LED灯在汽车照明系统中的应用

摘 要：作为汽车行驶必不可少的件,汽车照明系统在汽车主动安全方面至管重要,80年代后期伴随高亮度发光二级管技术的出现,LED灯在汽车照明系统中的全面应用成为可能.LED灯以其响应时间快、发光效率高、色温好、耗电量低、寿命长等优势在逐渐取代其它汽车光源.LED灯与汽车AFS技术的联合应用,使汽车照明系统更加完善.

关 键 词：LED灯汽车照明系统应用AFS技术

汽车照明系统从无到有,大致分四个阶段：钨丝白炽灯、卤钨灯、高强度气体放电灯、LED灯,LED灯从20世纪80年代进入汽车照明系统以来,已其众多优势,在迅速推广,本文重点讲了其工作原理,以及目前在国际汽车市场上的推广应用情况,并介绍了其与AFS系统结合,可大大提高汽车主动安全性能.

一、汽车照明系统的发展过程

1885年,德国工程师卡尔·本茨研制出世界上第一台汽车,并迅速发展.但是,在夜间或照明不足的区域行驶时,因没有照明装置,遇到了很大困难,由此在十九世纪80年代研制了第一盏汽车前照灯——悬挂式汽灯,1912年研制了第一款电气前照灯.

早期汽车前照灯用的是钨丝白炽灯,在车辆日益增多、车速不断提高的情形下,钨丝白炽灯亮度已远远不够,接着又研制出了亮度更高的卤钨前照灯、高强度气体放电前照灯,并出现近光灯、远光灯、前雾灯等多个灯种.

随着汽车工业的发展,道路上车辆越来越多,光有前照灯已不行,还要转向、停车,由此诞生了制动灯、转向灯、后雾灯等一系列灯种,大大降低了夜晚行车追尾和车辆转弯时相撞的可能性.

据统计,50%的伤亡事故发生在夜间,夜晚或自然光线不足的情况下发生的交通事故占总事故的25%.

因此,为提高汽车主动安全性能,越来越多的新技术被逐渐应用到汽车灯具中,主要有LED技术和前照灯AFS技术.

二、LED灯的特点

1.LED灯的工作原理

LED是一种场致发光光源,它是将电能直接转化为光能的半导体器件.LED发光原理是在p-n结两端上加正向电压,则p区中空穴会流向n区；n区的电子会流向p区.随着电子空穴对的复合放出能量,其中一部分能量转化为热,另一部分能量转化为光.

2.2发光效率高,节能环保

白炽灯的发光效率为15lm/W,节能灯泡为60-70lm/W,卤钨灯为70-80lm/W,氙气灯为80-90lm/W,LED灯为100-120lm/W、目前实验室已达到了180lm/W,而且LED灯将绝大部分的能量转化为光能,热量损失掉的仅仅是一小部分.据估计,用LED取代卤素灯能提升整车的mpg指标（每加仑燃油的行驶英里数）约0.25.目前欧洲已实施车辆在白天行驶必须开灯的法规,更可把mpg提升约0.5.可见LED灯提高了整车燃油经济性,节能环保.

2.3比较好的耐用性

LED灯元件结构简单,抗冲击性、抗震性较好,不易损坏,能够很好地适应各种环境.

2.4色温好、具有防炫目功能

白色LED灯光源色温在5500K～6000K,比氙气光源（4000K）更接近自然光（4800K～6000K）.这样的光线使得驾驶者不会因光线而感到炫目和疲劳.

2.5光束集中,更易于控制,且不需要用反射器聚光,有利于减小灯具的深度（见图2）.

2.6低耗电量

LED灯达到传统灯泡同等的发光亮度时,耗电量仅为传统灯泡的6%,省电节油.

2.7寿命长

目前用在汽车上的LED灯,基本上都能达到50000小时的水平,而好的LED灯寿命能达到100000小时,换算一下,相当于11年.考虑到灯的使用频率,基本上在整车的设计寿命里,LED灯都不需要更换.相比之下,氙气灯的寿命仅为3000小时左右.

2.8体积小、紧凑,便于布置和造型设计

这是LED灯的一个巨大优势,这一优势可以打破过去照明装置系统对造型创新的束缚,让我们拥有更具创意、更活灵活现的汽车照明装置系统.

三、LED灯在汽车照明系统中的应用

20世纪60年代LED灯问世,80年代后期伴随高亮度发光二级管技术的出现,LED灯在车外照明系统的应用成为可能.90年代,LED的材料开发不断演进,1991年开发出了以磷化铝镓铟（InGaAlP）为原料的四元素高亮度LED灯,在技术上,为汽车照明系统的LED化铺平了道路.

目前,国际上的许多高档轿车,如奥迪、奔驰、宝马等等,都纷纷推出装配有各式靓丽LED照明系统的新款式轿车来吸引顾客,普通车也紧跟其后在配装LED照明系统.LED灯在汽车上作为雾灯、牌照灯、倒车灯、制动灯、转向灯、示位灯、示廓灯等的应用也日臻成熟,本文不再详述,下面详述其在大灯上的具体应用：

1.奥迪：LED大灯的首先普及者

对于奥迪而言,LED前大灯已经成了他们设计理念的一部分,上至R8和A8,下至A3,奥迪车系使用LED大灯的车型阵营是目前最庞大的.奥迪车基本上已成为LED大灯的代言人.

奥迪的A8、A6车型上的几款全LED大灯多采用的是多透镜结构,LED元件也动辄以数十颗计算.不过,他们的远光灯都使用了反射式结构.

