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黑夜里,汽車大燈要照到多遠,才能不撞死路上的野鹿?

 真友書屋 2015-08-07

行駛在美國野生動物霸占公路最頻繁的密西根州高速公路上,你恐怕會一直提心掉膽。誰也不會對撞死一只突然奔出來的野生雄鹿興致盎然。這時,足夠遠的照明距離意味著什么呢?

1、鹿死誰手?

設(shè)定情境(在夜晚的密西根州高速公路上行駛,看到一只鹿闖入視野),簡單算一下:

假設(shè):

將從看到鹿到完全剎車的過程近似為一個勻減速運動,并且除了駕駛員反應(yīng)時間外,其余剎車前時間均忽略。

則:

剎車反應(yīng)時間:0.5s-1s

公路限速:

31m/s (高速限速約70miles/hour)

照明距離:100m(LED近光燈)、300m(LED遠光燈)、600m(激光遠光燈)

首先,減去發(fā)呆階段(反應(yīng)時間)的距離約22m。

那么,車子就分別要在78m(LED近光)、278m(LED遠光)和578m(激光遠光)內(nèi)從31m/s減小到0m/s。

根據(jù)2ax = -Vo^2可以計算出它們分別需要的減速度大小是:6.16m/s^2、1.72m/s^2以及0.83m/s^2。


什么概念?

  • 6.16m/s^2:

使用LED近光燈的兄弟,我只能說,“兇多吉少”了。雖然理論上車子的最大制動減速度達到7m/s^2是很正常的,但是駕駛員只要稍作遲疑或者操作不當(dāng),車子就會“親”上鹿。

  • 1.72m/s^2:

LED遠光燈,恭喜它,它不更換車道,也可以穩(wěn)穩(wěn)地剎住車。因為人們剎車的平均減速度是3—4m/s^2,所以它甚至不需要急剎車。但是人對于大于1.5m/s^2的減速度就會感到不適。這樣一來,一場虛驚恐怕在所難免。

  • 0.83m/s^2:

激光遠光燈嘛,就比較隨意了。甚至駕駛員可以任性地松開油門擺個酷酷的pose放松一下,再踩剎車也完全來得及,并且較小的減速度也不會給人帶來不適感。

當(dāng)然,這遠不是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎?,但你可以直觀感受到在應(yīng)對夜間突發(fā)路況時,擁有600米的可視距離確實會讓你變得更加從容一些。


2. 600米,從進展到實現(xiàn)

在上面的假設(shè)中,我們設(shè)定了既定速度(高速限速),然而在現(xiàn)實生活中,決定剎車時間的另一個因素是駕駛速度。車速越高,需要的照明距離也就越長。比如,在1880年的人們或?qū)⒈銛y煤油燈放在車前,它的照明距離小于10米。

隨著車速的不斷提高,車燈技術(shù)也經(jīng)歷了數(shù)次技術(shù)革新,以提高照明距離來應(yīng)對各種路況對車輛的要求。

  • 于1890年出現(xiàn)的乙炔燈:名門望族的私人司機用火柴點燃電石析出的乙炔,照明距離不到20米;

  • 電氣革命(1913年)帶來的白熾燈:照明距離小于50米,而且螺旋型燈絲出現(xiàn),它終于不是一抖就斷了……

  • 1965年,鹵素白熾燈:在此之前,鎢絲變細、斷裂的速度很快很快。照明距離小于100米;

  • 1990年,HID氙氣前照燈:照明距離小于250米,等離子體、鎢電極放電,現(xiàn)在聽來依然酷炫;

  • 2004年,LED前照燈:照明距離增加到將近300米,很多白色的發(fā)光二級管放在一起,非常明亮;

  • 2014年,激光遠光燈:照明距離增加到600米,寶馬i8率先發(fā)布了配備激光燈的車型,直到現(xiàn)在,配置激光遠光燈的車型也屈指可數(shù)。另外,將于10月份上市的寶馬7系也配備了激光遠光燈,或許在技術(shù)上會有更多突破。

從LED到激光遠光燈,照明距離整整翻了一倍。那么它是怎么做到的呢?原理如下,請想象折返跑:

  1. 三束平行藍色激光射出;

  2. 透鏡將三束激光匯聚;

  3. 由鏡面將激光反射到黃磷上,藍色的激光在黃磷上轉(zhuǎn)化成了白光。

  4. 再由曲面鏡面反射出去,形成耀眼而發(fā)散的白色光源。

寶馬實驗室中,一個正在演示的激光遠光燈部件


可問題來了:這么大的燈,對面不會暈嗎?

從鹵素大燈普及開始,人們就發(fā)現(xiàn)了這個問題,從而開始改進車燈內(nèi)的結(jié)構(gòu),通過凸透鏡和鏡面反射來控制光路。而照射距離和照明亮度顯著提升的激光大燈,對此提出了更高的要求。不過,這個難題似乎被BMW工程師研發(fā)的遠光燈智能保護系統(tǒng)解決了。

設(shè)置在車前的攝像頭不僅和車燈控制系統(tǒng)相關(guān),還為諸多其他安全系統(tǒng)提供影像輔助。

將遠光燈設(shè)置為自動后,車前方的攝像頭開始時刻監(jiān)控道路上的交通情況,并將信號傳回電腦。

圖中的兩個遠光燈單元可以獨立地上下左右轉(zhuǎn)動。電腦接收了夜間路況影像信號后會控制遠光燈單元進行主動的躲避前方車輛。

當(dāng)來車?yán)^續(xù)靠近,遠光燈單元分開造成的夾縫“安全通道”不足以容納來車時,車子的遠光燈就會自動關(guān)閉,直到會車結(jié)束后再次開啟。

對于更加復(fù)雜的既有前車又有來車的夜間路況,這套系統(tǒng)也可以搞定。


從煤油、乙炔燈,到LED前照燈、激光遠光燈,車燈技術(shù)將“光明”從車前咫尺帶到了600米遠,每一點進步都是奇跡的發(fā)生。但是隨著速度的加快,人們對于照明距離的需求或許會繼續(xù)增加。

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