论LED汽车前照灯发展

摘 要 在汽车工业飞速发展与人们生活水平日益提高的今天，LED前照灯的体积小、机械强度高、使用寿命长、节能、平面化、智能化等优点是传统前照灯所不能及的。

关键词 LED 汽车前照灯 汽车工业

中图分类号：U463.65 文献标识码：A

0 引言

汽车前照灯是保证汽车夜间无光或微光条件下安全行驶，同时可以利用远近光变换信号超越前方车辆的照明装置。然而，作为能保障汽车能安全行驶的重要部件之一的前照灯，目前普遍使用的卤素灯和近年来有比较好发展势头的氙气灯分别使用充气和真空的石英玻璃或硬玻璃制作的灯壳，但它们在占用汽车空间、发光强度、使用寿命、发热度等各个方面均存在着致命的弱点。而使用LED作为前照灯光源的一种新型电光源，与目前普遍使用的卤素灯和氙气灯相比，具有环保节能、体积更小、使用寿命更长、光质好等优点，被国内外相关企业争相开发。

目前，我国全LED前照灯样灯已经研制成功，是基于奔腾B50车型的。全LED前照灯的问世标志着中国在LED前照灯领域中已绽露头角，同时也标志中国在汽车零部件领域自主创新方面取得了卓越的成果。世界各大汽车制造商也不甘示弱，丰田公司在2007年5月上市的“雷克萨斯LS600h”上率先导入LED前照灯，揭开了LED前照灯在混合动力车型上应用的序幕。紧接着，三菱汽车在电动汽车上也配备LED前照灯。目前在豪华车型中配置LED前照灯成本比较高，在一定程度上限制了LED前照灯的普及。尽管如此，很多汽车制造商还是将LED前照灯的应用列入日程。

1 传统的汽车前照灯

近年来，随着国内外照明光源技术的发展，汽车前照灯也经历了由最初的白炽灯，到目前普遍使用的卤素灯，再到氙气灯的发展过程。目前普遍使用的前照灯有以下两种。

1.1 普通的充气灯泡

灯丝采用的是钨丝，由于金属钨受热会蒸发，使灯泡的使用寿命会缩短，因此在制作时玻璃泡内抽成真空，然后充入86%左右的氩气和14%左右的氮气的混合惰性气体，即便是惰性气体受热膨胀会产生较大压力，可以减少金属钨的蒸发量，增强发光效率，并延长灯泡的使用寿命，但是普通的充气灯泡的发光强度、使用寿命与LED前照灯是不能相比的。

1.2 卤素灯泡

虽然普通充气灯泡，充满了惰性气体，但是灯丝的钨质点仍然会蒸发损耗，而且蒸发出来的钨沉淀在灯泡上会使灯泡发黑。因此国内外目前普使用卤素灯泡，即在灯泡中注入碘或溴等卤素气体，在高温下从灯丝上蒸发出来的气态钨和卤素气体反应生成一种挥发性的卤化钨，当卤化钨扩散到灯丝附近的高温区域时又会分解成钨和卤素气体，使钨重新回到灯丝上，被释放出来的卤素气体继续扩散参与下一次循环反应，从而减少金属钨的蒸发量和灯泡发黑现象。虽然利用卤钨再生循环反应原理可以减少金属钨的蒸发量和灯泡发黑现象，但却不能解决根本，而LED前照灯不会因钨蒸发量和灯泡发黑而影响其使用寿命和发光强度。

2 LED前照灯

2.1 优点

2.1.1 光源

超长寿命，比汽车寿命还要长；色温更高，超过5000K，因此更接近日光水平；能耗更低：近光灯功率小于 40W，远光灯功率大于45W；采用冷光源，灯内温度更低，使用普通树脂材料更环保；绿色光源，不含有害物质汞，辐射也很少，光谱中单色性好，没有多余红外、紫外等光谱；光源具有更高的流明，且LED是固态照明光源，与HID氙气灯不同，没有石英玻璃等易损可动的部件，具有出色的抗震性，故障也极低，几乎可以免维修。

