單模組LED光源一體式汽車前照燈設(shè)計(jì).docVIP

單模組LED光源一體式汽車前照燈設(shè)計(jì)論文摘要：本設(shè)計(jì)是在已知光源發(fā)光分布的條件下，通過(guò)多個(gè)拋物面反射器和LED光源來(lái)控制光線的走向，從而在配光屏上取得標(biāo)準(zhǔn)的照度分布。本設(shè)計(jì)極大程度上降低了成本，設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)單，周期短，符合目前LED前照燈的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。本文對(duì)LED汽車前照燈遠(yuǎn)近配光進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)與仿真，仿真結(jié)果完全符合GB4599-2007標(biāo)準(zhǔn)要求。關(guān)于實(shí)物與仿真結(jié)果之間的誤差，還有待日后通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。Design of integrated automobile headlamp with single mode LED light sourceGuoZhigang Key wordssingle module； The LED； One-piece； Car headlights引言LED光源具有壽命長(zhǎng)、高效節(jié)能、體積小、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈、尾燈以及儀表用燈等方面廣泛應(yīng)用，即將成為車燈光源市場(chǎng)的主流。隨著LED在汽車照明系統(tǒng)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，越來(lái)越多的難題被攻克。但是LED應(yīng)用于汽車前照燈仍然具有挑戰(zhàn)性，即LED不同于傳統(tǒng)汽車光源的光學(xué)特性，使LED應(yīng)用于前照燈時(shí)要面臨復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)。一、一體式前照燈設(shè)計(jì)文中所研究的單模組LED光源的一體式汽車前照燈利用單模組LED光源、共反射器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近光兩種照明需求，根據(jù)GB25991-2010中對(duì)LED汽車近光燈與遠(yuǎn)光燈的相關(guān)要求，要將遠(yuǎn)光與近光集成在同一模組內(nèi)，需要解決遠(yuǎn)光中心照度、近光截止線與展寬這三個(gè)問(wèn)題。一體式汽車前照燈系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，該前照燈系統(tǒng)由反射器組、可翻轉(zhuǎn)擋板以及透鏡三個(gè)部分組成，其中反射器組由準(zhǔn)直系統(tǒng)以及聚光反射器兩部分組成二、透鏡與擋板可翻轉(zhuǎn)擋板的作用是形成近光所需的清晰截止線，當(dāng)擋板位于圖中實(shí)線位置時(shí)，前照燈工作在近光模式，當(dāng)擋板翻轉(zhuǎn)位于圖中虛線位置時(shí)，前照燈工作在遠(yuǎn)光模式。一束平行光經(jīng)過(guò)透鏡匯聚于透鏡焦點(diǎn)后發(fā)散，形成較大的展寬。設(shè)透鏡焦距為f，透鏡到測(cè)試屏距離為L(zhǎng)，平行光束寬度為d，透鏡厚度為D，透鏡材料折射率為n，展寬為l，經(jīng)過(guò)透鏡匯聚后的發(fā)散角為。則根據(jù)它們的幾何關(guān)系可得透鏡焦距f的計(jì)算公式為：f+f（n-1）-r2-（d/2）2 =d（1）L-f根據(jù)前級(jí)結(jié)構(gòu)可以確定平行光束寬度d，再根據(jù)其他已知條件可以獲得所需透鏡的焦距f。觀察f的計(jì)算公式可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)展寬l越小時(shí)，焦距越大。由于近光截止線的存在，當(dāng)透鏡焦距越大時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度也將越長(zhǎng)。因此，為了使得整體結(jié)構(gòu)足夠小，采用這種方式來(lái)獲得較大的水平展寬?？紤]到垂直展寬很小，可采用位于透鏡焦點(diǎn)附近的一束光線經(jīng)過(guò)透鏡后會(huì)形成一束近似平行的光線。