汽车照明安全节能新技术

修玲玲

汽车照明安全节能新技术

修玲玲

福州大学机械工程及自动化学院

汽车照明系统对汽车安全起到了主动预防作用，无论是白天还是夜晚，汽车外部照明和内饰照明都起到了十分重要的作用，同时考虑节能环保的要求，出现了很多汽车照明安全节能新技术，本文介绍了包括疝气灯、LED灯、光纤照明、智能车灯，还有自适应前照灯系统和前照灯自动调平系统等先进的前照灯安全技术。

汽车照明；安全；节能

引言

近年来，汽车的各种技术不断发展，人们也越来越关注汽车的安全性。汽车的安全性是由汽车安全系统来保证的。汽车安全系统是一个整体概念，照明、制动、避震器、保险带和安全气囊等多个子系统都属于这个整体，并在运行中相互配合。其中照明系统对行车安全能起到关键的主动预防作用。汽车照明主要影响驾驶员视野的清晰度，而驾驶视野的清晰度对行车安全有直接影响，据统计，道路表面状况、交通环境以及车流情况等信息80%以上通过视觉获取。这些信息的获取若在白天很容易，但在夜晚或恶劣气候条件下将十分困难。汽车夜间行驶发生事故的概率是白天的2～3倍，因此照明质量的优劣, 直接影响着夜间的行车安全。所以汽车设计要充分考虑汽车照明系统的安全性，为车辆行驶提供必要的保证。现在已经是汽车照明安全的新时代。汽车外部照明对汽车安全性的保证如此的至关重要，无论是白天还是黑夜都要照明系统发挥作用，现在人在车内的时间也越来越多，车内的昏暗照明已远远不能满足人的需求。所以解决照明系统的节约用电、降低制造和维修的成本以及绿色环保等问题都是现在各个汽车生产商努力思考和改进的地方，汽车照明系统在进入安全时代的同时也进入了节能的新时代。

1 汽车照明系统的发展现状

汽车照明系统随着汽车技术的发展而发展，目前很多技术已经很成熟并且应用于很多汽车上，下面来介绍各个汽车照明安全节能的新技术。

1.1 疝气灯

传统的汽车车灯采用的是卤钨光源，能给汽车提供的照明亮度是非常有限的，从而也影响了汽车的安全行驶，还有一个缺点就是传统的卤素汽车车灯寿命短，而且内部含有一定量的汞元素，既不节能也不环保。现今出现了很多新类型的汽车车灯来替代传统的卤素灯。

飞利浦照明在2004年6月推出了世界上第一只汽车用绿色无汞氙气前照灯[1]，自此以疝气作为光源的疝气灯在汽车照明领域中不断发展并且到现在已经得到大量应用。疝气灯简称HID（High Intensity Discharge）灯，它的最大魅力就是它的安全性。这主要是因为HID 灯带来的多重光束会比卤素灯更远更宽、强度更大，近光设置更有效。在黑夜里，特别是车辆行驶在郊区，氙气大灯能大幅提高车前方的照明，照亮路边的标志和歧路，对行车安全的重要性是毋庸置疑的。而且，同样瓦数的HID的亮度大约是卤素灯的2～3 倍，射程也更远更宽，提高了夜间行车的安全性。在能量的使用方面，一般车辆上卤素大灯每小时需要耗电60W左右，而一些HID氙气大灯在安定器的稳定运作下，平均只需要35W，大大低于通常的卤素灯。HID可明显减轻车辆电力系统的负担，达到了节能的要求。氙气灯是利用电流刺激气体发光，基本上不会产生过高温，所以只要其中氙气没用完就可以正常的发光，不易损坏。据一项研究显示，就算品质再高的卤素灯泡，寿命最多也就是400 h，而一般的HID，寿命最少也有3 000 h，在正常用车情况下，HID可以用上5～6 a。HID不易损坏而且寿命长，满足了对汽车照明节能的要求。

