ZASTOSOWANIE DIOD LED W TECHNICE OŚWIETLENIOWEJ SAMOCHODÓW THE APPLICATION OF LIGHT EMITTING DIODES IN LIGHTING ENGINEERING FOR MOTOR VEHICLES

Transkrypt

1 dioda LED, samochód, światło Artur BOGUTA 1 ZASTOSOWANIE DIOD LED W TECHNICE OŚWIETLENIOWEJ SAMOCHODÓW Diody LED to znane źródła światła, które początkowo były wykorzystywane, jako elementy sygnalizacyjne, ale dziś skuteczność świetlna tych elementów uległa znacznej poprawie, przez co znalazły one zastosowanie w oświetleniu. Diody LED charakteryzują się niewielkim rozmiarem, długa żywotnością i dużą sprawnością. Dzięki tym właściwościom, są coraz częściej wykorzystywane jak źródła światła w przemyśle i w domu. Coraz częściej spotykamy diody LED w lampach sygnalizacyjnych i oświetleniowych samochodów. W pracy przedstawiono ocenę przydatności diod LED, jako źródeł światła w technice samochodowej. THE APPLICATION OF LIGHT EMITTING DIODES IN LIGHTING ENGINEERING FOR MOTOR VEHICLES The light emitting diodes are known as the light sources which have been initially used as signalling elements. Actually their application for lighting purposes is possible owing to significant improvement of their luminous efficiency. The light emitting diodes are characterized by small size, long term service life and high efficiency. Therefore they are more and more often used as the light sources in industry and household applications. LEDs are more and more often applied in signal and lighting lamps in motor vehicles. The purpose of the study is to present the evaluation of the suitability of light emitting diodes as the light sources in automotive engineering. 1. WSTĘP Diody LED to elementy półprzewodnikowe, które pod wpływem przepływającego przez nie prądu wytwarzają silne promieniowanie świetlne. Zastosowanie diod LED we współczesnych instalacjach oświetleniowych samochodów staje się coraz częstsze. Producenci samochodów wprowadzają diody do lampek sygnalizacyjnych w deskach rozdzielczych oraz coraz częściej do oświetlenia wewnętrza pojazdów. Nowym wyzwaniem dla konstruktorów jest zastosowanie ich do zewnętrznych lamp zespolonych. Zastosowanie diod LED w technice motoryzacyjnej wynika z ich dobrych parametrów elektrycznych, świetlnych oraz z małych gabarytów. 1 Artur Boguta Politechnika Lubelska, Katedra Inżynierii Komputerowej i Elektrycznej, Lublin, Nadbystrzycka 38A, e.mail: a.boguta@pollub.pl

2 194 Artur BOGUTA. DIODA LED, JAKO ŹRÓDŁO ŚWIATŁA W SAMOCHODZIE Światłości lamp samochodowych jest bardzo zróżnicowana i zmienia się od 4 cd dla świateł tylnych pozycyjnych do cd dla zespołu lamp drogowych. Przyjmując dla zwykłej diody LED światłość ok. cd, wykonanie lamp powyżej 00 cd ze względów praktycznych jest niemożliwe. Dlatego tylko niektóre światła samochodowe można wykonać na standardowych diodach LED. Stosując nowszej generacji diody i wyposażając je w odpowiednie radiatory i kolimatory w obecnej chwili można wykonać już wszystkie światła zewnętrzne samochodu nawet z reflektorami świateł drogowych. Tab. 1. TEORETYCZNA ILOŚĆ DIOD LED DLA POSZCZEGÓLNYCHLAMP SAMOCHODOWYCH Rodzaj światła Światłość [cd] Teoretyczna ilość standardowych diod LED Drogowe Max: Przeciwmgłowe Mijania Min Przednie Tylne Cofania Pozycyjne Przednie Tylne Hamowania Kierunku jazdy 3. BUDOWA LAMPY DIODOWEJ Przednie Boczne 0, Tylne Do budowy lampy diodowej wykorzystano tradycyjną zespoloną lampy samochodową, którą poddano odpowiednim modyfikacjom. Minimalna ilość diod została ustalona na podstawie obowiązujących norm (ECE), oraz przeprowadzonych pomiarów. Diody umieszczono na płytkach drukowanych łącząc je w odpowiednie sekcje szeregowe i równoległe wynikające z ich liczby. Płytki drukowane wraz z diodami umieszczono w lampie zespolonej, w której zamiast barwionego klosza zastosowano bezbarwny. 4. BADANIA Badania tradycyjnej lampy oraz lamp z diodami LED wykonano w układzie przedstawionym na rys.1.

3 ZASTOSOWANIE DIOD LED W TECHNICE OŚWIETLENIOWEJ 195 Rys.1. Schemat układu pomiarowego dla zbadania strumienia świetlnego poszczególnych świateł samochodowych Układ pomiarowy składa się zregulowanego zasilacza prąd stałego, który ma wbudowany woltomierz i amperomierz, luksomierza z zewnętrznym czujnikiem pomiarowym. Odległość pomiędzy badaną lampą a czujnikiem pomiarowym wynosi 1,5m. Za pomocą luksomierza zmierzono strumień świetlny dla tradycyjnych lamp z żarówkami. W tabeli przedstawiono wyniki uzyskane w czasie tych pomiarów. Tab.. NATĘŻENIE ŚWIATŁA DLA LAMP Z ŻARÓWKAMI Rodzaj klosza Natężenie światła E [lx] światło stop 18 światło postojowe 1 światło kierunku jazdy światło cofania 43 Lampy z diodami LED badano w tym samym układzie, co lampy tradycyjne. Badania te przeprowadzono w celu wyznaczenia niezbędnej ilości diod LED dla uzyskania odpowiedniego strumienia świetlnego. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 3.

