[XCAR 汽车文化 原创]

汽车自诞生之日起的一百多年来，汽车形态和每一个零件都经历着不断的发展和进步。可以说现代汽车任何一部分都与一百多年前那辆“奔驰1号”完全不同。在一辆汽车的千百个组成部分中，前大灯的进化可谓“瞩目”：不但照明方式发生了巨变，连它的功能也从单一的照明功能发展成汽车外形设计的重要部分。今天我们就来聊聊汽车前大灯的前世今生。

可以说，汽车的前大灯是汽车灯具中最早出现的种类。因为作为灯具，照明功能是最基本的需要，至于刹车灯、转向灯、雾灯等则是汽车发展到一定水平时，根据不断出现的需要才逐步被应用到汽车上的。

一、煤油灯和乙炔灯

早在19世纪马车时代就出现了用于照明的车灯。因为那时电力还未被应用，道路缺乏路灯，马车在夜间行进缺乏照明。因此马车开始装备灯具，不过此时的马车灯都是由煤油或蜡烛作为照明光源，只有少数灯具有聚光功能，因此照射范围十分有限。好在马车的速度并不高，微弱的灯光能够照亮前路并警示路人足矣。

机动车时代初期，内燃机汽车的速度还不及马车，因此车灯并不是必须装备。你在“奔驰一号”等早期内燃机车上就看不到车灯的影子。随着汽车速度的不断提高，前照灯（也就是前大灯）变成为必不可少的汽车部件。不过虽然早在1879年托马斯·爱迪生就发明了碳丝电灯泡，但由于当时的汽车都为手摇式启动方式，汽车上并没有现在我们常见的蓄电池，也就没有电力供应给电灯泡，因此当时的汽车都是以煤油或乙炔灯作为照明工具的。

煤油灯在马车时代就已出现，应用在汽车上是顺理成章的事儿。煤油灯的原理是将煤油注入位于灯具下方的油壶里，通过灯芯的虹吸作用引入灯芯顶端持续提供燃料。在灯芯后部有用于聚光的灯碗，四周也有玻璃罩防风。煤油灯的优点是燃烧稳定，不易熄灭。但煤油灯的亮度很低，即便通过聚光装置其照明范围也十分有限。

另一种是乙炔气灯。这种灯的原理与现在的乙炔焰焊枪原理相同：通过碳化钙（电气石）与水进行化学反应，生成可燃气体乙炔（C2H2），通过燃烧发光。在乙炔灯的下部通常设有一个反应罐，电气石和水在其中反应生成的乙炔气体通过一根胶皮管导入灯腔内部，点燃使之燃烧。乙炔焰的温度很高，光线更明亮。

随着汽车的颠簸，反应会更充分，但缺点是随着“燃料”的消耗，乙炔气体会逐渐变少，光线也就逐渐暗淡。况且这种可燃气体对人体有危害，其反应后的残渣也难于清理。不过由于电灯泡发展初期其性能和寿命都极不稳定，因此虽然乙炔灯有诸多缺点，它还是直到1921年才彻底退出汽车领域。

二、钨丝灯和卤素灯

虽然最初电灯泡的表现并不能令人满意，但电力时代还是不可阻挡的历史洪流。1913年，螺旋钨丝白炽灯替代了原来碳丝白炽灯，照射强度提升了50%，寿命和可靠性都得到了提高，为能安装在颠簸的汽车上创造了条件。

由于最初的汽车并没有蓄电池，因此最早应用电灯泡的车辆却是电动车（如今被我国定义为新能源车电动车其实并不“新”，电动车的诞生甚至早过石化燃料汽车）。当时电动车上装载的铅酸蓄电池能为电灯泡提供持久稳定的电力，因此在上世纪初叶的电动车上，大多装备了电灯泡作为照明设备。

不过问题也随之而来，随着照明亮度的提高，在照亮汽车前方的同时也造成了对向的眩目情况，严重影响了行车安全。当时的车灯结构简单，只有灯泡和增加照度的聚光碗，并不能控制车灯的照射角度和范围，因此在当时，驾驶员只能在前方有会车时停车，走到车前将车灯的夹具调低，相当麻烦。

