簡單分析汽車大燈的設(shè)計與開發(fā)

汽車的大燈代表了車的精氣神，今天一起來看看汽車大燈的設(shè)計與開發(fā)

1.定義

汽車大燈又稱汽車前照燈，汽車LED日行燈等，它作為汽車的眼睛不僅影響著一位車主的外在形象，而且和夜間駕駛或惡劣天氣時的安全駕駛密切相關(guān)。

2.汽車大燈的組成、發(fā)展以及類型

3.汽車大燈設(shè)計開發(fā)流程

4.汽車車燈照明原理

1. 反光鏡

定義：通常采用拋物面反射鏡。拋物面由拋物線作為母線繞軸線轉(zhuǎn)動180°組成，剖面圖見圖。

因下部反射光將照射到高處，給司機帶來嚴(yán)重眩暈，為克服炫光現(xiàn)象,H4燈將遮光罩置于近光燈絲下方，使得近光燈光線不落反射鏡下部，以免下部反射光射向司機眼睛。

遠(yuǎn)近光燈的切換原理：

F是反射鏡的一個焦點，在該點光源經(jīng)過反射鏡后光線沿水平射出。

S為反射鏡的又一個焦點，當(dāng)點光源通過反射鏡時，光沿著斜角度射出并聚焦到光路之外一點。

2. 配光鏡

配光鏡也叫散光玻璃，由透光玻璃壓合而成，由許多塊專用棱鏡與透鏡組合而成，為汽車燈具三大件之一。它的功能是把反射鏡反射出來的平行光束折射出來，使車前路面及線路均能得到很好的均勻光照。

柱面透鏡（凹圓柱面或者凸圓柱面等）將光向左或向右分散為一個角度。雙曲面（輪胎）透鏡。讓光線向左或向右，向上或向下擴(kuò)散一角度。楔棱鏡，使光線向下、向上或斜向偏折一個角度。

5.LED汽車大燈的設(shè)計

現(xiàn)采用白色LED作汽車前照燈光源，使其優(yōu)越性得以充分發(fā)揮。這一新系統(tǒng)比常用鹵鎢燈亮，幾乎相當(dāng)于HID頭燈。但鑒于LED光源所具有的獨特優(yōu)勢，如質(zhì)量輕，安裝深度低，耗能少，使用壽命長，無環(huán)境污染等等，這些光源確實比較適合用作新一代汽車前照燈系統(tǒng)光源。此外，白色LED 的使用還可以使整個車的設(shè)計變得更加靈活?，F(xiàn)在我們正在進(jìn)行白光LED 汽車前照燈的研發(fā)工作，以充分展示它們的優(yōu)越性。

1. 白光LED的現(xiàn)狀

1、白光LED的原理

白光LED 有幾種不同的工作原理：

A. “藍(lán)光LED + $熒光粉”型是是白光LED 發(fā)展的最高水平,它最有可能被用在第一代LED 汽車前照燈系統(tǒng)中。

B. “紫外線LED加紅、綠、藍(lán)熒光粉”型由于顯色指數(shù)較高，最具有用作通常照明系統(tǒng)用燈的潛力，但是用作前照燈系統(tǒng)也要研究怎樣克服紫外光在塑料中的老化。

C. “紅、綠、藍(lán)三芯片”型具有改變發(fā)光顏色的特性，但是由于難以克服其使用時的顏色變化，至今仍無法用于前照燈系統(tǒng)，這種色彩的變化可能源于三種芯片在溫度特性上的差異或者源于不同LED在損耗退化速度上存在差異。

2、光通量

光通量是人眼能夠感受到的輻射功率與一定頻段內(nèi)輻射能量與一定頻段內(nèi)單位時間相對視見率之積。它在2005、2006年時光效可達(dá)60lmPW,最大功率估計可達(dá)1~5W,所以一顆LED光通輸出估計能達(dá)60~300lm。下面介紹近年來LED在光效方面的進(jìn)展。

3、亮度

目前LED最大亮度為4cdPmm2,該值遠(yuǎn)低于鹵鎢燈20~25cdPmm2,與HID前照燈相比更低10倍以上。所以，要想設(shè)計一款適合大小的汽車前照燈，就需要將單顆LED輸出亮度提升至目前2~3倍。

使用熒光粉的LED 的出射亮度不僅僅決定于芯片的尺寸,同時還決定于與芯片作為一個整體的包含熒光粉的發(fā)光表面的外觀尺寸。

同為1×1mm芯片，可發(fā)射30lm光通量，但亮度可在01*cdPmm2間改變，這要看熒光粉涂敷方式和組件封裝方法而定。所以在汽車前照燈LED中所使用的熒光粉一定要盡可能地涂細(xì)，以免使光源系統(tǒng)表面積增加。

4、壽命

用于汽車前照燈,LED 的壽命必須超過HID 光源的3 000h ,若進(jìn)一步考慮到替換LED 光源的過程難度更大,LED 的壽命要求能夠超過10000h。

2. 汽車前照燈的實際應(yīng)用

1、光學(xué)系統(tǒng)

一套LED 前照燈系統(tǒng)毫無疑問需要多個LED 光源,因為單個LED 不能提供足夠的光通量。與此同時，常用鹵鎢燈,HID光源等，其出射光都會照射到除了基底以外所有方向上，普通現(xiàn)用大功率LED出射光由于受結(jié)構(gòu)限制會照射半個球。從而使采用LED前照燈光學(xué)系統(tǒng)有別于普通前照燈系統(tǒng)。但兩種前照燈系統(tǒng)對它們的出射光要求相同，所以基本可采用常用方法來設(shè)計采用LED前照燈。

