plik

224 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 86 NR 7/2010

Artur BOGUTA, Sławomir OSTROWSKI, Henryk OZIMEK

Politechnika Lubelska, Katedra Inżynierii Komputerowej i Elektrycznej

Energooszczędne półprzewodnikowe źródła światła stosowane

w technice motoryzacyjnej

Streszczenie. Diody LED to nowe źródła światła, które zrewolucjonizowały przemysł elektroniczny. Dzięki swoim właściwościom, takim jak: niewielki
rozmiar, energooszczędność, długa żywotność, są wykorzystywane w przemyśle i w domu. W pracy przedstawiono zastosowanie diod LED do
oświetlenia w technice samochodowej.

Abstract. LEDs are novel light sources that have revolutionized the electronic industry. Owing to their properties such as small size, power savings
and robustness they can find both industry and household applications. The article discusses LED application to automotive lighting. (Energy
saving semiconductor light source applied within automotive technology).

Słowa kluczowe: dioda LED, światło samochodowe, światło do jazdy dziennej, samochód.
Keywords: LED, automotive lighting, Daylight Running lamps, car.

Wstęp

Dioda LED to element półprzewodnikowy, który emituje

silne promieniowanie świetlne przy przepływie przez jego
strukturę niewielkiego prądu elektrycznego.

Zastosowanie diod LED w instalacjach oświetleniowych

samochodów staje się we współczesnym przemyśle
motoryzacyjnym coraz częstsze. Producenci samochodów
powoli wprowadzają diody do lamp samochodowych, oraz
do oświetlenia wnętrza pojazdów. Zastosowanie diod LED
w technice motoryzacyjnej wynika z ich dobrych
parametrów elektrycznych i świetlnych.

Zastosowanie diod LED jako źródeł

światła

w samochodzie

Światłość lamp samochodowych jest bardzo

zróżnicowana i zmienia się od 4 cd dla świateł tylnych
pozycyjnych do 225.000 cd dla zespołu lamp drogowych.
Przyjmując dla pojedynczej diody czerwonej LED światłość
ok. 2 cd, wykonanie lamp powyżej 200 cd ze względów
technicznych jest niemożliwe. Dlatego światła do jazdy
dziennej wykonano wykorzystując specjalne diody mocy
typu CREE XR-C P3.

Tabela 1. Teoretyczna ilość diod led dla poszczególnych lamp
samochodowych

Rodzaj światła

Światłość [cd]

Teoretyczna

ilość diod LED

Drogowe Max:

225000

100000

Mijania Min

1000

500

Światło do jazdy dziennej

(diody mocy)

400 8

Przeciwmgłowe

Przednie 350÷600

175÷300

Tylne 300÷840 150÷420

Cofania

300÷600

150÷300

Pozycyjne

Przednie 4÷100

2÷50

Tylne 4÷12

2÷6

Hamowania 60÷521 30÷260

Kierunku jazdy

Przednie 175÷700

87÷350

Boczne 0,6÷200

1÷100

Tylne 50÷350 25÷175

Budowa lampy diodowej

Do budowy lampy diodowej wykorzystano tradycyjne

lampy samochodowe, które poddano modyfikacjom.

Minimalna ilość diod została ustalona na podstawie

obowiązujących norm (ECE), oraz przeprowadzonych
pomiarów.
  Diody w tylnej lampie umieszczono na płytkach
drukowanych,  łącząc je w odpowiednie sekcje szeregowe
i równoległe wynikające z ich liczby.

Przednią lampę zmodyfikowano wycinając część
odbłyśnika w miejscu, którego wstawiono element
aluminiowy z naklejonymi diodami. Element aluminiowy
spełnia dodatkowo funkcje radiatora odprowadzającego
ciepło wydzielające się podczas pracy lampy diodowej.

Badania

Badania tradycyjnej lampy oraz lamp z diodami LED

wykonano w układzie przedstawionym na rysunku 1.

