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无惧远光狗!给自行车装汽车大灯

2023-09-10 07:50 作者:SSD罐头  | 我要投稿

作为一个骑车多年的老司机,每次晚上在马路上骑车时,总是会遇到无数对向来车忽视自行车的存在,不关远光灯!于是接下来的半分钟,眼前一片漆黑。真的是特别难受+不爽+想打人。那么怎么才能夺取夜晚骑车的合理权益呢?

方案构思

前段时间刚好给自己制定了骑车减肥的计划,规划了一条汽车相对较少的路,总长约40KM,爬升1000M左右,上坡下坡里程对半分。如图。

来自谷歌地图的骑行路线示意
全程海拔高度的变化

可惜有时候出门太迟,回去的路上会遇到“远光狗”,经历了几次折磨之后,终于忍无可忍,开始寻思如何给自己搞一个可以击败远光狗的武器。晚上戴防光骑行眼镜显然不是一个好的选择,pass;防眩光的近视镜或许会有用,但是价格太贵,pass;成品的灯大多都是亮度虚标,没有实用价值,即使不虚标有足够的亮度,续航也不会太好(当然我没有发现有这种产品),pass;因此只有根据实际情况来自己制作一个自行车大灯系统安装了。

历经一周的琢磨和淘宝咸鱼搜索咨询时间,脑中大概有了雏形:
1.使用独立的外挂灯作为照明装置,设计安装支架以及外挂电池组。
2.设计可拆装的灯架,电池背在包里,在用的时候安装,不用的时候取下来。

根据这两个简单的想法,有了一下的几个设计要求:
1.整个系统需要是便于拆装的,用的时候装上去,不用的时候拆下来,我可不想给车徒增重量。
2.续航时间需要满足至少4小时的照明。其实一个半小时完全够用了,考虑到电池的损耗以及电池容量不平衡导致的充放电范围缩小,和不充电时的自放电,大约容量加倍计算即可。按照一般LED车灯25W功率计算,电池大概需要100Wh。
3.为了可以起到教训远光狗的作用,最起码,车灯要是可以优雅切换远近光的。如果太麻烦的话,遇到一个良心司机,手忙脚乱关不掉灯那就有点抱歉了(什么?!远光狗竟是我?)……
4.车灯在安装后,需要可以多自由度调节,俯仰,水平,左右,便于找到良好的照明范围。
5.车灯最好是可以随着车头旋转一起动,这样可以提供更有针对性的照明效果。
6.如果可以防水的话是加分项。
7.系统需要简单可靠。简单才能可靠。

由此,可以大概规划出整个系统的组成部分:照明系统(车灯,固定装置)、供电系统(电池组、固定装置、远近光切换)。

那么先了解一下国标中,有关汽车照明和自行车照明的规定吧。

有关照明国标的参考

汽车照明目前有很详细的国标,此处只考虑其近光灯的规范。因为对于自行车来说,远光的照明距离,在相对汽车的低速下,是没有太多实际意义的。唯一的作用则是震慑对面的来车。

在《汽车道路照明装置及系统(征求意见稿)》(无国标号)中,对近光灯的照明范围规定如下:

汽车近光灯的照明范围

其中,各区域的亮度的标准如下(部分):

近光配光性能要求(部分)

在《GB/T 31887.1-2019 自行车照明和回复反射装置 第1部分-照明和光信号装置》中,对自行车的近光灯的规定如下:

自行车近光灯的配光要求

其中各区域的示意如下图:

自行车近光的范围示意

从上的比较中可以看出,自行车车灯的照明,在地平线下的垂直照射范围是要比汽车大很多的,但是汽车的左右方向的照明范围要比自行车照明宽很多。可能是考虑到良好的铺路效果。但实际上汽车大灯的照明,对于自行车来说,照明相对水平线的最大亮度点是要更低,所以实际安装后的照明情况,或许刚好可以落在一个比较合理的范围。但同时需要考虑,打开远光后,能否给对向来车起到威慑作用(否则就失去了这件事的核心意义)。

照明系统的设计

首先需要寻找一个廉价、双光一体、功率可接受、便于改造固定夹具的大灯,如果防水更好。在闲鱼逛了几天之后发现,所有的拆车透镜,防水的功能基本都是通过大灯总成实现的,因此单颗透镜都是没有防水功能的。至此防水留作以后再说。但其他条件,我找到了一颗基本符合的灯:

