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除了亮、還更聰明 2016最新汽車照明科技


刊登時間: 2016/01/05

文/童國輔

圖/Audi、Benz、BMW汽車官網

雖著資訊匯集速度的倍增,與市場的需求,汽車科技的進步早已超越人們的想像,許多過去只能在電影中或理論中看到的技術,逐漸落實在現實中最新款的汽車上,這些科技有哪些,以及能為人類帶來多少的便利性,將是本單元所要介紹的內容。

 

 

 

照明系統篇

LED vs.雷射頭燈

人性vs.亮度的對決

對於車輛來說,要提高行駛安全性,除了強化主/被動安全系統,例如安全氣囊數量、車體剛性結構、ABS/EBD/TCS等智慧煞車系統外,若能在夜晚提供良好的照明效果,讓駕駛者看清楚前方路況,相信更能減少碰撞意外發生的機會,因此國外尤其是歐洲車廠,對於頭燈照明系統的研發可是不遺餘力,除了過去為人熟知的HID氙氣頭燈、目前逐漸普及的LED頭燈外,屬於未來科技的雷射頭燈也已落實到部分市售車款上,到底這些頭燈有何差異呢?就讓筆者來一一為大家介紹。

 

這是目前許多平價車款上就有搭載的HID燈泡,其發光原理是透過高壓電,在內部布塗石英或鋁的燈管產生電弧,使金屬加熱達到蒸發點,形成電漿態後而發出光線,因此亮度相當驚人,比任何單顆LED還要亮。

 

首先簡單介紹一下大家都知道的HID- High Intensity Discharge Lamp高壓放電式氣體燈,該種照明科技最大的特點,在於亮度相較於傳統的鎢絲燈泡高出數倍,且壽命更長,是大約10年開始普及於汽車照明技術,且由於使用的燈泡外形與傳統鎢絲燈泡相同,因此過去很多車主都會透過後天改裝的方式來擁有HID的照明亮度,但由於HID與鎢絲燈泡的發光點與光譜反射方式不同,因此使用原廠燈具+HID燈泡所照射出來的光形會散掉,造成對向車輛嚴重的炫光現象,嚴重影響交通安全,因此後來政府才會立法規定不得改裝HID。

 

由於HID燈泡本身亮度相當高,因此應用在頭燈上時,通常需搭配水平自動調整系統+魚眼透鏡,才能避免照射到對向來車視線,發展到後來還加入轉向功能,能感應方向盤轉向舵角,自動調整照明角度,使轉彎時能先看到彎內的情況。

 

最新LED照明技術

自動遮光避免炫目

至於LED燈泡,則是目前最夯的照明科技,許多人以為LED的亮度無法像HID般高,但事實上隨著LED製造技術的進步,LED的亮度已較過去提高許多,加上原廠裝配的LED頭燈內,有時會以多顆LED燈泡來組成,因此亮度絕對能超越過去的HID燈泡,且目前LED頭燈的運用可不只在亮度的提高,而是結合自動遮光技術,讓光照到該照射的地方。

 

目前許多高價進口房車所使用的LED頭燈,內部是以數十顆以上的LED所組成,因此才能獲得高亮度的照明效果。

 

以M.Benz最新款的S-Class為例,其所搭載的智慧型LED頭燈,具備了主動轉向照明、轉彎輔助照明、鄉村道路、高速公路與濃霧模式,獨特的遮光功能能夠自動感應對向車輛位置,遮掉照射到該位置的光線,使對向車輛的駕駛不被強光干擾。在這套頭燈系統裡,車前雷達和立體攝像機提供主動偵測數據,大燈中的LED根據其提供的數據進行點亮、熄滅或者是調整亮度動作,當發現前方有物體出現,頭燈的遮光功能便能自己躲開前方物體,在保證自己視線的同時避免使對向車輛出現炫光影響,因此在夜間行駛,S-Class可以一直開啟遠光燈,行車安全性將大幅提升。不僅如此,該系統還可檢測道路上的反光標誌物,以避免反光對本車駕駛員造成炫目。

