一種基于微元能量映射的汽車LED自適應前照燈節能照明系統的制作方法

本發明涉及汽車照明領域，尤其涉及一種基于微元能量映射的汽車led自適應前照燈節能照明系統設計。

背景技術：

隨著汽車朝著高速、舒適、節能和環保等方向發展，人們對汽車照明的安全與節能性能提出了越來越高的要求。即良好的前照燈應該能夠給汽車行駛提供安全的照明，不會給行人及對面來車造成炫目，同時照明系統也應具有較好的節能性。

然而，由于傳統汽車前照燈具有跟隨車身變化的單一性、近光與遠光照明模式、近光與遠光光型的局限性，使其在大多數情況下，難以滿足駕駛員對汽車照明的需求。例如，汽車在城市道路上行駛時，由于車流和人流密度比較大，車速不會太快，因此汽車前照燈照明光束不能過強；汽車在鄉村道路上行駛時，因為鄉村道路岔路口較多且道路照明光線較暗，因此要求汽車前照燈照明光束照射的足夠寬；汽車在高速公路上行駛時，車速較快，為了給司機在緊急制動時留夠反應時間，要求車速越高，前照燈遠光型光束應照射得越遠；汽車在雨天路面行駛時，由于地面的積水會反射前照燈近光和遠光型光束照射在地面上的光線，容易造成司機眩目，因此需要汽車前照燈近車照明光束不能太強；當在彎道上行駛時，因為汽車前照燈照射光束的方向與汽車行駛方向一致而產生的照明暗區，極易使駕駛員難以及時發現彎道上的障礙物而引發交通事故，因此前照燈應具有隨動功能，消除照明暗區。據統計，汽車在晚上和自然光線不足的情況下行駛里程占其整個行駛里程的25%，然而，在這種行駛環境下所發生的交通事故占到整個交通事故總數的33%，死亡事故占總死亡事故的50%，其中60%與汽車燈具照明不良有關。為了解決這些問題，給駕駛員提供更安全更適合的照明范圍、照明強度，汽車自適應前照燈（簡稱afs）照明技術應運而生，它能根據環境的改變而自動調整汽車前照燈的配光光型。

在汽車前照燈光源方面，傳統的汽車前照燈采用白熾燈或鹵素燈光源具有耗電量大、發光效率低和使用壽命短的特點，例如，白熾燈或鹵素燈的使用壽命一般只有幾百個小時且耗能大于50w，高強度氣體放電燈（highintensitydischargelamps,hid)的使用壽命也只有幾千個小時且耗能大于30w。因此，為了提高前照燈光源的使用性能，將具有耗電量少、發光效率高、使用壽命長、環保節能、體積小重量輕、可靠性高等優點的led光源引進到汽車自適應前照燈，形成汽車led自適應前照燈（簡稱ledafs），運用它可以實現汽車afs所要求的所有光型，同時使其系統更加節能和使用可靠。

根據汽車照明原理，汽車ledafs由能夠適應各種路況的照明光學系統、隨動控制系統以及散熱系統所組成。但是，目前汽車ledafs仍存在照明光學系統光能利用率低、隨動控制系統實時辨識性差和實時響應速度慢、控制精度與穩定性差的難題，為此，本發明提出基于微元能量映射的汽車led自適應前照燈節能方法，這對促進汽車前照燈自適應照明技術的發展與應用，具有重要的學術價值和工程應用意義。

技術實現要素：

本發明所解決的技術問題是針對背景技術中所涉及的照明光學系統光能利用率低的缺陷，根據微元能量映射的led照明系統節能原理，利用各光型間共同點以及各自的異同，提供一種基于微元能量映射的汽車led自適應前照燈節能照明系統。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于微元能量映射的汽車led自適應前照燈節能照明系統，是利用各光型間共通點以及各自的異同確定了四種照明模塊，并根據ece123法規計算了四種照明模塊的照度分布要求，以照明疊加的思想實現afs各級光型。

一種基于微元能量映射的汽車led自適應前照燈節能照明系統，包含四種照明模塊，即截止線光型模塊、加寬光型模塊、強光光型模塊以及標志牌光型模塊，這四種照明模塊通過一定的led功率分配能夠疊加實現ece123法規要求的光型。

所述四種照明模組中，每個模組包含1個歐司朗luwhwqp芯片、1個透鏡以及1個驅動器，其中截止線光型的模組中還包含1個反射器。

截止線光型模塊：所述截止線光型模塊主要是用來實現ece123規定的配光屏幕下方主要區域照明，且形成清晰的15°明暗截止線，該模塊采用直接投射式照明系統，由led光源、橢球反射器和透鏡組成，以解決光能損耗的問題。

