汽車內(nèi)部照明的新方法

如果你有幸擁有或試駕過當今的歐洲豪華汽車，你就可能注意到什么是汽車中的“舒適照明”。不僅僅是內(nèi)部照明，它還包括在不同車內(nèi)空間使用情緒設置模式來控制“個人空間”的光線顏色和亮度，例如，駕駛員腳下空間或控制臺的背光等。舒適照明可以做得非常漂亮，并為車內(nèi)乘客提供舒緩的空間氛圍。這可以是常規(guī)內(nèi)部照明的補充，或完全替代“車內(nèi)頂燈”照明。

用于發(fā)光指示的LED在當今汽車照明應用中被大量采用。它們可以被集成在門把手附近、用于鑰匙孔照明，或者后視鏡上的轉(zhuǎn)向閃燈，以及踏板照明和杯架照明等。發(fā)光指示的形狀可以非常簡單（直接透光），也能做得非常復雜，如圖1所示，來滿足精確照明的需要。

圖1 汽車照明中的LED和發(fā)光指示

你可能非常疑惑，光線看起來是怎么被彎折90°或180°仍然有足夠的光輸出，實現(xiàn)以精確的亮度和覆蓋度來完美地照亮門把手的區(qū)域。這種可能性幾乎是無限的，它僅僅受內(nèi)部照明設計人員的設計思想、風格和功能觀念限制。

最近的市場調(diào)查表明，在歐洲、亞洲和美國，幾乎全部的汽車制造商都計劃在它們的新款轎車中使用某種非傳統(tǒng)照明或指示系統(tǒng)，這取決于豪華功能的配置。然而，這些照明系統(tǒng)有非常嚴格的設計考慮，包括導光管密閉性、波長質(zhì)量和一致性，以及試驗測試等。

導光管密閉性
這些系統(tǒng)的一個主要設計考慮是光線在導光管內(nèi)的密閉程度，在光源照射目標時應該限制光線的損失。光線一旦從光導管中發(fā)出，就應該只照射到目標范圍內(nèi)而不會照到目標范圍之外。

這些設計需求中的兩種可以通過合理處理導光管的內(nèi)表面，以及通過構(gòu)造合適的光線出射點的散射形狀和校準表面來控制光線如何射出導光管。由于LED的光輻射表面只有標準白熾燈的一小部分，所以任何光的損失都可能是“成功設計”到“不穩(wěn)定原型”的一個分界點。

如圖2所示，光線可以從安裝在小尺寸PCB板上的表面貼裝LED器件發(fā)出，并使用限流電阻和反極性保護二極管。光線被直接照到簡單或精心設計的導光管上，這是約束光線的極其簡單方法。比較常用的方法是用適當?shù)?ldquo;透鏡”或投光面體，安裝方法也經(jīng)常是在轎車內(nèi)部把它夾進車門嵌板開口的地方、中央控制臺或儀表盤上。

圖2 拆掉了外殼的照明系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和牌照照明

合適的內(nèi)表面處理和現(xiàn)代模具技術(shù)使光線被導光管高效吸收、限制損失和在內(nèi)部將光線反射到一定的距離并形成特定的光指示形狀成為可能。在以前，有些應該使用白熾燈直接照明的舒適照明設計沒有從裝飾性的角度考慮，因此它們也沒有被用到實際的產(chǎn)品中。換句話說，LED及其導光管與相似的白熾燈相比尺寸、散熱、電流需求、總體重量和成本都更低。
舒適照明系統(tǒng)被設計用于照亮某些物體或者使光線集中到某一個區(qū)域，因而它們可以營造出特殊的效果，從在車頂棚顯示制造商的品牌標志到為了照明一個更大的陰影區(qū)域而模擬的光幕效果。

