我國LED前照燈研發(fā)取得進展

作者：時間：2011-05-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　前照燈是保障汽車安全運行的重要部件之一。近幾年來，隨著照明光源技術(shù)的進步，汽車前照燈經(jīng)歷了一個從白熾燈到鹵素燈再到HID燈的發(fā)展過程，然而，這些傳統(tǒng)光源均屬于真空或充氣的玻殼燈具，在亮度、壽命、體積、發(fā)熱度、色溫調(diào)整與堅固性等各個方面均存在著致命的弱點。led汽車前照燈就是配置LED光源的一種前照燈，與傳統(tǒng)的汽車前照燈相比，具有壽命長、節(jié)能、光質(zhì)好、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快（NS級）、電壓低、體積小等優(yōu)點，其已成為國內(nèi)外爭相開發(fā)的熱點。

　　LED前照燈掀起汽車照明領(lǐng)域一場革命

　　當前，隨著汽車制造業(yè)的發(fā)展與人民生活水平的提高，汽車燈具的LED化、智能化是當今全球燈具發(fā)展的必然趨勢。尤其是LED光源的小巧、堅固、長壽、節(jié)能、平面化、智能化等諸多優(yōu)點能滿足人們對汽車安全、舒適、豪華、節(jié)能、環(huán)保與多功能等方面的要求。許多知名的汽車制造商與供應(yīng)商紛紛將此定為汽車工業(yè)新的經(jīng)濟增長點，紛紛將汽車照明LED化，以適應(yīng)將來的汽車市場。

　　但在世界范圍內(nèi)，LED前照燈仍處于研制階段，日本小糸車燈公司首先推出了LED前照燈樣燈，德國海拉公司也以獨具匠心的中心光源配合光纖定向?qū)Ч獾脑O(shè)計，推出了概念產(chǎn)品。

　　豐田的2008款雷克薩斯LS600Ch成為世界上首款應(yīng)用LED前大燈的車型，該車燈是由日本小糸制作所（KOITO）研制和生產(chǎn)，該款LED前照燈也成為了世界第一只LED前照燈。隨后Audi R8車型也推出了世界第一只全LED前照燈，第一時間使LED前照燈所有功能變成現(xiàn)實。

　　目前市場上幾款配備LED前照燈的車型有LS600Ch、Audi R8、Escalade Platinum，這三種車型市場售價均超過10萬美元，屬于豪華車型。大眾車型目前還沒有配備LED前照燈的主要原因是LED光源的價格一直比較高，在一定程度上限制了LED前照燈的市場銷量。盡管如此，很多汽車廠家還是將LED前大燈的應(yīng)用列入日程中。

　　隨著LED技術(shù)的不斷成熟和完善，其光源的價格將逐漸下降，未來將會有更多的車型采用LED前照燈。據(jù)日本小糸車燈制作所預(yù)測，2010年日本銷售的新車中將有5%配備LED前照燈，也就是說再過1-2年大眾化車型也有望配備LED前照燈。

　　我國在“十一五”期間對LED汽車燈進行了重點部署和研發(fā)。國家863計劃“半導體照明工程”重大項目，“十一五”首批啟動課題中就安排了“車用LED光源系統(tǒng)開發(fā)”、“轎車前照大燈集成技術(shù)研究”和“大功率LED車燈研究及規(guī)模化應(yīng)用”三個相關(guān)研發(fā)課題，分別由常州星宇車燈股份有限公司、吉林東光瑞寶車燈有限責任公司和天津一汽夏利汽車股份有限公司主持承擔。目前，前兩個課題都已順利通過驗收，一款基于奔騰B50車型的全LED前照燈樣燈問世。奔騰B50全LED前照燈的研制成功標志中國在LED前照燈領(lǐng)域已經(jīng)取得了進步，縮短了與國際先進水平的差距，也標志中國在汽車零部件領(lǐng)域自主創(chuàng)新方面取得了卓越的成果。隨著第一只全LED前照燈的誕生，其產(chǎn)業(yè)化進程也將逐步縮短。

