浅析LED技术在汽车灯具中的应用

浅析 LED技术在汽车灯具中的应用

张珊珊

张家港长城汽车研发有限公司 江苏 苏州 215600

摘要：汽车照明是车辆安全行驶的重要组成部分，它对车辆的主动安全起着至关重要的作用。80年代末，伴随着高亮度发光二极管技术的面世，使 LED技术应用于车辆灯光照明成为可能。发光二极管具有高的稳定性、较长的使用寿命、色纯度高、响应速度快、体积小巧等特点和优势，因此它被广泛地用于汽车的灯光照明。在二十一世纪，LED车灯已经在前照灯、侧转向灯、高位制动灯等交通灯中得到了广泛地运用，并将其与前照灯AFS技术相融合。

关键词：LED技术；汽车灯具；汽车照明；应用

引言：1885年，德国的卡尔•本茨发明了世界上首款以汽油发动机驱动的三轮内燃机车，汽车由此诞生并得到了快速的发展。然而，为了在夜晚或者光线较差的地方驾驶，需要使用灯光，因此，在1980年，第一个车灯诞生了，即老爷车吊灯，1912年，电气前照灯被发明。以前的车灯使用的是钨丝白色电灯，只有低速行驶的车辆才会发出微弱的黄色光线。随着交通工具越来越多，速度越来越快，前大灯也逐渐向更明亮的卤素大灯发展，高亮度的气体放电前照灯，并出现了近光灯、远光灯、前雾灯、日间行车灯等多种类型的灯。同时，灯光仅照明车前方道路是远远不够的，司机还要左右张望，观察车后和车二侧的车辆行驶状况，于是尾灯、高位制动灯、转向灯、后雾灯等一系列的灯出现，为防止夜间行驶发生交通事故。

汽车照明是车辆安全运行过程中不可或缺的一部分，其对车辆的主动安全性起到了关键的作用。根据数据显示，夜晚或缺乏天然光照时，造成的交通意外占全部事件总数的25%，而夜晚发生的意外事件占50%。超过100项 的ECE条例中，约40项涉及到汽车灯光的条例。在国内70多项强制检测中，约25种与车灯检测相关。

为了改善车辆行驶的安全性，车辆照明技术已有许多新的技术，例如：转向灯的纤维传导技术、前大灯AFS技术等。当然，LED技术也被大量用于车辆照明中，特别是在汽车的前照灯和尾部信号灯上。近年来，在汽车的灯具设计中，LED技术的应用日益广泛，它不仅给车辆外观增加了时尚性、科技感，而且也为人们所熟知，成为当今车灯的发展趋势。

一、 LED技术应用于车灯照明

LED技术在全球范围内的迅速发展，使LED技术在汽车领域中得到广泛的运用，取得巨大的成功和市场份额。目前LED技术在车灯领域的发展动向和应用趋势，将成为今后车辆灯具创新发展的一个关键环节。LED适用于不同车辆的灯光需求，例如：大灯、车尾、转向信号灯、刹车灯、示宽灯、踏板灯、车内灯等等汽车灯具。本文简要地介绍了 LED技术在汽车大灯系统、尾部信号灯、车内照灯等方面的运用。

(一) LED在前部照明系统中的运用

LED大灯以光形重叠为主的配光方式，同时也给大灯配光技术带来了一定的难度。通常 LED大灯发出的光只会向半球形区域内照射，因此 LED照明设备必须使用多个光源才能满足需求。LED大灯是由许多不同的光源构成的，因此，要确保 LED的光轴具有一定的方向感，就需要准确地定位。因为大灯与引擎盖紧密相连，故在车辆大灯设计中，要注意到散热问题，因此，有关工程师必须增设散热元件及内部电扇，以确保 LED照明设备能更好地散发热量。在 LED光源的使用中，也要重视其电气设备的特性，加强其各控制组件的协同工作，并对其进行周期性的 EMI检测，保证 LED照明设备能够工作。LED在大灯中最常见的用途就是白天的行车灯，当一辆车启动时，日间行车灯就会亮起，它可以在灯光的照射下，燃烧一些燃料，不过它的能量消耗非常的小，一般情况下， LED大灯的能量消耗大约只有9 W。

(二)在车尾信号中的运用LED技术

LED信号灯发光通过放射镜和配光镜的折射，在相应区内就会产生一种光形，而每一种发光二极管所构成的光形，都会在屏幕上重叠，从而构成一个整体的光形。有关人士在研发 LED交通灯时，必须依据车辆外形的设计及性能要求，选择 LED灯型及数目。其次，按照所选择的LED光源类型来决定焊接过程，并对整体的驱动线路进行了详细的分析。然后对每一种照明元件的结构进行可行性的研究，通过对其构造和制作过程的检验，然后公布3D和2D的资料。