2.1.2 模块化

LED光源将可以模块化功能发挥到极致，可以开发出多种类型的投影灯光组与反射镜，以适应不同情况光学设计的需要。

2.1.3 造型角度

从造型的角度来看，未来的汽车前照灯会有一个全新的面貌。在设计方面，由于LED使用寿命超过了汽车本身的寿命，所以减少了维护的需要，而且可以使汽车的功能性与观赏性更加完美，同时给汽车造型师更广阔的想象和创意空间。

2.2 面临问题

LED对于汽车前照灯来说，一直是个难题：LED光源的照明距离和亮度，也是LED前照灯没有普及的重要原因之一。

在消耗同样电能下，LED所产生的光输出要比卤素灯、白炽灯高很多，但这只能对于模块化的LED来说。但是对于汽车前照灯近光、远光功能，单个LED模块却不能满足近、远光足够的发光强度，因此， LED前照灯要分别为近光和远光功能提供多个LED模块。加上汽车对前照灯照明距离和防炫目功能的要求，为此每个LED模块均需要配备一个光学组件（透镜或反光镜）来满足日益提高的照明距离、发光强度，这也是LED前照灯成本比较高的主要原因。

除了光源的照明距离和亮度，还有LED前照灯散热问题。LED前照灯的温度升高后不仅亮度会降低，更重要的是，其使用寿命可能会大幅缩短。而热管理却是LED远光灯和近光灯的主要瓶颈。所以LED前照灯散热问题仍然很棘手。而现在可以通过使用高效率的驱动器有效应对散热问题所带来的弊端。

LED与普通卤素灯和氙气灯光源不同的是，LED是冷光源，这个特性可以使车灯材料产生变革，因此前照灯常用的耐热材料比如HTPC、PBT、PEI、PAR等昂贵的材料均可以使用ABS+PC取代，而一些金属材料也可以被树脂材料取代。不仅材料成本得以降低，而且避免了金属材料常用的防锈防腐等不环保的工艺。基于这种特性，设计师们更愿意把LED光源当作一个普通的电子元器件一样看待，就像笔记本电脑中的一个芯片一样。它所产生的热量仅仅与其功率有关系，而且合理的设计散热系统，就可以很好的控制灯腔中的温度。

LED冷光源实际也面临一个消除前照灯水雾的问题。因此设计师们考虑引入对流装置，使用LED散热系统散发的热量来消除水雾。可以考虑引入专用的导流泵来实现将热量导入到前照灯面罩。AUDIR8同样也采用了风扇散热与导流泵结构，由于散热器和泵专用品，导致了成本的上升，但目前实用化还面临着成本问题，灯具公司将设法解决这一问题。

在《2008-2009年中国及全球汽车LED照明产业研究报告》中这样描述，目前LED前照灯的成本比HID前照灯要高30%～100%，这是一般主流车型无法接受的，而且相应的LED前照灯的标准法规、试验方法也尚未正式出台，这将在一定程度上影响LED的应用普及进度。但LED前照灯寿命很长，未来的灯具设计可能不存在更换光源的问题，灯具中不需要更换光源的装置，因此设计者与用户都不再需要考虑灯具的维护成本。

3 总结

迄今为止，只有少量高端车选择使用了LED前照灯。丰田将其应用到成本相对较低的丰田普瑞斯，据丰田公司称：现有的第三代普瑞斯车头灯LED技术利用，以较少的能源消耗，产生更多的光线，并能保留其15年的寿命90%亮度。目前，LED的前照灯原型的近光灯已达到约1000流明的光通量水平，相当于一个氙气大灯水平。

LED前照灯面临着成本的压力，但伴随着LED技术的不断发展，汽车产能的日益增大，成本将在不久的将来大幅下降，所以我们需要更多关注的是涉及LED前照灯的散热管理以及新的生产工艺和光学元件的发展。