 

 

 

而借助紅外夜視系統的偵測功能,該頭燈還可以對前方160 公尺內識別出來的行人熱源用大燈自動閃三下,提示對方注意安全,而對於發現的動物則不會,以避免動物因為光照而受到驚嚇而對車輛行駛造成潛在危險。這套系統在時速30公里以上且路面沒有路燈的情況下便會自動啟動。新S級的大燈使用了全LED 大燈,同時它也擁有相比奧迪A8和BMWi8更多的LED,每個頭燈總成內包含有多達56顆LED,它們能夠實現獨立點亮、熄滅或是調整亮度的功能。

 

由於LED頭燈是以多顆LED所組成,因此只要其中某幾顆LED沒有點亮,前方就會黑掉一大塊,只要結合車前路況感應系統,讓會照到對向來車的某幾顆LED熄滅或變暗,就能在不影響來車視線的情況下,繼續使用遠燈照明。

 

除了M.Benz S-Class外,Audi A8/S8矩陣式LED頭燈光源技術也有相似的功能,甚至還能與GPS導航系統結合,行駛在多彎道路上時,預先調整光源照射角度,將光打到左右方的彎道內,讓車主能提早看清楚彎內情況,這些設計都是為了使駕駛者能在擁有高亮度照明效果的同時,也能避免影響對向車輛的視線,這也是只有化整為零的LED頭燈才能具備的功能。

 

 

 

超強雷射頭燈

高亮度體積薄

看完了LED頭燈的介紹,接下來我們來看看最新的雷射頭燈照明技術。從外觀上來看,雷射頭燈似乎與現在普遍應用的全LED頭燈沒有太大的不同,但在技術上,兩者卻有著巨大的性能差距。相比LED科技,雷射技術的最大提升在於它的體積濃縮性,以BMW i8所搭載雷射頭燈為例,其照度達到每瓦170流明,和LED每瓦100流明相比,亮度增加了百分之七十,而照射距離則是LED的兩倍,除了極高的光照亮度,雷射光源同時也具有高效穩定的特點,大約僅需要現今LED燈組一半的電力。

 

這張圖在說明目前的LED頭燈燈泡數量比較少,因此能遮光的範圍無法很精細,只能有大範圍的遮光效果,而未來隨著LED燈泡的數量慢慢增加,每顆LED照明位置細膩化後,遮光的面積就會更小,讓照明面積最大化。

 

尺寸方面,雷射頭燈內部的的發光二極管長度僅有10微公尺,比目前小型LED頭燈短了一百倍,這樣就意味著使用雷射頭燈的汽車,不用像傳統汽車那樣一樣留出大面積的頭燈空間,設計師可以更加自由的發揮,所以我們看到i8擁有了相當獨特的頭燈照型,為車頭科技感增色不少。至於雷射頭燈的原理為何?雷射頭燈性能確實十分優勢,但雷射頭燈的原理為何?相信是許多人感興趣的地方。雷射由於具有能量聚集的特性,所以對人眼也會構成極大的傷害,但是BMW的雷射頭燈卻完全不用擔心這一點。原因就在於BMW的雷射頭燈並不是直接以雷射束朝車輛前方發射,而是先以三道雷射束射向一組反射鏡片,經過反射後,雷射能量將聚集在一片充滿黃磷透鏡裡,此時黃磷受到雷射的激發,會發散出強烈的白色光芒,這束白色光芒再往後照在一片反光器上,最後往車輛前方射出一道明亮的白色光線。

 

M.Benz S-Class的LED頭燈還具備主動提醒前方行人或動物的功能,只要紅外線感應器偵測到車頭前方有溫血物體,就會讓大燈自動閃三下,達到警示與提醒的效果。

 

