汽車(chē)內部照明的新途徑

中心議題：

汽車(chē)內部照明的新途徑

解決方案：

導光管密閉性

波長(cháng)質(zhì)量和設計的一致性

可靠性和測試

如果你有幸擁有或試駕過(guò)當今的歐洲豪華汽車(chē)，你就可能注意到什么是汽車(chē)中的“舒適照明”。不僅僅是內部照明，它還包括在不同車(chē)內空間使用情緒設置模式來(lái)控制“個(gè)人空間”的光線(xiàn)顏色和亮度，例如，駕駛員腳下空間或控制臺的背光等。舒適照明可以做得非常漂亮，并為車(chē)內乘客提供舒緩的空間氛圍。這可以是常規內部照明的補充，或完全替代“車(chē)內頂燈”照明。

用于發(fā)光指示的LED在當今汽車(chē)照明應用中被大量采用。它們可以被集成在門(mén)把手附近、用于鑰匙孔照明，或者后視鏡上的轉向閃燈，以及踏板照明和杯架照明等。發(fā)光指示的形狀可以非常簡(jiǎn)單(直接透光)，也能做得非常復雜，如圖1所示，來(lái)滿(mǎn)足精確照明的需要。

圖1汽車(chē)照明中的LED和發(fā)光指示

你可能非常疑惑，光線(xiàn)看起來(lái)是怎么被彎折90°或180°仍然有足夠的光輸出，實(shí)現以精確的亮度和覆蓋度來(lái)完美地照亮門(mén)把手的區域。這種可能性幾乎是無(wú)限的，它僅僅受內部照明設計人員的設計思想、風(fēng)格和功能觀(guān)念限制。

最近的市場(chǎng)調查表明，在歐洲、亞洲和美國，幾乎全部的汽車(chē)制造商都計劃在它們的新款轎車(chē)中使用某種非傳統照明或指示系統，這取決于豪華功能的配置。然而，這些照明系統有非常嚴格的設計考慮，包括導光管密閉性、波長(cháng)質(zhì)量和一致性，以及試驗測試等。

導光管密閉性

這些系統的一個(gè)主要設計考慮是光線(xiàn)在導光管內的密閉程度，在光源照射目標時(shí)應該限制光線(xiàn)的損失。光線(xiàn)一旦從光導管中發(fā)出，就應該只照射到目標范圍內而不會(huì )照到目標范圍之外。

這些設計需求中的兩種可以通過(guò)合理處理導光管的內表面，以及通過(guò)構造合適的光線(xiàn)出射點(diǎn)的散射形狀和校準表面來(lái)控制光線(xiàn)如何射出導光管。由于LED的光輻射表面只有標準白熾燈的一小部分，所以任何光的損失都可能是“成功設計”到“不穩定原型”的一個(gè)分界點(diǎn)。

如圖2所示，光線(xiàn)可以從安裝在小尺寸PCB板上的表面貼裝LED器件發(fā)出，并使用限流電阻和反極性保護二極管。光線(xiàn)被直接照到簡(jiǎn)單或精心設計的導光管上，這是約束光線(xiàn)的極其簡(jiǎn)單方法。比較常用的方法是用適當的“透鏡”或投光面體，安裝方法也經(jīng)常是在轎車(chē)內部把它夾進(jìn)車(chē)門(mén)嵌板開(kāi)口的地方、中央控制臺或儀表盤(pán)上。

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圖2拆掉了外殼的照明系統內部結構和牌照照明

合適的內表面處理和現代模具技術(shù)使光線(xiàn)被導光管高效吸收、限制損失和在內部將光線(xiàn)反射到一定的距離并形成特定的光指示形狀成為可能。在以前，有些應該使用白熾燈直接照明的舒適照明設計沒(méi)有從裝飾性的角度考慮，因此它們也沒(méi)有被用到實(shí)際的產(chǎn)品中。換句話(huà)說(shuō)，LED及其導光管與相似的白熾燈相比尺寸、散熱、電流需求、總體重量和成本都更低。

舒適照明系統被設計用于照亮某些物體或者使光線(xiàn)集中到某一個(gè)區域，因而它們可以營(yíng)造出特殊的效果，從在車(chē)頂棚顯示制造商的品牌標志到為了照明一個(gè)更大的陰影區域而模擬的光幕效果。

