劉凌波

摘 要：LED是一種新型的半導(dǎo)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(qiáng)等多種優(yōu)勢(shì)，目前LED汽車前照燈已應(yīng)用于一些高檔汽車制造中。該文對(duì)LED前照燈的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究，介紹了LED目前在汽車領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)LED前照燈散熱部分與整體進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。通過該研究為LED在汽車燈設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：LED 汽車前照燈 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN710 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）01（a）-00-02

LED發(fā)光二極管是一種新型半導(dǎo)體發(fā)光材料構(gòu)成的光源，其具有節(jié)能環(huán)保，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，工作電壓低等優(yōu)勢(shì)。近年來，LED照明在商業(yè)領(lǐng)域得到大量推廣。許多汽車制造商開始在汽車燈具設(shè)計(jì)中使用LED技術(shù)，LED已成為汽車照明技術(shù)的主流。我國LED汽車大燈設(shè)計(jì)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(duì)LED技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)了解不足，因此在汽車燈具設(shè)計(jì)應(yīng)用中仍存在一些問題。中國汽車市場需求量巨大，國內(nèi)獨(dú)立研發(fā)LED前照燈的廠商較少，對(duì)LED汽車照明燈的研究具有巨大的經(jīng)濟(jì)意義。

1 LED汽車燈簡介

LED本質(zhì)是電致發(fā)光半導(dǎo)體二極管，其核心部分是PN節(jié)構(gòu)成的發(fā)光芯片，具有普通二極管的伏安特性。設(shè)計(jì)LED汽車燈驅(qū)動(dòng)器需考慮實(shí)際應(yīng)用環(huán)境因素，首先需設(shè)定汽車蓄電池供電狀況。蓄電池正常輸出電壓設(shè)計(jì)為12V，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中應(yīng)高度重視驅(qū)動(dòng)器壽命設(shè)計(jì)，正常工作溫度設(shè)計(jì)LED車燈驅(qū)動(dòng)器。確保所設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器滿足燈具現(xiàn)實(shí)需求。進(jìn)行LED照明燈具驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)工作，需滿足高可靠性，高效率，低成本等要求。

LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方式選擇關(guān)系其燈具性能，驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)應(yīng)科學(xué)選擇其驅(qū)動(dòng)方式，恒壓式驅(qū)動(dòng)方式多應(yīng)用于小功率LED模塊方面[1]。恒流驅(qū)動(dòng)是LED驅(qū)動(dòng)的最佳方式。

學(xué)者對(duì)LED材料結(jié)構(gòu)學(xué)方面進(jìn)行了大量研究，使LED燈在汽車設(shè)計(jì)制造中廣泛應(yīng)用。自2009年開始，我國白光LED照明設(shè)備發(fā)光效能達(dá)到70lm/W，LED燈光大多能量實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化，熱量損失程度逐漸減少。LED技術(shù)作用下，汽車照明系統(tǒng)mpg指標(biāo)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(biāo)提升達(dá)到0.5，LED燈對(duì)車輛燃油性能進(jìn)行了全面提升。

目前各路標(biāo)設(shè)計(jì)以被動(dòng)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(qiáng)烈反射，使相關(guān)信息更加清晰。

為增強(qiáng)LED等燈的使用效果，設(shè)計(jì)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(qiáng)燈光作用下會(huì)對(duì)人眼造成巨大的視覺壓力，為避免此問題，人們?cè)贖ID燈具設(shè)計(jì)中融入了許多光學(xué)知識(shí)，將刺激光源分散到駕駛員不關(guān)注的地方。道路行駛中，區(qū)域藍(lán)光對(duì)迎面駕駛員產(chǎn)生炫目的影響。燈具波段光設(shè)計(jì)應(yīng)保持在450nm以下。將LED技術(shù)應(yīng)用于汽車前照燈設(shè)計(jì)中，可有效保護(hù)駕駛員視力，避免發(fā)生交通安全事故。

