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大功率白光LED在汽车前照灯设计中的应用研究

作　者: 朱晓东
导　师: 杨明忠
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 配光仿真反射腔结温散热
分类号: U463.651
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

LED以其体积小、寿命长、能耗低、耐震动、启动时间快、环保等优势已经成为新一代汽车光源技术的首选。大功率白光LED在汽车前照灯上的应用将成为车用LED市场增长的重中之重。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广高亮度LED的极好时机，开发LED汽车前照灯对于推动我国汽车工业的发展意义重大。本文作者以佛山国星光电股份有限公司为研发基地，主要对大功率LED白光在汽车前照灯上应用中的关键技术——配光设计和散热设计进行了研究，并就该项设计在汽车上的成功应用对汽车结构的改变做了初步探讨。本文具体工作如下：1．通过对紧张的能源形势以及汽车产业发展现状的分析，阐述了本课题研究工作的重要意义；在分析光源LED特性和汽车灯具现状与发展的基础上确定了本课题研究工作的内容和技术路线。2．按照LED的特点提出了本课题灯光组系统设计方案，在该方案中汽车前照灯完全依靠反射腔配光，再不需要配光透镜；应用光学设计相关软件，通过分析了《汽车前照灯配光性能》(GB4599-1994)，确定了配光的难点与技巧；确定了本课题将采用的LED，并分析了仿真环境中光源模型建立的必要性与重要性；通过对比分析光源模型的发光面与反射腔的相对位置，确定了它们的相对位置关系。3．通过分析目前采用的汽车前照灯自有曲面反射腔设计技术，提出了本课题反射腔组合的设计思路，并对LED的使用数目进行了估算，确定了近似抛物面反射腔工作面的设计方案；运用三维设计软件PRO／E和光学仿真软件TracePro分别对近光灯和远光灯的反射腔组合以及反射强模块进行了仿真设计，得出配光设计的仿真结果。制备了前照灯样品，分别对远光灯和近光灯进行了配光测试；将测试结果、仿真结果与国家标准进行了对比分析，按照分析结果，指出了配光设计的成功与不足之处，论述了该灯光组系统设计方案的可行性。4．阐述了LED汽车前大灯与传统光源汽车前大灯在散热设计方面的不同之处，分析了LED的结温、热阻以及其散热途径；通过对有关实验结果的分析，确立了散热结构的设计方案，进行了散热器样品的设计，并提出了界面热阻问题的解决方法；找出了结温最高的LED，建立了LED灯具的热阻模型，并计算出结温最高的LED分别在强制对流和自然对流散热两种方式下的结温，而且对散热器设计的可行性进行了评估。对提出的该散热结构在汽车前照灯上的实现方法做了初步论述。5．分析了我国关于LED汽车前照灯的研究一直处于落后状态的原因。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 课题研究的背景及意义  8-10
    1.1.1 能源危机与LED  8-9
    1.1.2 汽车产业与LED  9-10
  1.2 课题的国内外研究现状  10-12
  1.3 课题的主要研究内容及技术路线  12-13
  1.4 课题支撑  13-14
第二章 LED和汽车前照灯基础理论知识  14-23
  2.1 LED发光原理及其特性参数  14-19
    2.1.1 LED的结构与发光原理  14-15
    2.1.2 白光LED的结构与发光原理  15-16
    2.1.3 LED电学特性  16-17
    2.1.4 LED热学特性  17
    2.1.5 LED光度学参数  17-18
    2.1.6 LED特点  18-19
  2.2 汽车前照灯灯光组简介  19-23
    2.2.1 汽车灯具的历史演变  19
    2.2.2 汽车前照灯的重要性  19-20
    2.2.3 汽车前照灯灯光组结构现状  20-23
第三章 LED汽车前照灯灯光组设计  23-61
  3.1 灯光组元件构成分析及相关工具软件简介  23
  3.2 汽车前照灯国标配光分析  23-26
  3.3 光源LED的选择  26-29
  3.4 在仿真环境中LED光源模型的建立  29-33
    3.4.1 建立LED光源模型的必要性分析  29-31
    3.4.2 建立LED光源模型的重要性分析  31-33
    3.4.3 LED光源模型发光面的确定  33
  3.5 LED与反射腔的相对位置分析  33-36
    3.5.1 前照灯发光角度分析  33-34
    3.5.2 LED与反射腔的相对位置分析  34-36
  3.6 反射腔组合仿真设计  36-53
    3.6.1 反射腔组合仿真设计思路  36-37
    3.6.2 LED数目估算与反射腔工作面设计方案的选择  37-39
    3.6.3 抛物面的反光特性在本课题中的应用分析  39-42
    3.6.4 近光灯反射腔组合的仿真设计  42-51
    3.6.5 远光灯反射腔组合的仿真设计  51-53
  3.7 样品制备与配光检测  53-60
    3.7.1 反射腔模块的设计  54-55
    3.7.2 电路板与散热器的设计  55-56
    3.7.3 样品装配与配光测试  56-58
    3.7.4 测试结果分析  58-60
  3.8 本章小结  60-61
第四章 LED汽车前照灯散热技术研究  61-76
  4.1 热分析理论基础  61-63
    4.1.1 热力学第一定律  61
    4.1.2 热传递的方式  61-63
  4.2 LED的结温与热阻  63-65
    4.2.1 结温  64
    4.2.2 热阻  64-65
  4.3 散热结构设计初探与灯具样品LED的结温估算  65-73
    4.3.1 散热器设计  66-68
    4.3.2 界面热阻的产生及其解决方法  68-70
    4.3.3 散热器样品温度测试与LED结温估算  70-73
  4.4 散热结构在汽车前照灯上的实现方法初探  73-75
  4.5 本章小结  75-76
第五章总结与展望  76-78
  5.1 全文总结  76
  5.2 研究展望  76-78
参考文献  78-81
致谢  81-82
攻读硕士学位期间发表的学术论文  82
攻读硕士学位期间申请的专利  82

大功率白光LED在汽车前照灯设计中的应用研究

内容摘要

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