多曲面汽车前照灯反射器的设计

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1、万方数据多曲面汽车前照灯反射器的设计李志扬1，欧阳祥波2(1．南通工学院，江苏南通226007；2．中山大学工学院，广东广州510275)摘要：多曲面汽车前照灯在现代汽车中获得了广泛的应用，其反射器的设计一壹是一个难点。文章详细介绍了多曲面汽车前照灯的设计步骤和技巧，有助于提高多曲面前照灯的设计效率。关键词：汽车前照灯；反射器；多曲面车灯中图分类号：U463．65+1文献标识码：A文章编号：1009—9492(2004)12—003S埘1概述汽车前照灯的作用是确保汽车夜间行车的安全性，它必须保证驾驶员对前方场景

2、有良好的视见性，同时又不对迎面来车的驾驶员造成眩目光，为此世界各国根据地理条件的不同都制定了强制性的规定。前照灯的传统设计方案是采用一个单一抛物面反射器加上配光镜米保证所要求的光场分布要求。但是现代汽车的流线型造型使得前照灯的安装空间越来越小，配光镜的倾斜度越来越大，这些对前照灯的效率都产生了极大的影响；同时，现代汽车的速度和性能的提高，对前照灯提出了越来越高的要求。传统的设计方案在新型的汽车中已经很难取得好的光学性能和较高的照明效率。为适应汽车工业新的发展要求，出现了一些新的车灯设计方案，其中应用最为广泛的是

3、多曲面反射器车灯。这种车灯的配光镜上没有透镜，而反射面是由众多的自由曲面组成，完全由反射面来控制光场的分布，以达到相关标准的要求。目前多曲面汽车前照灯的应用日益广泛，但国内很少有厂家具有独立的设计能力，其设计技术在车灯行业还没有为大多数人所掌握。本文将重点介绍多曲面车灯反射器的设计步骤和技巧。自由曲面片～光源，图l多曲面车灯的外形收稿日期：2004—09—292多曲面车灯的设计原理多曲面前照灯中的配光完全由反射面来完成，其反射面不再是单一抛物面，而是由一组复杂的自由曲面组成，如图1所示。灯丝发出的光线首先投射到

4、某一自由曲面片上，然后被反射出去，在25m远处的配光屏幕上形成一个具有一定照度值的照射区域。对反射器上的所有自由曲面片都重复上述过程，将获得车灯在25m远处的配光屏幕上所形成的光形和照度分布。羹獭懑∥、、麟黼黧滋＼y戮缆图2曲面的基本分块原则在工作过程中，各自由曲面将灯丝发出的光线反射到配光屏幕上，这是是一个光学追踪的过程，同时这也是一个能量转移的过程。能量随光线一起由灯丝转移到各自由曲面，再由各自由曲面转移到配光屏幕。在车灯设计的专业CAD系统中，对上述过程的模拟最常用的有蒙特卡罗方法和光通量转移法。蒙特卡罗

5、方法通过对光源发出的几十万至数百万条光线的追踪，确定它们最终在检测屏幕上的位置；为确定检测屏幕上某点的照度值，需要统计以该点为中心的小方格内所接收到的光线的数量。文献[5】对该方法做了详细的介绍。万方数据2500200015D01000500蓦0'一500一1000—1500—200012500—3000一—《复亨专≮》／t／h、～；．三乏三二；／一／’二：450030001500O一1500—3000一450日Xmm图3近光等照度曲线光通量转移法首先需要对反射面进行网格化，对每个网格节点进行追踪，可以确定它在

6、检测屏幕上的实际照射区域；然后对照射到该单元格的光通量乘以一定的发射系数后，转移到所对应的实际照射区域。文献[6I详细介绍了该方法。在这两种方法中都需要建立一个准确的光源模型。汽车照明中的光源，属于炽热发光体，在光学性质上符合朗伯定律；同时，由于光源与反射面的距离很近，属近场光度学，需要考虑灯丝的几何形状。文献[71详细介绍了车灯光源建模的基本方法。多曲面车灯的设计过程是一个反复的修改、调整的过程，其最终目的就是要建立合适的自由曲面，使得灯丝发出的光线经众多自由曲面发射后，能够在配光屏幕上形成要求的光形和特定的

7、照度值。3多曲面车灯设计的流程在传统的车灯设计过程中常采用原型法。它是设计者在手工计算的基础上，对配光镜采用不同的透镜组合，通过反复的试验，来确定最终的设计方案。在多曲面车灯中，反射面的数量更多、各自由曲面的位置和参数各不相同，并且对自由曲面的精度要求更高，在设计过程中需要做大量的曲面计算、配光计算和照明效果仿真，这些都是传统的原型法所无法实现的。多曲面车灯的设计必须借助于相应的计算机辅助设计软件来实现，其中的关键技术包括：光源和反射面基本参数的确定，反射面功能区域的划分，以及各自由曲面片的设计。(1)基本参数

8、的确定多曲面车灯的反射面一般是在某一初始形的基础上修改而成，最常用的初始形是抛物面，在一般的车灯CAD系统中都有相应的命令，可以方便的生成所需要的初始抛物面。抛物面的焦距由车体所能提供的安装空间，以及所选用的灯泡类型共同决定。较大面积的反射面初始形能够给车灯设计提高更多的自由度，因为它能够更有效的30．78405把光源发出的光线充分发射到配光屏幕上。2’；2：恕为了达到要求的照明效B。