一種新型LED汽車前照燈的設計及運用

劉凌波

摘 要：LED是一種新型的半導體光源，將LED用于汽車前照燈具有節(jié)能環(huán)保、壽命長、體積小與抗震能力強等多種優(yōu)勢，目前LED汽車前照燈已應用于一些高檔汽車制造中。該文對LED前照燈的設計技術進行了研究，介紹了LED目前在汽車領域內的發(fā)展狀況，對LED前照燈散熱部分與整體進行設計加工。通過該研究為LED在汽車燈設計中的應用提供參考。

關鍵詞：LED 汽車前照燈 設計

中圖分類號：TN710 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（a）-00-02

LED發(fā)光二極管是一種新型半導體發(fā)光材料構成的光源，其具有節(jié)能環(huán)保，結構堅固，工作電壓低等優(yōu)勢。近年來，LED照明在商業(yè)領域得到大量推廣。許多汽車制造商開始在汽車燈具設計中使用LED技術，LED已成為汽車照明技術的主流。我國LED汽車大燈設計研發(fā)目前與西方國家制造商尚存在一定差距。LED成本較高，汽車制造商對LED技術標準了解不足，因此在汽車燈具設計應用中仍存在一些問題。中國汽車市場需求量巨大，國內獨立研發(fā)LED前照燈的廠商較少，對LED汽車照明燈的研究具有巨大的經(jīng)濟意義。

1 LED汽車燈簡介

LED本質是電致發(fā)光半導體二極管，其核心部分是PN節(jié)構成的發(fā)光芯片，具有普通二極管的伏安特性。設計LED汽車燈驅動器需考慮實際應用環(huán)境因素，首先需設定汽車蓄電池供電狀況。蓄電池正常輸出電壓設計為12V，驅動器設計中應高度重視驅動器壽命設計，正常工作溫度設計LED車燈驅動器。確保所設計驅動器滿足燈具現(xiàn)實需求。進行LED照明燈具驅動器設計工作，需滿足高可靠性，高效率，低成本等要求。

LED驅動器驅動方式選擇關系其燈具性能，驅動器設計應科學選擇其驅動方式，恒壓式驅動方式多應用于小功率LED模塊方面[1]。恒流驅動是LED驅動的最佳方式。

學者對LED材料結構學方面進行了大量研究，使LED燈在汽車設計制造中廣泛應用。自2009年開始，我國白光LED照明設備發(fā)光效能達到70lm/W，LED燈光大多能量實現(xiàn)了轉化，熱量損失程度逐漸減少。LED技術作用下，汽車照明系統(tǒng)mpg指標得到了顯著提升。歐洲地區(qū)白天駕駛汽車必須開啟照明，mpg指標提升達到0.5，LED燈對車輛燃油性能進行了全面提升。

目前各路標設計以被動輝光反射形式為主，交通指示牌中的光源反射性大于其他光源，使駕駛員有效的避免了交通違章，保證交通行車安全。夜間行車中光的強烈反射，使相關信息更加清晰。

為增強LED等燈的使用效果，設計光源色溫保持在5500～6000k之間，晝間使用LED燈光更接近于自然光線。有利于提升駕駛的舒適度。高強燈光作用下會對人眼造成巨大的視覺壓力，為避免此問題，人們在HID燈具設計中融入了許多光學知識，將刺激光源分散到駕駛員不關注的地方。道路行駛中，區(qū)域藍光對迎面駕駛員產(chǎn)生炫目的影響。燈具波段光設計應保持在450nm以下。將LED技術應用于汽車前照燈設計中，可有效保護駕駛員視力，避免發(fā)生交通安全事故。

2 LED汽車前照燈設計形式

汽車前照明光學系統(tǒng)由遠近光燈，晝行燈與前霧燈組成，近光燈指在保證照明前期下，車輛前方行人車輛經(jīng)過不會讓人有不適感。遠光燈指車輛前方無行人車輛，可照亮遠方道路。汽車配置的照明燈有針對性，選擇正確的燈光照明，才能確保行車安全。汽車燈光設計中要遵循科學性，特殊環(huán)境下，燈光的折射弧與透視鏡也發(fā)揮重要的作用。

前照燈是汽車行駛中必備的燈具，其內部由透鏡，拋物反射面與光源組成。遮光罩及大量光學透鏡不利于增加前照燈傾斜度，車燈體積較大，汽車造型改變時車燈外形需隨之變化。其表面布滿紋飾，難以起到良好的透光作用，拋物面型難以適應現(xiàn)代車燈設計要求。

