汽车前照灯的类型和使用方法

1.前照灯的基本要求

汽车前照灯的照明效果直接影响着夜间交通安全，世界各国交通管理部门多以法律的形式规定了前照灯的照明标准，其基本要求如下：

（1）前照灯应能保证车前有明亮而又均匀的照明，使驾驶员能够看清车前100 m 内路面上的物体。随着现代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应达到200～250 m。

（2）前照灯应防止炫目，以避免夜间两车相会时，使对方驾驶员炫目而造成交通事故。

2.前照灯的组成

前照灯由反射镜、配光镜和灯泡三部分组成，如图3-2所示。

（1）灯泡。

目前汽车前照灯的灯泡有充气灯泡、卤钨灯泡和新型高压放电氙灯等。

①充气灯泡。其灯丝用钨丝制成（钨的熔点高、发光强），但由于钨丝受热后会蒸发，故将缩短灯泡的使用寿命。制造时，要先从玻璃泡内抽出空气，再充以约86%的氩和14%的氮的混合惰性气体。在充气灯泡内，惰性气体受热后膨胀会产生较大的压力，可减少钨的蒸发，故能提高灯丝的温度，增强发光效率，从而延长灯泡的使用寿命。

为了缩小灯丝的尺寸，常把灯丝制成紧密的螺旋状，这对聚合平行光束是有利的。白炽灯泡的结构如图3-3（a）所示。

图3-2　前照灯的组成

1—配光镜；2—灯泡；3—反射镜；4—插座；5—接线盒；6—灯壳

图3-3　前照灯的灯泡

（a）白炽灯泡；（b）卤钨灯泡
1—配光屏；2—近光灯丝；3—远光灯丝；4—灯壳；5—定焦盘；6—灯头；7—插片

②卤钨灯泡。虽然白炽灯泡的灯丝周围抽成真空并充满了惰性气体，但是灯丝的钨仍然会蒸发，使灯丝损耗。而蒸发出来的钨沉积在灯泡上，将使灯泡发黑。卤钨灯泡则是在灯泡所充惰性气体中渗入某种卤族元素，其结构如图3-3（b）所示。卤族元素（简称卤素）是指碘、溴、氯、氟等元素。

卤钨灯泡是利用卤钨再生循环反应的原理制成的。卤钨再生循环的基本过程是：从灯丝上蒸发出来的气态钨与卤素反应生成一种挥发性的卤化钨，它扩散到灯丝附近的高温区受热分解，使钨重新回到灯丝上，被释放出来的卤素继续扩散参与下一次循环反应，如此周而复始地循环下去，从而防止了钨的蒸发和灯泡的黑化现象。

卤钨灯泡尺寸小，灯泡壳用耐高温、机械强度较高的石英玻璃或硬玻璃制成，并充入压力较高的惰性气体，因工作温度高，灯内的工作气压将比其他灯泡大很多，故钨的蒸发受到更为有力的抑制。在相同功率下，卤钨灯的亮度为白炽灯的1.5 倍，寿命长2～3 倍。

现在使用的卤素一般为碘或溴，称为碘钨灯泡或溴钨灯泡。我国目前生产的是溴钨灯泡。

③高压放电氙灯。高压放电氙灯由弧光灯组件、电子控制器、升压器三部分组成。图3-4所示为高压放电氙灯的外形及原理示意图。

图3-4　高压放电氙灯外形及原理示意图

1—外引线；2—外部灯泡；3—电极；4—陶瓷管；5—引线；6—点火器；7—控制器；8—点火器气体；9—金属卤化物；10—汞；11—电极（钨）；12—弧光灯

高压放电氙灯灯泡发光和日光灯非常相似，亮度是卤钨灯泡的3 倍左右，使用寿命是卤钨灯泡的5 倍。高压放电氙灯克服了传统灯泡的缺陷，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元素（或金属卤化物）。在电极上加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，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。

