LED汽车灯具结构设计及光学设计浅谈

王宇

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。  　　关键词：新型LED灯  汽车灯  设计  　　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汽车灯具结构设计的基本概述  　　经大量科研数据分析可知，LED汽车车灯从使用用途来看可分为照明灯和信号灯两大类，其中，照明灯又分为外照明灯和内照明灯，信号灯又分为外信号灯和内信号灯。从某方面来讲，在上述车灯类别中，行车安全的关键部件是外照明灯和外信号灯。  　　2.1 LED车灯防结露起雾结构设计  　　从目前来看，LED 车灯主要包括散热器以及由灯罩与外壳组成的灯室，灯室中的金属基PCB板上焊接有LED灯珠等结构。经大量调研数据分析可知，LED车灯防结露起雾结构的机构组成主要有：第一，LED车灯灯具的外壳后端口和散热器的前端的连接处设有硅胶密封圈，且两者的连接方式主要为旋转卡接方式;第二，在LED车灯的灯罩及外壳的外侧面，在进行设计时需设有至少一条将迎面风导向散热器的导风槽;第三，LED车灯还包括设于灯室外的驱动控制盒，驱动控制盒内设有控制 LED灯珠工作的控制元件;第四，为从根本上确保车灯作用的最大化发挥，PCB板的后端面与散热器的前端面之间也需设有导热胶，以此来确保灯具效果的发挥。  　　2.2 电路及软件设计  　　在进行实际设计过程中，为从根本上确保外照明灯和外信号灯等强制性检验作用的最大化发挥，在进行设计时，一方面，设计者需明确本设计的创新原理和现有产品的技术优势，然后在进行结构组合安装过程中严格按照设计方案进行拼接，另一方面，由于汽车灯具现已成为汽车造型不可或缺的重要装饰物，在汽车工业的发展过程中起到了画龙点睛的作用，因此，为将前照灯、雾灯以及转弯指示灯有机地组合到一起，汽车工业的设计人员需明确了解汽车工业的电路及软件方案的内容，以此谨遵相关工序进行组合拼接，以此来确保LED汽车灯具作用的最大化发挥。  　　3 LED汽车灯具光学设计的基本探析  　　3.1 配光特性  　　根据相关数据调查分析可知，在当前城市化、工业化建设进程不断加快的信息化产业时代背景下，汽车的前照车灯是保障行车安全运行的重要部件之一，因此，在进行车灯光照的设计过程中，为从根本上提高驾驶者的行车安全，前照灯的配光特性、光照强度需符合相关技术标准的基本要求，从而在根本上避免后续使用过程中出现前照灯近光亮区暗、近光暗区漏光等情况[1]，以此来确保驾驶者能准确地看清物体，最大程度地避免安全事故的发生，为企业可持续发展目标的实现奠定良好基础。  　　3.2 配光设计的流程  　　在进行配光设计的过程中，为从根本上提高设计的科学性、合理性和有效性，在进行设计时，一方面，设计工作者需根据整体尺寸来确定灯丝位置和要求的扩散角度，从而确保在后续使用过程中灯光的照射方向和照射范畴能满足造型和配光的要求，另一方面，相对于一个自由曲面反射镜光学系统来说，其设计的核心要素为自由曲面反射弧加一个光源，而从某方面来讲，自由曲面反射弧的设计基于IBM工作站的CATIA及二次开发软件包，因此在进行设计的过程中，为确保设计的科学性、合理性和有效性，将CATIA中自由曲面数据微分成N块小的曲面，使得每块小的曲面可以近似成小的平面，从而便可在后续的计算中准确地计算出光源的成像区域，为后续的施工作业奠定良好基础。  　　3.3 信号灯的分类  　　在当前汽车工业高速发展的时代背景下，信号灯按照不同的分类依据，可分为不同的种类[2]，例如按照配光设计分类，信号灯可分为直射型、反射型和带内配光镜型三种。  　　3.4 信号灯的ECE的法规要求  　　当前在我国汽车工业的发展过程中，常用的配光类别主要有美国的SAE模式、欧洲的ECE模式，而中国目前在进行信号等光学设计过程中，不难发现除了高位制动灯和倒车灯外，其他的信号灯在进行应用时，其都能达到设计的相关要求。通过进一步研究发现，测试点与中心数值的相对比率基本相同，为汽车工业的进一步发展奠定了良好基础。  　　4 结语  　　总而言之，改革开放以来，在当前经济全球化不断发展的信息化产业时代背景下，汽车工业的不断发展在一定程度上加快了各种款式汽车的涌现速度，同时也对各个构成部件提出了更高的要求，而燈具作为汽车的重要构成部件，其设计的科学性、合理性和有效性对驾驶者的信息获取具有一定程度的影响，因此，为提高行车的安全性和舒适度，全面探析汽车结构设计和光学设计的内容是十分必要的。  　　【参考文献】  　　[1]杨恒.LED照明驱动器设计步骤详解[M].北京：中国电力出版社，2010.  　[2]LED照明推进协会.LED照明设计与应用[M].北京：科学出版社，2009. 

　[3] 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.  　　[4] 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.