汽車車燈調(diào)光系統(tǒng)簡述

王 燾，陳文強，韋興民，趙福全

（吉利汽車研究院，浙江 杭州 311228）

汽車車燈是汽車的重要功能件，對于汽車前組合燈中的遠近光的作用更是汽車主動安全的重要組成部分。燈光在保證照亮前部道路的同時，還要確保不對對面車輛產(chǎn)生眩目影響。

汽車車燈中前組合燈最為復雜。一般來說，前組合燈主要由遠光、近光、轉(zhuǎn)向信號燈、位置燈等組成。其中遠光和近光的配光是燈具設計的重點和難點。為了保證裝車后前照燈有足夠的照度和足夠?qū)挼恼彰鞣秶?，還要不眩目，同時需要針對不同路況引起的燈光偏離進行調(diào)整，這就需要有車燈調(diào)光系統(tǒng)來保持裝車后的前照燈的照射光型?？偟膩碚f，車燈調(diào)光結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)形式主要有螺桿調(diào)節(jié)、齒輪傳動調(diào)節(jié)、電動機調(diào)節(jié)以及自適應調(diào)節(jié) （AFS）等4種。下面主要介紹4種調(diào)光系統(tǒng)的原理、特點及其在車燈上的應用。

由于汽車懸架的影響，當汽車裝載情況或者速度發(fā)生變化時，車身相對于路面的傾斜角往往發(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:當汽車裝載增加或者加速時，汽車會出現(xiàn)后部下降、前部升高的現(xiàn)象，這將導致車燈光線抬高，使得迎面來車的駕駛員眩目，同時會造成駕駛員視野變窄；當汽車突然制動時，會出現(xiàn)前部下降、后部升高的現(xiàn)象，這時車燈光線壓低，大部分光線照射地面，車燈照射功能失效。

1 車燈配光

通過配光設計，要保證遠光具有足夠大的發(fā)光強度和足夠?qū)挼恼彰鞣秶?，來滿足駕駛員有足夠的視覺范圍，同時保證近光對迎面車輛使用者不眩目。車燈實際照射效果如圖1所示。

車燈射出的光型需滿足配光圖 （圖2）的照度要求， 具體如下［1］。

1）B50L稱作防眩點，距前照燈50 m處迎面而來的車輛駕駛員眼睛的位置。

2）50R、75R分別代表本車右邊距前照燈50m、75m處路邊的照度值。

3）25L及25R分別表示燈具前方25 m處道路的左、右路邊的照度值。

4）Ⅲ區(qū)，又稱為防眩區(qū)，表明車燈的眩目情況。

5）Ⅳ區(qū)為過渡區(qū)，表示汽車25～50m范圍內(nèi)車道全寬的照明情況。

6）Ⅰ區(qū)稱作近距離照明區(qū)，表示距車前25 m以內(nèi)的道路照明情況。

2 調(diào)光系統(tǒng)

調(diào)光系統(tǒng)從控制方式上可分為手動調(diào)光系統(tǒng)和自動調(diào)光系統(tǒng)；從實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上可以分為螺桿調(diào)節(jié)、齒輪傳動調(diào)節(jié)、電動機調(diào)節(jié)及自適應調(diào)節(jié) （AFS）等4種調(diào)節(jié)。由于手動前照燈調(diào)光裝置必須坐在駕駛座上才能被操作［2］，因此除了自適應調(diào)光系統(tǒng)外，其余3種方式均為手動調(diào)光系統(tǒng)，在駕駛室內(nèi)均有相應的控制裝置。其中電動機調(diào)節(jié)經(jīng)常與螺桿、齒輪組合調(diào)節(jié)。

調(diào)光系統(tǒng)的控制方式分為機械式、液壓式、氣動式、可調(diào)電阻——電動機式 （包含先進的AFS系統(tǒng)）。機械式、液壓式和氣動式多用于商用車領(lǐng)域，調(diào)節(jié)精度不高，目前已經(jīng)基本由電動機調(diào)節(jié)式替代，如圖3所示。

調(diào)光系統(tǒng)要便于操作者調(diào)節(jié)，同時要有足夠的可靠性，不能引起燈光的跳動和方向的改變以及燈體本身的變形。

調(diào)光系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)燈光反射碗 （或燈組）的角度來實現(xiàn)光束的調(diào)節(jié)。光束調(diào)節(jié)范圍需滿足表1所示值［3］。

表1 光束調(diào)光范圍

3 螺桿調(diào)節(jié)系統(tǒng)

3.1 結(jié)構(gòu)原理

螺桿調(diào)節(jié)是通過本身的螺紋將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為反光碗 （或燈組）的旋轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)車燈的調(diào)光運動，如圖4所示。

2個調(diào)節(jié)螺桿與球頭固定點的夾角一般為90°，如圖5所示。當轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)螺母前后移動，帶動反光碗旋轉(zhuǎn)。