1915年Guide Lamp 公司推出了第一个考虑到对向来车晃眼而配备近远光调节的汽车灯具，但它所涉及的车灯系统只是能够调节车灯照射的高低，不能调节照射范围。接着，美国康宁公司开发出带有光束调节功能的车灯玻璃罩，这种玻璃罩通过光学设计，控制光束的漫射，使灯光光束更集中，降低了眩光。

但这种方式都无法实现调节，于是近光灯、远光灯的概念逐渐形成。近光灯照射角度低、范围小，在有良好道路照明的情况下辅助驾驶员看清车头近距离的路况，又不会“晃”到对向来车；远光灯光照面积大、照射距离远、光强更高，适合在全黑路况下照明，但会对对向来车造成强烈炫目，因此在会车时一定要关闭远光灯。

第一个设计有远近光换功能的汽车大灯灯泡的是德国欧司朗（OSRAM）公司。这种设计十分巧妙。它将负责远、近光照明的两根灯丝整合在一只灯座上。负责远光的灯丝功率大，设在反射碗的焦点上，通过反射将光线均匀地照向前方的大范围；而近光灯丝则设置在焦点前方，反射角度则偏向地面。

驾驶员可以在车内控制远、近光灯丝的点亮和熄灭：当对向来车时，远光灯丝熄灭；当对向无车时，两根灯丝同时点亮。而这种灯泡就是现代H4型灯泡的鼻祖。

由于当时光学设计还不完善，为了提高照度和增加照射范围，在大灯罩上都设计有复杂的棱线和螺旋线，因此在老式汽车上，我们看到的大灯罩都不是完全透明的。随着灯泡技术的提高，增加了一系列控制反射、折射的零件，如折射伞、透镜、遮板等，对反射碗的镀膜材料和光学结构也做了优化，能更好控制光线的照射范围和照射形状，因此现代汽车的大灯罩变得清澈透明（曾经人们叫它“晶钻大灯”），这样我们能从外部一眼看穿大灯的结构。

随着技术的进步，普通钨丝灯（白炽灯）光线弱、色温低、使用时间长易发黑的缺点越来越突出，于是在二十世纪50年代出现了卤素灯泡，如今90%以上的车用灯泡都是卤素灯。

卤素灯泡还是以钨丝作为发光源，只是在灯泡内部填充了卤素（溴和碘的混合气体）。当灯丝发热时，钨原子被蒸发后向玻璃管壁方向移动，当接近玻璃管壁时，钨蒸气被冷却到大约800℃并和卤素原子结合在一起，形成卤化钨(碘化钨或溴化钨)。卤化钨向玻璃管中央继续移动，又重新回到被氧化的灯丝上。由于卤化钨是一种很不稳定的化合物，其遇热后又会重新分解成卤素蒸气和钨，这样钨又在灯丝上沉积下来，弥补被蒸发掉的部分。

通过这种再生循环过程，灯丝的使用寿命不仅得到了大大延长(几乎是白炽灯的4倍)，同时由于灯丝可以工作在更高温度下，从而得到了更高的亮度、更高的色温和更高的发光效率。

也许读者们发现了，现在汽车前大灯的结构种类很多，大致分为远、近光一体式和远近光分体式。这和车灯造型、成本控制有关。一般来说小型车由于灯罩尺寸小，又要节省成本，因此一般都使用远、近光一体的H4卤素灯泡，如本田飞度(参数|询价)、铃木雨燕等。大型车车灯体积大，也不计较成本，因此大多是远、近光分体式，但也有例外，例如奥迪Q5和A4L，也设计成远近光一体带透镜的氙灯泡，这就主要是造型设计的需要了。

细心的你会发现，在远、近光分体式大灯组中，一般只有近光灯才会加装透镜，而远光灯一般没有，即便在豪华品牌宝马车上也是如此。这是缘于透镜的功能：车灯的透镜主要是起到增强灯光照度并控制灯光散射，使灯光更”聚焦”，因此用在近光灯上再合适不过。然而远光灯泡本来功率就大，而且需要更大的散射面积，因此透镜便无用武之地了。