最让人感到高兴的是,奥迪已经把全LED照明系统普及到了A3这一级别的车型上,虽然大灯看起来远没有它的兄长们那般复杂,但是在实用性和功能方面都毫不逊色.

2.宝马：无新鲜感的统一LED大灯

宝马的LED大灯比起奥迪来,显得更加朴实,X6M、6系以及改款7系等车型上配备的全是LED大灯,他们的LED元件被布置在大灯反光碗的顶部,从正常的角度很难看到光源,只有你处于一个仰视大灯的角度时,才能看到灯碗内“天花板”上的LED元件.3.奔驰：亮相惊艳

奔驰在照明系统方面似乎不如奥迪那般充满活力,但是实力很强,CLS的前大灯就是奔驰对LED大灯的一次成功试探.

AutomotiveLighting公司为奔驰CLS开发的LED大灯应该算是透镜型大灯的一个标杆,它的近光灯采用了一个能够左右或上下转动的透镜灯头,使LED大灯也能够和目前的自适应氙气大灯一样,轻松实现弯道照明、高度自动调节等等功能.

奔驰曾经用概念车CSC证明自己在大灯设计方面实力雄厚,并曾惊艳登场.但是量产的奔驰车却没在大灯设计上留下多少精髓.

在CL之后亮相的新E级车的大灯设计也颇具争议,经典的“四眼”设计只剩LED行车灯勾勒出的轮廓.但是从视觉效果上来看,全LED大灯的设计还是很成功的.接下来奔驰的新S级、新C级等众多新车都将陆续亮相,E级大灯的设计使人们对新车型有了更多期望.

4.其他品牌也在跟进

越来越多的汽车品牌开始安装全LED大灯,即将上市的新一代蒙迪欧便是众多新加盟车型中的一员,它将使用法雷奥Valeo提供的LED大灯,不仅造型精练,能耗也只有26瓦,其水平仅相当于普通大灯的50%.

在设计方面一直走精进路线的起亚也已经紧跟其后：其在全新的K9上,已经配上了一双硕大的LED大灯,相信现代也会很快在量产车上跟进.

LED大灯的时代已经开始,之前仅属于高端车型的配置已经开始出现在更低的车型上,比如即将上市的蒙迪欧、新奥迪A3、高尔夫7等等.相信随着LED照明系统成本的进一步下降,主流的紧凑车型甚至小型车都将配备LED大灯照明系统.

四、LED灯与AFS系统的联合应用

AFS系统是提高驾驶安全性的前照灯系统,能使驾驶员更好地适应各种速度、道路类型和天气条件的变化.其工作原理为：当汽车进入特殊的道路状况（如弯道）时,由于方向盘和速度发生变化,角度传感器和速度传感器传输到电控单元ECU的信号就相应发生变化.ECU捕捉到这些信号变化,同时判断车辆进入了哪种道路情况,并发出相应的指令给前照灯的控制单元,控制单元根据收到的指令操控装在AFS灯体内部的微电机带动发光三要素绕相应的旋转轴旋转,从而在非常规路面及天气下行驶时,改变照明方式,提供更好的安全保障.

传统汽车前照灯输出近光和远光两种功能的光束,且每种光束分布模式均呈静态分布,具体的光照分布也都符合国家标准.但在实际应用中,此系统射出的光束范围是有限的,在一些较为复杂的路况下（如转弯）极易产生视觉盲区.另外,传统汽车前照明系统不具备自动调整光束分布的功能,近光光束和远光光束之间的变换需驾驶员手动操作实现,这样在来往车辆频繁的行车环境下,车辆之间容易产生眩目光.

随着白光LED技术的发展和汽车造型的需求,汽车前部位置越来越低且呈流线型,为前照灯预留的空间越来越小.为了满足汽车照明系统智能化和人性化的需求,AFS系统与LED灯的结合已经成为现代汽车前照灯设计的发展趋势.

LED前照灯与AFS系统的结合,具有传统光源无法比拟的一些优点.LED前照灯能利用光点阵列来组合出前照灯的主动式照明功能,实现光照射方向随转向角度而变化的主动安保功能,而无需采用任何运动部件.这种变化也符合并体现了当代汽车的设计理念——机械装置逐渐被全电装系统所取代.

同一组LED阵列既可以作为前照灯的光源,也可同时用于转向灯,只是在发挥不同照明功能时采用各自的光学镜罩.作为一般的转向灯,只须在车身两侧布置LED阵列,再加上简单的开关功能即可.而要发挥智能前照灯的主动安保作用,让前照光束随车辆的转向轨迹总是同步地照亮车前的道路,则需要布置较多的光源点阵并采取更复杂的光点电控,按照转向输入来控制光点阵列的明暗组合,从而同步改变前照灯光束的射向,实现车辆在各种非常规下的盲点照明.

这种与AFS系统的结合优势,将使LED照明系统在车辆照明领域取代其他传统光源,成为历史的必然选择.

五、结语

自上世纪80年代起,LED凭借可靠性强、使用寿命长、响应速度快、体积小便于设计等优点,在汽车外部照明领域得到越来越广泛的应用.进入二十一世纪后,LED技术发展迅猛,尤其是近几年在光输出及散热方面的一些突破,使LED得以应用于前照灯,并与AFS系统结合,成为汽车照明技术发展的新宠.这种发展,在汽车时尚设计、提高主动安全方面都具有非常重要的现实意义.