雷旭，王少娜，劉攀，初翔杰，黃占君，劉盛德

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一種汽車前照燈LED透鏡設(shè)計(jì)方案

雷旭，王少娜，劉攀，初翔杰，黃占君，劉盛德

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

汽車前照燈LED透鏡是前照燈重要的組成部件，LED透鏡的光學(xué)表現(xiàn)直接影響LED前照燈的光學(xué)照明性能，LED透鏡的應(yīng)用，可有效提升整車科技感及造型美感，LED光源的選擇，光學(xué)效果實(shí)現(xiàn)，可靠結(jié)構(gòu)方案使用是汽車LED透鏡設(shè)計(jì)重要考慮因素。

LED；前照燈；光學(xué)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)方案

引言

汽車前照燈LED透鏡是前照燈重要的組成部件，LED透鏡的光學(xué)表現(xiàn)直接影響LED前照燈的光學(xué)照明性能，由于LED光源技術(shù)的發(fā)展，LED光源在汽車照明上的應(yīng)用越來越廣泛，LED透鏡的應(yīng)用，可有效提升整車科技感及造型美感，LED光源的選擇，光學(xué)效果實(shí)現(xiàn)，可靠結(jié)構(gòu)方案使用是汽車LED透鏡設(shè)計(jì)重要考慮因素。

1 概述

本文所闡述透鏡尺寸分析對汽車前照燈LED透鏡尺寸設(shè)計(jì)帶來的不同光學(xué)表現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，從法規(guī)要求、LED透鏡尺寸設(shè)計(jì)對比、LED透鏡設(shè)計(jì)的光學(xué)基礎(chǔ)參數(shù)、LED透鏡配光分析等多方面進(jìn)行了全面、完整的對比及方案闡述。

2 LED透鏡一般結(jié)構(gòu)形式

2.1 自由曲面類異性透鏡

自由曲面類透鏡是外觀表面較為不同的一種透鏡形式，一般為不規(guī)則的長方體，且表面為非連續(xù)曲率曲面。

圖1 自由曲面類異性透鏡

該類型透鏡結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為曲面曲率不連續(xù)，造型自由度高，尺寸一般為70mm×40mm或100mm×40mm。

2.2 橢球類透鏡

橢球類透鏡是外觀表面看似球形的一種透鏡形式，一般為規(guī)則的圓形或偏切型球面，且表面為連續(xù)曲率曲面。

圖2 橢球類異性透鏡

該類型透鏡結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為球面曲率連續(xù)，造型一般看上去圓形或偏切圓形，尺寸一般為70mm×40mm、D70mm或D60mm，根據(jù)造型需求，透鏡尺寸可最小至55mm×35mm。

3 LED透鏡設(shè)計(jì)方案

3.1 法規(guī)配光要求

由于前照燈遠(yuǎn)光對尺寸要求較低，本文重點(diǎn)對近光LED透鏡進(jìn)行分析說明，法規(guī)配光按GB25991-2010要求進(jìn)行。

圖3 汽車近光配光光學(xué)定義

表1 汽車近光光學(xué)值法規(guī)要求

所有汽車近光LED透鏡必須按法規(guī)規(guī)定的限制進(jìn)行，在進(jìn)行模擬及實(shí)物分析過程中，均需對各區(qū)域亮度進(jìn)行匹配和滿足。

3.2 LED光源選擇

LED又稱發(fā)光二極管，屬于一種半導(dǎo)體固體光源，由含鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。

根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)值，近光設(shè)計(jì)一般選擇光通量在1500lm以上的光源或多顆LED組成總光通量在1500lm以上，本文設(shè)計(jì)采用3顆標(biāo)稱650lm的OSLON Black Flat 2芯LED芯片。

圖4 OSLON Black Flat S LED

3.3 透鏡光學(xué)面設(shè)計(jì)

采用雙顆粒設(shè)計(jì)的近光反射鏡，需配合設(shè)計(jì)兩個(gè)LED側(cè)發(fā)反射鏡，反射鏡與LED配合形式及尺寸如圖5所示。

圖5 LED透鏡反射鏡與LED顆粒

透鏡采用3個(gè)反射鏡進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，總尺寸大小為78mm×32mm，匹配3顆兩芯LED光源進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，光學(xué)面為橢球反射面截取面，LED布置位于橢球面焦點(diǎn)位置。

3.4 透鏡配光仿真設(shè)計(jì)

采用CAE模擬進(jìn)行光通量設(shè)置，同時(shí)采用光學(xué)能量及光線反射原理進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，得出如下光學(xué)值及光型效果圖：

圖6 LED透鏡近光光型圖

通過CAE仿真可看出，EMAX點(diǎn)亮度達(dá)到39.5LX，光區(qū)分布合理，不僅滿足法規(guī)配光要求，且高于相關(guān)要求，光學(xué)均勻性效果良好。

圖7 LED透鏡近光路面效果圖

通過路面參數(shù)設(shè)置，通過CAE仿真可看出，近光總亮度輸出達(dá)到12500cd，地面最大亮度為427lx，地面照明亮度良好，符合要求。

3.5 LED透鏡結(jié)構(gòu)方案

LED透鏡整體結(jié)構(gòu)組成包括：光學(xué)透鏡、安裝支架、反射鏡主件、安裝標(biāo)準(zhǔn)件、LED顆粒及其散熱組件。各個(gè)組成部分負(fù)責(zé)不同功能的實(shí)現(xiàn)，光學(xué)透鏡主要用于將光線進(jìn)行平行輸出，安裝支架負(fù)責(zé)將光學(xué)透鏡與反射鏡組件進(jìn)行精度匹配與安裝固定，LED顆粒及散熱模塊負(fù)責(zé)光源輸出及散熱。

圖8

4 結(jié)論

本文闡述一種汽車LED前照燈的LED透鏡設(shè)計(jì)方案，從光學(xué)法規(guī)要求、光源選擇、CAE仿真設(shè)計(jì)、透鏡結(jié)構(gòu)組件等多方面進(jìn)行了方案介紹。本文闡述的方案可有效運(yùn)用于汽車LED前照燈的設(shè)計(jì)，為汽車LED前照燈的設(shè)計(jì)提供了一種主流設(shè)計(jì)方案。

[1] GB 25991-2010汽車用LED前照燈.

[2] 呂正,呂亮. LED在汽車上的應(yīng)用趨勢[J].中國照明電器,2007,(8).

[3] 范俊杰,寧凡.LED驅(qū)動(dòng)電源的現(xiàn)狀與展望[J].中國科技信息,2009, (15) .

The design scheme of automobile LED headlamp lens

Lei Xu, Wang Shaona, Liu Pan, Chu Xiangjie, Huang Zhanjjun, Liu Shengde

( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

Automobile LED headlamp lens is the important component parts of the LED headlamps, optical performance of the LED lens affects the LED headlamps lighting optical performance directly, the application of the LED lens, which can effectively improve the vehicle technology and modelling beauty, the choice of the LED light source, optical effect, reliable structure scheme is important factor in the design process.

LED; Headlamp; Optical design; Design scheme

A

1671-7988(2018)16-134-03

U462.1

A

1671-7988(2018)16-134-03

CLC NO.: U462.1

雷旭（1987-），男，本科，內(nèi)外飾設(shè)計(jì)工程師，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。主要從事汽車照明系統(tǒng)及后視鏡系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.048