　　奔騰B50車型全LED前照燈樣燈設(shè)計原理

　　一、結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　B50前照燈由遠光燈、近光燈、行車燈、轉(zhuǎn)向燈構(gòu)成，B50的遠光燈系統(tǒng)與Mazda6的電路系統(tǒng)相同，即遠光燈接通的時候，近光燈同時在接通狀態(tài)，設(shè)計者在結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，近光燈采用了3顆15W LED，遠光燈采用2顆15W LED，因此實際照明的時候遠光燈是5顆LED同時點亮。而位置燈與轉(zhuǎn)向燈則采用普通LED。下圖是B50前照燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：

　　二、光源選擇

　　選擇LED作為前照燈的光源，具有以下優(yōu)點：

　　色溫更高，超過5000K，因此更接近日光水平；

　　超長壽命，比汽車壽命還要長；更低的能耗：

　　近光燈 40W，遠光燈 45W；占用汽車的空間更??；

　　可以實現(xiàn)個性化的造型，前照燈中更容易增加個性元素；

　　冷光源，燈內(nèi)的溫度更低，使用普通樹脂材料更環(huán)保；

　　燈光的利用率更高。

　　另外LED產(chǎn)品具備比鹵素燈更高的光電轉(zhuǎn)換效率，如下表：

　　為了能夠?qū)崿F(xiàn)比現(xiàn)有前照燈更好的技術(shù)指標，該前照燈采用OSRAM公司OSTAR系列的大功率LED產(chǎn)品，該LED采用5顆3W LED串聯(lián)封裝，輸入電壓18V，電流800mA，設(shè)計時采用了專用電路進行驅(qū)動，以便能夠更好的發(fā)揮LED功效。

　　三、光學系統(tǒng)設(shè)計

　　光學設(shè)計采用近光燈光學設(shè)計和遠光燈光學設(shè)計兩種類型：

　　1.近光燈光學設(shè)計

　　近光燈設(shè)計采用的是橢球+透鏡的設(shè)計方式，原理如下：

　　根據(jù)橢球的幾何特性，它存在2個焦點，光源放置在其中一個焦點上，光源發(fā)出的光束通過橢球反射面反射會聚集在另外一個焦點上，而橢球的第二焦點又恰恰是透鏡的焦點，根據(jù)透鏡的性質(zhì)，焦點上發(fā)射出的光線通過透鏡的折射，輸出的應(yīng)當是平行光。根據(jù)這個原理，就可以根據(jù)ECE標準要求適當?shù)母淖儥E球的形狀，目的是使從透鏡輸出的光水平擴散，然后在透鏡的焦點處放置遮光屏，以達到形成明暗截至線的目的。

　　鑒于目前單顆大功率LED的實際光通量（400lm）尚不能滿足法規(guī)要求，因此，設(shè)計者采用了三聯(lián)透鏡組來制做近光燈組，設(shè)計圖樣如下圖：

　　在配光過程中，針對每個透鏡組分別配光，使每個透鏡組發(fā)揮著不同的作用，其擴散角度也不盡相同，最終確保75r，50r等法規(guī)要求點達到最佳效果。

　　LED與普通鹵素燈發(fā)光特性的區(qū)別，如下圖：

　　鹵素燈發(fā)光角度是360度，而LED發(fā)光角度僅僅在150度左右，在做配光設(shè)計的時候，應(yīng)重點考慮到這一點，因此，實際上只用了1/4橢球。

　　2.遠光燈光學設(shè)計

　　遠光燈光學設(shè)計采用兩種方案，第一種是反射鏡配光，第二種是自由曲面的透鏡配光。

　　遠光燈的光學設(shè)計根據(jù)ECE標準要求，進行反射鏡配光并結(jié)合自由曲面透鏡的設(shè)計使其達到擴散的目的，并且最亮點能超過法規(guī)的要求。

　　（1）反射鏡配光

　　反射鏡配光是基于拋物面原理進行設(shè)計，根據(jù)拋物線的幾何特性，光源放置在拋物面的焦點上。

　?。?）自由曲面透鏡的設(shè)計

　　這部分配光設(shè)計由LED、散熱系統(tǒng)、自由曲面透鏡三部分組成，設(shè)計者通過對透鏡表面部分進行配光設(shè)計，實現(xiàn)了預(yù)定的擴散目的。
反射鏡配光是比較傳統(tǒng)的配光方式，也比較容易控制，而自由曲面透鏡的配光是專門為LED配光設(shè)計的，鹵素燈不適合這種方案的設(shè)計。