汽车前照灯道路照明仿真模拟(1)

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1、汽车前照灯道路照明仿真模拟复_旦天笋厩，．≯挚岔趁卫引言汽车是十分便捷的交通运输工具，而汽车工业也已经成为国民经济的重要支柱产业。汽车照明和信号装置是汽车的重要安全部件。在有关汽车的105项ECE法规中有36项是直接与汽车照明和信号灯有关的。在众多的汽车照明和信号装置中，汽车前照灯是保证汽车行驶安全的最为重要的部件，因此国际标准对于汽车前照灯的各种参数都作了非常严格的规定。汽车前照灯既要照亮汽车前方的路面和交通信号标志，又不能给对方来车驾驶员造成不舒适的眩光。这就要求前照灯的光强空间分布满足十分精确的要求。在我国，汽车前照灯的光分布标准等同于相关的ECE法规。根据功

2、能的不同，汽车前照灯可以分为近光前照灯和远光前照灯。近光前照灯的光分布完全不对称，它是为了解决两车交会时产生的眩光而提出的。近光前照灯光型的中间是一个高光强区域，以尽可能照亮前方的路面。光束在水平方向有所散开，以利于辨清路边的情况。在指向对方来车驾驶员眼睛的方向上光强很小，不产生眩光。在前照灯产生的明、暗区之间有一条十分鲜明的分界(截止)线。远光前照灯发出的光线是近似平行光，它主要是照明道路的远方。因此，相对于近光前照灯，ECE标准对于远光前照灯的要求就要低得多。近些年，在汽车前照灯的生产技术和流程方面出现了许多重大的进展，这使得汽车前照灯的性能得到大大的提高。其中

3、最显著的就是在新材料和生产工艺方面的进展使得汽车前照灯的设计更加灵活。像反射器，已不仅仅限于简单的抛物面反射器，更加复杂的反射器(如自由曲面反射器)也开始应用到汽车前照灯系统中。然而，复杂的系统所需要的设计周期也变长，这在现代化大生产中是不允许的。因此如何在尽量缩短设计周期的前提下设计出性能优越的汽车前照灯就成为一个迫切需要解决的问题。计算机辅助设计软件(ComputerAimedDesignSoftware)就是解决这个问题的一个有效的工具。在汽车前照灯CAD设计系统中一个非常重要的模块就是光型模拟系统，它能够直观并且细节化的显示所设计的前照灯的光型分布。这样，灯

4、具设计师们就可以根据光型模拟的结果与前照灯标准相对比，并且通过修改设计参数使得所设计出的前照灯能够符合标准的要求。目前普遍采用的前照灯光学性能评价方法有两种：一种就是等照度曲线，包括25米测试屏上的等照度曲线以及路面上的等照度曲线等等。虽然通过等照度曲线可以显示出前照灯光通量的分布，但它们并不能反映出在一段实用路面场景上的实际效果，即在这一前照灯照明下的相应路面场景。另外一种就是仿真模拟系统，它能够将前照灯的光型转化为模拟的道路场景。通过前照灯的光型仿真显汽车前照灯道路照明仿真模拟复蛋戈笋砀iJ学岔趁卫示，一方面对于设计人员和生产厂家而言，可以尽早检查，修改设计方案

5、，而不需要等到生产出原型后再修改，从而大大缩短了设计的时间和节省了设计费用；另一方面，对于一般客户而言，也可以很直观地知道所需要的前照灯的照明效果。本文在介绍了道路照明的发展历史和汽车前照灯的配光标准以及配光显示的基础上，讨论了在汽车灯具道路照明仿真系统中普遍采用的两种模拟方法，其中重点讨论了基于真实场景的仿真模拟的基本原理以及相关的理论基础。本文着重介绍了在该系统开发过程中所进行的两次重要的试验和基本的编程思想。最后本文还给出了利用本系统所进行的一些模拟结果，结果验证以及基于开发过程中所遇到的各种问题进行一些讨论。自从复旦大学光源与照明工程系与上海汽车工业总公司共

6、同建立的上海汽车照明工程研究中心成立以来，该中心就一直致力于汽车灯具CAD设计系统的研究和开发。我所负责的汽车前照灯仿真模拟系统作为整个CAD系统的重要组成部分，就是在’中心近两年的理论研究和探讨的基础上所开发出来的系统。汽车前照灯道路照明仿真模拟复旦力学砑}学岔iB苎第一章道路照明在过去的一个世纪中，道路照明已经发生了巨大的变化。汽车前照灯作为道路照明的重要装置，它对于保证道路行驶安全起了非常重要的作用。因此对于汽车前照灯在道路照明效果上面的研究，回顾一下上个世纪在道路照明领域中所进行的重要的研究是非常必要的，而且它还有可能对于今后道路照明和汽车前照灯的发展趋势做

7、出预测。事实上，道路照明中的各项进展都直接导致了汽车前照灯设计理念的重大变化。1．可见度(1920一)在二十世纪早期，道路交通还处于发展阶段而且道路照明的光源主要是乙炔气光源，所以道路照明研究的重点是被照路面上的物体的可见度。当时已经形成了一个道路照明的“轮廓规则”：路面上的大多数物体都可以看作是以被照亮路面为背景所衬托出来的暗色轮廓。事实上，直到今天，这仍然是道路照明设计的一个关键的理念。1956年，对于物体可见度的研究最终成为第一版CIE道路照明标准的内容。2．视觉舒适度(1950一)在五，六十年代，除了考虑道路照明的可见度之外，人们越来越意识到视觉舒适度的