D5S 氙气灯泡的应用

谢望

( 上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)

0 引言

在所有的汽车照明灯具中，汽车前照灯无疑是最重要的，它与汽车的行车安全有着十分紧密的联系。汽车前照灯就犹如驾驶员在黑夜驾驶时的双眼，一双明亮的双眼才能给黑夜中的行车安全带来可靠的保证。

很显然前照灯的照明距离越远，配光性能越好，汽车行驶的安全性能就会越高。但是如同其他很多产品一样，高性能与低成本始终站在用户的对立面。而如今P 公司D5S 氙气灯泡的面世能够很好地平衡性能和成本之间的关系，给汽车制造商带来一个全新的选择。

1 汽车照明光源技术演化

随着1906 年世界上第一次用1 个蓄电池供电的电灯照明的出现，一个多世纪以来，汽车照明技术得到了飞速的发展，从1909 年的乙炔前照灯，1925 年的白炽灯，1959 年的卤钨灯到现在第四代的氙气灯和第五代的白光LED 光源［1］。光源的进步推动了汽车前照灯技术的快速革新，从图1 可以看出，现在的汽车前照灯造型多变，从最初简单的圆形逐渐演变到现在完全自由曲面的造型，可谓是翻天覆地的变化。

虽然科技在不断地进步，汽车前照灯的光源已经发展到了第五代白光LED 前照灯，某知名国际厂商在2008 年就已经推出了世界第一款全LED 前照灯的车型［2］，然而由于受困于LED散热技术和制造成本等多项因素，LED 在前照灯中的应用仍十分有限。目前市场上作为汽车前照灯最常用的光源还是以技术成熟，价格稳定的卤素灯泡和氙气灯泡为主。

所谓卤素灯泡，即卤钨灯，它是利用卤钨循环的原理制成的，玻壳采用耐高温的石英玻璃，当灯内充入适量的卤素后，在适当的温度条件下，从灯丝蒸发出来的钨在玻壁附近与卤素产生化学反应，形成挥发性的卤钨化合物，当卤钨化合物扩散到温度较高的灯丝周围区域时，又分解成卤素和钨，释放出来的钨沉积在灯丝上，而卤素则继续扩散到温度较低的玻壁附近与钨化合，这一过程称为卤钨循环或钨的再生循环。如此循环不已，灯丝几乎不会烧断，灯泡也不会发黑，所以它要比传统的白炽前照灯寿命更长、亮度更大［3］。卤素灯泡在目前市场上的代表是H7 灯泡，它最大的优势是技术成熟，成本低，结构简约可靠。另外相比氙气灯需要用镇流器来高压启动，H7 灯泡只需要汽车电瓶提供12 V 直流电源即可，即插即用，非常便捷。但是由于受困于发光原理的限制，H7 灯泡使用寿命较短，只有330 h，为此用户需要经常更换灯泡。另外H7 灯泡的流明输出和色温较低，分别为15 00 lm 和3 100 K，发光偏暗偏黄，行车安全性有所降低，用户体验不佳。

氙气灯，英文简称是HID (High Intensity Discharge Lamp)，即高强度气体放电灯。HID 氙气灯泡的具体发光原理是： 在石英管内，以多种化学气体充填，其中大部份为氙气与碘化物等惰性气体，然后再通过镇流器将车上12 V 的直流电压瞬间增压至23 000 V，经过高压震幅激发石英管内的氙气电子游离，在两电极之间产生光源，这就是所谓的气体放电［3］。目前市场上用得最多的氙气灯泡是D3S 灯泡，HID 灯泡作为第四代光源，相比卤素灯泡的最大优势是寿命长，亮度值高，色温接近日光。其中D3S 灯泡的寿命可达到整车寿命，基本不需要维护。流明输出和色温值则分别高达3 200 lm 和4 100 K，高亮度和高色温值能够给驾驶者带来完美的驾驶体验，极大地提高了行车安全性。与之对应的是，D3S 灯泡成本高昂，系统结构复杂，需要额外装配镇流器，镇流器线束等设备，给汽车制造商带来额外的成本和开发负担。

2 D5S 氙气灯泡介绍

D5S 氙气灯泡(图2) 是P 公司为汽车照明全新开发一款新型氙气灯泡，它采用“12V in -Xenon Light out”的设计理念，使得氙气灯的使用能够像卤素光源一样简单方便。在现有卤素灯灯具结构的基础上，轻松实现氙气灯的应用。

D5S 灯泡采用了集成式设计的理念，灯座内部集成了镇流器，这样的设计可以从光源角度解决电磁干扰问题，从而让该产品可以在各平台上通用，减少了灯具系统的设计工序。D5S灯泡和卤素灯泡一样，采用了即插式的安装方式，与卤素灯泡相近的空间要求和外部尺寸也是设计者所向往的。另外D5S 灯泡虽然增加了集成镇流器，但它的整体质量仍仅为100 g，对比D3S 灯泡它的系统质量更轻，无储水罐等诸多优势也给设计者带来了诸多便利。

