汽车智能LED前照灯照明系统控制设计
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【摘 要】现如今，智能LED照明系统的出现充分地推动了我国汽车照明系统的发展。汽车前照灯是保证汽车在夜间安全行驶，同时，可以利用远近光变换信号超越前方车辆的照明装置，其也是汽车的主要照明工具。论文研究了智能LED前照灯的亮度调节问题，根据汽车智能LED前照灯的照明系统对于亮度的要求进行了总体结构的设计，并对此进行了详细阐述。
【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.
【關键词】汽车;智能;LED;照明系统;控制设计
【Keywords】automobile; intelligence; LED; lighting system; control design
【中图分类号】U463.65+1 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）03-0174-02
1 引言
传统的前照灯系统由近光灯、远光灯、行车灯和前雾灯组成。在交通条件复杂的城市和地区，很多司机经常在晚上打开近灯、远光灯和雾灯。当车辆转弯时，也存在一个照明的暗区，严重影响了驾驶员对弯道上障碍物的判断。为了有效地解决这一问题，有必要开发一种具有多种照明功能的前照灯，为了安全起见，这些功能的切换必须是自动的。
2 前照灯的设计方式
对于传统的车灯来说，在其应用过程中基本是通过手动进行操作和实现的，车灯亮度调节种类也相对单一，照明视线距离也相对较短，并且难以跟随汽车的外部环境变化进行自动调节。在转弯的过程中也容易出现一定的盲区，这样便会存在安全事故隐患，威胁司机的人身安全。为此，美国、德国等国家一直致力于汽车大灯的制造与研发工作。由于我国在这方面起步相对较晚，因此，在研发方面与美国、德国等国家相比存在一定的差距，很多设计理念都需要进一步完善。近年来，随着中国汽车产业的不断发展，车灯制造方面也经过多年的研究与实验获得了较大的进步。目前，我国已经能够独立设计车灯软件，包括CATIA软件等[1]。
3 前照灯的配光原理
在对汽车大灯曲面的设计过程中，应充分利用反射面进行设计，而不是传统的透明镜匹配二次曲面。与此同时，在对数据点进行设计的过程中，也应将配光网络上不同的点与形状进行充分地结合，从而使得大灯设计更加具有科学性[2]。由于自由曲面前照灯的设计会受到各个自由曲面的影响，因此，在整个设计过程中，可以充分利用好每一个自由曲面所对应的曲面光斑，这主要是由于许多不同的特征共同组成了曲面的反射面，同时，大灯等组合设计也是由多个曲面组合而成的。
汽车前照灯的设计是自由曲面汽车前照灯设计中的一个难点，对汽车前照灯的设计有着重要的影响。车灯由于自身种类和型号的不同，应选择不同的大灯设计方式。日本的JIS、美国的SAE和ECE提出了自由头灯设计的指导标准，欧洲经济委员会ECE R123法规中对自适应前照灯系统等作出了规定，这为中国提供了重要的指导方针[3]。
汽车前照灯自由曲面设计的实验室设计方法可以采用滑动屏设计，将大灯样品放置在距离屏幕25cm的地方。此时，相应的图形将出现在屏幕上，一条表示车辆右侧轴线的垂直曲线将出现，车辆的外侧边线代表另一条直线。根据驾驶员眼轨迹要求，设计车头灯的视觉范围，必须完全满足驾驶员的视觉要求，并将路面与轴线的距离设置在合理的范围内。
4 LED前照灯
目前，LED灯广泛应用于汽车领域。常见的有刹车灯和转向灯。装有LED灯的汽车的价格呈现下降趋势。LED前照灯已逐步进入中低端车型市场。
LED灯在汽车前大灯上的应用因其节能、寿命长等优点而受到汽车制造商的重视。在节能环保的社会背景下，LED前照灯的应用和发展前景广阔。
