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汽車製造

細數車燈的發展曆程: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(wei) 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中,我們(men) 不斷向前沿科技看齊,在燈組技術發展中湧現出很多讓人驚歎的...

   作為(wei) 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中,我們(men) 不斷向前沿科技看齊,在燈組技術發展中湧現出很多讓人驚歎的照明技術。今天,我們(men) 回過頭來,看看車燈在這130多年的演化中都發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(wei) 汽車引路,將克魯平反光鏡安置在煤油燈後,使煤油燈成為(wei) 世界上第一隻聚光大燈,這便是車燈的最早雛形,但由於(yu) 煤油燈的發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,乙炔燈的出現逐漸被一些汽車品牌所青睞,可能有人會(hui) 質疑,早在1879年白熾燈便已經被發明為(wei) 何乙炔燈會(hui) 捷足先登應用在汽車上呢?這是因為(wei) ,當時的真空白熾燈泡的燈絲(si) 是由碳絲(si) 做成的,太脆弱的燈絲(si) 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(wei) 了當時車燈的首選。

  其實在車燈內(nei) 並沒有存儲(chu) 乙炔氣體(ti) ,而是利用氧化鈣和水進行反應產(chan) 生的,在行車的過程中,晃動的車身剛好為(wei) 乙炔的產(chan) 生提供便利條件,但缺點在於(yu) ,一旦你停下車來,反應便沒有那麽(me) 強烈,隨著乙炔產(chan) 生的減少,車燈也就會(hui) 逐漸變暗。在當時即使燃燒充分的乙炔燈也隻能發出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(wei) 前大燈也是無奈之選。

  由於(yu) 乙炔與(yu) 煤油同樣需要依靠燃燒發光,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(wei) 了司機們(men) 的噩夢。其次,乙炔燈的耐用度與(yu) 剛剛麵世的白熾燈相比強不到哪裏,加之燃燒後的乙炔會(hui) 產(chan) 生大量堿石灰(Ca(OH)2),這種對蛋白質有溶解效果的有害物質落在皮膚上會(hui) 產(chan) 生強烈刺激性和腐蝕性,嚴(yan) 重的會(hui) 導致人休克、胃穿孔等不良反應。乙炔燈的發展被嚴(yan) 重缺陷所製約,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(wei) 業(ye)

  隨著電燈的發展,耐用度的提升,乙炔燈連同著它的缺點逐漸退出了車燈曆史的舞台,在電燈逐步占據車輛大燈時代初期,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(wei) 動力來源,所以驅動效率很低。但相比於(yu) 汽油車的噪音與(yu) 汙染,電動車在19世紀到20世紀間收到了青睞,銷量十分優(you) 秀。

  早在1898年,哥倫(lun) 比亞(ya) 電動公司推出了一輛搭載鎢絲(si) 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(si) 很容易在顛簸的路麵斷裂,再加之沒有聚焦裝置,電燈的首秀並不能算是成功,這也正是乙炔燈能夠沿用到1925年之久的原因。

  雖然大發明愛迪生家曾在《紐約時報》上力挺電動車的經濟零排放,但也阻止不了內(nei) 燃機技術的迅猛發展給電動車帶來的衝(chong) 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,在增加了大燈範圍的情況下又消除了給駕駛員造成眩光的缺陷。這個(ge) 突破性的創新讓電燈逐步在汽油車上推廣起來。

 

