美国能源部研制低功耗、高亮度的LED重卡车灯（下）

光学设计

光学设计的任务是为近光灯和远光灯设计合适的反射镜。原装近光灯反射镜尺寸为60毫米，设计人员在此基础上尝试使用稍复杂但尺寸更小的反射镜。因为LED是面光源，所以反射镜最好的形式为抛物线镜面。假设镜面延伸到抛物线的正焦弦，光源正对着抛物线的顶点，那么所有的出射光线都将成为受反射镜控制的有用光线。

当镜面宽度为抛物线正焦弦时，焦距和通径将具有固定的比例关系。如果反射镜开口大小给定，那么光源距反射镜上一点的最大距离等于开口大小的一半。如果光源尺寸给定，那么投射到空间中的最小的像（地面光斑）的尺寸由几何投影关系决定。

图5：灯罩盖子里面与波形弹簧相接触，外面与散热片相连，将内部热量向外传导

仿真结果显示，地面光斑尺寸过大，不符合法规要求，原因在于模糊不清的光斑边界间接增加了光斑的尺寸。远光灯的反射镜宽度为120毫米。为了把LED光源固定于抛物线焦点位置，LED必须用用支架架起来，同时给电线和导热铜线留出空间。支架经过简化，只保留两个垂直杆件，以减少同光线的干涉，并为尽可能粗的导热铜线留出空间，增加导热性能。

为了减小近光灯组的大小，地面投射的光斑尺寸也必须变小。它可通过两种方法实现，一是使用某种遮光措施，挡住部分光源，二是增加光源到反射镜的距离。采用遮挡，挡住了部分光线，却降低了电能使用率。如果给光源附加轴向转角或采用较小焦距的抛物线，将使得部分光线无序地射出，不会增加地面光斑的尺寸。旋转时，角度控制在90度以内，以便使得光线中以90度出射的光线的入射点正好处在抛物线（反射镜）的边界。从而在反射镜的两侧产生两个光源的虚像，光线从两个虚光源射出，成V字形。

亮度输出测量值

图6：使用12.8V电压时，LED大灯的电流节省情况 

近光灯的光束能量测量值为387流明，相比LED输出值508流明，光学透镜效率达到76%。满足了75%的预计透镜效率和3.4%的预计总效率。如果LED能按预计输出550流明，那么总效率将达到5.3%。但LED光源输出的光束能量低于预期值。

远光灯的光束能量测量值为583流明，LED输出885流明。光学透镜效率为66%。光源的能量转化效率为6.5%，总效率为4.3%。

基于油耗减少量计算油费节省的方法有几种。它们使用的变量有运转时间、发电机效率、发动机效率等参数。根据不同的算法，安装LED大灯带来的油耗节省为每年3.8升到76升不等。

对于近光灯，LED效率比传统大灯提高了1.0到3.4个百分点，远光灯为2.0到4.2个百分点。虽然油费节省不足以挽回LED大灯较高的售价，但是LED的寿命更长，有利于减少车辆长期的使用成本。总地看来，LED大灯带来了更明亮的视野、更低的花费和更少的油耗。