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第五章照明与信号系统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五章照明与信号系统第一节照明系统一、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40~60W。第五章照明与信号系统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,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。第五章照明与信号系统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。第五章照明与信号系统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。各灯光设备的安装位置见图5.1。第五章照明与信号系统图5.1灯光设备的安装位置(a)外部灯光设备;(b)内部灯光设备第五章照明与信号系统除前照灯(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。第五章照明与信号系统图5.2白炽灯泡的种类(a)圆锥形、球形灯泡;(b)柱形灯泡;(c)楔形灯泡第五章照明与信号系统图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)楔形灯泡的拆装第五章照明与信号系统二、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100m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200~250m。(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。第五章照明与信号系统2.前照灯的种类前照灯按反射镜的结构型式可分为可拆卸式、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。第五章照明与信号系统图5.4半封闭式前照灯第五章照明与信号系统图5.5半封闭式前照灯灯泡的更换第五章照明与信号系统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。第五章照明与信号系统图5.6全封闭式前照灯第五章照明与信号系统图5.7封闭式前照灯的更换第五章照明与信号系统3)投射式前照灯投射式前照灯装有很厚的无刻纹的凸形配光镜,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。第五章照明与信号系统图5.8投射式前照灯的结构第五章照明与信号系统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(20kV)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。第五章照明与信号系统图5.9前照灯灯泡的结构(a)普通灯泡;(b)卤钨灯泡第五章照明与信号系统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。第五章照明与信号系统图5.10高压放电氙灯的外形及原理示意图(a)外形;(b)原理示意图第五章照明与信号系统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,灯丝的绝大部分光线向后射在立体角ω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100~150m处的路面照得足够清楚。从灯丝射出的位于4-ω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5~10m的路面和路缘。第五章照明与信号系统图5.11反射镜反射灯泡光线的作用第五章照明与信号系统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。第五章照明与信号系统图5.12配光镜(a)方形;(b)圆形第五章照明与信号系统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。第五章照明与信号系统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。第五章照明与信号系统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第五章照明与信号系统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150m以外互闭远光灯,改用防眩目近光灯。第五章照明与信号系统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构,一根为远光灯丝,另一根为近光灯丝。远光灯丝功率较大(45~60W),位于反射镜焦点;近光灯丝功率较小(22~55W),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。第五章照明与信号系统图5.14对称式配光前照灯工作情况(a)远光平射;(b)近光倾下方第五章照明与信号系统3)加装配光屏对称式配光的另一种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。第五章照明与信号系统1—近光灯丝;2—配光屏;3—远光灯丝图5.15具有配光屏的双灯丝灯泡的工作情况第五章照明与信号系统图5.16前照灯配光光形(a)对称形;(b) E形非对称形;(c) Z形非对称形第五章照明与信号系统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)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。第五章照明与信号系统图5.17Z形非对称配光第五章照明与信号系统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。第五章照明与信号系统图5.18三插片式双丝灯泡第五章照明与信号系统6.前照灯
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