3.2 特點及應用

螺桿調(diào)節(jié)是所有調(diào)光結(jié)構(gòu)中最經(jīng)濟，也是最常用的一種結(jié)構(gòu)，廣泛用于各種前照燈的調(diào)光系統(tǒng)中。缺點是需要燈體有足夠的空間來保證螺桿的伸縮運動；螺桿直線運動轉(zhuǎn)化為反光碗的旋轉(zhuǎn)運動時經(jīng)常會失效。因此，在設計時要考慮以下幾點。

1）反光碗旋轉(zhuǎn)時，調(diào)節(jié)螺桿端部從調(diào)整螺母中脫出，不能回調(diào) （圖6）。

2）過度調(diào)節(jié)螺桿時，螺桿頂住反光碗，調(diào)節(jié)卡死 （圖7）。

3）過度調(diào)節(jié)導致反光碗與其他周邊零部件干涉、卡死，或光線被其他件遮蔽，調(diào)光失效 （圖8，調(diào)光時反光碗不可以與黃色裝飾邊框干涉）。

4 齒輪調(diào)節(jié)系統(tǒng)

4.1 結(jié)構(gòu)原理

齒輪調(diào)節(jié)是通過本身的螺紋將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為反光碗 （或燈組）的旋轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)車燈的調(diào)光運動。一般采用錐齒輪進行換向傳動，如圖9所示。也有采用多級直齒輪進行換向傳動，如圖10所示。

4.2 特點及應用

齒輪調(diào)節(jié)具備占用空間小、調(diào)節(jié)范圍大的特點。當前照燈設計空間不足時，或者需要對調(diào)光機構(gòu)進行換向調(diào)節(jié) （如前霧燈需從前部調(diào)節(jié)）時，經(jīng)常采用此結(jié)構(gòu)。

齒輪調(diào)節(jié)的缺點是多級齒輪 （尤其是工程塑料件）的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，極易造成調(diào)光系統(tǒng)卡死、失效現(xiàn)象。目前多采用與螺桿調(diào)節(jié)組合使用，使得車燈的調(diào)光系統(tǒng)既穩(wěn)定又便于調(diào)節(jié) （多角度調(diào)節(jié)）。調(diào)光系統(tǒng)既可以從后部進行調(diào)光，對于單燈組裝調(diào)光測試極為方便，同時也可以從上部進行調(diào)光，便于整車下線調(diào)光和后續(xù)維修。圖11為實際齒輪調(diào)節(jié)的應用圖。

5 電動機調(diào)節(jié)系統(tǒng)

5.1 結(jié)構(gòu)原理

電動機調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的電動機多采用小功率直線型調(diào)節(jié)電動機，這是一種用于短焦距前照燈的光在垂直方向上可達距離的調(diào)節(jié)設備［4］。 根據(jù)安裝位置不同，一般分為外接型電動機和內(nèi)置式電動機，如圖12所示。

駕駛員通過安裝在駕駛室內(nèi)的調(diào)光開光 （圖13），將不同的電壓輸出給調(diào)節(jié)電動機。電動機根據(jù)自身特性曲線圖及輸入的電壓值，控制電動機調(diào)整桿的運動行程，從而達到調(diào)光的目的。

5.2 特點及應用

電動機調(diào)節(jié)是一種半自動調(diào)光方式，無論在整車生產(chǎn)過程中還是在后續(xù)的維修服務中，都降低了勞動量，提升了調(diào)光效率和精度。

由于電動機有電壓限制問題，因此此類調(diào)節(jié)系統(tǒng)在設計時，要避免調(diào)光開關(guān)的電壓調(diào)節(jié)范圍超出電動機的最大行程，造成電動機空轉(zhuǎn)或者停轉(zhuǎn)而導致調(diào)光系統(tǒng)失效。

目前，前照燈調(diào)光系統(tǒng)中多數(shù)采用電動機與螺桿、齒輪結(jié)合的結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮各個結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，形成了多種多樣的調(diào)光機構(gòu)。圖14即為2種常見的調(diào)光結(jié)構(gòu)。

6 自適應調(diào)節(jié) （AFS）系統(tǒng)

6.1 結(jié)構(gòu)原理

AFS（Adaptive Front-lighting System）是指燈光的分布能夠根據(jù)汽車行駛的各種狀況來進行調(diào)整，以達到最好的照明效果，從而增加駕駛的安全性和舒適性。AFS所體現(xiàn)的理念:為不同的行車條件提供最優(yōu)的前方照明組合。簡言之，城市交通中盡可能寬，高速行駛時盡可能遠。具體可以實現(xiàn)以下功能:①彎道隨動調(diào)節(jié) （彎道模式）；②水平自動調(diào)整；③高速調(diào)節(jié)模式；④其他模式 （如雨天模式等）。

