浅析 LED光导在汽车灯具中的应用及发展趋势

浅析 LED光导在汽车灯具中的应用及发展趋势

徐肖博 王帅华

长城汽车股份有限公司 河北保定 071000

摘要：随着汽车工业的发展和行车速度的提高，汽车照明的安全性很受人们越来越多的重视，而将光导系统应用于汽车照明更是新兴的研究领域。本文在研究了汽车照明和光导系统发展现状的基础之上，学习国外研究成果和工作经验，提出了一种光纤实现照明的汽车前位灯设计方案。通过一定光学设计完成的前位灯,与新型光源相结合,达到了汽车前位灯光分布的标准和国家标准的要求。

关键词：前照灯；LED光导；设计流程

1、LED光导在汽车灯具中的应用 　　1.1 汽车前位灯简介 　　（1）前位灯、后位灯、示廓灯和制动灯应设计和制造成在正常使用条件下，即使受到振动，仍能保证满足使用要求和符合本标准的配光性能要求。（2）前位灯、后位灯可组合成组合灯、复合灯和混合灯，也可作示廓灯使用。（3）前位灯、后位灯、示廓灯和制动灯的光色和色度特性应符合GB4785的规定。 　　1.2 对光源的规定 　　（1）灯泡更换式装置应使用符合GB15766.1规定的灯泡。（2）不可更换光源式装置的标称电压为12V或24V，它们的光电参数由制造厂和用户商定。 　　1.3 配光性能 　　（1）前位灯、后位灯、示廓灯和制动灯，在基准轴线方向上的发光强度应。（2）前位灯、后位灯、示廓灯和制动灯的几何可见度最小角应符合GB4785的规定，并且在几何可见度最小角范围内，发光强度应符合下列规定：①在各测量方向上，发光强度应不低于各测量方向上的百分数与规定的发光强度最小值的乘积。的定义,就是指从车辆前方观察,表明车辆存在和宽度的灯。②在任一可见方向上的发光强度不得超过规定的最大值。③对于与制动灯混合的后位灯，h-h向下50的水平面及其以下，允许发光强度为60cd0。④在任一可见方向上，前位灯、后位灯、示廓灯的发光强度应不低于0.05cd。⑤在任一可见方向上，一个发光强度级制动灯的发光强度应丁低于0.3cd，两个发光强度级制动灯的发光强度，用于白天的不应低于0.3cd，用于夜间的不应低于0.07cd。⑥对于与制动灯混合的后位灯，两灯同时点亮和单独点亮后位灯，在h-h上下5。和V-V左右10。所围成的范围内，测量的发光强度之比，应至少为5：1。若制动灯具有两个发光强度级，则在夜晚条件下必须满足此要求。⑦在一定的范围内，发光强度分布应均匀，即在该范围内任一测量方向上的发光强度，应不低于该测量方向所在格子规定测试点中的最小值。 　　1.4 汽车前位灯光导系统设计 　　1.4.1设计样品简介

选用LED作为光源，弯曲的塑料光纤经过一定的光学设计形成侧发光的光导部分，与LED在端部耦合，从而形成从光导前侧面出光的前位灯具。

1.4.2系统设计

设计的目的在于将光源发出的光通过光导后改变其光分布，这也是光导的光学功能所在。设计内容主要包括选定光源，光导，确定光导的出射光方式，以及与该方式所匹配的参数。然后在计算机中进行进一步模拟。 　　1.4.3光源选择 　　这里选择LED作为光源，理由是LED是具有高效率、低能耗，体积小、重量轻，寿命长、抗震性好，响应时间短的新型绿色照明光源。传统的汽车前位灯的光源一般选用卤钨灯，这里采用LED也是符合LED越来越多应用于汽车照明领域的潮流。另外，考虑到光源与光纤的耦合问题，我们选取了贴片式的LED，这样光源和光纤可以直接贴合的耦合在一起。具体所选的光源为Osram公司GoldenDRAGON系列的LYWSSMGY。 　　1.4.4光导材料选择 　　考虑到汽车灯具的抗冲击性，耐热性等，设计中选用的是PC或者PMMA材料的光纤。聚碳酸醋（PC）是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高;蠕变性小，尺寸稳定.还具有良好的耐热性和耐低温性，缺点是因抗疲劳强度差，容易产生应力开裂，抗溶剂性差，耐磨性欠佳。PMMA化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，是一种开发较早的重要热塑性塑料，具有较好的透明性、化学稳定性，力学性能和耐候性，易加工，外观优美等优点。通常情况下，汽车车灯光导条选用PMMA材料,折射率为1.49，也是目前最优良的高分子透明材料，可见光透过率可达到92%。 　　1.4.5光导设计 　　设计的主要任务是使得光能够从光导的前侧面出射，满足标准要求的光分布，并尽量提高其效率。