3 D5S 灯泡的优势及应用

众所周知，氙气灯以安全、时尚著称，但由于成本因素目前多运用于高端车型上［4］。P 公司开发D5S 光源的初衷是让用户可以在不增加系统复杂性的前提下，轻松实现卤素灯至氙气灯的升级，为市场主流车型提供氙气灯解决方案。P 公司同时也希望D5S 能够在未来的市场上全面替代H7 卤素灯泡，成为汽车前照灯光源的第一选择。那又是什么让P 公司如此有信心用D5S 灯泡来取代H7 呢? 我们可以先来看一下表1，比较一下D5S，H7，D3S 三种灯泡的性能区别。

表1 D5S，H7，D3S 灯泡性能比较

先通过表1 来对照D5S 和H7 两者的性能区别： 显然D5S氙气灯泡相比H7 卤素灯泡亮度值更高，流明输出提高了33%达到2 000 lm，在色温方面则从3 100 K 提升至4 500 K，这样使灯泡的颜色更接近日光。而在寿命方面，D5S 使用寿命高达2 500 h，已经达到了整车寿命，属于免维护光源，相比H7 仅330 h 的寿命具有明显优势。另外18 mm 的LCL 值相比H7 灯泡的25 mm 整整小了7 mm，别低估这7 mm，它可以让设计者使用更小的空间来实现灯具投射单元的布置，大大降低了空间布置的难度。仅25 W 的灯头功率显然比H7 灯泡55 W 的功率更顺应潮流，符合当今社会节能减排的趋势。

比较完H7，再来看一下D5S 和D3S 灯泡的性能区别： D5S相比D3S，虽然流明输出值较低，但是由于设计时D5S 的流明输出被严格控制在2 000 lm 以下，这样根据GB4785 -2007［5］法规要求，汽车制造商无需强制为汽车前照灯配置前照灯清洗系统和自动水平调节系统(图3)，因而可以简化设计，大幅降低系统成本。另外由于D5S 灯泡集成了镇流器，对于车灯设计者来说就意味着可以节省布置镇流器和线束的空间和成本。

P 公司在开发D5S 灯泡的时候并不是简单地降低流明输出而已，他们还根据客户的喜好提高了400 K 色温至4 500 K，使用寿命也从1 500 h 增加至2 500 h。D5S 相比D3S 灯泡另一大显著优势是P 公司设计者们大幅减少了LCL 值，这样可以使汽车灯具内部的投射单元结构设计更紧凑，更小巧，给造型师提供了更大艺术空间。另外D5S 灯泡25 W 的功率相比D3S 灯泡还具有一定的节能优势。

D5S 的出色不仅仅体现它卓越的光学性能上，它的机械结构和空间性能也非常出色。现在中高端车型通常使用投射模组来实现近光灯功能，D5S 同样如此，设计者们只需要像H7 卤素灯泡一样简单地通过机械结构把D5S 灯泡旋入投射模组的固定点即可，而不需要像D3S 灯泡一样使用额外的卡簧来固定灯泡。另外如上文所示，D5S 仅18 mm 的LCL 值有助于实现紧凑的投射模组设计(图4)，这样汽车前照灯的尺寸也能相应缩小。

简而言之，D5S 的使用和H7 卤素灯泡一样便捷，并且尺寸要更小，亮度要更高。图5 是D5S 和H7 投射模组的夜晚路面照度比较，可以清晰看出，D5S 由于流明输出和色温的大幅提升明显地提高了汽车照明的亮度和范围，这样能够帮助驾驶者在黑夜中对物体能够有更有效地识别，提高安全性，拥有更好的驾驶体验。

4 结束语

经过和H7 和D3S 产品的性能比较，可以发现D5S 灯泡在具有H7 卤素灯泡的低成本，结构简单，性能可靠等特点的同时，还具有D3S 氙气灯泡高光通量，接近日光的色温等优势，另外D5S 灯泡超低的LCL 值，超高的使用寿命也让它成为汽车前照灯光源的翘楚。D5S 汽车光源的面世不仅满足汽车制造商对低成本，小空间，结构简单的追求，同时也满足了用户对高光通量，高色温带来的完美驾驶体验的追求。相信P 公司D5S光源凭借其紧凑，高效，轻便等诸多优势，必将在不久的将来成为汽车制造商实现紧凑型车型升级头灯的完美选择。

【1】徐晨洁. LED 汽车近光灯的光学设计［D］. 上海： 复旦大学，2009.

【2】海拉贸易( 上海) 有限公司. 全LED 前照灯汽车照明技术发展中的创举［J］.技术与市场，2010，42(10) ：45.

【3】燕坤善，牛萍娟，付贤松.汽车前照灯光源及发展趋势［J］.光机电信息，2008(11) ：36-39.

【4】王恩波，武华堂，孟辉，等.汽车气体放电光源前照灯研究［J］.光源与照明，2009(3) ：11-14.

【5】上海汽车灯具研究所. GB 4785 -2007 汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定［S］.北京：中国标准出版社，2007.