LED汽车前照灯的设计与仿真研究_精品文档.pdf

1、广东工业大学硕士学位论文LED汽车前照灯的设计与仿真研究姓名：聂蓉申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：陈益民20100501摘要摘要L E D(L i g h tE m i t t i n gD i o d e，发光二极管)光源具有寿命长、体积小、抗震、节能环保等优越性能，已经广泛应用于汽车照明领域，如车内仪表背光源、车内照明灯以及车外信号灯等。随着半导体照明产业的不断发展，L E D 光源正逐步向汽车大灯、尾灯等产品过渡，呈现出由内向外、由后向前的发展趋势。2 0 0 9 年第1 0 0 0 万辆汽车的诞生标志着我国已经进入世界汽车生产大国的行列，L E D 在汽车照明系统的

2、潜在市场份额巨大，其中又以提供夜间照明的车外用前照灯最具发展前景。L E D 作为车用光源有几大优势：1、L E D 光源在光学设计上拥有相当大的灵活性，能够轻松地适应不断变化的汽车风格设计；2、目前L E D 的发光效率已经能够达到H I D(H i g hI n t e n s i t yD i s c h a r g e，高强度气体放电灯)的标准，将其应用于汽车照明领域指日可待；3、L E D 的发光色谱接近日光，利用它作为车用光源可以提高行车安全。因此L E D 很有可能取代传统的车用光源而成为车灯市场的主流。作为汽车照明的一项关键技术，L E D 汽车前照灯仍然有很多难题需要攻克，配

3、光设计就是一个具有挑战性的研究课题，L E D 不同于传统汽车光源的光学特性，使得传统光源的光学设计也不再适合L E D 光源。本文着重研究了L E D 作为汽车前照灯光源的配光设计，其主要的设计思想是：无需配光透镜，挡光板及复杂的计算程序，利用抛物面发射器与L E D 并结合两者的偏移与旋转来分析光分布。其中车灯光通量的大小由所选L E D 的流明数来决定，车灯标准要求的光照度由L E D 光源和抛物曲面反射器和共同作用而实现。抛物曲面反射器模型由C A T I A 软件来建立，通过光学软件T r a c e p r o 反复调用不同的模型来追迹光线得到最后的配光效果。利用传统光源的配光设计

4、简单，但是能量损失率高、配光效果不好，现有的L E D前照灯设计虽然能获得很好的配光效果，但是设计过程要牵涉到复杂的计算程序、设计周期长，能量利用率低下也是目前L E D 前照灯配光设计不足所在。本文综合了传统设计和现有设计的优点，设计的主要目标有：l、配光效果尽可能好；2、配光过程中能量损失率尽可能低；3、设计尽量简化、周期尽可能短；4、材料尽可能省。关键词：L E D 汽车前照灯；抛物面反射器；配光设计；照度A B S T R A C TA B S T R A C TL E D(L i g h tE m i t t i n gD i o d e)h a si t ss u p e r i

5、o rp e r f o r m a n c e so fl o n gl i f e，s m a l lv o l u m e，a n t i-q u a k e，s a v ee n e r g y,e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n,a n dh a sb e e nw i d e l ya p p l i e di na u t o m o b i l el i g h t i n gd o m a i n,s u c ha si n n e ri n s t r u m e n tb a c k l i g h ts o u r

6、c e，i n n e rl i g h t i n ga sw e l la sv e h i c l eo u t s i d es i g n a ll i g h ta n dS Oo n A st h eu n c e a s i n gd e v e l o p m e n to fs e m i c o n d u c t o rl i g h t i n gi n d u s t r y,L E Dl i g h ts o u r c ei si nt r a n s i t i o nt ot h es o u r c eo fL E Dh e a d l a m p，t a

7、 i ll a m p，a n di th a sb e e np r e s e n t i n gd e v e l o p m e n tt r e n dg r a d u a l l yf r o mi n s i d et oo u t s i d e，f r o mb a c k w a r dt of o r w a r d I n2 0 0 9t h e10，0 0 0，0 0 0 t ha u t o m o b i l e Sb i r t hs y m b o l i z e st h a tO u rc o u n t r ya l r e a d ye n t e