（1）光导形状。设计中采用环型光导用以展现个性化的前位灯形状。这样无疑将设计到光纤弯曲的问题。对光纤弯曲损耗的理论分析是很复杂的，有几种近似公式，但它们相互之间的差别很大。（2）侧发光光导技术。光导出射光方式的选择，主要取决于出射光的方向及该方向上的控制，还包括效率，生产制造以及成本方面的考虑。这里重点阐述样品中实现侧发光光导的技术一微棱镜。我们都知道，光线在光导管中由于全反射而向前传播，其子午光线在经过光导光轴的平面上呈带状前进，而更多的光线由于偏离光轴而呈螺旋式前进。侧发光光导需要改变其中部分光线的前进方向，而从侧出射。微棱镜的作用就正在于此。（3）光导效率。一般而言，光导系统的效率，主要是指端面发光的光导系统效率。采用光导的汽车灯具的效率定义为灯具发射光线的光通量在光源发出的总光通t中所占的百分比。

2、光导系统在汽车照明中的应用 　　当前汽车工业的飞速发展对汽车照明提出了越来越高的要求。汽车照明质量的好坏，对行车安全是至关重要的，当今世界各国的法规都对汽车照明有着严格的要求。灯具的设计不但要符合光型分布等安全性的要求，还有一些其它方面的要求，如外型要与整个汽车的外型融为一体，美观实用，符合空气动力学的要求使驾驶员和乘客觉得舒适、方便。将光纤技术应用于汽车照明是美、德、法等国专家近十年提出来的设想，现在已经在一些型号的汽车上得到了运用。美国GE在十年前提出的光引擎系统的设想在世界范围内给许多研究者带来了很大的影响。这个概念最重要之处在于有一个与灯体无关的光源，使得研究人员把注意力集中到如何最有效地利用灯光上。光纤技术的进步是这一独立装置的先决条件。传统的汽车灯具每组由一个光源、一个反射器和一个配光镜组成，通常每辆汽车包含十几组灯具。而新颖的光纤照明技术改变了传统汽车灯具的结构使人耳目一新，也使得生产出的汽车灯具产品具有新的热力学和机械特性。光导系统应用于汽车照明的优势：(1)多个灯具可共用一个光源。(2)光源可以放置在车内便于维护的位置上，使维护工作变得简单方便。(3)为新颖灯具的设计提供了可能性。(4)用于显示汽车轮廓，可以使夜间行车更安全，并具有装饰性。(5)可以做成图案，起到信号作用。(6)可以产生均匀的光强分布。(7)可以实现一些新的照明功能，如汽车内部环境的照明。(8)所有的输出光线可以具有完全相同的光色。(9)如需要，也可以使不同灯具输出不同光色的光线，以满足特定的视觉需要(10)同一场合下由不同角度使用几个光输出装置，可以实现无阴影照明。(11)可以实现冷光照明。(12)可以应用于防爆，防电磁干扰，防水等有特殊要求的照明场合。

结语：作为一种新型光源，LED已经开始在汽车信号灯上使用。LED灯具在设计方面与传统白炽灯灯具不尽相同，有其自身的特点，所以在进行灯具设计时要充分考虑到这些特点，从而提高设计质量。

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