车灯的演变

　　1885 年德国卡尔.本茨制造出世界上第一辆原型汽车――机动三轮车，把马车使用的灯具转移到汽车上来。随着汽车的发展，车灯也在同步发展。按照光源分类，车灯的演变大体上经过以下几个阶段：

　　油灯、蜡烛

　　最初前照灯和尾灯使用的光源是煤油灯或蜡烛，配上一个抛物面反射镜。但其发光强度太低，不足以照亮前方路面的要求。

　　乙炔灯

　　1905 年乙炔灯开始在车灯中使用。虽然当时已经出现了白炽灯，但由于它的抗振性能不好，发光强度远低于乙炔灯火焰的发光强度;另一个原因是当时汽车上没有发电机和蓄电池;这一时期乙炔灯是汽车灯的主要光源，一直延续到 1912 年。

　　电光源车灯

　　1913 年以后,使用白炽灯泡的车灯才在汽车全面使用。这得力于 1913 年发明的充惰性气体的白炽灯泡和 1912 年发明的电启动发动机和相应的电气系统，1925 年电启动发动机和相应的电气系统成为汽车的必装件后，汽车灯的光源也就全部换成白炽灯,其光效率为 15lm/W～18lm/W，在国际上该光源一直使用到 20 世纪 50 年代，在中国则使用至 1990 年。

　　卤素灯

　　它是一种电光源灯，是白炽灯的改进型，1960年被开发出来。由于其发光效率可以达到22lm/W～25lm/W，比白炽灯高近一倍，同时使用寿命大幅提高，很快在前照灯中广泛使用，前照灯系统的性能也得到显着改善。目前，使用的卤素灯泡主要有 H1、H3、H4、H7、HB3、HB4 等，其中 H1、H4 和H7 主要在前照灯中使用，H1、H3 主要在前雾灯中使用，HB3、HB4是美国标准的前照灯灯泡。正在开发中的卤素灯泡还有 H8、 H9、 H11和 H13 等，它们的特点是灯丝直径和灯丝长度均缩短，发光效率提高，热辐射较少，有利于提高卤素前照灯的亮度和减少灯具尺寸。

　　气体放电灯

　　气体放电灯简称 HID，利用高压电击穿灯泡中的惰性气体发光。目前有 D1S、D1R、D2S和 D2R 四种型号，其功率为 35W，光通量为 2800～3200lm，发光效率为 80～91lm/W;工作电压 85V，启动电压 30kV，使用寿命可以达到 3000 小时。其灯光颜色接近日光;近车点照度低减少司机炫目效应，特别是在地面潮湿条件下;照度高，利于及时识别障碍，照明范围大，亮区更亮;光输出稳定、 节能(35W，85kV);缺点是工作电压高，需要电压提升系统。首次在批量生产中使用 HID灯泡的前照灯是奔驰 E级车的自由曲面反射镜前照灯，随后应用于透镜组形式的前照灯上是宝马 5 系列车，现在，也应用到戴姆勒-克莱斯勒、宝马、奥迪、大众、丰田、本田、通用、福特等车厂所生产的车型。

　　固体光源

　　在固体光源中，以 LED为代表。以前 LED 只在信号灯中使用，但随着科技的发展，LED 也将在前照灯中应用。使用白色 LED 可以提高整车设计的自由度，使用 LED 为光源可以大大减少前照灯的厚度，特别适用于紧凑型轿车和侧面照明系统(转弯时，照明系统可根据方向盘的方向转动)。目前，制约 LED 在前照灯中使用的因素有：a)白色 LED的形状、电压等的标准尚未确定;b)白色 LED 的发光效率较低，只有 20lm/W～30lm/W;相反，发热量极高，必须采取散热措施。C)能够提供高功率白色 LED的厂商只有少数几家，没有大批量生产。不过，LED 前照灯的体积较薄和具有独特的多点照明功能，这将使之成为紧凑型轿车前照灯的一个发展趋势，目前日产、本田、丰田等日本汽车厂商及戴姆勒-克莱斯勒公司设计的一些紧凑型轿车概念车也装备了 LED 前照灯。

