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不是亮就好!汽车头灯设计大有文章

2020-06-14

在开车的时候,你注意过车子头灯打出去的光是什幺样子的吗?头灯(Headlamps)只需像两盏强力手电筒一样,够亮就好吗?其实,为了行车安全,头灯可是需要经过精密设计的,到底它有什幺玄机呢,请看以下的介绍。

根据德国联邦统计局(Federal Statistics Office)所研究的资料,日夜车祸发生比率为6:4,但夜晚的车流量仅是白天的五分之一,换算起来夜晚开车肇事的机率可是白天的三倍多,可见夜间驾车有多危险!夜间驾车的事故发生率之所以偏高,究其原因,视线不良占相当大的比重,而视线的维持,除了靠一般道路两旁的夜间照明设施外,更重要的还是需要车上的照明灯具,而头灯是夜间提供驾驶者良好视线最重要的照明系统。其应能提供驾驶者足够的亮度、範围,使驾驶得以辨识道路环境的状况,看得到行人、车辆、路标或其他障碍物;此外在设计时也应考量到,如何避免光线照射到对向来车驾驶者的眼睛而造成眩光现象。以图1为例,一个符合欧洲法规光度要求的头灯,于其有效照明範围内,可以清楚地辨别行人、道路障碍物、路标等道路环境,并避免车灯光线直射对向来车,而此处所指的头灯有效照明範围,一般通称为光型。

不是亮就好!汽车头灯设计大有文章图1:头灯照明範围图


更精确一点的说,所谓光型指的是头灯光线照射出来的角度和形状。不论是机车或汽车,那里该亮,那里该暗,都有一定的法规规範,也都攸关着驾驶安全。以上述欧规中左驾右行的车辆头灯照明範围为例,当车灯光线照射在10公尺远的垂直屏幕上,大约在平行灯具高度的位置,会有一条左侧水平右侧斜上15度的明暗截止线,划分出亮区与暗区(如图2所示)。左侧保持水平线是为了避免眩光刺激对向来车驾驶,右侧渐往上斜则是帮助辨识路旁的标示牌。而要达到这样亮暗分明的要求,可是需要工程师费尽巧思、运用各种光学物理原理方能设计完成。

不是亮就好!汽车头灯设计大有文章图2:欧规汽车头灯光型图



而汽机车头灯要如何设计出正确的光型呢?整体来说,应需考量到使用的光源(如卤素灯泡、HID、LED等)、灯壳(透镜)以及反射镜,利用光学原理中的折射、反射定律,藉由工程绘图软体及光学设计模拟软体交互运用,来达到各种法规或标準所规定的头灯光型分布。设计完成并经由电脑软体模拟验证光型,只能算完成一半,后续的模具加工製造、塑胶射出、电镀等工作阶段,每一步都与最终的成品性能息息相关。无论如何,最后的成品都必须实际进行配光验证,符合法规或更高标準的要求。图3及图4为运用工程绘图软体及光学模拟设计软体,所设计之头灯反射镜及其光学模拟範例。

不是亮就好!汽车头灯设计大有文章图3:头灯光学设计外型图
不是亮就好!汽车头灯设计大有文章图4: 头灯光学设计模拟图

一个头灯产品的性能优良与否,除了以法规配光点做为诉求外,明暗截止线的清晰与否及整体光型的均匀度,更是区分灯厂设计开发能力的指标。车辆中心(ARTC)过去几年来致力于车灯产品改良、设计及验证工作,最近一年更致力于灯具开发工程,尤其是改善头灯光型不佳的产品,甚至以厂商原设计光型不佳之模具,在不改变模具结构原则之有限修改範围内,修改原模具改善其光型,其改善的结果,不仅以符合法规要求为满足,更要进一步以超越厂商的预期为目标,确实协助厂商提升产品品质。藉由完整的车灯产品设计及验证技术,ARTC将扮演国内车灯产业最佳的技术推手,从产品研发、设计、改良乃至外销验证,持续辅导厂商扩展外销新领域。

想进一步了解车灯产品的设计与开发,请洽车辆中心:
李锦灿 工程师:联络电话:04-7811222分机2312
王温良 工程师:联络电话:04-7811222分机2311

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