2008年，在美国和欧洲开始流行一种新型前雾灯，也是无汞疝气灯的一种，它采用 24W 的光源，不仅结构设计非常简单，只有2个零件，采用普通的PC(聚碳酸酯)材料，生产工艺难度降低，合格率提高，而且灯具材料成本低，安装简便，总成本大大降低。最为重要的，这款灯具产品的重量非常轻，比我们常见的产品要轻200 q。该产品的寿命是其他产品的3倍，对那些夜间开车时总是喜欢开前雾灯来辅助提高亮度的驾驶员来说是个非常好的选择[2]。无汞疝气灯是指用锌等无害物质来替代汞，使其更加环保[3]。无汞灯的最大好处是氙气充气气压提高到比含汞灯大1倍，并将启动电流增大到3.2 A，使灯的启动速度达到了快速的要求[4]，从而节约了能源。可以看出，疝气灯既能提供高亮度保证安全，同时也是非常节能的产品，是目前和未来汽车照明系统中被广泛应用的车灯。

当然，疝气灯的应用是需要一定条件的。由于疝气灯对灯具的设计精度要求相对比较高，不能自行改装，如果达不到配光要求会造成光污染，这就要求增大市场上疝气灯原配车的数量，与此同时带来的成本问题就是现在急需解决的问题。

1.2 LED灯

LED 是一种利用电子发光原理制成的半导体器件,它可直接将电能转化为可变光，具有发光效率高、寿命长、耗电少、体积小等特点，被称为21 世纪的“汽车绿色照明光源”[5]。从制造工艺上讲，生产LED 光源所使用的材料不含重金属，与其他光源相比发光效率可以提高20%以上。LED 的寿命很长，平均无故障工作时间为10 万h，并且LED 属于实心封装的固体光源，其抗振动性也是其他光源无法比拟的，从这些优势来看，LED无疑是节能环保的首选，正是由于这一点，LED灯在汽车内饰照明中也得到了广泛应用，奥迪A8 可选装的带环境照明的照明套件就是这种应用的典型的例子[6]。由于LED灯的节能性非常好，其还应用于城轨车辆的照明系统中[7]。

LED 作为汽车照明光源不仅兼具环保性，更重要的是保证安全可靠性。例如2008年在奥迪研发的一种远光灯便能让驾驶者在夜间行车时，不会因为灯光过亮而使迎面而来的车辆司机暂时爆盲。通过改变灯光的分步，使这种技术得以实现: 一套电子系统不停地对任何正在接近的车辆的距离进行测试，以确保在不刺激到对面车辆驾驶者的同时，对前方道路进行最理想的照明，比如，当在城市中行驶时，内饰灯光会更亮一些；而在乡村道路上行驶时，灯光则会自动变暗，以免影响车外的视野[8]。实现这种功用的车灯就是用LED灯制造的。

LED的安全性更主要的是体现在它的快速反应能力方面，在真人实车试验中，同一个人在时速80 km的情况下开始刹车，观看LED 灯会比白炽灯反应速度快，提前4～5 m实现全车制动。这种突出的快速反应能力应用在尾灯中，可以极大地提高驾驶者的安全[8]。

由于LED的成本问题，前些年这种灯只局限在像锐志、皇冠、凯迪拉克、速腾、荣威等中高档轿车上，但发展到现在，很多中低档车也应用LED灯。

2010年，汽车制造商在一级方程式赛车上率先采用并欣然接受LED灯作为尾灯、刹车灯和白天行车灯[9]。由此，LED灯的安全性和节能性是显而易见的。

LED灯发展的越来越快，但仍有需要改进的地方。最大挑战就是LED的自热问题，这个问题如果得以解决，不但会是照明达到更好的效果，成本也会相应降低。提高LED照射广度，同时降低外界环境对其影响，相信这些方面是当今和未来LED研究的重点，如果解决将大大促进LED的发展。

