汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)控制設(shè)計

杜天慧

【摘? 要】現(xiàn)如今，智能LED照明系統(tǒng)的出現(xiàn)充分地推動了我國汽車照明系統(tǒng)的發(fā)展。汽車前照燈是保證汽車在夜間安全行駛，同時，可以利用遠近光變換信號超越前方車輛的照明裝置，其也是汽車的主要照明工具。論文研究了智能LED前照燈的亮度調(diào)節(jié)問題，根據(jù)汽車智能LED前照燈的照明系統(tǒng)對于亮度的要求進行了總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并對此進行了詳細闡述。

【Abstract】Nowadays， the emergence of intelligent LED lighting system has fully promoted the development of automobile lighting system in China. The automobile headlamp is to ensure the safe driving of the automobile at night. At the same time， the automobile headlamp is a kind of lighting device which can use the high and low light to change the signal to surpass the automobile ahead， and it is also the main lighting tool of automobile. The paper studies the problems of brightness adjustment of intelligent LED headlamp， and designs the overall structure according to the requirements of the lighting system of intelligent LED headlamp， and expounds this in detail.

【關(guān)鍵詞】汽車;智能;LED;照明系統(tǒng);控制設(shè)計

【Keywords】automobile; intelligence; LED; lighting system; control design

【中圖分類號】U463.65+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0174-02

1 引言

傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)由近光燈、遠光燈、行車燈和前霧燈組成。在交通條件復(fù)雜的城市和地區(qū)，很多司機經(jīng)常在晚上打開近燈、遠光燈和霧燈。當車輛轉(zhuǎn)彎時，也存在一個照明的暗區(qū)，嚴重影響了駕駛員對彎道上障礙物的判斷。為了有效地解決這一問題，有必要開發(fā)一種具有多種照明功能的前照燈，為了安全起見，這些功能的切換必須是自動的。

2 前照燈的設(shè)計方式

對于傳統(tǒng)的車燈來說，在其應(yīng)用過程中基本是通過手動進行操作和實現(xiàn)的，車燈亮度調(diào)節(jié)種類也相對單一，照明視線距離也相對較短，并且難以跟隨汽車的外部環(huán)境變化進行自動調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)彎的過程中也容易出現(xiàn)一定的盲區(qū)，這樣便會存在安全事故隱患，威脅司機的人身安全。為此，美國、德國等國家一直致力于汽車大燈的制造與研發(fā)工作。由于我國在這方面起步相對較晚，因此，在研發(fā)方面與美國、德國等國家相比存在一定的差距，很多設(shè)計理念都需要進一步完善。近年來，隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，車燈制造方面也經(jīng)過多年的研究與實驗獲得了較大的進步。目前，我國已經(jīng)能夠獨立設(shè)計車燈軟件，包括CATIA軟件等[1]。

3 前照燈的配光原理

在對汽車大燈曲面的設(shè)計過程中，應(yīng)充分利用反射面進行設(shè)計，而不是傳統(tǒng)的透明鏡匹配二次曲面。與此同時，在對數(shù)據(jù)點進行設(shè)計的過程中，也應(yīng)將配光網(wǎng)絡(luò)上不同的點與形狀進行充分地結(jié)合，從而使得大燈設(shè)計更加具有科學性[2]。由于自由曲面前照燈的設(shè)計會受到各個自由曲面的影響，因此，在整個設(shè)計過程中，可以充分利用好每一個自由曲面所對應(yīng)的曲面光斑，這主要是由于許多不同的特征共同組成了曲面的反射面，同時，大燈等組合設(shè)計也是由多個曲面組合而成的。

汽車前照燈的設(shè)計是自由曲面汽車前照燈設(shè)計中的一個難點，對汽車前照燈的設(shè)計有著重要的影響。車燈由于自身種類和型號的不同，應(yīng)選擇不同的大燈設(shè)計方式。日本的JIS、美國的SAE和ECE提出了自由頭燈設(shè)計的指導標準，歐洲經(jīng)濟委員會ECE R123法規(guī)中對自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)等作出了規(guī)定，這為中國提供了重要的指導方針[3]。

汽車前照燈自由曲面設(shè)計的實驗室設(shè)計方法可以采用滑動屏設(shè)計，將大燈樣品放置在距離屏幕25cm的地方。此時，相應(yīng)的圖形將出現(xiàn)在屏幕上，一條表示車輛右側(cè)軸線的垂直曲線將出現(xiàn)，車輛的外側(cè)邊線代表另一條直線。根據(jù)駕駛員眼軌跡要求，設(shè)計車頭燈的視覺范圍，必須完全滿足駕駛員的視覺要求，并將路面與軸線的距離設(shè)置在合理的范圍內(nèi)。

4 LED前照燈

目前，LED燈廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。常見的有剎車燈和轉(zhuǎn)向燈。裝有LED燈的汽車的價格呈現(xiàn)下降趨勢。LED前照燈已逐步進入中低端車型市場。

