Optiques et feux à LED

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Description détaillée

L'utilisation des LED comme source d'éclairage automobile connait un essor très rapide depuis 2010. Les ampoules à incandescence standard ou halogène ainsi que les ampoules au xénon sont remplacées par des LED (ou DEL, diodes électroluminescentes) qui sont des composants électronique semi conducteur qui émettent de la lumière.

Par rapport aux différentes ampoules utilisées actuellement les LED possèdent de nombreux atouts :

• consommation d'énergie très faible
  
  En 2010 il fallait 10 LED pour atteindre l'équivalent d'une ampoule halogène et avec les progrès réalisés sur les LED 5 suffisent.
  L'éclairage de route à LED consomme environ 5 fois moins d'énergie qu'un éclairage classique halogène, ce qui représente un économie de carburant d'environ 2%.
  Un feu de stop ou un indicateur de direction avec ampoule consomme 21W. Un feu de stop comportant 26 LED consomme 6 W et un indicateur de direction comportant 33 LED consomme 9 W. La signalisation à LED permet une économie d'énergie d'au moins 50% par rapport à la signalisation à ampoules

• temps d'allumage plus rapide

Le temps nécessaire pour l'éclairage d'une ampoule à filament est de 200 microsecondes contre 100 nanosecondes pour l'éclairage d'une LED. Dans sa phase d'éclairage les LED sont donc 2000 fois plus rapide, ce qui constitue un facteur de sécurité supplémentaire. Ceci permet de gagner 5 à 10 mètres sur un freinage d'urgence.

• durée de vie beaucoup plus longue

La durée de vie des LED est de l'ordre de 5000 à 20000 heures, ce qui est supérieure à la durée de vie moyenne d'un véhicule, donc pas de remplacement.

• plus grande résistance aux chocs

Une LED, même allumée est beaucoup plus résistante aux chocs que les ampoules, ce qui constitue un avantage supplémentaire en cas d'accident.

• taille réduite permettant une intégration plus facile dans les feux

• permet de réaliser des feux aux styles différents pour affirmer l'identité de la marque:

Possibilité de nouvelles options de style et par conséquent, un grand potentiel de différentiation aux constructeurs automobile.

Ces éclairages se sont multipliés sur les feux de jour et l'éclairage avant. Leur coût est continuellement en baisse depuis des années, notamment moins élevé que pour les lampes à décharges classiques (xénon ou HID de 35W).

Dans la recherche du moindre gramme de  CO2, des blocs optiques à LED peuvent générer des économies de l'ordre de 1g/km à 2.8g/km de CO2. Automotive Lighting, équipementier, a obtenu en 2014, l'approbation d'inscrire son éclairage à LED: "E-Light", en tant qu'éco-innovation. Avec 11W, ces feux de croisemeent générent une  économie théorique de 1.14 de CO2 g/km sur un véhicule essence.

Quelques aspects techniques:

Les LED sont constituées d'une petite pastille de semi-conducteur qui sous l'effet de la tension qui lui est appliquée libère des électrons qui provoquent l'émission de photons. La fréquence de vibration de ces photons génère de la lumière => émission de la couleur de la lumière par la source et pas en raison d'un cache extérieur! Cette fréquence de vibration est fonction de la tension d'alimentation de la LED et de la composition de l'élément semi conducteur.

Les LED existent en plusieurs couleurs : blanc, rouge, jaune, orange, vert, mais en automobile ce sont plutôt des LED incolores qui sont utilisées. Ces LED incolores existent en lumière blanche, rouge, jaune, orange ce qui permet une signalisation de couleur dans un feu incolore.

Mercedes a présenté en 2016 le HIGH RANGE LED doté d'une portée de 600m pour les feux avant.

D'autres gains sur ces technologies ont permis de passer d'une consommation de 20W à 13.5W pour des applications de feux diurnes.

On peut trouver des feux antibrouillard avant à LED (12V/4 à 12W), habitacle (12V/ 0,4 à 3W), plaques, etc...

Les OLEDs ou Organic Light Emitting Diode vont progressivement réaliser les fonctions de clignotants et feux stop. Les avantages de leur structure (faible épaisseur, maléabilité, etc) permettent de créer des structures en 3D, des design futuristes, des styles propres au choix du constructeur et d'ainsi afficher un style "marque" bien spécifique ou encore de créer des styles d'éclairage plus du tout formatés (balayage de faisceau lumineux, changement de couleur, temps d'affichage, clignotement...).

Exemple d'une platine LED de feu AR de brouillard comprenant 15 LED incolores émettant une lumière rouge.

Exemple d'une coupe de LED classique:

Exemple de visuel d'une LED montage CMS:

La petite taille des LED permet de nouveaux dessins de feux de signalisation.

Sur les schémas électriques les LED peuvent être représentées par les symboles:

Actuellement il faut plusieurs LED pour remplacer une ampoule halogène, la lumière émise par ces LED peut être diffusée dans l'optique à travers une lentille.

C'est le nombre de puces qui constituent le bloc optique qui détermine le rapport puissance/lumens/coût. La plupart des constructeurs tournent autour de 2000 lm en feux de croisement. Ainsi il n'y a pas dépassement de ce niveau de lumen fixé par les lois européennes qui obligent l'installation d'un système de lavage de bloc optique et de correction de site à partir de ce seuil.

Pour exemples, on peut rencontrer des blocs optiques avant avec 38 leds, 53 leds, etc.

Vues internes de feux arrières:

Exemple d'une gestion de feux arrière sur Audi A8:

source VAG


Les LED rouges sont communes aux veilleuses et aux stops. Leur intensité, différente pour les veilleuses et les stops, est gérée par un modulateur de largeur d'impulsions (MIL).

En veilleuse, la largeur des impulsions (en bleu dans le schéma) est déterminée (environ 10%) pour obtenir une intensité conforme à une luminosité « veilleuse ». Lors d'un freinage le boîtier MIL augmente la largeur des impulsions (environ 95%) pour augmenter l'intensité dans les LED donc leur luminosité.

La fréquence de ces impulsions est supérieure à 100 Hertz pour que aucun scintillement ne soit perceptible à l'œil. La défaillance d'une LED ne perturbe pas le fonctionnement des autres.

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Méthodes et pratiques

Mécanicien : remplacement des optiques et des platines LED

Mécanicien-électricien : remplacement optiques et des platines LED, remplacement et  réparation des faisceaux.

Electricien-électronicien: réparation des faisceaux, remplacement des éléments du système, diagnostic, paramétrage éventuel des calculateurs et réglages initiaux.

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Impact sur les compétences en atelier

L'intervention sur ces systèmes exige d'un technicien:

• de connaître la structure des réseaux multiplexés
• connaître les protocoles et leurs modes dégradés
• de maitriser la lecture des schémas schémas électriques
• de maîtriser toutes les fonctions de l'outil de diagnostic
• maîtriser toutes les fonctions de l'oscilloscope et du multimètre
• de connaître les procédures de configuration et de paramétrage.

Les intervenants non techniciens doivent:

• Être en mesure de câbler le système si les éléments sont déposés
• Identifier le niveau d'équipement

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Exemple d’outillage approprié

Outil de diagnostic
Régloscope ou réglophares