汽车灯具的发展趋势
截屏凌铭;张建文;黄中荣
【摘 要】综述了汽车灯具的进展和未来发展趋势.围绕LED产品的技术及市场特性,比较了各类级别汽车灯具产品的发展趋势;从安全要求、环保要求、节能趋势及新技术应用方面,分析了ECE法规近期的修订内容、制定方向;从汽车灯具的发展状况,分析了各个时期汽车灯具技术发展的特点.总结了应用于汽车车灯的各种新技术及发展的可行性,指出激光将成为后LED时代的第五代车灯光源.
【期刊名称】《照明工程学报》
【年(卷),期】2013(024)004
【总页数】7页(P106-112)
【关键词】汽车灯具;LED;OLED;第五代车灯光源;激光
【作 者】凌铭;张建文;黄中荣刘涛儿子女儿
【作者单位】上海汽车灯具研究所,上海201805;国家机动车产品质量监督检验中心,上海201805;国家机动车产品质量监督检验中心,上海201805;国家机动车产品质量监督检验中心,上海201805
【正文语种】中 文
【中图分类】U463.65
1 引言
近十年来，汽车工业的飞速发展，对汽车照明提出了越来越高的要求，特别是随着新光源的应用、新技术的使用及光学设计水平的提高，促使汽车灯具有了快速的发展。伴随着汽车灯具的发展，汽车灯具的新产品、新技术不断涌现，车灯设计日新月异，标准与法规不断更新，新车灯的标准与法规不断出现，总体上，汽车灯具技术呈加速发展态势。
从全封闭前照灯发展到光纤导光系统，从卤素灯泡到LED光源模块，从标准外形到个性化的造型，汽车照明发生了巨大的变化。1985年开始的全封闭前照灯技术，1990年的自由曲面投影型前照灯(DE灯)，1995年的近光气体放电灯 (HID灯)，2000年的远/近光双气体放电
灯，2005年AFS(自适应汽车照明系统)，2011年全LED灯，由这几个标志性产品的出现不难看出，前照灯的发展水平代表着汽车灯具的发展水平［1］。以德国海拉车灯有限公司、德国Darmstadt University为代表的企业和大学，不断运用新技术和新材料，进行新设计，研制出了一系列先进的、新型的车灯，使汽车灯具的技术水平一直保持着与光源及电子技术发展水平相匹配，在世界保持领先地位［2］。国内车灯企业，目前还没有强有力的自主品牌，开发能力较为薄弱，行业自主创新能力差，核心技术水平 (如电子、设计、工艺)与世界先进水平仍有较大差距［3］。
汽车灯具设计及制造涉及到光学、电子、电器及材料等多种技术，是多种技术的集成，最先进的汽车灯具体现着光源、电子技术、光学设计及标准法规的最高发展水平。本文阐述了汽车灯具的产品和标准的发展趋势，并对新技术的应用进行论述，探讨其应用的可行性。
2 发展趋势
汽车灯具的发展主要表现在产品、标准及技术三个方面。
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2.1 产品发展趋势
步步惊心 片尾曲目前，汽车灯具产品市场上白炽灯、卤素灯、高压气体放电灯 (HID)、发光二极管 (LED)车灯并存，但应用侧重点各不相同。节能环保的“绿车辆”，主要是低能耗、空间紧凑的电动汽车或混合动力汽车，用一个LED模组在近光灯和远光灯之间切换，达到低能耗的效果，此类车在照明技术的发展上主要以LED的应用为主，2018年后LED光源的应用将成为“绿车辆”的主流。低成本车辆，主要包括微型车、商用车，则更注重成本的优势，在汽车照明技术方面目前还是沿用之前的卤素和白炽灯照明技术，依旧沿用卤素灯泡和白炽灯泡为主的灯具，2018年后也将以卤素灯为主。A级车和B级车根据市场选择卤素灯、自适应车灯系统(AFS)和发光二极管 (LED)信号灯结合使用。C级车 (如，奥迪A3、宝马1系、308等)和D级车(如奥迪A4、帕萨特、407/408等)目前以高压气体放电灯HID(35W) AFS为主，到2020年以后将以HID(25W) AFS为主，但在大多数车型上同时使用卤素灯和HID(25W) AFS，其中高级别的车型将从HID/AFS逐步过渡到 LED AFS，2018年后，将呈现卤素灯和35VW 25WHID各占一半市场的局面，随后卤素灯的市场份额将逐渐减少，而由25W氙气灯和LED前照灯取代。对E级车 (奥迪A6、宝马5、奔驰S、宝马7系)，AFS全面使用，氙气灯前照灯和LED前照灯之间展开激烈的竞争，随着LED技术将于2015～2016年有所突破，2018年后，LED市场份额在这一级别中将激增，形成以LED前照灯为主，HID为辅的格局，而鲜有卤素灯［1，3］。
