LED車燈自白光LED誕生以來就備受業(yè)界的關(guān)注，近年來隨著LED的快速發(fā)展，從信號類汽車燈具到照明類LED車燈的覆蓋率越來越高。呈現(xiàn)出爆炸式發(fā)展的趨勢，光學實現(xiàn)方式的多樣化，控制方式的智能化，造型功能的復雜化，以及半導體激光，OLED等光源的混合應用 , 對整個LED系統(tǒng)的可靠性要求越來越高。 

LED車燈系統(tǒng)是個復雜的系統(tǒng)，涉及到光學，電子，結(jié)構(gòu)，熱管理等一系列的學科，并互相影響，下圖是列出的是LED系統(tǒng)和一些常見的可靠性問題。 

散熱管理在傳統(tǒng)的車燈業(yè)界和LED業(yè)界都有相應的研究，車燈系統(tǒng)中最常用的LED散熱方式以散熱片被動散熱和風扇主動散熱為主。在電子計算機領(lǐng)域的水冷和熱管技術(shù)由于可靠性和成本的原因暫時沒有成熟的實際案例。

然而現(xiàn)有的大部分熱管理的技術(shù)研究普遍集中在LED子系統(tǒng)上。甚至普遍存在一種看法，LED是冷光源，只要解決好LED元件本身的散熱管理，LED車燈的可靠性文件即可得到解決，壽命可超過整車壽命。 

在產(chǎn)品開發(fā)的所有環(huán)節(jié)(元件、子系統(tǒng)和整個系統(tǒng))中，熱分析絕對不能少。但只有在各個級別的熱模型良好的情況下，才可能獲得好的熱分析結(jié)果。 

整個系統(tǒng)級別熱設計和分析，需要考慮到更多的因素，在模型正確的條件下，需要對氣流的走向，光學表面的設計，燈具的結(jié)構(gòu)，散熱器的形狀，進行綜合考量。這就對系統(tǒng)整合能力，團隊技術(shù)協(xié)作能力提出了更高的要求。 

現(xiàn)代車燈制造業(yè)中，尤其在LED車燈系統(tǒng)中，設計，制造，工藝日趨復雜，采用大量的先進工藝車燈質(zhì)量得以完善。但是目前為止車燈結(jié)霧依然是影響車燈可靠性的一個難題。車燈空氣溫濕度變化等一系列變化帶來的水蒸氣遇冷凝結(jié)在車燈透鏡內(nèi)表面，不僅影響美觀，更會使得照明效果大打折扣影響行車安全。同時引起材料腐蝕，老化變形等一系列可靠性問題。由于 LED車燈的整體熱量低于傳統(tǒng)的鹵素燈具，結(jié)霧現(xiàn)象尤其明顯。 

由于霧氣作為一個難以解決的物理現(xiàn)象，目前業(yè)內(nèi)關(guān)注的問題主要有兩點：1是霧氣產(chǎn)生的區(qū)域，2起霧到完全消散的時間。

目前緩解LED車燈起霧的方式主要通過兩種辦法:1、燈具內(nèi)部涂防霧涂層。2、在燈具內(nèi)加干燥劑。 

如今隨著CFD技術(shù)的發(fā)展，在熱分析的基礎(chǔ)上，開始重視空氣流場，溫度場的綜合分析，結(jié)合產(chǎn)品系統(tǒng)調(diào)整，從設計源頭最大限度的降低霧氣凝結(jié)的可能性。 

現(xiàn)代汽車系統(tǒng)的電子成分占比越高的趨勢，同樣體現(xiàn)在LED車燈系統(tǒng)里。傳統(tǒng)的車燈的可靠性，僅需要考慮，燈泡，反光杯，燈體，面罩等少量的部件可靠性。而隨著LED燈具系統(tǒng)的功能越來越多，動態(tài)化控制，智能化控制。LED燈具系統(tǒng)中不僅僅需要考慮LED本身的壽命和可靠性。電子控制部分的可靠性也成為了重要的一環(huán)。 

