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    LED技術(shù)在汽車燈具中的設(shè)計與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

    2018-12-27 01:20:56唐華平
    科技資訊 2018年20期
    關(guān)鍵詞:應(yīng)用設(shè)計

    唐華平

    摘 要:在節(jié)能環(huán)保的趨勢下,LED技術(shù)以其自身的優(yōu)勢特點(diǎn)應(yīng)用于汽車燈具的設(shè)計和應(yīng)用領(lǐng)域,隨著大功率LED技術(shù)的不斷提升和成本的降低,為汽車燈具產(chǎn)業(yè)提供了更為寬廣的空間。為此,要充分認(rèn)識到LED技術(shù)的優(yōu)勢,探索LED技術(shù)在汽車燈具中的設(shè)計與應(yīng)用實(shí)踐,使之廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)向燈、踏步燈、儀表照明燈、行李廂燈、制動燈、前照燈等信號燈具之中。

    關(guān)鍵詞:LED技術(shù) 汽車燈具 設(shè)計 應(yīng)用

    中圖分類號:U463.65 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2018)07(b)-0078-02

    汽車行駛的過程中離不開燈具的設(shè)計和應(yīng)用,它是汽車主動安全的重要部件,隨著大功率LED技術(shù)的不斷提升,在汽車燈具中也引入了以LED(發(fā)光二極管)為光源的車燈,顯示出高亮度、低功耗、使用周期長等優(yōu)勢特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于汽車的外部車燈和內(nèi)部車燈之中,極大地推動了汽車燈具行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。

    1 汽車LED光源的發(fā)光原理及應(yīng)用優(yōu)勢分析

    LED光源是一種半導(dǎo)體器件,由PN結(jié)所構(gòu)成,發(fā)出的光波長λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg的關(guān)系可以表述為:λ≈1.2359/Eg,其中:光波長λ的單位用nm表示,應(yīng)用范圍在380~780nm之間;發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg的單位可以用eV表示,應(yīng)用范圍應(yīng)當(dāng)在3.26~1.63eV之間,由紅色、綠色、藍(lán)色為LED可見光的三基色,進(jìn)行任意組合而生成其他顏色的可見光。汽車LED光源應(yīng)用的工作原理主要表現(xiàn)為以下幾種:(1)由單芯片的LED所構(gòu)成,在單色LED和熒光粉相組合的條件下發(fā)出白光,相關(guān)的組合包括有InGaN(藍(lán)色)/YAG熒光粉、InGaN(紫外)/(紅色+綠色+藍(lán)色)熒光粉、InGaN(藍(lán)色)/(紅色+綠色)熒光粉等。(2)由雙芯片的LED所構(gòu)成,應(yīng)用于顯色性要求較低的使用區(qū)域,其主要的組合構(gòu)成包括有藍(lán)色LED+黃色LED、藍(lán)色LED+黃綠色LED、藍(lán)綠色LED+黃色LED等。(3)多芯片LED。這種方式主要是采用RGB的合成方式,總體光效性較低。

    汽車LED光源主要采用由藍(lán)色LED/黃色熒光粉組合而成的單芯片白光LED產(chǎn)品,其發(fā)展相對成熟,有其他光源不可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢特點(diǎn),具體表現(xiàn)為以下方面:(1)響應(yīng)速度快。LED的響應(yīng)時間短,能夠在多個LED光源之間進(jìn)行快速的切換,當(dāng)其由電源接通到達(dá)所需的發(fā)光亮度時僅須1ms以內(nèi)的響應(yīng)時間,通常應(yīng)用于汽車制動燈的應(yīng)用領(lǐng)域。(2)節(jié)能環(huán)保。LED技術(shù)應(yīng)用于汽車燈具之中,表現(xiàn)出工作電壓低、電流小、亮度高的特點(diǎn),體現(xiàn)出大功率、低能耗的優(yōu)勢,可以較好地應(yīng)用于電動汽車之中,節(jié)約能源的消耗,提高電動汽車的續(xù)航里程。同時,LED取代鹵素?zé)粢簿哂袠O高的發(fā)光效能,改善整車燃油經(jīng)濟(jì)性。(3)使用壽命長。LED技術(shù)應(yīng)用于汽車燈具之中,還表現(xiàn)出使用時間長的優(yōu)點(diǎn),由于LED是由環(huán)氧樹脂外部封裝的固態(tài)半導(dǎo)體芯片,具有更高的耐沖擊性能,可以較好地減少光源替換的次數(shù),較好地保護(hù)精密光學(xué)部件。(4)光色多且易于辨別。LED可以通過紅色、綠色、藍(lán)色的三基色所組合而成,形成極其豐富的光色,并可以較好地應(yīng)用于前照燈中,用于對光色的辨識,由于路標(biāo)是采用被動輝光的反射方式,LED發(fā)出的光能夠極其有效地被物體所反射,使行車駕駛員清晰地辨識交通標(biāo)志。(5)體積小。LED光源可以根據(jù)使用者的需求進(jìn)行不同形狀的設(shè)計和應(yīng)用,尤其是可以設(shè)計為扁平狀、厚度小的形態(tài),具有體積小的優(yōu)勢特點(diǎn),有利于汽車的造型設(shè)計。(6)前照燈防眩。白色LED光源的色溫為5500~6000K,與自然光的色溫4800~6000K相接近,可以使駕駛員產(chǎn)生舒適的感覺,同時也不會對迎面駛來的會車司機(jī)造成視障影響。

