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从煤气到激光汽车大灯的发展与进化
发表时间:2016-1-29  文字 〖 〗  阅读次数:1572   [关闭窗口]

汽车从1886年诞生至今,从内而外发生了翻天覆地的变化,各个厂商除了在动力和性能上做文章,对车身上各个部件也是跃跃欲试。作为一台车上最引人注目的部位,车灯自然不会被设计师和工程师们遗忘。从卤素到激光,甚至现在还出现了OLED光源。虽然普及还尚待时日,但从中可以看到车灯未来的发展方向。


  你可知,在卤素灯出现之前,汽车车灯还不是标配,其简陋程度也令人发指。在汽车发展初期,人们曾经用煤油灯,甚至是蜡烛当做汽车大灯的光源。这种灯在半夜开车出去,基本上起不到什么作用,天气好的话,可能能当个示宽灯显示一下存在感。如果赶上恶劣天气,这灯亮不亮的起来都是一回事儿。汽车车灯的发展和汽车本身一样,都经历了一个看坎坷而漫长的过程。

 

煤油、乙炔灯成为最早的车灯

 

  最早的汽车是没有大灯这么个配置的,它的出现完全是个巧合。1887年,一个驾驶员在黑暗的旷野上迷了路,为了照明,他使用了当时很简陋的煤油灯。在微弱的灯光下,他顺利地找到路,回了家。这可以算是史上最早的车用照明工具了。


 

从煤气到激光汽车大灯的发展与进化

 

  但问题来了,煤油灯的发光强度太低,无法照亮车前足够远的路面。于是人们将1779年克鲁平发明的反光镜安装到煤油灯后方,与其组成一支聚光大灯,这是车灯最早的雏形。这种使用了反光镜的煤油车灯也是世界上第一支聚光灯,它能将置于反光镜焦点上的发光强度提高500倍。

 

  不过煤油灯的亮度实在不敢恭维,黑夜里点上一盏挂在车前,基本上只能起到示宽灯的作用,别人能看见你,你休想看见前方任何东西。由于煤油灯发光效率低下,所以很快被乙炔灯替代,由此车灯正式成为汽车的必备配件,开启了燃料照明时代。乙炔车灯利用安置在脚踏板或车架上的乙炔发生器,由碳化钙和水发生化学反应而产生。行车时的颠簸为化学反应催化,而一旦车停下来,化学反应就变弱,乙炔气体减少,灯光也随之渐暗。

 


 

  其实在车灯出现之前,1879年白炽灯就已经被发明了。之所以没有被用作车灯,主要是因为制作白炽灯泡灯丝的碳太过脆弱,经不起路面的颠簸,故被弃用。而且,乙炔灯的亮度要比白炽灯高的多。所以基于种种原因,虽然这之间也出现过其他更高亮度的光源,乙炔灯还是一直被沿用至1925年前后。

 


 

  随着技术的发展,乙炔灯的缺点也逐渐被暴露出来。因为乙炔灯依靠燃烧发光,所以在雨天的时候很容易被浇熄。此外,乙炔燃烧会产生大量氢氧化钙,对皮肤有强烈的刺激性和腐蚀性,它对蛋白质的溶解效果会导致人休克和胃穿孔等不良反应。

 

白炽灯与进化的卤素灯成为主流

 

  时间一晃到了1913年,充入惰性气体的钨丝发光体白炽灯被发明出来了。这让白炽灯的发光效率由碳丝白炽灯的1Lm/W提高到18Lm/W,强度的增加也让其能够应付颠簸的路面。于是,有着种种缺点的乙炔灯被进化后的白炽灯慢慢赶下了历史舞台。

 


 

  这时,用以启动发动机的电启动机也被发明出来,之后又有了蓄电池。至此,电光源车灯的必要条件凑齐了,于是白炽灯作为车灯的发展也就顺理成章了。不过在早期,汽车电器设备(启动机、发电机、蓄电池和照明设备)并不是每辆汽车的标配,而是根据用户需求选装,直到1925年,电器设备才成为每辆汽车出厂时候的必备配置。

 


 

  早期的电光源车灯由灯泡、反光镜和防护玻璃组成,发出中心对称的光线。随着车灯亮度的增加,炫光问题逐渐被人们重视。车辆交汇时,因强光造成对面驾驶员眩目导致的车祸变的越来越多。一方面,车灯需要照亮车前100米的路面和至少2米高的障碍物,另一方面又必须保证不会影响迎面驶来的车辆,这成为车灯发展的一大矛盾。

 


 

1925年,欧司朗(西门子的子公司)发明了双灯丝大灯,从而让美国人开发了非对称式前大灯。这种大灯在一个灯泡内使用两个灯丝作为前车灯(远光)和会车灯(近光)光源,近光灯下方有一个遮光罩,用以遮挡住照向对面车辆的光。你可以在路面上看到一个清晰的明暗截止线,对面车辆只会被照亮下半部分,从而避免了对面驾驶员的眩目问题。

 

由于早期的汽车需要司机随时调节火花塞点火时机、节气门和阻风门开度,以及换挡,所以灯光控制就被放倒了地板上,由脚控制。于是你可以看到,当时的汽车地板上,除了离合、油门、刹车三个踏板之外,汽笛和汽车启动开关也在这里,现在加上灯光控制,司机就需要用脚操作6个按钮了。当时想要开车,没点舞蹈基础还真应付不来。

