基于LED汽車信號(hào)燈的光學(xué)設(shè)計(jì)及應(yīng)用探究

劉熙 井珍珍 連煜華

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的快速發(fā)展，汽車燈具是汽車構(gòu)件中不可缺少的部分，它有自身的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，在LED技術(shù)的應(yīng)用下不斷發(fā)展和進(jìn)步，在進(jìn)行燈具外形設(shè)計(jì)和配光設(shè)計(jì)的同時(shí)，還要注重汽車燈具的密封防水性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使汽車燈具內(nèi)部壓力保持平衡，提升燈具的美觀性、安全性。

關(guān)鍵詞：LED汽車信號(hào)燈;光學(xué)設(shè)計(jì);應(yīng)用探究

0 引言

現(xiàn)如今，我國汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，人們對(duì)于汽車行駛安全越發(fā)重視。在汽車的行駛過程中離不開燈具的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。汽車燈具作為汽車安全的重要部件，由于我國LED燈具具有省電、亮度高、節(jié)能等多種優(yōu)勢(shì)，人們將LED燈具運(yùn)用于汽車燈具當(dāng)中。因此，在未來汽車燈具工藝設(shè)計(jì)和應(yīng)用上需要將LED技術(shù)進(jìn)一步討論，對(duì)其LED汽車燈具的設(shè)計(jì)除了保證汽車擁有足夠的照明，還需要符合當(dāng)代汽車總體的美感。LED車燈技術(shù)將成為未來汽車照明的發(fā)展方向，因此受到汽車企業(yè)的高度重視。目前LED燈具廣泛運(yùn)用于汽車的外部及內(nèi)部車燈中，推動(dòng)了我國汽車燈具的發(fā)展和創(chuàng)新。

1 LED燈具工藝設(shè)計(jì)概述

1.1 LED燈具的結(jié)構(gòu)及其外觀

目前，我國汽車行業(yè)對(duì)LED汽車燈具的外觀有一系列的要求，例如：透光面及其電路板塊需要設(shè)計(jì)人員利用專用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行外觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。LED汽車燈具結(jié)構(gòu)需要保證緊湊，具有極高的穩(wěn)定性。根據(jù)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行LED汽車燈具的設(shè)計(jì)。在各種三維實(shí)驗(yàn)中檢查各零件是否符合裝配形式，保證LED汽車燈具功能的完整性，符合各項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)?？偟膩碚f，LED汽車燈具的結(jié)構(gòu)及其外觀需要符合時(shí)代和國家發(fā)展的需求和達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 LED燈具的特點(diǎn)

LED燈具主要將若干LED發(fā)光管成為汽車燈具的發(fā)光元件，代替?zhèn)鹘y(tǒng)使用的鹵素?zé)襞?，進(jìn)而達(dá)到專業(yè)的配光要求以及汽車的配光標(biāo)準(zhǔn)。LED燈具的使用壽命較長(zhǎng)，同時(shí)發(fā)光較為穩(wěn)定，相對(duì)于普通白幟燈的性能較高。在一定程度上達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，安全性和可靠性較優(yōu)，符合我國國家發(fā)展的需要。

2 LED汽車信號(hào)燈的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 光學(xué)設(shè)計(jì)指的是LED信號(hào)燈燈具

可能用到的反射器和配光鏡形狀的設(shè)計(jì)，即二次光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。光學(xué)設(shè)計(jì)的目的是使燈具的出射光分布滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求。對(duì)汽車燈具來講，出射光型分布是關(guān)鍵性的指標(biāo)，是判別燈具質(zhì)量的主要依據(jù)，因此光學(xué)設(shè)計(jì)是汽車燈具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。LED汽車燈具與白熾燈汽車燈具的光學(xué)設(shè)計(jì)從原理上講基本是類似的，只是由于所使用的光源不同，必須采用不同的光源輻射模型來進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)指的是LED信號(hào)燈燈具的外形設(shè)計(jì)，即整個(gè)燈具外殼的形狀設(shè)計(jì)，也包括燈具外殼材料的選擇。LED汽車燈具與白熾燈汽車燈具的機(jī)械設(shè)計(jì)方法是相似的。

2.2 散熱設(shè)計(jì)

