一种新型LED汽车前照灯的设计及运用

刘凌波

摘 要：LED是一种新型的半导体光源，将LED用于汽车前照灯具有节能环保、寿命长、体积小与抗震能力强等多种优势，目前LED汽车前照灯已应用于一些高档汽车制造中。该文对LED前照灯的设计技术进行了研究，介绍了LED目前在汽车领域内的发展状况，对LED前照灯散热部分与整体进行设计加工。通过该研究为LED在汽车灯设计中的应用提供参考。

关键词：LED 汽车前照灯 设计

中图分类号：TN710 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（a）-00-02

LED发光二极管是一种新型半导体发光材料構成的光源，其具有节能环保，结构坚固，工作电压低等优势。近年来，LED照明在商业领域得到大量推广。许多汽车制造商开始在汽车灯具设计中使用LED技术，LED已成为汽车照明技术的主流。我国LED汽车大灯设计研发目前与西方国家制造商尚存在一定差距。LED成本较高，汽车制造商对LED技术标准了解不足，因此在汽车灯具设计应用中仍存在一些问题。中国汽车市场需求量巨大，国内独立研发LED前照灯的厂商较少，对LED汽车照明灯的研究具有巨大的经济意义。

1 LED汽车灯简介

LED本质是电致发光半导体二极管，其核心部分是PN节构成的发光芯片，具有普通二极管的伏安特性。设计LED汽车灯驱动器需考虑实际应用环境因素，首先需设定汽车蓄电池供电状况。蓄电池正常输出电压设计为12V，驱动器设计中应高度重视驱动器寿命设计，正常工作温度设计LED车灯驱动器。确保所设计驱动器满足灯具现实需求。进行LED照明灯具驱动器设计工作，需满足高可靠性，高效率，低成本等要求。

LED驱动器驱动方式选择关系其灯具性能，驱动器设计应科学选择其驱动方式，恒压式驱动方式多应用于小功率LED模块方面[1]。恒流驱动是LED驱动的最佳方式。

学者对LED材料结构学方面进行了大量研究，使LED灯在汽车设计制造中广泛应用。自2009年开始，我国白光LED照明设备发光效能达到70lm/W，LED灯光大多能量实现了转化，热量损失程度逐渐减少。LED技术作用下，汽车照明系统mpg指标得到了显著提升。欧洲地区白天驾驶汽车必须开启照明，mpg指标提升达到0.5，LED灯对车辆燃油性能进行了全面提升。

目前各路标设计以被动辉光反射形式为主，交通指示牌中的光源反射性大于其他光源，使驾驶员有效的避免了交通违章，保证交通行车安全。夜间行车中光的强烈反射，使相关信息更加清晰。

为增强LED等灯的使用效果，设计光源色温保持在5500～6000k之间，昼间使用LED灯光更接近于自然光线。有利于提升驾驶的舒适度。高强灯光作用下会对人眼造成巨大的视觉压力，为避免此问题，人们在HID灯具设计中融入了许多光学知识，将刺激光源分散到驾驶员不关注的地方。道路行驶中，区域蓝光对迎面驾驶员产生炫目的影响。灯具波段光设计应保持在450nm以下。将LED技术应用于汽车前照灯设计中，可有效保护驾驶员视力，避免发生交通安全事故。

2 LED汽车前照灯设计形式

汽车前照明光学系统由远近光灯，昼行灯与前雾灯组成，近光灯指在保证照明前期下，车辆前方行人车辆经过不会让人有不适感。远光灯指车辆前方无行人车辆，可照亮远方道路。汽车配置的照明灯有针对性，选择正确的灯光照明，才能确保行车安全。汽车灯光设计中要遵循科学性，特殊环境下，灯光的折射弧与透视镜也发挥重要的作用。

前照灯是汽车行驶中必备的灯具，其内部由透镜，抛物反射面与光源组成。遮光罩及大量光学透镜不利于增加前照灯倾斜度，车灯体积较大，汽车造型改变时车灯外形需随之变化。其表面布满纹饰，难以起到良好的透光作用，抛物面型难以适应现代车灯设计要求。

