LED車燈的應(yīng)用分析

LED車前照燈在歷經(jīng)近年來的技術(shù)驗(yàn)證、概念車展示等開發(fā)階段之后，終于迎來了有望應(yīng)用于量產(chǎn)車的入市前景，其標(biāo)志性事件有三個(gè)：豐田的凌志LS600h是世界上首個(gè)采用LED前照光源的上市車，不過它只在近光燈上應(yīng)用了LED，遠(yuǎn)程光源仍為鹵素?zé)?。奧迪R8以全LED前照燈為其主要特色，而汽車照明采用的LED是由Lumileds和Osram公司提供。凱迪拉克EscaladePlatinum白金版多功能運(yùn)動(dòng)車，是首款采用LED前照燈的多功能運(yùn)動(dòng)車。

阻礙LED光源迅速開拓車用市場的不利因素

上述里程碑式的事件是否意味著LED前照燈將立馬成為主宰車用光源領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)？據(jù)行家們預(yù)測：也許不會(huì)。因?yàn)榫退闶荓ED的成本能夠按照摩爾定律的預(yù)見速率持續(xù)下降，它要低到能與HID(高強(qiáng)度放電)氙燈匹敵的同等價(jià)位也尚需多年；而LED家族的成本若要降到能與鹵素?zé)舨幌嗌舷?，則需經(jīng)過一段更加漫長的時(shí)間歷程。

據(jù)Hella(海拉)公司總裁Fischer稱，車用LED的規(guī)模目前僅占其光源市場百分之幾的小份額，故對向大批量的型號(hào)(諸如GM/雪佛蘭部的Malibu款之類車型)的配套供貨極感興趣。但LED欲達(dá)到向Malibu車型那樣大批量的供貨水平，尚需克服一系列的技術(shù)和成本難題，至少還有十年的歷程要走。

偉世通指出，LED入市的步伐的確比原先預(yù)料的要慢一些，我們在2004年曾預(yù)測：LED車燈會(huì)很快井噴入市，而把HID淘汰出局。顯然，目前的態(tài)勢并非如此，雖然一直期望LED技術(shù)能演進(jìn)得比現(xiàn)實(shí)要快一點(diǎn)?？磥沓杀靖卟⒎鞘亲璧KLED面市的唯一因素，仍然有技術(shù)性能方面的挑戰(zhàn)性難題需要攻克。比如，就單個(gè)光源而言，LED的光照強(qiáng)度仍顯不足。而單點(diǎn)不夠亮就難以達(dá)成下述如意盤算：削減構(gòu)成組合燈具的LED光源數(shù)目將有助于縮小汽車燈具的占用空間且易于靈活布置，并可簡化照明系統(tǒng)的布線和安裝以及降低生產(chǎn)成本。

目前LED供應(yīng)鏈的主流狀況是：海拉供給通用凱迪拉克Escalade車型的LED光源元件是向歐司朗(Osram)采購的；而小糸車燈(Koito)的LED則使用Nichia公司的光源產(chǎn)品，再配套于豐田的LS600h車型；飛利浦Lumileds把LED光源供應(yīng)給AL(汽車照明)公司，再由后者為奧迪R8配置車燈系統(tǒng)。據(jù)Koito的歐美經(jīng)營部經(jīng)理稱，他們不會(huì)劃地為牢而自我限定光源的種類及其采購廠商，無論產(chǎn)自于誰(飛利浦、歐司朗、或豐田Gosei)都可以買。顯然，照明系統(tǒng)部件的一級供貨商們試圖保持自身采購光源元器件的靈活性，想借機(jī)觀察一下：哪家光源器件廠商的產(chǎn)品技術(shù)能進(jìn)步得最快、性價(jià)比最高。

當(dāng)今LED批供貨品的光電轉(zhuǎn)換(光能密度)指標(biāo)達(dá)到每瓦80流明(80lm/W)以上，而HID燈為90lm/W，鹵素?zé)魟t是201m/W。另據(jù)海拉通報(bào)：最新的LED研發(fā)原型的該項(xiàng)指標(biāo)已高達(dá)161lm/W。海拉亦預(yù)測：在今后的3-5年間，發(fā)自同樣功耗芯片的LED光強(qiáng)度將會(huì)提升50%。此事不僅意味著LED燈具將更加明亮，而且體現(xiàn)了其能耗的削減，從而改善整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。