熱學(xué)設(shè)計(jì)指的是對(duì)燈具內(nèi)熱流的控制，以盡可能降低LED的熱阻。LED工作時(shí)伴隨著發(fā)熱，而其發(fā)光特性對(duì)芯片溫度又較為敏感，芯片溫度升高時(shí)光輻射輸出會(huì)降低。多數(shù)LED工作時(shí)要求芯片溫度不超過約120℃。因此設(shè)計(jì)LED燈具時(shí)必須考慮芯片的溫升問題，要為L(zhǎng)ED芯片提供足夠良好的散熱，使芯片的溫升降到最小。LED汽車燈具與白熾燈汽車燈具的熱學(xué)設(shè)計(jì)是不同的。白熾燈燈具的熱學(xué)設(shè)計(jì)主要是考慮選擇合適的高分子材料來制作燈具和合理安排光源與燈具之間的間距，使燈具材料能承受燈工作時(shí)產(chǎn)生的高溫，不致引起變形。而LED燈具的熱學(xué)設(shè)計(jì)主要是考慮降低芯片的溫度，使LED保持良好的光輸出特性。

2.3 控制信號(hào)的處理

信號(hào)燈控制信號(hào)的處理程序?qū)π盘?hào)燈的開關(guān)狀況進(jìn)行判斷，掃描后將信號(hào)燈的位置信息寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為后續(xù)處理準(zhǔn)備。后信號(hào)燈的控制也采用同樣的方法。

2.4 電路設(shè)計(jì)

此電路為轉(zhuǎn)向燈的電路，典型輸入電壓為13.5V，輸出為兩并四串黃光燈珠，每顆燈珠流過電流為30mA，則輸出為8V，60mA。C1、C2為濾波電容，因該電路電流較小，紋波在80mA以內(nèi)，故選型為2.2uF/35V的陶瓷電容。在輸入電壓不穩(wěn)時(shí)，該電容可以有效的平滑輸入電壓。ZD1為防雷管，故選型為SMBJ30CA，可以防止500W以內(nèi)的雷擊，并吸收30V以上的電壓尖峰。主要作用為消弱高壓脈沖的電壓，減小對(duì)內(nèi)部電路的損害，在瞬間過電壓時(shí)，起到吸收高壓保護(hù)電路的作用。D1為整流二極管，因電路電流為80mA以內(nèi)，故選型為SGC10MH。主要作用為防止輸入正負(fù)極反接。R1、R2為分壓電阻，通過計(jì)算輸入電壓減去輸出電壓再除以所需電流，故選型為150Ω/1206封裝。主要作用是使電路穩(wěn)定在需要的電流值上，在長(zhǎng)時(shí)間過電壓時(shí)，可以分擔(dān)一定的電壓值。

2.5 信號(hào)燈中LED數(shù)目的計(jì)算

一只汽車信號(hào)燈需要使用多少個(gè)LED，這是光學(xué)設(shè)計(jì)中首先要考慮的問題。確定LED數(shù)目的思路是這樣的：先根據(jù)信號(hào)燈的光度學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，算出總的出射光通量;再根據(jù)LED供應(yīng)商提供的LED的光強(qiáng)角分布算出單個(gè)LED的光通量，然后考慮光學(xué)系統(tǒng)的光通量損失后算出LED的數(shù)目。由光強(qiáng)分布計(jì)算燈具和LED的光通量可以采用球帶系數(shù)法。特別需要指出的是，實(shí)際的LED信號(hào)燈的光通量損失是很大的，初次進(jìn)行設(shè)計(jì)的人可能對(duì)這一點(diǎn)估計(jì)不足。由于光通量的損失，實(shí)際燈具所需LED數(shù)目是假定沒有任何損失的理想情況時(shí)的4～10倍。

3 結(jié)語

汽車燈具對(duì)于安全行駛起著重要的作用。以其使用功能區(qū)分，汽車燈具主要分為兩大類：照明燈和信號(hào)燈。文章著重介紹了LED用作汽車信號(hào)燈光源的特點(diǎn)，作為一種新型光源，LED已經(jīng)開始在汽車信號(hào)燈上使用。LED燈具在設(shè)計(jì)方面與傳統(tǒng)白熾燈燈具不盡相同，有其自身的特點(diǎn)，所以在進(jìn)行燈具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到這些特點(diǎn)，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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