汽車智能LED前照燈照明系統控制設計

杜天慧

【摘? 要】現如今，智能LED照明系統的出現充分地推動了我國汽車照明系統的發展。汽車前照燈是保證汽車在夜間安全行駛，同時，可以利用遠近光變換信號超越前方車輛的照明裝置，其也是汽車的主要照明工具。論文研究了智能LED前照燈的亮度調節問題，根據汽車智能LED前照燈的照明系統對于亮度的要求進行了總體結構的設計，并對此進行了詳細闡述。

【Abstract】Nowadays， the emergence of intelligent LED lighting system has fully promoted the development of automobile lighting system in China. The automobile headlamp is to ensure the safe driving of the automobile at night. At the same time， the automobile headlamp is a kind of lighting device which can use the high and low light to change the signal to surpass the automobile ahead， and it is also the main lighting tool of automobile. The paper studies the problems of brightness adjustment of intelligent LED headlamp， and designs the overall structure according to the requirements of the lighting system of intelligent LED headlamp， and expounds this in detail.

【關鍵詞】汽車;智能;LED;照明系統;控制設計

【Keywords】automobile; intelligence; LED; lighting system; control design

【中圖分類號】U463.65+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0174-02

1 引言

傳統的前照燈系統由近光燈、遠光燈、行車燈和前霧燈組成。在交通條件復雜的城市和地區，很多司機經常在晚上打開近燈、遠光燈和霧燈。當車輛轉彎時，也存在一個照明的暗區，嚴重影響了駕駛員對彎道上障礙物的判斷。為了有效地解決這一問題，有必要開發一種具有多種照明功能的前照燈，為了安全起見，這些功能的切換必須是自動的。

2 前照燈的設計方式

對于傳統的車燈來說，在其應用過程中基本是通過手動進行操作和實現的，車燈亮度調節種類也相對單一，照明視線距離也相對較短，并且難以跟隨汽車的外部環境變化進行自動調節。在轉彎的過程中也容易出現一定的盲區，這樣便會存在安全事故隱患，威脅司機的人身安全。為此，美國、德國等國家一直致力于汽車大燈的制造與研發工作。由于我國在這方面起步相對較晚，因此，在研發方面與美國、德國等國家相比存在一定的差距，很多設計理念都需要進一步完善。近年來，隨著中國汽車產業的不斷發展，車燈制造方面也經過多年的研究與實驗獲得了較大的進步。目前，我國已經能夠獨立設計車燈軟件，包括CATIA軟件等[1]。

3 前照燈的配光原理

在對汽車大燈曲面的設計過程中，應充分利用反射面進行設計，而不是傳統的透明鏡匹配二次曲面。與此同時，在對數據點進行設計的過程中，也應將配光網絡上不同的點與形狀進行充分地結合，從而使得大燈設計更加具有科學性[2]。由于自由曲面前照燈的設計會受到各個自由曲面的影響，因此，在整個設計過程中，可以充分利用好每一個自由曲面所對應的曲面光斑，這主要是由于許多不同的特征共同組成了曲面的反射面，同時，大燈等組合設計也是由多個曲面組合而成的。

汽車前照燈的設計是自由曲面汽車前照燈設計中的一個難點，對汽車前照燈的設計有著重要的影響。車燈由于自身種類和型號的不同，應選擇不同的大燈設計方式。日本的JIS、美國的SAE和ECE提出了自由頭燈設計的指導標準，歐洲經濟委員會ECE R123法規中對自適應前照燈系統等作出了規定，這為中國提供了重要的指導方針[3]。

汽車前照燈自由曲面設計的實驗室設計方法可以采用滑動屏設計，將大燈樣品放置在距離屏幕25cm的地方。此時，相應的圖形將出現在屏幕上，一條表示車輛右側軸線的垂直曲線將出現，車輛的外側邊線代表另一條直線。根據駕駛員眼軌跡要求，設計車頭燈的視覺范圍，必須完全滿足駕駛員的視覺要求，并將路面與軸線的距離設置在合理的范圍內。

