新型LED汽车车灯的设计研究

作者:未知

  摘  要:随着汽车电子技术的不断发展,汽车车灯种类不断增多。汽车车灯设计不仅要求具有照明功能,还要有装饰功能。汽车大灯的基本功能还是照明,照明效果与配套装饰效果日益突出,不同类型的车辆配备不同的车灯照明。LED是一种新型的半导体光源,其具有节能环保、响应时间短、颜色饱和度高等诸多优势,LED汽车前照灯在高端车型上应用具有很好的前景。LED前照灯涉及多个学科领域,该文围绕LED汽车前照灯光源封装等关键技术进行了研究,探讨了LED汽车灯的设计。
  关键词:新型LED灯  汽车灯  设计
  中图分类号:U463                                   文献标识码:A                        文章编号:1672-3791(2019)02(c)-0074-02
  LED灯具是利用LED作为光源制造的照明器具,被誉为第四代照明灯具,LED照明灯具在汽车照明、商业照明等领域有了广泛的应用。LED在车内照明、应急灯等方面的应用取得了显著成效,随着LED照明技术的快速发展,LED前照明技术的应用具有良好的普及前景。对LED汽车灯的设计研究具有重要的意义。
  1  汽车灯简介
  1.1 汽车灯的种类
  汽车的安全性能最终目的是保护驾驶员及车内人员安全,随着科技的发展,汽车灯已不仅是车辆的照明基础设施了,日间行车灯等设施的诞生使车辆的安全性得到了进一步的提升。汽车灯主要种类包括组合前照灯、组合尾灯与牌照灯。组合前照灯在车辆前部,前照灯发出的光可照亮车体前方道路,组合前照灯按光源不同分为卤钨灯、疝气灯。
  组合尾灯在车辆后部,其主要作用其发出行车信号,后车灯由后尾灯、倒车灯、制动灯、后转向灯灯组成。左右制动灯是后车灯的重要组成部分,制动灯是提示后车减速的灯,现在的制动灯一般为雾灯[1]。
  高温制动灯安装在车尾上部,使后车易于发现车制动,其作用是警示后方车辆,避免发生追尾事故。倒车灯在驾驶者挂上倒档时自动开启,其作用是夜间照明。转向信号灯用以向行人及车辆表示车辆转向的灯具。转向灯分为前后转向与侧转向。
  1.2 LED汽车灯
  LED灯在汽车方面的应用非常丰富,常见的是刹车灯及转向灯,装配LED照明灯具的汽车价格呈现降低趋势,如比亚迪、上汽通用凯悦等车型后组灯广泛地应用LED光源。LED汽车信号灯已逐渐进入市场中低端车型。
  LED应用于汽车前照灯被汽车厂商所重视,因其光源具有节能与长寿命的优点。在节能环保的社会背景下,LED发展前景宽广。
  目前汽车前照灯远近光灯主要使用卤素等单光源系统,随着LED技术发展,LED作为远近光灯光源成为可能。LED采用多光源组合形式,改变汽车前照灯形状,以往卤素灯光源无法实现的概念车造型用LED光源可得以实现。设计师可使用2颗LED组合成近光灯。
  2  LED汽车灯发光形式
  LED是利用半导体PN结将电能转换为光能的器件,LED晶片是P型半导体元素与N型半导体元素组成的PN结。LED+RGB荧光粉的综合性能最好,但目前技术不成熟。PCLED中蓝光LED芯片获得白光LED结构简单,广泛应用于照明行业。
  利用光源设计汽车前照灯分为反射型与投射型,因各类型前照灯有不同光学结构,光学系统的性能不同。反射型前照灯可分为抛物面反射,自由曲面反射与多重曲面反射。抛物面反射前照灯反射器由抛物面构成,光线经反射后沿光轴方向平行发射。
  投射性前照灯光学系统由椭球反射镜,配光头射镜与挡板组成,LED光源朝上放置,可得到清晰的明暗截止线。因光挡板的存在,能量损耗较大,发光立体角为传统光源的一半,光学设计需进行优化。
  自由曲面前照灯是目前广为流行的车灯,各种计算程序开发使得自由曲面的设计成本逐步降低,目前我国自由曲面前照灯设计水平与国外较大的差距。自由曲面前照灯以传统抛物面反射镜为基础,每个区域由不规则的自由曲面组成,将光线反射到指定区域,通过光线叠加组合得到所需光型分布[2]。
  自由曲面前照灯反射镜利用率更高,与投射型相比提高了光能利用率。自由曲面千兆的能够随意调节自由曲面,但自由曲面设计时必须采用计算机进行复杂的计算,将设计数据转换为加工指令进行加工。
  3  LED汽车灯的设计关键
  3.1 LED车灯驱动器设计
  LED性能已得到市场的认可,阅读灯等车内照明灯具已开始应用LED灯,LED车灯已成为目前国内外汽车厂商争先展示的一大亮点,全LED车灯已成为现实,未来5年内,LED车灯市场将呈现爆发式增长。
  LED车灯需多颗LED组成发光模组满足发光要求。单个LED电压较低,多个LED组合的模组需根据串并联模式设计合适的驱动电源。从LED路灯、室内照明等LED照明灯具使用分析,LED灯具失效约30%因驱动电源失效引起。
  电源是LED照明器件中的重要部分,驱动器为LED提供合适的工作电压,LED光源电气参数差别大,使用LED功率不同,所需驱动电流不同。LED驱动器性能要求不同,电源设计是LED照明中的重要工作。
  LED驱动器种类繁多,室内使用LED灯具功率在5~20W左右,可用10颗1W的大功率LED全部串联,驱动器需将交流电转化为直流电,应满足室内灯具使用的其他方面要求,必须具有无触电风险、成本低等特点。驱动器有严格的汽车设计要求,LED驱动器必须具备更高的可靠性。
  3.2 LED车灯散热系统
  LED能与工作温度密切相关,结温升高,LED光衰加剧,寿命变短。LED灯具的工作状况与温度密切相关,如环境温度升高,LED发光强度下降,发光波动增长。散热系统性能直接关系到LED使用的最大正向电流,对LED照明系统进行热学设计非常重要。
  LED汽车前照灯散热设计时,应将产生热量传递到车顶外部,汽车大灯用LED焊接在较大的铜基板上,用散热膏贴在铝散热器,铝基板利用翅片扩大散热表面积,导出LED芯片的热量。
  通常中小功率电子产品设计为产用被动散热,被动散热技术可满足大多的LED照明应用,器件功率较大体积小时,局部温度过高会导致器件损坏。主动散热主要有风冷、热管散热等方式,散热效果好,热管散热使用高导热率的元件传热,因汽車灯空间有限,液冷不适合车灯散热使用,风冷散热具有成本较低等优点,加装风扇对流,对达到降低散热器高温的目的非常有效。
  4  结语
  半导体照明技术的进步推动了LED车用照明市场的发展,LED汽车灯将引领车用照明向更加绿色的方向发展。该文对LED汽车前照灯进行了分析,介绍了LED知识与汽车前照灯设计理论。LED前照灯光学设计要充分考虑各元件的可制造型,光学设计以国家标准为指导,光源尺寸越小,光学元件几何尺寸精度要求越高。LED汽车前照灯驱动器需经严格测试,充分考虑到驱动器的尺寸,体现LED节能等特点。
  参考文献
  [1] 邓建国,玉进,郝革红.一种新型LED汽车车灯设计分析[J].轻工科技,2013,29(7):88-89.
  [2] 黄杨程,苏志林,朱晓东.新型LED汽车倒车灯的仿真设计[J].照明工程学报,2007(3):50-53.
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