三、氙气放电灯

虽然卤素灯泡相比传统白炽灯泡寿命更长也更耐用，但卤素灯泡依然是利用灯丝发热进而发光的原理，因此发热量大、耗电、照度不高依然是其不可克服的先天缺陷。德国宝马汽车公司于1991年发表汽车氙气放电灯原理后，飞利浦公司花费5年时间研制成功成熟的车用氙气放电灯。而最早装备氙气头灯的却是1995年新款奔驰E级(参数|询价)轿车。

氙气放电灯的英文是High intensity Discharge Lamp，简称HID。它的发光原理与卤素灯泡完全不同，它是一种气体放电灯，它利用惰性气体经高压电击形成电弧的原理，在石英灯泡内填充高压惰性气体——Xenon氙气，两个电极上分别涂有水银和碳素化合物，通过配套电子镇流器，将汽车电池12V电压瞬间提升到23KV以上的触发电压，将氙气电离形成电弧放电并使之稳定发光。

与普通灯泡相比，氙气放电灯有两个显著的优点：一方面，发光的是电弧光，不是通过灯丝发热进而发光，因此电能转化为光能的效率比卤素灯提高70%以上；同时氙气放电灯具有比较高的能量密度和光照强度，它拥有比普通卤素灯泡高三倍的光照强度，耗能却仅为其三分之二。以一支35W氙气灯为例：它的光强是55W卤素灯3.5倍以上，大大减轻了汽车电力系统的负荷，电力损耗节省40%，相应提高了车辆性能，节约能源。

另一方面，氙气灯光色温高，能发出4300K~12000K的高色温，6000K的色温接近日光，因此为驾驶者创造出更佳的视觉条件。

氙气灯拥有诸多优势，因此从1995年开始，欧洲法规批准了氙气灯用在汽车上。由于最初氙气灯的制造成本较高，因此最初都用在高档豪华车上。随着制造成本的不断降低，氙气灯也逐渐装备在经济型车上，并能提供配件供车主改装。

由于氙气灯的光强比卤素灯大很多，因此更易造成对向驾驶员的眩光，因此氙气大灯具的设计、制造和安装要更严格，一般都要搭配光学透镜以更好地控制灯光照射方向。并且强烈的光线也不适合远光灯，而过高的色温穿透力弱，也并不适合雾灯，因此氙气灯泡一般都用作近光灯使用。

四、LED大灯

虽然氙气大灯有诸多优势，但随着汽车安全技术的发展，对灯具也提出了更高的要求，例如智能大灯系统：最早的随动转向功能氙气大灯还能勉强应付，而如今诸如自动会车调整等功能需要复杂的变光技术，甚至要能分别调节灯光照射区域，这对于氙气大灯来说就力不从心了。

要实现更精确的智能灯光调节，只有依靠LED灯泡了。其实LED照明技术半个世纪前就已出现，LED是Light Emitting Diode的简称，俗称发光二极管，最初的LED只能发出红光和绿光，因其耗电低、寿命长、体积小的特点，常出现在仪表指示灯、单色LED灯箱广告上。而LED发光反应时间短，最早应用在汽车上的则是制动尾灯。

如果LED作为照明工具，就必须合成出白光，而要合成出白光就必须要加入蓝光。因此直到上世纪末研制出LED蓝光灯泡，LED技术才进入了照明光源时代。除了作为普通照明光源，LED灯泡也很快成为汽车厂商瞄准的目标：LED汽车灯。

不过，LED灯泡作为汽车前照灯还要克服很多障碍：首先单个LED的光照亮度并不高，要达到氙气大灯的亮度，则必须要一个LED灯组来实现。其次LED灯泡由于体积更小，所以散热性并不好，维修方面也不够方便。

