汽車LED照明應用要求專門的SAE標準
上傳人:LEDth/整理 上傳時間: 2015-01-21 瀏覽次數(shù): 83 |
焦建中總結(jié)了專用于汽車照明應用的LED標準的廣泛前景,涉及到流明維持、可靠性、工作壽命以及發(fā)光光譜等各種特定屬性。
1990年代早期發(fā)展起來的鋁銦磷化鎵(AUnGaP)材料技術(shù),使黃一紅色發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光效率及可靠性得到提高。差不多與此同時,用于各種照明應用的LED技術(shù)也在發(fā)展當中。汽車外部照明就是首批采用這種技術(shù)的應用領(lǐng)域之一,其最初應用的是中央高位剎車燈(CHMSL)。1980年代晚期,SAE(汽車工程師協(xié)會)國際照明委員會開始開發(fā)LED汽車照明標準,他們的工作一直延續(xù)到今天。大多數(shù)汽車外部照明用燈都被認為是關(guān)乎安全的設備,因此都受到美國聯(lián)邦或州一級的管制。出于天然的對安全性的需求,LED照明的引入,帶來了幾種不同的觀點的融合,使之成為SAE照明委員會進行LED照明標準開發(fā)的中心焦點。
SAE的LED照明標準包含兩個類別:元器件或LED封裝級標準,以及包含了整個燈泡的系統(tǒng)級標準,比如一只信號燈或頭燈(注意,在汽車界所謂的系統(tǒng)級照明產(chǎn)品指的就是一只燈泡,而不是燈具)。系統(tǒng)級標準僅涉及燈泡的測試和性能等方面。其他有關(guān)光源的要求沒有涉及。
汽車信號燈
首個制定的LED汽車照明標準是SAE J1889.用于LED信號裝置,包括所有有關(guān)信號及標記用燈泡,例如制動燈、尾燈、轉(zhuǎn)向信號燈、以及白天行駛燈(DRL)等。在過去的年月里,該標準已經(jīng)被更新了多次。
SAEJ1889的一項重要內(nèi)容是關(guān)于信號燈的測試流程,即針對使用LED作為光源的信號燈和使用白熾燈作為光源的信號燈,它們的測試流程應該如何不一樣,原因在于LED燈內(nèi)部包含有電子元器件,白熾燈則沒有。因為LED光源具有溫度依賴性,其光輸出會隨著半導體結(jié)溫的上升而下降,相關(guān)的測試需求就必須刻畫這方面的特性,以確保安裝在汽車上的燈能夠滿足光度學性能要求。正因為如此,光度學測量的進行是在燈泡達到熱穩(wěn)定之后。
此外,大多數(shù)汽車用燈都有最小和最大的光度級要求(在角測試點( angular test points)處的光強度值)。對功能組合燈來說,還有一個光強比例的要求。例如,剎車燈功能和尾燈功能之間的光強比例就必須滿足人眼能夠識別的水平。這些功能性的光強比例要求,在SAE有關(guān)燈的標準的不同文檔中有著描述。同時,SAE兒889還包含了許多其他方面的要求,包括初始光強輸出、穩(wěn)定光強輸出、設備性能的最小及最大值、以及光強比例要求等。
前向照明標準
在2000年代早期,隨著白光LED技術(shù)上的突破讓LED頭燈成為可能,SAE照明委員會就開發(fā)并建立了一項新的LED照明標準,即SAEJ2650,它涵蓋了對LED前向照明設備的要求,例如頭燈和霧燈。
其中,用于決定光度值比例的最大和最小值以及熱穩(wěn)定性能的測試與SAE兒889定義的方法類似,但前者增加了兩項用于LED前向照明設備的性能要求。第一項新增的要求是對(發(fā)光光譜中)紅色成分的測試,這是因為對道路環(huán)境中的紅色物體(包括障礙物、行人及標志牌——尤其是紅色停車信號)進行有效的呈現(xiàn)非常重要。
圖:奧迪公司矩陣式頭燈是多模組LED汽車照明產(chǎn)品的一個例子,它能產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的光束,從而提高可視性。
汽車頭燈的輻射光譜必須包含足夠多的紅色成分以對這些信號進行有效的呈現(xiàn),從而讓駕駛員能夠正確識別這些信號。因此,SAE J2650包括了一項對紅色光成分在全部可見光譜的功率分布中所占百分比的要求。
第二項新增的內(nèi)容是對燈泡在其生命周期之內(nèi)對流明維持性能的要求。典型情況下,SAE照明標準并不涉及對產(chǎn)品壽命的要求,但在這個實例中之所以如此考慮,是鑒于LED光源具有更長的使用壽命這一事實。因為LED的光輸出會在生命周期中逐漸降低,其設計的指導方針就是確保LED頭燈在其額定壽命之內(nèi)維持一個建議的最小光度輸出,即不低于其初始輸出功率的80%。
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流明維持
2007年,SAE照明委員會著手開發(fā)有關(guān)LED光通量(即流明)維持性能的測試標準。經(jīng)過多年的工作,到2012年,SAE J2938標準發(fā)布了。在大多數(shù)的車用LED燈內(nèi),LED運行條件通常達到或接近于允許的最大結(jié)溫。
LED的工作電流通常被設計成接近其最大結(jié)溫。由于車輛使用情況和環(huán)境條件變化不定,標準的設計就是確保即便在最差的工作條件下,LED燈也能滿足最低的光度學要求。因此,對汽車用燈來說,LED外殼溫度由這樣的條件來確定:結(jié)溫達到其最大允許值,或者距離其最大允許值10。之內(nèi)。即便實際情況下LED可能工作在更低結(jié)溫區(qū)間(結(jié)果是光通量維持壽命得以延伸),SAE J2938標準還是建議進行最差場景的測試。汽車OEM廠商和車燈制造商都期望,LED壽命應當延續(xù)到汽車的整個生命周期。雖然有一些汽車廠商可能已經(jīng)對某些特定的車型進行了整車壽命過程的車燈使用測試,業(yè)界還沒有一個可靠而綜合的數(shù)據(jù)庫,來制定這樣的工作壽命標準。2008年,密歇根大學交通運輸研究院(UMTRI)發(fā)布了兩份報告,對美國境內(nèi)乘用車的照明設備的實際使用頻度做出了平均意義上的總結(jié)。
車燈壽命
UMTRI的報告為SAE J2938所建議的測試持續(xù)期確立了基礎和依據(jù)。對美國境內(nèi)的乘用車來說,其尾燈的最長工作周期為略小于2000小時。晝行燈(DRL)的壽命則大約是尾燈的三倍。因此,SAE J2938對LED的流明維持測試周期所建議的最小值是2000小時。而對晝行燈和重負荷車燈來說,可以使用更長的周期。如果需要對這些情況進行更長期的流明維持估計,則建議參考IES TM-21標準。
也是在2007年,可替換LED光源的應用成為了標準開發(fā)的話題之一。現(xiàn)有的汽車車燈,大多數(shù)使用的是可替換的光源(燈泡)。
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