大众拆车的双光透镜

双光一体,自带驱动,单独点亮近光灯只有15W功耗;价格也只有49元。并且,其后固定LED灯珠的背板是一整块铝被动散热鳍片,非常适合DIY夹具固定。只是相对来说体积不算小,而且不防水。那么就先买它来研究一番。

到手后思索考量之后,发现可以在其背后的散热鳍片上焊接一根空心铝棒,作为固定车灯的支撑件,而外围就使用一个可以多向调节的简易夹具夹紧即可,示意图如下:

铝棒和铝片的连接处有可调螺丝,此处未表示

这样子就可以做到车灯俯仰、水平调节,如果在后面竖直的铝棒部分,做一个可以旋转定位的机构,那么自由度要求就完成了。

那么如何把整体机构固定在自行车上呢?这时候就需要用到如下的东西:

此物叫做涨紧套

此物叫做涨紧套,一般是用来连接电机轴和同步轮的,根据不同的用途,其外观有好几种,此处考虑实际的使用条件,需要用这种结构的涨紧套。实际装车之后的示意图如下:

插入前叉的竖管中即可

把涨紧套固定在此,固定上面的夹具和车灯至此物之中,拧紧即可。这样车头在转动的过程中,车灯也是可以随着车头一起转动的。照明部分的设计目标初步达成。后面则是对应的棒料加工焊接的过程了。完成之后,实际装车的效果示意图如下:

初步安装的示意图

整个照明系统安装后,可以使用快拆杆来调节车灯的俯仰角;使用可调螺丝来调节车灯的水平方向偏转;使用涨紧套来调整车灯的左右方向的偏转。在不用的时候,可以仅拆掉快拆杆拆下车灯,其他的固定不需要动,便于下次安装后快速找到合适的照明角度。

从图中可以看到后面以及安装好的供电系统,那么接下来讲供电系统设计。

供电系统的设计

最开始考虑电池的时候,本来打算用软包/方壳电池做电源,组装好放在车包里,方便拆卸和安装。但是在逛淘宝找电池的时候,突然发现在一个32650电池的评论中有一个使用PVC管做电池固定装置的,而且这款32650电池上自带螺丝头,可以简单地串联电池。而且32650电池每颗容量大概在20Wh左右,有4-5节就可以搞定所需的电容量要求,并且价格非常便宜。在这个方案的启发下,下一步就是找一个合适PVC管直径的电池保护板可以内置即可。结果还真被我找到了。但可惜的是只有4串的适合我的尺寸,容量相对少了一些,不过问题不大。在组装好电池和电池保护板之后,示意图如下:

没有套PVC管的串联电池组及保护板

最后供电由4节32650电池提供电能,理论容量大概83Wh,照明时间可以有5.5h。

整个电池组需要有一个可以控制整体电路通断的按钮,控制车灯的开关。于是同时买了一个防水的按钮和插座,一起固定在PVC管的端盖中(示意图上面可以看到):

防水开关带插座

整体装进PVC管中之后的效果如下图:

出线端有MT30端子

在出线端,使用了MT30的端子作为电池组拆卸的接头。而且这个保护板需要三路接出:一路共地,一路供电正,一路充电正。使用3PIN的MT30端子可以兼容充电和放电端用同一套接头,接入不同的线即可。

电池组出线后,接入一个“防水”的远近光切换开关,固定到把横上,达到优雅切换远近光的效果:

“防水”的远近光开关

远近光切换安装在这个位置:

远近光切换开关

串联系统的首次测试效果:

首次连接的未装车测试效果

最后便是如何固定电池组至车架上了。庆幸的是自己的车架是圆管的钢架,给固定电池组带来了不小的便利。我使用了DIY的PVC管固定夹来达成此目的:

固定PVC管的DIY管夹

使用了两种不同的管夹切割组合如上,快拆管夹可以方便地取出和放入电池组,带螺丝的管夹固定至车架,把两部分之间使用胶水粘接。快拆管夹的夹紧力无需担心,使用海豚跳测试,电池组都不会掉出去。

测试环节

接下来就是迫不及待的装车测试环节了。先把每部分随意固定在车上:

简易的测试阶段

等到黑夜降临,推车出去在路上先体验一下。

测试阶段

刚开始担心的低角度照明的问题不存在,这个灯在近距离的地方有一定的散射,所以还是可以看清路的。近光灯的切线非常明显,调整好高低之后完全不会影响对向来车的视线,可以说是完全符合骑车的照明标准。远光灯打开之后,可以看到照明距离加长了非常多,和经过的那辆车的卤素灯相比,亮度也没有差太多。

