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前照灯是保障汽车夜间行驶的重要安全部件之一,随着光源技术的不断发展,LED以其能耗低、寿命长、光质好、启动时间快等优势己成为新一代汽车光源的首选。目前,LED已在汽车刹车灯、日行灯和仪表盘信号灯等方面得到广泛应用,虽然大功率LED应用于前照灯仍处于探索阶段,但其广阔的市场是不言而喻的。当今汽车工业正处于大发展时期,开发LED前照灯对推动汽车工业的发展具有重要的意义。
汽车前照灯主要包括远光灯和近光灯。其中近光灯是用于两车相会时的近距离照明,它的配光要求是水平方向宽而垂直方向窄的非对称光型。由于单个LED光源的亮度不足,必须通过组合多个LED光源来获得近光配光特性。本文以国家标准GB25991-2010《汽车用LED前照灯》为指导,通过分析传统投射式结构和自由曲面结构的优缺点,设计了一款改进型的投射式和自由曲面反射镜相结合的LED近光灯结构,相比传统卤素近光灯55W的功耗,该结构仅需18W的功耗;另外该结构体积较小,尺寸仅为80mm×120mm×90mm,有利于汽车车身的流线形设计。该结构的配光设计采用光型叠加原理,其近光配光主要由2个部分组成:
(1)投射式结构,由2个旋转椭球面、遮光板和非球面透镜组成,具有聚光的功能,主要用来加强中心光型的亮度并生成水平和15度截止线;
(2)自由曲面反射镜,2个自由曲面设计成有较大的散射角度,用来加强水平截止线并扩散水平方向的光型以照亮足够宽的路面。
通过光学软件的仿真模拟和分析,结果表明组合投射式和自由曲面的LED近光灯结构能够形成近光配光所需的光型,各测试点和区域的照度值均达到国家标准,为将来大功率LED应用于汽车照明的结构设计和仿真提供借鉴。