陈天殷
软硬件协同设计【期刊名称】《《汽车电器》》
套链【年(卷),期】2019(000)009
【总页数】6页(P8-13)
【关键词】汽车照明光源; 人工智能时代; 氙气灯; LED灯; OLED; 现状与发展
【作 者】陈天殷
【作者单位】美国亚派克机电(杭州)有限公司 浙江杭州 310013
【正文语种】中 文
静电线
【中图分类】U463.651
1 汽车照明光源的演进与显性
130年前发明了汽车，可直到1920年代初期汽车的前照灯还是白炽灯和煤油／乙炔汽混用的时代。1924年西门子的子公司欧司朗推出了双灯丝灯泡解决了远近灯光的切换，才让白炽灯占领了车前灯的领地。1957年奔驰300SL将远光、近光、雾灯、停车灯等多种功能整合在一起构筑车前灯总成。1962年德国海拉 （HELLA）推出卤素车灯。1965年海拉H1系列卤素灯诞生，1971年H4系列双灯丝卤素灯应用于奔驰350SL（R107）上。1983年海拉DE系列车灯是颠覆了传统的创新和高科技光效照明产品。1991年宝马7系采用了氙气前照灯。1999年奔驰CL率先采用双氙气前照灯（远近灯光）。2008年奥迪8 V6首次全面应用LED前照灯。一个多世纪革故鼎新的演进见证了车灯发展的历史。除解决夜视的实用功能外，车灯还有显著的装饰作用。 统计表明，60%以上交通事故的发生都集中在夜间或天气环境状况欠佳之时，这时驾驶人员的视野会受到严重影响，也更易产生分神、误判等情况。为最大程度降低交通事故，确保交通安全，保障生命与财产损失，寻求亮度更强、发光效率更高、有更好的电磁兼容性、显性更佳的汽车照明光源。 光源的显性 （Color Rendering）的含义是指不同光谱的光源照射在同一颜的物体上时
所呈现不同颜的特性，亦即显示颜的逼真程度。通常用显指数 （Ra）来表示光源的显性——显指数越高（最高Ra=100），其显性越佳，物件在其灯光下显示的颜与标准光源下越一致，更逼真。以往显性仅应用于摄影领域，近年被运用到汽车照明光源，尤其是在都市彩斑斓璀璨的夜空中，高显度的光源，对于避免机器视觉系统发生误判至关重要。
当红绿蓝 （RGB）三基混合白光的光源物理量比例失调时，照射到物体上的反射的补洋红、青和黄（CMY）彩亦必会失真失调。亦即光源显性差，照射在物体上所反射的颜也越差。光源光谱成分的RGB分量与其补在物体上反射的分量及可视彩与RGB颜光的互补是呈比例对应关系的。
2 照明光源的性能指标
照明灯的亮度是由光通量 （ψ）来描述的，它是指单位时间内光源辐射产生视觉相应的能力，其单位是流明（lm）。
发光强度为1坎德拉 （cd）的点光源，在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1流明
（lm）。1流明是指传统光学定义的标准蜡烛一烛光在1公尺以外所显示的亮度。光学最早的定义系统是基于白炽灯，约为10 lm／W，故40 W的白炽灯发出400 lm的光。而客观情况是220 V，40 W白炽灯实际测得的光通量为340 lm。
光通量其本质是指人眼所能感受到的辐射能量。因而它在量值上等于某一单位时间里某一波段的辐射能量与该波段相对视见率的乘积。但人眼对不同波长的光线其相对的视见率并不一致，因而不同波长的光即使辐射功率相等其光通量也并不相同。如波长为555×10-7 m的绿光与波长为65×10-6 m的红光相比，相同的辐射功率绿光的光通量是红光的10倍！理论上光源的光功率也是用瓦特来计量的，但视觉对其感受与光相关，故需依标准光源及正常视力另定光通量流明 （lm）来计量。
车用常见发光体实际效率 （lm／W），LED灯是氙气灯的3倍，卤钨灯的5倍。
钛合金热处理
先进的光电产品如发光二极管LED汽车前照灯采用国际标准温6000 K正白光。
温是人们的眼睛对于发光体或白反光体的感觉，这种视觉反应因人而异，关乎物理学、生理学和心理学等复杂综合因素。共识是温在3300 K以下人感受的是稳重的氛
围；3000～5000 K为有爽快或赏心悦目的体验；而高于5000 K即是冷峻的感觉。不同的光源有不同的光，也就有不同的视觉感受。如图1所示。而公认6000 K的温是最接近正午阳光颜的日光。
玻璃夹胶机图1 不同光源的光
3 三种汽车照明光源
3.1 卤素灯
