光子學(xué)技術(shù)將在汽車應(yīng)用中大顯身手

從LED頭燈、夜視安全系統(tǒng)，到正在涌現(xiàn)的激光點(diǎn)火系統(tǒng)，光子學(xué)技術(shù)正憑借其帶來(lái)的緊湊、低能耗以及高性能等優(yōu)勢(shì)，在汽車應(yīng)用中大顯身手。

目前，光學(xué)與光子學(xué)技術(shù)正在為汽車制造商提供一個(gè)日益豐富的“工具包”，幫助汽車制造商提高汽車的安全性、降低長(zhǎng)期成本、提高效率，并為汽車增添獨(dú)特的設(shè)計(jì)元素。除了常見的LED尾燈，有些汽車也正在嘗試LED頭燈。與此同時(shí)，光纖也正在被用于連接汽車中的通信及顯示設(shè)備。據(jù)悉，目前福特公司正在調(diào)查研究汽車激光點(diǎn)火系統(tǒng)，而另有一些高端汽車還將提供夜視系統(tǒng)和駕駛員輔助系統(tǒng)。

LED尾燈和頭燈

“雖然目前汽車尾燈和車內(nèi)照明燈采用LED解決方案的成本仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于白熾燈的成本，但是LED解決方案的巨大優(yōu)勢(shì)已經(jīng)足以使汽車制造商在開發(fā)和制造中接受其較高的成本?！钡聡?guó)卡爾斯魯厄大學(xué)（University Karlsruhe）專門研究汽車照明的Cornelius Neumann教授說(shuō)，“LED除了具備超長(zhǎng)的使用壽命外（其壽命通常長(zhǎng)于汽車壽命），其快速的響應(yīng)時(shí)間也是制動(dòng)燈的一項(xiàng)重要安全因素，通常LED的響應(yīng)時(shí)間要比常用的燈泡縮短約75毫秒。此外，LED的低功耗以及新穎的造型，也是制造商選擇LED用作汽車信號(hào)等的主要原因。”

Neumann教授聯(lián)合德國(guó)汽車照明與電子產(chǎn)品供應(yīng)商海拉公司（Hella）在汽車照明領(lǐng)域進(jìn)行了11年的深入研究。他表示，雖然LED尾燈在汽車中比較常見，但是汽車要采用LED頭燈卻面臨著更多的挑戰(zhàn)。

“到目前為止，市場(chǎng)上至少有三種型號(hào)的汽車采用了LED頭燈：雷克薩斯的LS 600、奧迪R8和凱迪拉克Escalade Platinum?！盢eumann教授說(shuō)，“但是在頭燈中完全采用LED解決方案，仍然有許多問(wèn)題需要解決?！?/P>

Neumann教授指出，灰塵、潮濕、機(jī)械振動(dòng)以及周圍溫度約高達(dá)90°C的苛刻環(huán)境，將對(duì)LED帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)，因?yàn)長(zhǎng)ED的性能會(huì)隨著溫度的升高而下降，因此一些高功率的LED都需要配有冷卻裝置。而且，LED頭燈不是使用一個(gè)單一的光源（如鹵素?zé)艋蚋邚?qiáng)度放電（HID）燈），而是要將多個(gè) LED組裝在一起，以達(dá)到行車信號(hào)照明的需求。[1]在LED頭燈中，通常使用三種不同的光學(xué)系統(tǒng)，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能。這三種系統(tǒng)需要彼此穩(wěn)固地配合在一起，發(fā)出亮度足夠高的光，以滿足路上行車照明的要求。

盡管LED頭燈仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)，但Neumann教授補(bǔ)充說(shuō)，與常用的燈泡解決方案相比，LED解決方案能節(jié)省50％甚至更多的能耗（見表 1）。[2]另?yè)?jù)一些研究顯示，用不到20％的LED光就能獲得與HID燈同等的亮度，并且LED的照明更加安全。[3]隨著數(shù)學(xué)模型和軟件算法的發(fā)展，現(xiàn)在工程師們可以設(shè)計(jì)產(chǎn)生各種形式的反射鏡和透鏡，將從光源發(fā)出的光引導(dǎo)到交通路面的特定區(qū)域（見圖1）。

圖1：歐寶Signum汽車的頭燈全部采用了LED解決方案，其用不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的信號(hào)功能：6組LED用于近光燈；底部3組LED用于遠(yuǎn)光燈；邊上兩組小LED用于地角燈；10組LED用作日間行駛燈。方向指標(biāo)燈由位于頭燈頂部的具有反射系統(tǒng)的3組LED組成。根據(jù)各個(gè)信號(hào)燈的不同用途，分別選用不同的LED。

表1：傳統(tǒng)照明方式與LED照明功耗對(duì)比