汽車前照燈LED燈的廣范應(yīng)用

使用LED（發(fā)光二極管）前照燈的車型在不斷增加。自從豐田在2007年5月上市的“雷克薩斯LS600h”上率先導(dǎo)入之后，LED前照燈的采用范圍開始在混合動(dòng)力車型上擴(kuò)展，三菱汽車也決定在電動(dòng)汽車上配備。今后，隨著成本的降低以及單個(gè)LED元件的亮度得到提高，2014年以后有望開始全面普及。

在2010年1月舉行的底特律車展上，首次面向公眾亮相的奧迪最高檔車型新款“A8”成為大放異彩的車型之一。該車?yán)^奧迪跑車“R8”之后，將包括近光燈及遠(yuǎn)光燈在內(nèi)的所有光源全部LED化的LED前照燈設(shè)定為了選配項(xiàng)。

以前奧迪公司也曾積極在DRL上采用LED,充分運(yùn)用LED來(lái)打造富有個(gè)性的前臉外觀設(shè)計(jì)。新款A(yù)8則將該設(shè)計(jì)主題移植了前照燈上，成功地讓汽車前臉給人以深刻印象。

在LED前照燈的采用方面顯現(xiàn)積極姿態(tài)的是2007年在“雷克薩斯LS600h”的近光燈上全球首次實(shí)現(xiàn)LED前照燈實(shí)用化的豐田。在LS600h以后，該公司不斷擴(kuò)大LED前照燈的采用范圍，2009年1月在“雷克薩斯RX450h”上，2009年5月在新款“普銳斯”上，2009年7月在“雷克薩斯HS250h”上進(jìn)行了配備.

豐田實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的LED前照燈（a）雷克薩斯LS600h使用的產(chǎn)品、（b）雷克薩斯RX450h使用的產(chǎn)品、（c）雷克薩斯HS250h使用的產(chǎn)品、（d）新款普銳斯使用的產(chǎn)品。均對(duì)近光燈進(jìn)行了LED化。新款普銳斯在部分車型上進(jìn)行了配備，而其他車型在所有車型上進(jìn)行了標(biāo)配。均由小絲制作所制造。

三菱i-MiEV配備的LED前照燈 耗電降至HID前照燈的3/4.斯坦利電氣制造。

豐田以外的日本廠商中，三菱汽車在2009年7月于日本國(guó)內(nèi)上市的電動(dòng)汽車（EV）“i-MiEV”上采用了該公司首例將近光燈LED化的前照燈（圖2）。

降低耗電

汽車廠商近來(lái)在前照燈上采用LED的行動(dòng)日趨活躍，其原因有多項(xiàng)。一是為了降低耗電。對(duì)于以提高燃效及降低耗電為目標(biāo)的混合動(dòng)力車及電動(dòng)車來(lái)說(shuō)，降低前照燈耗電的迫切性要高于普通汽油車。

比如i-MiEV,作為其基礎(chǔ)的汽油車型“i”采用HID（HighIntensityDischarged）前照燈時(shí)耗電為40W,而采用LED前照燈時(shí)則降低25%,僅為30W.一般而言，與鹵素?zé)舻募s60W相比，耗電可以減少一半。

另外，成本隨著LED的高亮度化而趨于降低，這也是LED前照燈走向普及的原因之一。比如，LS600h使用四個(gè)LED組件來(lái)構(gòu)成近光燈（圖3）。其中三個(gè)是使用投影透鏡的組件，一個(gè)是使用反射鏡的組件。使用投影透鏡的組件利用反射鏡反射由水平配置的LED向上方發(fā)出的光，然后通過(guò)投影透鏡進(jìn)行配光。而只使用反射鏡的組件則通過(guò)反射鏡對(duì)水平配置的LED向下方發(fā)出的光進(jìn)行配光。

LS600h所用LED前照燈的構(gòu)成由三個(gè)投影透鏡組件和一個(gè)使用小型反射鏡的組件共四個(gè)LED給件來(lái)構(gòu)成近光燈。

