修玲玲

汽車照明安全節(jié)能新技術(shù)

修玲玲

福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院

汽車照明系統(tǒng)對(duì)汽車安全起到了主動(dòng)預(yù)防作用，無論是白天還是夜晚，汽車外部照明和內(nèi)飾照明都起到了十分重要的作用，同時(shí)考慮節(jié)能環(huán)保的要求，出現(xiàn)了很多汽車照明安全節(jié)能新技術(shù)，本文介紹了包括疝氣燈、LED燈、光纖照明、智能車燈，還有自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)和前照燈自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)等先進(jìn)的前照燈安全技術(shù)。

汽車照明；安全；節(jié)能

引言

近年來，汽車的各種技術(shù)不斷發(fā)展，人們也越來越關(guān)注汽車的安全性。汽車的安全性是由汽車安全系統(tǒng)來保證的。汽車安全系統(tǒng)是一個(gè)整體概念，照明、制動(dòng)、避震器、保險(xiǎn)帶和安全氣囊等多個(gè)子系統(tǒng)都屬于這個(gè)整體，并在運(yùn)行中相互配合。其中照明系統(tǒng)對(duì)行車安全能起到關(guān)鍵的主動(dòng)預(yù)防作用。汽車照明主要影響駕駛員視野的清晰度，而駕駛視野的清晰度對(duì)行車安全有直接影響，據(jù)統(tǒng)計(jì)，道路表面狀況、交通環(huán)境以及車流情況等信息80%以上通過視覺獲取。這些信息的獲取若在白天很容易，但在夜晚或惡劣氣候條件下將十分困難。汽車夜間行駛發(fā)生事故的概率是白天的2～3倍，因此照明質(zhì)量的優(yōu)劣, 直接影響著夜間的行車安全。所以汽車設(shè)計(jì)要充分考慮汽車照明系統(tǒng)的安全性，為車輛行駛提供必要的保證?，F(xiàn)在已經(jīng)是汽車照明安全的新時(shí)代。汽車外部照明對(duì)汽車安全性的保證如此的至關(guān)重要，無論是白天還是黑夜都要照明系統(tǒng)發(fā)揮作用，現(xiàn)在人在車內(nèi)的時(shí)間也越來越多，車內(nèi)的昏暗照明已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人的需求。所以解決照明系統(tǒng)的節(jié)約用電、降低制造和維修的成本以及綠色環(huán)保等問題都是現(xiàn)在各個(gè)汽車生產(chǎn)商努力思考和改進(jìn)的地方，汽車照明系統(tǒng)在進(jìn)入安全時(shí)代的同時(shí)也進(jìn)入了節(jié)能的新時(shí)代。

1 汽車照明系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

汽車照明系統(tǒng)隨著汽車技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，目前很多技術(shù)已經(jīng)很成熟并且應(yīng)用于很多汽車上，下面來介紹各個(gè)汽車照明安全節(jié)能的新技術(shù)。

1.1 疝氣燈

傳統(tǒng)的汽車車燈采用的是鹵鎢光源，能給汽車提供的照明亮度是非常有限的，從而也影響了汽車的安全行駛，還有一個(gè)缺點(diǎn)就是傳統(tǒng)的鹵素汽車車燈壽命短，而且內(nèi)部含有一定量的汞元素，既不節(jié)能也不環(huán)?！，F(xiàn)今出現(xiàn)了很多新類型的汽車車燈來替代傳統(tǒng)的鹵素?zé)簟?/p>