  白熾燈的發家史

  在1913年,螺旋鎢絲(si) 白熾燈的發明替代了原來碳絲(si) 的白熾燈,照射強度提升了50%,在車燈技術更新的同時,汽車的啟動方式發生了改變。當時的汽車使用手搖柄啟動車輛,所以並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(nei) 置在汽車內(nei) ,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(wei) 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(ge) 考慮到對向來車晃眼而配備近遠光調節的車燈公司為(wei) Guide Lamp Company,它所涉及的車燈係統隻是能夠調節車燈照射的高低,僅(jin) 僅(jin) 為(wei) 了避免給對向來車帶來麻煩,而且司機想要調節車燈高低也隻能下車調節,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(ge) 使用了雙燈絲(si) 的燈組造型,一個(ge) 負責近光照明,一個(ge) 負責遠光照明,兩(liang) 個(ge) 燈絲(si) 以輸出功率不同來投射近遠光,由於(yu) 並不能更改照射角度,歐司朗利用近光燈絲(si) 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出明顯的折現,防止迎麵車輛駕駛員產(chan) 生眩目,而調光的開關(guan) 被安置在腳下,具體(ti) 操作方法和現在我們(men) 車內(nei) 的按鈕很相似。

 

  強製規定的封閉式車燈

  與(yu) 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常火爆,封閉式車燈將反射鏡和配光鏡用玻璃製成一體(ti) ,裏麵充以惰性氣體(ti) ,並把燈絲(si) 焊在反射鏡底座上,反射鏡的反射麵經真空鍍鋁。這樣一體(ti) 式設計對於(yu) 日常使用來說可以避免異物進入燈內(nei) ,但如果損壞的話隻能全部更換。但對於(yu) 當時的美國政府來說封閉式車燈有著不一樣的意義(yi) 。

  由於(yu) 車燈是封閉式的,各個(ge) 零件不能自行更換,政府便要求車廠使用同一規格的車燈,這樣保證了每台行駛在公路上的車輛都符合聯邦汽車安全標準108中的規定(1970年前的所有汽車使用兩(liang) 個(ge) 七寸圓形密閉前照燈係統,而隻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後,封閉式車燈便漸漸走出來車燈的曆史,第一個(ge) 使用全新設計,打破規定格局的車輛是1984 Lincoln Continental Mark VII車型,隨後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年代被發明出來,使用過鎢絲(si) 燈的人都會(hui) 知道,長時間使用鎢絲(si) 燈會(hui) 使車燈發黑,這樣使本來發光效率便小的可憐的鎢絲(si) 燈更加難以滿足照明需求。在需求的驅使下,人們(men) 發明出了鹵素燈,確切的說,燈泡裏不再是一種物質,而是氯和碘兩(liang) 種的結合氣體(ti) ,這便是沿用至今沒準依舊應用在你家車燈上的“遠古”技術。到此,白熾燈時代總共走過了100多年的曆史。如今,向鹵素燈發出挑戰的是一個(ge) 擁有著更高亮度、更少能耗、更耐用的新燈組技術: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造。氙氣燈由小型石英燈泡、變壓器和電子控製器組成。接通電源後,通過變壓器,在幾微秒內(nei) 升到2萬(wan) 伏以上的高壓脈衝(chong) 電加在石英燈泡內(nei) 的金屬電極之間,激勵燈泡內(nei) 的物質(氙氣、少量的水銀蒸氣及金屬鹵化物)在電弧中電離產(chan) 生亮光。

  從(cong) 1995年歐洲法規批準使用這種燈起,氙氣燈就被用於(yu) 高檔車型上。相比較鹵素車燈,氙氣車燈雖然造價(jia) 更高但優(you) 點也更加明顯,它的亮度更高,照射時間長,穩定性好,並且更加節約耗電。但隨著發展,氙氣燈也已經不再是高端車的專(zhuan) 屬了,製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(wei) 現在除鹵素車燈外的主流車燈。#p#分頁標題#e#

 

  LED時代:開創“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力的準備,它就是LED。雖然LED不是什麽(me) 新鮮玩意兒(er) ,但被用到車輛照明卻並非那麽(me) 簡單。首先它的價(jia) 格更高,而且單個(ge) LED的光照亮度顯然不能與(yu) 氙氣燈相比,想要達到氙氣燈的亮度就需要一個(ge) LED燈組來實現。其次LED由於(yu) 體(ti) 積更小,所以散熱性並不好,而且在維修方麵不夠方便。這些相對而言的缺點讓LED車燈在普及上舉(ju) 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車燈屬於(yu) 冷光源,耗電量要比氙氣燈更低,其次LED車燈不存在燈絲(si) 發光易燒、熱沉積、光衰等缺點,在恰當的電流和電壓下,LED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(ti) 積小、穩定性好、反應速度快等特點。

