光学论文选编|汽车中各主要部件的光学运用

作者:光电资讯公众号:oenews2018-05-16

摘 要
物理的应用无处不在。光学是物理学中较早为人类发现并加以应用的学科,通过多年的发展,光学中的反射、干涉、衍射等特性都为人们发现并加以应用。以汽车为例,其集中了力学、光学与热力学等几大学科,尤其是光学在其中发挥着重要的作用。本文将在分析的基础上为您一一说明汽车中的光学应用。
关键词:汽车 光学 物理应用
物理学科作为一种与人类生活密切相关的学科,其在生活中的应用十分广泛。汽车作为一种工业品其中蕴含着大量的物理学知识,光学就是其中极为重要的一项,光学技术应用于汽车可以追溯到1910年,当时最早的电气式前照灯被发明并沿用至今,而后制动灯、尾灯以及仪表辅助灯等被相继发明并应用,期间虽然形式有所变化但最主要的光的反射原理并未改变。本文将结合汽车中的各主要部件来介绍光学在汽车中的应用。
1,汽车车灯中的光学应用
汽车的车头灯是光学应用的典范,其主要是由灯泡、反射装置以及汽车车灯的玻璃保护罩等组成,其中在汽车车头灯的玻璃保护罩中内置有横竖的条纹,从而在汽车车灯的玻璃保护罩中形成了一套透镜和棱镜的组合体,当光线由灯泡发出并依靠反射装置聚合反射后穿过棱镜与透镜的组合体可以使得光线能够照射的距离更远且范围更广。
汽车前照灯对于光线的聚合则采用的是光的反射原理,在汽车的前照灯内,其反射装置是一个凹镜,在工作时依靠凹镜的反射原理来进行光的反射,汽车前照灯的灯泡内含有两个灯丝(近光和远光),其中近光灯丝设置在凹镜的焦点附近,而将远光灯丝设置在焦点上,从而将灯泡向四周发出的光线通过凹镜反射成平行光后射出。
与前照灯相反的是,汽车的后视镜则利用的是凸镜对于光的散射原理,在后视镜的应用中需要使得后视镜能够具有较大的观测范围,通过利用凸镜的散射原理,可以使得驾驶员观测到外部的成正立、缩小的虚像,具有较大的观测范围,从而使得驾驶员能够尽可能的观测到来自后方的车辆,确保形式安全。
而汽车的尾灯则要求具有较强的观测性,能够在较远的距离上观测到。为达到这一效果,在汽车尾灯的灯罩上,设计了很多的小三棱镜,后车照射来的灯光会在尾灯上形成全反射,同时加上灯罩的颜色可以使得汽车尾灯的亮度要高于入射光强度,从而使得后车驾驶人员能够较好的观测到前车,确保行车安全。
2,汽车前挡风玻璃的光学应用
在汽车的前挡风玻璃中多采用的是曲面的形式(直立的挡风玻璃形式容易使得车内图像出现在直立的玻璃上从而影响驾驶员的驾驶),汽车的前挡风玻璃通过多年的改进现今通常都不是直立的(除了一些底盘高大的车外),现今前挡风玻璃多采用的是呈弧形且倾斜安装的,从而可以避免出现在驾驶时挡风玻璃上出现车内图像,车内图像则通过玻璃的反射而将图像反射至驾驶员的前上方,从而使得驾驶员可以将车内图像与外部行人图像轻易的区分开来,而在底盘较高的大客车上,多采用的是竖直的前挡风玻璃形式,在这一情况下,车内图像在前挡风玻璃上的反射并不会影响到驾驶员对于路况的判断,从而便于车辆的安全驾驶。
3,汽车玻璃贴膜中的光学应用
汽车玻璃贴膜是汽车组成中非常重要的一部分,其中汽车中的防眩光贴膜通过在其中添加一定的颜色从而将太阳光中的一部分可见光过滤掉从而降低太阳光的强度,减少其对于驾驶人员肉眼的刺激,从而使得驾驶员可以在白天光照较为强烈的情况下得以正常行驶,保证了汽车的行驶安全。同时在汽车玻璃保护膜的选用上尽量选取通光度合适的汽车贴膜,汽车车窗膜(特别是前排两侧的汽车贴膜)应当选用透光度在8成以上的汽车贴膜为宜。
从而在行驶的过程中前侧车窗膜无需挖孔且不影响驾驶员的视线,同时在夜间还可以降低后车前照灯发出的强光照射在反射镜上所产生的强烈眩光反应,同时在雨夜天行车、倒车以及车辆的掉头时能够具有良好的视野,在汽车玻璃贴膜的选用上,茶色的玻璃贴膜不但能够反射太阳光中的一部分光,而且能够吸收一部分的光强,这样就造成可见光照射入车内的光线较弱,当车外的人员想要看清车内的情况时,车内人员所反射的光不足以投射过汽车玻璃贴膜从而造成外部人员无法接收到足够的光强来看清车内人员。
同时汽车玻璃贴膜还能够过滤光线中的紫外线,紫外线含量在光线中占到总含量的3%左右,长期处于过量的紫外线照射下会增大人体皮肤患皮肤癌的几率,同时还有可能造成物品颜色褪色以及塑料橡胶件老化失去弹性等。
汽车玻璃贴膜通过采用光的反射原理,将照射入车内的阳光中的有害光过滤掉,其中,市场上所使用的高品质汽车玻璃贴膜可以达到99%左右的紫外线过滤率,不但可以有效的保护车内人员免收紫外线照射所造成的危害还可以有效保护车内的音响、座椅等内饰的安全,确保其使用寿命。
汽车玻璃贴膜不但挡住了强光对于车内的影响,同时还可以利用反射原理来隔绝一部分的热,由于太阳光产生热量主要是通过热辐射的方式来进行的,通过使用汽车玻璃贴膜可以有效的阻挡住部分太阳辐射,其中汽车玻璃贴膜的隔热效果主要取决于其对于太阳辐射的反射和吸收能力,其中,对于太阳光的反射、吸收的能力越强则其产生的隔热效果越好,其中,在世界各地区中对于汽车玻璃贴膜的可见光的反射率一般都控制在10%左右,而汽车玻璃贴膜所产生的吸热能力较为有限,多依靠的是对于太阳光的反射来确保隔热效果,一般对于汽车玻璃贴膜的隔热率控制在40%~70%以内。
4,汽车发展中光学应用的前景
现今汽车中的光学应用十分广泛,在未来的光学应用中,其主要面临着3个方向的应用,即光学元件的可靠性、成本以及机电光的一体化技术。为了更好的实现汽车当中的“机电光一体化”这一发展目标,不但需要引入最优化的的光学装置设计方案,而是需要做好机光电之间的融合,以汽车配置的显示器为例,其需要在对显示器进行最优化设计的基础上做好前控制仪表板和中央控制仪表板等各模块设计之间的平衡,确保光学在汽车中的最优化应用。
结语
汽车工业是一个国家发展的重要支柱,光学应用伴随汽车工业发展至今,经历了多次的改进,然万变不离其宗,其基本的物理原理是一样的。本文主要对光学在汽车中的应用进行了介绍。

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