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解決方案

從煤氣燈到激光 看汽車大燈的發展與進化

星之球激光 來源:搜狐2016-01-06 我要評論(0 )   

  汽車從(cong) 1886年誕生至今,從(cong) 內(nei) 而外發生了翻天覆地的變化,各個(ge) 廠商除了在動力和性能上做文章,對車身上各個(ge) 部件也是躍躍欲試。


  汽車從1886年誕生至今,從內而外發生了翻天覆地的變化,各個廠商除了在動力和性能上做文章,對車身上各個部件也是躍躍欲試。作為一台車上最引人注目的部位,車燈自然不會被設計師和工程師們遺忘。從鹵素到激光,甚至現在還出現了OLED光源。雖然普及還尚待時日,但從中可以看到車燈未來的發展方向。
  你可知,在鹵素燈出現之前,汽車車燈還不是標配,其簡陋程度也令人發指。在汽車發展初期,人們曾經用煤油燈,甚至是蠟燭當做汽車大燈的光源。這種燈在半夜開車出去,基本上起不到什麽作用,天氣好的話,可能能當個示寬燈顯示一下存在感。如果趕上惡劣天氣,這燈亮不亮的起來都是一回事兒。汽車車燈的發展和汽車本身一樣,都經曆了一個看坎坷而漫長的過程。
  煤油、乙炔燈成為最早的車燈
  最早的汽車是沒有大燈這麽個配置的,它的出現完全是個巧合。1887年,一個駕駛員在黑暗的曠野上迷了路,為了照明,他使用了當時很簡陋的煤油燈。在微弱的燈光下,他順利地找到路,回了家。這可以算是史上最早的車用照明工具了。
  但問題來了,煤油燈的發光強度太低,無法照亮車前足夠遠的路麵。於是人們將1779年克魯平發明的反光鏡安裝到煤油燈後方,與其組成一支聚光大燈,這是車燈最早的雛形。這種使用了反光鏡的煤油車燈也是世界上第一支聚光燈,它能將置於反光鏡焦點上的發光強度提高500倍。
  不過煤油燈的亮度實在不敢恭維,黑夜裏點上一盞掛在車前,基本上隻能起到示寬燈的作用,別人能看見你,你休想看見前方任何東西。由於煤油燈發光效率低下,所以很快被乙炔燈替代,由此車燈正式成為汽車的必備配件,開啟了燃料照明時代。乙炔車燈利用安置在腳踏板或車架上的乙炔發生器,由碳化鈣和水發生化學反應而產生。行車時的顛簸為化學反應催化,而一旦車停下來,化學反應就變弱,乙炔氣體減少,燈光也隨之漸暗。
  其實在車燈出現之前,1879年白熾燈就已經被發明了。之所以沒有被用作車燈,主要是因為製作白熾燈泡燈絲的碳太過脆弱,經不起路麵的顛簸,故被棄用。而且,乙炔燈的亮度要比白熾燈高的多。所以基於種種原因,雖然這之間也出現過其他更高亮度的光源,乙炔燈還是一直被沿用至1925年前後。
  隨著技術的發展,乙炔燈的缺點也逐漸被暴露出來。因為乙炔燈依靠燃燒發光,所以在雨天的時候很容易被澆熄。此外,乙炔燃燒會產生大量氫氧化鈣,對皮膚有強烈的刺激性和腐蝕性,它對蛋白質的溶解效果會導致人休克和胃穿孔等不良反應。
白熾燈與進化的鹵素燈成為主流
  時間一晃到了1913年,充入惰性氣體的鎢絲發光體白熾燈被發明出來了。這讓白熾燈的發光效率由碳絲白熾燈的1Lm/W提高到18Lm/W,強度的增加也讓其能夠應付顛簸的路麵。於是,有著種種缺點的乙炔燈被進化後的白熾燈慢慢趕下了曆史舞台。
  這時,用以啟動發動機的電啟動機也被發明出來,之後又有了蓄電池。至此,電光源車燈的必要條件湊齊了,於是白熾燈作為車燈的發展也就順理成章了。不過在早期,汽車電器設備(啟動機、發電機、蓄電池和照明設備)並不是每輛汽車的標配,而是根據用戶需求選裝,直到1925年,電器設備才成為每輛汽車出廠時候的必備配置。
  早期的電光源車燈由燈泡、反光鏡和防護玻璃組成,發出中心對稱的光線。隨著車燈亮度的增加,炫光問題逐漸被人們重視。車輛交匯時,因強光造成對麵駕駛員眩目導致的車禍變的越來越多。一方麵,車燈需要照亮車前100米的路麵和至少2米高的障礙物,另一方麵又必須保證不會影響迎麵駛來的車輛,這成為車燈發展的一大矛盾。
  1925年,歐司朗(西門子的子公司)發明了雙燈絲大燈,從而讓美國人開發了非對稱式前大燈。這種大燈在一個燈泡內使用兩個燈絲作為前車燈(遠光)和會車燈(近光)光源,近光燈下方有一個遮光罩,用以遮擋住照向對麵車輛的光。你可以在路麵上看到一個清晰的明暗截止線,對麵車輛隻會被照亮下半部分,從而避免了對麵駕駛員的眩目問題。
  由於早期的汽車需要司機隨時調節火花塞點火時機、節氣門和阻風門開度,以及換擋,所以燈光控製就被放倒了地板上,由腳控製。於是你可以看到,當時的汽車地板上,除了離合、油門、刹車三個踏板之外,汽笛和汽車啟動開關也在這裏,現在加上燈光控製,司機就需要用腳操作6個按鈕了。當時想要開車,沒點舞蹈基礎還真應付不來。
  白熾燈開啟汽車電氣照明時代
  總之,至此開始,汽車算是正式進入了電氣照明時代。當然,不知足的人類必然不會就這樣滿足,白熾燈再次進化,於是我們現在熟知的鹵素車燈出現了。這可謂是汽車照明的一次革命,它將普通白熾燈泡中充入溴碘等鹵族元素,讓鎢燈絲可以在更高的溫度工作,能效和壽命也變得更高更長。於是鹵素燈作為一種成熟的光源被一直沿用,時至今日我們還能在市麵上大部分汽車上看到它。
  鹵素燈就是白熾燈的升級版,充入鹵族元素讓它可以發出白熾燈1.5倍的亮度,壽命也延長了2到3倍。最早的鹵素車燈由法國斯貝公司生產,為了提高白熾燈的發光效率,必須提高鎢燈絲的溫度,而溫度的升高則會造成鎢的升華。鎢元素在燈泡的玻璃罩上凝華發黑,影響光照強度。鹵族元素則可以與鎢發生化學反應,使冷卻後的鎢重新回到鎢絲上,形成平衡的循環,消除了燈泡發黑的現象,也能避免鎢絲熔斷。
  目前基本上10萬元左右的車型還在使用鹵素車燈,可謂老而彌堅。當然,鹵素燈肯定也有它的缺點,比如光照強度不足、光線偏黃、壽命相對更低和功耗較高。於是,氙氣燈出現了。
亮度更高能耗更低的氙氣燈出現
  伴隨著人們行車安全需求的提高和日益高漲的環保意識,鹵素燈已經無法滿足需要了。隨著車速越來越高,鹵素燈在夜間和低能見度環境下的亮度無法保證車輛和行人的安全;其次鹵素燈50W-70W的功率也變得不太環保,而其200-300小時的壽命雖然看似不低,但和車輛整體壽命相比還是略顯得有些短。
  鑒於此,1991年汽車燈具製造商海拉將氙氣車燈推向市場。與使用鎢絲發光體的鹵素燈不同,氙氣燈直接在石英燈管內充入高壓惰性氣體氙來取代傳統的燈絲,通入23000伏的高壓電流,在兩極之間形成白色電弧發光。
  與鹵素燈相比,氙氣燈的光照強度是前者的3倍,而能耗隻有其三分之二。此外,氙氣燈的色溫與日光幾乎相同,視覺上更出色。不過由於氙氣燈在雨霧天氣下的照射想效果不如鹵素燈,所以兩者一直處於同場競技的狀態,誰也沒有完全取代誰。
  如果說氙氣燈的出現是車燈在質量上的一次飛躍,那LED的出現則是車燈在藝術上的一個升華。傳統的鹵素和氙氣燈最多隻能在結構上做出一些調整,而LED的出現讓車燈的樣式開始變得藝術起來。
  LED讓車燈變得更加藝術
  LED聽起來名字很酷炫,但其實大家都見過也用過,它就是我們初中勞技課上做收音機時候用的發光二極管。它是一種電致發光元件,由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物製成。早在1936年它便被發明出來,但直到90年代中期,能發出白色可見光的LED才被正式推廣。
  LED的色溫介於鹵素和氙氣燈之間,但尺寸更小,光線更加聚焦,可根據設計師意願被塑造成任意形狀,所以說它的出現讓車燈變成了一種藝術品,也讓一些汽車廠商變成了“燈廠”。
 
