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汽車制造

細數(shù)車燈的發(fā)展歷程:從乙炔到激光

星之球激光 來源:光電論壇2013-10-15 我要評論(0 )   

作為車身造型中的點睛之筆、保障行車安全的重要配置,車燈的重要性不言而喻。在日新月異的車燈技術(shù)中,我們不斷向前沿科技看齊,在燈組技術(shù)發(fā)展中涌現(xiàn)出很多讓人驚嘆的...

   作為車身造型中的點睛之筆、保障行車安全的重要配置,車燈的重要性不言而喻。在日新月異的車燈技術(shù)中,我們不斷向前沿科技看齊,在燈組技術(shù)發(fā)展中涌現(xiàn)出很多讓人驚嘆的照明技術(shù)。今天,我們回過頭來,看看車燈在這130多年的演化中都發(fā)生了哪些翻天覆地的變化。

  早在乙炔燈前,有人便在漆黑的道路錢用煤油燈為汽車引路,將克魯平反光鏡安置在煤油燈后,使煤油燈成為世界上第一只聚光大燈,這便是車燈的最早雛形,但由于煤油燈的發(fā)光效率實在不可恭維,作用如示寬燈一般所以很快被乙炔燈所替代。

  在燃料照明時代,乙炔燈的出現(xiàn)逐漸被一些汽車品牌所青睞,可能有人會質(zhì)疑,早在1879年白熾燈便已經(jīng)被發(fā)明為何乙炔燈會捷足先登應用在汽車上呢?這是因為,當時的真空白熾燈泡的燈絲是由碳絲做成的,太脆弱的燈絲禁不起路上的顛簸,所以無法應用在車燈上。而乙炔燈又以高出一倍的亮度成為了當時車燈的首選。

  其實在車燈內(nèi)并沒有存儲乙炔氣體,而是利用氧化鈣和水進行反應產(chǎn)生的,在行車的過程中,晃動的車身剛好為乙炔的產(chǎn)生提供便利條件,但缺點在于,一旦你停下車來,反應便沒有那么強烈,隨著乙炔產(chǎn)生的減少,車燈也就會逐漸變暗。在當時即使燃燒充分的乙炔燈也只能發(fā)出7.2*10000cd/m的輪廓亮度,但如果想要照亮車前100米距離至少需要32*10000cd/m,但在19世紀末期乙炔燈作為前大燈也是無奈之選。

  由于乙炔與煤油同樣需要依靠燃燒發(fā)光,所以很容易被路上的雨水澆滅,在惡略天氣下行車簡直成為了司機們的噩夢。其次,乙炔燈的耐用度與剛剛面世的白熾燈相比強不到哪里,加之燃燒后的乙炔會產(chǎn)生大量堿石灰(Ca(OH)2),這種對蛋白質(zhì)有溶解效果的有害物質(zhì)落在皮膚上會產(chǎn)生強烈刺激性和腐蝕性,嚴重的會導致人休克、胃穿孔等不良反應。乙炔燈的發(fā)展被嚴重缺陷所制約,汽車車燈的變革在所難免。

 

  白熾燈時代(白熾燈、鹵素燈):百年“帝國”偉業(yè)

  隨著電燈的發(fā)展,耐用度的提升,乙炔燈連同著它的缺點逐漸退出了車燈歷史的舞臺,在電燈逐步占據(jù)車輛大燈時代初期,電燈多應用在電動車的車燈上而不是汽油車。當時所謂的電動車還是多以鉛酸蓄電池為動力來源,所以驅(qū)動效率很低。但相比于汽油車的噪音與污染,電動車在19世紀到20世紀間收到了青睞,銷量十分優(yōu)秀。

  早在1898年,哥倫比亞電動公司推出了一輛搭載鎢絲燈的電動車。站在電動車的角度上看,搭載電燈看似是合乎情理的事情,但就如前文所說,纖細的燈絲很容易在顛簸的路面斷裂,再加之沒有聚焦裝置,電燈的首秀并不能算是成功,這也正是乙炔燈能夠沿用到1925年之久的原因。

  雖然大發(fā)明愛迪生家曾在《紐約時報》上力挺電動車的經(jīng)濟零排放,但也阻止不了內(nèi)燃機技術(shù)的迅猛發(fā)展給電動車帶來的沖擊。相反的是,電動車的落寞卻沒有使電燈進入黑暗時代。隨著紐約康寧玻璃公司首先在電燈上加入燈光聚焦裝置,在增加了大燈范圍的情況下又消除了給駕駛員造成眩光的缺陷。這個突破性的創(chuàng)新讓電燈逐步在汽油車上推廣起來。

 

  白熾燈的發(fā)家史

  在1913年,螺旋鎢絲白熾燈的發(fā)明替代了原來碳絲的白熾燈,照射強度提升了50%,在車燈技術(shù)更新的同時,汽車的啟動方式發(fā)生了改變。當時的汽車使用手搖柄啟動車輛,所以并沒有在車上安置蓄電池的必要,但隨著電啟動機的加入,蓄電池不得不內(nèi)置在汽車內(nèi),隨著電啟動的車輛越來越普及,蓄電池逐步配備在車上,白熾燈便順理成章的成為了主流車燈。

