设计全球最节能的LED前照灯

2011-05-10 11:48:26 来源:技术在线

摘要:  新型LED前照灯全球首次采用了以反射板(反射镜)配光的方式。设计独创,从外观上看不出光源位于何处,而且虽在亮灯时发出白光,但灭灯时看上去却是蓝色的。

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新型LED前照灯全球首次采用了以反射板(反射镜)配光的方式。设计独创,从外观上看不出光源位于何处,而且虽在亮灯时发出白光,但灭灯时看上去却是蓝色的。

外观为蓝色,却发出白色的光。日本市光工业研制的这种LED前照灯被日产汽车“LEAF”(中国名:聆风)所采用,作为后起厂商,市光工业在开发过程中追求了不同于其他公司产品的性能。

2010年12月,日产汽车上市了量产型电动汽车“LEAF”。该车采用了全球功耗最小的LED(发光二极管)前照灯。而之前已经实用化的LED前照灯至少需要三个LED。此次将LED数量减至两个,耗电量只有23W,成功降至以往卤素前照灯的约1/3、LED前照灯的约2/3。

除了节能之外,该灯的设计也很有特点。此前的LED前照灯都采用以投影透镜配光的方式,而且具有非常相似的外观。

而新型LED前照灯全球首次采用了以反射板(反射镜)配光的方式。设计独创,从外观上看不出光源位于何处,而且虽在亮灯时发出白光,但灭灯时看上去却是蓝色的。

蚊香事件

开发这款前照灯的是市光工业,由研究开发部P2P3项目一组项目经理村桥克广负责。

村桥在回顾当时的情况时说,“终于实现了梦想。尽管市光工业在LED前照灯方面起步较晚,但新技术的实用化让技术人员充满成就感”。

村桥进入市光工业的直接原因是受到了大学时代一位学长的邀请。但根本还在于他本来就喜欢汽车及摩托车。从大学的理工学院机械工程系一毕业,他就进入了市光工业工作。“这是因为原本就很喜欢制作东西,对车灯也很感兴趣,曾经自己调高过摩托车前照灯的亮度”。

1988年进入公司后,村桥先是在制造后组合灯的工厂实习。“当时觉得无论是工人还是设备,市光工业的规模都很大”。后来又被分配到计算机辅助工程(CAE)部门。在该部门进行模具设计,还在车间参与了产品制造。第二年,也就是1989年被调到研发部门工作。上任伊始就接到了一项任务。

“这项工作是查明车厢灯的污垢是如何产生的。因安装在车厢顶棚的车厢灯会沾上灰尘或烟油等,为寻找出这方面的对策,首先要查明原因”。

“因为我比较喜欢制作东西,就自己制作了车内模型,点燃10根蚊香,分析烟雾的流动情况及烟尘污垢的附着情况。当时太专注了,结果整个研发楼都是蚊香的气味,为这事没少挨同事及学长的奚落。这个小插曲至今仍令人难忘”。

村桥根据蚊香实验的结果,向汽车厂商报告了车厢灯产生污垢的原因,同时,除了烟雾的流动路径之外,还考虑到了静电对烟油的影响,提出了通过更换材料来减少静电的方案。

从此,村桥便一直从事有关车内照明的研发。他还研究开发了使用新光源的照明,并负责开发了使用氖灯(Neon Discharge Lamp)的后组合灯及高位刹车灯(High Mount Stop Lamp)等。不过,这些产品最后并未能商品化。

参加“光之卵”项目

“就像荧光灯逐步被LED取代一样,氖灯也被时代所淘汰。另外,因需要设置高电压电路并采取噪声对策等,氖灯会导致成本增加,这也是氖灯商品化的障碍之一”。

之后村桥参与了名为“光之卵(Light Egg)”的大型研发项目。开发的系统是在HID(High Intensity Discharge,高亮度放电)周围安装反射镜,利用光纤进行光分配,然后将其作为汽车各部分的光源使用。这一划时代的构想是只使用一个光源,将其用于前照灯、后组合灯及室内灯等多种照明。

“这也花费了很大的成本。原因是光纤并未像预期的那样低成本化。而且,还需要使用遮光板以及可按用途获得不同颜色的滤光片,这同样是开发该系统的瓶颈。另外,因为只有一个光源,还存在如何在发生意外时进行安全保护的问题。尽管我们也实际制作出系统并实施了行车实验,但最终未能达到实用化水平”。

但是,通过参与一系列研发工作,村桥获得了接触前照灯的契机。村桥是在上世纪90年代后半期经手这些项目的,而这一时期LED的技术取得了划时代的进步。日亚化学工业于1993年开发出了蓝色LED。随后绿色LED也被开发出来,加上已经实用化的红色LED,RGB三原色LED产品凑齐。1996年采用蓝色LED技术的白色LED也实现了产品化。

前照灯单元

蓝色部分为使用LED的近光灯。作为LED前照灯首次采用了反射镜方式。特点是采用了从外部看不到光源的构造。下端的远光灯为普通的卤素灯。

“当初进公司时,业界普遍认为蓝色LED无法实现,因此它的诞生令人震惊。同时我也觉得‘照明将会因此而改变’”。

LED寿命长、节能、发热量小,而且可靠性高。

“但最初亮度很低……而且成本很高”。

最初一个白色LED的价格是白炽灯泡的10倍,要提高亮度,需要使用多个LED,要实现相同的亮度,需要花费的成本是白炽灯泡的500~1000倍。

红色LED已在高位刹车灯等产品上实用化,而白色LED在汽车领域的实用化进程是从不需要很高亮度的车内灯开始推进的。市光工业的LED车内灯先是应用于日产汽车的“公爵(Cedric)”及“光荣(GLORY)”的车门玻璃边灯(1998年),之后又被推广到丰田“埃尔法(Alphard)”的间接照明(2002年),以及日产“骐达(TIIDA)”的地图灯(2004年)等。

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