目前，汽车前大灯主要采用卤素等单一光源系统。随着LED技术的发展，LED作为远近光源成为可能。LED利用多个光源的组合来改变汽车前照灯的形状。LED光源可以用来实现传统卤素光源无法实现的概念车建模。设计师可以使用两个LED灯组合成一个近光灯。 4.1 LED前照灯的发光形式
LED是一种利用半导体PN结将电能转化为光能的器件。LED芯片是由p型半导体元件和n型半导体元件组成的PN结[4]。LED+RGB荧光粉综合性能最好，但目前技术还不成熟。LED芯片采用白色LED结构，结构简单，广泛应用于照明行业。
汽车前照灯按使用光源分为反射型和投影型。反光大灯可分为抛物面反射、自由曲面反射和多面反射。抛物面反射器是由一个抛物面反射光，然后沿着光轴平行发射的装置。
投射性前照灯光学系统由椭球反射镜、配光头射镜与挡板组成。将LED光源向上放置以获得清晰的明暗界限。由于折光板的存在，能量损耗大，发光的立体角是传统光源的一半，因此，光学设计需要优化。
4.2 LED前照燈的驱动设计
LED前照灯需要一个或多个LED灯组成来满足车灯的照明要求。由于一个LED灯的电压较低，因此，需要连接多个LED灯组成模块。通过对LED路灯、室内LED照明灯的使用情况可判断在LED照明中，发生的故障约有30%是来源于驱动电源故障。
电源是LED照明设备的重要组成部分，驱动程序需要工作电压，而且LED光源的电气参数变化很大，LED驱动器的性能要求也不一，因此，电源设计是LED照明中一项复杂又重要的工作。LED驱动器有很多种，室内的LED灯的功率范围是5～20W，1W的大功率LED灯需要十盏灯连串使用，并需要将交流电转换为直流电。对该驱动器的设计是具有非常严格的要求的，LED驱动器必须具有较高的可靠性[5]。
4.3 LED前照灯的冷却系统
在对LED前照灯进行散热处理时，所产生的热量需要传递到车底并向外部排出，汽车前照灯是将LED灯焊接在大面积的铜基板上，然后将散热贴贴在铝制品散热器上。铜基板可以运用翅片来扩大其散热的表面积，从而获得LED芯片的热量[6]。
通常情况下，中小功率电子产品是为无源散热而设计的，可以满足大多数LED照明灯应用的要求。若所需的设备功率较大时，局部温度过高就会造成设备的损坏。主动散热主要包括空气冷却、热管散热以及其他方面。由于汽车前照灯的空间是非常有限的，因此，汽车前照灯的散热不适合应用液体冷却，使用空气冷却散热具有降低成本的优势，并且可以增加对流，从而达到有效散热的目的。
5 结语
综上所述，半导体照明技术的进步大大推动了LED汽车照明市场的发展，同时，LED车灯技术也将引领我国车灯照明走向绿色发展的道路。总之，积极地对智能LED前照灯照明系统进行控制设计与开发具有非常重要的现实意义，可以充分解决传统照明系统存在的问题，从而实现汽车远近光灯的自由转化，使得其在应用过程中系统性能更为稳定，具有更加广阔的应用前景。
【参考文献】
【1】王玉其.汽车前照灯明暗截止线稳定性检测及远程监控系统研究[D].武汉：华中科技大学，2019.
【2】吴露露.浅谈汽车LED前照灯设计方法及流程[J].汽车实用技术，2018（23）：105-107.
【3】李中杨，曾国英，赵登峰.LED汽车前照灯结构设计[J].机械设计与制造，2018（S1）：140-142+146.
【4】肖远.LED技术在汽车照明系统中的应用分析[J].现代信息科技，2018，2（06）：51-52.
【5】郭全民，杨惠，王健.汽车LED前照灯智能控制系统设计[J].西安工业大学学报，2015（5）：365-372.
【6】孟昭军，李月，周振超，等.汽车智能LED前照灯照明系统控制设计[J].辽宁科技学院学报，2014，16（4）：1-3.
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