CN101825256A - 一种汽车led近光灯、远光灯的设计方法 - Google Patents

一种汽车led近光灯、远光灯的设计方法 Download PDF

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一种使用LED的近光灯、远光灯的设计方法。在配光屏幕上画出四个部分重叠的区域，其中两个区域是形状完全相同的矩形，第三个区域是一个倾斜15度矩形，第四个区域是一个椭圆形或圆形的一部分；每个区域主要对应一颗LED，LED发光体的形状可以是任意形状，针对每个区域设计各自的配光元器件；当三颗LED点亮时，灯具满足近光灯的要求，将第三颗LED熄灭，第四颗LED点亮，灯具满足远光灯的要求。通过上述四个形状规则区域的划分，将本来分布不均匀的、难以设计的照度分布要求转化成几个简单的区域，大大简化了设计过程。

Description

一种汽车LED近光灯、远光灯的设计方法
技术领域
本发明涉及一种汽车近光灯、远光灯的设计方法，尤其是一种LED近光灯、远光灯的设计方法。
背景技术
和普通的灯泡相比，发光二极管(LED)具有一些显著优点，如更加节能，耐振动打击，使用寿命长，体积小，因此LED更适用于汽车照明和指示，LED在多种车灯中已推广使用，如仪表灯、刹车灯、转向灯等，但由于LED体积比普通灯泡小得多，发光面积也比普通灯泡小得多，而汽车近光灯、远光灯的光强分布有非常苛刻的要求，既不对称，也不均匀，并引入了明暗截止线的概念，使近光灯的设计非常困难。传统的设计方法只适用于普通灯泡，不能很好解决LED近光灯、远光灯的设计问题。由于LED近光灯、远光灯设计方法的不成熟，限制了LED在近光灯、远光灯上的使用。大量汽车的近光灯、远光灯仍然使用普通灯泡，而不是性价比更好的LED。
发明内容
为了解决上述技术难题，本发明提供了一种使用LED的近光灯、远光灯的设计方法。在该方法中，首先建立系统的光学模型，在灯具基准中心前25米过HV点设置一个铅垂的配光屏幕；在配光屏幕上建立一个直角坐标，以HV为坐标原点，以毫米为单位，h-h为x轴，取右方为正方向，v-v为y轴，取上方为正方向；根据标准和法规中的明暗截止线的位置和各点的照度要求，在配光屏幕上画出四个部分重叠的区域，分别以a，b，c，d表示，其中两个区域是形状完全相同的矩形，它们的中心位置在水平方向上有600毫米左右的距离，第三个区域是一个倾斜15度矩形，第四个区域是一个椭圆形或圆形的一部分；每个区域主要对应一颗LED，LED发光体的形状可以是任意形状，针对每个区域设计各自的配光元器件；当三颗LED点亮时，灯具满足近光灯的要求，将第三颗LED熄灭，第四颗LED点亮，灯具满足远光灯的要求。
a区是一个水平放置的矩形，上沿、下沿与水平的明暗截止线平行，主要覆盖了标准和法规中规定的I、IV区的主要范围。
b区是与a完全一样的矩形，上沿、下沿与标准和法规规定的水平明暗截止线平行，主要覆盖了标准和法规中规定的II、IV区的主要范围。
c区的上沿与标准和法规规定的15°倾斜的明暗截止线平行，对于有些国家和地区的车子是靠右行的，c区包括了标准和法规中规定的75R和50R两点；对于有些国家和地区的车子是靠左行的，那么，c区包括了标准和法规中规定的75L和50L两点。
d区是一个椭圆形或圆形的一部分，由一条直线段和一段椭圆弧或圆弧围成，直线段在椭圆弧或圆弧的下方，该区包含标准和法规中从交点HV起，水平向左以及向右扩展2250毫米的范围。
a，b，c，d每个区都主要使用一颗LED照明，当a，b，c三个区域同时照亮时，满足标准和法规中近光灯的照度要求；当a，b，d三个区域同时照亮时，满足标准和法规中远光灯的照度要求。
根据标准和法规规定在水平方向不能有明显的照度跳变，所以，每个区域内在横向上光强逐渐变化。
通过上述四个形状规则区域的划分，将本来分布不均匀的、难以设计的照度分布要求转换为两个相同的矩形区域和一个相似的矩形区域以及一个椭圆形或圆形的部分区域，三个矩形区域a，b，c相互重叠后就能形成符合标准和法规的近光灯照度分布，两个矩形区域a，b和一个椭圆形或圆形的部分区域d相互重叠后就能形成符合标准和法规的远光灯照度分布，进而大大简化了设计过程。
附图说明
图1是根据根据标准和法规，按右侧通行规则的前照灯的照度分布图，在图中建立了xy坐标系；
图2是a区域的示意图，阴影部分为a区；
图3是b区域的示意图，阴影部分为b区；
图4是c区域的示意图，阴影部分为c区；
图5是d区域的示意图，阴影部分为d区；
图6是a，b，c区域的示意图；
图7是a，b，d区域的示意图；
图8是a，b，c，d区域的示意图。
具体实施方式
下面结合实例讲述具体实施方案。
图1是根据标准和法规，按右侧通行规则的前照灯的照度分布图，在图中建立了xy坐标系。在中国的国家标准《GB4599-1994汽车前照灯配光性能》中限定了近光灯一些区域的照度值，按本发明中提出的坐标系，各点的照度如下：
测试点B50L坐标为(-1500，250)，最大照度值为0.3～0.4勒克斯；
测试点75R坐标为(500，-250)，最小照度值为6勒克斯；
测试点75L坐标为(-1500，-250)，最大照度值为12勒克斯；
测试点50R坐标为(750，-375)，最小照度值为6勒克斯；
测试点50L坐标为(-1500，-375)，最大照度值为15勒克斯；
测试点25R坐标为(3960，-750)，最小照度值为1.5勒克斯；
测试点25L坐标为(-3960，-750)，最小照度值为1.5勒克斯；
在标准中，I区的坐标范围是y＜-750，如果使用白炽灯最大照度值为20勒克斯，如果使用卤钨灯最大照度值为2E50R勒克斯，E50R为50R实际照度；
III区的坐标范围是y＝0(x＜0)及y＝x·tg15°(x≥0)的上方，最大照度值为0.7勒克斯；
IV区的坐标范围是-750＜y＜-375(-2250≤x≤2250)，最小照度值为2勒克斯；
II区的坐标范围是由y＝0(x≤0)、y＝x·tg15°(x≥0)的下方及y＝-750的上方所形成的区域除去IV区域。
在中国的国家标准《GB4599汽车前照灯配光性能》中限定了远光灯一些区域的照度值，Emax为屏幕上照度值最大点，最小值为32勒克斯，HV最小值为0.9Emax勒克斯，HV点至1125L和1125R照度最小值为16勒克斯，HV点至2250L和2250R照度最小值为4勒克斯。
采用四颗大功率LED，型号为LXML-PWN1-0100，在近光灯时只使用其中3颗LED照亮a，b，c区域，在远光灯使用其中3颗LED照亮a，b，d区域时。
a，b采用同样的光学设计，采用一片透镜放在LED前方，该透镜是由圆锥面、半球面和环面等构成，LED的前端是一个半球形的曲面，放在透镜的半球面中，光线经过圆锥面反射，经环面矫正，入射到空气中，形成一个长方形的光斑，光斑宽度为9米，高度0.8米。
图2是a区域的示意图，阴影部分为a区，a区上沿为y＝-375，a的中心在y轴上，a区中心的光强经测算为10.5勒克斯。
图3是b区域的示意图，阴影部分为b区，b区的范围是-775≤y≤25，b区的形状与a区完全一样，b区的中心点在(620，-375)。
图4是c区域的示意图，阴影部分为c区，
c区的上沿是y＝x·tg15°+25，左边是y＝-x·tg75°-25，
在75R和50R两点，c区采用的光学元件与a区相似，单独点亮时，照度大于6勒克斯。
图5是d区域的示意图，阴影部分为d区，d的圆心在HV点附近，坐标为(0，-100)主要是一个半圆形的光斑，半径为2.5米，d区采用一个透镜和一个水平反射面，放置在LED前方，单独点亮时，HV点亮度达到38.5勒克斯，1125L和1125R照度为19.2勒克斯，2250L和2250R照度最小值为6.1勒克斯。
经过测算，当a，b，c三个区域均点亮时，完全满足国家标准对近光灯照度的要求，当a，b，d三个区域点亮时，完全满足国家标准对远光灯照度的要求。

