微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 硬件设计 > 嵌入式设计 > 光子学技术在汽车电子系统中的应用

光子学技术在汽车电子系统中的应用

时间:11-14 来源:互联网 点击:
从LED头灯、夜视安全系统,到正在涌现的激光点火系统,光子学技术正凭借其带来的紧凑、低能耗以及高性能等优势,在汽车应用中大显身手。

目前,光学与光子学技术正在为汽车制造商提供一个日益丰富的“工具包”,帮助汽车制造商提高汽车的安全性、降低长期成本、提高效率,并为汽车增添独特的设计 元素。除了常见的LED尾灯,有些汽车也正在尝试LED头灯。与此同时,光纤也正在被用于连接汽车中的通信及显示设备。据悉,目前福特公司正在调查研究汽 车激光点火系统,而另有一些高端汽车还将提供夜视系统和驾驶员辅助系统。

LED尾灯和头灯

“虽 然目前汽车尾灯和车内照明灯采用LED解决方案的成本仍然远远高于白炽灯的成本,但是LED解决方案的巨大优势已经足以使汽车制造商在开发和制造中接受其 较高的成本。”德国卡尔斯鲁厄大学(University Karlsruhe)专门研究汽车照明的Cornelius Neumann教授说,“LED除了具备超长的使用寿命外(其寿命通常长于汽车寿命),其快速的响应时间也是制动灯的一项重要安全因素,通常LED的响应 时间要比常用的灯泡缩短约75毫秒。此外,LED的低功耗以及新颖的造型,也是制造商选择LED用作汽车信号等的主要原因。”

Neumann教授联合德国汽车照明与电子产品供应商海拉公司(Hella)在汽车照明领域进行了11年的深入研究。他表示,虽然LED尾灯在汽车中比较常见,但是汽车要采用LED头灯却面临着更多的挑战。

“到目前为止,市场上至少有三种型号的汽车采用了LED头灯:雷克萨斯的LS 600、奥迪R8和凯迪拉克Escalade Platinum。”Neumann教授说,“但是在头灯中完全采用LED解决方案,仍然有许多问题需要解决。”

Neumann教授指出,灰尘、 潮湿、机械振动以及周围温度约高达90°C的苛刻环境,将对LED带来一定的挑战,因为LED的性能会随着温度的升高而下降,因此一些高功率的LED都需 要配有冷却装置。而且,LED头灯不是使用一个单一的光源(如卤素灯或高强度放电(HID)灯),而是要将多个 LED组装在一起,以达到行车信号照明的需求。[1]在LED头灯中,通常使用三种不同的光学系统,分别实现不同的功能。这三种系统需要彼此稳固地配合在 一起,发出亮度足够高的光,以满足路上行车照明的要求。

尽管LED头灯仍然面临着诸多挑战,但Neumann教授补充说,与常用的灯泡解决方案相比,LED解决方案能节省50%甚至更多的能耗(见表 1)。[2]另据一些研究显示,用不到20%的LED光就能获得与HID灯同等的亮度,并且LED的照明更加安全。[3]随着数学模型和软件算法的发展,现在工程师们可以设计产生各种形式的反射镜和透镜,将从光源发出的光引导到交通路面的特定区域(见图1)。


图 1

 

图 1:欧宝Signum汽车的头灯全部采用了LED解决方案,其用不同的模块实现不同的信号功能:6组LED用于近光灯;底部3组LED用于远光灯;边上两 组小LED用于地角灯;10组LED用作日间行驶灯。方向指标灯由位于头灯顶部的具有反射系统的3组LED组成。根据各个信号灯的不同用途,分别选用不同 的LED。


表 1

表1:传统照明方式与LED照明功耗对比

高亮度LED制造商有充分的理由相信未来LED向汽车领域的渗透。市场调研公司Strategies Unlimited预测,到2013年,全球汽车LED室外照明的整体市场规模将由2008年的1.58亿美元增长到3.47亿美元。另据水清木华研究中 心(ResearchInChina)的《2008-2009年全球与中国汽车LED照明行业研究报告》显示,到2014年,LED头灯将在成本和性能上 与传统的HID头灯(假设LED技术能按照目前的发展速度不断进步)具备可比性,到那时,LED在汽车领域的应用将大为改观,单是汽车头灯的市场规模就将达到1.22亿美元。

宝马的BMW-7系列汽车采用了瑞典Autoliv公司的第二代Night Vision 2夜视系统,该系统采用了一个远红外传感器,用以扫描路上的行人,其夜视距离是近光灯的3倍。当检测到车辆前方有行人或动物时,系统会自动分析现场和车辆 动态,评估驾驶员碰撞到目标的风险,并在必要时向驾驶员发出警报(如通过车载显示屏发出警报,见图2)。“Autoliv公司最新的夜视系统,将夜间驾驶 安全提高到了一个全新的水平,它为驾驶员在夜间道路上提供了‘另外一只眼’。”Autoliv公司夜视系统总经理Stuart Klapper如是说。


图 2

图2:当在夜间检测到一名男子在车前横穿马路时,宝马BMW-7系列汽车的远红外夜视系统向驾驶员发出了警报在行车速度较慢、人流较多的城市路段,该系统只对道路上近距离内的较小范围进行监测,以避免出现过多的警报;而在行车速度较高、人流稀少的乡村

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top