一種汽車前照燈LED透鏡設計方案

雷旭，王少娜，劉攀，初翔杰，黃占君，劉盛德

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一種汽車前照燈LED透鏡設計方案

雷旭，王少娜，劉攀，初翔杰，黃占君，劉盛德

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230000）

汽車前照燈LED透鏡是前照燈重要的組成部件，LED透鏡的光學表現直接影響LED前照燈的光學照明性能，LED透鏡的應用，可有效提升整車科技感及造型美感，LED光源的選擇，光學效果實現，可靠結構方案使用是汽車LED透鏡設計重要考慮因素。

LED；前照燈；光學設計；設計方案

引言

汽車前照燈LED透鏡是前照燈重要的組成部件，LED透鏡的光學表現直接影響LED前照燈的光學照明性能，由于LED光源技術的發展，LED光源在汽車照明上的應用越來越廣泛，LED透鏡的應用，可有效提升整車科技感及造型美感，LED光源的選擇，光學效果實現，可靠結構方案使用是汽車LED透鏡設計重要考慮因素。

1 概述

本文所闡述透鏡尺寸分析對汽車前照燈LED透鏡尺寸設計帶來的不同光學表現進行了詳細的描述，從法規要求、LED透鏡尺寸設計對比、LED透鏡設計的光學基礎參數、LED透鏡配光分析等多方面進行了全面、完整的對比及方案闡述。

2 LED透鏡一般結構形式

2.1 自由曲面類異性透鏡

自由曲面類透鏡是外觀表面較為不同的一種透鏡形式，一般為不規則的長方體，且表面為非連續曲率曲面。

圖1 自由曲面類異性透鏡

該類型透鏡結構特點為曲面曲率不連續，造型自由度高，尺寸一般為70mm×40mm或100mm×40mm。

2.2 橢球類透鏡

橢球類透鏡是外觀表面看似球形的一種透鏡形式，一般為規則的圓形或偏切型球面，且表面為連續曲率曲面。

圖2 橢球類異性透鏡

該類型透鏡結構特點為球面曲率連續，造型一般看上去圓形或偏切圓形，尺寸一般為70mm×40mm、D70mm或D60mm，根據造型需求，透鏡尺寸可最小至55mm×35mm。

3 LED透鏡設計方案

3.1 法規配光要求

由于前照燈遠光對尺寸要求較低，本文重點對近光LED透鏡進行分析說明，法規配光按GB25991-2010要求進行。

圖3 汽車近光配光光學定義

表1 汽車近光光學值法規要求

所有汽車近光LED透鏡必須按法規規定的限制進行，在進行模擬及實物分析過程中，均需對各區域亮度進行匹配和滿足。

3.2 LED光源選擇

LED又稱發光二極管，屬于一種半導體固體光源，由含鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發光二極管。

根據行業經驗值，近光設計一般選擇光通量在1500lm以上的光源或多顆LED組成總光通量在1500lm以上，本文設計采用3顆標稱650lm的OSLON Black Flat 2芯LED芯片。

圖4 OSLON Black Flat S LED

3.3 透鏡光學面設計

采用雙顆粒設計的近光反射鏡，需配合設計兩個LED側發反射鏡，反射鏡與LED配合形式及尺寸如圖5所示。

圖5 LED透鏡反射鏡與LED顆粒

透鏡采用3個反射鏡進行組合設計，總尺寸大小為78mm×32mm，匹配3顆兩芯LED光源進行光學設計，光學面為橢球反射面截取面，LED布置位于橢球面焦點位置。

3.4 透鏡配光仿真設計

采用CAE模擬進行光通量設置，同時采用光學能量及光線反射原理進行光學設計，得出如下光學值及光型效果圖：

圖6 LED透鏡近光光型圖

通過CAE仿真可看出，EMAX點亮度達到39.5LX，光區分布合理，不僅滿足法規配光要求，且高于相關要求，光學均勻性效果良好。

圖7 LED透鏡近光路面效果圖

通過路面參數設置，通過CAE仿真可看出，近光總亮度輸出達到12500cd，地面最大亮度為427lx，地面照明亮度良好，符合要求。

3.5 LED透鏡結構方案

LED透鏡整體結構組成包括：光學透鏡、安裝支架、反射鏡主件、安裝標準件、LED顆粒及其散熱組件。各個組成部分負責不同功能的實現，光學透鏡主要用于將光線進行平行輸出，安裝支架負責將光學透鏡與反射鏡組件進行精度匹配與安裝固定，LED顆粒及散熱模塊負責光源輸出及散熱。

圖8

4 結論

本文闡述一種汽車LED前照燈的LED透鏡設計方案，從光學法規要求、光源選擇、CAE仿真設計、透鏡結構組件等多方面進行了方案介紹。本文闡述的方案可有效運用于汽車LED前照燈的設計，為汽車LED前照燈的設計提供了一種主流設計方案。

[1] GB 25991-2010汽車用LED前照燈.

[2] 呂正,呂亮. LED在汽車上的應用趨勢[J].中國照明電器,2007,(8).

[3] 范俊杰,寧凡.LED驅動電源的現狀與展望[J].中國科技信息,2009, (15) .

The design scheme of automobile LED headlamp lens

Lei Xu, Wang Shaona, Liu Pan, Chu Xiangjie, Huang Zhanjjun, Liu Shengde

( Anhui Jianghuai Automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

Automobile LED headlamp lens is the important component parts of the LED headlamps, optical performance of the LED lens affects the LED headlamps lighting optical performance directly, the application of the LED lens, which can effectively improve the vehicle technology and modelling beauty, the choice of the LED light source, optical effect, reliable structure scheme is important factor in the design process.

LED; Headlamp; Optical design; Design scheme

A

1671-7988(2018)16-134-03

U462.1

A

1671-7988(2018)16-134-03

CLC NO.: U462.1

雷旭（1987-），男，本科，內外飾設計工程師，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。主要從事汽車照明系統及后視鏡系統的技術研發工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.16.048