反射式自由曲面型前照燈通過反射面弧度進行燈光控制，可在不安裝燈罩的情況下控制好照明角度，對外界條件無過高要求。反射器曲面面型數(shù)據(jù)由數(shù)值軟件產(chǎn)生，開發(fā)效率高，反射曲面較光滑，此前照燈安裝燈罩不具有折光作用，可使前照燈產(chǎn)生較大的傾斜度，可在一定程度上優(yōu)化燈光投射。低位型的燈光設計為用戶帶來美學感受，配置合適的燈罩則功能完善，人稱之為水晶燈。

折射式前照燈模塊由光源，光學透鏡構成，不需其他輔助裝置即可接受屏上達到預定光型，可有效控制光線射出方向，光學系統(tǒng)具有較高的能量利用率。通常采用多自由曲面配光，可方便地控制透鏡的尺寸及設計配光光型[2]。

投射式前照燈由橢球光源，反射裝置等部分組成，需將光源投射過透鏡完成照明，光源通過反射器后投射到遮光板，各部分對不同光驅進行分配，在很大程度上遮擋其他零散光線。

隨著我國汽車工業(yè)的崛起，汽車行業(yè)市場日益繁盛，前照燈是汽車中的有機組成部分，兼?zhèn)鋵徝佬耘c功能性。我國對汽車前照燈的研究不斷深入，2012年，我國實施《汽車用LED前照燈》為汽車用LED光源前照燈配光性能，光色等提供了檢驗規(guī)則。有助于推動我國LED汽車前照明產(chǎn)品的研發(fā)。

3 LED汽車前照燈設計應用

汽車前照燈系統(tǒng)設計中以光型疊加配光方式為主，對前照燈配光設計產(chǎn)生了很大影響。LED前照燈以半球形發(fā)射為主，需對多個光源進行設計才能滿足汽車光通量要求。LED前照燈系統(tǒng)容納了多個光源，各系統(tǒng)位置必須進行明確。前照燈系統(tǒng)接近發(fā)動機機艙，易影響照明系統(tǒng)散熱。因此，在設計時應在散熱部件上加裝風扇。LED燈設計人員進行設計時需對車輛的電器件性能進行充分考慮，確保LED燈正常運轉。LED前照燈要滿足日間行車使用需求，晝間LED燈光度較低，可降低燃油消耗，白天使用LED前照燈使用功率保持在9W左右。

車內照明光源設計相對簡單。具備較高的反映速度。使得車內照明具備較高的適用能力。LED燈在色溫等方面具備較強優(yōu)勢，為車內使用提供燈光了有利條件。常見的燈具有儀表照明、閱讀燈等。LED燈會對車門關閉狀態(tài)進行有效提示。開啟后備箱時，LED指示燈會自動開啟。為了解使用車輛狀況提供了方便。LED燈在車內照明系統(tǒng)中的應用中，駕駛員夜間行駛查看儀表速度油耗等信息，LED燈的應用可緩解燈光對駕駛員的視覺沖擊干擾，避免其產(chǎn)生炫目的情況。

LED燈主體應用方向主要包括前照明系統(tǒng)，車內照明燈及尾部信號燈。從應用形式不同可分為直射式、反射式與透光式。直射式LED燈設計中，設計人員將LED安裝在反射面中央位置，此設計方式屬于對LED光源的直接應用。其設計難度較小，但亮度過于集中會對駕駛員產(chǎn)生視覺影響。反射式燈光主要將LED燈安裝在發(fā)射面一側，保證駕駛員無法從正面感覺光源，不會使駕駛員產(chǎn)生炫目的反應。設計中對設計精確度要求較高，增加了設計難度。透光式LED燈設計中，主要通過利用其他介質，此設計形式配光暗度較大，但外觀絢麗美觀。

4 結語

汽車前照明是汽車的重要組成部分，其設計能起良好的照明效果，對汽車整體進行裝飾。LED技術是一種新型的汽車照明系統(tǒng)，彌補了白熾燈應用的不足。該文對LED燈光技術汽車前照燈的設計進行了研究，介紹了汽車前照燈結構構成，分析了LED技術在汽車前照燈設計中的優(yōu)勢。LED燈在汽車前照燈的應用前景廣闊。目前LED燈設計中仍存在一些缺點，需在設計中不斷優(yōu)化。

參考文獻

[1] 李中楊，曾國英，趙登峰.LED汽車前照燈結構設計[J].機械設計與制造，2018（S1）：140-142，146.

[2] 肖遠.LED技術在汽車照明系統(tǒng)中的應用分析[J].現(xiàn)代信息科技，2018，2（6）：51-52.