光學設計
光學設計的任務是為近光燈和遠光燈設計合適的反射鏡。原裝近光燈反射鏡尺寸為60毫米,設計人員在此基礎上嘗試使用稍復雜但尺寸更小的反射鏡。因為LED是面光源,所以反射鏡最好的形式為拋物線鏡面。假設鏡面延伸到拋物線的正焦弦,光源正對著拋物線的頂點,那么所有的出射光線都將成為受反射鏡控制的有用光線。
當鏡面寬度為拋物線正焦弦時,焦距和通徑將具有固定的比例關系。如果反射鏡開口大小給定,那么光源距反射鏡上一點的最大距離等于開口大小的一半。如果光源尺寸給定,那么投射到空間中的最小的像(地面光斑)的尺寸由幾何投影關系決定。
圖5:燈罩蓋子里面與波形彈簧相接觸,外面與散熱片相連,將內部熱量向外傳導
仿真結果顯示,地面光斑尺寸過大,不符合法規(guī)要求,原因在于模糊不清的光斑邊界間接增加了光斑的尺寸。遠光燈的反射鏡寬度為120毫米。為了把LED光源固定于拋物線焦點位置,LED必須用用支架架起來,同時給電線和導熱銅線留出空間。支架經過簡化,只保留兩個垂直桿件,以減少同光線的干涉,并為盡可能粗的導熱銅線留出空間,增加導熱性能。
為了減小近光燈組的大小,地面投射的光斑尺寸也必須變小。它可通過兩種方法實現(xiàn),一是使用某種遮光措施,擋住部分光源,二是增加光源到反射鏡的距離。采用遮擋,擋住了部分光線,卻降低了電能使用率。如果給光源附加軸向轉角或采用較小焦距的拋物線,將使得部分光線無序地射出,不會增加地面光斑的尺寸。旋轉時,角度控制在90度以內,以便使得光線中以90度出射的光線的入射點正好處在拋物線(反射鏡)的邊界。從而在反射鏡的兩側產生兩個光源的虛像,光線從兩個虛光源射出,成V字形。
亮度輸出測量值
圖6:使用12.8V電壓時,LED大燈的電流節(jié)省情況
近光燈的光束能量測量值為387流明,相比LED輸出值508流明,光學透鏡效率達到76%。滿足了75%的預計透鏡效率和3.4%的預計總效率。如果LED能按預計輸出550流明,那么總效率將達到5.3%。但LED光源輸出的光束能量低于預期值。
遠光燈的光束能量測量值為583流明,LED輸出885流明。光學透鏡效率為66%。光源的能量轉化效率為6.5%,總效率為4.3%。
基于油耗減少量計算油費節(jié)省的方法有幾種。它們使用的變量有運轉時間、發(fā)電機效率、發(fā)動機效率等參數(shù)。根據不同的算法,安裝LED大燈帶來的油耗節(jié)省為每年3.8升到76升不等。
對于近光燈,LED效率比傳統(tǒng)大燈提高了1.0到3.4個百分點,遠光燈為2.0到4.2個百分點。雖然油費節(jié)省不足以挽回LED大燈較高的售價,但是LED的壽命更長,有利于減少車輛長期的使用成本??偟乜磥恚琇ED大燈帶來了更明亮的視野、更低的花費和更少的油耗。
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