圖2所描述的是兩個汽車牌照照明的例子。一個例子描述了兩個獨立、無導光的光源無法完全照亮汽車牌照，而是留有暗區(qū)；另一個則描述了使用導光管制造的光幕可以更加均勻地照亮牌照。采用光幕的方式可以取得更好的照明效果，而僅需要很低的電流和很細的導線用來承載這些電流，并取得顏色和照明的更多一致性，更不需要燈泡。

波長質(zhì)量和設計的一致性
與傳統(tǒng)白熾燈照明不同的另一個方面是，所有舒適照明的概念設計在它們被使用光譜分析和光照仿真軟件而建立原型系統(tǒng)之前都經(jīng)過了實際證實。如圖3所示，所有的LED，不管它們所宣稱的輸出顏色如何，都包括在可見光光譜范圍內(nèi)的非常寬的光譜成分。在歐洲的汽車設計中，人們采用軟件來開發(fā)各個級別的舒適照明系統(tǒng)，該軟件可以用文字和圖形來顯示實際發(fā)出了什么顏色的光。

圖3 仿真軟件用于顯示LED的精確光譜以及光輻射方向

設計者應該意識到汽車制造商希望所生產(chǎn)的每一輛汽車的顏色都有很好的一致性，因此，它們也必須保持照明組件之間的一致性。汽車制造商需要特定波長或“色標”的LED，使得用在他們品牌汽車舒適照明系統(tǒng)中的LED保持一致性。同時，該汽車制造商也必須在許多年之后保持它們汽車產(chǎn)品的一致性。

LED發(fā)光的顏色取決于二極管半導體結(jié)點中的材料特性。為了發(fā)出特定顏色的光，這些材料必須摻雜砷、鎵和其他混合物。

領先供應商的LED被分為不同的等級或組，包含顏色或多或少相一致的顏色批次中。當?shù)燃壷械姆纸M增加時，就能夠保證有更多顏色相近的LED。設計者應該明確了解供應商的顏色分級方案，以滿足自己對LED顏色誤差和規(guī)格的要求。當汽車制造商對使用的LED規(guī)定了波長或顏色標準時，內(nèi)部照明的顏色將在每輛車中保持一致，就像汽車的外觀油漆顏色保持一致一樣。

可靠性和測試
想像在汽車內(nèi)部的LED所面臨的惡劣環(huán)境，它可能被加熱到超過200oF，或者低到車外最冷的溫度。而且LED本身也是非常容易因為震動、沖擊，或者潮濕而損壞的，同時，它們的PCB、連接器和導光管也是如此，以及行車過程中的各種其他原因都可能導致故障。

一個設計考慮就是如果在制造的過程中沒有遵循良好的制造工藝，導光體就可能會破裂、變色、發(fā)光暗等。采用廉價材料制造的導光體如果長期暴露在高溫環(huán)境下就會開始變黃，因此，高質(zhì)量的耐熱材料是導光體的光學和物理可靠性主要考慮的問題。高等級的聚碳酸酯是這些應用的理想選擇，使用現(xiàn)代、超高壓噴射塑模技術(shù)，聚碳酸酯導光管將長期保持比其他材料更加優(yōu)異的透光性能。

設計者應該考慮，在汽車的售后維修市場中，由于不小心而對舒適照明系統(tǒng)施加反極性電壓是可能的。值得慶幸的是，導線的連接都使用具有鍵槽的連接器，如果需要維修就使用原廠推薦的。但是，如果這些連接器替換不正確，并被施加了反向電壓，燒毀舒適照明系統(tǒng)組件是可能的。為了保護LED，應該總是使用一個反極性保護二極管和限流電阻。為了降低成本（僅僅$0.005）而取消這些器件是非常常見的，這其實是一筆錯誤的經(jīng)濟賬。

正確的設計、制造和安裝舒適照明系統(tǒng)本身就是一門科學。對于使用LED和發(fā)光指示來實現(xiàn)舒適照明系統(tǒng)，一個有創(chuàng)造性的設計、真實模型的試驗和完整的系統(tǒng)測試像汽車中的其他系統(tǒng)一樣重要。