飛利浦照明在2004年6月推出了世界上第一只汽車用綠色無汞氙氣前照燈[1]，自此以疝氣作為光源的疝氣燈在汽車照明領(lǐng)域中不斷發(fā)展并且到現(xiàn)在已經(jīng)得到大量應(yīng)用。疝氣燈簡稱HID（High Intensity Discharge）燈，它的最大魅力就是它的安全性。這主要是因?yàn)镠ID 燈帶來的多重光束會(huì)比鹵素?zé)舾h(yuǎn)更寬、強(qiáng)度更大，近光設(shè)置更有效。在黑夜里，特別是車輛行駛在郊區(qū)，氙氣大燈能大幅提高車前方的照明，照亮路邊的標(biāo)志和歧路，對(duì)行車安全的重要性是毋庸置疑的。而且，同樣瓦數(shù)的HID的亮度大約是鹵素?zé)舻?～3 倍，射程也更遠(yuǎn)更寬，提高了夜間行車的安全性。在能量的使用方面，一般車輛上鹵素大燈每小時(shí)需要耗電60W左右，而一些HID氙氣大燈在安定器的穩(wěn)定運(yùn)作下，平均只需要35W，大大低于通常的鹵素?zé)?。HID可明顯減輕車輛電力系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，達(dá)到了節(jié)能的要求。氙氣燈是利用電流刺激氣體發(fā)光，基本上不會(huì)產(chǎn)生過高溫，所以只要其中氙氣沒用完就可以正常的發(fā)光，不易損壞。據(jù)一項(xiàng)研究顯示，就算品質(zhì)再高的鹵素?zé)襞荩瑝勖疃嘁簿褪?00 h，而一般的HID，壽命最少也有3 000 h，在正常用車情況下，HID可以用上5～6 a。HID不易損壞而且壽命長，滿足了對(duì)汽車照明節(jié)能的要求。

2008年，在美國和歐洲開始流行一種新型前霧燈，也是無汞疝氣燈的一種，它采用 24W 的光源，不僅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常簡單，只有2個(gè)零件，采用普通的PC(聚碳酸酯)材料，生產(chǎn)工藝難度降低，合格率提高，而且燈具材料成本低，安裝簡便，總成本大大降低。最為重要的，這款燈具產(chǎn)品的重量非常輕，比我們常見的產(chǎn)品要輕200 q。該產(chǎn)品的壽命是其他產(chǎn)品的3倍，對(duì)那些夜間開車時(shí)總是喜歡開前霧燈來輔助提高亮度的駕駛員來說是個(gè)非常好的選擇[2]。無汞疝氣燈是指用鋅等無害物質(zhì)來替代汞，使其更加環(huán)保[3]。無汞燈的最大好處是氙氣充氣氣壓提高到比含汞燈大1倍，并將啟動(dòng)電流增大到3.2 A，使燈的啟動(dòng)速度達(dá)到了快速的要求[4]，從而節(jié)約了能源?？梢钥闯?，疝氣燈既能提供高亮度保證安全，同時(shí)也是非常節(jié)能的產(chǎn)品，是目前和未來汽車照明系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用的車燈。

當(dāng)然，疝氣燈的應(yīng)用是需要一定條件的。由于疝氣燈對(duì)燈具的設(shè)計(jì)精度要求相對(duì)比較高，不能自行改裝，如果達(dá)不到配光要求會(huì)造成光污染，這就要求增大市場(chǎng)上疝氣燈原配車的數(shù)量，與此同時(shí)帶來的成本問題就是現(xiàn)在急需解決的問題。

1.2 LED燈

LED 是一種利用電子發(fā)光原理制成的半導(dǎo)體器件,它可直接將電能轉(zhuǎn)化為可變光，具有發(fā)光效率高、壽命長、耗電少、體積小等特點(diǎn)，被稱為21 世紀(jì)的“汽車綠色照明光源”[5]。從制造工藝上講，生產(chǎn)LED 光源所使用的材料不含重金屬，與其他光源相比發(fā)光效率可以提高20%以上。LED 的壽命很長，平均無故障工作時(shí)間為10 萬h，并且LED 屬于實(shí)心封裝的固體光源，其抗振動(dòng)性也是其他光源無法比擬的，從這些優(yōu)勢(shì)來看，LED無疑是節(jié)能環(huán)保的首選，正是由于這一點(diǎn)，LED燈在汽車內(nèi)飾照明中也得到了廣泛應(yīng)用，奧迪A8 可選裝的帶環(huán)境照明的照明套件就是這種應(yīng)用的典型的例子[6]。由于LED燈的節(jié)能性非常好，其還應(yīng)用于城軌車輛的照明系統(tǒng)中[7]。