據(jù)估計(jì)，用LED取代鹵素?zé)艟吣芴嵘嚨膍pg(每加侖燃油的行駛英里數(shù))指標(biāo)約0.25。而到歐洲實(shí)施白天開燈行駛法規(guī)時(shí)，更可把該mpg提升值擴(kuò)大至0.5。凌志的車型經(jīng)理指出，應(yīng)用LED燈具對整車燃油經(jīng)濟(jì)性的改善將會(huì)有很大的貢獻(xiàn)。

然而，光強(qiáng)密度更高的LED也要散發(fā)出更多的熱量，而燈具的緊湊布置又使得可供散熱的面積趨小。誠然屬半導(dǎo)體類別的低能耗LED器件的發(fā)熱比鹵素?zé)艋騂ID燈具要少得多，但后者的熱量的大部分則是生成于燈具裝置之外的，而LED雖功耗低生熱少卻是要把熱量捂在微小的硅片里面來傳導(dǎo)的。

LED的熱管理是個(gè)大難題

即使較小的熱量要集中到芯片大小的器件上去傳導(dǎo)和發(fā)散，因裝置的熱容量小也會(huì)引起LED溫度的驟升。LED的工作溫度必須保持在150℃以下的范圍。對該散熱問題的一種解決方案是：在一個(gè)燈具中使用數(shù)目較多的LED發(fā)光元件，讓單件的發(fā)熱量較小，再把它們布置在較大的空間內(nèi)使其易于散熱。這就是小糸車燈在為豐田的凌志LS600h配套前照燈時(shí)所采用的手法。

凱迪拉克EscaladePlatinum每個(gè)前照燈由7枚LED光管構(gòu)成，其中5枚用于近程光束，另2枚則作為遠(yuǎn)程光源。它們都帶有各自的主動(dòng)式散熱裝置--冷卻風(fēng)扇(與臺(tái)式電腦中的內(nèi)置小風(fēng)扇類似)。

據(jù)海拉稱，熱管理是讓他們特別費(fèi)心勞神的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，海拉在方案選擇上側(cè)重依靠虛擬仿真手段來評估優(yōu)化，而在模擬工具(仿真軟件包)的選用上則必須通過足夠?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的考證。他指出，對熱管理問題的挑戰(zhàn)不僅來自于熱傳導(dǎo)，可借助于"熱池"裝置把LED元件所生成的熱量取出來，而且還要解決通風(fēng)問題，讓熱量從燈具裝置里散發(fā)出去。若僅靠自然通風(fēng)顯然是不夠的，所以海拉決定給燈具加上內(nèi)置風(fēng)扇。

法雷奧的熱管理策略堪稱一絕。它為LED燈具設(shè)定了一種確保安全的工作模式，即當(dāng)燈具的溫度升到預(yù)定的警戒值時(shí)，自動(dòng)切換到削減燈具供電功率20%的該安保模式。據(jù)稱，這種程度的供電功率降低對燈光的亮度影響甚微，但卻能顯著地壓制住發(fā)熱水平。

LED光源的車用優(yōu)勢

既然遭遇到上述的種種成本障礙和層層技術(shù)難關(guān)，為什么整車廠商及其照明系統(tǒng)供應(yīng)廠商仍然要咬定青山不放松地全力推進(jìn)LED上馬入市呢？

其原因出于：這種新光源能夠使得汽車燈具的風(fēng)格設(shè)計(jì)和造型布置具有空前的靈活性而適于車型的個(gè)性化，況且LED的光輸出功率密度已能夠與HID燈具匹敵，因此它極有希望把現(xiàn)存的其它照明技術(shù)統(tǒng)統(tǒng)淘汰出局而獨(dú)霸車燈市場。