卤素灯 （Halogen Lamp）（图2）由白炽灯革新而来。钨丝灯泡抽真空后，灯泡内注入溴或碘等气态的卤族元素。通电后，钨丝高温白炽状，升华的钨元素与卤素进行可逆的化学反应，冷却后又会重新凝固于钨丝之上，形成动态的平衡循环。
文字拼接卤素灯确切的名称应为卤钨灯（图3），发光原理与白炽灯相同，也是热辐射光源。普通白炽灯抽真空后充以氮气，而卤钨灯仅有5%的高纯氮气，95%的工作气体是二溴甲烷和氪气的混合气体。这些气体在工作时与炽热的钨元素建立起卤钨循环。
图2 以卤素灯为前照灯
图3 卤钨灯
当钨丝两端施以电压，钨丝因电阻而发热，呈白炽高温状，灯丝表面的钨元素挥发出来，向灯泡内温度较低的方向移动，在玻壳管壁与Br2相结合生成溴化钨WBr2；而WBr2是不稳定化合物，在温度较高处又会重新分解为Br与W，Br回到工作气体中，钨返回灯丝上沉积下来。这一可逆的化学反应在光源点亮发光的过程中卤钨分分合合一直平衡循环着。灯丝上的钨不会深度地不断挥发使灯丝变得更细，电阻持续增大，自身温度持续升高，最终寿命缩短，灯丝烧断，也不会如普通白炽灯泡，钨在灯泡内表面沉积而发黑。卤钨灯因卤素循环保持了灯泡内整洁，也保证其在整个生命周期中保持恒定的光输出。能耗比白炽灯降低三分之一。白炽灯仅6%～10%能量转化为光能，发光效率低，其余皆以热能形式流失。
卤钨灯设施简单，点亮熄灭无需附加装置，成本低廉，亮度易于调整控制，但其发热较高，视觉感受其灯光颜偏黄 （温偏低，但对低能见度的气候环境有较强穿透力），相对寿命较短。
卤钨灯由于整体温度高于传统的白炽灯，灯泡玻壳必须用高熔点的玻璃，如铝硅酸盐玻璃或熔融二氧化硅 （石英）制成。
注意事项：①石英玻璃无法阻隔紫外线，卤钨灯泡通常需要外加紫外线滤镜；②若卤钨灯泡外表面有油腻，会造成玻壳上温度不一致，降低灯泡寿命。更换卤素灯泡应避免人手直接接触灯泡表面；如若沾污油腻应仔细用酒精擦拭清洁。
3.2 氙气灯
氙气灯 （High Intensity Discharge，简称HID）又称高压气体放电灯，其工作原理是因石英玻璃管内充以惰性气体氙气，由增压器将车载电源电压12 V升至23000 V，超高电压和高频振荡下氙气分子电离，在电源两极间气体辉光放电发光。光与日光相近，亮度强 （光通量是相同电功率瓦数卤钨灯的3倍），电能转化为光能的效率也比卤素灯提高了70%以上，寿命相对较长。氙气灯的温由3000 K到12000 K（而温6000 K则与阳光相似），会有较多的绿和蓝，因而呈蓝白光，在晴朗的天气大幅度提高道路标志和指示牌的亮度。车灯的高亮度有效扩大车前方的视觉范围，创建更安全的驾驶条件。
氙气灯的光线在雨雪雾霾天气其光线穿透力下降显著，所幸HID有高于卤钨灯3倍的发光效率，高亮度提升了暗夜和雨雪雾霾里驾驶者视线清晰度，效果明显。缺点是结构较复杂 （需附带增压装置和透镜），价格较高。启动时间较长，接通电源点亮，需3～4 s才达到
应有的亮度。因此，一旦发生故障氙气灯照明不会瞬间熄灭，而是逐渐地慢慢变暗直至全熄，能使驾车者在暗夜里赢得时间，紧急靠边停车，避免了事故，又成了一项优点。早期氙气灯的眩光成为应对复杂多变地形的严重挑战，很快自动前照灯高度调节功能解决了这一困扰。
HID灯管使用的是UV-Cut抗紫外线水晶玻璃。一辆原产出厂的卤素前照灯耗费电能是55～105 W左右，而HID气体放电前照灯在器工作的稳定运行下，平均只需35 W电功率，氙气灯就有同样亮度的发光，大大地降低了耗电，即节能减排。一组HID氙气灯组寿命之长可伴随一辆新车一生的使用期。氙气灯外观见图4。
3.3 LED
发光二极管 （Light Emitting Diode，简称LED）见图5。LED属于一种电致发光器件，利用固封的固体半导体氮化镓芯片作为发光元件，通过载流子发生复合引起光子发射而直接发光。LED前照灯就是利用发光二极管的组合作为光源创建的照明灯具。LED前照灯成本比氙气灯低、节能、反应快 （点亮时间只需几微秒）、亮度高、体积小 （能排列成各种炫酷的形状）、寿命长 （可使用6～10万小时）。缺点是散热性不佳 （长时间工作需要考虑
充分的散热装置）、且较难以维修。
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