反射式自由曲面型前照灯通过反射面弧度进行灯光控制，可在不安装灯罩的情况下控制好照明角度，对外界条件无过高要求。反射器曲面面型数据由数值软件产生，开发效率高，反射曲面较光滑，此前照灯安装灯罩不具有折光作用，可使前照灯产生较大的倾斜度，可在一定程度上优化灯光投射。低位型的灯光设计为用户带来美学感受，配置合适的灯罩则功能完善，人称之为水晶灯。

折射式前照灯模块由光源，光学透镜构成，不需其他辅助装置即可接受屏上达到预定光型，可有效控制光线射出方向，光学系统具有较高的能量利用率。通常采用多自由曲面配光，可方便地控制透镜的尺寸及设计配光光型[2]。

投射式前照灯由椭球光源，反射装置等部分组成，需将光源投射过透镜完成照明，光源通过反射器后投射到遮光板，各部分对不同光驱进行分配，在很大程度上遮挡其他零散光线。

随着我国汽车工业的崛起，汽车行业市场日益繁盛，前照灯是汽车中的有机组成部分，兼备审美性与功能性。我国对汽车前照灯的研究不断深入，2012年，我国实施《汽车用LED前照灯》为汽车用LED光源前照灯配光性能，光色等提供了检验规则。有助于推动我国LED汽车前照明产品的研发。

3 LED汽车前照灯设计应用

汽车前照灯系统设计中以光型叠加配光方式为主，对前照灯配光设计产生了很大影响。LED前照灯以半球形发射为主，需对多个光源进行设计才能满足汽车光通量要求。LED前照灯系统容纳了多个光源，各系统位置必须进行明确。前照灯系统接近发动机机舱，易影响照明系统散热。因此，在设计时应在散热部件上加装风扇。LED灯设计人员进行设计时需对车辆的电器件性能进行充分考虑，确保LED灯正常运转。LED前照灯要满足日间行车使用需求，昼间LED灯光度较低，可降低燃油消耗，白天使用LED前照灯使用功率保持在9W左右。

车内照明光源设计相对简单。具备较高的反映速度。使得车内照明具备较高的适用能力。LED灯在色温等方面具备较强优势，为车内使用提供灯光了有利条件。常见的灯具有仪表照明、阅读灯等。LED灯会对车门关闭状态进行有效提示。开启后备箱时，LED指示灯会自动开启。为了解使用车辆状况提供了方便。LED灯在车内照明系统中的应用中，驾驶员夜间行驶查看仪表速度油耗等信息，LED灯的应用可缓解灯光对驾驶员的视觉冲击干扰，避免其产生炫目的情况。

LED灯主体应用方向主要包括前照明系统，车内照明灯及尾部信号灯。从应用形式不同可分为直射式、反射式与透光式。直射式LED灯设计中，设计人员将LED安装在反射面中央位置，此设计方式属于对LED光源的直接应用。其设计难度较小，但亮度过于集中会对驾驶员产生视觉影响。反射式灯光主要将LED灯安装在发射面一侧，保证驾驶员无法从正面感觉光源，不会使驾驶员产生炫目的反应。设计中对设计精确度要求较高，增加了设计难度。透光式LED灯设计中，主要通过利用其他介质，此设计形式配光暗度较大，但外观绚丽美观。

4 结语

汽车前照明是汽车的重要组成部分，其设计能起良好的照明效果，对汽车整体进行装饰。LED技术是一种新型的汽车照明系统，弥补了白炽灯应用的不足。该文对LED灯光技术汽车前照灯的设计进行了研究，介绍了汽车前照灯结构构成，分析了LED技术在汽车前照灯设计中的优势。LED灯在汽车前照灯的应用前景广阔。目前LED灯设计中仍存在一些缺点，需在设计中不断优化。

参考文献

[1] 李中杨，曾国英，赵登峰.LED汽车前照灯结构设计[J].机械设计与制造，2018（S1）：140-142，146.

[2] 肖远.LED技术在汽车照明系统中的应用分析[J].现代信息科技，2018，2（6）：51-52.