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LED在汽车工程中的应用
作者: 汪子健 周应军 来源: 网友推荐 日期: 2005年06月22日

LED发光二极管作为继白炽灯和荧光灯之后的第三代照明光源,自1962年开始出现在商业领域之后,LED的发光效率始终以每十年十倍的速度猛增。同时,得益于LED固有的诸如能源消耗低、使用寿命长、响应速度快及应用灵活等优势,LED在汽车工程中的应用也在快速普及。从车内指示灯、高位刹车灯,过渡到组合尾灯,一直拓展到前照灯领域,LED照明技术不仅对组合前灯及组合尾灯的造型风格产生了深远的影响,而且随着LED发光功率的提升和制造成本的降低,LED可望成为全面替代传统灯泡的新型汽车照明光源。

LED的发光原理

LED (Light Emitting Diodes),即发光二极管,其发光部件由GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体材料制成。LED发光原理的核心基于半导体的P-N结(具有正向导通,反向截止、击穿特性),是一种将电流顺向接到半导体P-N结上使其发光的器件。P-N结由数层搀杂半导体材料的薄片组成,一层带过量的电子,另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴”,当施以正向电流时,电子和空穴相互结合并释放出能量,从而辐射出光芒、产生光照。

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独立的LED光源

单个LED光源由LED芯片(发光部件)、树脂封装套、阳极及阴极杆和引线架等元件组成,形成一个熠熠发光的独立光源。应用时,为了增强LED的光照强度及效果,通常还在LED光源前方加装一个透镜。另外,在实际使用中,如交通指示灯、汽车高位刹车灯等,LED通常还以若干个独立光源,按照排列或组合的形式出现,以产生足够的光照或警示效果。

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熠熠发光的LED灯

LED的性能优势

LED是一种方兴未艾的新型照明光源,也是汽车照明系统非常理想的一种光源,具有众多无与伦比的性能优势:

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种类齐全、花样繁多的LED灯

1. 与传统的白炽灯泡不同,LED是一种几乎不发热的光源,因此使用寿命可达50000至100000小时,即10年以上,一般在车辆寿命期间可无需更换。而用于很多车辆信号灯的白炽灯泡的寿命仅为100~200小时,在车辆驾驶途中随时都可能突然失效,从而成为严重的安全隐患。

2. 光效率高、能耗低。LED的光效率高达80%~90%。与同光效的白炽灯相比,LED灯可节省能耗80%左右。

3. 普通白炽灯泡的启动时间一般在100~300毫秒之间,而LED的启动时间仅为几十纳秒。对高速行驶中至关重要的制动灯而言,这样的时间差距就意味着相差4~7米的刹车距离,从而可大大降低事故的发生率。

4. 安全。LED使用低压直流电源,供电电压在6~24V之间,所以它比使用高压电源的灯具更安全。

5. 绿色环保。由于LED光谱中没有紫外线和红外线,因此LED灯没有热量、没有辐射,属于典型的绿色照明光源。同时,LED不含有害金属汞成分,对环境无污染,废物可回收。

6. 应用灵活,LED体积小,封装形式灵活,可以制成轻薄短小的产品,满足点、线、面各种形式的具体应用。同时,LED可以通过改变电流进行变色控制,即通过调整材料的能带结构和带隙,实现红黄绿兰橙多色发光。LED光源受电压变化的影响也远远小于普通灯泡,具有优良的安全性和可靠性。

7. LED没有钨丝及玻璃壳等易损部件,其耐震动、耐冲击性能远远优于普通灯泡。

LED汽车照明概况

随着LED发光二极管性能的改善和功率的增强,将LED光源应用于汽车照明逐渐成为可能。在发光二极管技术发展的早期,LED已经被用于汽车仪表照明和车内一些电子设备的指示灯。1985年,尼桑300ZX型车上的高位刹车灯采用了72个5mm的红色发光二极管,标志着LED正式被应用于汽车工程领域。时至今日,欧美市场采用LED信号灯或室内灯的车型已不罕见。在大洋洲,已有30%以上的机动车采用了LED光源的信号灯。据不完全统计,LED在汽车领域的应用,已经占到了其全球市场份额的20%以上。

总体而言,除了前照灯远、近光照明外,如今汽车所有照明、指示或警示系统都可见LED身影。即便是国产经济型车,采用LED高位刹车灯都已经非常普及。同时,车内众多电子设备的显示及指示照明,更是LED大量应用的传统阵地。另外,诸多高档汽车还渐渐流行响应速度更快的LED刹车灯、转向灯及尾灯。此外,光导照明技术的出现,也进一步拓展了LED灯在汽车工程中的应用范围。

光导照明技术的代表,就是由德国海拉Hella公司独创的CELIS技术,即中心照明系统(Central Lighting Systems)。该系统以具有中央光源的光导技术为基础,通过合成光导纤维将白色LED点光源输出的光线输送到所要求的位置。例如,宝马系列的多款新车型都已采用了全新的含CELIS环形前位灯的“天使眼”前照灯系统;同时,宝马5系列的几款车型,也开始应用了含CELIS技术的LED组合尾灯,令人耳目一新;另外,采用CELIS技术的LED室内照明系统,也令车内照明更为丰富多彩、温馨别致。

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LED尾灯

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海拉CELIS前照灯

LED前照灯

受LED价格及功率限制,LED光源取代汽车前照系统远、近光灯,仍然任重而道远。不过,各大公司采用LED取代远、近光等的尝试从未止步,并取得了可喜的成绩。

2003年末,新款奥迪A8 W12的上市,标志着LED在汽车照明领域一个新纪元的开始。在这款由海拉Hella提供的前照灯里,LED第一次作为照明光源(而不只是信号光源)被应用于一个批量生产的车型。5个白色高功率LED被嵌入这款外型别致的奥迪前照灯,作为可靠节能的新型日间行车灯光源,为车主提供前所未有的驾驶安全性和舒适性。

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奥迪A8 W12 LED前照灯

在2003年的法兰克福国际车展上,海拉Hella还展出了其研制成功的一个全LED汽车前照灯模型。在该模型中,海拉Hella展示了未来全LED前照灯总成的光源组合排列结构:灯体的上方和下方各有一个LED近光前照灯模块,而中间的较宽的一列是LED远光前照灯模块,紧贴远光灯上方较窄的一列是同样应用了LED的琥珀色前转向灯和白色日间行车灯。事实上,此次令人瞩目的全LED前照灯系统的正式亮相,也预示着LED全面取代汽车照明光源,已指日可待了。

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海拉全LED前照灯模型

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(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:elizabeth)

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