前從設計—測試-制造上均有嚴格的要求:

LED燈具系統(tǒng)由于LED和電子控制系統(tǒng)的熱管理要求，重量遠遠大于傳統(tǒng)的燈具。同時由于造型的復雜化，異形化，內(nèi)部零件的數(shù)量和重量也急劇增加，相互之間的存在各種裝配關(guān)系，振動失效的問題逐漸成為LED燈具系統(tǒng)的一個難題。常見的失效形式有部件脫落，變形，摩擦出粉等， 造成汽車燈具性能不良影響行車安全。

當前的技術(shù)主要是通過有限元分析軟件來仿真系統(tǒng)運行狀態(tài), 檢驗是否失效，典型分析軟件是采用基于FEM有限元分析理論的Ansys，nastran，Abaqus等。 

隨著CAE仿真技術(shù)的發(fā)展，力學振動和流體分析逐步提前，在系統(tǒng)分析的時候就開始考慮振動等失效，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，散熱設計，光學設計等方式，對質(zhì)量分布等進行調(diào)配，避免燈具備受力過大，避免局部加強，提高系統(tǒng)可靠性。 

LED系統(tǒng)帶來造型的多樣化，同時帶來的是光學設計的形式多樣化，反射鏡，透鏡，光導，厚壁件，投射單元，擴散等以及各種不同的組合方式。多變的光學實現(xiàn)方式，同時也影響了結(jié)構(gòu)和散熱等LED系統(tǒng)其它方面的設計。同樣的，其它方面的設計也都會影響光學設計和可靠性。 

目前典型的光學可靠性問題有:

1)配光光形變形，多個光形無法疊加到正常位置，數(shù) 值等無法滿足標準，一般由結(jié)構(gòu)裝配公差，熱學變形，振動 位移等引起；

2)點亮外觀或者光形的色差現(xiàn)象嚴重，一般由結(jié)構(gòu)裝配公差，熱學變形，加工誤差等引起。 

圖 3.24 材料問題 

目前國際上知名的汽車燈具制造商，都已經(jīng)在LED系統(tǒng)級可靠性投入大量的資源，從整個 LED系統(tǒng)上進行研究和優(yōu)化設計，提升整個系統(tǒng)的可靠性。一些國內(nèi)的廠商如綠野等也在 LED系統(tǒng)優(yōu)化整合研究上取得不少的進步。 

隨著汽車燈具和LED技術(shù)的發(fā)展，LED燈具系統(tǒng)逐漸成為一個復雜的汽車子系統(tǒng)，涉及到機械結(jié)構(gòu)設計，光學方案設計，電子控制技術(shù)，熱設計仿真，氣體流動和霧氣仿真等一系列學科，各個因素之間相互影響，對系統(tǒng)的可靠性形成較大的挑戰(zhàn)，無法按照傳統(tǒng)的光學設計-結(jié)構(gòu)設計-仿真模擬的線性設計方法來保證可靠性，需要從整個系統(tǒng)級別進行綜合考慮并優(yōu)化出最優(yōu)方案，確保系統(tǒng)的可靠性，保障整車的安全駕駛性能。

汽車前照燈既要照亮汽車前方的路面和交通信號標志, 又不能給對方來車駕駛員造成不舒適的眩光。這就要求前照燈的空間光強分布滿足十分精確的要求。在我國, 汽車前照燈的光分布標準是等同于相關(guān)的歐洲ECE法規(guī)。近光前照燈的光分布完全不對稱。中間是一個高光強區(qū)域, 以盡可能照亮前方的路面。光束在水平方向有所散開, 以利于辨清路 邊的情況。在指向?qū)Ψ絹碥囻{駛員眼睛的方向上光強很小, 不產(chǎn)生眩光。在前照燈產(chǎn)生的明、暗區(qū)之間有一條十分鮮明的分界線, 稱為光強截止線。由于法規(guī)對汽車照明有著十分嚴格的要求, 因此與普通光源相比, 汽車光源在結(jié)構(gòu)和性能上有一些特殊之處, 從而形成了一個獨立的汽車光源系列。 