綜上，由反射器組出射的光線組合拋物面反射器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)所采取的方案沒(méi)有配光透鏡，也不需要復(fù)雜的曲面劃分，只需通過(guò)對(duì)拋物面或者光源的偏移與旋轉(zhuǎn)就可以獲得不同的配光效果，由各個(gè)光學(xué)系統(tǒng)相互疊加達(dá)到最后的標(biāo)準(zhǔn)照度。值得一提的是，所有LED光源發(fā)出的光線只需反射一次，極大地提高了發(fā)光系統(tǒng)的效率。三、基本拋物面的選取設(shè)拋物線方程為y2=4fz旋轉(zhuǎn)拋物面方程為y2+x2=4fz式中：f為焦距。取f=12mm，出光孔直徑D=52.8mm，光源屬性采用前面所述的LXML-PWN1-0070的光強(qiáng)分布。由于LED為芯片發(fā)光，光線主要集中在正面。通過(guò)仿真分析可以觀察到，在相同尺寸的拋物面情況下，發(fā)光面放置方向與光線出射方向垂直時(shí)，測(cè)試屏上的光線收集率和總光通量比水平放置時(shí)要高得多，因此本設(shè)計(jì)采用發(fā)光面與光線出射方向垂直的放置方式。四、反射器三維模型的建立反射器建模采用CATIAV5軟件完成。該軟件擁有獨(dú)特曲面造型技術(shù)，極大地提高了開(kāi)發(fā)的效率，廣泛應(yīng)用于復(fù)雜的曲面造型設(shè)計(jì)中。本文采用CATIAV5軟件中創(chuàng)成式外形完成反射器曲面的設(shè)計(jì)，近光采用8個(gè)反射器，遠(yuǎn)光采用10個(gè)反射器，每個(gè)反射器都是標(biāo)準(zhǔn)的拋物曲面。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于控制各個(gè)反射器及其各自LED的偏移尺寸和旋轉(zhuǎn)角度，使每個(gè)LED發(fā)出的光線經(jīng)各自的反射器反射后照射到配光屏上特定的區(qū)域根據(jù)配光標(biāo)準(zhǔn)，近光要產(chǎn)生清晰的明暗截止線右下角粗線所示，即左側(cè)為水平h-h線，右側(cè)為h-h線上15角斜線，五、仿真結(jié)果與分析近光反射器組合在25m配光屏上的照度圖，仿真過(guò)程由Tracepro光學(xué)軟件實(shí)現(xiàn)。近光光線設(shè)置為125008=100000條，光通量為1308=1040lm。從配光圖可以看出，到達(dá)接收屏的光線為97075條，總的流明數(shù)為1009.5lm，光線利用率和有效光通量極高，都能夠達(dá)到97%以上，水平截止線和15明暗截止線也清晰可見(jiàn)。遠(yuǎn)光的光通量要求比近光的要高，但是標(biāo)準(zhǔn)只是針對(duì)特定的幾點(diǎn)而言，所以設(shè)計(jì)起來(lái)并沒(méi)有近光的復(fù)雜，在這里并不用考慮反射器的旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，只需移動(dòng)光源的位置即可。遠(yuǎn)光反射器組合在25m配光屏上的照度圖。同樣，遠(yuǎn)光光線設(shè)置為1000010=100000條，光通量為13010=1300lm。從配光圖可以看出，到達(dá)接收屏的光線為97168條，總的光通量為1262.6lm，光線利用率和有效光通量同樣都能夠達(dá)到97%以上。結(jié)論本設(shè)計(jì)是在已知光源發(fā)光分布的條件下，通過(guò)多個(gè)拋物面反射器和LED光源來(lái)控制光線的走向，從而在配光屏上取得標(biāo)準(zhǔn)的照度分布。本設(shè)計(jì)極大程度上降低了成本，設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)單，周期短，符合目前LED前照燈的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。本文對(duì)LED汽車前照燈遠(yuǎn)近配光進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)與仿真，仿真結(jié)果完全符合GB4599-2007標(biāo)準(zhǔn)要求。關(guān)于實(shí)物與仿真結(jié)果之間的誤差，還有待日后通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)1 王俊偉，葛愛(ài)明，蔡金林，陳鏡羽，朱凌.單模組LED光源的一體式汽車前