　　前照灯的光学系统

　　前照灯的光学系统可以分为反射型和透射型。反射型前照灯的发射镜又可以分为单抛物面反射镜、多抛物面反射镜和自由面反射镜。

　　单抛物面反射镜

　　这是最简单的一种类型，灯泡位于抛物面的焦点上，灯泡发出的光线经抛物面变成平行光;再经过配光镜的偏转散射作用，来满足法规的要求，达到既照亮路面，又防眩目的作用。使用这类前照灯的车型有北京 212 吉普、解放 141 等。反射镜使用的材料主要为金属薄板、玻璃等，配光镜为带配光花纹玻璃制件。

　　多抛物面反射镜

　　这是在单抛物面反射镜基础上发展出来的一种类型，其反射面由多个不同焦距的抛物面组成，与单抛物面反射镜相比能够提高光源的利用率，改善路面的照明状况。使用这类前照灯的车型如 Jetta A2 等。反射镜的材料主要是金属薄板和 BMC(热固塑料)，配光镜仍然是带配光花纹玻璃制件。

　　自由面反射镜

　　这是计算机辅助设计系统的产物，它可以通过计算机系统将光源发出的光转到指定的区域，不用配光镜的 2 次配光，也能达到法规的要求并防止眩目;可以使用无花纹的配光镜。目前，大部分车型都是用该类反射镜的前照灯，如 Bora A4、Passat B5 等。由于受到金属材料成型，以及后处理的限制，目前反射镜的材料只能是 BMC，今后随着新材料的发展，BMC 材料将逐渐被热塑材料取代。BMC 材料在环保方面存在最大问题，由于固化后的 BMC 材料化学性能非常稳定，不能回用，废料处理的问题成为 BMC 材料应用的最大障碍;国外的经验是用其粉碎料修公路，但加入量不能超过 2%。目前，热塑材料还没有在前照灯反射镜中大量使用，其主要原因是材料的耐热问题和在高温高频振动条件下的稳定性问题。德国 Hella 已经在Golf 车的前照灯反射镜进行了小量应用，但要广泛采用还需一段时间。

　　透射型前照灯

　　这是使用了透镜组的前照灯。透镜组由灯泡、反射镜、遮光片、透镜组成，简称 DE。1984年德国 Hella 公司首次批量生产该类型前照灯，用于 VW GOLF I;随后德国、法国等欧洲公司又相继开发出具有远、近光功能的透镜组件，并在 Audi A6、Audi A4等轿车中应用。最近，他们又在远近光透镜组的基础上开发了具有全新意义的新型前照灯，也就是现在所指的多功能前照灯系统。

　　前灯的发展趋势

　　PC 面罩和 BMC 反射镜的广泛使用为前灯增加了新功能，原来分散的单一功能的各种灯具，得以组合。现代的前灯包括前照灯(分为远光灯、近光灯)、雾灯、前转向灯、前位置灯等;但也可不包括雾灯或转向灯，这要根据整车的造形而定。从技术上说，装在汽车前部的灯都可以组合在一起。前灯的发展趋势可以从以下几个方面来看。

　　外观

　　随着新技术、新材料以及计算机辅助设计的广泛应用，灯具在满足法规的基础上，其造型更加随意;整车的造型设计师可以有更大的自由度。以前，前灯的外形不是圆形就是方形，多数情况下一只灯只有一种功能。自从 PC 面罩应用到前灯中，前灯才发生了多种变化，现在生产的前灯几乎已经没有正方或正圆的形状，几乎全部是符合整体造型的异性前灯。以前，一些汽车公司为了减少空气阻力和达到外形效果，采用隐形前灯，如保时捷跑车等;但随着新材料和新技术的应用，隐形前灯已经成为过时产品。现代汽车的前灯能完全符合汽车的整体造型，具有相同的流线，大大体高整车的外观效果，甚至成为汽车厂商个性化的标志，是汽车上的一个亮丽的装饰物，也是区分不同车形的重要标志。

