汽車照明安全節能新技術

修玲玲

汽車照明安全節能新技術

修玲玲

福州大學機械工程及自動化學院

汽車照明系統對汽車安全起到了主動預防作用，無論是白天還是夜晚，汽車外部照明和內飾照明都起到了十分重要的作用，同時考慮節能環保的要求，出現了很多汽車照明安全節能新技術，本文介紹了包括疝氣燈、LED燈、光纖照明、智能車燈，還有自適應前照燈系統和前照燈自動調平系統等先進的前照燈安全技術。

汽車照明；安全；節能

引言

近年來，汽車的各種技術不斷發展，人們也越來越關注汽車的安全性。汽車的安全性是由汽車安全系統來保證的。汽車安全系統是一個整體概念，照明、制動、避震器、保險帶和安全氣囊等多個子系統都屬于這個整體，并在運行中相互配合。其中照明系統對行車安全能起到關鍵的主動預防作用。汽車照明主要影響駕駛員視野的清晰度，而駕駛視野的清晰度對行車安全有直接影響，據統計，道路表面狀況、交通環境以及車流情況等信息80%以上通過視覺獲取。這些信息的獲取若在白天很容易，但在夜晚或惡劣氣候條件下將十分困難。汽車夜間行駛發生事故的概率是白天的2～3倍，因此照明質量的優劣, 直接影響著夜間的行車安全。所以汽車設計要充分考慮汽車照明系統的安全性，為車輛行駛提供必要的保證。現在已經是汽車照明安全的新時代。汽車外部照明對汽車安全性的保證如此的至關重要，無論是白天還是黑夜都要照明系統發揮作用，現在人在車內的時間也越來越多，車內的昏暗照明已遠遠不能滿足人的需求。所以解決照明系統的節約用電、降低制造和維修的成本以及綠色環保等問題都是現在各個汽車生產商努力思考和改進的地方，汽車照明系統在進入安全時代的同時也進入了節能的新時代。

1 汽車照明系統的發展現狀

汽車照明系統隨著汽車技術的發展而發展，目前很多技術已經很成熟并且應用于很多汽車上，下面來介紹各個汽車照明安全節能的新技術。

1.1 疝氣燈

傳統的汽車車燈采用的是鹵鎢光源，能給汽車提供的照明亮度是非常有限的，從而也影響了汽車的安全行駛，還有一個缺點就是傳統的鹵素汽車車燈壽命短，而且內部含有一定量的汞元素，既不節能也不環保。現今出現了很多新類型的汽車車燈來替代傳統的鹵素燈。

飛利浦照明在2004年6月推出了世界上第一只汽車用綠色無汞氙氣前照燈[1]，自此以疝氣作為光源的疝氣燈在汽車照明領域中不斷發展并且到現在已經得到大量應用。疝氣燈簡稱HID（High Intensity Discharge）燈，它的最大魅力就是它的安全性。這主要是因為HID 燈帶來的多重光束會比鹵素燈更遠更寬、強度更大，近光設置更有效。在黑夜里，特別是車輛行駛在郊區，氙氣大燈能大幅提高車前方的照明，照亮路邊的標志和歧路，對行車安全的重要性是毋庸置疑的。而且，同樣瓦數的HID的亮度大約是鹵素燈的2～3 倍，射程也更遠更寬，提高了夜間行車的安全性。在能量的使用方面，一般車輛上鹵素大燈每小時需要耗電60W左右，而一些HID氙氣大燈在安定器的穩定運作下，平均只需要35W，大大低于通常的鹵素燈。HID可明顯減輕車輛電力系統的負擔，達到了節能的要求。氙氣燈是利用電流刺激氣體發光，基本上不會產生過高溫，所以只要其中氙氣沒用完就可以正常的發光，不易損壞。據一項研究顯示，就算品質再高的鹵素燈泡，壽命最多也就是400 h，而一般的HID，壽命最少也有3 000 h，在正常用車情況下，HID可以用上5～6 a。HID不易損壞而且壽命長，滿足了對汽車照明節能的要求。