據(jù)凱迪拉克EscaladePlatinum的車型產(chǎn)品經(jīng)理稱，LED的發(fā)光色譜接近于日光，這使得它發(fā)出的光被物體(諸如道路交通的指示標(biāo)牌/線)反射的有效性要高于其它光源，從而能在較遠(yuǎn)的距離讓司機(jī)盡早發(fā)現(xiàn)而提高行車安全。他指出，路標(biāo)幾乎都采用被動(dòng)輝光的反射方式，因?yàn)長ED的光色近于日光，所以可以讓司機(jī)在夜間也像白天那樣方便地發(fā)現(xiàn)并看清交通標(biāo)志。

LED車燈的色溫為5500-6000K，它比其它光源的顏色更白，因?yàn)镠ID燈的淡藍(lán)光色溫是4000K，鹵素?zé)艄鉃辄S色3000K。所以在進(jìn)行HID燈具的光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，需把光譜中最藍(lán)的部份推移至其射點(diǎn)光斑的邊緣，因這些區(qū)域是本車司機(jī)眼睛通常不去注意的地方，從而減少該色光對人眼的不適干擾。但對于迎面駛來的會(huì)車司機(jī)而言，仍在車輛越過該邊際區(qū)域時(shí)藍(lán)光會(huì)引起對方眩目而影響會(huì)車安全。在防眩目干擾方面，LED大燈擁有潛在的優(yōu)勢：既能保護(hù)本車司機(jī)的舒適視覺，也不會(huì)引起鄰車/會(huì)車司機(jī)的視障。因豐田凌志車的前照燈的近/遠(yuǎn)程光采用了不同的光源(LED/鹵素?zé)?，所以LS600h的車主可能會(huì)被不同光源的顯著色差所困擾。

對于AL(汽車照明)LED前照燈的另一大優(yōu)勢是，歐盟已通過并將于2012年生效的DRL(日行燈)法規(guī)，它與加拿大的推薦式規(guī)定(允許白天用近光燈作為DRL)不同，歐盟法規(guī)是強(qiáng)制在白天必須使用前照燈的。只要車輛處在行駛之中，就必須開前照燈，使得LED光源的低能耗、長壽命的優(yōu)勢更明顯。

據(jù)法雷奧的CEO稱，另一種目前尚未兌現(xiàn)的潛能是：LED大燈能利用光點(diǎn)陣列來組合出前照燈光的主動(dòng)式功能而毋需采用任何(目前此類裝置所必備的)運(yùn)動(dòng)部件。這樣的主動(dòng)式照明系統(tǒng)(比如，隨轉(zhuǎn)向角度而變化光照射向的主動(dòng)安保功能)，有可能需要采用比以往所用過的數(shù)量更多的光管來構(gòu)成點(diǎn)陣。法雷奧正按此思路著手研發(fā)更可靠的新型自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)。海拉Fischer指出，照明系統(tǒng)的這種變化也符合并體現(xiàn)了當(dāng)代汽車的機(jī)械裝置功能逐漸被(電子+電控+電動(dòng)的)全電裝系統(tǒng)所取代的大趨勢。同一組LED陣列既可以作為前照大燈的光源，也同時(shí)可用于轉(zhuǎn)向燈，只是在發(fā)揮不同照明功能時(shí)采用各自的光學(xué)鏡罩。

作為一般的轉(zhuǎn)向燈，只須在車身兩側(cè)布置LED陣列，再加上簡單的開關(guān)功能即可。若要發(fā)揮智能前照的主動(dòng)安保作用，讓前照光束能隨車輛的轉(zhuǎn)向軌跡而同步地總是照亮車前的道路，則需要布置較多的光源點(diǎn)陣并采取更復(fù)雜的光點(diǎn)電控，按照轉(zhuǎn)向輸入來控變光點(diǎn)陣列的明暗組合及其反光鏡，從而同步地改變前照光束的射向。

總之，借用市場研究及咨詢機(jī)構(gòu)Strategy Analytics公司的AsifAnwar先生的話，LED前照燈雖然剛開始起步，但將是車用LED市場發(fā)展極快的領(lǐng)域。預(yù)計(jì)到2012年，LED前照燈市場將達(dá)到8000萬美元。LED必將以其卓越的安全性、可靠性、節(jié)能性及便于美學(xué)設(shè)計(jì)的特性，成為汽車照明系統(tǒng)的新寵，給汽車車燈的升級和革命帶來新的契機(jī)。

-小麥