新型LED汽車車燈的設計研究
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摘 要：隨著汽車電子技術的不斷發展，汽車車燈種類不斷增多。汽車車燈設計不僅要求具有照明功能，還要有裝飾功能。汽車大燈的基本功能還是照明，照明效果與配套裝飾效果日益突出，不同類型的車輛配備不同的車燈照明。LED是一種新型的半導體光源，其具有節能環保、響應時間短、顏色飽和度高等諸多優勢，LED汽車前照燈在高端車型上應用具有很好的前景。LED前照燈涉及多個學科領域，該文圍繞LED汽車前照燈光源封裝等關鍵技術進行了研究，探討了LED汽車燈的設計。
關鍵詞：新型LED燈 汽車燈 設計
中圖分類號：U463 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（c）-0074-02
LED燈具是利用LED作為光源制造的照明器具，被譽為第四代照明燈具，LED照明燈具在汽車照明、商業照明等領域有了廣泛的應用。LED在車內照明、應急燈等方面的應用取得了顯著成效，隨著LED照明技術的快速發展，LED前照明技術的應用具有良好的普及前景。對LED汽車燈的設計研究具有重要的意義。
1 汽車燈簡介
1.1 汽車燈的種類
汽車的安全性能最終目的是保護駕駛員及車內人員安全，隨著科技的發展，汽車燈已不僅是車輛的照明基礎設施了，日間行車燈等設施的誕生使車輛的安全性得到了進一步的提升。汽車燈主要種類包括組合前照燈、組合尾燈與牌照燈。組合前照燈在車輛前部，前照燈發出的光可照亮車體前方道路，組合前照燈按光源不同分為鹵鎢燈、疝氣燈。
組合尾燈在車輛后部，其主要作用其發出行車信號，后車燈由后尾燈、倒車燈、制動燈、后轉向燈燈組成。左右制動燈是后車燈的重要組成部分，制動燈是提示后車減速的燈，現在的制動燈一般為霧燈[1]。
高溫制動燈安裝在車尾上部，使后車易于發現車制動，其作用是警示后方車輛，避免發生追尾事故。倒車燈在駕駛者掛上倒檔時自動開啟，其作用是夜間照明。轉向信號燈用以向行人及車輛表示車輛轉向的燈具。轉向燈分為前后轉向與側轉向。
1.2 LED汽車燈
LED燈在汽車方面的應用非常豐富，常見的是剎車燈及轉向燈，裝配LED照明燈具的汽車價格呈現降低趨勢，如比亞迪、上汽通用凱悅等車型后組燈廣泛地應用LED光源。LED汽車信號燈已逐漸進入市場中低端車型。
LED應用于汽車前照燈被汽車廠商所重視，因其光源具有節能與長壽命的優點。在節能環保的社會背景下，LED發展前景寬廣。
目前汽車前照燈遠近光燈主要使用鹵素等單光源系統，隨著LED技術發展，LED作為遠近光燈光源成為可能。LED采用多光源組合形式，改變汽車前照燈形狀，以往鹵素燈光源無法實現的概念車造型用LED光源可得以實現。設計師可使用2顆LED組合成近光燈。
2 LED汽車燈發光形式
LED是利用半導體PN結將電能轉換為光能的器件，LED晶片是P型半導體元素與N型半導體元素組成的PN結。LED+RGB熒光粉的綜合性能最好，但目前技術不成熟。PCLED中藍光LED芯片獲得白光LED結構簡單，廣泛應用于照明行業。
利用光源設計汽車前照燈分為反射型與投射型，因各類型前照燈有不同光學結構，光學系統的性能不同。反射型前照燈可分為拋物面反射，自由曲面反射與多重曲面反射。拋物面反射前照燈反射器由拋物面構成，光線經反射后沿光軸方向平行發射。
投射性前照燈光學系統由橢球反射鏡，配光頭射鏡與擋板組成，LED光源朝上放置，可得到清晰的明暗截止線。因光擋板的存在，能量損耗較大，發光立體角為傳統光源的一半，光學設計需進行優化。