（2）反射镜。

反射镜的作用是最大限度地将灯泡发出的光线聚合成强光束，以增大照射距离。

前照灯灯泡灯丝发出的光度有限，功率仅为40～60 W。如无反射镜，则只能照清汽车灯前6 m左右的路面；而有了反射镜之后，前照灯照射的距离可达150 m 或更远。

如图3-5所示，反射镜一般呈抛物面状，内表面镀铬、铝或银，然后抛光，目前多采用真空镀铝。

图3-5　半封闭式前照灯的反射镜

如图3-6所示，灯丝位于焦点F 上，其大部分光线经反射后成为平行光束射向远方，光度增强几百倍，甚至上千倍，达20 000～40 000 cd以上，从而将车前150 m，甚至400 m 内的路面照得足够清楚。

（3）配光镜。

配光镜又称为散光玻璃，是很多块特殊棱镜和透镜的组合，装于反射镜之前，其作用是将反射镜反射出的平行光束进行折射，使车前路面和路缘都有良好而均匀的照明，如图3-7所示。近年来已开始使用塑料配光镜，其特点是质量轻且耐冲击性能好。

图3-6　反射镜的聚光作用

图3-7　配光镜的作用

3-2　配光镜水平部分的散射作用

3-3　配光镜垂直部分的折射作用

3.前照灯的防炫目措施

前照灯能明亮而均匀地照清车前150 m，甚至400 m 以内的路面，保证了车辆的夜间行驶，但前照灯射出的强光会使迎面来车的驾驶员炫目。所谓炫目，是指人的眼睛突然被强光照射时，由于视神经受刺激而失去对眼睛的控制，本能地闭上眼睛，或只能看到亮光而看不见暗处物体的生理现象。

夜间会车时，前照灯造成迎面驾驶员炫目容易引发交通事故。为了避免前照灯的炫目作用，在汽车上一般采用双丝灯泡的前照灯，灯泡的一根灯丝为“远光”，另一根为“近光”。当夜间行驶无迎面来车时，可使用远光灯丝，使前照灯光束射向远方，以便于提高车速。当两车相遇时，使用近光灯丝，使光束倾向路面，车前50 m 内的路面也照得十分清晰，从而避免使迎面来车驾驶员炫目。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，改用防炫目近光灯。

国内外生产的双丝灯泡的前照灯，按近光的配光不同，分为对称形和非对称形两种配光形式。

（1）对称形配光。

远光灯丝功率较大（45～60 W），位于反射镜的焦点位置，射出的光线远而亮；近光灯丝功率较小（22～55 W），位于反射镜焦点的上方并稍向右偏斜，由于其光线弱，且经反射镜反射后光线大部分向下倾斜，故而减少了对迎面来车驾驶员的炫目作用，如图3-8所示。

（2）非对称形配光。

远光灯丝位于反射镜的焦点处，近光灯丝则位于焦点前方且稍高出光学轴线，其下方装有金属遮光罩，如图3-9所示。

由于近光灯丝射向反射镜上部的光线反射后倾向路面，而遮光罩挡住了灯丝射向反射镜下半部的光线，故没有向上反射能引起炫目的光线。

图3-8　双丝灯泡的远、近光束

（a）远光灯；（b）近光灯
1—近光灯丝；2—远光灯丝

图3-9　带遮光罩的前照灯灯泡

1—近光灯丝；2—遮光罩；3—远光灯丝

遮光罩在安装时偏转一定的角度，使其近光的光形分布不对称而形成一条明显的明暗截止线。若明暗截止线呈Z 形，则称为Z 形配光。Z 形配光不仅可以避免迎面来车的驾驶员的炫目，还可以防止迎面而来的行人和非机动车使用者的炫目，保证了汽车夜间行驶的安全。前照灯的各种配光形式如图3-10所示。