    2 LED技術(shù)在汽車燈具中的應(yīng)用方法分析

    2.1 LED技術(shù)在汽車燈具中的具體應(yīng)用

    LED技術(shù)在汽車燈具中的應(yīng)用極其廣泛,有極其廣闊的應(yīng)用空間,滿足汽車各種照明的需求,下面重點(diǎn)對汽車前照燈系統(tǒng)、尾部信號燈、車內(nèi)照明燈的應(yīng)用進(jìn)行分析:

    (1)LED前照燈系統(tǒng)。將LED技術(shù)應(yīng)用于汽車前照燈之中,通常是采用光形疊加的配光方式進(jìn)行設(shè)計,要設(shè)計多個光源以滿足汽車光通量的需求,要使近光光通量達(dá)到1100lm左右;并要注重前照燈系統(tǒng)構(gòu)成部分的相對位置,務(wù)必使之精準(zhǔn)以確保LED光軸的方向性。另外,要注重LED燈具的電器件應(yīng)用,必須檢查內(nèi)部控制模塊的協(xié)調(diào)性能、電磁抗干擾性等,使之滿足汽車燈具正常應(yīng)用需求。

    (2)LED尾部信號燈。在LED技術(shù)應(yīng)用于汽車尾部信號燈的設(shè)計中,要結(jié)合汽車的造型設(shè)計和使用功能,選定相應(yīng)的LED燈型、數(shù)量和焊裝工藝,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝驗證之后,使LED光線在光屏上疊加并經(jīng)由反射鏡和配光鏡折射,形成一定區(qū)域的光形分布,從而滿足汽車尾部信號燈的要求。

    (3)LED車內(nèi)照明燈。汽車內(nèi)部的儀表照明燈、踏步燈、門燈、行李箱燈、閱讀燈、頂燈等也可以應(yīng)用LED技術(shù),由于LED車內(nèi)照明燈的空間占用較小、響應(yīng)速度快,能夠充分突顯LED技術(shù)的色溫、顯色、亮度等方面的優(yōu)點(diǎn),因而有極其廣泛的應(yīng)用。同時,LED車內(nèi)照明燈還可以較好地監(jiān)視車內(nèi)的狀態(tài),如:車燈在車門沒有可靠關(guān)閉的狀態(tài)下會持續(xù)閃亮;行李箱燈會在行李箱門打開時自動開啟。另外,LED車內(nèi)照明燈還可以較好地減少對車內(nèi)駕駛?cè)藛T的眩目干擾和影響。

    2.2 LED汽車燈具的應(yīng)用方式分析

    2.2.1 直射式

    將LED設(shè)計于反射面的中間部位,使之面朝正前方或正后方,從其前后方可以直接觀察到LED光源本體,這是一種設(shè)計、配置相對簡便的方法,然而其直射式的設(shè)計會對人體的視覺造成刺激影響,有一定的眩光性干擾。

    2.2.2 反射式

    將LED安裝于反射面的一側(cè),從正面觀察難以發(fā)現(xiàn)LED光源本體,這種設(shè)計應(yīng)用方法相對復(fù)雜,對配光的精準(zhǔn)度要求極高,但是不會對人體視覺產(chǎn)生眩目的影響和干擾。

    2.2.3 穿透式

    將LED介于其他介質(zhì)之中,使LED光源發(fā)出的光能夠由其他介質(zhì)中透出,呈現(xiàn)出極其豐富、靈活、多變的照射效果。然而,這種設(shè)計方法的結(jié)構(gòu)、配光難度、精準(zhǔn)度都要求極高,但其靈活多變的外觀炫酷效果深受人們的喜愛。

    2.3 LED汽車燈具的設(shè)計技術(shù)分析

    (1)光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計??梢圆捎眯滦痛簖X距等厚菲涅耳非球面透鏡設(shè)計的方式,建構(gòu)LED燈具系統(tǒng)的仿真透鏡模型,通過對近遠(yuǎn)光的模擬分析,使LED汽車燈具擁有合理的結(jié)構(gòu)尺寸、防眩光效果和擴(kuò)展性視野。

    (2)電路設(shè)計。以LED汽車前照燈為例,可以選用開關(guān)變換電源,采用穩(wěn)定安全的Boost-buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),設(shè)計200Hz的PWM調(diào)光頻率,緩解汽車燈具負(fù)載散熱的壓力。

    (3)燈具散熱。LED汽車燈具要考慮外部封裝膠材,可以采用熱力均溫超導(dǎo)技術(shù),實(shí)現(xiàn)聚熱分散的效果。

    綜上所述,LED技術(shù)應(yīng)用于汽車燈具之中,符合節(jié)能環(huán)保的經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求,使LED汽車燈具產(chǎn)業(yè)順應(yīng)節(jié)能減排的發(fā)展趨勢,可以充分利用LED技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn),將其應(yīng)用于汽車外部燈具和內(nèi)部燈具的設(shè)計之中,克服散熱性差、價格成本高等不足,不斷地創(chuàng)新研究和設(shè)計,使之成為汽車最為重要的功能性飾件,較好地保證汽車使用的安全性,滿足廣大消費(fèi)者的使用需求。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 鄭洪偉,陳文強(qiáng),由毅.LED在汽車燈具上的應(yīng)用進(jìn)展[J].汽車與配件,2011(3):34-36.

    [2] 譚功偉,王恩波.LED汽車燈具的設(shè)計和試驗研究[J].汽車科技,2009(5):41-45.

    [3] 梁海志,劉東靜,陸翰,等.LED汽車燈具防霧裝置設(shè)計及應(yīng)用[J].汽車電器,2017(12):48-49.

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