如何實(shí)現(xiàn)汽車(chē)前照燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)？有什么解決方案？

自21世紀(jì)初以來(lái)，汽車(chē)照明應(yīng)用在數(shù)量、種類(lèi)和復(fù)雜性方面都有所增長(zhǎng)，大功率LED的出現(xiàn)加速了這一趨勢(shì)。從前照燈到儀表盤(pán)照明裝置和車(chē)牌燈，汽車(chē)照明對(duì)車(chē)輛功能、風(fēng)格、安全性和舒適性都至關(guān)重要。

每輛車(chē)的具體要求不同，造型各有不同且很復(fù)雜， 外加各地法規(guī)也不同，車(chē)輛照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程也因此極為復(fù)雜。因此，開(kāi)發(fā)者們更加依賴(lài)汽車(chē)照明設(shè)計(jì)軟件來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新。在整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，高端仿真軟件起著十分重要的作用，從驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性的光學(xué)概念到得出完整、高度精練且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)者都通過(guò)軟件進(jìn)行創(chuàng)建、仿真和驗(yàn)證光學(xué)模型。除了獲得表征光學(xué)性能的各種測(cè)光數(shù)據(jù)外，開(kāi)發(fā)者們還使用逼真的圖像來(lái)準(zhǔn)確模擬車(chē)輛燈光在現(xiàn)實(shí)生活中的樣子。所有這些任務(wù)都可以在軟件中以虛擬的方式完成，從而降低建立物理原型所耗費(fèi)的時(shí)間和成本。

在本文中，我們將進(jìn)一步介紹汽車(chē)照明的類(lèi)型和功能、光學(xué)建模和仿真的重要性、車(chē)內(nèi)照明和車(chē)外照明的不同規(guī)格，以及新思科技光學(xué)解決方案系列將如何有效幫助開(kāi)發(fā)者。

一個(gè)高品質(zhì)氙氣燈泡是這樣誕生的

我們走進(jìn)國(guó)內(nèi)一家氙氣燈的生產(chǎn)制造工廠——巖崎照明，來(lái)了解一下如何歷經(jīng)十幾道精密工藝的鍛造，才能最終生產(chǎn)出一支合格的高品質(zhì)氙氣燈。我們看到，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)愈來(lái)愈注重這種精益求精、追求極限的精神，不斷趕超飛利浦等國(guó)際品牌，甚至在產(chǎn)品質(zhì)量及性能方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了部分超越。巖崎燈泡的線(xiàn)束分離設(shè)計(jì)，不會(huì)因?yàn)楦邷厝诨瘜?dǎo)致燈泡焦點(diǎn)的微小偏移，使得在高溫下長(zhǎng)期工作的燈泡焦距更加穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)海藍(lán)星安定器自從2007年已經(jīng)為飛利浦OEM生產(chǎn)，憑借低于千分之五的不良率和三年免費(fèi)保修的承諾贏得了消費(fèi)者的認(rèn)可。世界格局在改變，我們真心希望國(guó)產(chǎn)品牌抓住機(jī)遇，不單單滿(mǎn)足于代工生產(chǎn)，早日實(shí)現(xiàn)自主品牌成長(zhǎng)和國(guó)際化。

1.原材料的檢測(cè)

奧地利釷鎢電極的導(dǎo)電性能檢測(cè)。超高純度硅玻璃燈管內(nèi)外管徑的測(cè)量，都是在極力保障每一只氙氣燈的高品質(zhì)

2.菱形玻璃內(nèi)球泡殼制作

獨(dú)特的菱形玻璃內(nèi)球泡殼這一設(shè)計(jì)，增加了發(fā)光部位的管壁厚度，提高了燈管的耐高溫下和避免了電弧閃動(dòng)，發(fā)光形更加穩(wěn)定，有效防止炫目

3.菱形球泡誤差檢測(cè)

制作好的菱形球泡，還需要在高倍顯微鏡下，接受泡體管徑檢測(cè)，確保光形效果達(dá)到理想狀態(tài)

4.精準(zhǔn)電極定位

氙氣燈對(duì)電極的定位要求極高，電極間的距離需要精細(xì)到0.1毫米，高精度的電極定位，才能保證更好地導(dǎo)電性和電壓穩(wěn)定性

5.可視化無(wú)塵真空處理

進(jìn)入到這一工序的半成品，將在高真空箱中進(jìn)行排空、放置藥丸等工序

6.極致低溫凝縮工序

通過(guò)零下196度的極致低溫，凝縮內(nèi)管中的氙氣，保障球泡內(nèi)凝聚足夠高濃度的氙氣。

7.出廠前測(cè)試

不同燈型安裝不同的底座之后，每一顆燈泡都要經(jīng)受出廠前嚴(yán)格的燈光測(cè)試

兩手都要硬的“燈廠”——奧迪

擁有一雙復(fù)雜而精致的大燈已成為奧迪車(chē)非常顯著的特征，更有國(guó)內(nèi)網(wǎng)友戲稱(chēng)奧迪為“燈廠”，可見(jiàn)奧迪在車(chē)燈技術(shù)方面走在各大整車(chē)廠前列。激光大燈較之寶馬，奧迪也一點(diǎn)不弱，車(chē)型跟進(jìn)很快，最先是奧迪SportQuattro概念車(chē)，而后有了第一部量產(chǎn)車(chē)——奧迪R8LMX，如今全新奧迪R8也公布將會(huì)裝備激光大燈。在LED大燈方面，奧迪已經(jīng)有10余年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，旗下的A3、A6、A7Sportback都裝備了LED燈組。前不久，奧迪將這一技術(shù)更上一層樓，發(fā)布了全新的矩陣式LED大燈光源技術(shù)，并首先搭載到改款A(yù)8和S8上。