1.3 光纤照明

光纤技术具有光电分离、降低能耗和绿色环保、安全可靠、可重复利用等优点，目前也应用在汽车照明系统中。在传统的汽车照明系统中，光都是通过将电能转换成光能直接得到的，光与电是分不开的。但电有一定的危险性，所以很多场合都希望光与电分开，排除各种隐患，确保照明的安全性。而光纤照明正好可以实现这一点，使光源与照明装置成功分离，如此一来不仅便于汽车电器产品的模块化研究，同时也易于产品的更换和维修[10]。目前，主要应用于汽车前照灯和前雾灯上。光纤照明的这种光电分离的优势联合其柔性传输，使其不仅应用于汽车前照灯和前雾灯上，还可以运用到汽车内外饰上，为汽车提供大面积、高质量的室内外照明，从而大大提高了汽车的安全性、舒适性和新颖性。例如阅读灯的多点照明、迎宾踏板的背景亮化、仪表盘的轮廓勾勒、车身内部装饰等[10]。

1.4 智能车灯

汽车的智能化促进了汽车车灯的智能化，为了确保汽车照明的安全性，2008年奥迪就在努力创造一种能够自行思考并提前做出反映的智能车灯[6]。飞利浦的有些汽车安装了疝气灯的车主呼叫系统，也是一种智能化照明系统，这种系统能使疝气灯发挥更大的安全优势[1]。2006年，奥迪研究了主动式旋转头灯，使前灯光束形状随周围环境的变化而变化。同时也已经出现了一种智能化前照灯系统——动态转弯灯，它的特点是在不同的转弯半径下, 该前照灯能够在水平±150°之内摆动, 这使得转弯时近光灯照亮区域几乎扩大了1倍,以帮助驾车者能够更好更快地适应弯道路况。当转弯半径为 190 m时,普通前照灯可以照亮前方弯道30 m左右处, 而动态转弯灯可以将照亮弯道区域再延长25 m左右。在激活远光灯功能时, 动态转弯灯同样发挥作用[11]。

1.5 白天行车灯

白天行车灯简称DRL，是为白天行驶安全而照明的，这种灯明显地降低了交通事故的发生数与伤亡率。在欧洲许多国家尤其是北欧的国家，DRL 是强制要求执行的，加拿大及美国也要求执行[12]。

1.6 前照灯技术

汽车照明系统中前照灯系统对汽车安全的影响最大，下面谈几种先进的汽车前照灯技术。

1.6.1自适应前照灯系统

夜晚行车的人都有这样的体会，在漆黑的夜晚，路上的视线死角远比白天多。特别是在没有路灯又有许多弯道的路上，驾驶者的视线被限制在大灯光束照射的直线范围内，对于弯路中突然出现的人或物，多半也只能听天由命。美国高速公路安全保险协会的统计数据显示，夜晚发生交通事故的概率是白天的 1～1.5 倍，20%以上的致命交通事故发生在午夜至清晨六点，但这个时段的车流量仅占全天的2.4%。这项统计数据不仅反映了黑夜为驾驶员带来的危险，行人同样因汽车照明的欠缺而处于险境之中[13]。为了改变这种情况，提高照明的安全性，一种自动转向前照灯应运而生。

汽车自动转向前照灯又叫自适应转向大灯系统。它能够根据汽车方向盘角度、横摆角速度和车速，不断对大灯进行动态调节，适应当前的转向角，保持灯光方向与汽车的当前行驶方向一致，以确保对前方道路提供最佳照明并对驾驶员提供最佳可见度，从而增强了黑暗中驾驶的安全性。在路面无(弱)灯或多弯道的路况中，扩大驾驶员的视野，在对面来车时提前提醒驾驶。自适应前照灯系统中有一个很重要的部分——操作检测系统，它是用来实现前照灯照明方向自动调整所必须的。早在2006年，这项技术已有专利[14]。

1.6.2汽车前照灯自动调平系统

在夜晚行车时，路况变化、装载量的变化、制动和加速控制等情况都会引起车身倾斜角度发生变化，进而使近光灯的光束倾角发生变化，这样很有可能会造成迎面来车的驾驶员视距丧失或者产生强烈眩目感，产生安全隐患。汽车前照灯自动调平系统就是解决这个问题的一项技术。该系统工作时，会根据车辆负载的变化自动调整HID前照灯的投射俯仰角度，确保其投射高度在合适的范围内，既达到良好的照明效果，又不会对迎面车辆的驾驶员造成眩目，有效地保障了行车的安全[15]。