Rys. 1. Schemat układu pomiarowego dla zbadania strumienia
świetlnego poszczególnych świateł samochodowych

Za pomocą luksomierza zmierzono strumień świetlny

dla tradycyjnych lamp z żarówkami oraz dla lamp
wykonanych na diodach LED.

W tabeli 2 i 3 przedstawiono wyniki uzyskane w czasie

tych pomiarów.

Tabela 2. Natężenie światła dla lamp z żarówkami

Rodzaj światła

Natężenie światła

E [lx]

„stop” 18

postojowe 1

kierunku jazdy

cofania 43

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 86 NR 7/2010 225

Lampy z diodami LED badano w celu wyznaczenia

niezbędnej ilości diod LED dla uzyskania odpowiedniego
strumienia świetlnego. Uzyskane wyniki przedstawiono
w tabeli 3.

Tabela 3. Natężenie światła uzyskane dla diod led zamieszczonych
w lampie samochodowej

Diody białe Diody

czerwone

Diody

pomarańczowe

Ilość

Natężenie

światła

[lx]

Ilość

Natężenie

światła [lx]

Ilość

Natężenie

światła [lx]

6 21 4 11 4 6

12 40  8  22  8  14
18 50  12  32  12  19
24 60  16  39  16  23
30 67  20  47  20  27
36 73  24  55  24  30
42 75

28 34

48 77

Obliczenia minimalnej ilości diod LED dla wybranych
świateł

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.

Tabela 4. Światłość wybranych lam wg normy (ECE)

Rodzaj światła

Światłośc [cd]

dzienne 400-1200

„stop” 60-185

postojowe tylne

4-12

cofania 300-600

kierunku jazdy

50-350

Natężenie światła dla poszczególnych lamp obliczono
z zależności:

(1)



gdzie: I - światłość, E - natężenie światła, d - odległość
źródła światła od ekranu pomiarowego.

W tabeli 5 podano światłości uzyskane dla zbudowanych
lamp

Tabela 5. Światłość wykonanych lamp diodowych

Rodzaj światła Ilość diod LED

Światłość [cd]

Do jazdy

dziennej

8 (dioda mocy)

409

Stop 24

Postojowe tylne

4 (element

rozpraszający)

Cofania 30 nie

spełnia

wymagań dla

zwykłych diod

Kierunkowskaz 28

Reflektor

światełem do jazdy dziennej został

dostosowany do obowiązujących dyrektyw ECE Regulation
No. 87 EKG ONZ48 po przez zrealizowanie takich funkcji
jak:

 barwa biała,

 powierzchnia elementu odbłyśnika min 25cm

 włączanie i wyłączanie światła do jazdy dziennej bez

ingerencji kierowcy wraz z włączeniem zapłonu,

 automatyczne wyłączenie światła do jazdy dziennej po

włączeniu zapłonu, lub światła mijania, lub światła
drogowego,

 wbudowanie światła do jazdy dziennej w przedni

reflektor samochodowy spełnia kryteria odnoszące się
do umiejscowienia lampy,

 przystosowanie reflektora do współpracy z napięciem

roboczym instalacji 12 V,

 światłość lampy większa od 400 cd i nieprzekraczająca

1200 cd:

 kąt rozsyłu światła według normy [3]:

Rys. 3. Rozsył procentowy światłości lampy do jazdy dziennej
według normy [3]

Pomiary

kątów rozsyłu zbudowanego światła odbyły się

zgodnie z normą ECE Regulation No. 87 EKG ONZ48
mówiącą o minimalnym rozkładzie  światłości kątowych
lampy (rys. 3).
  Na rysunku 4 przedstawiono uzyskane wyniki.
Maksymalna światłość zmierzona wynosi 409,75 cd, dzięki
zastosowaniu ośmiu sztuk diod LED mocy.
Lampa

świateł do jazdy dziennej spełnia wszystkie

wymagania dotyczące montażu, eksploatacji oraz budowy.
Natomiast bryła fotometryczna zastosowanych diod LED
nie spełniała wymagań tylko w jednym punkcie rozsyłu
procentowego światłości – jest to punkt 5° wychylenia w
prawo. Zgodnie z normą, światłość w tym punkcie powinna
wynosić minimum 90% światłości maksymalnej –

w zbudowanym modelu światłość ta wynosi 84%. Ponadto
światło wykazuje lekką asymetrię – lecz mieszczącą się
w granicach normy.

