CN204730067U - 远近光一体的汽车前照灯 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种远近光一体的汽车前照灯,包括光源、自由曲面反射器、光源驱动电路、光源支架和散热器，光源由近光LED阵列和远光LED阵列组成，通过光源驱动电路分别控制近光LED阵列(2-1)和远光LED阵列(2-2)的通电与断电，调整各LED的驱动功率；自由曲面反射器的反射曲面由多个自由曲面组成，自由曲面反射器的反射面分为两个区域：主反射区和辅助反射区，主反射区用于反射近光LED阵列或远光LED阵列发出的光，分别产生符合前照灯照明标准的近光或远光照明，辅助反射区位于主反射区上方，用于将光源发出的光反射到汽车前方距离较近的路面和道路两侧区域。与传统光源汽车前照灯相比，功耗降低65%以上，节能效果明显。

Description

远近光一体的汽车前照灯
技术领域
本实用新型涉及一种汽车前照灯，特别涉及一种既能提供远光照明也能提供近光照明的使用LED作为光源的汽车前照灯。
背景技术
随着固态照明技术的发展，制造商可以提供光效更高、尺寸更小的LED，为汽车灯具光学***的设计提供了便利。为叙述方便，在本说明书中将由一个光源、一个反射器和（或）一个透镜所组成的部件称为灯具组件，按照产生近光和远光照明所需的灯具组件数量，可以将现有的LED汽车前照灯分为两种类型：只使用一个灯具组件产生近光和远光照明的LED前照灯和使用多个灯具组件分别产生近光和远光照明的LED前照灯。在只使用一个灯具组件的方案中，灯具组件由光源、反射器、透镜和电动控制的挡板组成，通过控制挡板的位置以及光源中各个LED的开关，可以分别产生近光和远光照明。在使用多个灯具组件的方案中，有的利用自由曲面反射器实现配光，有的利用透镜实现配光，近光和远光照明各由一组灯具组件提供。
使用多个灯具组件分别产生近光和远光照明会使灯具体积增大，也导致制造成本上升；通过控制挡板切换近光和远光照明的方法增加了控制环节，也在一定程度上增加了制造成本。
近光照明和远光照明的技术要求不同，近光灯具在照明汽车前方较近距离的路面的同时应避免直接照射对面车辆驾驶员的眼睛，因此在前照灯标准中规定近光照明应该在配光屏幕上形成水平和15°截止线，而远光照明则不需要产生截止线。本实用新型只使用一个灯具组件产生近光和远光照明，利用自由曲面实现配光，并通过合理设置LED的位置，可以满足近光和远光照明的技术要求，在开启远光照明时，不会产生与近光照明类似的截止线。
传统光源消耗电能较高，典型的卤素灯的额定功率为55W，氙灯为35w. 使用LED可以显著降低能耗。按照目前LED典型的发光效率约90lm/W计算，本实用新型提供近光和远光照明仅分别需要12W和9W的驱动功率，与传统光源相比，节电65%以上。
发明内容
本实用新型是要提供一种远近光一体的汽车前照灯, 与使用传统光源的汽车前照灯相比，功耗降低65%以上，节能效果明显。
为实现上述目的,本实用新型的技术方案是：一种远近光一体的汽车前照灯,包括光源、自由曲面反射器、光源驱动电路、光源支架和散热器，所述光源由近光LED阵列和远光LED阵列组成，并与光源驱动电路连接，通过光源驱动电路分别控制近光LED阵列(2-1)和远光LED阵列(2-2)的通电与断电，调整各LED的驱动功率；所述自由曲面反射器的反射曲面由多个自由曲面组成，自由曲面反射器的反射面分为两个区域：主反射区和辅助反射区，主反射区位于自由曲面反射器(1)基面的旋转对称轴所在水平面的下方，用于反射近光LED阵列或远光LED阵列发出的光，分别产生符合前照灯照明标准的近光或远光照明，辅助反射区位于主反射区上方，用于将光源发出的光反射到汽车前方距离较近的路面和道路两侧区域。
所述近光LED阵列由一组LED构成，沿水平方向排成一行，近光LED阵列的几何对称中心位于自由曲面反射器基面的旋转对称轴上，在自由曲面反射器基面的焦点附近，光源中各LED芯片的法线方向作为各LED的主光轴，近光LED阵列中的各个LED的主光轴相互平行，与自由曲面反射器基面的旋转对称轴的夹角均为α。
所述远光LED阵列由A、B两组LED构成，A组LED的数量为近光LED阵列中LED数量的一半，B组只包含一个LED，远光LED阵列中的各个LED的主光轴相互平行，均与近光LED阵列中的LED的主光轴平行，远光LED阵列与近光LED阵列安装在同一平面上，该平面的法线与自由曲面反射器基面的旋转对称轴的夹角为α，远光LED阵列中两组LED在该平面上的布局为：A组LED位于近光LED阵列的下方，并且在近光LED阵列的几何对称中心的右侧，排列方向与近光LED阵列中LED的排列方向平行；B组LED位于A组LED的右侧偏上位置。
所述光源支架具有光源安装面、反射器安装面和散热器安装面，光源安装面与基准坐标系的水平面的夹角为β，光源支架的光源安装面上固定铝基电路板，铝基电路板上安装近光LED阵列、远光LED阵列和光源驱动电路，光源支架通过反射器安装面固定在自由曲面反射器上。
