我國LED前照燈研發取得進展
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前照燈是保障汽車安全運行的重要部件之一。近幾年來，隨著照明光源技術的進步，汽車前照燈經歷了一個從白熾燈到鹵素燈再到HID燈的發展過程，然而，這些傳統光源均屬于真空或充氣的玻殼燈具，在亮度、壽命、體積、發熱度、色溫調整與堅固性等各個方面均存在著致命的弱點。led汽車前照燈就是配置LED光源的一種前照燈，與傳統的汽車前照燈相比，具有壽命長、節能、光質好、結構簡單、響應快（NS級）、電壓低、體積小等優點，其已成為國內外爭相開發的熱點。
LED前照燈掀起汽車照明領域一場革命
當前，隨著汽車制造業的發展與人民生活水平的提高，汽車燈具的LED化、智能化是當今全球燈具發展的必然趨勢。尤其是LED光源的小巧、堅固、長壽、節能、平面化、智能化等諸多優點能滿足人們對汽車安全、舒適、豪華、節能、環保與多功能等方面的要求。許多知名的汽車制造商與供應商紛紛將此定為汽車工業新的經濟增長點，紛紛將汽車照明LED化，以適應將來的汽車市場。
但在世界范圍內，LED前照燈仍處于研制階段，日本小糸車燈公司首先推出了LED前照燈樣燈，德國海拉公司也以獨具匠心的中心光源配合光纖定向導光的設計，推出了概念產品。
豐田的2008款雷克薩斯LS600Ch成為世界上首款應用LED前大燈的車型，該車燈是由日本小糸制作所（KOITO）研制和生產，該款LED前照燈也成為了世界第一只LED前照燈。隨后Audi R8車型也推出了世界第一只全LED前照燈，第一時間使LED前照燈所有功能變成現實。
目前市場上幾款配備LED前照燈的車型有LS600Ch、Audi R8、Escalade Platinum，這三種車型市場售價均超過10萬美元，屬于豪華車型。大眾車型目前還沒有配備LED前照燈的主要原因是LED光源的價格一直比較高，在一定程度上限制了LED前照燈的市場銷量。盡管如此，很多汽車廠家還是將LED前大燈的應用列入日程中。
隨著LED技術的不斷成熟和完善，其光源的價格將逐漸下降，未來將會有更多的車型采用LED前照燈。據日本小糸車燈制作所預測，2010年日本銷售的新車中將有5%配備LED前照燈，也就是說再過1-2年大眾化車型也有望配備LED前照燈。
我國在“十一五”期間對LED汽車燈進行了重點部署和研發。國家863計劃“半導體照明工程”重大項目，“十一五”首批啟動課題中就安排了“車用LED光源系統開發”、“轎車前照大燈集成技術研究”和“大功率LED車燈研究及規模化應用”三個相關研發課題，分別由常州星宇車燈股份有限公司、吉林東光瑞寶車燈有限責任公司和天津一汽夏利汽車股份有限公司主持承擔。目前，前兩個課題都已順利通過驗收，一款基于奔騰B50車型的全LED前照燈樣燈問世。奔騰B50全LED前照燈的研制成功標志中國在LED前照燈領域已經取得了進步，縮短了與國際先進水平的差距，也標志中國在汽車零部件領域自主創新方面取得了卓越的成果。隨著第一只全LED前照燈的誕生，其產業化進程也將逐步縮短。
奔騰B50車型全LED前照燈樣燈設計原理
一、結構設計
B50前照燈由遠光燈、近光燈、行車燈、轉向燈構成，B50的遠光燈系統與Mazda6的電路系統相同，即遠光燈接通的時候，近光燈同時在接通狀態，設計者在結構設計的時候，近光燈采用了3顆15W LED，遠光燈采用2顆15W LED，因此實際照明的時候遠光燈是5顆LED同時點亮。而位置燈與轉向燈則采用普通LED。下圖是B50前照燈系統結構圖：
二、光源選擇