 

总之,至此开始,汽车算是正式进入了电气照明时代。当然,不知足的人类必然不会就这样满足,白炽灯再次进化,于是我们现在熟知的卤素车灯出现了。这可谓是汽车照明的一次革命,它将普通白炽灯泡中充入溴碘等卤族元素,让钨灯丝可以在更高的温度工作,能效和寿命也变得更高更长。于是卤素灯作为一种成熟的光源被一直沿用,时至今日我们还能在市面上大部分汽车上看到它。

 


 

  卤素灯就是白炽灯的升级版,充入卤族元素让它可以发出白炽灯1.5倍的亮度,寿命也延长了23倍。最早的卤素车灯由法国斯贝公司生产,为了提高白炽灯的发光效率,必须提高钨灯丝的温度,而温度的升高则会造成钨的升华。钨元素在灯泡的玻璃罩上凝华发黑,影响光照强度。卤族元素则可以与钨发生化学反应,使冷却后的钨重新回到钨丝上,形成平衡的循环,消除了灯泡发黑的现象,也能避免钨丝熔断。

 

  目前基本上10万元左右的车型还在使用卤素车灯,可谓老而弥坚。当然,卤素灯肯定也有它的缺点,比如光照强度不足、光线偏黄、寿命相对更低和功耗较高。于是,氙气灯出现了。

 

亮度更高能耗更低的氙气灯出现

 

  伴随着人们行车安全需求的提高和日益高涨的环保意识,卤素灯已经无法满足需要了。随着车速越来越高,卤素灯在夜间和低能见度环境下的亮度无法保证车辆和行人的安全;其次卤素灯50W-70W的功率也变得不太环保,而其200-300小时的寿命虽然看似不低,但和车辆整体寿命相比还是略显得有些短。

 


 

  鉴于此,1991年汽车灯具制造商海拉将氙气车灯推向市场。与使用钨丝发光体的卤素灯不同,氙气灯直接在石英灯管内充入高压惰性气体氙来取代传统的灯丝,通入23000伏的高压电流,在两极之间形成白色电弧发光。

 


 

  与卤素灯相比,氙气灯的光照强度是前者的3倍,而能耗只有其三分之二。此外,氙气灯的色温与日光几乎相同,视觉上更出色。不过由于氙气灯在雨雾天气下的照射想效果不如卤素灯,所以两者一直处于同场竞技的状态,谁也没有完全取代谁。

 

  如果说氙气灯的出现是车灯在质量上的一次飞跃,那LED的出现则是车灯在艺术上的一个升华。传统的卤素和氙气灯最多只能在结构上做出一些调整,而LED的出现让车灯的样式开始变得艺术起来。

 

LED让车灯变得更加艺术

 

LED听起来名字很酷炫,但其实大家都见过也用过,它就是我们初中劳技课上做收音机时候用的发光二极管。它是一种电致发光元件,由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。早在1936年它便被发明出来,但直到90年代中期,能发出白色可见光的LED才被正式推广。

 

LED的色温介于卤素和氙气灯之间,但尺寸更小,光线更加聚焦,可根据设计师意愿被塑造成任意形状,所以说它的出现让车灯变成了一种艺术品,也让一些汽车厂商变成了“灯厂”。

 


 

  因为LED点亮速度快、发光纯度高、能耗低等特点,它被广泛运用到日间行车灯和尾灯等部件上。在一些高端车型上,它也被做成大灯。最早使用LED作为大灯光源的奥迪2010年就在A8上运用了这项技术,A8L上装备的矩阵式LED大灯能够实现单个LED灯光的动态管理。它可根据传感器反馈的数据,自动调整LED矩阵中的光源,避免灯光直射车辆和行人。

 

  正所谓科技永无止境,当人们认为LED已经足够肩负车辆照明重任的时候,德系三强的宝马、奥迪和奔驰几乎同一时间启动了各自的激光大灯研发计划。这一次,车灯的体积和亮度有开启了飞速的进化。

 

激光大灯汽车大灯的终极形态

 

  激光大灯相比LED,其体积只有后者的百分之一,亮度则高出千倍有余。激光大灯的的光源——激光二极管(Laser diode)与LED几乎诞生于同一时代,虽然叫激光,但它一点都不耀眼。其原理是激光发光二极管的蓝光灯贯穿前大灯单元内的荧光材料,将其转换成一个扩散的白光。

 


 

  提到激光大灯,我们不由的就会想到宝马。宝马研发的激光灯亮度比LED高出了70%,照射距离是LED的两倍,而体积却小了近百倍,其长度只有10微米。由于激光有能量聚集的特性,对人眼会造成极大伤害。

 


 

  为了解决这一问题,宝马将激光在等内进行多次反射。激光二极管发出的光束首先会被反射到充有黄磷的透镜中,黄磷被激光激发出白色光芒,最后这束光被反光器反射出一道明亮的白光。虽然到此为止这束光不会对人眼造成伤害了,但它的亮度依然很高,随便乱晃还是会被人骂的。

 

总结:

 

  从煤油和蜡烛,直至今日的激光大灯,其过程就好比人类从山洞走出来住进楼房。过去的人是否会料到今日的科技能让车灯富有如此多的变化,我不知道。但我知道,未来还会出现更多光怪陆离,充满想象力的汽车大灯。激光大灯只是目前的一个阶段,我相信,它的发展还远不止于此。


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