LED 作為汽車照明光源不僅兼具環(huán)保性，更重要的是保證安全可靠性。例如2008年在奧迪研發(fā)的一種遠(yuǎn)光燈便能讓駕駛者在夜間行車時(shí)，不會(huì)因?yàn)闊艄膺^亮而使迎面而來的車輛司機(jī)暫時(shí)爆盲。通過改變燈光的分步，使這種技術(shù)得以實(shí)現(xiàn): 一套電子系統(tǒng)不停地對(duì)任何正在接近的車輛的距離進(jìn)行測(cè)試，以確保在不刺激到對(duì)面車輛駕駛者的同時(shí)，對(duì)前方道路進(jìn)行最理想的照明，比如，當(dāng)在城市中行駛時(shí)，內(nèi)飾燈光會(huì)更亮一些；而在鄉(xiāng)村道路上行駛時(shí)，燈光則會(huì)自動(dòng)變暗，以免影響車外的視野[8]。實(shí)現(xiàn)這種功用的車燈就是用LED燈制造的。

LED的安全性更主要的是體現(xiàn)在它的快速反應(yīng)能力方面，在真人實(shí)車試驗(yàn)中，同一個(gè)人在時(shí)速80 km的情況下開始剎車，觀看LED 燈會(huì)比白熾燈反應(yīng)速度快，提前4～5 m實(shí)現(xiàn)全車制動(dòng)。這種突出的快速反應(yīng)能力應(yīng)用在尾燈中，可以極大地提高駕駛者的安全[8]。

由于LED的成本問題，前些年這種燈只局限在像銳志、皇冠、凱迪拉克、速騰、榮威等中高檔轎車上，但發(fā)展到現(xiàn)在，很多中低檔車也應(yīng)用LED燈。

2010年，汽車制造商在一級(jí)方程式賽車上率先采用并欣然接受LED燈作為尾燈、剎車燈和白天行車燈[9]。由此，LED燈的安全性和節(jié)能性是顯而易見的。

LED燈發(fā)展的越來越快，但仍有需要改進(jìn)的地方。最大挑戰(zhàn)就是LED的自熱問題，這個(gè)問題如果得以解決，不但會(huì)是照明達(dá)到更好的效果，成本也會(huì)相應(yīng)降低。提高LED照射廣度，同時(shí)降低外界環(huán)境對(duì)其影響，相信這些方面是當(dāng)今和未來LED研究的重點(diǎn)，如果解決將大大促進(jìn)LED的發(fā)展。

1.3 光纖照明

光纖技術(shù)具有光電分離、降低能耗和綠色環(huán)保、安全可靠、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，目前也應(yīng)用在汽車照明系統(tǒng)中。在傳統(tǒng)的汽車照明系統(tǒng)中，光都是通過將電能轉(zhuǎn)換成光能直接得到的，光與電是分不開的。但電有一定的危險(xiǎn)性，所以很多場(chǎng)合都希望光與電分開，排除各種隱患，確保照明的安全性。而光纖照明正好可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，使光源與照明裝置成功分離，如此一來不僅便于汽車電器產(chǎn)品的模塊化研究，同時(shí)也易于產(chǎn)品的更換和維修[10]。目前，主要應(yīng)用于汽車前照燈和前霧燈上。光纖照明的這種光電分離的優(yōu)勢(shì)聯(lián)合其柔性傳輸，使其不僅應(yīng)用于汽車前照燈和前霧燈上，還可以運(yùn)用到汽車內(nèi)外飾上，為汽車提供大面積、高質(zhì)量的室內(nèi)外照明，從而大大提高了汽車的安全性、舒適性和新穎性。例如閱讀燈的多點(diǎn)照明、迎賓踏板的背景亮化、儀表盤的輪廓勾勒、車身內(nèi)部裝飾等[10]。

1.4 智能車燈

汽車的智能化促進(jìn)了汽車車燈的智能化，為了確保汽車照明的安全性，2008年奧迪就在努力創(chuàng)造一種能夠自行思考并提前做出反映的智能車燈[6]。飛利浦的有些汽車安裝了疝氣燈的車主呼叫系統(tǒng)，也是一種智能化照明系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能使疝氣燈發(fā)揮更大的安全優(yōu)勢(shì)[1]。2006年，奧迪研究了主動(dòng)式旋轉(zhuǎn)頭燈，使前燈光束形狀隨周圍環(huán)境的變化而變化。同時(shí)也已經(jīng)出現(xiàn)了一種智能化前照燈系統(tǒng)——?jiǎng)討B(tài)轉(zhuǎn)彎燈，它的特點(diǎn)是在不同的轉(zhuǎn)彎半徑下, 該前照燈能夠在水平±150°之內(nèi)擺動(dòng), 這使得轉(zhuǎn)彎時(shí)近光燈照亮區(qū)域幾乎擴(kuò)大了1倍,以幫助駕車者能夠更好更快地適應(yīng)彎道路況。當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑為 190 m時(shí),普通前照燈可以照亮前方彎道30 m左右處, 而動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎燈可以將照亮彎道區(qū)域再延長25 m左右。在激活遠(yuǎn)光燈功能時(shí), 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)彎燈同樣發(fā)揮作用[11]。