　　亮度

　　前灯的主要功能是照亮路面、防止对方眩目，保证行车安全。在提高亮度和扩大照明范围方面有不同的方法：

　　一种是提高光源的发光效率。从 1913 年的白炽灯泡到 20 世纪90 年的气体放电灯泡，发光强度从白炽灯的 15～18lm/W 到卤素灯的 22～25lm/W 到气体放电灯的 80～91lm/W;已经有了长足的发展。(注：提高灯泡的功率，不是解决亮度的方法。100W的灯泡固然比 55W 的标准灯泡亮，但是，它将产生大量的热量，可能损毁反射镜等灯具部件，同时由于其消耗的电功率远远大于标准灯泡，因此整车的保险、电缆有被烧毁的危险，并引发火灾。灯具生产厂和整车生产厂的所有保证是完全无效的。因此，禁止在公路上使用 100W或 100W 以上的灯泡;此类灯泡仅在赛车比赛时被使用。)随着生产技术的日益成熟、价格的下降、升压系统体积的减小，气体放电灯已经逐步在中小型轿车应用上。今后，它将广泛使用在轿车、载重车、客车等各类汽车中。HID 是汽车光源发展的一个方向。另外，科技的不断发展、高发光率白色 LED的不断完善，LED 也将是汽车前灯光源发展的另一个方向。

　　第二种是提高光源的利用率。目前抛物面反射镜的利用率不到 30%，自由曲面反射镜约为45%，透镜组的利用率达到约 50%。在反射镜的光损耗中有 30～45%的光线没有照射到反射镜上，另有 15～25%的光线被遮挡;透镜组中也有 20%左右的光线被遮挡。各国的车灯厂都花了很大的力气研究减少光损失。在反射镜型前灯中，日本的一些灯厂将遮光罩做成反光型，将原先不能照射到反射镜上的光线和被遮挡的光线重新反射到反射镜上;德国的工厂则在充分发挥其在自由曲面上的设计优势，逐渐取消遮光罩，来提高光线的利用率。在透镜型的前灯中，日本采用多透镜，德国则增加透镜直径;无论是那种方法，其目的是相同的，都是增加光线的通过面积。

　　第三种是功能方面。未来几年，前灯的功能将向多功能化和智能化发展。德国公司最近研制开发的一种多功能前灯，突破了传统前灯近光、远光的划分，将灯光按照不同的用途分为城市照明、乡村照明(包含转弯照明)、高速公路照明、高亮度照明和白天行驶照明。

　　城市街道的路灯照明条件比较好，车辆行驶的速度较低，道路两旁的车辆和人员较多，对前灯照明的要求是防眩目、大宽度、短距离、区域内光强高，使驾驶员容易观察到车辆两侧及前方情况。

　　乡村照明在小城镇或照明条件较差的街道上使用，它的光分布与通常情况下的近光灯相似。由于道路的照明条件差，又有弯路和交叉路口，故有转弯照明功能，在转弯时，光区会提前照射到将要转向的方向，并有左右侧行驶之分。

　　高速公路照明在高速公路上使用。由于高速公路上没有行人，全部是单向车道，不存在使对方眩目的问题。光分布接近于通常情况下的远光灯，但其照射距离一般在 150m 以内，这是由于高速公路的行驶速度通常在 100～150km/h;按照欧洲的法规要求，此时的车距应该在100～150m;为了不使前车的驾驶员感到不舒服，将照射距离一般在 150m 以内。

　　高光照明状态将全部光线都投到路面上，充分发挥光源的效能。主要用于没有照明、车辆极少的野外行车。

　　白天行驶照明是在欧洲最新法规的基础上开发出来的一种前灯形式，用于白天行驶时使用，没有配光的要求。

　　智能化的前灯的基础是多功能前灯，附加了控制系统、清洗系统、近红外线探测系统等，可根据各种传感器探测得来的道路情况、天气情况和本车灯的状态(如车速、负载等)等信息，调节整灯的工作状态，及时清洗灯具，保持最佳的照明效果。被动式近红外线探测系统的使用，彻底解决夜间和恶劣气候条件下的道路探测问题，保证行车的安全。