自宝马在i8上首次使用激光大灯后,作为“灯具厂”的奥迪也不甘示弱,在奥迪R8上也采用了激光大灯技术。目前激光大灯暂时只会出现在豪华品牌顶级车型上,对咱普通小百姓来说尚属于“空中楼阁”,那么单就技术而言,激光大灯难道真的那么牛逼么?就一定比卤素、氙气、LED好?
从卡尔•本茨发明世界上第一辆汽车开始的很长一段时间内,煤油灯成为了车上唯一的光源。由于煤油灯非常不稳定,容易熄灭,因此对于那时候的有车一族来说,最大的愿望莫不是能够拥有一盏可靠性极佳的煤油灯。这种一个罐子上冒着微弱火焰的煤油灯照明效果不好,但对当时还属于低速状态下的汽车来说,司机完全有足够的反应时间去应对突发情况。
随着汽车的速度一再提升,煤油灯已无法满足人们在夜间驾车行驶时对于道路照明的需求。只要市场有需求,那么新的产品便会不断涌现,这才有了随后的卤素、氙气、LED,甚至是激光大灯的出现。
不过,如今前大灯的功能已不仅仅局限于夜间照亮前方道路,同时也成为了一种“品牌”印象,就好比如被大家戏称为“灯厂”的奥迪,通过在灯光方面的独特设计彰显其“科技”的品牌存在;又比如很多宝马车主非要去改装宝马的天使眼,总感觉这才是宝马车该有的逼格。说实话,在这方面,德国品牌向来是“业界表率”。
说实话,如今白炽灯(又名聚束灯)已经很难在汽车上找到了,目前只有一些小型摩托车或电瓶车还继续配备这种灯源,至于配备这种灯源的汽车,只能是那些有年岁的“老爷车”了。
白炽灯发光源采用的是钨丝,电流通过钨丝,使之升温进而发光,灯泡内部一般是真空或者充入惰性气体,从而保证钨丝在高温下不会氧化或者断裂,从而提升其使用寿命。就寿命和可靠性而言,白炽灯优势是相当明显的,但白炽灯发热量很大,能耗偏高,而且就算是聚光状态下,光线也很暗淡,照射距离也不够远。
卤素灯是在白炽灯的基础上改进而来的一种灯泡,将卤素气体填充进灯泡内部,从而代替白炽灯内部的真空状态。卤素灯光源会比白炽灯更小,其大小也可以控制在理想范围内。
我们常说的卤素气体实际上是化学中的卤族元素气体,包括氟、氯、溴和碘。而卤素灯使用的是碘和溴这两种卤族气体。这些气体可以使卤素灯的灯丝在特别细的情况下不容易断裂,同时还可以减少灯泡内壁的黑化,从而让发出的光更亮。
卤素灯是现今使用得最平凡的汽车光源类型,除了有廉价、明亮、寿命时间长、灯光亮度可调等优点之外,它的体积也小,易于更换。
另外,卤素灯有一个非常实用的优点,由于它采用的灯丝为钨丝,而钨丝受热后所发出的是黄光,从光谱来说,由于黄光频率小,波长大,色温低,更容易衍射,在介质中能传播得更远。由于纯白色的光在雨雾环境中时,光线会受到雨雾颗粒的反射和限制,导致光线无法穿透雾气,给行车安全带来危险性。因此,如今几乎所有的汽车雾灯都采用了卤素灯作为光源。
HID氙气灯最早是被用在1991年的宝马7系上面,从那以后一直成为大家争论的焦点。与卤素灯和白炽灯不同,HID氙气灯内部不使用任何类型的灯丝。氙气灯其实更应被称作“金属卤化物灯”,这种灯由于产生的热量不高,经常被用在路灯和温室中(适合植物生长)。
氙气灯的内部有两个电极,这两个电极间在通电情况下会产生电压差,进而生成电弧。而灯泡内的气体为多种气体的混合物,包括氙气、氩气以及气化的金属——如汞和金属卤化物。高压电弧熔化的实际上是金属蒸汽,然后将它们变成等离子体。
氙气灯所发出的等离子光是蓝白光,从光谱看,蓝白光属于高色温光,由于蓝白光的高频率决定了氙气光源具备更高的反射率,从而让驾驶者在夜间道路上更加容易得察觉到前方障碍物,因此对于人类肉眼而言,在同样的流明光强以及同样的照射角度下,氙气灯照射距离无疑“更远”。由于氙气大灯没有灯丝,因此不会被烧坏,理论上说氙气灯的使用寿命会比卤素大灯更长,但由于光线反射率高,在雨雾环境中穿透力差,因此不可以作为雾灯光源。
早期的氙气光源存在的最大问题无疑就是刚点亮时亮度不够,高压适配系统需要几秒钟的加压时间,然后光源的亮度才能逐步提升,而不能像卤素灯那样想亮就亮,想暗就暗。不过随着科技的进步,这种情况在现在已经不存在了。
对于使用氙气大灯的车主们来说,氙气大灯发射出的蓝白光经过装置聚焦后,亮度非常大,会对对向来车的夜间视线产生干扰,容易发生事故。所以这里不得不提醒那些“远光gou”们,为了别人和自己的安全,夜间行驶时,请合理运用远近光功能。
