一种应用自由曲面的LED汽车前照近光灯配光设计[2]

　　4 采用LED的近光灯配光设计

　　根据GB25991—2010近光灯配光要求，受照屏不同位置处照度要求不同，因而本文采用分块式能量分布方式，针对各照明区域独立设计配光。

　　如图3所示，整个光学系统由透镜及反射器组成，以尽可能充分利用光能量。该系统分为5部分，各部分对应接收屏上不同位置处的光照区域，因此其映射关系不同。

　　图3近光灯设计示意图

　　5 设计结果及模拟仿真

　　采用自由曲面方法并求解得图3中不同区块的自由曲面后可得反射器及透镜曲面的点云，使用如CATIA及Rhino等建模软件即可得到近光灯光学系统的模型。该模型外形尺寸近似一底面半径21mm，长约30mm的圆柱体。具体模型如图4所示。

　　图4近光灯模型

　　本文使用光学模拟软件TracePro对该近光灯系统进行模拟仿真，LED采用200lm朗伯体光源，透镜材料为PMMA，反射器设为全反射，接收屏为一边长为10米的正方形平面，距光源25米远。仿真结果如图5所示。接收屏上各区域照度如表2所示，考虑到实际应用中，灯具效率将导致光通量的损失，可能导致受照面上照度不足，因而此处进行了裕度计算，以考察其在实际情况中是否能满足国家标准中测试点的最小照度要求，照度较最低要求裕度=(理想条件下模拟照度-标准最小值)/理想条件下模拟照度。

　　图5仿真结果图

　　由表2中的测试结果可知，该光学系统能满足GB25991—2010近光灯标准的要求，且留有30%以上的裕度，具有实际应用的可行性。

　　表2各区域测试结果及裕度

　　经仿真，该光学系统约71%光线入射至接收屏，光能量总出射率为90%，远大于卤素近光灯40%的效率。

　　6 总结

　　随着半导体照明技术的发展，LED取代传统光源用于汽车前照灯已成为必然的趋势，据此本文提出了一种LED汽车前照近光灯的配光设计方案。该方案以GB25991—2010为标准，通过自由曲面方法对透镜及反射器进行精确设计，很好地实现了光的合理分配，使得能量利用率得到了极大的提高。设计中使用200lm光通量的LED，在假定透镜未镀膜的情况下也能完全满足GB25991—2010标准中各点照度要求且裕度充足。尺寸方面，该光学系统模块体积相当于一个底面半径21mm、长约30mm的圆柱体，十分紧凑，为汽车的外形设计提供了更宽松的条件。

编辑：Cedar