汽车灯具的技术发展·信号灯设计篇

信号灯的演变

18世纪汽车诞生之时，信号灯已问世。最初的信号灯只有单一功能，即一只灯只有一种功能；当双丝灯泡被广泛采用后，才有结合后位置灯和制动灯合的灯具。直到80年代初，才出现将各种功能信号灯组合在一起的组合尾灯，这种组合尾灯的壳体上有不同功能的灯仓，对应的面罩也有不同的颜色，使用不同的灯泡，此时的面罩还是单色。90年代，多色面罩技术广泛使用，使组合尾灯的面罩成为一个整体，现代汽车的尾灯基本上都使用多色面罩的组合尾灯；单一功能的信号灯，只有在一些豪华大客车上才能看到。

目前流行的信号灯加工工艺，都是使用多色技术的整体面罩和镀铝的壳体组。壳体和面罩的连接方式在不同的车系中有不同的方式：欧系车的组合尾灯以焊接为主，日系车以胶粘接为主，美系车两种方式都有采用；焊接方式有热板焊、磨擦焊、超声波焊等；信号灯使用的胶也有热胶、冷胶之分。在灯泡座方面，日系和美系车主要使用单个带密封的灯泡座，灯泡座之间用导线连接，通过共用的组合插头与车体线束连接，为灯泡座式通用件；欧系车通常使用整体的灯泡座，所有灯泡都装在同一个灯泡座上，灯泡座上有插接器同车体线束连接，灯泡座与灯体之间有密封和不密封两种形式，灯泡座是为个别产品专门设计的。

信号灯的种类和功能

信号灯围绕着法规的要求而发展，其主要作用是显示车辆的存在、宽度、状态以及辅助照明等。它包括转向灯、制动灯、前后位置灯、示廓灯、后雾灯、回复反射器等。对于色度的要求，中国法规和欧洲法规有相同的要求：前雾灯为黄色或白色，目前大多为白色；后位置灯、制动灯和后雾灯为红色；转向灯为黄色；倒车灯为白色。在美国，允许转向灯使用红色光。

转向灯（故障警告灯）用来向其他车辆和行人表明本车辆将向左或右转向的灯具。当本车有故障或道路前方有特殊情况时，同时启动左右转向灯，闪烁报警；此时的转向灯的作用是故障警告。

制动灯向车辆的后方及其他道路使用者表明车辆正在制动。

前后位置灯从车辆前后方向观察，显示车辆存在和宽度。

示廓灯显示车辆最外边缘和最高顶部，引起对其特别关注。

后雾灯在大雾、雨、雪等视野条件恶劣的情况下，从车辆后方观察，使得车辆更容易看见。在通常的情况下，只装备一盏在车辆前方前进方向的左侧（右侧行使的车辆）；也有左右各装备1盏。在雾、雪、雨或尘埃弥漫等能见度较低的情况下，故障警告灯（双闪左转向灯）不适合开启，而应该开启前、后雾灯，当打开后雾灯时建议车速不要超过50km/h。

回复反射器通过外来光源照射后的反射光，向位于光源附近的观察者表明车辆的存在。

前雾灯被国家标准描述为“在雾、雪、雨或尘埃弥漫等有碍可见度的情况下，为改善车辆前部道路照明和使迎面来车容易发现车辆的灯具”。在恶劣气象条件下，它兼有前部照明和信号两种功能。在一些国家，前雾灯是选装的，2000年以前中国汽车的前雾灯也是选装的。前雾灯使用的灯泡有F2、H1、H2、H3、H4（近光灯丝），目前F2灯泡已甚少使用。

后组合信号灯（组合尾灯）

随着人们生活水平的提高，后组合尾灯的美观性越来越受重视，新颖、独特的个性化产品得到青睐。信号灯的发展主要体现在：新型光源的应用和个性化的设计两个方面。

新型光源
新型光源应用于信号灯的光源也经历了一个从油灯、煤气灯、电灯的发展过程。目前使用最多的光源为白炽灯，这类灯泡有P21W、PY21W、P21/5W、R5W、R10W、W5W、W2.3W、T4W、等。其中P21W是白色的21瓦灯泡，它用途广泛，可作为制动灯、转向灯、后雾灯、倒车灯等的光源；PY21W为黄色的灯泡，用于转向灯；P21/5W为双丝灯泡，主要用于位置和制动灯，同一灯仓具备两种功能；R5W和R10W两种灯泡的功率较小，一般用于位置灯；W5W灯泡通常情况下是组合前灯中的位置灯的光源或高位制动灯的光源；W2.3W灯泡是高位制动灯的光源；T4W是一种微型灯泡，主要用于高位制动灯和前位置灯。

在信号灯的新型光源中，有卤素灯泡、发光二级管（简称LED）、氖光灯等。

卤素灯泡
用于信号灯的卤素灯泡主要有H21W和H6W两种，其特点主要是：能耗低发光效率高，H6W的功率为6瓦，发光强度可以达到125lm，同R10W的发光强度相当；H21W的功率为21瓦，发光强度可以达到600lm，比P21W灯泡的发光强度高30%；尺寸小，可以减小安装尺寸，增大反射镜的有效面积。目前已在奥迪、宝马等高档轿车中使用。