  其實在汽車行業(ye) LED比氙氣燈要更早被汽車廠商使用,雖然隻是作為(wei) 配角被使用在閱讀燈、儀(yi) 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(wei) 車輛的頭燈,從(cong) 此拉開了LED作為(wei) 頭燈燈源的篇章。之後各個(ge) 廠商都開始對LED進行跟進使用,其中使用最為(wei) 廣泛的就是LED示寬燈。

  直到今年,全新的奔馳S級發布,更是讓LED風光無限,全新S級並沒有使用傳(chuan) 統的氙氣燈,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(liang) 千顆的LED,讓燈泡這東(dong) 西正式從(cong) 奔馳S級的車身上退下了曆史的舞台。

 

  OLED時代:亦真亦幻的科技體(ti) 驗

  說起OLED技術,這還與(yu) 中國人有些淵源,因為(wei) 發明這項技術的人是為(wei) 美籍華人。1987年,鄧青雲(yun) 教授和Vanslyke 采用了超薄膜技術,製成了雙層有機電致發光器件。1990 年,他發現了以共軛高分子PPV為(wei) 發光層的OLED,從(cong) 此在全世界範圍內(nei) 掀起了OLED 研究的熱潮。鄧教授也因此被稱為(wei) “OLED之父”。對於(yu) 神秘的OLED技術,歐司朗前一段時間為(wei) 我們(men) 帶來的新品已將OLED技術成熟應用,在此不重複介紹。

 

  激光時代:隨心所欲的創造未來

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

 

  激光技術的優(you) 勢

  激光燈與(yu) 普通光源的最大不同就是它能產(chan) 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(chan) 生的光波具有恒定並且相同的波長,並且在理想狀態下激光可以產(chan) 生強度大於(yu) 傳(chuan) 統LED光源1000倍的光線,而產(chan) 生同樣的照明效果,激光所需要的能源以及所占用的體(ti) 積再一次大的縮減,提升了照明的效率。

  現有的還在研發階段的激光頭燈隻需要同等效率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。根據現有技術數據計算,LED照明每瓦特電力可以輸出100流明的光照度,而現有激光照明每瓦特可以輸出大約170流明強度的光,區別是顯而易見的。

  激光的平行光特性讓汽車頭燈可以實現完全的可控性,現有的矩陣式LED隻可以控製單個(ge) LED芯片的開啟或關(guan) 閉以實現智能頭燈的單獨照明效果,但激光技術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麵障礙物、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(liang) 大難題,激光在高效的同時也會(hui) 產(chan) 生巨大的熱量,控製好這種“能量光束”的溫度或者提升現有激光器的工作效率是兩(liang) 種很好的解決(jue) 辦法;另外在安全性方麵也會(hui) 有很多人會(hui) 擔心,激光的能量對於(yu) 人眼來說是很危險的,雖然用作照明的激光已經被減弱到完全無害的強度,但在相應的法律法規和安全標準頒布之前激光照明要被人們(men) 認可也還是個(ge) 艱巨的任務。

  結語:從(cong) 古至今,車燈的發展從(cong) 未停下過腳步,如今甚至有趕超時代之勢。高新技術的換代越來越快使得斷然預測幾年後燈組技術發展成為(wei) 了冒失的行為(wei) ,但新技術需要時間的考驗,就像雖然今天我們(men) 已經可以用10元買(mai) 到激光筆這樣的激光技術產(chan) 品,但將激光用在車燈照明上還是有很長的路要走的,我們(men) 隻能期待這些新技術給我們(men) 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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