LED技术是最先进的汽车照明，高亮度白LED将在未来几年内达到100lm W的输出，具有极大的竞争力。从A级车到E级车，一个共同的趋势就是LED的使用和市场份额都在增加，这是因为LED具有无延迟、环保、节能、长寿、低热、抗震、纯度高等优点，已成为钨丝灯、卤素灯的必然取代产品，但从汽车照明光源的发展来看，LED的发展远未达到快速发展的水平。
图1 LED车灯在LED应用产品的市场占有率Fig.1 LED automotive light market share in LED application product
图2 LED车灯在车灯领域占有率Fig.2 LED automotive light market share in automotive light
由图1可见，LED车灯仅占LED应用的10%，这主要是因为汽车灯具对LED元件的参数性能要求很高:(1)要具备高效、大功率和高可靠性 (－40℃～125℃);(2)对电学、光学参数的稳定性以及一致性的要求高，如:同一批元件的阈值其电压不一致性必须小于0.1V，单性要好，差也须在小于5纳米的范围内;(3)LED元件在13.6V经2000小时(直流下工作)点亮试验后，其发光强度的衰减度要小于20%。这些要求限值了LED在车灯上的应用。
2004年业界曾预测，LED车灯会很快井喷入市，而把HID淘汰出局，但目前的态势并非如此。从图2可以看出，2010年LED车灯仅占车灯市场的12%，其余大部都为卤素灯所占用。这是因为就算是LED的成本能够按照摩尔定律的预见速率持续下降，它要低到能与HID匹敌的同等价位也尚需多年;而LED家族的成本若要降到能与卤素灯不相上下，则至少需10年左右。虽然一直期望LED技术能发展得比现实要快一点，但目前仍然有技术性难题需要攻克，特别是散热及光衰两大关键问题仍未有突破。就单个光源而言，LED的光照强度仍显不足，多颗LED构成的模组增大了空间，不利于设计。
尽管业界预测2015～2016年LED的技术会有突破，但除去成本压力和技术关键外，掌握关键技术及专利的大公司对LED车灯研而不推，尽力使其在卤素灯泡和HID上的利润最大化，这也是LED推广的受阻的因素之一。
2.2 标准发展趋势
近几年，随着新技术的应用，新车灯的使用，汽车灯具的法规修订越来越频繁，新车灯的新法规颁布越来越快，检测方法越来越先进，ECE法规的修订及制定呈如下发展态势［4，5］。
安装规定 (ECE R48)主要向以下三个方向发展:
1)汽车灯具的安全要求
如前照灯、前雾灯、AFS调整装置的规定，后雾灯安装高度的增加，反光标识安装位置及转向灯、位置灯的几何可见度的安装要求，这些修订大大提高了行车安全性。
2)新功能的增加
自适应远光ADB安装及探测距离的规定、前位灯后位灯昼行灯 (DRL)操控面板指示器的安装规定是新功能的使用，这些新功能提高了行车的舒适性、便捷性和可操作性;
3)车新用途的车灯使用方面发展乘用车踏步灯和慢行灯 (见图3)，摩托车角灯的使用，增添了车灯的新品种，拓宽了车灯新用途。
图3 慢行灯安装位置及照射区Fig.3 Installation position and illumination area of slow lights
其他法规主要向以下四个方向发展:
1)法规的完善。
ECE R113法规公式I'M=IM/3=0.280EM及ECE R119法规左灯应将比较点HV点的编辑错误改正，ECE R87法规昼间行驶灯光源失效的规定，ECE R6法规关于闪烁点亮的发光频率和最高亮度时间要求，ECE R7法规两灯或更多灯组合的最大发光强度要求，这些规定要求主要是对现行法规的完善及修订。
2)环保节能要求
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ECE R37法规对 C21W、P19W、PC16W、PCR16W、PCY16W、PR19W、PR24W、PSR19W、PSR24W、PY19W、R2和S1类的的灯丝灯泡设置了过渡期，ECE R37法规中增加了D5S和D6S两种类型的气体放电光源，其额定功率为25W光通量为2000lm，ECE R112及其它各种信号灯法规中 (R4 R6 R7 R23 R38 R50 R77 R87 R91 R119)LED可更换模组的规定配合了欧盟和中国的环保节能要求，即淘汰高能耗光源大力提倡使用环保节能的固态光源。