LED技术在汽车灯具中的设计与应用实现

唐华平

摘 要：在节能环保的趋势下，LED技术以其自身的优势特点应用于汽车灯具的设计和应用领域，随着大功率LED技术的不断提升和成本的降低，为汽车灯具产业提供了更为宽广的空间。为此，要充分认识到LED技术的优势，探索LED技术在汽车灯具中的设计与应用实践，使之广泛应用于转向灯、踏步灯、仪表照明灯、行李厢灯、制动灯、前照灯等信号灯具之中。

关键词：LED技术 汽车灯具 设计 应用

中图分类号：U463.65 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（b）-0078-02

汽车行驶的过程中离不开灯具的设计和应用，它是汽车主动安全的重要部件，随着大功率LED技术的不断提升，在汽车灯具中也引入了以LED（发光二极管）为光源的车灯，显示出高亮度、低功耗、使用周期长等优势特点，广泛应用于汽车的外部车灯和内部车灯之中，极大地推动了汽车灯具行业的发展与创新。

1 汽车LED光源的发光原理及应用优势分析

LED光源是一种半导体器件，由PN结所构成，发出的光波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg的关系可以表述为：λ≈1.2359/Eg，其中：光波长λ的单位用nm表示，应用范围在380～780nm之间；发光区域的半导体材料禁带宽度Eg的单位可以用eV表示，应用范围应当在3.26～1.63eV之间，由红色、绿色、蓝色为LED可见光的三基色，进行任意组合而生成其他颜色的可见光。汽车LED光源应用的工作原理主要表现为以下几种：（1）由单芯片的LED所构成，在单色LED和荧光粉相组合的条件下发出白光，相关的组合包括有InGaN（蓝色）/YAG荧光粉、InGaN（紫外）/（红色+绿色+蓝色）荧光粉、InGaN（蓝色）/（红色+绿色）荧光粉等。（2）由双芯片的LED所构成，应用于显色性要求较低的使用区域，其主要的组合构成包括有蓝色LED+黄色LED、蓝色LED+黄绿色LED、蓝绿色LED+黄色LED等。（3）多芯片LED。这种方式主要是采用RGB的合成方式，总体光效性较低。

汽车LED光源主要采用由蓝色LED/黄色荧光粉组合而成的单芯片白光LED产品，其发展相对成熟，有其他光源不可比拟的应用优势特点，具体表现为以下方面：（1）响应速度快。LED的响应时间短，能够在多个LED光源之间进行快速的切换，当其由电源接通到达所需的发光亮度时仅须1ms以内的响应时间，通常应用于汽车制动灯的应用领域。（2）节能环保。LED技术应用于汽车灯具之中，表现出工作电压低、电流小、亮度高的特点，体现出大功率、低能耗的优势，可以较好地应用于电动汽车之中，节约能源的消耗，提高电动汽车的续航里程。同时，LED取代卤素灯也具有极高的发光效能，改善整车燃油经济性。（3）使用寿命长。LED技术应用于汽车灯具之中，还表现出使用时间长的优点，由于LED是由环氧树脂外部封装的固态半导体芯片，具有更高的耐冲击性能，可以较好地减少光源替换的次数，较好地保护精密光学部件。（4）光色多且易于辨别。LED可以通过红色、绿色、蓝色的三基色所组合而成，形成极其丰富的光色，并可以较好地应用于前照灯中，用于对光色的辨识，由于路标是采用被动辉光的反射方式，LED发出的光能够极其有效地被物体所反射，使行车驾驶员清晰地辨识交通标志。（5）体积小。LED光源可以根据使用者的需求进行不同形状的设计和应用，尤其是可以设计为扁平状、厚度小的形态，具有体积小的优势特点，有利于汽车的造型设计。（6）前照灯防眩。白色LED光源的色温为5500～6000K，与自然光的色温4800～6000K相接近，可以使驾驶员产生舒适的感觉，同时也不会对迎面驶来的会车司机造成视障影响。

2 LED技术在汽车灯具中的应用方法分析

2.1 LED技术在汽车灯具中的具体应用

LED技术在汽车灯具中的应用极其广泛，有极其广阔的应用空间，满足汽车各种照明的需求，下面重点对汽车前照灯系统、尾部信号灯、车内照明灯的应用进行分析：

（1）LED前照灯系统。将LED技术应用于汽车前照灯之中，通常是采用光形叠加的配光方式进行设计，要设计多个光源以满足汽车光通量的需求，要使近光光通量達到1100lm左右；并要注重前照灯系统构成部分的相对位置，务必使之精准以确保LED光轴的方向性。另外，要注重LED灯具的电器件应用，必须检查内部控制模块的协调性能、电磁抗干扰性等，使之满足汽车灯具正常应用需求。

（2）LED尾部信号灯。在LED技术应用于汽车尾部信号灯的设计中，要结合汽车的造型设计和使用功能，选定相应的LED灯型、数量和焊装工艺，在进行结构设计、工艺验证之后，使LED光线在光屏上叠加并经由反射镜和配光镜折射，形成一定区域的光形分布，从而满足汽车尾部信号灯的要求。

（3）LED车内照明灯。汽车内部的仪表照明灯、踏步灯、门灯、行李箱灯、阅读灯、顶灯等也可以应用LED技术，由于LED车内照明灯的空间占用较小、响应速度快，能够充分突显LED技术的色温、显色、亮度等方面的优点，因而有极其广泛的应用。同时，LED车内照明灯还可以较好地监视车内的状态，如：车灯在车门没有可靠关闭的状态下会持续闪亮；行李箱灯会在行李箱门打开时自动开启。另外，LED车内照明灯还可以较好地减少对车内驾驶人员的眩目干扰和影响。

2.2 LED汽车灯具的应用方式分析

2.2.1 直射式

将LED设计于反射面的中间部位，使之面朝正前方或正后方，从其前后方可以直接观察到LED光源本体，这是一种设计、配置相对简便的方法，然而其直射式的设计会对人体的视觉造成刺激影响，有一定的眩光性干扰。

2.2.2 反射式

将LED安装于反射面的一侧，从正面观察难以发现LED光源本体，这种设计应用方法相对复杂，对配光的精准度要求极高，但是不会对人体视觉产生眩目的影响和干扰。

2.2.3 穿透式

将LED介于其他介质之中，使LED光源发出的光能够由其他介质中透出，呈现出极其丰富、灵活、多变的照射效果。然而，这种设计方法的结构、配光难度、精准度都要求极高，但其灵活多变的外观炫酷效果深受人们的喜爱。

2.3 LED汽车灯具的设计技术分析

（1）光学结构设计。可以采用新型大齿距等厚菲涅耳非球面透镜设计的方式，建构LED灯具系统的仿真透镜模型，通过对近远光的模拟分析，使LED汽车灯具拥有合理的结构尺寸、防眩光效果和扩展性视野。

（2）电路设计。以LED汽车前照灯为例，可以选用开关变换电源，采用稳定安全的Boost-buck拓扑结构，设计200Hz的PWM调光频率，缓解汽车灯具负载散热的压力。

（3）灯具散热。LED汽车灯具要考虑外部封装胶材，可以采用热力均温超导技术，实现聚热分散的效果。

综上所述，LED技术应用于汽车灯具之中，符合节能环保的经济发展要求，使LED汽车灯具产业顺应节能减排的发展趋势，可以充分利用LED技术的优势特点，将其应用于汽车外部灯具和内部灯具的设计之中，克服散热性差、价格成本高等不足，不断地创新研究和设计，使之成为汽车最为重要的功能性饰件，较好地保证汽车使用的安全性，满足广大消费者的使用需求。

参考文献

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