LED燈在汽車前大燈上的應(yīng)用因其節(jié)能、壽命長等優(yōu)點而受到汽車制造商的重視。在節(jié)能環(huán)保的社會背景下，LED前照燈的應(yīng)用和發(fā)展前景廣闊。

目前，汽車前大燈主要采用鹵素等單一光源系統(tǒng)。隨著LED技術(shù)的發(fā)展，LED作為遠近光源成為可能。LED利用多個光源的組合來改變汽車前照燈的形狀。LED光源可以用來實現(xiàn)傳統(tǒng)鹵素光源無法實現(xiàn)的概念車建模。設(shè)計師可以使用兩個LED燈組合成一個近光燈。

4.1 LED前照燈的發(fā)光形式

LED是一種利用半導體PN結(jié)將電能轉(zhuǎn)化為光能的器件。LED芯片是由p型半導體元件和n型半導體元件組成的PN結(jié)[4]。LED+RGB熒光粉綜合性能最好，但目前技術(shù)還不成熟。LED芯片采用白色LED結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，廣泛應(yīng)用于照明行業(yè)。

汽車前照燈按使用光源分為反射型和投影型。反光大燈可分為拋物面反射、自由曲面反射和多面反射。拋物面反射器是由一個拋物面反射光，然后沿著光軸平行發(fā)射的裝置。

投射性前照燈光學系統(tǒng)由橢球反射鏡、配光頭射鏡與擋板組成。將LED光源向上放置以獲得清晰的明暗界限。由于折光板的存在，能量損耗大，發(fā)光的立體角是傳統(tǒng)光源的一半，因此，光學設(shè)計需要優(yōu)化。

4.2 LED前照燈的驅(qū)動設(shè)計

LED前照燈需要一個或多個LED燈組成來滿足車燈的照明要求。由于一個LED燈的電壓較低，因此，需要連接多個LED燈組成模塊。通過對LED路燈、室內(nèi)LED照明燈的使用情況可判斷在LED照明中，發(fā)生的故障約有30%是來源于驅(qū)動電源故障。

電源是LED照明設(shè)備的重要組成部分，驅(qū)動程序需要工作電壓，而且LED光源的電氣參數(shù)變化很大，LED驅(qū)動器的性能要求也不一，因此，電源設(shè)計是LED照明中一項復(fù)雜又重要的工作。LED驅(qū)動器有很多種，室內(nèi)的LED燈的功率范圍是5～20W，1W的大功率LED燈需要十盞燈連串使用，并需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。對該驅(qū)動器的設(shè)計是具有非常嚴格的要求的，LED驅(qū)動器必須具有較高的可靠性[5]。

4.3 LED前照燈的冷卻系統(tǒng)

在對LED前照燈進行散熱處理時，所產(chǎn)生的熱量需要傳遞到車底并向外部排出，汽車前照燈是將LED燈焊接在大面積的銅基板上，然后將散熱貼貼在鋁制品散熱器上。銅基板可以運用翅片來擴大其散熱的表面積，從而獲得LED芯片的熱量[6]。

通常情況下，中小功率電子產(chǎn)品是為無源散熱而設(shè)計的，可以滿足大多數(shù)LED照明燈應(yīng)用的要求。若所需的設(shè)備功率較大時，局部溫度過高就會造成設(shè)備的損壞。主動散熱主要包括空氣冷卻、熱管散熱以及其他方面。由于汽車前照燈的空間是非常有限的，因此，汽車前照燈的散熱不適合應(yīng)用液體冷卻，使用空氣冷卻散熱具有降低成本的優(yōu)勢，并且可以增加對流，從而達到有效散熱的目的。

5 結(jié)語

綜上所述，半導體照明技術(shù)的進步大大推動了LED汽車照明市場的發(fā)展，同時，LED車燈技術(shù)也將引領(lǐng)我國車燈照明走向綠色發(fā)展的道路。總之，積極地對智能LED前照燈照明系統(tǒng)進行控制設(shè)計與開發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實意義，可以充分解決傳統(tǒng)照明系統(tǒng)存在的問題，從而實現(xiàn)汽車遠近光燈的自由轉(zhuǎn)化，使得其在應(yīng)用過程中系統(tǒng)性能更為穩(wěn)定，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

【參考文獻】

【1】王玉其.汽車前照燈明暗截止線穩(wěn)定性檢測及遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].武漢：華中科技大學，2019.

【2】吳露露.淺談汽車LED前照燈設(shè)計方法及流程[J].汽車實用技術(shù)，2018（23）：105-107.

【3】李中楊，曾國英，趙登峰.LED汽車前照燈結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].機械設(shè)計與制造，2018（S1）：140-142+146.

【4】肖遠.LED技術(shù)在汽車照明系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代信息科技，2018，2（06）：51-52.

【5】郭全民，楊惠，王健.汽車LED前照燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].西安工業(yè)大學學報，2015（5）：365-372.

【6】孟昭軍，李月，周振超，等.汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)控制設(shè)計[J].遼寧科技學院學報，2014，16（4）：1-3.