自由曲面汽車車燈仿真設計探究

高彥春

摘 要：隨著汽車工業的不斷發展，對于汽車結構設計本身的科學性也具有更高的要求。在汽車本身的結構之中，車燈作為重要的組成部分，合理有效的運用自由曲面設計結構，就可以幫助汽車增強其流線美感，并且還可以提升汽車車燈的賠光率。所以，本文針對自由曲面汽車車燈的仿真設計進行分析，希望可以為后續的車燈設計工藝提供理論基礎，推動仿真設計的持續實施與發展。

關鍵詞：自由曲面;汽車;車燈;仿真設計

目前，在車燈設計中，自由曲面汽車車燈屬于相對流行的一種設計方式，自由曲面汽車車燈是利用配光鏡來直接替代傳統的透明鏡，這樣就可以實現多個自由曲面的實際反射。相比以往的車燈設計方案，自由曲面車燈的仿真設計，其本身具有較高的光能利用率，并且還可以將空氣動力學的作用原理完全發揮出來，最終滿足理想配光狀態的要求。

1 自由曲面反射器基本介紹

前照燈作為汽車行車的關鍵部件，其設計是基于材料學、光學、計算機輔助設計技術、模具CAD/CAM技術等集成。隨著汽車工業技術的不斷發展，車燈設計不僅僅能夠滿足照明的實際需求，同時人們也開始關注妹婿效果，所以，自由曲面前照燈設計逐漸替代了老式燈設計。從字面上來分析，自由曲面反射器指的是將反射面分割成為不規則形狀的小反射面，每一個小區面本身具有不連續的曲率，并且貢獻配光光型的一部分，將所有小區面的反射光型疊加在一起，就可以滿足最終配光的光型要求[1]。

2 自由曲面汽車車燈仿真設計

2.1 車燈的基本配光原理

在設計自由曲面汽車車頂的時候，需要考慮到反射器的合理利用來進行設計，不能采取傳統的透明配鏡加上二次曲面的方式，在研究過程之中，也可以通過函數來對于這一種配光原理加以表示。在多個自由曲面共同作用之下，也會形成多個自由曲面，通過配光網絡的建立，就可以實現對多個不同數據點的合理利用。同時，在進行數據點的設計過程中，還要懂得結合網絡上對應的光斑與形態，這樣才可以在實際的配光點設計之中提升設計的科學型。

一直以來，每一個自由曲面都會對自由曲面車燈的整體設計帶來影響，在自由曲面的設計過程中，需要合理的分析與考慮每一個自由曲面的反射器，并且做好每一個自由曲面的合理利用。這主要是因為不同的區分，共同組成了每一個自由曲面的反射器，這樣就可以滿足車燈組合設計是經過多個自由曲面來共同構成的。

2.2 前照燈具體的設計方式

自由曲面的前照燈本身帶有防炫目的功能，其主要是基于信息指令的合理運用，從而完成對應的配光工作，進而發揮計算機軟件本身帶有的輔助作用。在具體的設計環節，還應該與具體的車型高低以及大小情況相互結合起來，并且做好對應的調整，基于工程學的設計原理來做好對應的設計處理，為了能夠提升車身的實際設計動感，還需要考慮到流線型設計方式的具體使用。為了實現光源的有效利用，就可以選擇曲面反射鏡的自由曲面前照燈的設計方式。就目前我國的實際情況來看，自由曲面的汽車車燈設計方式發展相對交完，并且設計發展理念還不夠成熟，但是已經能夠滿足車燈整體的科學設置，并且要求，從而推動自由曲面前照燈的設計與制造[2]。

2.3 前照燈的配光標準

在進行自由曲面汽車車燈的設計之中，如何做好前照燈的設計，其本身還帶有一定的難度，并且其作用也非常的明顯。因為車燈本身的種類以及型號的不同，就需要考慮到不同前照燈設計方式的使用。如，美國的SAE、日本的JIS等，對于自由曲面前照燈的設計都提出了對應的指導標準。同時，歐洲經濟委員會的ECE標準對于我國自由曲面前照燈的設計，就提出了重要的指導意見。

通過滑動屏幕設計的模式，就能夠直接構成自由曲面汽車車燈設計所對應的實驗室設計，并且在距離屏幕25cm的位置上，放置對應的前照燈樣品，其所對應的圖形就會在屏幕上出現，并且也代表了車輛右側軸線的一個垂直曲線就會直接出現。車輛的外邊線則是另一條直線的表示。與駕駛員的眼鏡軌道需求相互結合起來進行前照燈視線范圍的設計，并且要求能夠滿足駕駛員視線的實際需求，確保軸線與路面之間的距離位置能夠局限在合理范圍之中。

與歐洲經濟委員會ECE標準規定，從而針對自由曲面前照燈的遠光燈距離進行設計，其最大的光照度還需要滿足240-48Lx的條件。同時，在實際的設計過程中，還需要針對不同的監測點進行充分有效的布置，并且與自由曲面車燈的光照需求相互結合起來，從而滿足監測點位置上的光照度設計。在運用自由曲面設計基本原則的基礎上，還需要做好反射器位置的科學布置，這主要是因為在運用反射器之后，就可以滿足自由曲面車燈的配光工作，最終在綜合運用這一部分條件方式之后，就可以確保其前照燈的配光能夠滿足標準性和合理性的基本要求。

2.4 自由曲面照明效果仿真軟件分析

合理有效的使用仿真軟件，還能夠為自由曲面汽車車燈的設計與制造提供對應的依據條件，這樣就可以讓設計更具針對性，也可以為設計人員和制造人員提供諸多的參考標準。通過仿真軟件的合理使用，還能夠實現對自由曲面汽車車燈每一個區域反射鏡對應的仿真計算和設計處理，這樣就可以滿足自由曲面車燈設計的科學性提高。在設計自由曲面車燈的近光燈和遠光燈的時候，還需要對于其光照的集中度加以分析，并且利用仿真軟件對應的曲線繪制來實現檢測處理，確保其能夠與國家的標準相互的匹配。另外，通過仿真軟件的合理使用，也可以基于不同的角度等級，來表示對應光照區域不同的亮度效果圖，同時，利用坐標，就可以對不同位置的燈照情況進行準確的判斷[3]。

3 結語

總而言之，隨著時代的不斷發展，在汽車領域之中，對于車燈的設計關注度越來越高。所以，在自由曲面車燈的仿真設計中，就需要考慮到各個方面的要素，這樣才能夠讓自由曲面車燈的仿真設計能夠滿足對應的要求，最終推動自由曲面車燈設計的有序實施，同時也能夠為后續的車燈設計提供一個方向基礎。

參考文獻：

[1]劉凌波.汽車車燈結構及工藝優化設計[J].科技資訊，2019（02）：99+101.

[2]蘇長青.仿生設計在汽車車燈設計中的有效應用[J].科技資訊，2019（02）：100-101.

[3]楊華，肖平.汽車車燈控制系統的設計與實現[J].實驗室科學，2016（06）：77-79.