实现汽车内部照明的新途径

实现汽车内部照明的新途径

如果你有幸拥有或试驾过当今的欧洲豪华汽车，你就可能注意到什么是汽车中的“舒适照明”。不仅仅是内部照明，它还包括在不同车内空间使用情绪设置模式来控制“个人空间”的光线颜色和亮度，例如，驾驶员脚下空间或控制台的背光等。舒适照明可以做得非常漂亮，并为车内乘客提供舒缓的空间氛围。这可以是常规内部照明的补充，或完全替代“车内顶灯”照明。

用于发光指示的LED在当今汽车照明应用中被大量采用。它们可以被集成在门把手附近、用于钥匙孔照明，或者后视镜上的转向闪灯，以及踏板照明和杯架照明等。发光指示的形状可以非常简单（直接透光），也能做得非常复杂，如图1所示，来满足精确照明的需要。

图1 汽车照明中的LED和发光指示

你可能非常疑惑，光线看起来是怎么被弯折90°或180°仍然有足够的光输出，实现以精确的亮度和覆盖度来完美地照亮门把手的区域。这种可能性几乎是无限的，它仅仅受内部照明设计人员的设计思想、风格和功能观念限制。

最近的市场调查表明，在欧洲、亚洲和美国，几乎全部的汽车制造商都计划在它们的新款轿车中使用某种非传统照明或指示系统，这取决于豪华功能的配置。然而，这些照明系统有非常严格的设计考虑，包括导光管密闭性、波长质量和一致性，以及试验测试等。

导光管密闭性
这些系统的一个主要设计考虑是光线在导光管内的密闭程度，在光源照射目标时应该限制光线的损失。光线一旦从光导管中发出，就应该只照射到目标范围内而不会照到目标范围之外。

这些设计需求中的两种可以通过合理处理导光管的内表面，以及通过构造合适的光线出射点的散射形状和校准表面来控制光线如何射出导光管。由于LED的光辐射表面只有标准白炽灯的一小部分，所以任何光的损失都可能是“成功设计”到“不稳定原型”的一个分界点。

如图2所示，光线可以从安装在小尺寸PCB板上的表面贴装LED器件发出，并使用限流电阻和反极性保护二极管。光线被直接照到简单或精心设计的导光管上，这是约束光线的极其简单方法。比较常用的方法是用适当的“透镜”或投光面体，安装方法也经常是在轿车内部把它夹进车门嵌板开口的地方、中央控制台或仪表盘上。

图2 拆掉了外壳的照明系统内部结构和牌照照明

合适的内表面处理和现代模具技术使光线被导光管高效吸收、限制损失和在内部将光线反射到一定的距离并形成特定的光指示形状成为可能。在以前，有些应该使用白炽灯直接照明的舒适照明设计没有从装饰性的角度考虑，因此它们也没有被用到实际的产品中。换句话说，LED及其导光管与相似的白炽灯相比尺寸、散热、电流需求、总体重量和成本都更低。

舒适照明系统被设计用于照亮某些物体或者使光线集中到某一个区域，因而它们可以营造出特殊的效果，从在车顶棚显示制造商的品牌标志到为了照明一个更大的阴影区域而模拟的光幕效果。

图2所描述的是两个汽车牌照照明的例子。一个例子描述了两个独立、无导光的光源无法完全照亮汽车牌照，而是留有暗区；另一个则描述了使用导光管制造的光幕可以更加均匀地照亮牌照。采用光幕的方式可以取得更好的照明效果，而仅需要很低的电流和很细的导线用来承载这些电流，并取得颜色和照明的更多一致性，更不需要灯泡。

波长质量和设计的一致性
与传统白炽灯照明不同的另一个方面是，所有舒适照明的概念设计在它们被使用光谱分析和光照仿真软件而建立原型系统之前都经过了实际证实。如图3所示，所有的LED，不管它们所宣称的输出颜色如何，都包括在可见光光谱范围内的非常宽的光谱成分。在欧洲的汽车设计中，人们采用软件来开发各个级别的舒适照明系统，该软件可以用文字和图形来显示实际发出了什么颜色的光。

图3 仿真软件用于显示LED的精确光谱以及光辐射方向

设计者应该意识到汽车制造商希望所生产的每一辆汽车的颜色都有很好的一致性，因此，它们也必须保持照明组件之间的一致性。汽车制造商需要特定波长或“色标”的LED，使得用在他们品牌汽车舒适照明系统中的LED保持一致性。同时，该汽车制造商也必须在许多年之后保持它们汽车产品的一致性。

LED发光的颜色取决于二极管半导体结点中的材料特性。为了发出特定颜色的光，这些材料必须掺杂砷、镓和其他混合物。

领先供应商的LED被分为不同的等级或组，包含颜色或多或少相一致的颜色批次中。当等级中的分组增加时，就能够保证有更多颜色相近的LED。设计者应该明确了解供应商的颜色分级方案，以满足自己对LED颜色误差和规格的要求。当汽车制造商对使用的LED规定了波长或颜色标准时，内部照明的颜色将在每辆车中保持一致，就像汽车的外观油漆颜色保持一致一样。

可靠性和测试
想像在汽车内部的LED所面临的恶劣环境，它可能被加热到超过200oF，或者低到车外最冷的温度。而且LED本身也是非常容易因为震动、冲击，或者潮湿而损坏的，同时，它们的PCB、连接器和导光管也是如此，以及行车过程中的各种其他原因都可能导致故障。

一个设计考虑就是如果在制造的过程中没有遵循良好的制造工艺，导光体就可能会破裂、变色、发光暗等。采用廉价材料制造的导光体如果长期暴露在高温环境下就会开始变黄，因此，高质量的耐热材料是导光体的光学和物理可靠性主要考虑的问题。高等级的聚碳酸酯是这些应用的理想选择，使用现代、超高压喷射塑模技术，聚碳酸酯导光管将长期保持比其他材料更加优异的透光性能。

设计者应该考虑，在汽车的售后维修市场中，由于不小心而对舒适照明系统施加反极性电压是可能的。值得庆幸的是，导线的连接都使用具有键槽的连接器，如果需要维修就使用原厂推荐的。但是，如果这些连接器替换不正确，并被施加了反向电压，烧毁舒适照明系统组件是可能的。为了保护LED，应该总是使用一个反极性保护二极管和限流电阻。为了降低成本（仅仅$0.005）而取消这些器件是非常常见的，这其实是一笔错误的经济账。

正确的设计、制造和安装舒适照明系统本身就是一门科学。对于使用LED和发光指示来实现舒适照明系统，一个有创造性的设计、真实模型的试验和完整的系统测试像汽车中的其他系统一样重要。