LED(发光二极管)灯在科学界是比较奇特的存在,被业内称为“魔法”,因为没人能够解释清楚LED光源的发光原理,就像潮汐和磁铁的原理至今无法解释一样,但这并不妨碍LED灯在日常生活中给我们带来便利。我们如今只知道当电子与空穴(物理学专业术语)复合时能辐射出可见光,至于为何如此就能发光却没人说得清楚。“空穴”的载体便是由镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等化合物组成的半导体。
虽然LED灯本身属于冷光源,但在应用于汽车前大灯时,会存在一个热量过高的问题。按照电流=功率/电压(I=P/U)计算,一个额定功率为50W的LED灯,如果在220V的民用电下,电流约为0.23A;而车载电源一般为12V,那么电流约为4.17A。又根据焦耳定律公式:Q=I²Rt,当电阻和时间相同情况下,电流越大,能量越高。因此,汽车上的LED大灯同样会产生非常高的热量。这就导致了汽车上的LED大灯需要苛刻的散热条件来保证发光二极管不会过热。所以LED大灯的复杂性和昂贵的成本限制了其大规模普及。
但LED也有它的优点,首先是光源体积可以做到非常小,可以根据需要来设计光源面板,汽车厂家在设计汽车的时候不需要为“大灯区域”预留太大的空间,让设计师在设计车灯造型(例如头灯、尾灯、转向灯、倒车灯、驻车灯和高位刹车灯等等)时更加灵活。
具体来说,由于LED灯体积小,因此汽车厂家在设计汽车的时候不需要为“大灯区域”预留太大的体积空间。或者夸张点说,其实如今的汽车完全可以用不到“大灯”,因为可以很容易地将LED集成在车身上,当然这对于那些钟情于传统汽车设计得人来说,并不是一个好消息。但LED灯的出现,给了汽车设计师在设计车身灯光,包括头灯、尾灯、转向灯、倒车灯、驻车灯和高位刹车灯时,有更灵活的选择,就比如雪铁龙,就喜欢做这种事。
此外,LED大灯光源的点亮程序也可以做到随心所欲,例如目前最先进的矩阵式LED大灯,配合一系列探测系统,每一个LED光源都可以做到独立开闭,从而达到自动调整远光照射区域的目的,保证对向来车司机眼睛不会被远光灯晃到。而传统的卤素或氙气大灯,只能做到全开全关,因此目前只有LED技术可以实现量产化的矩阵式智能大灯技术。
最后,发光二极管内部材料不同时,会产生不同光谱颜色的光线,可以做到高效节能。LED灯可以不依靠蓝白光的波长来照射到更远的距离,也就是说在同样照亮前方1公里道路的前提下,对向来车司机会觉得氙气大灯比LED大灯更刺眼。以上原因导致LED灯会比HID(氙气)灯更具技术优势。相信在不久的未来,随着技术成本的逐渐降低,LED会成为汽车主光源配置。
LED大灯首次在汽车上运用(奥迪R8)至今也不过六年时间,还没有取得在市场上的普及,激光大灯就来了!这不禁让人唏嘘技术更迭太快,一个不小心,新专利就成了淘汰货。
在大多数人的印象中,如果被激光照射到,那么眼睛的视网膜一定会受损,如果路上对向来车的司机被激光大灯照到……这个后果简直不敢想象——不过这显然是误解了激光大灯的原理,激光仅仅是激光大灯的光源激发介质,并非是直接光源。
以宝马i8的激光大灯系统为例,激光大灯的结构大致可分为四个装置:激光光源、反射镜、黄磷滤光镜以及反射碗。蓝色激光二极管发出光线,照射到反光镜,经过反光镜的反射,聚焦到黄磷滤光镜,黄磷吸收了蓝色激光的能量,产生白色光线,然后在反射碗上再反射一次,最终形成了聚焦照射的圆锥形白色光束照亮前方。所以虽然由激光二极管射出了蓝色激光,最终生成的白色光线并非是真正意义上的激光。
由于极光二极管只能发出单色光,并不能直接发出白光,因此i8上的这套激光大灯结构和原理借鉴了LED大灯的普遍做法,大体是以“蓝色单色光+黄磷滤光镜”的组合,生成我们所见到的白光。虽然激光大灯的原理与LED大灯类似,但在功率相同的前提下,激光大灯的光强是LED的1.7倍,而且激光大灯的可以做得比LED大灯更小。
LED大灯的制作成本已经不便宜了,但所谓一山还比一山高,相比于激光大灯的成本,LED大灯算是小巫见大巫。据海外媒体爆料,一套激光大灯系统总共的成本达到了1万美元(约6.2万人民币元),怪不得宝马和奥迪只在旗下顶级豪华车上才配备,这价格完全可以买一辆便宜的小车了。
LED大灯似乎是现在最好的大灯,它比卤素大灯和氙气大灯更亮,照射距离更远,能耗更低,同时可搭配其他高科技技术,让行车更加安全。虽然激光大灯的优点比LED大灯更多,但是成本是其普及的最大的制约,相比LED大灯逐渐在15万元级别车型上的普及,激光大灯如今只能在豪华品牌的高档车型上使用,离真正“与民同乐”还有很长一段距离,当然,对于不差钱的“高富帅”们来说,激光大灯绝对是一个好玩的“玩具”。