CHINA INTERNATIONAL - 中国国际光电博览会

TECHNOLOGIES 技 术 CHINA OPTOELECTRONICS
2012 年 第 4 期
从 LED 头 灯 、 夜 视 安 全 系
Neumann 教 授 指 出 , 灰 尘 、 潮 湿 、 机 械 振 动 以 及 周 围
温 度 约 高 达 90℃ 的 苛 刻 环 境 , 将 对 LED 带 来 一 定 的 挑 战 ,
因 为 LED 的 性 能 会 随 着 温 度 的 升 高 而 下 降 , 因 此 一 些 高 功 率
的 LED 都 需 要 配 有 冷 却 装 置 。 而 且 ,LED 头 灯 不 是 使 用 一
个 单 一 的 光 源 ( 如 卤 素 灯 或 高 强 度 放 电 (HID) 灯 ), 而 是
要 将 多 个 LED 组 装 在 一 起 , 以 达 到 行 车 信 号 照 明 的 需 求 。[1]
在 LED 头 灯 中 , 通 常 使 用 三 种 不 同 的 光 学 系 统 , 分 别 实 现 不
同 的 功 能 。 这 三 种 系 统 需 要 彼 此 稳 固 地 配 合 在 一 起 , 发 出 亮
度 足 够 高 的 光 , 以 满 足 路 上 行 车 照 明 的 要 求 。
尽 管 LED 头 灯 仍 然 面 临 着 诸 多 挑 战 , 但 Neumann 教 授
补 充 说 , 与 常 用 的 灯 泡 解 决 方 案 相 比 ,LED 解 决 方 案 能 节 省
50% 甚 至 更 多 的 能 耗 ( 见 表 1)。 另 据 一 些 研 究 显 示 , 用 不
到 20% 的 LED 光 就 能 获 得 与 HID 灯 同 等 的 亮 度 , 并 且 LED
的 照 明 更 加 安 全 。 随 着 数 学 模 型 和 软 件 算 法 的 发 展 , 现 在 工
程 师 们 可 以 设 计 产 生 各 种 形 式 的 反 射 镜 和 透 镜 , 将 从 光 源 发
出 的 光 引 导 到 交 通 路 面 的 特 定 区 域 ( 见 图 1)。
高 亮 度 LED 制 造 商 有 充 分 的 理 由 相 信 未 来 LED 向 汽 车
统 , 到 正 在 涌 现 的 激 光 点
火 系 统 , 光 子 学 技 术 正 凭
借 其 带 来 的 紧 凑 、 低 能 耗
以 及 高 性 能 等 优 势 , 在 汽
车 应 用 中 大 显 身 手 。
领 域 的 渗 透 。 市 场 调 研 公 司 Strategies Unlimited 预 测 , 到
2013 年 , 全 球 汽 车 LED 室 外 照 明 的 整 体 市 场 规 模 将 由 2008
年 的 1.58 亿 美 元 增 长 到 3.47 亿 美 元 。 另 据 水 清 木 华 研 究 中
心 (ResearchInChina) 的 《2008-2009 年 全 球 与 中 国 汽 车
LED 照 明 行 业 研 究 报 告 》 显 示 , 到 2014 年 ,LED 头 灯 将 在
成 本 和 性 能 上 与 传 统 的 HID 头 灯 ( 假 设 LED 技 术 能 按 照 目
前 的 发 展 速 度 不 断 进 步 ) 具 备 可 比 性 , 到 那 时 ,LED 在 汽 车
领 域 的 应 用 将 大 为 改 观 , 单 是 汽 车 头 灯 的 市 场 规 模 就 将 达 到
1.22 亿 美 元 。
宝 马 的 BMW-7 系 列 汽 车 采 用 了 瑞 典 Autoliv 公 司 的 第
二 代 Night Vision 2 夜 视 系 统 , 该 系 统 采 用 了 一 个 远 红 外 传
感 器 , 用 以 扫 描 路 上 的 行 人 , 其 夜 视 距 离 是 近 光 灯 的 3 倍 。
当 检 测 到 车 辆 前 方 有 行 人 或 动 物 时 , 系 统 会 自 动 分 析 现 场 和
车 辆 动 态 , 评 估 驾 驶 员 碰 撞 到 目 标 的 风 险 , 并 在 必 要 时 向
驾 驶 员 发 出 警 报 ( 如 通 过 车 载 显 示 屏 发 出 警 报 , 见 图 2)。
“Autoliv 公 司 最 新 的 夜 视 系 统 , 将 夜 间 驾 驶 安 全 提 高 到 了
一 个 全 新 的 水 平 , 它 为 驾 驶 员 在 夜 间 道 路 上 提 供 了 ‘ 另 外 一
只 眼 ’。”Autoliv 公 司 夜 视 系 统 总 经 理 Stuart Klapper 如 是 说 。
光 子 学 技 术 在 汽 车 LED 头 灯 、
夜 视 安 全 系 统 及 激 光 点 火 系 统 中 的 应 用
【 关 键 字 】: 光 子 学 红 外 夜 视 激 光 点 火
前 , 光 学 与 光 子 学 技 术 正 在 为 汽 车 制 造 商 提 供 一 个
目
