LED技術(shù)在汽車燈具中的設(shè)計與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

唐華平

摘 要：在節(jié)能環(huán)保的趨勢下，LED技術(shù)以其自身的優(yōu)勢特點(diǎn)應(yīng)用于汽車燈具的設(shè)計和應(yīng)用領(lǐng)域，隨著大功率LED技術(shù)的不斷提升和成本的降低，為汽車燈具產(chǎn)業(yè)提供了更為寬廣的空間。為此，要充分認(rèn)識到LED技術(shù)的優(yōu)勢，探索LED技術(shù)在汽車燈具中的設(shè)計與應(yīng)用實(shí)踐，使之廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)向燈、踏步燈、儀表照明燈、行李廂燈、制動燈、前照燈等信號燈具之中。

關(guān)鍵詞：LED技術(shù) 汽車燈具 設(shè)計 應(yīng)用

中圖分類號：U463.65 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0078-02

汽車行駛的過程中離不開燈具的設(shè)計和應(yīng)用，它是汽車主動安全的重要部件，隨著大功率LED技術(shù)的不斷提升，在汽車燈具中也引入了以LED（發(fā)光二極管）為光源的車燈，顯示出高亮度、低功耗、使用周期長等優(yōu)勢特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車的外部車燈和內(nèi)部車燈之中，極大地推動了汽車燈具行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。

1 汽車LED光源的發(fā)光原理及應(yīng)用優(yōu)勢分析

LED光源是一種半導(dǎo)體器件，由PN結(jié)所構(gòu)成，發(fā)出的光波長λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg的關(guān)系可以表述為：λ≈1.2359/Eg，其中：光波長λ的單位用nm表示，應(yīng)用范圍在380～780nm之間；發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg的單位可以用eV表示，應(yīng)用范圍應(yīng)當(dāng)在3.26～1.63eV之間，由紅色、綠色、藍(lán)色為LED可見光的三基色，進(jìn)行任意組合而生成其他顏色的可見光。汽車LED光源應(yīng)用的工作原理主要表現(xiàn)為以下幾種：（1）由單芯片的LED所構(gòu)成，在單色LED和熒光粉相組合的條件下發(fā)出白光，相關(guān)的組合包括有InGaN（藍(lán)色）/YAG熒光粉、InGaN（紫外）/（紅色+綠色+藍(lán)色）熒光粉、InGaN（藍(lán)色）/（紅色+綠色）熒光粉等。（2）由雙芯片的LED所構(gòu)成，應(yīng)用于顯色性要求較低的使用區(qū)域，其主要的組合構(gòu)成包括有藍(lán)色LED+黃色LED、藍(lán)色LED+黃綠色LED、藍(lán)綠色LED+黃色LED等。（3）多芯片LED。這種方式主要是采用RGB的合成方式，總體光效性較低。

汽車LED光源主要采用由藍(lán)色LED/黃色熒光粉組合而成的單芯片白光LED產(chǎn)品，其發(fā)展相對成熟，有其他光源不可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢特點(diǎn)，具體表現(xiàn)為以下方面：（1）響應(yīng)速度快。LED的響應(yīng)時間短，能夠在多個LED光源之間進(jìn)行快速的切換，當(dāng)其由電源接通到達(dá)所需的發(fā)光亮度時僅須1ms以內(nèi)的響應(yīng)時間，通常應(yīng)用于汽車制動燈的應(yīng)用領(lǐng)域。（2）節(jié)能環(huán)保。LED技術(shù)應(yīng)用于汽車燈具之中，表現(xiàn)出工作電壓低、電流小、亮度高的特點(diǎn)，體現(xiàn)出大功率、低能耗的優(yōu)勢，可以較好地應(yīng)用于電動汽車之中，節(jié)約能源的消耗，提高電動汽車的續(xù)航里程。同時，LED取代鹵素?zé)粢簿哂袠O高的發(fā)光效能，改善整車燃油經(jīng)濟(jì)性。（3）使用壽命長。LED技術(shù)應(yīng)用于汽車燈具之中，還表現(xiàn)出使用時間長的優(yōu)點(diǎn)，由于LED是由環(huán)氧樹脂外部封裝的固態(tài)半導(dǎo)體芯片，具有更高的耐沖擊性能，可以較好地減少光源替換的次數(shù)，較好地保護(hù)精密光學(xué)部件。（4）光色多且易于辨別。LED可以通過紅色、綠色、藍(lán)色的三基色所組合而成，形成極其豐富的光色，并可以較好地應(yīng)用于前照燈中，用于對光色的辨識，由于路標(biāo)是采用被動輝光的反射方式，LED發(fā)出的光能夠極其有效地被物體所反射，使行車駕駛員清晰地辨識交通標(biāo)志。（5）體積小。LED光源可以根據(jù)使用者的需求進(jìn)行不同形狀的設(shè)計和應(yīng)用，尤其是可以設(shè)計為扁平狀、厚度小的形態(tài)，具有體積小的優(yōu)勢特點(diǎn)，有利于汽車的造型設(shè)計。（6）前照燈防眩。白色LED光源的色溫為5500～6000K，與自然光的色溫4800～6000K相接近，可以使駕駛員產(chǎn)生舒適的感覺，同時也不會對迎面駛來的會車司機(jī)造成視障影響。