不过LED灯泡的优势也是明显的，首先是更加节能：LED的发光效率达80%~90%，在汽车上，同样的日间行车灯，LED元件的能耗仅为卤素灯的1/20。

其次是寿命超长：目前用在汽车上的LED元件寿命基本都能达到5万小时，而知名的汽车灯光供应商已经能够提供寿命达10万小时的LED元件，并且亮度衰减也非常小，基本上在整车的设计寿命里都不需要更换。相比之下，氙灯的寿命仅为3000小时左右。

最重要的是LED体积更小，灯组的造型更自由，能适应各种车灯造型，给汽车设计师无限的创造空间；另外，LED灯组能实现精确的灯光控制，也就为真正的智能灯光系统提供了实现的可能性。

2013年，德国欧司朗（OSRAM）发布了LED的升级技术——OLED。OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display, OELD）。

OLED具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当电流通过时，有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，能够显著节省电能，为此OLED屏幕具备了许多LED不可比拟的优势。

相比LED的点发光，OLED的面发光让车灯的形状不再受限制，现有LED只能以点阵的方式来组成发光面，而OLED可以直接制作成车辆所需的形状，大量减少发光原件的数量。

另外，矩阵式LED照明技术也被应用在豪华车的智能灯光系统中。在此之前，要实现智能灯光技术，必须在LED灯组前安装一个类似快门的挡板系统，两个步进电机以及可以移动的前透镜组所组成，通过位于车头和前挡风内的两处光学摄像头扫描前方路面行驶的车辆与行走的行人，并以此为依据控制位于大灯组内的挡板，在会车或跟车时，灯光会自动避开相关车辆，防止车灯对司机造成的干扰，同时还能保持最清晰的视野。

而如今矩阵式LED通过单独控制整组光源中的一个或几个点，就能实现智能照明的功能，就好像将整束大灯光线像素化，而每一份都可以由主控芯片来控制，以实现不同的功能。

有了像素化的LED矩阵，省去了机械的步进电机和挡板，灯具的稳定性将得到大幅的提升，同时体积也将大幅减小。同时灯具需要安装独立的散热系统，以满足LED灯组巨大的散热。

五、激光大灯

虽然LED灯泡有诸多优势，但它依然不是汽车大灯的终极选择，它的接替者就是激光大灯。

其实激光并不是什么新技术，半个世纪前就已经出现，激光相比其它光源所发出的光线，最大优势就在于激光是几乎平行的光束，它不会产生光散现象，因此其传送的能量非常集中，这也是激光能作为测距、医学、成像甚至是武器的原因。

近乎平行的光线也就意味着光的形状可以做到极度可控。同一激光器所产生的光波具有恒定并且相同的波长，并且在理想状态下激光可以产生强度大于传统LED光源1000倍的光线。产生同样的照明效果，激光所需要的能源以及所占用的体积能极大地缩减，也就提升了照明的效率。

而这些都是汽车制造企业所需要的汽车大灯特性，未来汽车对灯光的控制近乎苛刻，而对节能的要求也越来越高，激光大灯技术无疑是满足这些要求的最佳选择。

目前激光大灯的光源发生器是激光二极管，如今这项技术已经比较成熟，但用在汽车灯具上还需要进一步的发展，以满足更高的使用强度和可控性。

抛去制造成本和可靠性不谈，激光大灯有着无可比拟的优势：一，由于激光大灯具有极强的定向性，照射后发散度最低，加上极强的发光效率，因此激光大灯的亮度最高，照射距离最远。也是由于这个原因，当今的激光大灯一般都将其作为远光光源，近光用其他照射距离“近”的光源。

二，激光大灯的元件可以压缩至极小的体积内（单个激光二极管元件的长度已可以做到10微米，仅为常规LED元件尺寸的1/100），由于其热量相对较低，不需要复杂的散热结构，因此激光大灯可以满足汽车造型设计师更天马行空的车灯创意造型。

编辑点评:从煤油灯到激光大灯，汽车的照明技术随着汽车的发展不断进步。虽然激光大灯从目前来看是最先进的汽车照明技术，但谁又能说它是车灯发展的终结呢？随着汽车技术的发展，对车灯提出了更高的要求，未来车灯也会向着更节能环保、更安全智能的方向发展。