這種將使用投影透鏡的組件與使用反射鏡的組件進(jìn)行組合，由此形成前照燈所要求的配光特性的做法與其他車型相同。不過(guò)，由于每個(gè)LED的亮度不斷提高，因此LS600h以后的車型所使用的LED組件數(shù)量得以減少，由使用投影透鏡的兩個(gè)組件和一個(gè)反射鏡的三個(gè)組件構(gòu)成。得益于此，成本也隨之降低。另外，豐田配備的LED前照燈均由小絲制作所制造。

組合多個(gè)組件進(jìn)行配光

i-MiEV的配光示意圖通過(guò)對(duì)照射范圍窄的聚光組件和中光組件，以及照射范圍大而照射距離短的寬光組件三個(gè)組件進(jìn)行組合，形成所需要的配光。

如前所述，LED前照燈在形成配光特性的方法上與原來(lái)的前照燈不同。原來(lái)的前照燈使用透鏡及反射鏡，使一個(gè)光源發(fā)出的光向車輛前方的必要區(qū)域進(jìn)行照射。

而目前的LED前照燈不同，由于還像以前一樣使用一個(gè)LED光源的話亮度就會(huì)不足，因此通過(guò)組合多個(gè)LED光源來(lái)獲得配光特性。圖4為i-MiEV的示例。i-MiEV的近光燈與豐田最近的車型一樣，也由三個(gè)LED光源構(gòu)成。

各LED光源分別配備在使用投影透鏡的聚光組件（Spot Unit）和中光組件（MiddleUnit），以及使用反射鏡的寬光組件（WideUnit）三個(gè)組件上（圖5）。通過(guò)將照射范圍窄的聚光組件和中光組件，以及照射范圍寬而照射距離短的寬光組件組合使用，獲得所需要的配光特性。i-MiEV的LED前照燈由斯坦利電氣制造。

i-MiEV用LED前照燈組件由使用投影透鏡的聚光組件、中光組件和使用反射鏡的寬光組件共三個(gè)LED組件構(gòu)成。

就這一LED前照燈構(gòu)成而言，目前其最大的技術(shù)難題是如何散熱。最近LED的發(fā)光効率不斷提高，基本已達(dá)到可與HID前照燈匹敵的程度。但LED是一種從非常小的面積發(fā)光的光源，因此單位面積的發(fā)熱量很大。而且還具有溫度上升的話發(fā)光效率及壽命就會(huì)下降的特性。因此，如何高效散熱便是設(shè)計(jì)上的關(guān)鍵。

（a）是i-MiEV前照燈組件在拆解后的后視圖。左斜上方的兩個(gè)環(huán)狀部件為投影透鏡的外框，其右斜下方的圓頂狀部件為各反射鏡。

（b）是拆掉反射鏡后的樣子，在四方形的平坦部分上配備LED.此處產(chǎn)生的熱量向其右下方的大尺寸散熱片釋放。換句話說(shuō)，LED被配備在了大尺寸的散熱器上。

LS600h最初實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的LED前照燈利用散熱片冷卻，而i-MiEV則從控制成本及重量的觀點(diǎn)出發(fā)，要求通過(guò)自然對(duì)流來(lái)確保所需要的散熱特性，因此需要配備如此大的散熱片。

散熱片由京信制造，該公司在半導(dǎo)體及硬盤（HDD）使用的鋁壓鑄散熱片方面業(yè)績(jī)不俗。鋁壓鑄散熱片通常使用ADC12等材料，但該材料的導(dǎo)熱率只有96W/m℃左右。而京信此次使用了導(dǎo)熱率接近2倍，達(dá)到169~178W/m℃的鋁壓鑄用合金“HT-1”（大紀(jì)鋁工業(yè)所制造）。

盡管HT-1的鑄造性不及ADC12,但京信在半導(dǎo)體及硬盤等使用的散熱片方面積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，因此在利用HT-1進(jìn)行鑄造時(shí)完全沒(méi)有問(wèn)題。不過(guò)，由于散熱片很深，因此對(duì)制造模具時(shí)線切割放電加工機(jī)的切割線彎曲問(wèn)題下了很大工夫。