LED技术在汽车灯具造型设计中的应用

摘要

我国汽车行业近些年发展迅速, 汽车成为了人们日常生活的重要工具, 同时也带动了我国汽车灯具造型设计的不断进步。汽车灯具对汽车安全行驶有着非常重要的作用。随着LED技术的普及和发展, 使用LED灯具完成照明工作很好地代替了当前的普通照明灯具。LED技术具有消耗小、寿命长以及光照效果好等优点, 受到了广大人民群众的欢迎, 同时也开始应用到汽车灯具中, 包括汽车的照明灯、转向灯等, 很好地引领了当前汽车灯具的发展, 体现出时代特点。本文介绍了LED技术的优点和发展现状, 探究LED技术对汽车灯具造型设计的影响作用。

一、汽车灯具的要求及发展

自世界第一辆汽车诞生之日起, 汽车灯具也开始随之研发。在最开始时期, 汽车灯具主要是由白炽灯构成, 但白炽灯亮度比较弱, 而且费电。随着汽车技术的不断发展, 汽车灯具的要求和种类越来越繁多, 例如前照灯、转向灯、倒车灯、制动灯、高位制动灯、近光灯、远光灯以及雾灯等, LED灯的出现开始引起汽车设计师的重视。作为汽车安全保障最重要的汽车灯具也相当重要, LED的研发与应用, 很好地避免了汽车在夜间或是光线暗的情况下出现不必要的安全问题。

二、LED技术应用于汽车灯具

目前世界上无论国内国外均以传统钨丝灯、卤素灯的常规要求作为标准, 并没有独立的LED车灯灯具的生产标准。所以目前LED车灯制造企业生产的车灯总成, 其设计生产依据仍多是国标、SAE等标准。为使得LED车灯光源的配光、外形符合传统标准, LED光源必须设计成三维阵列, 通过调整LED发光方向来达到配光目的, 对汽车灯具设计而言是一种新技术。
由于LED光源的单色性, 不需加滤色片便可以直接选用不同波长的LED元件, 设计成具有不同功能的转向灯、制动灯或者倒车灯等。不加滤色片也使光的透过率增加, 从而提高了光的利用率。另外, 用于LED车灯的LED元件为满足传统配光标准的要求, 角度的选用十分重要。正确的发光角度意味着, 可以使用最少数量的LED元件, 从而达到经济实用的目的。散热设计是LED灯具设计工作中至关重要的部份, 散热是否良好决定了灯具的使用寿命是否能达到设定值。

三、LED灯具的优点

作为一种新兴绿色照明光源, 半导体照明正逐渐走进人们生活的各个领域。交通运输照明成为LED作为照明光源的重要应用市场。目前, LED已应用到汽车内部和外部, 尤其是在汽车内部照明, 彩色LED的应用已经非常成熟。与普通照明灯具相比, LED灯具具有以下几个优点。

1.节能无污染

LED即发光二极管, 其内部主要为一个PN结。当PN结内的电子与空穴复合时, 电子由高能级跃迁到低能级, 电子将多余的能量以光子的形式释放出来, 产生电致发光现象。由于电致发光是直接将电能转化为光能, 因此能量转换损失较少。而且LED灯具不含铅、汞等污染元素, 对环境没有任何污染。此外, LED灯具光谱中没有紫外线和红外线, 既没有热量, 也没有辐射, 眩光小, 废弃物可回收。它还属于冷光源, 可以安全触摸和使用。

2.灯光色辨别度高

由于LED的光谱接近于日光, 所以它的光被物体反射的有效性要比其他光源更容易识别, 便于其他驾驶者更容易发现, 提高了行车的安全。即使是晚上, 也可以避免因看不清交通标志而发生事故。

3.防止前照灯的眩目

LED的照明较为温和, 与白天的自然光接近, 不会使驾驶员因为刺眼而不舒服。有驾驶经验的人都知道, 夜间会车时, 对面来车灯光亮度较强时, 会造己方驾驶者视觉暂时失明而产生危险。因此LED前照灯在设计时, 会将大灯光谱中最蓝的部分进行推移, 从而避免因为强光导致对面驾驶者眩目。

4.其他优势

LED前照灯点亮无延迟, 响应时间更快 (传统灯泡则有0.3 s的延迟) ;具有更强的抗震性能;发光纯度高, 无需灯罩滤光, 光波长误差在10 nm以内;发光热量很小, 对灯具材料的耐热性要求不是很高。另外, LED前照灯光束集中, 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;耗电量低, 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%;具有超长寿命, 无灯丝结构, 不发热, 正常使用在6年以上。