4.前照灯的分类

前照灯可分为可拆式、半封闭式、封闭式、投射式、高压放电氙灯等类型。

氙灯是一种含有氙气的新型前照灯，又称高强度放电灯或气体放电灯。其结构如图3-11所示，由小型石英灯泡、变压器和电子单元组成。灯泡的玻璃用坚硬的耐高温、高压的石英玻璃（二氧化硅）做成，灯内充入高压氙气，缩短灯被点亮的时间。灯的发光颜色由充入灯泡内的氙气、水银蒸气和少量金属卤化物决定。

电子控制器系统是一个独立的系统，包括变压器和电子控制单元，具有产生点火电压和工作电压两种功能。变压器的作用是将低电压变为高电压输出，而电子控制单元的作用主要是限制氙灯灯泡的工作电流，向灯泡提供20 000V 以上的点火电压和维持工作的低电压（80 V左右）。

图3-10　前照灯的配光形式

（a）对称形；（b）非对称形；（c）Z 形非对称形

图3-11　氙灯的结构

1—总成；2—透镜；3—氙灯；4—引燃及稳弧部件；5—遮光灯

接通电源后，通过变压器，蓄电池电压几微秒内升高到20 000V 以上，以脉冲形式加在石英灯泡内的金属电极之间，激励灯泡内的物质（氙气、少量的水银蒸气、金属卤化物）在电弧中电离产生光亮。由于高温导致碰撞激发，并随压力升高使线光谱变宽形成带光谱。在开关接通的一瞬间，氙灯即产生与55 W 卤素灯一样的亮度，约3 s 达到全部光通量。

3-4　从蜡烛到LED

5.前照灯控制电路

（1）组成。

前照灯控制电路主要由灯光开关、变光开关、前照灯继电器及前照灯组成。

①灯光开关。

灯光开关的形式有拉钮式、旋转式和组合式等，现代汽车上应用较多的是将前照灯、尾灯、转向灯、变光灯及开关灯制成一体的组合式开关，如图3-12所示。

图3-12　组合式开关

3-5　汽车照明系统的组合开关灯光操作

转动开关端部便可依次接通尾灯（包括位灯）和前照灯，将组合开关向车头方向推，便由近光变为远光；将组合开关拉向自己使其回原位，即将远光变为近光。要让远光灯闪烁，则将组合开关操纵杆拉向自己，并松开，在手松开后，操纵杆将回复原位。根据转向灯指示符号操作，上、下扳动开关，可使左右转向灯工作，向上扳右转向灯工作，向下扳左转向灯工作。

②前照灯继电器。

前照灯的工作电流较大，特别是四灯制前照灯。若用车灯开关直接控制前照灯，车灯开关易烧坏，因此在电路中设有灯光继电器。图3-13所示为触点为常开式的前照灯继电器的结构和引线端子，端子SW 与前照灯开关相连，端子E 接地，端子B 与电源相连，端子L 与变光开关相连。当接通前照灯开关后，继电器铁芯通电，触点闭合，通过变光开关向前照灯供电。

图3-13　前照灯继电器

（2）工作过程。

现代汽车前照灯的控制电路分为继电器控制式和电子控制式两类。

①继电器控制式前照灯控制电路。

继电器控制式是目前车用前照灯最典型、应用最广泛的控制方式。

卸荷是指用灯开关控制继电器线圈电路，再用继电器常开触点控制前照灯的电源电路。

单组继电器控制方式的车型有EQ1092、CA1092 等，其基本电路如图3-14所示。电路特点是：灯开关串联在电源与继电器之间，继电器控制变光开关的电源电路。

图3-14　单组继电器控制式前照灯电路

组合继电器控制式前照灯电路如图3-15所示。电路特点是：前照灯电源直接由蓄电池供给，灯开关（用于分别控制组合继电器两组线圈电路）串联在电源与组合继电器之间，组合继电器控制前照灯电路的搭铁。其中继电器Ⅰ控制前照灯远光电路的搭铁，继电器Ⅱ控制前照灯近光电路的搭铁。