所述散热器安装在自由曲面反射器1的背面或上方，光源产生的热量经光源支架传导到散热器，并通过散热器散发到周围环境中。
本实用新型的有益效果在于:仅使用一个自由曲面反射器就可以产生近光照明和远光照明，远近光切换仅需控制LED的开关和调整LED的驱动功率，无需驱动电机移动遮光板，机械结构和控制***均比较简单，制造成本相对较低。与使用传统光源的汽车前照灯相比，功耗降低65%以上，节能效果明显。
附图说明
图1为本实用新型的远近光一体的汽车前照灯的轴测图；
图2为本实用新型的远近光一体的汽车前照灯的剖视图；
图3为本实用新型的远近光一体的汽车前照灯的局部剖视视图；
图4为自由曲面反射器的基面、基准坐标系和近光LED阵列的相对位置示意图；
图5为自由曲面反射器的反射面分区示意图；
图6为近光LED阵列和远光LED阵列布局示意图；
图7为本实用新型的远近光一体的汽车前照灯在配光屏幕上产生的近光照明的等照度曲线；
图8为本实用新型的远近光一体的汽车前照灯在配光屏幕上产生的远光照明的等照度曲线；
图9为近光LED阵列和远光LED阵列的光源封装和布局示意图；
图10为光源支架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型为一种远近光一体的汽车前照灯，如图1、图2和图3所示，所述远近光一体的汽车前照灯具一个自由曲面反射器1，一个包含近光LED阵列2-1和远光LED阵列2-2的光源2、安装光源及光源驱动电路的铝基电路板3、光源支架4和散热器5。
自由曲面反射器1的反射面由多个自由曲面拼接组成，各自由曲面均由细分的网格单元生成。如图4所示，在计算网格单元坐标时使用一个旋转抛物面6作为基面，以确定计算起始点的位置，基面的旋转对称轴垂直于前照灯标准中规定的配光屏幕表面。按如下方式建立前照灯的基准坐标系：以经过HV点且垂直于配光屏幕的直线作为Z轴，Z轴与自由曲面反射器的反射面的交点作为坐标原点，Z轴的正方向为由原点指向HV点，经过Z轴的水平面作为X-Z平面，Y轴的正方向竖直向上。自由曲面反射器的基面的旋转对称轴在Y-Z平面内，平行于Z轴，并位于Z轴的上方，与Z轴的距离为d.
自由曲面反射器1的反射面分为两个部分：主反射区和辅助反射区。在图5中，用粗实线表示自由曲面反射器的分区方法，主反射区1-1位于X-Z平面的下方，主反射区反射近光LED阵列或远光LED阵列发出的光，分别产生符合前照灯照明标准的近光或远光照明。辅助反射区1-2位于主反射区上方，将光源发出的光反射到汽车前方距离较近的路面和道路两侧区域。自由曲面反射器上具有光源定位面，用于安装光源支架4。
近光LED阵列2-1为由多个LED组成的线阵，如图6所示，4个实线矩形表示的LED组成近光LED阵列。近光LED阵列中的LED的排列方向平行于基准坐标系的X轴，亦平行于配光屏幕上的h-h线，近光LED阵列的几何对称中心位于自由曲面反射器的基面的旋转对称轴上，可以与自由曲面反射器的基面的焦点重合，也可以设置在该基面焦点的偏前或偏后位置。如图4所示，近光LED阵列的各LED的主光轴相互平行，与基准坐标系Z轴的夹角为α，α的值优选为但不限于120°，使各LED的主光轴与自由曲面反射器反射面的交点位于自由曲面反射器反射面的中间区域。近光LED阵列中各LED发射的近似余弦分布的光经过自有曲面反射器反射后在配光屏幕上产生的照明效果如图7所示。
远光LED阵列2-2中的LED分为A、B两组，A组LED的数量为近光LED阵列中LED数量的一半，B组只包含一个LED。远光LED阵列中的各个LED的主光轴相互平行，并与近光LED阵列中的LED的主光轴平行。将远光LED阵列2-2与近光LED阵列2-1安装于相同的铝基电路板3上，如图6所示，以边线为虚线的三个矩形表示远光LED阵列2-2，在铝基电路板3上远光LED阵列的布局为：A组LED位于近光LED阵列的右半部分的下方，排列方向平行于基准坐标系的X轴，亦与近光LED阵列2-1中LED的排列方向平行；B组LED位于A组LED的右侧偏上位置。上述远光LED阵列中LED的布局能够避免在远光照明中出现类似近光照明的15°截止线，从而得到良好的视觉效果，如图8所示。
近光LED阵列2-1中的LED可以采用独立封装的形式，也可以采用整体封装的形式，如图9所示，在采用整体封装的情况下，将涂覆在各LED芯片表面的荧光粉连成一体，有利于提高照明的均匀度。远光LED阵列2-2中A组的LED同样也可以采用独立封装或整体封装的形式。
安装近光和远光LED阵列的铝基电路板3亦具有光源驱动电路，利用光源驱动电路可以控制近光LED阵列和远光LED阵列中LED的开、关和供电功率。当进行近光照明时，开启近光LED阵列中的LED。远光照明具有两种工作方式：标准方式和增强方式。在标准方式下，以额定功率开启远光LED阵列中的LED；在增强模式下，同时开启远光LED阵列中的LED和近光LED阵列中的LED，以增强对汽车前方路面的照明。其中远光LED阵列中的LED以额定功率工作，近光LED阵列中的LED的驱动功率低于额定值，使配光屏幕上HV点的照度不小于最大照度的80%.