汽車的外部照明和光信號裝置(以下簡稱汽車燈具)，屬于國家強制性產(chǎn)品。所有在汽車上安裝的外部燈具產(chǎn)品均需滿足相應的國家標準才能在整車上安裝或銷售。至2018年6月，汽車燈具相關(guān)的強制性國家標準以及列入強制性產(chǎn)品認證范疇的推薦性標準，在表 3.5 列出:

其中序號1的GB 4785 是汽車燈具的安裝規(guī)定，其定義了燈具的功能、顏色、基礎(chǔ)光學面、安裝位置、電路開啟順序等要求，是汽車燈具標準中的基礎(chǔ)標準。目前GB4785的最新標準已經(jīng)報批。

序號2至于7涉及的前照燈、前霧燈和角燈產(chǎn)品屬于汽車的照明燈具，其中前照燈按照光源的不同分為燈絲燈泡、氣體放電光源(HID)和 LED 三個標準。 

序號8至15涉及的前后位燈、示廓燈、制動燈、倒車燈、 后霧燈、轉(zhuǎn)向燈、牌照燈、駐車燈、側(cè)標志燈晝間行駛燈等屬于汽車的信號燈具。目前GB5920和GB23255的最新版本已經(jīng)報批，預計將在近期發(fā)布。 

序號16至19涉及汽車上常見的回復反射裝置，廣義上也屬于汽車燈具，但其并不使用光源，不主動發(fā)光，本文不做具體介紹。

為貫徹國務院強制性標準精簡整合工作要求，從 2016 年開始，汽車燈具國家標準開始著手進行整合精簡工作。表3.6中的19項目汽車燈具國家標準將在2020之后，整合為4項。其整合方案如表2, 汽車前照燈、前霧燈、角燈相關(guān)的 6項國家標準將整合成1項汽車道路照明系統(tǒng)國家標準；汽車信號燈具的相關(guān)8項國家標準將整合成1項汽車及掛車光信號裝置及系統(tǒng)國家標準;；回復反射器相關(guān)的4項國家標準將整合成為1項機動車回復反射裝置國家標準，GB4785安裝規(guī)定標準不在本次整合范圍。整合工作經(jīng)前期研究，于2017年底，2018年初進行了標準的立項工作。預計2018年底，2019年初將形成標準征求意見稿。 

考慮到整合標準的正式研究和文本工作還剛剛開始，在未來的整個制定過程中技術(shù)內(nèi)容肯定會有較大變化，本文將針對照明燈具和信號燈具標準的整合精簡初步方向進行介紹，其中很多內(nèi)容尚未明確，還存變數(shù)。 

近年來，國內(nèi)外均在加緊制定針對汽車燈具，特別是前照明系統(tǒng)路面照明效果評價的相關(guān)標準和法規(guī)，其中以CIE188的方法最為成熟。

CIE技術(shù)委員會(tc4-45)與GTB(博魯塞爾汽車照明工作組)于2005年開始，聯(lián)合多家汽車燈具和整車制造商對前照燈的評價方法開展了研究。于2010年發(fā)布了CIE 188:2010“汽車前照明系統(tǒng)評價方法”的研究報告，并在同年在此報告基礎(chǔ)上發(fā)布了CIE 021/E:2010 標準。 

一個高性能的汽車前照燈設計，是要在盡可能小的眩光前提下，給前方的路面提供良好的照明。因此，CIE 188 中對于汽車前照燈進行的評價指標主要分為兩方面:照度評 價和眩光評價。照度不僅包括路面照度，還包括離路面 0.25 米的水平面上的照度;眩光主要針對迎面眩光(opposing glare)。具體而言，近光燈評價項目主要包括道路引導范 圍(range for lane guidance)、探測行人范圍(range for pedestrian detection)、轉(zhuǎn)彎路面的光束寬度(width for lane guidance and visibility on curves)、 交叉路口探測行人的光束寬度(width for pedestrian detectionat intersections)、總光通(total luminous flux)和迎面眩光(opposing); 遠光燈評價項目主要包括道路引導和行人探測范圍(range for pedestrian detection, lane guidance and visibility)、交叉路口探測行人的光束寬度 (width for pedestrian detection at intersections)和總光通(total luminous flux)。 