所述截止線光型模塊透鏡實體最大直徑為60mm，最大厚度為27mm，透鏡內表面與led距離28mm，led放置在透鏡內表面的球心處，加入拋物反射器，形成直接投射式光學結構。

所述截止線光型模塊透鏡采用pc材料制作，該材料折射率為1.591，形變溫度120℃左右；

所述截止線光型模塊中led選用歐司朗luwhwqp芯片，其發光部分為中心1×1mm區域。

所述截止線光型模塊的直接投射式led近光燈結構采用透鏡直接生成明暗截止線的方法，避免了擋板所造成的光能損耗，使模塊的光能利用率提高到了70.1%，較現有的投射式led近光燈系統光能利用率提高22.1%。

加寬光型模塊：所述加寬光型模塊是用來提供ece123規定的明暗截止線下方較寬的補充照明，使明暗截止線下、d區以上的光照度增加，照度平均，照明區域呈較扁較寬的矩形，從而達到符合法規ece123的較寬光型。

所述加寬光型模塊中的透鏡采用pc材料制作，折射率1.591，直徑28mm，高度33mm，最大厚度12mm，led放置在透鏡內表面的旋轉中心處，形成單透鏡照明結構，透鏡與led向下偏轉5°。

所述加寬光型模塊中的led采用歐司朗luwhwqp芯片，發光部分為中心黃色1×1mm區域。

所述加寬光型模塊所產生的光型光能利用率可達59.3%，較現有的平凸透鏡式補光燈提高了21.3%，光型平均照度4lux，左右照射寬度可達10m左右，即可實現20°以內的照明效果，同時可使相應照明區域照度增強，并補充照度，達到光型加寬的目的。

強光光型模塊：所述強光光型模塊是用來實現高速公路與雨天時車輛的右前方較遠距離的照明，沒有明暗截止線要求，該光型較為集中，照明區域較小，同時照明區域內照度均勻，以免引起局部失能眩光。

所述強光光型模塊主要由透鏡和led光源組成。

所述強光光型模塊中的透鏡由補光燈自由曲面與tir內表面相結合最終形成強光光型透鏡，該透鏡采用pc材料制作，折射率1.591，直徑28mm，高度33mm，最大厚度12mm，與led（1顆歐司朗luwhwqp）組成強光光型模塊，透鏡與led向下偏轉1°、向右偏轉1°。

所述強光光型模塊能夠實現右前方較強的光強補充，同時光型的光強分布較為平均，光能利用率達到59.4%，光型平均照度為28lux，可使相應區域照度增強，達到加強右前方照明的目的。

標志牌光型模塊：所述標志牌照明光型模塊是根據ece123法規對近光提出的新要求，用來實現ece123規定的標志牌區域照明的，該光型模塊同樣主要由透鏡和光源組成。

所述標志牌光型模塊中的透鏡設計與上述加寬光型模塊的設計方法一致，同樣采用補光燈自由曲面與tir內表面相結合的方法最終形成標志牌照明光型透鏡，該透鏡采用pc材料制作，折射率1.591，直徑28mm，高度33mm，最大厚度12mm，與led（1顆歐司朗luwhwqp）組成標志牌照明光型模塊，透鏡與led向上偏轉5°。

所述標志牌光型模塊中光型的光強分布均勻，光能利用率可達59.45%，光型平均照度為5lux，可使相應照明區域照度達標，同時明暗截止線區域未受到該光型的影響，達到了標志牌照明的目的。

附圖說明

附圖1：直接投射式結構；

附圖2：補光燈透鏡的設計原理。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的說明：

本發明公開了一種基于微元能量映射的汽車led自適應前照燈節能照明系統，包含四種照明模塊：截止線光型模塊、加寬光型模塊、強光光型模塊以及標志牌光型模塊。

截止線光型采用直接投射式結構，如附圖1所示，led（1）發出的光線經過透鏡（5）的內表面（3）、外表面（4）折射后形成設計預期的截止線光型，而led（1）發出的大角度光線在拋物反射器（2）的匯聚作用下集中在近光軸z的區域，再由透鏡內表面（3）、外表面（4）折射至車輛前方。

截止線光型照明模塊，將led（1）視作無體積大小的點，則透鏡（5）的內表面（3）為以led（1）為球心的半球面，led（1）發出的光線透過該面時不發生偏折，近光燈配光光型主要依靠外表面（4）生成。

加寬光型模塊如附圖2所示，內表面（7）為tir，主要實現光能收集，同時將led光源（6）（原點o）發出的光線折射為平行光；外表面（8）為自由曲面，主要實現平行光光能的重新分配。