2、光學(xué)系統(tǒng)組成成分的精確尺寸定位

LED 光源和光學(xué)系統(tǒng)做得更小，光學(xué)元件的相對位置就要求更加精確。以直接投射光學(xué)系統(tǒng)為例，如下圖為直接投射光學(xué)系統(tǒng)中LED 放置位置的影響示意圖，該圖顯示了透鏡和LED 的相對位置對出射光束的光軸方向的影響。LED前照燈系統(tǒng)中含有大量光源，對寬光束分布遠(yuǎn)光束系統(tǒng)來說，透鏡與LED之間的相對位置影響將不是一個問題。且近光束具有很銳利的截止面，為實現(xiàn)各LED單元發(fā)光光軸指向一致，需要前照燈系統(tǒng)各構(gòu)成部件間相對位置準(zhǔn)確。

3、LED 的亮度和頭燈的尺寸

光源的亮度在汽車前照燈系統(tǒng)中，近光束燈要求達(dá)到2 000～30 000cd 的光強度,而遠(yuǎn)光束燈至少要求達(dá)到50 000cd 的光強。光源某一方向上光強度決定于光源發(fā)光部分這一方向上亮度大小，換言之決定于光源內(nèi)部眾多小發(fā)光體亮度之和。這里的小發(fā)光體是指構(gòu)成光源的大量LED,光源LED亮度需考慮光被各光學(xué)部件反射及傳輸過程中衰減情況。在典型前照燈系統(tǒng)里，光線在各光學(xué)元件上，包括外透鏡上的總衰減約為25%~40%。根據(jù)物理學(xué)的觀點來看，光學(xué)元件是不可能放大光源的亮度，因而對光源的亮度的要求就決定了前照燈表面面積的下限。下圖為光源的亮度與汽車前照燈的最小表面面積的關(guān)系圖。

4、LED的最大工作溫度和熱處理

P-N結(jié)作為發(fā)光和發(fā)熱同時進(jìn)行的元件，其溫度（Tj）不應(yīng)超過LED全部工況下的絕對額定值（Tjmax）,Tjmax現(xiàn)在約為120°C。

LED燈散熱器采用鋁及黑色明礬石，為達(dá)到燈具自然風(fēng)冷目的，呈魚鰭狀伸出燈外。

6.LED大燈光束試驗

1. 近光束

為論證LED前照燈系統(tǒng)是否可能，制作了有反射器燈具樣品可產(chǎn)生近光，其光線分布達(dá)到美國標(biāo)準(zhǔn)。如下圖所示為其光線分布。36lm光通量及1 600cd最大光強可由采用兩個LED與38mm×94mm反射鏡組合而成，所應(yīng)用的每LED功率1W、亮度4cdPmm2、光通量30lm、芯片尺寸1mm×1mm。下圖是近光帶反射器燈具樣品光線分布情況。

2. 遠(yuǎn)光束

我們進(jìn)一步試驗，使用帶反射器的遠(yuǎn)光燈具樣品。如圖顯示了它的光分布情況。3 600cd 的最大光強是使用1 個LED 配合一個半徑為30mm 的半圓形反光鏡得到，它所應(yīng)用到的每一個LED功率5W、亮度約4cdPmm2、光通量95lm、芯片大小2mm×2mm。為使最大亮度大于50 000cd,需采用14個等單元，各單元反射面投影面積為28126cm2,所以14個單元總投影面積為395164cm2。有了這種投射面積，前照燈系統(tǒng)體積大，不能真正使用。為制作出實際樣品,LED亮度應(yīng)提高至少三倍。下圖是遠(yuǎn)光帶反射器燈具樣品光線分布情況。

7.汽車燈光調(diào)節(jié)器

1. 定義

當(dāng)汽車前大燈受到后備箱負(fù)重，長期振動，高低路況的作用，并可能導(dǎo)致照射方向與標(biāo)準(zhǔn)方向發(fā)生偏差時，燈光調(diào)節(jié)器作用是調(diào)整前燈照射方向從偏差處回到標(biāo)準(zhǔn)處，以提高照明效果。

2. 調(diào)節(jié)方式

手動：手動方式主要由大燈調(diào)節(jié)電機和手動開關(guān)組成，燈光調(diào)節(jié)電機在前部車燈處，控制部分在駕駛室，儀表盤上有一手動開關(guān)，靠駕駛員根據(jù)自己需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

自動：自動式包括燈光調(diào)節(jié)電機，控制器及2個水平傳感器，水平傳感器安裝于車體的前端與后端，主要用于探測汽車底盤與地面之間的距離，將高度差值通過電信號傳輸?shù)娇刂破髦?，控制器進(jìn)行比較計算之后再去控制燈光調(diào)節(jié)電機來完成燈光自動調(diào)節(jié)功能。

8.結(jié)語

車輛運行時，前照燈性能的好壞極大地影響著司機安全駕駛，照明不足影響視線，過亮則給正在運行的車輛司機帶來刺眼。

雖然汽車前照燈在整車中體積不大，但在汽車的安全性能中有著非常重要的地位。