为了保证夜间会车的安全,汽车前照灯必须具有正确的光束照射方位角。国标GB 7258-2004机动车安全运行技术条件中规定:机动车近光灯和左远光灯的光束水平照射方位角向左偏差不得大于58.4′,前照灯其余光束的水平照射方位角偏差不得大于2. 0°。前照灯光束照射方位角的检测是汽车安全性能检测的必检项目之一，所以目前发展的汽车前照灯测量误差修正系统[16]是必要而且重要的。这种技术可以大大保证光束照射方位角测量的准确性，从而保证汽车行驶的安全性。

2 结语

在提倡安全节能的今天，汽车照明系统也到了安全节能的新时代，而且有了上述的发展。各种技术在照明系统中的应用使照明系统日益完善。当然，考虑到成本问题以及技术的成熟度问题，还是要有很多改进才能将这些技术普及到中低档汽车以及货车和客车上，而为社会带来更大利处。比如降低LED车灯的成本、解决LED自热问题、提高自适应前照灯系统的技术和智能车灯的完善等这些问题都是未来需要解决的问题。但汽车照明系统越来越先进、越来越安全环保节能、越来越人性化这是毋庸置疑的，安全节能这个趋势是其发展的必然。

[1] 朱则刚.汽车照明的安全屏障,飞利浦统领疝气灯市场[J].城市车辆,2007, 11:50-53.

[2] 黄翀雯.汽车照明重中安全环保无汞疝气灯将引领市场[N].中国电子报, 2008-04-01(11).

[3] 周太明.道路照明和汽车照明用金属卤化物灯（上）[J].中国照明电器,2010, 3:7-10.

[4] 周太明.道路照明和汽车照明用金属卤化物灯（下）[J].中国照明电器, 2010,4:4-6,16.

[5] 焦玥.LED闪耀绿色环保之光[N].中国汽车报,2007-1-29(B16).

[6] 黄震.LED车灯与奥迪的汽车设计（下）[N].当代汽车报,2008-12-17(22).

[7] 刘良军,钟碧羿.城轨车辆客室LED照明的特点及灯具设计选型分析[J].电力机车与城轨车辆,2010,33(2):55-57.

[8] 安勇龙.绿色环保：汽车照明新趋势[N].中国电子报,2006-9-5(C8).

[9] 徐俊培.取走黑暗——能使黑夜变白昼的汽车前灯[J].世界科学,2010,2：18-19.

[10] 彭仁翔.光纤在汽车照明系统上的应用研究[J].光源与照明,2010,1:35-38.

[11] 肖军.现代汽车照明系统中的新技术[J].电子技术,2006,7:25-29.

[12] 节能时代汽车照明新趋势[N].消费日报,2007-5-24(B2).

[13] 应育周.自动转向前照灯将成新卖点[N].中国汽车报,2007-1-15（B16）.

[14] OPERATION CHECKING METHOD FOR ADAPTIVE FRONT LIGHTING SYSTEM(P). US.2006/0161319 A1.Jul.20,2006.

[15] 冯香枝,张海涛,王文建,夏永峰.基于模型的汽车前照灯自动调平控制系统[J].汽车电器,2010,4:10-12.

[16] 闵永军,朱柳健,朱华勇,徐兆军.汽车前照灯测量误差修正系统的设计与实现[J].南京林业大学学报,2010,2.

New Energy-saving and Safe Technologies of Automobile Lighting

Xiu Lingling

(College of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China)

Automobile lighting system, including the external lighting and interior lighting, is of active role in automobile safety. New energy-saving and safe technologies of automobile lighting emerge due to therequirement of the energy-saving and environmental protection. The new technologies include high intensity discharge, LEDs,fiber lighting, intelligent lights, self-adaptive front lighting system and headlamps automatic leveling system. The development prospects of the new technologies are envisioned.

automobile lighting; safety; energy-saving