(三)在车内照明灯具中的 LED技术

LED光源功率器件结构紧凑、体积少、占用面积小、响应迅速等特点，是适用于汽车内部的灯光。发光二极管因其在色温、显色指标、光亮等优点，特别适用于汽车短期使用，主要用于前照灯、日行灯、门开启警示灯、行李箱灯、阅读灯、顶灯、高位制动灯、侧转向灯、尾灯等。

LED灯在现实生活中，不仅仅起到了最基础的照明功能，更重要的是可以监控到车门的情况，如果门坏了，那么上面的灯光就会一直开着。当后备箱的车门被拉开的时候，上面的 LED灯就会亮起来，这提供了极大的便利。LED灯光在车辆内部照明中的另一个重要优势是可以减少对司机的干扰，因此可以有效地降低司机眩晕的情况。

二、 LED在车灯中的运用

LED广泛地用于车辆的前灯系统、后灯和车内部灯，但从整体上看， LED用于车辆照明的方式主要有直射式、反射式和透射式三种。下面简要地说明了三种方法的应用方法。

(一)直射式

直射式发光二极管放置在反射器的中心，面向正面或背面进行设置，这样我们就能从正面和背面都能看见 LED光源的主体是直射式设计的。这种直接照射的光线不那么复杂，但在灯光的照射下，会给人带来强烈的视觉冲击。

(二)反射式

反射式发光二极管是将发光二极管放置在一个反射器的侧面，而从正面看不见该发光二极管。因此，该产品不会出现给人视觉造成刺激的现象，但该方案需要非常精确的配光，并且其结构也比较繁琐。

(三)透过式

透过式发光二极管是通过其它媒介将发光的光线进行配光，使照明的作用更为灵活和多样。这是一种最复杂的设计方式，但它的外形却很时尚，所以受到了很多顾客的欢迎。

三、 LED汽车照明系统的优点

(一)节约能源和环保

发光效率方面，LED发光效率也得到很大的提高。在2009年，白光的 LED照明效率已经达到70 lm/W。LED灯具可以将大部分的电能转换成光能，只有一小部分会失去。经估计，使用 LED替代卤素灯会提高车辆的 mpg指数。在欧洲实施白天必须开灯行驶的规定时，可以将自身的 mpg提高0.5左右。可见 LED灯具在提高汽车燃料的经济性能方面具有重要作用。

(二)车灯的颜色识别

目前，大部分的路标都是采用被动辉光的反射方式，而LED的光谱与日光相近，可以将光线折射到目标物体上，比其它照明设备更有效，这样驾驶员可以更快地在较远的距离发现附近形式的车辆，以保证驾驶员的安全，同时也能让驾驶员们更容易地找到和辨认交叉路口。

(三)前照灯防眩

由于白光 LED光源的亮度在5500 K到6000 K之间，所以它的光源要接近于自然的光线（4800 K~6000 K）。这种灯光让司机感觉非常舒服，不会因为灯光的照射而感觉疲惫。

实验结果显示，在短波阶段（-450 nm）时，高强度气体放电灯对人体产生的刺眼作用更为明显。HID照明系统在进行光学系统的设计时，必须将光频中最蓝的部分移动到射电光斑的边缘，由于在此位置，车辆驾驶员的视线一般都会忽略这一部分，这样就可以降低这种颜色对人体的影响。但如果是迎面而来的驾驶员，当车辆通过边界时，蓝光仍然能让人产生视觉上的错觉，从而影响到车辆的安全性。因此，在防眩方面，灯具设计要尽可能地降低450纳米的波长，同时要在450-510纳米范围内添加更多的光线，减少不舒适的感觉，提高边缘区域的视野。LED大灯不仅可以保证驾驶者在驾驶时视觉上的舒适感，而且不会造成相邻车辆或驾驶员的视线障碍。

(四)响应速度快

LED技术响应速度快，比普通灯泡反应速度快200-300毫秒。适用于高位制动灯或转向指示器，在高速路上，驾驶员可以获得6.7米的刹车距离（在车速为120公里/小时时），从而大大降低了交通意外。

(五)其它优势

与其它常规照明方式相比，LED技术的寿命使用更久，维护成本更低，抗震性能更好，发热量低，不含有汞等优势，对周围的环境污染较低。另外，LED体积较少、重量轻，一个灯具可以同时采用多个 LED模组，使得灯光的设计更加自由和个性化。

四、结论

汽车灯具是车辆外观设计中最为关键的功能性部件，其作用直接关系到车辆行驶中的安全性。LED是一种新型的照明灯具零部件，它解决了传统的灯管能源消耗大、光照强烈、使用寿命短、反应速度慢等缺陷，可以很好地适应现代车灯的使用要求。然而，LED汽车灯具仍具有散热性能差、价格贵等缺点，因此，LED照明厂商必须在现有的技术前提下，进行产品的创新，以适应当前的市场需求，决绝客户的需求。

参考文献

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[2] 谭功伟.发光二极管（LED）在汽车灯具上的应用[J].光源与照明,2009(2):5-7+19.

[3] 位保国.LED技术在汽车灯具中的应用.

[4] 王妮娜.LED技术在汽车灯具中的应用.