自由曲面前照燈是目前廣為流行的車燈，各種計算程序開發使得自由曲面的設計成本逐步降低，目前我國自由曲面前照燈設計水平與國外較大的差距。自由曲面前照燈以傳統拋物面反射鏡為基礎，每個區域由不規則的自由曲面組成，將光線反射到指定區域，通過光線疊加組合得到所需光型分布[2]。
自由曲面前照燈反射鏡利用率更高，與投射型相比提高了光能利用率。自由曲面千兆的能夠隨意調節自由曲面，但自由曲面設計時必須采用計算機進行復雜的計算，將設計數據轉換為加工指令進行加工。
3 LED汽車燈的設計關鍵
3.1 LED車燈驅動器設計
LED性能已得到市場的認可，閱讀燈等車內照明燈具已開始應用LED燈，LED車燈已成為目前國內外汽車廠商爭先展示的一大亮點，全LED車燈已成為現實，未來5年內，LED車燈市場將呈現爆發式增長。
LED車燈需多顆LED組成發光模組滿足發光要求。單個LED電壓較低，多個LED組合的模組需根據串并聯模式設計合適的驅動電源。從LED路燈、室內照明等LED照明燈具使用分析，LED燈具失效約30%因驅動電源失效引起。
電源是LED照明器件中的重要部分，驅動器為LED提供合適的工作電壓，LED光源電氣參數差別大，使用LED功率不同，所需驅動電流不同。LED驅動器性能要求不同，電源設計是LED照明中的重要工作。
LED驅動器種類繁多，室內使用LED燈具功率在5～20W左右，可用10顆1W的大功率LED全部串聯，驅動器需將交流電轉化為直流電，應滿足室內燈具使用的其他方面要求，必須具有無觸電風險、成本低等特點。驅動器有嚴格的汽車設計要求，LED驅動器必須具備更高的可靠性。
3.2 LED車燈散熱系統
LED能與工作溫度密切相關，結溫升高，LED光衰加劇，壽命變短。LED燈具的工作狀況與溫度密切相關，如環境溫度升高，LED發光強度下降，發光波動增長。散熱系統性能直接關系到LED使用的最大正向電流，對LED照明系統進行熱學設計非常重要。
LED汽車前照燈散熱設計時，應將產生熱量傳遞到車頂外部，汽車大燈用LED焊接在較大的銅基板上，用散熱膏貼在鋁散熱器，鋁基板利用翅片擴大散熱表面積，導出LED芯片的熱量。
通常中小功率電子產品設計為產用被動散熱，被動散熱技術可滿足大多的LED照明應用，器件功率較大體積小時，局部溫度過高會導致器件損壞。主動散熱主要有風冷、熱管散熱等方式，散熱效果好，熱管散熱使用高導熱率的元件傳熱，因汽車燈空間有限，液冷不適合車燈散熱使用，風冷散熱具有成本較低等優點，加裝風扇對流，對達到降低散熱器高溫的目的非常有效。
4 結語
半導體照明技術的進步推動了LED車用照明市場的發展，LED汽車燈將引領車用照明向更加綠色的方向發展。該文對LED汽車前照燈進行了分析，介紹了LED知識與汽車前照燈設計理論。LED前照燈光學設計要充分考慮各元件的可制造型，光學設計以國家標準為指導，光源尺寸越小，光學元件幾何尺寸精度要求越高。LED汽車前照燈驅動器需經嚴格測試，充分考慮到驅動器的尺寸，體現LED節能等特點。
參考文獻
[1] 鄧建國，玉進，郝革紅.一種新型LED汽車車燈設計分析[J].輕工科技，2013，29（7）：88-89.
[2] 黃楊程，蘇志林，朱曉東.新型LED汽車倒車燈的仿真設計[J].照明工程學報，2007（3）：50-53.
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