LED（Light Emitting Diode）
LED从20世纪60年代问世以来，已有30多年的发展历史。随着近几年半导体芯片技术的不断改进及封装技术的迅速提高，其光效从最初不到1lm/W，今天已发展至100lm/W红色、100lm/W橙色和绿色50lm/W，大大超过了传统白炽灯。LED具有体积小、重量轻、耗能少、寿命长、响应时间短及抗振性能好等优点，将来必将成为信号灯的主要光源。由于LED的反应时间大约比P21W的白炽灯泡快大约50ms，在车速为100kW/h的情况下，大约可以减少1.5m的制动距离，这1.5m对提高行车的安全性很重要。LED的工作寿命大于1万小时，与整车的寿命相同，在正常使用中不需要更换光源，减少维护费用。由于LED的发光效率高、能耗低、发热量小、发出的光有很好的方向性，大大减少了灯仓体积，简化结构，降低生产的材料费用和制造成本，降低电能消耗，节约燃油，减少使用费用。

LED在高位制动中广泛使用，由多个LED构成的制动灯已在中高档轿车中广泛应用，如宝马7系列、Audi C6等轿车的制动灯。其中值得一提的是宝马7系列的制动灯，它是由25个LED构成，分两组，9个单亮度LED和16个双亮度LED。当制动的加速度小于5m/s时，9个单亮度LED发光；当制动的加速度在5-7m/s时，25个LED发出相同亮度的光；当制动的加速度在5-7m/s时，9个单亮度LED发光，16个双亮度LED发强光。这样能够提高行车安全性，是常规灯泡所不能达到的。

氖光灯
氖光灯是低压气体放电灯的一种，属于辉光放电，光谱640nm，为红色光范围。氖光灯的特点是：反应快、能耗低、寿命长、形状多样，是高位制动灯和制动灯的理想光源。缺点是成本高，需要升压变压器，存在电磁干扰问题，对收放机的无线电设备有一定影响。氖光灯是由发光管和变压器两部分组成：发光管是在充满氖气的玻璃管两端加上电极构成，通过变压器在电极上加上高压电，击穿氖气形成辉光放电，其工作原理和霓虹灯相同。发光管可以按需要制成不同的形状，满足整车造型的要求。

个性化的设计
个性化的设计分为统一色调技术、晶亮外观和复层面罩几个方面。

二种色调
红－黄色调（倒车灯加红色或黄色装饰条），即后组合灯面罩由红色和黄色两种颜色组成，倒车灯的白色部分需要掩饰。一种方法是在面罩内表面热压上红色或黄色的不透明材料；另一种方法是将倒车灯从该组合灯中移出，单独设计，将倒车灯和后雾灯单独组合在一起。

红－白色调即外面罩分红和白两种颜色。通常情况下白色区域为转向灯和倒车灯，位置灯、制动灯和后雾灯等其他功能在红色面罩内。此时转向灯使用PY21W黄色灯泡，位置灯、制动灯通常使用P21/5W灯泡，倒车灯和后雾灯使用白色的P21W灯泡。宝马5系尾灯是一个典型的例子。上面的白色部分是转向灯，使用PY21W黄色灯泡，下面一个很小的白色区域为倒车灯；中间的红色区域为制动灯、位置灯和后雾灯。倒车灯附近，颜色为暗红色的区域是回复反射器。

红－灰色调即外面罩分红和灰两种颜色，通常情况下灰色区域为转向灯和倒车灯，位置灯、制动灯和后雾灯等其他功能在红色面罩内。此时转向灯使用PY21W黄色灯泡，或增加一个黄色附加面罩后使用P21W白色灯泡，位置灯和制动灯通常使用P21/5W灯泡，倒车灯、后雾灯使用白色的P21W灯泡。

统一色调
统一色调采用光谱滤波技术，通过增加附加配光镜，可实现红、灰、蓝、绿等外观效果，同时满足法规的配光要求。这里所说的红色实际上是一种粉红色，它与黄绿色的附加配光镜配合可得到黄光，用于转向灯；同蓝色的附加配光镜配合可得到白光，用于倒车灯；同红色的附加配光镜配合可得到红光，用于制动灯、位置灯和后雾灯。这里的全红面罩不能使用纯正的红色，转向灯和倒车灯无法满足法规的色度要求。单色的统一色调面罩都存在一个问题，就是回复反射器不能在该灯上，需要单独安装反射器，因为反射器法规要求反射光为红色。对于红色面罩还有另外一种解决方法，就是采用三色面罩的生产技术，在同一面罩上的不同区域使用不同的材料，如转向灯和倒车灯的部位使用粉红色，其他部分使用红色，以满足转向灯和倒车灯配光的色度要求，并节省了制动灯等的红色附加面罩，还可以将回复反射器作在面罩的红色部分上。

晶亮外观
大部分日本车都相继使用晶亮外观的灯具。这种灯的主要特点是外观效果非常有冲击力，整盏灯晶莹剔透，相似一块大水晶，故又名为 “水晶灯”。

该灯采用了很多前照灯的技术，如反射镜的自由曲面技术、镜面镀铝技术等，同时结合多色面罩技术生产出来的一种全新感觉的尾灯。在造型上应整车造型要求，首先确定面罩和反射镜是否有花纹；再进行配光设计，达到法规的要求。花纹的形式包括：面罩带花纹、反射镜带花纹，面罩带花纹、反射镜不带花纹，面罩不带花纹、反射镜不带花纹和面罩不带花纹、反射镜带花纹等。通常情况下无附加面罩，也有在黄色的转向灯泡外加镀铝遮光片来提高整体效果的一致性。该灯面罩、反射镜等零件的表面质量要求比较高。

复层面罩
顾名思义，复层面罩采用了两层面罩，是“水晶灯”的一种变型。通常情况下，两层面罩中有一层是无色透明的，整体效果比“水晶灯”稳重一些；由于有两层面罩，看上去面罩有很大的纵深，立体视觉效果很好。