基于复眼透镜的汽车前照灯光学系统设计

• 作者: 杨春柱
• 来源期刊: 汽车测试报告
• 关键词: 前照灯 TIR 准直系统 复眼透镜 自由曲面 光效利用率 配光标准
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 汽车设计
• 页码范围: 80-103,66
• 页数: 25页
• 分类号: U463
• 语种: 中文

摘要

随着汽车造型趋向于流线型、运动型的扁平化发展，车灯对于汽车造型的适应也要逐步跟进，同时目前在中低端汽车中，汽车前照灯的发展一直未有较大改进，存在光效利用率低、整体尺寸较大的问题，由于各种法规标准限制，目前常用前照灯设计方案的改进几乎达到了尺寸极限。因此根据目前汽车前照灯设计发展情况，本文基于非成像光学系统设计理论及自由曲面设计方法，设计了一款基于复眼透镜的汽车前照灯光学系统，旨在符合远近光灯各项法规标准的同时，实现提高光效利用率和缩小整体体积的目标。该文的主要研究内容包括：1. 对于复眼透镜近光灯光学系统，结合非成像理论和自由曲面设计方法，使用Matlab 计算设计了其单个自由曲面类型，结合 Solidworks 完成了初始结构建模，同时选定了合适的 LED 芯片光源，根据法规要求使用了 Lucidshape 软件对此设计结构进行模拟、改进和优化，主要设计了 TIR 复眼透镜、明暗截止线挡板和外部大透镜及外透镜花纹，并对仿真模拟结果光型分布图及路照图的分析，最终实现了一款仿真模拟结果完全符合法规要求的近光灯光学系统。2. 对远光灯光学系统进行设计，设计了一款与近光灯光学系统共用一组外部透镜的远光灯光学系统，同样使用了 Matlab 计算设计了其单个自由曲面类型，结合 Solidworks 完成了初始结构建模，同时在实现法规的基础上提高设计要求，使其与某主机厂高要求进行匹配，最后设计仿真测试分析，可完全符合设计需求。3. 对设计的产品进行快速样件实物测试，展示了装配爆炸图、近光灯实物模组和远光灯实物模组点亮后的实拍图。并对实物测试结果进行法规检查和路照分析，得出了实际效果与仿真效果的对比，此设计的近光灯系统实物测试对比仿真模拟结果，其光通量达到了 924lm，且其光效利用率达到了 77%，比目前常用的近光灯系统光效利用率提高了 20%~30%，此设计的远光灯系统光效利用率达到了 81.2%，相较于传统设计方法其光效利用率提高了 20%~25%。对于法规检测，两套系统均达到法规各项要求，进行实物测试验证了设计的实际可行性。4. 根据仿真结果及实物测试结果进行了对比分析，在实物装配和软件仿真上进行误差分析，讨论了偏差存在问题及后期优化方向。