汽车前照灯led灯

汽车前照灯汽车前照灯 LED 灯的广范应用灯的广范应用使用 LED（发光二极管）前照灯的车型在不断增加。自从丰田在 2007 年 5 月上市的“雷克萨斯 LS600h”上率先导入之后，LED 前照灯的采用范围开始在混合动力车型上扩展，三菱汽车也决定在电动汽车上配备。今后，随着成本的降低以及单个 LED 元件的亮度得到提高，2014 年以后有望开始全面普及。在 2010 年 1 月举行的底特律车展上，首次面向公众亮相的奥迪最高档车型新款“A8”成为大放异彩的车型之一。该车继奥迪跑车“R8”之后，将包括近光灯及远光灯在内的所有光源全部 LED 化的 LED 前照灯设定为了选配项。以前奥迪公司也曾积极在 DRL 上采用 LED,充分运用 LED 来打造富有个性的前脸外观设计。新款 A8 则将该设计主题移植了前照灯上，成功地让汽车前脸给人以深刻印象。在 LED 前照灯的采用方面显现积极姿态的是 2007 年在“雷克萨斯 LS600h”的近光灯上全球首次实现 LED 前照灯实用化的丰田。在 LS600h 以后，该公司不断扩大 LED 前照灯的采用范围，2009 年 1 月在“雷克萨斯 RX450h”上，2009 年 5 月在新款“普锐斯”上，2009 年 7 月在“雷克萨斯 HS250h”上进行了配备.丰田实现实用化的 LED 前照灯（a）雷克萨斯 LS600h 使用的产品、（b）雷克萨斯RX450h 使用的产品、（c）雷克萨斯 HS250h 使用的产品、（d）新款普锐斯使用的产品。均对近光灯进行了 LED 化。新款普锐斯在部分车型上进行了配备，而其他车型在所有车型上进行了标配。均由小丝制作所制造。三菱 i-MiEV 配备的 LED 前照灯 耗电降至 HID 前照灯的 3/4.斯坦利电气制造。丰田以外的日本厂商中，三菱汽车在 2009 年 7 月于日本国内上市的电动汽车（EV）“i-MiEV”上采用了该公司首例将近光灯 LED 化的前照灯（图 2）。降低耗电汽车厂商近来在前照灯上采用 LED 的行动日趋活跃，其原因有多项。一是为了降低耗电。对于以提高燃效及降低耗电为目标的混合动力车及电动车来说，降低前照灯耗电的迫切性要高于普通汽油车。比如 i-MiEV,作为其基础的汽油车型“i”采用 HID（HighIntensityDischarged）前照灯时耗电为 40W,而采用 LED 前照灯时则降低 25%,仅为 30W.一般而言，与卤素灯的约60W 相比，耗电可以减少一半。另外，成本随着 LED 的高亮度化而趋于降低，这也是 LED 前照灯走向普及的原因之一。比如，LS600h 使用四个 LED 组件来构成近光灯（图 3）。其中三个是使用投影透镜的组件，一个是使用反射镜的组件。使用投影透镜的组件利用反射镜反射由水平配置的LED 向上方发出的光，然后通过投影透镜进行配光。而只使用反射镜的组件则通过反射镜对水平配置的 LED 向下方发出的光进行配光。LS600h 所用 LED 前照灯的构成由三个投影透镜组件和一个使用小型反射镜的组件共四个 LED 给件来构成近光灯。这种将使用投影透镜的组件与使用反射镜的组件进行组合，由此形成前照灯所要求的配光特性的做法与其他车型相同。不过，由于每个 LED 的亮度不断提高，因此 LS600h 以后的车型所使用的 LED 组件数量得以减少，由使用投影透镜的两个组件和一个反射镜的三个组件构成。得益于此，成本也随之降低。另外，丰田配备的 LED 前照灯均由小丝制作所制造。组合多个组件进行配光i-MiEV 的配光示意图通过对照射范围窄的聚光组件和中光组件，以及照射范围大而照射距离短的宽光组件三个组件进行组合，形成所需要的配光。如前所述，LED 前照灯在形成配光特性的方法上与原来的前照灯不同。原来的前照灯使用透镜及反射镜，使一个光源发出的光向车辆前方的必要区域进行照射。