2008年，在美國和歐洲開始流行一種新型前霧燈，也是無汞疝氣燈的一種，它采用 24W 的光源，不僅結構設計非常簡單，只有2個零件，采用普通的PC(聚碳酸酯)材料，生產工藝難度降低，合格率提高，而且燈具材料成本低，安裝簡便，總成本大大降低。最為重要的，這款燈具產品的重量非常輕，比我們常見的產品要輕200 q。該產品的壽命是其他產品的3倍，對那些夜間開車時總是喜歡開前霧燈來輔助提高亮度的駕駛員來說是個非常好的選擇[2]。無汞疝氣燈是指用鋅等無害物質來替代汞，使其更加環保[3]。無汞燈的最大好處是氙氣充氣氣壓提高到比含汞燈大1倍，并將啟動電流增大到3.2 A，使燈的啟動速度達到了快速的要求[4]，從而節約了能源。可以看出，疝氣燈既能提供高亮度保證安全，同時也是非常節能的產品，是目前和未來汽車照明系統中被廣泛應用的車燈。

當然，疝氣燈的應用是需要一定條件的。由于疝氣燈對燈具的設計精度要求相對比較高，不能自行改裝，如果達不到配光要求會造成光污染，這就要求增大市場上疝氣燈原配車的數量，與此同時帶來的成本問題就是現在急需解決的問題。

1.2 LED燈

LED 是一種利用電子發光原理制成的半導體器件,它可直接將電能轉化為可變光，具有發光效率高、壽命長、耗電少、體積小等特點，被稱為21 世紀的“汽車綠色照明光源”[5]。從制造工藝上講，生產LED 光源所使用的材料不含重金屬，與其他光源相比發光效率可以提高20%以上。LED 的壽命很長，平均無故障工作時間為10 萬h，并且LED 屬于實心封裝的固體光源，其抗振動性也是其他光源無法比擬的，從這些優勢來看，LED無疑是節能環保的首選，正是由于這一點，LED燈在汽車內飾照明中也得到了廣泛應用，奧迪A8 可選裝的帶環境照明的照明套件就是這種應用的典型的例子[6]。由于LED燈的節能性非常好，其還應用于城軌車輛的照明系統中[7]。

LED 作為汽車照明光源不僅兼具環保性，更重要的是保證安全可靠性。例如2008年在奧迪研發的一種遠光燈便能讓駕駛者在夜間行車時，不會因為燈光過亮而使迎面而來的車輛司機暫時爆盲。通過改變燈光的分步，使這種技術得以實現: 一套電子系統不停地對任何正在接近的車輛的距離進行測試，以確保在不刺激到對面車輛駕駛者的同時，對前方道路進行最理想的照明，比如，當在城市中行駛時，內飾燈光會更亮一些；而在鄉村道路上行駛時，燈光則會自動變暗，以免影響車外的視野[8]。實現這種功用的車燈就是用LED燈制造的。

LED的安全性更主要的是體現在它的快速反應能力方面，在真人實車試驗中，同一個人在時速80 km的情況下開始剎車，觀看LED 燈會比白熾燈反應速度快，提前4～5 m實現全車制動。這種突出的快速反應能力應用在尾燈中，可以極大地提高駕駛者的安全[8]。

由于LED的成本問題，前些年這種燈只局限在像銳志、皇冠、凱迪拉克、速騰、榮威等中高檔轎車上，但發展到現在，很多中低檔車也應用LED燈。

2010年，汽車制造商在一級方程式賽車上率先采用并欣然接受LED燈作為尾燈、剎車燈和白天行車燈[9]。由此，LED燈的安全性和節能性是顯而易見的。

LED燈發展的越來越快，但仍有需要改進的地方。最大挑戰就是LED的自熱問題，這個問題如果得以解決，不但會是照明達到更好的效果，成本也會相應降低。提高LED照射廣度，同時降低外界環境對其影響，相信這些方面是當今和未來LED研究的重點，如果解決將大大促進LED的發展。