Rys. 4. Procentowy rozkład światłości lampy do jazdy dziennej
wykonanej przy użyciu diod LED

Korzyści wynikające z zastosowania diod LED
w lampach samochodowych

Diody LED charakteryzują się długą żywotnością i małym

poborem energii.
Moc pobierana przez lampę „stop” wykonana z diod LED
wynosi 0,72W (0,06A przy 12V), a moc pobierana przez

100

226 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 86 NR 7/2010

lampę tradycyjną wynosi 21W (1,75A przy 12V). Moc
pobierana przez lampę diodową do jazdy dziennej wynosi
16,9W natomiast moc tradycyjnej żarówki stosowanej do
lampy świateł mijania wynosi 55W.

Na rysunku 5 przedstawiono porównanie poboru mocy

lampy LED z lampą łukową oraz lampą żarową.

Rys. 5. Porównanie poboru mocy lamp samochodowych

Na rysunku 6 przedstawiono widok fragmentu lampy do

jazdy dziennej oraz widok lampy tylnej wykonanej z diod
LED. W lampie tylnej zastosowano przezroczysty i
niebarwiony klosz. Zgodność barwy światła uzyskano
montując diody emitujące określona długość fali świetlnej.

Rys. 6. Lampy diodowe wykorzystywane w badaniach

Dla

światła „stop” ważna jest szybkość reakcji lampy,

czyli bezwładność źródła światła. Diody LED charakteryzują
się bardzo krótkim czasem bezwładności. Z pomiarów
wynika, że dioda LED potrzebuje 30

s, a żarówka 75ms na

uzyskanie pełnej światłości. Można przyjąć, że dioda LED
osiągnie swoje maksimum światłości ponad 2500 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.

Tabela 6. Skrócenie drogi hamowania (czas reakcji kierowcy) po
zamontowaniu w świetle „stop” diod LED

Prędkość

[km/h]

Prędkość

[m/s]

Skrócenie

drogi

hamowania

[m]

50 13,89 1

100 27,78 2,08
150 41,67 3,12
200 55,56 4,17

Podsumowanie i 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 montowane
seryjnie w nowych samochodach. 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 mniej energii potrzebnej

do tradycyjnej żarówki

 żywotność – 100000 godzin (żarówka 1000godzin)

 barwa światła – nie wymagają zabarwiania klosza lampy

 mała bezwładność lampy.

Samochody

wyposażone w lampy diodowe do jazdy

dziennej zużywają mniej energii elektrycznej, dzięki czemu
zmniejsza się zużycie paliwa.

LITERATURA

[1] Ż a g a n W . , Podstawy techniki świetlnej, Oficyna Wydawnicza

Politechniki Warszawskiej 2005

[2] PN-91/S-73034.: Światła pozycyjne i obrysowe –wymagania

świetlne i metody badań

[3] Economic Commission for Europe (ECE) Inland Transport

Committee: TRANS/WP. 29/GRE/2005/40, 41, 42

Autorzy:
dr inż. Artur Boguta, mgr inż. Sławomir Ostrowski, mgr inż. Henryk
Ozimek, Politechnika Lubelska, Wydział Elektrotechniki
i Informatyki, Katedra Inżynierii Komputeroweji
Elektrycznej,ul. Nadbystrzycka 38A 20-618 Lublin,
E-mail: artbog@elektron.pol.lublin.pl;