四、LED在汽车照明系统上的应用

1.LED在前照灯上的应用

将LED应用于汽车前照灯系统中的最直接优势, 就是大大缩小前灯系统所需要的空间。目前, 由于LED单颗亮度不够, 亮度衰减比较严重, 其价格也相对比较贵, 所以LED现在主要应用于汽车的行车灯、制动灯、位置灯、前后转向灯、雾灯、倒车灯、高位制动灯以及室内灯和侧转向灯, 暂时还没有完全在汽车的前照灯系统上普及应用。LED前照灯往往由于LED阵列的排布而容易形成明显的品牌特征, 这种极富科技感的前照灯设计, 能将车辆的个性化设计和品牌特征完全展现出来, 并提高品牌的识别性。

2.LED示宽灯造型

示宽灯是提示车辆宽度的灯具, 用于傍晚和夜间行驶时, 让别的车辆看见, 是欧洲国家强制装备的灯具。随着LED技术的普及, LED示宽灯的造型已经成为一款车型的一个重要特征。奔驰CLS的前照灯系统采用了总共71颗LED, 近光灯16个, 远光灯8个, 转向灯13个, 示宽灯22个, 弯道辅助灯2个, 其他用途10个。这款全LED大灯的色温在5 400 K左右, 点亮效果接近普通日光, 具有良好的光照性, 照明效果也十分自然, 同时能耗比普通氙灯低, 使用寿命甚至能够达到终身免更换。其22个LED组成的示宽灯, 呈c形排列, 具有极强的科技感和品牌识别性。这款车型推出以后, 带动了LED在示宽灯上面的发展, 使LED示宽灯的造型成为汽车型又一个重要特征。

3.日间行车灯

日间行车灯是指使车辆在白天行驶时更容易被识别的灯具, 装在车身前部。日问行车灯不是照明灯, 其作用是为了提醒别的车辆注意, 属于信号灯的范畴。欧盟规定所有新车必须安装日间行车灯, 此举也正是大众公司在LED汽车灯具上大做文章的主要依据。近年来, 大众公司实施“灯光战略”, 将LED车灯普及, 旗下大部分车型在大灯中都装备了LED日间行车灯。尤其是奥迪, LED日行灯甚至成为了这一时期奥迪的品牌标识。
奥迪的照明系统高级设计师解读了不同的LED日间行车灯设计所要强调的不同车辆性格:A系车型 (比如A4和A5) 上的LED日间行车灯, 看起来就非常坚决、优雅和动感;在Q5和Q7上的灯组设计, 则表现出宽厚和充满力量;而R8的LED日间行车灯, 就像是全速奔跑中的公牛的角, 充满生机和自豪。

4.雾灯

雾灯安装在汽车前部和尾部, 也是LED被应用较多的位置。在雾天、下雪、暴雨或尘埃弥漫等情况下, 雾灯被用来改善车前道路的照明情况。LED前雾灯一般采用光色为橙黄色的光源, 后雾灯采用光色为红色的光源, 以警示尾随车辆保持安全间距。传统雾灯造型多为圆形、环形和横向带状形, 设计含量不高。奥迪早在2003年底特律车展首次发布的Pikes Peak Quattro概念车, 就采用了条状LED雾灯, 这也是世界上首次在雾灯上使用高性能的LED技术。在这款概念车上, LED雾灯的造型设计成狭长的线条, 整个雾灯与前保险杠融为一体, 设计极具前瞻性。由于LED雾灯集合了亮度和美观, 也成为现代汽车设计的典型特点, 因此越来越多的LED雾灯出现在车辆中。

5.LED在尾灯上的应用

LED在尾灯设计中中同样扮演着十分重要的角色。首先LED的应用能减少尾灯系统所需要的空间, 从而丰富尾灯形状的可变性。其次, 其特有的光照效能也塑造出现代汽车尾灯明显的特征。LED凭借其其高质量的发光纯度, 为日常行车提供良好的安全保证;LED独特的塑造性同样也为汽车尾灯的造型带来了质的变化。LED灯具往往由于LED阵列排布的特点, 容易形成线状排布, 使得尾灯排布舒展而协调, 正好满足设计师的需求。如大众辉腾的LED尾灯设计, 就是在车身设计中融入时下流行的流线型设计元素, 从而使较传统车灯能更好地与现代设计相匹配, 同时展现车辆的个性化设计和品牌特征。

作者：毛普元 来源：汽车与驾驶维修