為實現(xiàn)以上功能，傳統(tǒng)的調(diào)光 （靜態(tài)）已經(jīng)不能滿足要求，或者說傳統(tǒng)調(diào)光系統(tǒng)已經(jīng)是狹義的調(diào)光系統(tǒng)。廣義的調(diào)光系統(tǒng)需要多個電子器件來支持。一般AFS系統(tǒng)包括:ECU控制器、高度傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、速度傳感器、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器 （調(diào)光電動機）等組成。自適應式AFS前照明調(diào)光系統(tǒng)如圖15所示。

AFS系統(tǒng)一般使用投射單元作為旋轉(zhuǎn)核心，其大致的結(jié)構(gòu)如圖16所示，一個普通旋轉(zhuǎn)核心包括水平旋轉(zhuǎn)電動機、旋轉(zhuǎn)框架和轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)電動機等部件。其中傳動的調(diào)光電動機控制車燈的水平角度，這樣車燈整體就可以繞2個互相垂直的旋轉(zhuǎn)軸進行調(diào)整。

對于彎道隨動調(diào)節(jié)，主要依據(jù)汽車行駛時的瞬時速度和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角 （可換算為前輪偏轉(zhuǎn)角）的輸入值來確定。具體可以理解為:前輪偏轉(zhuǎn)角小時，頭燈轉(zhuǎn)角要??；前輪偏轉(zhuǎn)角大時，頭燈轉(zhuǎn)角也要大。當車速較高時，駕駛員相對注重遠視距的路面情況，頭燈轉(zhuǎn)角相對大一些；車速較低時，駕駛員相對注重較近視距的路面情況，頭燈轉(zhuǎn)角相對小一點［5］。

一般前照燈的左右轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)的最大角度為外側(cè)旋轉(zhuǎn)15°左右，內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)7°左右。其中隨動左右轉(zhuǎn)向的調(diào)節(jié)角度可參見表2。

表2 光束調(diào)光范圍

對于水平自動調(diào)整，主要依據(jù)車身高度傳感器來判定整車的俯仰角度，用于調(diào)整光軸的傾斜角度，以實現(xiàn)前照燈光照滿足法規(guī)要求。

對于高速調(diào)節(jié)模式，主要是依據(jù)車速信號來判定整車的行駛路況，自動調(diào)節(jié)光束角度，使光束聚攏，提高前照燈的照射距離。一般高速模式的速度判定值為80km／h。

對于雨天模式，主要是依據(jù)雨量傳感器或者其他環(huán)境傳感器來判斷汽車所處的環(huán)境情況，來實時調(diào)節(jié)前照燈光束照射角度和高度，避免產(chǎn)生照明失效和地面反光 （眩目）現(xiàn)象。此模式已經(jīng)屬于智能化的一種體現(xiàn)。后續(xù)AFS在整車安全方面將更加完善和智能。

6.2 特點及應用

AFS系統(tǒng)的出現(xiàn)可以說是前照燈調(diào)光控制技術(shù)的一項革新，將傳統(tǒng)的僅有照明功能的前照燈融入了汽車智能一體化中，使得前照燈具備了 “左顧右盼”的功能，這對提高汽車行駛的安全性具有重要作用。

由于AFS系統(tǒng)具備多項智能化功能，現(xiàn)廣泛應用于高端汽車的前照燈上，并且有逐步標配的趨勢。

7 結(jié)論

前照燈調(diào)光方式主要有螺桿調(diào)節(jié)、齒輪調(diào)節(jié)、電動機調(diào)節(jié)以及AFS調(diào)節(jié)。按結(jié)構(gòu)分析，螺桿調(diào)節(jié)最為簡單、實用，但是需要考慮多項限制因素；齒輪調(diào)節(jié)具備所占尺寸小、可以實現(xiàn)換向調(diào)節(jié)等優(yōu)良特性；電動機調(diào)節(jié)具有調(diào)節(jié)角度精確，便于控制等特點，已經(jīng)逐步取代其他控制方式 （與氣壓式、液壓式控制比較）。表3為主流車型的前照燈調(diào)光方式。

表3 主流車型的前照燈調(diào)光方式

隨著科技的發(fā)展以及智能化的技術(shù)逐步應用于汽車控制中，前照燈調(diào)光系統(tǒng)已經(jīng)由傳統(tǒng)的機械手動調(diào)節(jié)逐步演化為自動調(diào)節(jié)，直至自適應調(diào)節(jié)（AFS），使得前照燈由單純的遠近光調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化為動態(tài)的 “左顧右盼”和高低自動調(diào)節(jié)，汽車前照燈照明系統(tǒng)更加完善，更加人性化。

文中只是對前照燈調(diào)光系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上和控制方式上進行了簡單闡述。雖然只是針對汽車前照燈，但是從控制方式上可以推廣到汽車所有照明系統(tǒng)的設計上。汽車照明系統(tǒng)未來將弱化各個單燈照明功能，通過分析外界各種環(huán)境參數(shù)及駕駛者需求，來共同提高整車的安全與駕駛舒適性，實現(xiàn)汽車交通智能化。

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