2 LED技術(shù)在汽車燈具中的應(yīng)用方法分析

2.1 LED技術(shù)在汽車燈具中的具體應(yīng)用

LED技術(shù)在汽車燈具中的應(yīng)用極其廣泛，有極其廣闊的應(yīng)用空間，滿足汽車各種照明的需求，下面重點(diǎn)對汽車前照燈系統(tǒng)、尾部信號燈、車內(nèi)照明燈的應(yīng)用進(jìn)行分析：

（1）LED前照燈系統(tǒng)。將LED技術(shù)應(yīng)用于汽車前照燈之中，通常是采用光形疊加的配光方式進(jìn)行設(shè)計，要設(shè)計多個光源以滿足汽車光通量的需求，要使近光光通量達(dá)到1100lm左右；并要注重前照燈系統(tǒng)構(gòu)成部分的相對位置，務(wù)必使之精準(zhǔn)以確保LED光軸的方向性。另外，要注重LED燈具的電器件應(yīng)用，必須檢查內(nèi)部控制模塊的協(xié)調(diào)性能、電磁抗干擾性等，使之滿足汽車燈具正常應(yīng)用需求。

（2）LED尾部信號燈。在LED技術(shù)應(yīng)用于汽車尾部信號燈的設(shè)計中，要結(jié)合汽車的造型設(shè)計和使用功能，選定相應(yīng)的LED燈型、數(shù)量和焊裝工藝，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝驗證之后，使LED光線在光屏上疊加并經(jīng)由反射鏡和配光鏡折射，形成一定區(qū)域的光形分布，從而滿足汽車尾部信號燈的要求。

（3）LED車內(nèi)照明燈。汽車內(nèi)部的儀表照明燈、踏步燈、門燈、行李箱燈、閱讀燈、頂燈等也可以應(yīng)用LED技術(shù)，由于LED車內(nèi)照明燈的空間占用較小、響應(yīng)速度快，能夠充分突顯LED技術(shù)的色溫、顯色、亮度等方面的優(yōu)點(diǎn)，因而有極其廣泛的應(yīng)用。同時，LED車內(nèi)照明燈還可以較好地監(jiān)視車內(nèi)的狀態(tài)，如：車燈在車門沒有可靠關(guān)閉的狀態(tài)下會持續(xù)閃亮；行李箱燈會在行李箱門打開時自動開啟。另外，LED車內(nèi)照明燈還可以較好地減少對車內(nèi)駕駛?cè)藛T的眩目干擾和影響。

2.2 LED汽車燈具的應(yīng)用方式分析

2.2.1 直射式

將LED設(shè)計于反射面的中間部位，使之面朝正前方或正后方，從其前后方可以直接觀察到LED光源本體，這是一種設(shè)計、配置相對簡便的方法，然而其直射式的設(shè)計會對人體的視覺造成刺激影響，有一定的眩光性干擾。

2.2.2 反射式

將LED安裝于反射面的一側(cè)，從正面觀察難以發(fā)現(xiàn)LED光源本體，這種設(shè)計應(yīng)用方法相對復(fù)雜，對配光的精準(zhǔn)度要求極高，但是不會對人體視覺產(chǎn)生眩目的影響和干擾。

2.2.3 穿透式

將LED介于其他介質(zhì)之中，使LED光源發(fā)出的光能夠由其他介質(zhì)中透出，呈現(xiàn)出極其豐富、靈活、多變的照射效果。然而，這種設(shè)計方法的結(jié)構(gòu)、配光難度、精準(zhǔn)度都要求極高，但其靈活多變的外觀炫酷效果深受人們的喜愛。

2.3 LED汽車燈具的設(shè)計技術(shù)分析

（1）光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計?？梢圆捎眯滦痛簖X距等厚菲涅耳非球面透鏡設(shè)計的方式，建構(gòu)LED燈具系統(tǒng)的仿真透鏡模型，通過對近遠(yuǎn)光的模擬分析，使LED汽車燈具擁有合理的結(jié)構(gòu)尺寸、防眩光效果和擴(kuò)展性視野。

（2）電路設(shè)計。以LED汽車前照燈為例，可以選用開關(guān)變換電源，采用穩(wěn)定安全的Boost-buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計200Hz的PWM調(diào)光頻率，緩解汽車燈具負(fù)載散熱的壓力。

（3）燈具散熱。LED汽車燈具要考慮外部封裝膠材，可以采用熱力均溫超導(dǎo)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)聚熱分散的效果。

綜上所述，LED技術(shù)應(yīng)用于汽車燈具之中，符合節(jié)能環(huán)保的經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，使LED汽車燈具產(chǎn)業(yè)順應(yīng)節(jié)能減排的發(fā)展趨勢，可以充分利用LED技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn)，將其應(yīng)用于汽車外部燈具和內(nèi)部燈具的設(shè)計之中，克服散熱性差、價格成本高等不足，不斷地創(chuàng)新研究和設(shè)計，使之成為汽車最為重要的功能性飾件，較好地保證汽車使用的安全性，滿足廣大消費(fèi)者的使用需求。

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