奧迪R8LMX激光大燈

奧迪A8帶無(wú)炫目遠(yuǎn)光燈的LED矩陣式大燈

單從賣(mài)相上看，這種全新的矩陣式LED大燈那是相當(dāng)超前。它能夠動(dòng)態(tài)管理矩陣中LED燈管。比如它可以根據(jù)光源傳感器偵測(cè)到的數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整矩陣中的LED光源，從而避免燈光直射前方的車(chē)輛或者行人，讓行車(chē)更加安全。而且，這種矩陣式LED大燈還專(zhuān)門(mén)設(shè)置對(duì)行人的保護(hù)。當(dāng)夜視輔助攝像頭偵測(cè)到前方行人或動(dòng)物時(shí)，“保護(hù)”燈組便會(huì)自動(dòng)發(fā)出三次光線(xiàn)頻閃以警示駕駛員和行人潛在的危險(xiǎn)，降低夜間意外發(fā)生的概率。這種閃爍十分人性化，并不會(huì)晃到人眼，只照到頭部以下的地方。

LED大燈執(zhí)著者——奔馳

奔馳S65AMGCoupe上裝備的施華洛世奇水晶LED大燈相當(dāng)奢華

盡管寶馬和奧迪爭(zhēng)前恐后的推出自家裝備激光大燈的車(chē)型，但奔馳對(duì)于激光大燈卻一直不屑一顧，奔馳的高層甚至直接表示暫時(shí)不需要激光大燈這種“噱頭”技術(shù)。奔馳多年以來(lái)一直專(zhuān)注于LED大燈，從集成部分LED光源到全LED，樂(lè)此不疲。如此癡迷于LED，奔馳的“任性”當(dāng)然有自己的道理，除了美觀和可塑性強(qiáng)之外，LED燈的優(yōu)點(diǎn)眾多。光強(qiáng)高、能耗低、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。奔馳認(rèn)為這些優(yōu)點(diǎn)讓LED燈能夠迅速取代目前主流的鹵素?zé)羯踔潦请瘹鉄?。如今，奔馳幾乎已經(jīng)將LED大燈裝備在全系量產(chǎn)車(chē)型上，即便是國(guó)產(chǎn)入門(mén)級(jí)奔馳C級(jí)也都標(biāo)配LED大燈。不過(guò)跟奔馳最新發(fā)布的多光束LED大燈相比，奔馳C級(jí)的這個(gè)LED大燈太小兒科了。新一代LED大燈由多達(dá)84顆LED光源組成，這比新一代S級(jí)的LED大燈的56顆還要增加了28顆。而且這84顆LED都可以進(jìn)行單獨(dú)的控制，帶來(lái)最直接好處是讓大燈更亮、照得也更遠(yuǎn)、也更加的智能，為駕駛員提供更加安全的照明服務(wù)。

奔馳的新一代LED大燈由多達(dá)84顆LED光源組成

奔馳把自己的多光束LED大燈技術(shù)分成了三個(gè)發(fā)展階段，第一階段是集成24顆可單獨(dú)控制的高性能LED燈泡，第二階段是集成84可單獨(dú)控制的高性能LED燈泡，第三階段是使用LED芯片將照明效果提升到超過(guò)1024像素的水平，使得照明效果更加清晰、接近自然光。目前剛進(jìn)入第二階段，未來(lái)LED大燈同樣也會(huì)向著更智能化方向發(fā)展，自動(dòng)切換遠(yuǎn)近光、自動(dòng)識(shí)別并警示路上行人這些目前只有旗艦車(chē)型上才有的功能會(huì)逐步普及開(kāi)來(lái)。

激光大燈先行者——寶馬

對(duì)于激光大燈的研發(fā)，寶馬無(wú)疑是始作俑者，在研發(fā)首款混合動(dòng)力超跑——寶馬i8的時(shí)候，寶馬就與歐司朗合作共同研發(fā)全球首款激光大燈。目前上市的寶馬i8標(biāo)配LED大燈，激光大燈是選裝件。而且這套激光大燈并不是完完全全以激光為基礎(chǔ)的，近光燈依舊是LED的，只有遠(yuǎn)光燈才是以激光為光源。