 

  近遠光車燈的起源

  如今的車輛都具備近遠光切換功能,而在1915年第一個考慮到對向來車晃眼而配備近遠光調(diào)節(jié)的車燈公司為Guide Lamp Company,它所涉及的車燈系統(tǒng)只是能夠調(diào)節(jié)車燈照射的高低,僅僅為了避免給對向來車帶來麻煩,而且司機想要調(diào)節(jié)車燈高低也只能下車調(diào)節(jié),使用起來比較雞肋。

 

  近遠光車燈的革新

  歐司朗公司在1924年第一個使用了雙燈絲的燈組造型,一個負責近光照明,一個負責遠光照明,兩個燈絲以輸出功率不同來投射近遠光,由于并不能更改照射角度,歐司朗利用近光燈絲前的遮光罩來阻擋過高的炫目光線,使得近光燈的邊緣能夠呈現(xiàn)出明顯的折現(xiàn),防止迎面車輛駕駛員產(chǎn)生眩目,而調(diào)光的開關(guān)被安置在腳下,具體操作方法和現(xiàn)在我們車內(nèi)的按鈕很相似。

 

  強制規(guī)定的封閉式車燈

  與歐洲車燈不同的是,在美國的20世紀40年代到90年代之間,封閉式車燈的應用異?;鸨?,封閉式車燈將反射鏡和配光鏡用玻璃制成一體,里面充以惰性氣體,并把燈絲焊在反射鏡底座上,反射鏡的反射面經(jīng)真空鍍鋁。這樣一體式設(shè)計對于日常使用來說可以避免異物進入燈內(nèi),但如果損壞的話只能全部更換。但對于當時的美國政府來說封閉式車燈有著不一樣的意義。

  由于車燈是封閉式的,各個零件不能自行更換,政府便要求車廠使用同一規(guī)格的車燈,這樣保證了每臺行駛在公路上的車輛都符合聯(lián)邦汽車安全標準108中的規(guī)定(1970年前的所有汽車使用兩個七寸圓形密閉前照燈系統(tǒng),而只有一些卡車才可以使用長方形車燈)。但隨著1983年政府對政策的改變,允許讓半封閉車燈使用后,封閉式車燈便漸漸走出來車燈的歷史,第一個使用全新設(shè)計,打破規(guī)定格局的車輛是1984 Lincoln Continental Mark VII車型,隨后各種各樣新潮的半封閉式車燈隨著車型的換代逐步應用起來。

 

  沿用至今的鹵素燈

  鹵鎢燈在20世紀50年代被發(fā)明出來,使用過鎢絲燈的人都會知道,長時間使用鎢絲燈會使車燈發(fā)黑,這樣使本來發(fā)光效率便小的可憐的鎢絲燈更加難以滿足照明需求。在需求的驅(qū)使下,人們發(fā)明出了鹵素燈,確切的說,燈泡里不再是一種物質(zhì),而是氯和碘兩種的結(jié)合氣體,這便是沿用至今沒準依舊應用在你家車燈上的“遠古”技術(shù)。到此,白熾燈時代總共走過了100多年的歷史。如今,向鹵素燈發(fā)出挑戰(zhàn)的是一個擁有著更高亮度、更少能耗、更耐用的新燈組技術(shù):氙燈。

 

  氙氣燈時代:藝高人膽大

  氙氣燈的英文全稱是Hight Intensity Discharge,簡稱HID。氙氣燈最早應用在1995年出廠的新款奔馳E級轎車上。說到氙氣燈,首先要了解一下氙氣燈的構(gòu)造。氙氣燈由小型石英燈泡、變壓器和電子控制器組成。接通電源后,通過變壓器,在幾微秒內(nèi)升到2萬伏以上的高壓脈沖電加在石英燈泡內(nèi)的金屬電極之間,激勵燈泡內(nèi)的物質(zhì)(氙氣、少量的水銀蒸氣及金屬鹵化物)在電弧中電離產(chǎn)生亮光。

  從1995年歐洲法規(guī)批準使用這種燈起,氙氣燈就被用于高檔車型上。相比較鹵素車燈,氙氣車燈雖然造價更高但優(yōu)點也更加明顯,它的亮度更高,照射時間長,穩(wěn)定性好,并且更加節(jié)約耗電。但隨著發(fā)展,氙氣燈也已經(jīng)不再是高端車的專屬了,制作成本的降低讓更多的車主選擇改裝氙氣車燈,也讓氙氣車燈成為現(xiàn)在除鹵素車燈外的主流車燈。#p#分頁標題#e#

 

  LED時代:開創(chuàng)“形神兼俱”的新紀元

  當氙氣燈在車燈屆混的風生水起的同時,另外一種光源顯然正在做著發(fā)力的準備,它就是LED。雖然LED不是什么新鮮玩意兒,但被用到車輛照明卻并非那么簡單。首先它的價格更高,而且單個LED的光照亮度顯然不能與氙氣燈相比,想要達到氙氣燈的亮度就需要一個LED燈組來實現(xiàn)。其次LED由于體積更小,所以散熱性并不好,而且在維修方面不夠方便。這些相對而言的缺點讓LED車燈在普及上舉步維艱。