8、r e dt h er a n ko fa u t o m o b i l ep r o d u c t i o np o w e rw o r l d，L E D Sp o t e n t i a lm a r k e ts h a r ei sh u g ei nt h ea u t o m o b i l el i g h t i n gs y s t e m，a n dt h ee x t e r n a la u t o m o b i l eh e a d l a m pw h i c hp r o v i d e sn i g h tl i g h t i n gi sm o s

9、 tt oh a v et h ep r o s p e c t sf o rd e v e l o p m e n t L E Dh a ss e v e r a lb i ga d v a n t a g e sa sa u t o m o b i l eS O u r C e；1s t，L E Dh a sc o n s i d e r a b l ef l e x i b i l i t yi nt h eo p t i c a ld e s i g n，C a ne a s i l ya d a p tt oc h a n g i n gd e m a n do fa u t o m

10、 o b i l es t y l ed e s i g n；2 n d，L E Dl u m i n o u se f f i c i e n c yh a sa l r e a d yu pt ot h es c r a t c ho fH I D，a p p l i e si ti nt h ea u t o m o b i l ei l l u m i n a t i o nd o m a i ni sj u s tr o u n dt h ec o m e r；3 r d，L E Dl i g h te m i t t i n gc h r o m a t o g r a mi sc

11、 l o s et ot h es u n l i g h t，u s eL E Dt ob ev e h i c l el i g h ts o u r c ec a ne n h a n c et h et r a f f i cs a f e t y T h e r e f o r eL E Di sm o s tl i k e l yt or e p l a c et h et r a d i t i o n a ls o u r c et o，b e c o m et h em a i n s t r e a mo fh e a d l i g h tm a r k e t A sa

12、k e yt e c h n o l o g yo fa u t o m o b i l el i g h t i n g，t h eL E Da u t o m o b i l eh e a d l a m ps t i l lh a sm a n yd i f f i c u l tp r o b l e m st oa t t a c ka n dc a p t u r e，L E Dl i g h td i s t r i b u t i o ni sac h a l l e n g i n gr e s e a r c hs u b j e c t，L E D So p t i c

13、a lc h a r a c t e r i s t i ci sd i f f e r e n tf r o mt h et r a d i t i o n a la u t o m o b i l el i g h tS O u r C e，c a u s e dt h et r a d i t i o n a lo p t i c a ld e s i g na l s on ol o n g e rt os u i tt h eL E Dl i g h ts o u r c e L i g h td i s t r i b u t i o nd e s i g no fa u t o

14、m o b i l eh e a d l a m pb a s e do nL E Ds o u r c ei sm a i n l yr e s e a r c h e di nt h i st h e s i s，t h em a i nd e s i g nc o n c e p ti s：L i g h td i s t r i b u t i o nl e n s、g l a r es h i e l da n dc o m p l e xc o m p u t a t i o n a lp r o c e d u r ew e r en o tr e q u i r e di nt

15、 h i sd e s i g np r o c e s s，l i g h td i s t r i b u t i o nw a sa n a l y z e db yu s i n gp a r a b o l i cr e f l e c t o ra n dL E Dc o m b i n e d、析t l lb o t hI I广东工业大学硕士学位论文d i s p l a c e m e n ta n dr e v o l v i n g T h ef l u xo fa u t o m o b i l el a m pi sd e c i d e db yt h eL E D

16、Sl u m e nv a l u e，t h ei l l u m i n a t i o nn e e d e db yt h el a m ps t a n d a r di sc o m et r u eb yt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nL E Ds o u r c e sa n dp a r a b o l i cr e f l e c t o r s P a r a b o l i cr e f l e c t o rm o d e li se s t a b l i s h e db yt h eC A T I As o f t w a r e，i n v o k i n gd i f f e r e n tm o d e l st h r o u g hT r a c e p r ot ot r a c er a y sr e p e a t e d l yt oo b t a i nt h ef i n a ll i g h td i s t r i b u t i o ne f f e c t T h el i g