激光大灯技术解读 汽车灯光领域新革命

2014-01-07 17:19:39来源: 凤凰汽车

伴随着电子科技的发展,汽车灯光也被赋予了更多使命和作用。人们希望它明亮、安全同时还要节能、美观和耐用...为此,汽车厂商和相关科研组一直在寻找更好的解决方案,相应的,汽车大灯也经历了卤素、氙气到LED,以及更具划时代意义的激光大灯技术

激光大灯技术用于汽车照明是否可行?

在正式探讨汽车激光大灯技术前,简单科普一下激光照明是有必要的。首先,把激光用于灯光照射并不是新鲜事,它就在你我生活的周围。实际上,作为激光大灯的光源——激光二极管(Laser Diode)和我们更熟悉的发光二极管(LED)几乎诞生在同一年代,并且使用颇为广泛,人们用它测量、通信、加工甚至是医疗手术和演出娱乐。

但是将激光二极管作为汽车大灯光源确是近几年才提出的想法,目前也只有宝马和奥迪品牌公布了他们的使用计划。事实上,这个实现过程比我们在科幻电影中看到的复杂更多,甚至在研发之初,很多光学科研机构并不看好这一项目,质疑主要来自激光器的狭窄光斑和使用稳定性上的考虑。同时,激光照明的另一个局限性在于非常狭窄的光线输出:红、蓝、绿和黄四色波长不能产生很好的显色性。通俗一点讲,激光光源不容易形成片状照射区域,并且可实现的颜色非常有限。

最早提出可行性及解决方案的是宝马汽车和美国桑迪亚国家实验室,他们利用蓝色、红色、绿色和黄色光源相结合,创造出了一个媲美普通发光器产生的白色光源,同时也较好的解决了激光二极管激光器所发的白光颜色渲染质量差的问题,并且针对用户偏好,实验室也做过大量试验,他们希望志愿者说出自己对物体在不同光源照射下的喜好,结论是:激光照明的表现让人满意。并最终将激光大灯应用到了宝马i8概念车上使用。

美国桑迪亚国家实验室是个什么机构?

结构组成上,桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)是美国能源部与桑迪亚公司(美国电话电报公司子公司之一)联合管理的一个多计划高新实验室,总部位于美国加利福尼亚州利弗莫尔(California Livermore)。实验室研究项目覆盖广泛,主要涉及核武器材料开发、电气系统、矿物能源以及相关环境废料处理等研究。

宝马i8广告词:now with laser headlights

既然如此费力,宝马、奥迪等品牌为何还要如此推崇这一灯光技术呢?首先,激光大灯拥有LED大灯的主要优点,比如响应说速度快、亮度衰减低、体积小、能耗低、寿命长等等。此外,比LED大灯更明显的好处在于:激光大灯总成的体积更小(单个激光二极管元件的长度已可以做到10微米,仅为常规LED元件尺寸的1/100),这意味着,给汽车设计师留下了更多前脸造型设计的空间;更重要的,激光大灯的照明效率更高(LED照明的光输出约为100流明/瓦,激光照明则约为170流明/瓦),同时,也较好的解决了灯光发热和重量问题,这些都可能为将来的汽车设计带来革命性的影响。正如宝马i8的广告词:now with laser headlights(现在是激光大灯时代了)。

此外,LED大灯需要非常繁复的冷却系统(LED大灯在每个LED光源发射光束后需要通过反光镜、透镜形成广范围的平行光,在这些镜片上产生了大量热量,需要通过风扇进行冷却。),但激光大灯由于发光面积以及能耗的减小,冷却系统也会相对简单。

激光大灯的结构比想象中简单(主要以宝马i8为例)

将这项新技术从实验室移植到实车上,宝马给出的解决方案是:应用了白光LED普遍采用的方法——蓝色单色光+荧光滤镜来制造白光。和LED一样,激光二极管也只能发射单色激光,因此白光需要通过多个单色激光源合成,或者使激光通过石英等透明介质,导致光谱展宽形成白光辐射。宝马选择了更为稳定可靠的后者解决方法,同时,应用了更加坚固的化学硬化薄玻璃作为灯罩材质,共分两层,每层厚度仅为0.7毫米,重量相比传统材质降低了50%。

大灯照射方向如图所示,通俗的讲,宝马i8使用的这套激光大灯的照射原理可以归纳为“一射一透两反射”。一射是指蓝色激光由激光器射出;一透是指经过反射的激光通过黄磷滤镜产生白光;两反射则是指激光在框架上的激光反射镜上反射一次,之后透过的光再于反射碗上反射一次,最终射出照射光。

至于结构则并非我们想象中的复杂,简单的可分为激光光源、激光反射镜、黄磷滤镜和反射碗四个部分。

对于射出光线的安全问题,据宝马称,激光大灯的亮度色温都经过研究,激光大灯所使用的激光对于人类、动物以及自然环境都是100%安全无害的,发射器发出的蓝色激光也在射向路面之前被转换成自然纯净的白色,人眼看上去最为亲切和自然,并完全符合日常使用的要求,灯光也不会对人眼造成伤害。而对于应用激光大灯后的可用功能,目前透露不多,但可以肯定的是自适应灯光、动态光点等功能已经能够实现。

宝马率先应用了激光大灯,奥迪也没等闲视之

如前文所言,目前只有宝马和奥迪品牌公布了激光大灯的使用计划,我们可以在宝马i8、奥迪Sport quattro Laserlight概念车等产品上看到这项装备,但对于更多厂商而言,这项技术的广泛推广还处于攻坚和观望阶段,而对于汽车用户,他们更关心的并非技术本身,而是选择了激光大灯,能带来哪些实际的好处。而首先一点,新车的外观无疑更炫了。

应用激光大灯后,由于其更小的尺寸、更亮的照明以及更低的发热等优点,便允许设计师重新设计车体,可以将更大的空间留给空气动力学的布局,以及适当的对前悬和发动机位置进行调整,以达到优化空间的用意等等。

另外,应用激光大灯后,夜间行车也会更加安全,驾驶员的视野也会因灯光的改变而变得更加开阔,有助于更早做出危险判断,同时,面向对方向会车,灯光的可控范围也会更大,避免炫目带来的潜在风险。

无独有偶,奥迪也在最新发布的概念车上应用了这项技术,以确保其在车灯应用上的领先优势,正式使用的车型可能是奥迪R18 e-tron quattro,这也将是激光大灯技术第一应用到汽车比赛中。奥迪称新款激光大灯可以照亮500米范围内的车道(一般量产车的远光灯照射范围为100米,部分配有适应性大灯的车型可达200-300米)。

相应的,奥迪车型还将激光光源应用到了尾灯,雨雾天行车,激光雾灯会散开一个向下的扇形区域,可视效果更佳,同时有效避免强光给后车驾驶员带来的潜在危险。查阅宝马和奥迪对其新车应用的激光大灯技术介绍,我们能够感受到充满自信的态度,并且也对之后的使用效果量产充满期待。

关键字:技术  解读  领域

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2014/0107/article_8466.html
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