激光大燈由于其體積小，所以能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)師留出更多前端設(shè)計(jì)造型的空間余地。與LED相比，激光大燈大約可節(jié)省30%的能耗，且照射范圍更廣，射程可達(dá)600米。另外，激光大燈與寶馬遠(yuǎn)光燈輔助系統(tǒng)配合，可防止因駕駛者未及時(shí)將大燈切換為近光燈或完全忘記切換近光燈，而使其它道路使用者感到眩目。汽車(chē)發(fā)出激光光束，是否會(huì)對(duì)車(chē)外的人員或是動(dòng)物造成傷害呢?這點(diǎn)大可放心，寶馬這套激光大燈并不是毫無(wú)遮擋直接向車(chē)輛前方發(fā)射，而是先以三道激光束射向一組反射鏡片，經(jīng)過(guò)反射后，激光能量將聚集在一片充滿(mǎn)黃磷的透鏡里，此時(shí)黃磷受到激光的激發(fā)，會(huì)發(fā)散出強(qiáng)烈的白色光芒，這束白色光芒再往后照在一片反光器上，最后往車(chē)輛前方射出一道明亮的白色光線(xiàn)。這道白光對(duì)眼睛并不會(huì)造成刺激或傷害，而且激光大燈的亮度色溫都經(jīng)過(guò)研究，照射效果符合人眼的視覺(jué)習(xí)慣。

汽車(chē)前照燈是汽車(chē)的重要功能件和法規(guī)件，燈光在照亮前方道路的同時(shí)，既不能對(duì)對(duì)面車(chē)輛產(chǎn)生炫目影響，而且也一定要使燈光照射到前方路面，以確保駕駛性和安全性。

由于汽車(chē)懸架的影響，當(dāng)汽車(chē)的載荷情況發(fā)生變化或者車(chē)速發(fā)生變化時(shí)，車(chē)身相對(duì)于路面的傾斜角往往會(huì)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(chē)載荷增加或者加速時(shí)，汽車(chē)會(huì)出現(xiàn)后部下降、前部升高的現(xiàn)象，這將導(dǎo)致燈光線(xiàn)抬高，使得迎面來(lái)車(chē)的駕駛員炫目，同時(shí)會(huì)造成駕駛員視野變窄;而當(dāng)汽車(chē)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(chē)燈光線(xiàn)會(huì)壓低，大部分燈光照射到路面，影響其功能和行車(chē)安全性。

1背景技術(shù) 1898年，哥倫比亞號(hào)電動(dòng)汽車(chē)把電用于前燈和尾燈，車(chē)燈就誕生了。最初的前照燈不能調(diào)光，所以在會(huì)車(chē)時(shí)有些晃眼。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，后來(lái)采用了附加光度調(diào)節(jié)器。這種前照燈可以在垂直方向移動(dòng)，但駕駛員必須下車(chē)搬動(dòng)夾具裝置，操作起來(lái)很不方便。

隨著人們生活水平的提高，顧客對(duì)汽車(chē)的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性的要求不斷增加?，F(xiàn)在根據(jù)法規(guī)的要求(GB47854.3.2.6.2.2)，駕駛員對(duì)前照燈燈光調(diào)節(jié)必須坐在駕駛座位上來(lái)操作。所以目前一般都是在汽車(chē)儀表板的左下方裝配一個(gè)燈光調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，駕駛員通過(guò)安裝在室內(nèi)的燈光調(diào)光開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)前照燈燈光高度。

2電動(dòng)機(jī)調(diào)光系統(tǒng)原理 在電動(dòng)調(diào)節(jié)燈光系統(tǒng)中，一般電動(dòng)機(jī)多采用小功率的直線(xiàn)型調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)是一種用于短焦距前照燈燈光在垂直方向上可達(dá)距離的調(diào)節(jié)設(shè)備。整車(chē)內(nèi)的前照燈調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)將不同的調(diào)節(jié)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(xiàn)以及輸入的電壓值，控制電動(dòng)機(jī)調(diào)整桿的運(yùn)動(dòng)行程，從而達(dá)到燈光調(diào)節(jié)的目的。

3技術(shù)方案 關(guān)于前照燈調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)與燈光角度調(diào)節(jié)的匹配，目前大多數(shù)汽車(chē)上的燈光調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)是有級(jí)調(diào)節(jié)，此類(lèi)有級(jí)開(kāi)關(guān)類(lèi)似檔位。每個(gè)檔位位置固定，不能微調(diào)燈光照射距離。通過(guò)對(duì)前照燈調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)內(nèi)部電位器在不同檔位阻值的設(shè)定，使前照燈調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)輸出不同的電壓，調(diào)光電動(dòng)機(jī)根據(jù)開(kāi)關(guān)輸入的電壓調(diào)節(jié)燈光反射鏡位置，以實(shí)現(xiàn)前照燈水平照射距離的調(diào)整。由于電動(dòng)機(jī)有工作電壓的限制，一般在設(shè)計(jì)燈光調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)時(shí)，要嚴(yán)格控制調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)輸出的電壓范圍，以免造成電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)或者停轉(zhuǎn)導(dǎo)致燈光失效等異常情況。此技術(shù)方案解決了汽車(chē)上前照燈調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)檔位與整車(chē)載荷不匹配的問(wèn)題，滿(mǎn)足了燈光照射的法規(guī)GB4785要求，提高了汽車(chē)的舒適性和安全性。