  但顯然這無法阻止汽車廠商對它的喜愛程度。首先LED車燈屬于冷光源,耗電量要比氙氣燈更低,其次LED車燈不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點,在恰當?shù)碾娏骱碗妷合拢琇ED車燈的使用時間要比氙氣燈更長。不光如此,LED車燈還有耐高溫、體積小、穩(wěn)定性好、反應速度快等特點。

  其實在汽車行業(yè)LED比氙氣燈要更早被汽車廠商使用,雖然只是作為配角被使用在閱讀燈、儀表照明燈等不被人注意到的位置。早在2008年雷克薩斯LS車型就第一次使用了LED燈組作為車輛的頭燈,從此拉開了LED作為頭燈燈源的篇章。之后各個廠商都開始對LED進行跟進使用,其中使用最為廣泛的就是LED示寬燈。

  直到今年,全新的奔馳S級發(fā)布,更是讓LED風光無限,全新S級并沒有使用傳統(tǒng)的氙氣燈,而是使用了LED來代替氙氣大燈。不光如此,這一代的S級更是在全車使用了超過兩千顆的LED,讓燈泡這東西正式從奔馳S級的車身上退下了歷史的舞臺。

 

  OLED時代:亦真亦幻的科技體驗

  說起OLED技術(shù),這還與中國人有些淵源,因為發(fā)明這項技術(shù)的人是為美籍華人。1987年,鄧青云教授和Vanslyke 采用了超薄膜技術(shù),制成了雙層有機電致發(fā)光器件。1990 年,他發(fā)現(xiàn)了以共軛高分子PPV為發(fā)光層的OLED,從此在全世界范圍內(nèi)掀起了OLED 研究的熱潮。鄧教授也因此被稱為“OLED之父”。對于神秘的OLED技術(shù),歐司朗前一段時間為我們帶來的新品已將OLED技術(shù)成熟應用,在此不重復介紹。

 

  激光時代:隨心所欲的創(chuàng)造未來

  在OLED技術(shù)還未普及的今天,激光照明已經(jīng)開始在為又一次的變革做著準備。與OLED技術(shù)不同,激光的應用早在幾十年前就已經(jīng)開始,并不斷的被改進與提升。

 

  激光技術(shù)的優(yōu)勢

  激光燈與普通光源的最大不同就是它能產(chǎn)生幾乎平行的光束,這讓光的形狀可以做到極度的可控。同一激光器所產(chǎn)生的光波具有恒定并且相同的波長,并且在理想狀態(tài)下激光可以產(chǎn)生強度大于傳統(tǒng)LED光源1000倍的光線,而產(chǎn)生同樣的照明效果,激光所需要的能源以及所占用的體積再一次大的縮減,提升了照明的效率。

  現(xiàn)有的還在研發(fā)階段的激光頭燈只需要同等效率LED頭燈的一半的電力就可以達到完全相同甚至更好的照明效果。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)數(shù)據(jù)計算,LED照明每瓦特電力可以輸出100流明的光照度,而現(xiàn)有激光照明每瓦特可以輸出大約170流明強度的光,區(qū)別是顯而易見的。

  激光的平行光特性讓汽車頭燈可以實現(xiàn)完全的可控性,現(xiàn)有的矩陣式LED只可以控制單個LED芯片的開啟或關(guān)閉以實現(xiàn)智能頭燈的單獨照明效果,但激光技術(shù)可以讓汽車頭燈對任何的事物都能做出單獨的照明效果。比如夜間行駛中碰到的路面障礙物、過馬路的行人以及路邊的交通指示牌等,都可以用單獨的光束進行照明提示,既讓駕駛員看清路況,也讓行人意識到危險,這樣的技術(shù)革新對汽車安全的影響將是革命性的。

  但同樣,安全性和耐用度依舊是激光大燈需要克服的兩大難題,激光在高效的同時也會產(chǎn)生巨大的熱量,控制好這種“能量光束”的溫度或者提升現(xiàn)有激光器的工作效率是兩種很好的解決辦法;另外在安全性方面也會有很多人會擔心,激光的能量對于人眼來說是很危險的,雖然用作照明的激光已經(jīng)被減弱到完全無害的強度,但在相應的法律法規(guī)和安全標準頒布之前激光照明要被人們認可也還是個艱巨的任務。

  結(jié)語:從古至今,車燈的發(fā)展從未停下過腳步,如今甚至有趕超時代之勢。高新技術(shù)的換代越來越快使得斷然預測幾年后燈組技術(shù)發(fā)展成為了冒失的行為,但新技術(shù)需要時間的考驗,就像雖然今天我們已經(jīng)可以用10元買到激光筆這樣的激光技術(shù)產(chǎn)品,但將激光用在車燈照明上還是有很長的路要走的,我們只能期待這些新技術(shù)給我們帶來的變革越早到來越好,讓車前的那條道路清晰明朗。

 

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