圖2所描述的是兩個(gè)汽車(chē)牌照照明的例子。一個(gè)例子描述了兩個(gè)獨立、無(wú)導光的光源無(wú)法完全照亮汽車(chē)牌照，而是留有暗區;另一個(gè)則描述了使用導光管制造的光幕可以更加均勻地照亮牌照。采用光幕的方式可以取得更好的照明效果，而僅需要很低的電流和很細的導線(xiàn)用來(lái)承載這些電流，并取得顏色和照明的更多一致性，更不需要燈泡。

波長(cháng)質(zhì)量和設計的一致性

與傳統白熾燈照明不同的另一個(gè)方面是，所有舒適照明的概念設計在它們被使用光譜分析和光照仿真軟件而建立原型系統之前都經(jīng)過(guò)了實(shí)際證實(shí)。如圖3所示，所有的LED，不管它們所宣稱(chēng)的輸出顏色如何，都包括在可見(jiàn)光光譜范圍內的非常寬的光譜成分。在歐洲的汽車(chē)設計中，人們采用軟件來(lái)開(kāi)發(fā)各個(gè)級別的舒適照明系統，該軟件可以用文字和圖形來(lái)顯示實(shí)際發(fā)出了什么顏色的光。

圖3仿真軟件用于顯示LED的精確光譜以及光輻射方向

設計者應該意識到汽車(chē)制造商希望所生產(chǎn)的每一輛汽車(chē)的顏色都有很好的一致性，因此，它們也必須保持照明組件之間的一致性。汽車(chē)制造商需要特定波長(cháng)或“色標”的LED，使得用在他們品牌汽車(chē)舒適照明系統中的LED保持一致性。同時(shí)，該汽車(chē)制造商也必須在許多年之后保持它們汽車(chē)產(chǎn)品的一致性。

LED發(fā)光的顏色取決于二極管半導體結點(diǎn)中的材料特性。為了發(fā)出特定顏色的光，這些材料必須摻雜砷、鎵和其他混合物。

領(lǐng)先供應商的LED被分為不同的等級或組，包含顏色或多或少相一致的顏色批次中。當等級中的分組增加時(shí)，就能夠保證有更多顏色相近的LED。設計者應該明確了解供應商的顏色分級方案，以滿(mǎn)足自己對LED顏色誤差和規格的要求。當汽車(chē)制造商對使用的LED規定了波長(cháng)或顏色標準時(shí)，內部照明的顏色將在每輛車(chē)中保持一致，就像汽車(chē)的外觀(guān)油漆顏色保持一致一樣。

可靠性和測試

想像在汽車(chē)內部的LED所面臨的惡劣環(huán)境，它可能被加熱到超過(guò)200oF，或者低到車(chē)外最冷的溫度。而且LED本身也是非常容易因為震動(dòng)、沖擊，或者潮濕而損壞的，同時(shí)，它們的PCB、連接器和導光管也是如此，以及行車(chē)過(guò)程中的各種其他原因都可能導致故障。

一個(gè)設計考慮就是如果在制造的過(guò)程中沒(méi)有遵循良好的制造工藝，導光體就可能會(huì )破裂、變色、發(fā)光暗等。采用廉價(jià)材料制造的導光體如果長(cháng)期暴露在高溫環(huán)境下就會(huì )開(kāi)始變黃，因此，高質(zhì)量的耐熱材料是導光體的光學(xué)和物理可靠性主要考慮的問(wèn)題。高等級的聚碳酸酯是這些應用的理想選擇，使用現代、超高壓噴射塑模技術(shù)，聚碳酸酯導光管將長(cháng)期保持比其他材料更加優(yōu)異的透光性能。

設計者應該考慮，在汽車(chē)的售后維修市場(chǎng)中，由于不小心而對舒適照明系統施加反極性電壓是可能的。值得慶幸的是，導線(xiàn)的連接都使用具有鍵槽的連接器，如果需要維修就使用原廠(chǎng)推薦的。但是，如果這些連接器替換不正確，并被施加了反向電壓，燒毀舒適照明系統組件是可能的。為了保護LED，應該總是使用一個(gè)反極性保護二極管和限流電阻。為了降低成本(僅僅$0.005)而取消這些器件是非常常見(jiàn)的，這其實(shí)是一筆錯誤的經(jīng)濟賬。

正確的設計、制造和安裝舒適照明系統本身就是一門(mén)科學(xué)。對于使用LED和發(fā)光指示來(lái)實(shí)現舒適照明系統，一個(gè)有創(chuàng )造性的設計、真實(shí)模型的試驗和完整的系統測試像汽車(chē)中的其他系統一樣重要。

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