而目前的 LED 前照灯不同，由于还像以前一样使用一个 LED 光源的话亮度就会不足，因此通过组合多个 LED 光源来获得配光特性。图 4 为 i-MiEV 的示例。i-MiEV 的近光灯与丰田最近的车型一样，也由三个 LED 光源构成。各 LED 光源分别配备在使用投影透镜的聚光组件（Spot Unit）和中光组件（MiddleUnit），以及使用反射镜的宽光组件（WideUnit）三个组件上（图 5）。通过将照射范围窄的聚光组件和中光组件，以及照射范围宽而照射距离短的宽光组件组合使用，获得所需要的配光特性。i-MiEV 的 LED 前照灯由斯坦利电气制造。i-MiEV 用 LED 前照灯组件由使用投影透镜的聚光组件、中光组件和使用反射镜的宽光组件共三个 LED 组件构成。就这一 LED 前照灯构成而言，目前其最大的技术难题是如何散热。最近 LED 的发光効率不断提高，基本已达到可与 HID 前照灯匹敌的程度。但 LED 是一种从非常小的面积发光的光源，因此单位面积的发热量很大。而且还具有温度上升的话发光效率及寿命就会下降的特性。因此，如何高效散热便是设计上的关键。（a）是 i-MiEV 前照灯组件在拆解后的后视图。左斜上方的两个环状部件为投影透镜的外框，其右斜下方的圆顶状部件为各反射镜。（b）是拆掉反射镜后的样子，在四方形的平坦部分上配备 LED.此处产生的热量向其右下方的大尺寸散热片释放。换句话说，LED 被配备在了大尺寸的散热器上。LS600h 最初实现实用化的 LED 前照灯利用散热片冷却，而 i-MiEV 则从控制成本及重量的观点出发，要求通过自然对流来确保所需要的散热特性，因此需要配备如此大的散热片。散热片由京信制造，该公司在半导体及硬盘（HDD）使用的铝压铸散热片方面业绩不俗。铝压铸散热片通常使用 ADC12 等材料，但该材料的导热率只有 96W/m左右。而京信此次使用了导热率接近 2 倍，达到 169178W/m的铝压铸用合金“HT-1”（大纪铝工业所制造）。尽管 HT-1 的铸造性不及 ADC12,但京信在半导体及硬盘等使用的散热片方面积累了丰富经验，因此在利用 HT-1 进行铸造时完全没有问题。不过，由于散热片很深，因此对制造模具时线切割放电加工机的切割线弯曲问题下了很大工夫。LED 在汽车前照灯中应用面临许多挑战在汽车前照灯中应用面临许多挑战在 LED 全面进军汽车应用市场中，一个最大的障碍就是前照灯。前照灯传统光源已经十分成熟，像代表性光源卤钨灯，虽然光效不是很高(约 201mW)，但价格低廉。高压氙灯虽然价格相对较高，但安全、高效、节能，而且体积小，灯具设计简单，因而倍受青睐。LED 要在汽车头灯中取代传统光源，并非是一件容易的事情，需要解决以下几方面的问题。一是亮度输出。前照灯的亮度要求是：近灯 900lm，远灯 1100lm，整体为2000lm，约是 Lumileds 公司的 40 个 1W 的 LuxeonLED 在 25时的总光源输出。这类LED 当环境温度升至 50时，效率会降至 80以上。为提高亮度，需要更多数量的LED，这不仅会引起成本增加，而且会使 LED 的故障率增加。二是散热问题。传统光源产生的热虽然远远高于 LED，但不会囚高温而降低其光输出。然而，LED 光输出却会因结温升高而下降。因此，散热问题在 LED 前照灯灯具设计工作中至关重要。为防止 LED 过热而烧毁，需要为其加装散热片。由于前照灯需用很多个LED，加设散热片后体积会过于庞大，难以纳入灯具之中。三是光学设计，利用 LED 作为光源设计灯具，需要对传统的柱光源变为面光源。为得到需要的流明输出，LED 需要较大的封装面积，致使光学设计难度增大。在目前一些概念车上，都以模块化设计取代现有的单一灯室设计，利用多组灯光源来达到传统灯具的照明水平，从而减小了光学设计难度，并增加了车体造型设计感。