一种汽车前照灯LED透镜设计方案

雷旭，王少娜，刘攀，初翔杰，黄占君，刘盛德



一种汽车前照灯LED透镜设计方案

雷旭，王少娜，刘攀，初翔杰，黄占君，刘盛德

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230000）

汽车前照灯LED透镜是前照灯重要的组成部件，LED透镜的光学表现直接影响LED前照灯的光学照明性能，LED透镜的应用，可有效提升整车科技感及造型美感，LED光源的选择，光学效果实现，可靠结构方案使用是汽车LED透镜设计重要考虑因素。

LED；前照灯；光学设计；设计方案

引言

汽车前照灯LED透镜是前照灯重要的组成部件，LED透镜的光学表现直接影响LED前照灯的光学照明性能，由于LED光源技术的发展，LED光源在汽车照明上的应用越来越广泛，LED透镜的应用，可有效提升整车科技感及造型美感，LED光源的选择，光学效果实现，可靠结构方案使用是汽车LED透镜设计重要考虑因素。

1 概述

本文所阐述透镜尺寸分析对汽车前照灯LED透镜尺寸设计带来的不同光学表现进行了详细的描述，从法规要求、LED透镜尺寸设计对比、LED透镜设计的光学基础参数、LED透镜配光分析等多方面进行了全面、完整的对比及方案阐述。

2 LED透镜一般结构形式

2.1 自由曲面类异性透镜

自由曲面类透镜是外观表面较为不同的一种透镜形式，一般为不规则的长方体，且表面为非连续曲率曲面。

图1 自由曲面类异性透镜

该类型透镜结构特点为曲面曲率不连续，造型自由度高，尺寸一般为70mm×40mm或100mm×40mm。

2.2 椭球类透镜

椭球类透镜是外观表面看似球形的一种透镜形式，一般为规则的圆形或偏切型球面，且表面为连续曲率曲面。

图2 椭球类异性透镜

该类型透镜结构特点为球面曲率连续，造型一般看上去圆形或偏切圆形，尺寸一般为70mm×40mm、D70mm或D60mm，根据造型需求，透镜尺寸可最小至55mm×35mm。

3 LED透镜设计方案

3.1 法规配光要求

由于前照灯远光对尺寸要求较低，本文重点对近光LED透镜进行分析说明，法规配光按GB25991-2010要求进行。

图3 汽车近光配光光学定义

表1 汽车近光光学值法规要求

所有汽车近光LED透镜必须按法规规定的限制进行，在进行模拟及实物分析过程中，均需对各区域亮度进行匹配和满足。

3.2 LED光源选择

LED又称发光二极管，属于一种半导体固体光源，由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。

根据行业经验值，近光设计一般选择光通量在1500lm以上的光源或多颗LED组成总光通量在1500lm以上，本文设计采用3颗标称650lm的OSLON Black Flat 2芯LED芯片。

图4 OSLON Black Flat S LED

3.3 透镜光学面设计

采用双颗粒设计的近光反射镜，需配合设计两个LED侧发反射镜，反射镜与LED配合形式及尺寸如图5所示。

图5 LED透镜反射镜与LED颗粒

透镜采用3个反射镜进行组合设计，总尺寸大小为78mm×32mm，匹配3颗两芯LED光源进行光学设计，光学面为椭球反射面截取面，LED布置位于椭球面焦点位置。

3.4 透镜配光仿真设计

采用CAE模拟进行光通量设置，同时采用光学能量及光线反射原理进行光学设计，得出如下光学值及光型效果图：

图6 LED透镜近光光型图

通过CAE仿真可看出，EMAX点亮度达到39.5LX，光区分布合理，不仅满足法规配光要求，且高于相关要求，光学均匀性效果良好。

图7 LED透镜近光路面效果图

通过路面参数设置，通过CAE仿真可看出，近光总亮度输出达到12500cd，地面最大亮度为427lx，地面照明亮度良好，符合要求。

3.5 LED透镜结构方案

LED透镜整体结构组成包括：光学透镜、安装支架、反射镜主件、安装标准件、LED颗粒及其散热组件。各个组成部分负责不同功能的实现，光学透镜主要用于将光线进行平行输出，安装支架负责将光学透镜与反射镜组件进行精度匹配与安装固定，LED颗粒及散热模块负责光源输出及散热。

图8

4 结论

本文阐述一种汽车LED前照灯的LED透镜设计方案，从光学法规要求、光源选择、CAE仿真设计、透镜结构组件等多方面进行了方案介绍。本文阐述的方案可有效运用于汽车LED前照灯的设计，为汽车LED前照灯的设计提供了一种主流设计方案。

[1] GB 25991-2010汽车用LED前照灯.

[2] 吕正,吕亮. LED在汽车上的应用趋势[J].中国照明电器,2007,(8).

[3] 范俊杰,宁凡.LED驱动电源的现状与展望[J].中国科技信息,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，内外饰设计工程师，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。主要从事汽车照明系统及后视镜系统的技术研发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.048