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Simcenter FloEFD工業應用之讓燈光照亮霧夜

日期:2019-07-16

由于電動汽車的二氧化碳排放量、燃料成本和噪音更低,因此越來越受到用戶的歡迎。然而,它們也給設計人員帶來了一些全新和饒有趣味的工程挑戰。例如,符合法規和安全性要求是合格燈設計的基本要求;但保持低能源消耗和輕量化以提高電池的使用效率對于電動汽車中使用的燈設計而言同樣重要。

 

 

TQ Technology (TQT) 的工程師們合作開發了一款全新的霧燈設計。新的設計與傳統設計相比,需要的功耗和重量都要低得多(圖 1)。霧燈的功能是照亮公路邊緣和車道標志,而且霧燈是在可見度較差的行駛條件(包括下雨、起霧、起灰或下雪)下使用。好的霧燈能夠產生較寬的條形光束,并且在光束頂端有鮮明的水平截斷(上面黑,下面亮),截斷面以上的向上光線極少。它們的照明目標和安裝位置通常較低。
 
TQT工程師設計了一款多面反射鏡,并將其性能與其他三種設計進行了比較。結果,該反射鏡的幾何形狀從40 cc 擴大到 66 cc,增加了65%,而且他們得以將LED芯片數從兩片減少至一片。此外,他們還獲得了更高的反射鏡效率(從 38.6% 提升到52%),這有助于提供足夠的光通量,以符合歐盟和UNECE 法規要求。
 
提高反射鏡效率的方法是在邊緣位置使用一個凹井來照亮霧燈光束的兩側,這樣中間部分只需較少的光通量便能符合法規要求。在他們的設計中,兩個霧燈(一對)采用1.5 W 驅動器,一對霧燈共計消耗 7.9 W功率。該設計相比傳統的 55 W 鹵素霧燈(符合相同的法規要求)節省了92.7%的能源,相比現有的6.5 W霧燈也節省了38.4%的能源。


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圖 1. 全新的 TQTechnology 超低功耗 LED 霧燈

“此設計與 55 W 鹵素燈相比,可節省 92.7% 的能源;與現有的 6.5 W 霧燈相比,可節省 38.4% 的能源”

 
利用功耗更低的3.2 W LED設計,還有可能實現重量更輕的燈設計。他們分析了三種外殼結構(圖 2)。在 CAD 嵌入式FloEFD中對LED的結溫和表面溫度進行了仿真,以評估設計流程中不同結構效應的可靠性。關鍵參數是 LED 結溫,該溫度必須低于150 °C。仿真的環境溫度為 65 °C。
 

全金屬外殼的結溫最合適 (128 °C),塑料外殼中的結溫則高達 243 °C ——假設規格表中的最高溫度為150 °C,那么它已經超過該溫度,使用壽命將會變得很短。在LED 底座上部分使用金屬,而在反射鏡上使用塑料的混合結構提供了有效的散熱,同時在塑料外殼上保持了較低的溫度。燈的重量也從 260 克(全金屬)降至 196 克(金屬加塑料),節省了 24.7% 的重量。這一混合解決方案被采納為商用版霧燈設計(圖 3)。與鹵素霧燈或其他 LED 霧燈設計相比,他們的最終產品具有更高的性能,可節省更多能源,而且重量更輕。

 

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圖 2. FloEFD 針對不同外殼材料得出的熱仿真結果

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圖 3. 全新 TQTechnology LED 霧燈與鹵素霧燈的汽車道路測試比較

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