Модуль ближнего света на светодиодных элементах

На основании требований к фарам ближнего света, приведенных в главе 1, предлагается новая конструкция – модуль фары ближнего света на светодиодных элементах.

2.2.1Модуль фары ближнего света содержит:

Корпус (1), оправа линзы(2),кольцо(3),опора отражателя(4), опора экрана(5), экран(6), радиатор(7),линза(8), светодиод(9), вентилятор(10), отражатель(11).

Рис. 6 Модуль ближнего света составные элементы

Конструкция предлагаемого модуля представлена на рисунке 6.

Корпус (1) служит основой и креплением для остальных элементов.

Внутрь корпуса, с передней стороны, запрессована опора отражателя (4), которая прижимает отражатель (11) к светодиоду (9).

В нижней части корпуса на винтовом соединении крепится опора экрана(5), на которой непосредственно крепится сам экран(6).

На переднюю его сторону, в специальный паз, устанавливается линза(8), после чего она прижимается оправой линзы(2), которая в свою очередь накручивается на корпус по резьбе М68.

На заднюю сторону корпуса винтами крепится радиатор (7).

Рис. 7

Так же в корпусе с нижней стороны вырезано отверстие (13) для проводов питания (14).

Светодиод крепится к радиатору вплотную, при помощи винтового соединения. К светодиоду (Рис. 7), в специальные контактные точки (12) припаиваются 2 провода питания (положительный и отрицательный).Далее провода питания проходят через специальное отверстие(13) внизу корпуса и на конце имеют специальный разъем (15), с помощью которого они подсоединяются к бортовой сети автомобиля.

Рис 8

2.2.2 Принцип работы модуля ближнего света.

К контактам светодиода (1) (40 Вт) подводится напряжение и он начинает излучать сильный пучок света. Светодиод расположен в фокусе параболического отражателя (2), таким образом, что лучи исходящие из центра светодиода попадают на отражатель, далее идут параллельно главной оптической оси и далее фокусируются линзой(4) на измерительном экране(5) (Луч 1).Часть светодиода перекрывается экраном(3), таким образом, что верхняя светотеневая граница на измерительном экране по форме повторяет экран (3), параметры которого заданы требованиями к фарам ближнего света (Луч 2).

Таким образом, все множество лучей исходящих из светодиода укладываются в диапазон между Лучом 2 и Лучом 3 на измерительном экране. Что обеспечивает требуемую светотеневую границу.

2.2.2 Основным преимуществом такой конструкции, по сравнению с рассмотренным выше модулем ближнего света Hella, является применение в ней мощного светодиода, вместо галогеновой лампы HB3.

В модуле ближнего света применяется светодиод LG 40W COB G2 3,000K

На рисунке 9 приведены его основные габаритные показатели.

Рис. 9

В таблице основные электро-оптические характеристики светодиода.

Характеристики светодиода Таблица 4

Параметр	Условия	Значение	Единицы измерения
Напряжение	Тр=25оС If = 1040мA	37,0	В
Световой поток		лм
Эффективность		лм/Вт
Цветовая температура	3,045	K
Угол излучения		град.
Выделение тепла	0,6	град/Вт

2.2.3 Цветовая температура свечения светодиода 3045К, что является оптимальной цветовой температурой для восприятия человеческим глазом в темноте. Так же данные значения обеспечивают полное соответствие правилу ЕЭК ООН 112.

2.4 Расчет освещенности экрана для модуля ближнего света на светодиоде

Рассчитаем освещенность экрана в точке 75R. Для этого найдем освещенность площадки диаметром 0,1м, центром которой и будет являться точка 75R,как показано на рис 9.

Рис. 9

Исходные данные для расчета:

Диаметр площадки на экране D₂ = 0,1м.

Диаметр светящей поверхности светодиода D₁ = 22,5 мм = 0,0225м.

Фокус линзы 45мм.= 0,045м.

Расстояние от светодиода до линзы 50мм = 0,050м.

Расстояние от фары до экрана r = 25м.

Световой поток излучаемый светодиодом Ф₁ = 4656лм.

2.3.1 Найдем увеличение линзы Г.

,

Где f- Расстояние от линзы до экрана,

d- Расстояние от светодиода до линзы.

2.3.2 Найдем площадь всей светящей поверхности светодиода:

Рис.10

2.3.3 Радиус светящей поверхности:

Площадь светящей поверхности

2.3.4 Зная радиус пятна на экране:

м.

А также зная увеличение линзы Г= 500, определяем радиус светового пучка, исходящего от светодиода в направлении экрана:

2.3.5 Находим площадь сечения этого светового пучка на светодиоде:

Рис.11

2.3.6 Зная общую площадь светящей поверхности светодиода и световой поток , исходящий из этой поверхности, мы составляем пропорцию и находим световой поток , приходящийся на выбранный ранее участок на экране.

2.3.7 Определим телесный угол для данного светового пучка:

Рис. 12

2.3.8 Находим силу света в этом пучке:

2.3.9 Определяем освещенность экрана:

2.3.10 Принимаем, что:

Потери на каждой плоскости – 4%,

Потери в линзе - 10%,

Потери в защитном стекле фары – 5%,

2*4+10+5=23%,

Итого 23% потерь, тогда 100% - 23% = 77%.

Освещенность экрана учитывая потери в световом приборе:

Требования к фарам ближнего света, изложенные в главе 1, предписывают освещенность в точке 75R не менее 20 лк, при использовании фары ближнего света на светодиодных элементах мы получаем расчетную освещенность в данной точке 36лк, что в 1,5 раза превышает минимальное значение. Из этого можно сделать вывод, что со светодиодными фарами освещенность экрана легко удовлетворяет действующим требованиям правил.

На рис. приведено светораспределение (изолюксы) предлагаемой фары полученное в результате измерений.

Рис.

Выводы

В данном разделе дипломного проекта была рассмотрена новая конструкция – фара ближнего света на светодиодных элементах. Новая конструкция рассматривалась как замена существующему аналогу – модулю ближнего света Hella 60мм. Для модуля ближнего света Hella 60мм было показано устройство его конструкции, а так же принцип его работы, далее были приведены результаты измерений (изолюксы) освещенности экрана, которые являются основным качественным показателем светового прибора. Далее была подробно описана предложенная конструкция – фара ближнего света на светодиодных элементах и описан принцип ее работы. Так же был произведен расчет освещенности которую обеспечивает данный световой прибор, который показал что фара с 1,5 кратным запасом удовлетворяет требованиям правил ЕЭК ООН 98. Также были представлены результаты испытаний (изолюксы) данной фары. На основании этих испытаний можно сделать вывод что фара с запасом удовлетворяет всем требованиям по освещенности, а так же значительно превосходит результаты своего аналога - модуля ближнего света Hella 60мм, при этом потребляя меньше энергии (40Вт мощность светодиодной фары, 60Вт мощность лампы HB3)