基于LED汽車信號燈的光學設計及應用探究

劉熙 井珍珍 連煜華

摘 要：隨著經濟和科技水平的快速發展，汽車燈具是汽車構件中不可缺少的部分，它有自身的特點和發展趨勢，在LED技術的應用下不斷發展和進步，在進行燈具外形設計和配光設計的同時，還要注重汽車燈具的密封防水性能的結構設計，使汽車燈具內部壓力保持平衡，提升燈具的美觀性、安全性。

關鍵詞：LED汽車信號燈;光學設計;應用探究

0 引言

現如今，我國汽車行業迅猛發展，人們對于汽車行駛安全越發重視。在汽車的行駛過程中離不開燈具的設計和應用。汽車燈具作為汽車安全的重要部件，由于我國LED燈具具有省電、亮度高、節能等多種優勢，人們將LED燈具運用于汽車燈具當中。因此，在未來汽車燈具工藝設計和應用上需要將LED技術進一步討論，對其LED汽車燈具的設計除了保證汽車擁有足夠的照明，還需要符合當代汽車總體的美感。LED車燈技術將成為未來汽車照明的發展方向，因此受到汽車企業的高度重視。目前LED燈具廣泛運用于汽車的外部及內部車燈中，推動了我國汽車燈具的發展和創新。

1 LED燈具工藝設計概述

1.1 LED燈具的結構及其外觀

目前，我國汽車行業對LED汽車燈具的外觀有一系列的要求，例如：透光面及其電路板塊需要設計人員利用專用設計軟件進行外觀結構的設計。LED汽車燈具結構需要保證緊湊，具有極高的穩定性。根據最優的設計方案進行LED汽車燈具的設計。在各種三維實驗中檢查各零件是否符合裝配形式，保證LED汽車燈具功能的完整性，符合各項國家標準。總的來說，LED汽車燈具的結構及其外觀需要符合時代和國家發展的需求和達到相應的標準。

1.2 LED燈具的特點

LED燈具主要將若干LED發光管成為汽車燈具的發光元件，代替傳統使用的鹵素燈泡，進而達到專業的配光要求以及汽車的配光標準。LED燈具的使用壽命較長，同時發光較為穩定，相對于普通白幟燈的性能較高。在一定程度上達到節能環保的效果，安全性和可靠性較優，符合我國國家發展的需要。

2 LED汽車信號燈的設計要點

2.1 光學設計指的是LED信號燈燈具

可能用到的反射器和配光鏡形狀的設計，即二次光學系統的設計。光學設計的目的是使燈具的出射光分布滿足相應的標準法規要求。對汽車燈具來講，出射光型分布是關鍵性的指標，是判別燈具質量的主要依據，因此光學設計是汽車燈具設計的關鍵環節。LED汽車燈具與白熾燈汽車燈具的光學設計從原理上講基本是類似的，只是由于所使用的光源不同，必須采用不同的光源輻射模型來進行設計。機械設計指的是LED信號燈燈具的外形設計，即整個燈具外殼的形狀設計，也包括燈具外殼材料的選擇。LED汽車燈具與白熾燈汽車燈具的機械設計方法是相似的。

2.2 散熱設計

熱學設計指的是對燈具內熱流的控制，以盡可能降低LED的熱阻。LED工作時伴隨著發熱，而其發光特性對芯片溫度又較為敏感，芯片溫度升高時光輻射輸出會降低。多數LED工作時要求芯片溫度不超過約120℃。因此設計LED燈具時必須考慮芯片的溫升問題，要為LED芯片提供足夠良好的散熱，使芯片的溫升降到最小。LED汽車燈具與白熾燈汽車燈具的熱學設計是不同的。白熾燈燈具的熱學設計主要是考慮選擇合適的高分子材料來制作燈具和合理安排光源與燈具之間的間距，使燈具材料能承受燈工作時產生的高溫，不致引起變形。而LED燈具的熱學設計主要是考慮降低芯片的溫度，使LED保持良好的光輸出特性。

2.3 控制信號的處理

信號燈控制信號的處理程序對信號燈的開關狀況進行判斷，掃描后將信號燈的位置信息寫入相應的數據存儲，為后續處理準備。后信號燈的控制也采用同樣的方法。

2.4 電路設計

此電路為轉向燈的電路，典型輸入電壓為13.5V，輸出為兩并四串黃光燈珠，每顆燈珠流過電流為30mA，則輸出為8V，60mA。C1、C2為濾波電容，因該電路電流較小，紋波在80mA以內，故選型為2.2uF/35V的陶瓷電容。在輸入電壓不穩時，該電容可以有效的平滑輸入電壓。ZD1為防雷管，故選型為SMBJ30CA，可以防止500W以內的雷擊，并吸收30V以上的電壓尖峰。主要作用為消弱高壓脈沖的電壓，減小對內部電路的損害，在瞬間過電壓時，起到吸收高壓保護電路的作用。D1為整流二極管，因電路電流為80mA以內，故選型為SGC10MH。主要作用為防止輸入正負極反接。R1、R2為分壓電阻，通過計算輸入電壓減去輸出電壓再除以所需電流，故選型為150Ω/1206封裝。主要作用是使電路穩定在需要的電流值上，在長時間過電壓時，可以分擔一定的電壓值。

2.5 信號燈中LED數目的計算

一只汽車信號燈需要使用多少個LED，這是光學設計中首先要考慮的問題。確定LED數目的思路是這樣的：先根據信號燈的光度學標準，算出總的出射光通量;再根據LED供應商提供的LED的光強角分布算出單個LED的光通量，然后考慮光學系統的光通量損失后算出LED的數目。由光強分布計算燈具和LED的光通量可以采用球帶系數法。特別需要指出的是，實際的LED信號燈的光通量損失是很大的，初次進行設計的人可能對這一點估計不足。由于光通量的損失，實際燈具所需LED數目是假定沒有任何損失的理想情況時的4～10倍。

3 結語

汽車燈具對于安全行駛起著重要的作用。以其使用功能區分，汽車燈具主要分為兩大類：照明燈和信號燈。文章著重介紹了LED用作汽車信號燈光源的特點，作為一種新型光源，LED已經開始在汽車信號燈上使用。LED燈具在設計方面與傳統白熾燈燈具不盡相同，有其自身的特點，所以在進行燈具設計時要充分考慮到這些特點，從而提高設計質量。

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