1)CIE 188 汽車前照明系統(tǒng)評價方法簡介(相關(guān)符號、定義或術(shù)語見表3.7)

a)近光燈的評價 

圖3.27是近光燈光束范圍的評估區(qū)域示意圖。其中A和C區(qū)域與車輛縱向?qū)ΨQ平面平行，B 區(qū)所在方向與車輛縱向?qū)ΨQ平面的傾斜角為5°。 

b)道路引導范圍(range for lane guidance)計算 

圖 3.28 是直道上光束引導范圍評估計算區(qū)域(區(qū)域 A) 的具體示意圖。圖中三條紅色縱線與車輛縱向?qū)ΨQ平面平行，且與縱向?qū)ΨQ平面近端(即右端)相距0、1.5、3m處。通過計算找出A區(qū)域中1lx，3lx，5lx三條等照度線與三條縱線的交點位置(如圖3.29所示)，可以得到三個交點與車燈的距離。將三個距離值加以平均，即可得到該款近光燈在直道上的道路引導范圍在3lx時的評估分數(shù)。同樣找到1lx和5lx照度下的評估分數(shù)，并將三種照度下的分數(shù)加以平均，即可獲得該款近光燈在直道上的道路引導范圍的綜合分數(shù)。圖3.29中以3lx為例對評估范圍進行了計算。圖中的等照度線是以垂直照度的形式繪制在道路表面上。 

圖3.30所示是彎道上光束引導范圍評估的區(qū)域B的詳細參數(shù)信息。與直道上的光束范圍評估方法類似，同樣是通過在B區(qū)域找到1lx、3lx和5lx等照度線與三條平行線的交點，從而獲得交點與車輛的距離值，并將三種照度下的距離平均值再加以平均，即可得到該款近光燈在彎道上的道路引導范圍評估分數(shù)。

c) 探測行人范圍

(range for pedestrian detection)計算 

計算探測行人范圍時用到的水平面是離地面25cm高度的水平面。圖3.31是探測行人范圍的計算區(qū)域c示意圖。等照度線是以垂直照度的形式繪制在該水平表面。通過在這個水平面的c區(qū)域，找到1lx、3lx和5lx等照度線與三條平行線的交點，從而獲得交點與車輛的距離值，并將三種照度下的平均距離值之和再加以平均，得到該款近光燈在探測行人范圍指標上的綜合得分。 

d) 總光通(total luminous flux)計算 

對總光通的評估主要是計算一垂直面的總光通量，該垂直面以車燈安裝位置的基準中心為中點，向上5°、向下15°，左右各45°的區(qū)域。

e) 光束寬度(beam width)計算 

對光束寬度的評估分為交叉路口光束寬度的評估和彎道上光束寬度的評估兩部分。前者需要的數(shù)據(jù)是離地面25cm高度的水平面的垂直照度值，評估前需要將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為該平面的垂直照度值；后者需要的數(shù)據(jù)是水平路面的垂直照度值，評估前需要將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為水平路面的垂直照度值。 

如圖3.32所示是評估彎道上光束寬度的，區(qū)域D示意圖，該區(qū)域位于離汽車30m~50m的位置。通過找出路面上該區(qū)域3lx等照度線與30m、40m和50m三條垂線的交點位置，求得這三條線上的光束寬度并加以平均，得到彎道上光束寬度得分。區(qū)域E是評估交叉路口上光束寬度的示意圖，該區(qū)域位于離路面25cm的水平面上。同樣，通過找出該水平面上這塊區(qū)域3lx等照度線與10m和20m兩條垂線的交點位置，求得這二條線上的光束寬度并加以平均，得到交叉路口上光束寬度的得分。