光源通过光源支架安装在自由曲面反射器上，光源支架采用传热性能优良的金属材料制造，具有光源安装面、反射器安装面和散热器安装面，光源安装面与基准坐标系的水平面的夹角为β，β=270°-α. 图1、图2、图3和图10显示了光源支架的一种结构形式，铝基电路板3安装在光源支架的光源安装面4-1上，光源支架通过反射器安装面4-2固定在自由曲面反射器1的光源定位面上，光源支架与散热器5在散热器安装面4-3处紧密连接。
散热器采用肋片形式或热管与肋片相结合的形式，根据车头内部空间布局的需要，可以将散热器安装在自由曲面反射器的后部或上方。

Claims (5)

1.一种远近光一体的汽车前照灯，包括光源(2)、自由曲面反射器(1)、光源驱动电路、光源支架(4)和散热器(5)，其特征在于：所述光源(2)由近光LED阵列(2-1)和远光LED阵列(2-2)组成，并与光源驱动电路连接，通过光源驱动电路分别控制近光LED阵列(2-1)和远光LED阵列(2-2)的通电与断电，调整各LED的驱动功率；所述自由曲面反射器(1)的反射曲面由多个自由曲面组成，自由曲面反射器(1)的反射面分为两个区域：主反射区(1-1)和辅助反射区(1-2)，主反射区(1-1) 位于自由曲面反射器(1)基面的旋转对称轴所在水平面的下方，用于反射近光LED阵列或远光LED阵列发出的光，分别产生符合前照灯照明标准的近光或远光照明，辅助反射区(1-2)位于主反射区(1-1)上方，用于将光源发出的光反射到汽车前方距离较近的路面和道路两侧区域。
2.根据权利要求1所述的远近光一体的汽车前照灯，其特征在于：所述近光LED阵列(2-1)由一组LED构成，沿水平方向排成一行，近光LED阵列(2-1)的几何对称中心位于自由曲面反射器(1)基面的旋转对称轴上，在自由曲面反射器(1)基面的焦点附近，所述光源(2)中各LED芯片的法线方向作为各LED的主光轴，近光LED阵列(2-1)中的各个LED的主光轴相互平行，与自由曲面反射器(1)基面的旋转对称轴的夹角均为α。
3.根据权利要求1所述的远近光一体的汽车前照灯，其特征在于：所述远光LED阵列(2-2)由A、B两组LED构成，A组LED的数量为近光LED阵列(2-1)中LED数量的一半，B组只包含一个LED，远光LED阵列(2-2)中的各个LED的主光轴相互平行，均与近光LED阵列(2-1)中的LED的主光轴平行，远光LED阵列(2-2)与近光LED阵列(2-1)安装在同一平面上，该平面的法线与自由曲面反射器(1)基面的旋转对称轴的夹角为α，远光LED阵列(2-2)中两组LED在该平面上的布局为：A组LED位于近光LED阵列(2-1)的下方，并且在近光LED阵列(2-1)的几何对称中心的右侧，排列方向与近光LED阵列(2-1)中LED的排列方向平行；B组LED位于A组LED的右侧偏上位置。
4.根据权利要求1所述的远近光一体的汽车前照灯，其特征在于：所述光源支架(4)具有光源安装面(4-1)、反射器安装面(4-2)和散热器安装面(4-3)，光源安装面(4-1)与基准坐标系的水平面的夹角为β，光源支架的光源安装面(4-1)上固定铝基电路板，铝基电路板上安装近光LED阵列(2-1)、远光LED阵列(2-2)和光源驱动电路，光源支架(4)通过反射器安装面(4-2)固定在自由曲面反射器(1)上。
5.根据权利要求1所述的远近光一体的汽车前照灯，其特征在于：所述散热器(5)安装在自由曲面反射器(1)的背面或上方，用于将光源(2)产生的热量经光源支架(4)传导到散热器(5)，并通过散热器(5)散发到周围环境中。
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