1.3 光纖照明

光纖技術具有光電分離、降低能耗和綠色環保、安全可靠、可重復利用等優點，目前也應用在汽車照明系統中。在傳統的汽車照明系統中，光都是通過將電能轉換成光能直接得到的，光與電是分不開的。但電有一定的危險性，所以很多場合都希望光與電分開，排除各種隱患，確保照明的安全性。而光纖照明正好可以實現這一點，使光源與照明裝置成功分離，如此一來不僅便于汽車電器產品的模塊化研究，同時也易于產品的更換和維修[10]。目前，主要應用于汽車前照燈和前霧燈上。光纖照明的這種光電分離的優勢聯合其柔性傳輸，使其不僅應用于汽車前照燈和前霧燈上，還可以運用到汽車內外飾上，為汽車提供大面積、高質量的室內外照明，從而大大提高了汽車的安全性、舒適性和新穎性。例如閱讀燈的多點照明、迎賓踏板的背景亮化、儀表盤的輪廓勾勒、車身內部裝飾等[10]。

1.4 智能車燈

汽車的智能化促進了汽車車燈的智能化，為了確保汽車照明的安全性，2008年奧迪就在努力創造一種能夠自行思考并提前做出反映的智能車燈[6]。飛利浦的有些汽車安裝了疝氣燈的車主呼叫系統，也是一種智能化照明系統，這種系統能使疝氣燈發揮更大的安全優勢[1]。2006年，奧迪研究了主動式旋轉頭燈，使前燈光束形狀隨周圍環境的變化而變化。同時也已經出現了一種智能化前照燈系統——動態轉彎燈，它的特點是在不同的轉彎半徑下, 該前照燈能夠在水平±150°之內擺動, 這使得轉彎時近光燈照亮區域幾乎擴大了1倍,以幫助駕車者能夠更好更快地適應彎道路況。當轉彎半徑為 190 m時,普通前照燈可以照亮前方彎道30 m左右處, 而動態轉彎燈可以將照亮彎道區域再延長25 m左右。在激活遠光燈功能時, 動態轉彎燈同樣發揮作用[11]。

1.5 白天行車燈

白天行車燈簡稱DRL，是為白天行駛安全而照明的，這種燈明顯地降低了交通事故的發生數與傷亡率。在歐洲許多國家尤其是北歐的國家，DRL 是強制要求執行的，加拿大及美國也要求執行[12]。

1.6 前照燈技術

汽車照明系統中前照燈系統對汽車安全的影響最大，下面談幾種先進的汽車前照燈技術。

1.6.1自適應前照燈系統

夜晚行車的人都有這樣的體會，在漆黑的夜晚，路上的視線死角遠比白天多。特別是在沒有路燈又有許多彎道的路上，駕駛者的視線被限制在大燈光束照射的直線范圍內，對于彎路中突然出現的人或物，多半也只能聽天由命。美國高速公路安全保險協會的統計數據顯示，夜晚發生交通事故的概率是白天的 1～1.5 倍，20%以上的致命交通事故發生在午夜至清晨六點，但這個時段的車流量僅占全天的2.4%。這項統計數據不僅反映了黑夜為駕駛員帶來的危險，行人同樣因汽車照明的欠缺而處于險境之中[13]。為了改變這種情況，提高照明的安全性，一種自動轉向前照燈應運而生。

汽車自動轉向前照燈又叫自適應轉向大燈系統。它能夠根據汽車方向盤角度、橫擺角速度和車速，不斷對大燈進行動態調節，適應當前的轉向角，保持燈光方向與汽車的當前行駛方向一致，以確保對前方道路提供最佳照明并對駕駛員提供最佳可見度，從而增強了黑暗中駕駛的安全性。在路面無(弱)燈或多彎道的路況中，擴大駕駛員的視野，在對面來車時提前提醒駕駛。自適應前照燈系統中有一個很重要的部分——操作檢測系統，它是用來實現前照燈照明方向自動調整所必須的。早在2006年，這項技術已有專利[14]。

1.6.2汽車前照燈自動調平系統

在夜晚行車時，路況變化、裝載量的變化、制動和加速控制等情況都會引起車身傾斜角度發生變化，進而使近光燈的光束傾角發生變化，這樣很有可能會造成迎面來車的駕駛員視距喪失或者產生強烈眩目感，產生安全隱患。汽車前照燈自動調平系統就是解決這個問題的一項技術。該系統工作時，會根據車輛負載的變化自動調整HID前照燈的投射俯仰角度，確保其投射高度在合適的范圍內，既達到良好的照明效果，又不會對迎面車輛的駕駛員造成眩目，有效地保障了行車的安全[15]。