f) 眩光評估 

眩光評估區(qū)域是位于離車燈 50m 處的一垂直平面。圖3.33和3.34是該眩光評估區(qū)域的位置示意圖，圖12是該區(qū)域的具體參數(shù)示意圖。圖3.35中水平粗線代表離地0.75米的水平線，垂直粗線在車輛縱向?qū)ΨQ平面上。對眩光的評估主要是通過該區(qū)域不同點按照不同的權(quán)重系數(shù)計算總光通值來實現(xiàn)。將這個區(qū)域劃分為5*8的小區(qū)域，并設定每個小區(qū)域的權(quán)重系數(shù)，經(jīng)過修正計算總光通。具體的系數(shù)見圖 3.36。 

2) 遠光燈評估表3.7詳細的介紹了遠光燈評估時所需考慮的幾大方面。各區(qū)域和點的劃分參見圖3.37和圖3.38。

(1) 光束引導范圍評估 

該評估區(qū)域位于離車燈100m處的垂直平面。該區(qū)域水平基準線位于離地面0.75m處。如圖 15所示，E點位于路面上，A點高度為2m，C點高度為11m，且這三個點在路面的投影點都位于車輛縱向?qū)ΨQ平面上；B和D的高度為2m，在路面的投影點分別位于與車輛縱向?qū)ΨQ平面平行的線上，且與縱向?qū)ΨQ平面的距離都為20m。 

根據(jù)表3.7中規(guī)定的內(nèi)容，并按照圖3.37和圖3.38所示，首先需要計算圖3.40中A-E五點處的光強值。根據(jù)公式光強(E為五點處的照度，r為點到車燈的距離)，求得五點處光強值。 然后根據(jù)公式“范圍(r)= SQRt(光強 / 閾值照度(其中，閾值照度設為3lx))”，求出該款遠光燈光束的得分。 

(2) 光束寬度評估 

按照表4中規(guī)定的內(nèi)容，對圖3.37中的2區(qū)域，按照圖3.32的計算方法，得到3lx等照度線與10m和20m垂線的交點，計算線段寬度并加以平均，從而得到該款遠光燈光束寬度得分。 

(3)總光通 

對總光通的評估主要是計算車燈前方25m處垂直面的總光通量，該垂直面是以車燈安裝位置的幾何中心為中點，向上10°、向下5°， 左右各45°的區(qū)域;

CIE 188 汽車前照明系統(tǒng)評價方法與傳統(tǒng)前照燈標準的差異 

我們將CIE188(cIE 021/E:2010) 與傳統(tǒng)的前照燈配光檢測標準對比可以發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)前照燈標準主要規(guī)定了數(shù)個“特性點”，而這些“特性點”各有其所代表的意義，例如“75R”代表車輛正前方75米處，路面右邊緣上的點;“50V”代表道路正前方50米處，路面的中心點。通過車速、制動距離、路面照度等參數(shù)的綜合分析后，標準規(guī)定了這些“特性點”照度的下限值，例如，“75R”的照度下限是12lx，其表示當車輛在正常車速行駛時，至少需要12lx(這一數(shù)字是轉(zhuǎn)換至25米距離后的照度數(shù)值)才能及時發(fā)現(xiàn)路面前方75米右邊緣的突發(fā)情況，并能在安全制動距離外，采取有效的制動操作。由此可見，標準只規(guī)定這些“特性點”的“及格線”，而沒有規(guī)定“特性點”的照度對應安全性的量綱，也就是說：雖然可以認為在“75R”點上，15lx 的照明效果要好于12lx，但這3lx的差異究竟對于“安全性”能提高多少卻不得而知，而且更為關(guān)鍵的是這個參數(shù)并不形象。 

CIE188(CIE 021/E:2010)中的檢測參數(shù)主要是以“距離”作為安全性評價的量綱，以“近 光燈光束范圍”項目為例，測量意義為通過前照明系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)前方突發(fā)事件的距離，其沒有規(guī)定所謂的“及格距離”，而將這個參數(shù)通過“多少米”的形式進行了量化，使得參數(shù)更加形象具體。