1.5 白天行車燈

白天行車燈簡稱DRL，是為白天行駛安全而照明的，這種燈明顯地降低了交通事故的發(fā)生數(shù)與傷亡率。在歐洲許多國家尤其是北歐的國家，DRL 是強(qiáng)制要求執(zhí)行的，加拿大及美國也要求執(zhí)行[12]。

1.6 前照燈技術(shù)

汽車照明系統(tǒng)中前照燈系統(tǒng)對(duì)汽車安全的影響最大，下面談幾種先進(jìn)的汽車前照燈技術(shù)。

1.6.1自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)

夜晚行車的人都有這樣的體會(huì)，在漆黑的夜晚，路上的視線死角遠(yuǎn)比白天多。特別是在沒有路燈又有許多彎道的路上，駕駛者的視線被限制在大燈光束照射的直線范圍內(nèi)，對(duì)于彎路中突然出現(xiàn)的人或物，多半也只能聽天由命。美國高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，夜晚發(fā)生交通事故的概率是白天的 1～1.5 倍，20%以上的致命交通事故發(fā)生在午夜至清晨六點(diǎn)，但這個(gè)時(shí)段的車流量僅占全天的2.4%。這項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不僅反映了黑夜為駕駛員帶來的危險(xiǎn)，行人同樣因汽車照明的欠缺而處于險(xiǎn)境之中[13]。為了改變這種情況，提高照明的安全性，一種自動(dòng)轉(zhuǎn)向前照燈應(yīng)運(yùn)而生。

汽車自動(dòng)轉(zhuǎn)向前照燈又叫自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)。它能夠根據(jù)汽車方向盤角度、橫擺角速度和車速，不斷對(duì)大燈進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，適應(yīng)當(dāng)前的轉(zhuǎn)向角，保持燈光方向與汽車的當(dāng)前行駛方向一致，以確保對(duì)前方道路提供最佳照明并對(duì)駕駛員提供最佳可見度，從而增強(qiáng)了黑暗中駕駛的安全性。在路面無(弱)燈或多彎道的路況中，擴(kuò)大駕駛員的視野，在對(duì)面來車時(shí)提前提醒駕駛。自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)中有一個(gè)很重要的部分——操作檢測(cè)系統(tǒng)，它是用來實(shí)現(xiàn)前照燈照明方向自動(dòng)調(diào)整所必須的。早在2006年，這項(xiàng)技術(shù)已有專利[14]。

1.6.2汽車前照燈自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)

在夜晚行車時(shí)，路況變化、裝載量的變化、制動(dòng)和加速控制等情況都會(huì)引起車身傾斜角度發(fā)生變化，進(jìn)而使近光燈的光束傾角發(fā)生變化，這樣很有可能會(huì)造成迎面來車的駕駛員視距喪失或者產(chǎn)生強(qiáng)烈眩目感，產(chǎn)生安全隱患。汽車前照燈自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)就是解決這個(gè)問題的一項(xiàng)技術(shù)。該系統(tǒng)工作時(shí)，會(huì)根據(jù)車輛負(fù)載的變化自動(dòng)調(diào)整HID前照燈的投射俯仰角度，確保其投射高度在合適的范圍內(nèi)，既達(dá)到良好的照明效果，又不會(huì)對(duì)迎面車輛的駕駛員造成眩目，有效地保障了行車的安全[15]。

為了保證夜間會(huì)車的安全,汽車前照燈必須具有正確的光束照射方位角。國標(biāo)GB 7258-2004機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行技術(shù)條件中規(guī)定:機(jī)動(dòng)車近光燈和左遠(yuǎn)光燈的光束水平照射方位角向左偏差不得大于58.4′,前照燈其余光束的水平照射方位角偏差不得大于2. 0°。前照燈光束照射方位角的檢測(cè)是汽車安全性能檢測(cè)的必檢項(xiàng)目之一，所以目前發(fā)展的汽車前照燈測(cè)量誤差修正系統(tǒng)[16]是必要而且重要的。這種技術(shù)可以大大保證光束照射方位角測(cè)量的準(zhǔn)確性，從而保證汽車行駛的安全性。

