淺談自由曲面汽車車燈仿真設(shè)計與制造

趙勇

摘 要：隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性也提出了更高的要求。車燈是汽車結(jié)構(gòu)中一個重要的組成分部分，自由曲面設(shè)計結(jié)構(gòu)的有效運用，可以增強汽車流線美感的同時，提升汽車車燈的賠光率。該文主要介紹了自由曲面汽車車燈仿真設(shè)計的原理與工藝，以期為汽車車燈設(shè)計工藝的發(fā)展提供更多理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：車燈設(shè)計 自由曲面汽車車燈 仿真設(shè)計

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0090-01

自由曲面汽車車燈是目前較為流行的一種車燈設(shè)計方法，自由曲面汽車車燈由配光鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的透明鏡，可以同時實現(xiàn)多個自由曲面的反射。與以往的車燈設(shè)計方案相比，自由曲面車燈仿真設(shè)計方案，具有更高的光能利用率，同時也可以充分發(fā)揮空氣動力學(xué)的作用原理，達到理想的配光狀態(tài)。

1 自由曲面汽車前照燈設(shè)計

目前，自由曲面汽車車燈在國外的應(yīng)用較為廣泛，如美國、德國等，而我國由于車燈設(shè)計行業(yè)的起步較晚，因此在設(shè)計水平方面與國外先進的設(shè)計技術(shù)還有一定的差距，尤其是在自由曲面前照燈方面，在獨立設(shè)計與制造的能力方面還不夠完善。對此，我國在汽車車燈的開發(fā)和科研領(lǐng)域不斷加大力度，經(jīng)過多年的探索與實踐，可以獨立完成自由曲面前照燈設(shè)計軟件的編寫，而且符合國家標準的要求，通過CATIA軟件的有效運用，可以實現(xiàn)自由曲面車燈設(shè)計的指令。

自由曲面前照燈的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)前照燈類似，由光源、反射鏡和透光燈罩三個部分組成，如圖1所示。

自由曲面前照燈與傳統(tǒng)前照燈的不同之處在于，其反射鏡的設(shè)計是利用計算機軟件輔助設(shè)計完成，而且可以在信息指令的要求下獨自完成配光工作，具有防炫目的功能。從工程學(xué)的角度來說，自由曲面前照燈的造型可以隨著車型的大小、高低等要求進行適當?shù)淖兓移淞骶€型的設(shè)計曲線可以師車身更具有動感；從光能的角度來說，自由曲面前照燈具有更科學(xué)的曲面反射鏡，可以提高光源的利用效率。當前，我國國內(nèi)在自由曲面汽車車燈的設(shè)計方面發(fā)展的速度較慢，但是也可以實現(xiàn)車燈整體的科學(xué)設(shè)置，唯獨在自由曲面前照燈的設(shè)計和制造方面還需進一步完善。

2 自由曲面車燈的配光原理

自由曲面汽車車燈與普通的汽車車燈設(shè)計的主要區(qū)別在于，其配光的作用是通過反射器來完成的，利用賠光鏡代替了傳統(tǒng)的透明配鏡，同時也利用多個自由曲面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二次曲面，因此可以將這種配光原理用函數(shù)進行表達，通過多個不同的數(shù)據(jù)點共同形成了配光網(wǎng)絡(luò)，而這個網(wǎng)路的形成是通過多個自由曲面的共同作用的結(jié)果，每個自由曲面都可以實現(xiàn)不同的配光效果。在進行自由曲面車燈設(shè)計時，就可以根據(jù)配光網(wǎng)絡(luò)上不同的光斑和形態(tài)，來表示相應(yīng)的設(shè)計數(shù)據(jù)點，以此來達到科學(xué)的配光點的設(shè)計。

在自由曲面汽車車燈的設(shè)計中，每個自由曲面的反射器都是由多個不同的區(qū)分組成的，而每個分區(qū)又是由多個自由曲面組合車燈，所以每個自由曲面的設(shè)計成果對于整個自由曲面車燈的設(shè)計都會產(chǎn)生關(guān)鍵的影響。當已知某個自由曲面對應(yīng)的光斑的情況下，可以以此為依據(jù)實現(xiàn)整個自由曲面的設(shè)計。

3 自由曲面前照燈配光標準

前照燈的設(shè)計是自由曲面汽車車燈設(shè)計中難度最大，也是最為關(guān)鍵的一個部分。對于不同種類、不同車型的車燈，有著不同的使用要求，在前照燈的設(shè)計方面也有著更高的要求。目前，國際上對于自由曲面前照燈的設(shè)計標準，主要有三個：歐洲經(jīng)濟委員會ECE，美國的SAE和日本的JIS。我國在自由曲面前照燈配光設(shè)計方面，除了參照國際標準之外，也逐漸向國際市場靠攏，而主要的依據(jù)是歐洲經(jīng)濟委員會的ECE標準。

自由曲面前照燈的實驗室應(yīng)用的是滑動屏幕設(shè)計，可以將前照燈的樣品放在距離屏幕25cm左右的位置上，然后可以在屏幕上形成對應(yīng)的圖形，這時會形成一個垂直的曲線，這個曲線相當于車輛右側(cè)的軸線。與該軸線先對應(yīng)的直線表示的則是車輛的外邊線，所以從駕駛員的視角來看，要將路面與軸線之間的距離出處在合理的范圍內(nèi)，就要保證前照燈的視線可以滿足駕駛員的眼鏡軌道。自由曲面前照燈的遠光燈距離設(shè)計也需要根據(jù)ECE的標準設(shè)計，最大的光照度應(yīng)該在240-48Lx的要求內(nèi)。同時，對不同的監(jiān)測點技能型合理的布置，確保每個監(jiān)測點位置上的光照度都可以滿足自由曲面車燈的光照要求。由于自由曲面車燈的配光是由反射器來完成是，所以需要根據(jù)自由曲面設(shè)計的原則，對反射器的位置進行合理的布置，以此保證前照燈光配光的標準性與合理性。

4 自由曲面照明效果仿真軟件

仿真軟件的有效應(yīng)用可以為自由曲面汽車車燈的設(shè)計與制造提供更有效的依據(jù)，提高設(shè)計的針對性，可以為設(shè)計人員和制造人員提供更多參考。利用仿真軟件，可以對自由曲面汽車車燈的每一個區(qū)域的反射鏡進行仿真計算和設(shè)計，這樣可以顯著的提高自由曲面車燈設(shè)計的科學(xué)性。在自由曲面車燈的遠光燈和近光燈的設(shè)計時，需要考慮到其光照的集中度，需要通過仿真軟件的曲線繪制進行檢測，確保其與國家標準相符。另外，利用仿真軟件可以通過不同的靈敏度等級來表示光照區(qū)域內(nèi)的不同亮度效果圖，可以利用坐標明確的判斷出不同位置的燈照情況。

5 結(jié)語

綜上所述，該文主要針對自由曲面汽車車燈設(shè)計與制造的相關(guān)問題進行了探討。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，車燈設(shè)計已經(jīng)逐漸實現(xiàn)了計算機仿真設(shè)計，這對于提高自由曲面汽車車燈設(shè)計的科學(xué)性有著重要的推動作用，我國在自由曲面汽車車燈的設(shè)計與制造方面也將實現(xiàn)自主研發(fā)，有利于促進我國國內(nèi)汽車設(shè)計產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

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