為使透鏡的光學特性不受led（6）發熱量的影響，透鏡（9）的內表面（7）與原點o的距離d取值為12mm，因此，透鏡（9）將只對δ角度以內的光能進行收集；

tir內表面（7）為旋轉曲面，其母線由三條曲線組成，分別為a線、b線和c線；

a線為準直曲線，由費馬原理獲得，作用是將點光源（6）發出的光線折射為平行光，其公式為：

ra（β）=roa（1-1/n）÷cos（β）-1/n

b線為拔模斜度直線，作用是在注塑成型時給模具提供一定的模具拔出角度，為拔模方便，λ通常取3°；c線為自由曲線，將拔模斜度直線的折射光線全反射為平行光；δ取值為60°。

由于該內表面（7）可將所有led光源（6）發出的光線轉化為平行光，因此其具有較高的光能收集效率。得到平行光能量分布后，建立平行光能量與照明面面積的網格劃分，并保證兩者之間的對應關系，利用此關系進行自由曲面表面的坐標迭代求解自由曲面透鏡表面所有離散坐標點，當所有透鏡表面點都確定之后，利用曲面放樣可形成光滑的自由曲面。

強光光型模塊與標志牌光型模塊同樣采用圖2所示結構實現，模塊中，tir內表面的設計與加寬光型中透鏡內表面的設計方法相同，結合上述透鏡的自由曲面設計方法，最終形成強光光型模塊與標志牌光型模塊。

依據上述四種照明模塊設計的透鏡，分別制作出截止線光型透鏡、加寬光型透鏡、強光光型透鏡以及標識牌照明光型透鏡；制作安裝支架，將led與透鏡組成照明光學系統，每個模組由1個歐司朗luwhwqp芯片、1個透鏡以及1個驅動器構成，其中截止線光型的模組中還包含1個反射器。根據上述照明模塊的劃分，ece123法規所需的多光型由各自模塊中led驅動電流的大小來改變照明模塊的亮度，之后通過發明內容中表1所示的不同照明模塊疊加規則，即可實現上述的四種光型。

c級光型實現：c級光型為基礎光型，其各項照明要求相交v級光型高，其應用于中等行駛速度的一般照明。照明要求要形成±16°的寬光型，道路右前方需要有一定的可視距離。因此，該光型利用2個截止線光型、一個加寬光型與一個標志牌照明光型疊加實現。光源全部選用歐司朗luwhwqp，截止線光型中led通電700ma，實際光通量200lm；加寬光型中led通電500ma，實際光通量160lm；標志牌照明光型中led通電300ma，實際光通量110lm。依據該方案，將個光型模塊組合安裝，得到c級光型組合。

v級光型實現：v級光型主要適用于城市道路，該工況下，車輛行駛速度一般不會太快，而且由于環境光源充足，遠距離照明要求不高，因此車輛照明多關注與近距離大范圍的照明效果。為了滿足上述要求，該光型利用1個截止線光型、一個加寬光型與一個標志牌照明光型疊加實現。光源全部選用歐司朗luwhwqp，截止線光型led通電700ma，實際光通量200lm；加寬光型中led通電500ma，實際光通量160lm；標識牌照明光型中led通電300ma，實際光通量110lm。根據該設計方案，將各光型模塊組合安裝，得到v級光型組合。

e級光型實現：e級近光主要使用于高速道路，由于車速較快，車輛需要的安全停車視距就較大，因此，車輛的遠距離照明要求較高。

為了滿足上述要求，該光型利用2個截止線光型、一個加寬光型、一個標志牌照明光型以及一個強光光型疊加實現。光源全部選用歐司朗luwhwqp，截止線光型中led通電700ma，實際光通量200lm；加寬光型中led通電500ma，實際光通量160lm；標志牌照明光型中led通電300ma，實際光通量110lm；強光光型中led通電300ma，實際光通量可達到110lm。根據該設計方案，將個光型模塊組合安裝，得到e級光型組合。

w級光型實現：w級光型的車錢25-50m的路面照度有一定限制，這主要是為了防止潮濕路面對對面來車引起的反射炫光。而車輛右前方與正前方照明要求增加，光型整體要求較寬。

根據上述要求，該光型利用1個截止線光型、一個加寬光型、一個標志牌照明光型以及一個強光光型疊加實現。光源全部選用歐司朗luwhwqp。截止線光型中led通電700ma，實際光通量200lm；加寬光型中led通電500a，實際光通量280lm；標志牌照明光型中led通電300ma，實際光通量110lm；強光光型中led通電300ma，實際光通量可達到110lm。根據該設計方案，將個光型模塊組合安裝，可得到w級光型組合。

以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的理論和原則之內，所做的較小改動、等同替換等，均應包含在本發明的保護范圍之內。