摘 要

汽车车灯经历了四代光源变化，从一代卤素车灯到荧光灯再到氙气大灯，直至如今的LED车灯。这四代车灯的演变体现的是照明技术的进步与创新和汽车制造工艺的提升。传统的卤素灯泡不仅发光效率低而且光通量也较小，但因为其在雾天黄色光的穿透性能较高以及制造成本较低的优点，目前仍旧在很多车型上被应用。随着汽车速度的不断提升，高速行驶时视野变窄，那么在夜间行驶对于灯光要求就更加严格，推动车灯光源向前发展。目前高端车型因为不必受制于成本因素大多装配了氙气大灯，该灯光通量较大且启动响应时间较短，极大地提高了照明亮度减轻了夜间行车的安全隐患。同时由于现代人的审美标准提升，对于汽车不仅注重性能更加看重外观式样，而氙气大灯因为体积占比较小，便于布置，所以使得汽车前部设计更加灵活自由。随着LED技术的发展，凭借其更低功耗、更大电光转换效率和更高的光通量优势而成为新型节能环保型汽车照明光源。但是大功率LED的散热问题确实目前制约它大规模应用的瓶颈，若是不能控制LED温度在许用温度之下，则会导致寿命大大缩短，光亮度下降直至灯泡报废。

关键词：汽车车灯 LED 散热 光通量 寿命

Research on the heating characteristics of the lamp and optimization design

ABSTRACT

Car headlights experienced four generations of light source changes,They are halogen lamps 、fluorescent、HIDlamps and LED.This reflects the progress and innovation in lighting technology and the enhancement of automotive manufacturing process.Traditional halogen bulbs not only have low luminous efficiency but also have a low luminous flux,but they have better penetration and lower prices.So they have been still used today.Large HID light fluxs have a large startuo response time,which greatly improves the brightness of the lighting and reduces the safety risks of driving at night.A t the same time,because of people’s aesthetic standards,the appearance of the car is more valued,and the volume ratio is small and easy to arrange,So the design of the car is more flexible.With the development of LED technology,it has become a new energy-saving and environmentally friendly automotive lighting source due to its lower power consumption.However,the problem of heat dissipation is a bottleneck restricting its large-scale application.If we can not control the LED temperature below the allowable temperature,it will lead to a significant reducation in the life of the lamp.

Key Words: Carlamp LED Heat Dissipation Luminous flux lifespan

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 LED发光原理 1

1.3 大功率LED应用于车灯存在的问题 2

1.4 现行散热方案简析及存在的问题 2

1.4.1 热电制冷散热技术 2

1.4.2 翅片散热技术 3

1.4.3 风扇加翅片散热技术 4

1.4.4 热管散热技术 4

1.4.5 液体散热技术 4

1.5 现行各方案总结 5

第二章 有限元思想及模型设计 6

2.1有限元法思想 6

2.1.1 有限元求解简述 6

2.1.2 ANSYS软件 6

2.2车灯模型建立 6

2.2.1 车灯组成部件材料 7

2.2.2 单芯片LED传热简化模型 7

2.2.3 前大灯模型尺寸结构设计 8

2.2.4 网格划分 9

2.2.5 设置材料 10

2.2.6 设置区域条件 10

2.2.7 边界条件 10

2.2.8 求解控制 11

2.3 本章小结 11

第三章 基于Ansys的温度仿真结果分析 12

3.1边界条件各项参数改变对车灯热分布的影响 12

3.1.1不同芯片热通量对应的温度分布云图 12

3.2传热系数对车灯温度的影响 14

3.2.1透镜外传热系数改变对温度分布影响 15

3.2.2反射镜外传热系数改变对温度分布影响 17

3.2.3反射镜辐射发射率改变对温度分布影响 19

3.2.4灯泡涂层厚度对车灯散热影响 20

3.2.5 非稳态条件下车灯散热影响 21

3.3本章小结 21

第四章 LED芯片散热器设计与优化 23

4.1 LED车灯实例热仿真分析 23

4.1.1 无任何散热装置时的芯片散热模拟 23

4.1.2 模型边界条件设置 25

4.1.3 模型各部件材料设置 25

4.1.4 不附加散热装置时模拟结果 25

4.2 有散热装置时的车灯热分析 26

4.2.1 散热器的结构设计与建模 26

4.2.2 附加翅片散热器后模拟边界设置 27

4.2.3 附加散热装置时计算模拟结果 27

4.2.4 附加散热装置的优化 28

4.3 本章小结 30

第五章 结论与展望 31

参考文献 32

致 谢 34

第一章 绪论

1.1 引言

自从爱迪生找到了钨丝之后人类迎来了第一代照明光源，而自从福特开发出第一条汽车量产线之后，家用汽车也走进了千家万户，与此同时汽车大灯的照明光源也开始走上了与时俱进的道路。从最初的白炽灯（卤素车灯）和荧光灯（日光灯）升级到今天普遍应用的稀有气体放电灯（氙气大灯）^[1]和发展迅猛的LED车灯，车灯类型式样更是丰富多彩。目前卤素车灯和荧光灯一直在中低端市场占主导地位，但是荧光灯含有汞元素，对环境有污染且难以回收处理，白炽灯发出的黄色光会使驾驶员视觉疲劳容易引发交通事故，而高端市场的氙气大灯启动电压高达2.4万伏特，势必影响车内电气设备^[2]。对比传统的车灯寿命较低能耗较大且发光效率低等缺点，新开发的LED作为车灯则具有高效率、节能环保以及寿命长等突出优势。不仅如此LED车灯的启动响应时间更短、所需的启动电压低、车灯全部都是固体部件更加安全稳定、环保无污染，发光方向性也好，因此正越来越受到人们的青睐。同时人们对汽车外观美学方面的追求提升，越发追求流线型轻盈的车身线条，这给诸如汽车大灯等部件的预留空间位置越来越小，并且随着车速的提高，对于车灯的安全稳定性越发重视。在此基础之上将LED应用于车灯照明之中，不仅能够有效解决汽车照明问题而且凭借其体积小可塑性强的优点可以更好的融入到现代汽车外观结构设计理念中。近几年LED车灯发展主要应用于汽车的刹车灯、日间行车灯、转向灯、车内仪表盘警报灯这几个主要部分，而汽车主要的前大灯很多依旧使用的是卤素车灯以及HID氙气大灯，仅有高档车型使用LED前大灯，如图1.2所示^[3]。

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