4 196 Artur BOGUTA Tab. 3. NATĘŻENIE ŚWIATŁA UZYSKANE DLA DIOD LED ZAMIESZCZONYCH W LAMPIE ZESPOLONEJ SAMOCHODU Diody białe Diody czerwone Diody pomarańczowe Ilość Natężenie Natężenie Ilość światła [lx] światła [lx] Ilość OBLICZENIA MINIMALNEJ ILOŚCI DIOD LED DLA WYBRANYCH ŚWIATEŁ Natężenie światła [lx] Obliczenie niezbędnej liczby diod do uzyskania wymaganego natężenia światła wykonano na podstawie normy (ECE). Podaje ona zakres światłości dla poszczególnych lamp samochodowych. W tabeli 4 podano zakres światłości dla wybranych lamp. Tab. 4.ŚWIATŁOŚĆ WYBRANYCH LAM WG NORMY (ECE) Rodzaj Światłość [cd] światło stop światło postojowe tylne 4-1 światło cofania światło kierunku jazdy Natężenie światła dla poszczególnych lamp obliczono z zależności: I E = (1) d gdzie: I- światłość E- natężenie światła d- odległość źródła światła od ekranu pomiarowego Tab. 5. ŚWIATŁOŚĆ WYKONANYCH LAM DIODOWYCH Rodzaj Ilość diod LED Światłość [cd] światło stop 4 86 światło postojowe tylne 1 4 (element rozpraszający) światło cofania 30 nie spełnia wymagań światło kierunku jazdy 8 53

5 ZASTOSOWANIE DIOD LED W TECHNICE OŚWIETLENIOWEJ KORZYŚCI WYNIKAJĄCE Z ZASTOSOWANIA DIOD LED W LAMPACH SAMOCHODOWYCH Diody LED charakteryzują się długą żywotnością i małym poborem energii. Do zasilenia lampy stop wykonanej z diod LED wystarczy prąd o wartości 60 ma przy 1 V a dla lampy tradycyjnej (żarówka 1W/1V) prąd o wartości 1,75A. Stosunek mocy obu lamp wynosi: gdzie: P 1 -moc pobierana przez lampę diodową P -moc pobierana przez lampę żarową U-napięcie instalacji samochodowej 1V I 1 -prąd pobierany przez lapmę diodową I -prąd pobierany przez lampę żarową. P 1 U I1 I1 0,06 = = = = () P U I I 1,75 Diody LED potrzebują około 3% energii zużywanej przez żarówkę 1W. Dla światła stop bardzo ważna jest szybkość reakcji lampy, czyli bezwładność źródła światła. Diody LED charakteryzują się bardzo krótkim czasem bezwładności. Z pomiarów wynika, że dioda LED potrzebuje 30µs, a żarówka 75ms na uzyskanie pełnej światłości. Można przyjąć, że dioda LED osiągnie swoje maksimum światłości ponad 500 razy szybciej niż tradycyjna żarówka samochodowa. Ma to wpływ na szybkość informowania innych użytkowników drogi o manewrze hamowania. W tabeli 6 przedstawiono skrócenie drogi hamowania dzięki zmniejszeniu bezwładności lampy z diodami LED. Tab. 6. SKRÓCENIE CZASU REAKCJI KIEROWCY PO ZAMONTOWANIU W ŚWIETLE STOP DIOD LED Prędkość [km/h] Prędkość [m/s] Skrócenie drogi hamowania [m] 50 13, ,78, ,67 3, ,56 4,17 7. WNIOSKI Współczesny przemysł motoryzacyjny ciągle się rozwija i wprowadza nowe technologie w swej produkcji. Światła samochodowe zbudowane na diodach LED pojawiły się na rynku stosunkowo niedawno. Są one montowane seryjnie w nowych samochodach niektórych firm. Firmy motoryzacyjne unowocześniają oświetlenie samochodów tak, aby dawało ono jak najlepsze efekty przy minimalnym zużyciu energii. Diody LED znalazły zastosowanie w światłach samochodowych z powodu wielu czynników, którymi przewyższają zwykłe żarówki: energooszczędność - pobierają 3% energii potrzebnej do zasilenia żarówki żywotność od do godzin (żarówka zwykła 1000godzin)

6 198 Artur BOGUTA barwa światła - nie wymagają zabarwiania klosza lampy mała bezwładność lampy wcześniej ostrzegamy jadących za nami o manewrze hamowania. Cechą wartą podkreślenia jest wpływ diod LED na ochronę środowiska. Samochody wyposażone w lampy diodowe do jazdy dziennej zużywają mniej energii elektrycznej, dzięki czemu automatycznie zmniejsza się zużycie paliwa o około 0,5l/100km. Jedyna wadą lamp samochodowych z diodami LED jest to, że nie ulegają one samooczyszczeniu z gromadzącego się na nich śniegu lub lodu. Lampy wyposażone w tradycyjne żarówki wytwarzają tyle ciepła, że na kloszach nie gromadzi się lód i śnieg. 4. BIBLIOGRAFIA [1] Żagan W.: Podstawy techniki świetlnej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 005. [] PN-91/S : Światła pozycyjne i obrysowe wymagania świetlne i metody badań. [3] Economic Commission for Europe (ECE) Inland Transport Committee: TRANS/WP.9/GRE/005/40,41,4