為了保證夜間會車的安全,汽車前照燈必須具有正確的光束照射方位角。國標GB 7258-2004機動車安全運行技術條件中規定:機動車近光燈和左遠光燈的光束水平照射方位角向左偏差不得大于58.4′,前照燈其余光束的水平照射方位角偏差不得大于2. 0°。前照燈光束照射方位角的檢測是汽車安全性能檢測的必檢項目之一，所以目前發展的汽車前照燈測量誤差修正系統[16]是必要而且重要的。這種技術可以大大保證光束照射方位角測量的準確性，從而保證汽車行駛的安全性。

2 結語

在提倡安全節能的今天，汽車照明系統也到了安全節能的新時代，而且有了上述的發展。各種技術在照明系統中的應用使照明系統日益完善。當然，考慮到成本問題以及技術的成熟度問題，還是要有很多改進才能將這些技術普及到中低檔汽車以及貨車和客車上，而為社會帶來更大利處。比如降低LED車燈的成本、解決LED自熱問題、提高自適應前照燈系統的技術和智能車燈的完善等這些問題都是未來需要解決的問題。但汽車照明系統越來越先進、越來越安全環保節能、越來越人性化這是毋庸置疑的，安全節能這個趨勢是其發展的必然。

[1] 朱則剛.汽車照明的安全屏障,飛利浦統領疝氣燈市場[J].城市車輛,2007, 11:50-53.

[2] 黃翀雯.汽車照明重中安全環保無汞疝氣燈將引領市場[N].中國電子報, 2008-04-01(11).

[3] 周太明.道路照明和汽車照明用金屬鹵化物燈（上）[J].中國照明電器,2010, 3:7-10.

[4] 周太明.道路照明和汽車照明用金屬鹵化物燈（下）[J].中國照明電器, 2010,4:4-6,16.

[5] 焦玥.LED閃耀綠色環保之光[N].中國汽車報,2007-1-29(B16).

[6] 黃震.LED車燈與奧迪的汽車設計（下）[N].當代汽車報,2008-12-17(22).

[7] 劉良軍,鐘碧羿.城軌車輛客室LED照明的特點及燈具設計選型分析[J].電力機車與城軌車輛,2010,33(2):55-57.

[8] 安勇龍.綠色環保：汽車照明新趨勢[N].中國電子報,2006-9-5(C8).

[9] 徐俊培.取走黑暗——能使黑夜變白晝的汽車前燈[J].世界科學,2010,2：18-19.

[10] 彭仁翔.光纖在汽車照明系統上的應用研究[J].光源與照明,2010,1:35-38.

[11] 肖軍.現代汽車照明系統中的新技術[J].電子技術,2006,7:25-29.

[12] 節能時代汽車照明新趨勢[N].消費日報,2007-5-24(B2).

[13] 應育周.自動轉向前照燈將成新賣點[N].中國汽車報,2007-1-15（B16）.

[14] OPERATION CHECKING METHOD FOR ADAPTIVE FRONT LIGHTING SYSTEM(P). US.2006/0161319 A1.Jul.20,2006.

[15] 馮香枝,張海濤,王文建,夏永峰.基于模型的汽車前照燈自動調平控制系統[J].汽車電器,2010,4:10-12.

[16] 閔永軍,朱柳健,朱華勇,徐兆軍.汽車前照燈測量誤差修正系統的設計與實現[J].南京林業大學學報,2010,2.

New Energy-saving and Safe Technologies of Automobile Lighting

Xiu Lingling

(College of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China)

Automobile lighting system, including the external lighting and interior lighting, is of active role in automobile safety. New energy-saving and safe technologies of automobile lighting emerge due to therequirement of the energy-saving and environmental protection. The new technologies include high intensity discharge, LEDs,fiber lighting, intelligent lights, self-adaptive front lighting system and headlamps automatic leveling system. The development prospects of the new technologies are envisioned.

automobile lighting; safety; energy-saving