Claims (6)

1.一种使用LED的近光灯、远光灯的设计方法，其特征在是：在该方法中，首先建立系统的光学模型，在灯具基准中心前25米过HV点设置一个铅垂的配光屏幕；在配光屏幕上建立一个直角坐标，以HV为坐标原点，以毫米为单位，h-h为x轴，取右方为正方向，v-v为y轴，取上方为正方向；根据标准法规中的明暗截止线的位置和各点的照度要求，在配光屏幕上画出四个部分重叠的区域，分别以a，b，c，d表示，其中两个区域是形状完全相同的矩形，第三个区域是一个倾斜15度矩形，第四个区域是一个椭圆形或圆形的一部分；每个区域主要对应一颗LED，LED发光体的形状可以是任意形状，针对每个区域设计各自的配光元器件；当三颗LED点亮时，灯具满足近光灯的要求，将第三颗LED熄灭，第四颗LED点亮，灯具满足远光灯的要求。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征是：a区是一个水平放置的矩形，上沿、下沿与水平的明暗截止线平行，主要覆盖了标准和法规中规定的I、IV区的主要范围。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征是：b区是与a完全一样的矩形，上沿、下沿与标准和法规规定的水平明暗截止线平行，主要覆盖了标准和法规中规定的II、IV区的主要范围。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征是：c区上沿与标准和法规规定的15°倾斜的明暗截止线平行，对于有些国家和地区的车子是靠右行的，c区包括了标准和法规中规定的75R和50R两点，对于有些国家和地区的车子是靠左行的，那么，c区包括了标准和法规中规定的75L和50L两点。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在是：d区是一个椭圆形或圆形的一部分，由一条直线段和一段椭圆弧或圆弧围成，直线段在椭圆弧或圆弧的下方，该区包含标准和法规中从交点HV起，水平向左以及向右扩展2250毫米的范围。
6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在是：a，b，c，d每个区都主要使用一颗LED照明，当a，b，c三个区域同时照亮时，满足标准和法规中近光灯的照度要求；当a，b，d三个区域同时照亮时，满足标准和法规中远光灯的照度要求。
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