日 益 丰 富 的 “ 工 具 包 ”, 帮 助 汽 车 制 造 商 提 高 汽 车
的 安 全 性 、 降 低 长 期 成 本 、 提 高 效 率 , 并 为 汽 车 增
添 独 特 的 设 计 元 素 。 除 了 常 见 的 LED 尾 灯 , 有 些 汽 车 也 正
在 尝 试 LED 头 灯 。 与 此 同 时 , 光 纤 也 正 在 被 用 于 连 接 汽 车 中
的 通 信 及 显 示 设 备 。 据 悉 , 目 前 福 特 公 司 正 在 调 查 研 究 汽 车
激 光 点 火 系 统 , 而 另 有 一 些 高 端 汽 车 还 将 提 供 夜 视 系 统 和 驾
驶 员 辅 助 系 统 。
究 汽 车 照 明 的 Cornelius Neumann 教 授 说 ,“LED 除 了 具 备
超 长 的 使 用 寿 命 外 ( 其 寿 命 通 常 长 于 汽 车 寿 命 ), 其 快 速 的
响 应 时 间 也 是 制 动 灯 的 一 项 重 要 安 全 因 素 , 通 常 LED 的 响 应
时 间 要 比 常 用 的 灯 泡 缩 短 约 75 毫 秒 。 此 外 ,LED 的 低 功 耗
以 及 新 颖 的 造 型 , 也 是 制 造 商 选 择 LED 用 作 汽 车 信 号 等 的 主
要 原 因 。”
Neumann 教 授 联 合 德 国 汽 车 照 明 与 电 子 产 品 供 应 商 海 拉
公 司 (Hella) 在 汽 车 照 明 领 域 进 行 了 11 年 的 深 入 研 究 。 他 表 示 ,
虽 然 LED 尾 灯 在 汽 车 中 比 较 常 见 , 但 是 汽 车 要 采 用 LED 头
灯 却 面 临 着 更 多 的 挑 战 。
“ 到 目 前 为 止 , 市 场 上 至 少 有 三 种 型 号 的 汽 车 采 用
了 LED 头 灯 : 雷 克 萨 斯 的 LS 600、 奥 迪 R8 和 凯 迪 拉 克
Escalade Platinum。”Neumann 教 授 说 ,“ 但 是 在 头 灯 中
完 全 采 用 LED 解 决 方 案 , 仍 然 有 许 多 问 题 需 要 解 决 。”
图 1: 欧 宝 Signum 汽 车 的 头 灯 全 部 采 用 了 LED 解 决 方 案 , 其 用 不 同 的 模 块 实
现 不 同 的 信 号 功 能 :6 组 LED 用 于 近 光 灯 ; 底 部 3 组 LED 用 于 远 光 灯 ; 边 上
两 组 小 LED 用 于 地 角 灯 ;10 组 LED 用 作 日 间 行 驶 灯 。 方 向 指 标 灯 由 位 于 头
灯 顶 部 的 具 有 反 射 系 统 的 3 组 LED 组 成 。 根 据 各 个 信 号 灯 的 不 同 用 途 , 分 别 选
用 不 同 的 LED。
LED 尾 灯 和 头 灯
“ 虽 然 目 前 汽 车 尾 灯 和 车 内 照 明 灯 采 用 LED 解 决 方 案 的
成 本 仍 然 远 远 高 于 白 炽 灯 的 成 本 , 但 是 LED 解 决 方 案 的 巨 大
优 势 已 经 足 以 使 汽 车 制 造 商 在 开 发 和 制 造 中 接 受 其 较 高 的 成
本 。” 德 国 卡 尔 斯 鲁 厄 大 学 (University Karlsruhe) 专 门 研
表 1: 传 统 照 明 方 式 与 LED 照 明 功 耗 对 比
图 2: 当 在 夜 间 检 测 到 一 名 男 子 在 车 前 横 穿 马 路 时 , 宝 马 BMW-7 系 列 汽 车 的
远 红 外 夜 视 系 统 向 驾 驶 员 发 出 了 警 报 在 行 车 速 度 较 慢 、 人 流 较 多 的 城 市 路 段 ,
该 系 统 只 对 道 路 上 近 距 离 内 的 较 小 范 围 进 行 监 测 , 以 避 免 出 现 过 多 的 警 报 ; 而
在 行 车 速 度 较 高 、 人 流 稀 少 的 乡 村 路 段 , 该 系 统 监 控 的 道 路 范 围 则 会 相 应 地 扩 大 。
为 了 对 监 控 范 围 做 出 及 时 、 相 应 的 调 整 ,Autoliv 公 司 的 夜 视 系 统 不 断 地 从 周 围
环 境 中 收 集 夜 视 视 频 图 像 , 并 用 一 套 先 进 的 软 件 算 法 对 超 过 5000 多 万 个 “ 影
像 片 断 ” 进 行 检 测 , 并 依 此 向 驾 驶 员 发 出 相 应 的 警 报 信 号 。
Autoliv 公 司 的 夜 视 系 统 中 采 用 的 远 红 外 相 机 采 用
320×240 像 素 的 钒 氧 化 物 热 辐 射 测 量 仪 , 并 具 有 一 个 锗 窗 口
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