完工及体会

安装好所有的部件后,整个系统就完成了。给PVC管喷漆之后上车的效果如下:

喷漆之后的效果还可以(白色的是暂时防止电池组下滑的纸)

其余部分和上面的图片基本是一样的,本来是打算给照明系统夹具喷漆,但是漆刚好用完了……丑是丑了点,毕竟是原型,如果有时间和闲钱再折腾的话说不定会升级一下。

装好之后下午早早出去按照规划好的路线体验了一把。运气上佳,拍到了漂亮的夕阳:

金色的麦田

下山的路上天基本已经黑了,而且运气还不错,遇到了好多对向来车。开远光之后对向来车立马会关掉远光灯,这种体会就一个字:爽!可惜的是没有拍到对向来车被迫关掉大灯的视频,嘿嘿。下次有机会补上。

不过续航和预计的差距有点大。第一次充满电的续航大约是2小时,但其中还包含了大概有半小时左右开远光的时间。回去拆了电池组研究了一下,发现有一节电池的电压比其他几节都低,只有3.2V。那个保护板的放电截止电压似乎是3.2V(或者是这一节和其他节相比压差太大了?其他的电池基本都还在3.5V左右),所以理论上来说,应该还是有很多电的。后续的话把那节电池替换掉,应该会让续航更长。这样的话可以出门两次再充一次电了。

本来想着灯和车头一起转动可以提供更好的照明视野,但实际使用下来发现,自行车的车头比较灵活,如果稍微有偏斜的话,会直接影响照明方向,导致灯的照射方向不是很稳定,一直在晃来晃去。所以把照明系统直接固定在车架上应该是更好的选择。以前听说雅马哈好像有一款摩托车的车灯是有随动转向的,不知道是如何实现的。

再就是如果想要车灯看起来更优雅的话,不知道有没有更小体积的双光透镜的灯,如果有的话可以换掉这个灯,使结构看起来更简单。当然,如果条件允许的话,说不定自己做一个双光透镜的灯,再把整个固定机构做一下外观设计以及通用性设计,使其具有可移植性。这样的话,其他人如果想用的话也是可以直接用的。

本来考虑过3D打印,但是金属打印的成本太高,塑料的话刚度似乎有不太够,可能装车后会很晃。所以后续的优化就,随缘吧。毕竟目前来说效果很满意。

成本核算

因为这只是一个实验性的小项目,过程中因为考虑不周及操作失误,损坏了几个零件,以及浪费了好多时间在等快递上面。因此成本统计分两部分来核算一下。第一部分是整体花费,第二部分是不考虑浪费实现功能的花费。

考虑实验折损的价格:照明系统的花费大概是195元,大概是车灯和五金件的成本。而供电系统的花费比较多一些,因为坏了一个电池,坏了一个保护板,以及买了好多没用到的降压升压模块。供电系统的花费大概是265元。还有买工具花费35元,加工费40元。总花费535元。听起来挺像冤大头的……

不考虑实验折损的价格:照明系统需要170元。供电系统需要90元即可。照明系统的价格主要是车灯和夹具的五金件价格。空心铝棒很贵(70元)。供电系统主要是电池和保护板的价格,其他的零件加起来也就30元左右。外加加工费40元,那么总花费只需要300元即可。不过嘛,300块装一个灯,好像也不怎么划算的样子哩。或许成本还可以再压缩压缩?

不过嘛,相比之下,夜骑多了一个给力的“武器”,似乎又觉得挺值得。不然只能对着迎面而来嚣张跋扈的远光灯束手无策。

听了这个价格有没有人也想试一试呢?

补充内容

这个项目是2021年6月份完成的,但是自己懒,一直没有整理当时留存的照片和文字发出文章来。其实最开始是打算做视频的,但是自行车不在手边,要做的话没有条件,有点可惜。后续如果可以的话,视频可能更能清晰地体现出来自行车装汽车大灯的“强大”?

而且做完之后感觉这个想法实现起来并不是很难,但是不知道为什么当时折腾的时候完全没有找到先例。难道骑友们对远光的忍受能力这么强吗?

最后,夜骑少了很多风景有点可惜,还是早晨、黄昏骑车好。美好的大自然给人带来的愉悦心情,似乎是没办法用远光战胜“远光狗”的喜悦替代的。只能说,下次夜骑,“远光狗”请来得更猛烈些吧。

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