厚壁光導日間行車燈與轉向燈設計

聶希圣，蘇迎，趙德華

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

引言

節能環保在新時期已經成為汽車行業的主要目標，近年來四階段油耗的實施期限的臨近、電動車取代傳統燃油車的時間目標，這一切都表現出世界各國為降低碳排放貢獻著自己的力量。LED產品以其低能耗、壽命長，在科技發展的今天從各種照明光源中脫穎而出，如今LED光源在汽車領域得到了非常廣泛的應用，本文主要針對厚壁光導的日間行車燈與轉向的設計開發進行研究[1]。

1 光學設計法規分析

1.1 整車安裝法規要求

我國汽車及掛車外部照明和信號裝置的安裝規定4785-2007明確指出，1.日間行車燈是晝間行車時，使得車輛更為易見的一種面向前方的燈具。2.轉向燈是用于向其他使用道路者表明車輛將向右或向左轉向的燈具。兩功能安裝法規相同，均為水平方向上要求在基準軸線方向上，離車輛縱向對稱平面最遠的視表面邊緣，到車輛外緣端面之間的距離應不大于400mm。兩相鄰視表面之間的距離應不小于600mm。豎直方向上要求離地高度應不小于350mm，不大于1500 mm[2]。

1.2 配光法規要求

根據日間行車燈法規GB23255-2009，配光光型如圖1，要求在基準軸線的發光強度不小于400cd，每個燈具所發出的各個測量方向的光，投射到配光分布上點的發光強度，不應低于圖1上所示各點百分比值與400cd的乘積。在任何方向上，燈具發出的光強度應不大于1200cd[3]。

汽車及掛車轉向信號燈法規17509-2008，配光光型如圖2，要求轉向燈各個方向上的發光強度不應小于表1發光強度最小值與對應方向標明的百分數的乘積，在該范圍內發出的光強變化均勻[4]。

綜合日間行車燈和轉向燈法規的安裝要求及配光分布要求，筆者分析得出兩種功能可以共用一套光學系統，結構上通過不同光源之間的切換得到實現。

圖1 日間行車燈光型

圖2 轉向燈光型

表1 轉向燈發光強度要求 單位為坎德拉

2 設計方案制定

2.1 結構方案制定

常見厚壁光導有圖3-圖6幾種光學結構，筆者根據模具，光學點亮效果，結構穩定性，成本四方面綜合考慮，最終選擇圖3結構方案進行光學設計。

圖3 厚壁光導斷面

圖4 厚壁光導斷面

圖5 厚壁光導斷面

圖6 厚壁光導斷面

圖3光學系統經過筆者劃分，主要由三部分組成：

a聚光器：負責收集光源發出的光線，同時通過全反射原理將豎直方向傳播的光束轉化成為水平方向傳播的光束；

b光束傳播中間結構：負責將聚光器轉化完成的光束傳遞到魚眼擴散結構部分；

c魚眼擴散結構：負責將水平入射光束進一步通過曲面折射，擴大光束的發散角度。

筆者根據厚壁光導各部分的設計要領對厚壁光導的具體設計方案如下：

聚光器：為了滿足厚壁光導更加均勻的人眼視覺效果，在本設計中筆者優化改進了聚光器常規只負責全反射改變光束傳播方向的設計思路，即在聚光器滿足全反射的同時進行了二次光學設計如圖7所示，這樣可以使LED光源發出的光束在改變光路的同時完成光學上的第一次角度擴散。

圖7 光學擴散結構

圖8 魚眼擴散結構

圖9 厚壁光導

魚眼擴散結構：筆者首先在厚壁光導表面設計生成2×2mm的網格曲線，然后通過CATIA二次開發程序繪制得出魚眼擴散花紋，如圖8所示。為了能在滿足法規的同時實現更好的人眼視覺效果，筆者不斷優化，改變魚眼花紋的擴散角度。經過軟件計算最終生成厚壁光導如圖9所示[5]。

2.2 光學接收器設置

為模擬分析在不同視角下人眼視覺效果，筆者根據人眼視覺習慣，分別制定了三個不同方位的光學接收器。接受器的具體位置信息如下：接收器1位于車頭的正前方，接收器2位于光導外側20度位置，接收器3位于光導內側20度位置。

2.3 光源方案設置

筆者在本設計中LED光源采用顆粒，如圖10。

圖10 日間行車燈LED顆粒

圖11 轉向燈LED顆粒

2.4 人眼視覺模擬分析

筆者應用光學分析軟件Lucid shape對兩種功能分別進行模擬，輸出點亮人眼視覺效果如下圖12-圖17，分析日間行車燈和轉向功能，筆者發現在考察的各個視圖內厚壁光導上均未發現明顯暗區，光導表面發光均勻，符合主觀評價要求。

圖12 日行效果

圖13 轉向燈效果

圖14 日行效果（外20°）

圖15 轉向燈效果（外20°）

圖16 日行效果（內20°）

圖17 轉向燈效果（內20°）

2.5 法規模擬分析

運用光學軟件生成日間行車燈和轉向燈的光斑如圖18，圖20。對模擬配光圖進行法規數值分析，分別得到法規符合性校核結果報告如圖19，圖21，根據法規報告得出兩個功能均能滿足法規要求。

圖18 日間行車燈光型

2.6 結論與應用方案

經過本次厚壁光導的光學設計，筆者得出如下結論：

（1）根據法規要求，日間行車燈與轉向燈有類似的法規要求，這樣對光學設計提供了兩種功能共用一個功能區域的可能性。為后續車型的設計開發也可以提供一定的參考。

（2）厚壁光導設計時出于對外觀效果，模具成本，結構穩定性各方面考慮，筆者建議采用本文中光學結構方案。

圖19 日間行車燈配光報告

圖20 轉向燈光型

圖21 轉向燈配光報告