4 LED前照燈

目前，LED燈廣泛應用于汽車領域。常見的有剎車燈和轉向燈。裝有LED燈的汽車的價格呈現下降趨勢。LED前照燈已逐步進入中低端車型市場。

LED燈在汽車前大燈上的應用因其節能、壽命長等優點而受到汽車制造商的重視。在節能環保的社會背景下，LED前照燈的應用和發展前景廣闊。

目前，汽車前大燈主要采用鹵素等單一光源系統。隨著LED技術的發展，LED作為遠近光源成為可能。LED利用多個光源的組合來改變汽車前照燈的形狀。LED光源可以用來實現傳統鹵素光源無法實現的概念車建模。設計師可以使用兩個LED燈組合成一個近光燈。

4.1 LED前照燈的發光形式

LED是一種利用半導體PN結將電能轉化為光能的器件。LED芯片是由p型半導體元件和n型半導體元件組成的PN結[4]。LED+RGB熒光粉綜合性能最好，但目前技術還不成熟。LED芯片采用白色LED結構，結構簡單，廣泛應用于照明行業。

汽車前照燈按使用光源分為反射型和投影型。反光大燈可分為拋物面反射、自由曲面反射和多面反射。拋物面反射器是由一個拋物面反射光，然后沿著光軸平行發射的裝置。

投射性前照燈光學系統由橢球反射鏡、配光頭射鏡與擋板組成。將LED光源向上放置以獲得清晰的明暗界限。由于折光板的存在，能量損耗大，發光的立體角是傳統光源的一半，因此，光學設計需要優化。

4.2 LED前照燈的驅動設計

LED前照燈需要一個或多個LED燈組成來滿足車燈的照明要求。由于一個LED燈的電壓較低，因此，需要連接多個LED燈組成模塊。通過對LED路燈、室內LED照明燈的使用情況可判斷在LED照明中，發生的故障約有30%是來源于驅動電源故障。

電源是LED照明設備的重要組成部分，驅動程序需要工作電壓，而且LED光源的電氣參數變化很大，LED驅動器的性能要求也不一，因此，電源設計是LED照明中一項復雜又重要的工作。LED驅動器有很多種，室內的LED燈的功率范圍是5～20W，1W的大功率LED燈需要十盞燈連串使用，并需要將交流電轉換為直流電。對該驅動器的設計是具有非常嚴格的要求的，LED驅動器必須具有較高的可靠性[5]。

4.3 LED前照燈的冷卻系統

在對LED前照燈進行散熱處理時，所產生的熱量需要傳遞到車底并向外部排出，汽車前照燈是將LED燈焊接在大面積的銅基板上，然后將散熱貼貼在鋁制品散熱器上。銅基板可以運用翅片來擴大其散熱的表面積，從而獲得LED芯片的熱量[6]。

通常情況下，中小功率電子產品是為無源散熱而設計的，可以滿足大多數LED照明燈應用的要求。若所需的設備功率較大時，局部溫度過高就會造成設備的損壞。主動散熱主要包括空氣冷卻、熱管散熱以及其他方面。由于汽車前照燈的空間是非常有限的，因此，汽車前照燈的散熱不適合應用液體冷卻，使用空氣冷卻散熱具有降低成本的優勢，并且可以增加對流，從而達到有效散熱的目的。

5 結語

綜上所述，半導體照明技術的進步大大推動了LED汽車照明市場的發展，同時，LED車燈技術也將引領我國車燈照明走向綠色發展的道路。總之，積極地對智能LED前照燈照明系統進行控制設計與開發具有非常重要的現實意義，可以充分解決傳統照明系統存在的問題，從而實現汽車遠近光燈的自由轉化，使得其在應用過程中系統性能更為穩定，具有更加廣闊的應用前景。

【參考文獻】

【1】王玉其.汽車前照燈明暗截止線穩定性檢測及遠程監控系統研究[D].武漢：華中科技大學，2019.

【2】吳露露.淺談汽車LED前照燈設計方法及流程[J].汽車實用技術，2018（23）：105-107.

【3】李中楊，曾國英，趙登峰.LED汽車前照燈結構設計[J].機械設計與制造，2018（S1）：140-142+146.

【4】肖遠.LED技術在汽車照明系統中的應用分析[J].現代信息科技，2018，2（06）：51-52.

【5】郭全民，楊惠，王健.汽車LED前照燈智能控制系統設計[J].西安工業大學學報，2015（5）：365-372.

【6】孟昭軍，李月，周振超，等.汽車智能LED前照燈照明系統控制設計[J].遼寧科技學院學報，2014，16（4）：1-3.