2 結(jié)語

在提倡安全節(jié)能的今天，汽車照明系統(tǒng)也到了安全節(jié)能的新時(shí)代，而且有了上述的發(fā)展。各種技術(shù)在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用使照明系統(tǒng)日益完善。當(dāng)然，考慮到成本問題以及技術(shù)的成熟度問題，還是要有很多改進(jìn)才能將這些技術(shù)普及到中低檔汽車以及貨車和客車上，而為社會(huì)帶來更大利處。比如降低LED車燈的成本、解決LED自熱問題、提高自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)的技術(shù)和智能車燈的完善等這些問題都是未來需要解決的問題。但汽車照明系統(tǒng)越來越先進(jìn)、越來越安全環(huán)保節(jié)能、越來越人性化這是毋庸置疑的，安全節(jié)能這個(gè)趨勢(shì)是其發(fā)展的必然。

[1] 朱則剛.汽車照明的安全屏障,飛利浦統(tǒng)領(lǐng)疝氣燈市場(chǎng)[J].城市車輛,2007, 11:50-53.

[2] 黃翀?chǎng)?汽車照明重中安全環(huán)保無汞疝氣燈將引領(lǐng)市場(chǎng)[N].中國電子報(bào), 2008-04-01(11).

[3] 周太明.道路照明和汽車照明用金屬鹵化物燈（上）[J].中國照明電器,2010, 3:7-10.

[4] 周太明.道路照明和汽車照明用金屬鹵化物燈（下）[J].中國照明電器, 2010,4:4-6,16.

[5] 焦玥.LED閃耀綠色環(huán)保之光[N].中國汽車報(bào),2007-1-29(B16).

[6] 黃震.LED車燈與奧迪的汽車設(shè)計(jì)（下）[N].當(dāng)代汽車報(bào),2008-12-17(22).

[7] 劉良軍,鐘碧羿.城軌車輛客室LED照明的特點(diǎn)及燈具設(shè)計(jì)選型分析[J].電力機(jī)車與城軌車輛,2010,33(2):55-57.

[8] 安勇龍.綠色環(huán)保：汽車照明新趨勢(shì)[N].中國電子報(bào),2006-9-5(C8).

[9] 徐俊培.取走黑暗——能使黑夜變白晝的汽車前燈[J].世界科學(xué),2010,2：18-19.

[10] 彭仁翔.光纖在汽車照明系統(tǒng)上的應(yīng)用研究[J].光源與照明,2010,1:35-38.

[11] 肖軍.現(xiàn)代汽車照明系統(tǒng)中的新技術(shù)[J].電子技術(shù),2006,7:25-29.

[12] 節(jié)能時(shí)代汽車照明新趨勢(shì)[N].消費(fèi)日?qǐng)?bào),2007-5-24(B2).

[13] 應(yīng)育周.自動(dòng)轉(zhuǎn)向前照燈將成新賣點(diǎn)[N].中國汽車報(bào),2007-1-15（B16）.

[14] OPERATION CHECKING METHOD FOR ADAPTIVE FRONT LIGHTING SYSTEM(P). US.2006/0161319 A1.Jul.20,2006.

[15] 馮香枝,張海濤,王文建,夏永峰.基于模型的汽車前照燈自動(dòng)調(diào)平控制系統(tǒng)[J].汽車電器,2010,4:10-12.

[16] 閔永軍,朱柳健,朱華勇,徐兆軍.汽車前照燈測(cè)量誤差修正系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,2.

New Energy-saving and Safe Technologies of Automobile Lighting

Xiu Lingling

(College of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China)

Automobile lighting system, including the external lighting and interior lighting, is of active role in automobile safety. New energy-saving and safe technologies of automobile lighting emerge due to therequirement of the energy-saving and environmental protection. The new technologies include high intensity discharge, LEDs,fiber lighting, intelligent lights, self-adaptive front lighting system and headlamps automatic leveling system. The development prospects of the new technologies are envisioned.

automobile lighting; safety; energy-saving