  因為LED點亮速度快、發光純度高、能耗低等特點,它被廣泛運用到日間行車燈和尾燈等部件上。在一些高端車型上,它也被做成大燈。最早使用LED作為大燈光源的奧迪2010年就在A8上運用了這項技術,A8L上裝備的矩陣式LED大燈能夠實現單個LED燈光的動態管理。它可根據傳感器反饋的數據,自動調整LED矩陣中的光源,避免燈光直射車輛和行人。
  正所謂科技永無止境,當人們認為LED已經足夠肩負車輛照明重任的時候,德係三強的寶馬、奧迪和奔馳幾乎同一時間啟動了各自的激光大燈研發計劃。這一次,車燈的體積和亮度有開啟了飛速的進化。
  激光大燈 汽車大燈的終極形態
  激光大燈相比LED,其體積隻有後者的百分之一,亮度則高出千倍有餘。激光大燈的的光源——激光二極管(Laser diode)與LED幾乎誕生於同一時代,雖然叫激光,但它一點都不耀眼。其原理是激光發光二極管的藍光燈貫穿前大燈單元內的熒光材料,將其轉換成一個擴散的白光。
  提到激光大燈,我們不由的就會想到寶馬。寶馬研發的激光燈亮度比LED高出了70%,照射距離是LED的兩倍,而體積卻小了近百倍,其長度隻有10微米。由於激光有能量聚集的特性,對人眼會造成極大傷害。
  為了解決這一問題,寶馬將激光在等內進行多次反射。激光二極管發出的光束首先會被反射到充有黃磷的透鏡中,黃磷被激光激發出白色光芒,最後這束光被反光器反射出一道明亮的白光。雖然到此為止這束光不會對人眼造成傷害了,但它的亮度依然很高,隨便亂晃還是會被人罵的。
  總結:
  從煤油和蠟燭,直至今日的激光大燈,其過程就好比人類從山洞走出來住進樓房。過去的人是否會料到今日的科技能讓車燈富有如此多的變化,我不知道。但我知道,未來還會出現更多光怪陸離,充滿想象力的汽車大燈。激光大燈隻是目前的一個階段,我相信,它的發展還遠不止於此。
 

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