(gòu)分析，螺桿調(diào)節(jié)最為簡(jiǎn)單、實(shí)用，但是需要考慮多項(xiàng)限制因素；齒輪調(diào)節(jié)具備所占尺寸小、可以實(shí)現(xiàn)換向調(diào)節(jié)等優(yōu)良特性；電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)具有調(diào)節(jié)角度精確，便于控制等特點(diǎn)，已經(jīng)逐步取代其他控制方式（與氣壓式、液壓式控制比較）。表3為主流車型的前照燈調(diào)光方式。表3主流車型的前照燈調(diào)光方式車型熊貓MINI帝豪朗逸索納塔奧迪A4L燈具供應(yīng)商丹陽誼善AL小條大億小條摩比斯AL調(diào)光方式外置電動(dòng)機(jī)+螺桿調(diào)節(jié)內(nèi)置電動(dòng)機(jī)+齒輪調(diào)節(jié)+螺桿調(diào)節(jié)內(nèi)置電動(dòng)機(jī)+齒輪調(diào)節(jié)+螺桿調(diào)節(jié)內(nèi)置電動(dòng)機(jī)+螺桿調(diào)節(jié)內(nèi)置電動(dòng)機(jī)+螺桿調(diào)節(jié)內(nèi)置電動(dòng)機(jī)+齒輪調(diào)節(jié)+螺桿調(diào)節(jié)隨著科技的發(fā)展以及智能化的技術(shù)逐步應(yīng)用于汽車控制中，前照燈調(diào)光系統(tǒng)已經(jīng)由傳統(tǒng)的機(jī)械手動(dòng)調(diào)節(jié)逐步演化為自動(dòng)調(diào)節(jié)，直至自適應(yīng)調(diào)節(jié)(AFS)，使得前照燈由單純的遠(yuǎn)近光調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的〃左顧右盼”和高低自動(dòng)調(diào)節(jié)，汽車前照燈照明系統(tǒng)更加完善，更加人性化。文中只是對(duì)前照燈調(diào)光系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上和控制方式上進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述。雖然只是針對(duì)汽車前照燈，但是從控制方式上可以推廣到汽車所有照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上。汽車照明系統(tǒng)未來將弱化各個(gè)單燈照明功能，通過分析外界各種環(huán)境參數(shù)及駕駛者需求，來共同提高整車的安全與駕駛舒適