图3-15　组合继电器控制式前照灯电路

②电子控制式前照灯电路。

电子控制式前照灯电路能对前照灯的远光与近光进行自动控制。根据所需实现的功能，其电子控制方式有：前照灯会车自动变光器、前照灯光强度自动减弱器、前照灯关闭自动延时器等。在现代汽车中，广泛采用前照灯会车自动变光器。

a.前照灯会车自动变光器。

前照灯会车自动变光器是一种在夜间行车且在本车与对面来车交会过程中，能自动将前照灯的远光变为近光，或由近光变为远光的电子控制装置。根据接收光敏器件不同，分为具有光敏电阻的自动变光器电路、具有光敏二极管的自动变光器电路和具有光敏三极管的自动变光器电路三类。

图3-16所示为具有光敏二极管的前照灯自动变光器电路，该装置仍保留有原脚踏式机械变光开关。该电路的特点是：汽车夜间行驶至两车会车相距150 ～200 m 时，前照灯能自动由远光切换到近光，待会车之后又能自动恢复到远光，从而有效地避免了驾驶员用脚反复踏踩变光开关；电路性能稳定可靠、体积小、灵敏度高，并设有手动与自动变光两套独立的控制装置。

图3-16　具有光敏二极管的前照灯自动变光器电路

b.自动点亮系统。

图3-17所示为前照灯自动点亮系统的控制电路。当前照灯开关位于“AUTO”位置时，由安装在仪表板上方的光传感器检测周围的光线强度自动控制前照灯点亮。其工作过程如下：

车门在关闭状态下，点火开关处于“ON”状态时，触发器控制三极管VT1 导通，为灯光自动控制器提供电源。

当周围环境的亮度比夜幕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 （约200 lx）更亮时，夜幕检测电路与夜间检测电路都输出低电平，三极管VT2 和VT3截止，所有灯都不工作。

当周围环境的亮度比夜幕检测电路的点灯照度L1 （约130 lx）暗时，夜幕检测电路输出高电平，使VT2 导通，点亮尾灯。当变成更暗的状态，达到夜间点灯电路的点灯照度L3（约50 lx）以下时，夜间检测电路输出高电平，此时，延迟电路也输出高电压，使三极管VT3 导通，前照灯继电器动作，点亮前照灯。

在前照灯点亮时，由于路灯等原因使得周围环境变为明亮的情况下，夜幕检测电路的输出变为低电平。但在延迟电路的作用下，在时间T 期间，VT3 仍保持导通状态，前照灯不熄灭。在周围的亮度比夜幕检测电路的熄灯照度L2 更亮的情况下（如白天汽车从隧道驶出来），夜幕检测电路输出低电平，并解除延迟电路，尾灯和前照灯都立即熄灭。

点火开关断开，触发器S 端子断电处于低电平。但触发器由＋U 供电，VT2 仍处于导通状态，由于触发器R 端子上也是低电平，故不能改变触发器输出端Q 的状态。在此状态下打开车门时，触发器R 端子上就变成高电平，Q 端子的输出会反转成为高电平，向电路供应电源的三极管VT1 截止，VT2 及VT3 也截止，所有灯都熄灭。

c.前照灯光束调整控制。

当车辆的载荷发生变化时，前照灯光束的照射位置随之发生变化，因而不能适当地照亮前方路面。前照灯光束调整机构由执行器、调整螺钉及枢轴组成，如图3-18所示。

执行器由电动机和齿轮机构组成，在进行光束调整时，执行器驱动调整螺钉正反向旋转，使调整螺钉左右移动并带动前照灯以枢轴为中心摆动，实现前照灯光束的调整。

图3-17　前照灯自动点亮系统的控制电路

图3-18　前照灯光束调整机构

1—透镜；2—前照灯部分；3—枢轴管；4—枢轴；5—执行器；6—调整螺钉

3-6　前照灯光束调整的控制电路及工作过程

3-7　奔驰先进的夜视系统