而這白色光線,對人和動物的眼睛並不會造成刺激或傷害,而且雷射大燈的亮度色溫都經過研究,照射效果符合人眼的視覺習慣。最後需要指出的是,目前BMW i8所搭載的這套雷射頭燈並不是完完全全以雷射為基礎的,因為它的近光燈依舊是以LED為基礎,只有遠光燈才是以雷射為光源基礎,由此可知雷射頭燈目前的優勢只有亮度、體積與節能效果,在人性化層面上的能力,還是不若LED頭燈般聰明。值得一提,目前除了BMW以將雷射頭燈應用於市售車上,Audi所擁有名為Matrix Laser technology矩陣式雷射照明技術,也是相同的雷射照明科技,且預計搭載於R8 LMX超跑上。

 

除了自動感應車前狀況,遮掉不需要的照明面積外,M.Benz S-Class的LED頭燈也結合方向盤轉向角度感應功能,在多彎的道路上,能主動調整頭燈照射角度,讓燈光提早照射到彎道內,以得知彎道內的路況為何。

 

從以上的介紹中可以看到,未來車燈的發展將會朝向硬體結合軟體的方式來進行,硬體部分,透過LED或者雷射照明技術的的應用,頭燈不僅亮度更高、照射距離更遠,且也將更節能、外型更前衛。軟體部分,則開始與電子偵測系統相結合,讓不能照射到的對向或前方車輛位置自動遮光(熄滅部分LED燈泡),讓自身與他人皆擁有更安全的夜間行車環境。結論:如何提高行車安全是各車廠相當重視的課題,而從照明科技著手,不只能使車主很明確的感受到進化後差異性,更能在事件發生之前就先避免掉,是屬於主動安全防護的項目,而這樣的發展相信在未來還是會持續進化,也期盼LED頭燈能像過去的HID頭燈一樣,逐漸普及於平價車款上。

 

從這張圖中可以很清楚的看到,多顆LED頭燈的內部構造相當複雜,因此每顆頭燈的價格也相當驚人,加上需許多電子偵測系統輔助,才能發揮強大功能,因此目前尚無法普及於平價車款上。

 

 

Audi也擁有功能強大的LED頭燈照明系統,其名稱為Matrix LED Headlights-矩陣式LED頭燈光源技術,其作用方式與M.Benz極為相似,同是目前走在前端的車用照明技術。

 

 

 

 

 

 

 

 

對於路上行人的提醒,歐系三大車廠都有相類似的技術,能透過動態光線變化,來達到警示與驅離的效果。

 

 

最早運用雷射照明技術的車款為BMW i8,由於其體積比目前小型LED頭燈短了一百倍,因此有更多的空間能讓設計師自由發揮,所以i8才能擁有相當獨特的頭燈照型,為車頭科技感增色不少。

 

 

 

 

 

雷射頭燈並不是直接以雷射束朝車輛前方發射,而是先以三道雷射束射向一組反射鏡片,經過反射後,雷射能量將聚集在一片充滿黃磷透鏡裡,使黃磷發散出強烈的白色光芒,再往後照在一片反光器上,最後往車輛前方射出明亮白色光線。

 

 

 

 

 

相較於原本就以很亮的LED頭燈,雷射頭燈的照明距離是前者的兩倍,最遠可達600公尺,亮度真的很驚人,不過近距離的照明擴散性沒有很好,因此還需結合LED作為近光燈使用。

 

 

Audi目前也積極研究雷射頭燈,並且取名為Matrix Laser technology矩陣式雷射照明技術,也是相同的雷射照明科技,且預計搭載於R8 LMX超跑上。

 

 

 

 

各類型頭燈比較圖

發光方式    鎢絲    HID    LED    雷射

亮度    一般    較亮    較亮(多顆)    最亮

體積    一般    一般    較小    最小

技術    最低    低    高    最高

壽命    最短    長    長    未知

價格    最低    高    較高    極高

自動遮光    無    無    有    無