2 LED汽車前照燈設(shè)計(jì)形式

汽車前照明光學(xué)系統(tǒng)由遠(yuǎn)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(huì)讓人有不適感。遠(yuǎn)光燈指車輛前方無行人車輛，可照亮遠(yuǎn)方道路。汽車配置的照明燈有針對(duì)性，選擇正確的燈光照明，才能確保行車安全。汽車燈光設(shè)計(jì)中要遵循科學(xué)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(nèi)部由透鏡，拋物反射面與光源組成。遮光罩及大量光學(xué)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(shí)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(yīng)現(xiàn)代車燈設(shè)計(jì)要求。

反射式自由曲面型前照燈通過反射面弧度進(jìn)行燈光控制，可在不安裝燈罩的情況下控制好照明角度，對(duì)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(shè)計(jì)為用戶帶來美學(xué)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(xué)透鏡構(gòu)成，不需其他輔助裝置即可接受屏上達(dá)到預(yù)定光型，可有效控制光線射出方向，光學(xué)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(shè)計(jì)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(duì)不同光驅(qū)進(jìn)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(jī)組成部分，兼?zhèn)鋵徝佬耘c功能性。我國對(duì)汽車前照燈的研究不斷深入，2012年，我國實(shí)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(yàn)規(guī)則。有助于推動(dòng)我國LED汽車前照明產(chǎn)品的研發(fā)。

3 LED汽車前照燈設(shè)計(jì)應(yīng)用

汽車前照燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)中以光型疊加配光方式為主，對(duì)前照燈配光設(shè)計(jì)產(chǎn)生了很大影響。LED前照燈以半球形發(fā)射為主，需對(duì)多個(gè)光源進(jìn)行設(shè)計(jì)才能滿足汽車光通量要求。LED前照燈系統(tǒng)容納了多個(gè)光源，各系統(tǒng)位置必須進(jìn)行明確。前照燈系統(tǒng)接近發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙，易影響照明系統(tǒng)散熱。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在散熱部件上加裝風(fēng)扇。LED燈設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需對(duì)車輛的電器件性能進(jìn)行充分考慮，確保LED燈正常運(yùn)轉(zhuǎn)。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(nèi)照明光源設(shè)計(jì)相對(duì)簡單。具備較高的反映速度。使得車內(nèi)照明具備較高的適用能力。LED燈在色溫等方面具備較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，為車內(nèi)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(huì)對(duì)車門關(guān)閉狀態(tài)進(jìn)行有效提示。開啟后備箱時(shí)，LED指示燈會(huì)自動(dòng)開啟。為了解使用車輛狀況提供了方便。LED燈在車內(nèi)照明系統(tǒng)中的應(yīng)用中，駕駛員夜間行駛查看儀表速度油耗等信息，LED燈的應(yīng)用可緩解燈光對(duì)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(yīng)用方向主要包括前照明系統(tǒng)，車內(nèi)照明燈及尾部信號(hào)燈。從應(yīng)用形式不同可分為直射式、反射式與透光式。直射式LED燈設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員將LED安裝在反射面中央位置，此設(shè)計(jì)方式屬于對(duì)LED光源的直接應(yīng)用。其設(shè)計(jì)難度較小，但亮度過于集中會(huì)對(duì)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(cè)，保證駕駛員無法從正面感覺光源，不會(huì)使駕駛員產(chǎn)生炫目的反應(yīng)。設(shè)計(jì)中對(duì)設(shè)計(jì)精確度要求較高，增加了設(shè)計(jì)難度。透光式LED燈設(shè)計(jì)中，主要通過利用其他介質(zhì)，此設(shè)計(jì)形式配光暗度較大，但外觀絢麗美觀。

4 結(jié)語

汽車前照明是汽車的重要組成部分，其設(shè)計(jì)能起良好的照明效果，對(duì)汽車整體進(jìn)行裝飾。LED技術(shù)是一種新型的汽車照明系統(tǒng)，彌補(bǔ)了白熾燈應(yīng)用的不足。該文對(duì)LED燈光技術(shù)汽車前照燈的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，介紹了汽車前照燈結(jié)構(gòu)構(gòu)成，分析了LED技術(shù)在汽車前照燈設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)。LED燈在汽車前照燈的應(yīng)用前景廣闊。目前LED燈設(shè)計(jì)中仍存在一些缺點(diǎn)，需在設(shè)計(jì)中不斷優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 李中楊，曾國英，趙登峰.LED汽車前照燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2018（S1）：140-142，146.

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