選擇LED作為前照燈的光源，具有以下優點：
色溫更高，超過5000K，因此更接近日光水平；
超長壽命，比汽車壽命還要長；更低的能耗：
近光燈 40W，遠光燈 45W；占用汽車的空間更小；
可以實現個性化的造型，前照燈中更容易增加個性元素；
冷光源，燈內的溫度更低，使用普通樹脂材料更環保；
燈光的利用率更高。
另外LED產品具備比鹵素燈更高的光電轉換效率，如下表：
為了能夠實現比現有前照燈更好的技術指標，該前照燈采用OSRAM公司OSTAR系列的大功率LED產品，該LED采用5顆3W LED串聯封裝，輸入電壓18V，電流800mA，設計時采用了專用電路進行驅動，以便能夠更好的發揮LED功效。 三、光學系統設計 光學設計采用近光燈光學設計和遠光燈光學設計兩種類型： 1.近光燈光學設計 近光燈設計采用的是橢球+透鏡的設計方式，原理如下：
根據橢球的幾何特性，它存在2個焦點，光源放置在其中一個焦點上，光源發出的光束通過橢球反射面反射會聚集在另外一個焦點上，而橢球的第二焦點又恰恰是透鏡的焦點，根據透鏡的性質，焦點上發射出的光線通過透鏡的折射，輸出的應當是平行光。根據這個原理，就可以根據ECE標準要求適當的改變橢球的形狀，目的是使從透鏡輸出的光水平擴散，然后在透鏡的焦點處放置遮光屏，以達到形成明暗截至線的目的。 鑒于目前單顆大功率LED的實際光通量（400lm）尚不能滿足法規要求，因此，設計者采用了三聯透鏡組來制做近光燈組，設計圖樣如下圖：
在配光過程中，針對每個透鏡組分別配光，使每個透鏡組發揮著不同的作用，其擴散角度也不盡相同，最終確保75r，50r等法規要求點達到最佳效果。 LED與普通鹵素燈發光特性的區別，如下圖：
鹵素燈發光角度是360度，而LED發光角度僅僅在150度左右，在做配光設計的時候，應重點考慮到這一點，因此，實際上只用了1/4橢球。 2.遠光燈光學設計 遠光燈光學設計采用兩種方案，第一種是反射鏡配光，第二種是自由曲面的透鏡配光。 遠光燈的光學設計根據ECE標準要求，進行反射鏡配光并結合自由曲面透鏡的設計使其達到擴散的目的，并且最亮點能超過法規的要求。 （1）反射鏡配光 反射鏡配光是基于拋物面原理進行設計，根據拋物線的幾何特性，光源放置在拋物面的焦點上。 |
（2）自由曲面透鏡的設計
這部分配光設計由LED、散熱系統、自由曲面透鏡三部分組成，設計者通過對透鏡表面部分進行配光設計，實現了預定的擴散目的。
反射鏡配光是比較傳統的配光方式，也比較容易控制，而自由曲面透鏡的配光是專門為LED配光設計的，鹵素燈不適合這種方案的設計。
四、散熱系統設計
制約LED效率的最大障礙應該是散熱問題，因此散熱系統的設計也是LED前照燈設計的一項重要內容，我們使用ICEPAK與QFIN進行計算機設計與模擬：
使用QFIN主要用于設計散熱器的葉片，對于近光燈三聯透鏡組的結構，散熱器設計完成后圖樣如下：
該散熱器的形狀與車燈的結構有很大的關系，但與散熱效果關系不大，與散熱效果關系大的主要是葉片的間距與厚度，在45W功率下使用QFIN進行分析，初始溫度為50℃，結果如下：
從圖中我們可以看出，在10分鐘內溫度上升非常快，20分鐘后趨于平衡，90度的平衡溫度滿足我們的要求。
LED前照燈的主要部件之一就是散熱系統，如果燈的空間有限，就可以考慮增加外置風扇，這樣就可以大大的增加散熱系統的性能，從而控制LED的溫度，減少光衰。卡迪拉克LED前照燈采用的就是這種外加風扇的方法。
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