趙勇

摘 要：隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性也提出了更高的要求。車燈是汽車結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要的組成分部分，自由曲面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的有效運(yùn)用，可以增強(qiáng)汽車流線美感的同時(shí)，提升汽車車燈的賠光率。該文主要介紹了自由曲面汽車車燈仿真設(shè)計(jì)的原理與工藝，以期為汽車車燈設(shè)計(jì)工藝的發(fā)展提供更多理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：車燈設(shè)計(jì) 自由曲面汽車車燈 仿真設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（c）-0090-01

自由曲面汽車車燈是目前較為流行的一種車燈設(shè)計(jì)方法，自由曲面汽車車燈由配光鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的透明鏡，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)自由曲面的反射。與以往的車燈設(shè)計(jì)方案相比，自由曲面車燈仿真設(shè)計(jì)方案，具有更高的光能利用率，同時(shí)也可以充分發(fā)揮空氣動(dòng)力學(xué)的作用原理，達(dá)到理想的配光狀態(tài)。

1 自由曲面汽車前照燈設(shè)計(jì)

目前，自由曲面汽車車燈在國外的應(yīng)用較為廣泛，如美國、德國等，而我國由于車燈設(shè)計(jì)行業(yè)的起步較晚，因此在設(shè)計(jì)水平方面與國外先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)還有一定的差距，尤其是在自由曲面前照燈方面，在獨(dú)立設(shè)計(jì)與制造的能力方面還不夠完善。對(duì)此，我國在汽車車燈的開發(fā)和科研領(lǐng)域不斷加大力度，經(jīng)過多年的探索與實(shí)踐，可以獨(dú)立完成自由曲面前照燈設(shè)計(jì)軟件的編寫，而且符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過CATIA軟件的有效運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)自由曲面車燈設(shè)計(jì)的指令。

自由曲面前照燈的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)前照燈類似，由光源、反射鏡和透光燈罩三個(gè)部分組成，如圖1所示。

自由曲面前照燈與傳統(tǒng)前照燈的不同之處在于，其反射鏡的設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)軟件輔助設(shè)計(jì)完成，而且可以在信息指令的要求下獨(dú)自完成配光工作，具有防炫目的功能。從工程學(xué)的角度來說，自由曲面前照燈的造型可以隨著車型的大小、高低等要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兓?，而且其流線型的設(shè)計(jì)曲線可以師車身更具有動(dòng)感；從光能的角度來說，自由曲面前照燈具有更科學(xué)的曲面反射鏡，可以提高光源的利用效率。當(dāng)前，我國國內(nèi)在自由曲面汽車車燈的設(shè)計(jì)方面發(fā)展的速度較慢，但是也可以實(shí)現(xiàn)車燈整體的科學(xué)設(shè)置，唯獨(dú)在自由曲面前照燈的設(shè)計(jì)和制造方面還需進(jìn)一步完善。

2 自由曲面車燈的配光原理

自由曲面汽車車燈與普通的汽車車燈設(shè)計(jì)的主要區(qū)別在于，其配光的作用是通過反射器來完成的，利用賠光鏡代替了傳統(tǒng)的透明配鏡，同時(shí)也利用多個(gè)自由曲面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二次曲面，因此可以將這種配光原理用函數(shù)進(jìn)行表達(dá)，通過多個(gè)不同的數(shù)據(jù)點(diǎn)共同形成了配光網(wǎng)絡(luò)，而這個(gè)網(wǎng)路的形成是通過多個(gè)自由曲面的共同作用的結(jié)果，每個(gè)自由曲面都可以實(shí)現(xiàn)不同的配光效果。在進(jìn)行自由曲面車燈設(shè)計(jì)時(shí)，就可以根據(jù)配光網(wǎng)絡(luò)上不同的光斑和形態(tài)，來表示相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以此來達(dá)到科學(xué)的配光點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

在自由曲面汽車車燈的設(shè)計(jì)中，每個(gè)自由曲面的反射器都是由多個(gè)不同的區(qū)分組成的，而每個(gè)分區(qū)又是由多個(gè)自由曲面組合車燈，所以每個(gè)自由曲面的設(shè)計(jì)成果對(duì)于整個(gè)自由曲面車燈的設(shè)計(jì)都會(huì)產(chǎn)生關(guān)鍵的影響。當(dāng)已知某個(gè)自由曲面對(duì)應(yīng)的光斑的情況下，可以以此為依據(jù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)自由曲面的設(shè)計(jì)。

3 自由曲面前照燈配光標(biāo)準(zhǔn)

前照燈的設(shè)計(jì)是自由曲面汽車車燈設(shè)計(jì)中難度最大，也是最為關(guān)鍵的一個(gè)部分。對(duì)于不同種類、不同車型的車燈，有著不同的使用要求，在前照燈的設(shè)計(jì)方面也有著更高的要求。目前，國際上對(duì)于自由曲面前照燈的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，主要有三個(gè)：歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)ECE，美國的SAE和日本的JIS。我國在自由曲面前照燈配光設(shè)計(jì)方面，除了參照國際標(biāo)準(zhǔn)之外，也逐漸向國際市場靠攏，而主要的依據(jù)是歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的ECE標(biāo)準(zhǔn)。

自由曲面前照燈的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的是滑動(dòng)屏幕設(shè)計(jì)，可以將前照燈的樣品放在距離屏幕25cm左右的位置上，然后可以在屏幕上形成對(duì)應(yīng)的圖形，這時(shí)會(huì)形成一個(gè)垂直的曲線，這個(gè)曲線相當(dāng)于車輛右側(cè)的軸線。與該軸線先對(duì)應(yīng)的直線表示的則是車輛的外邊線，所以從駕駛員的視角來看，要將路面與軸線之間的距離出處在合理的范圍內(nèi)，就要保證前照燈的視線可以滿足駕駛員的眼鏡軌道。自由曲面前照燈的遠(yuǎn)光燈距離設(shè)計(jì)也需要根據(jù)ECE的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，最大的光照度應(yīng)該在240-48Lx的要求內(nèi)。同時(shí)，對(duì)不同的監(jiān)測點(diǎn)技能型合理的布置，確保每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位置上的光照度都可以滿足自由曲面車燈的光照要求。由于自由曲面車燈的配光是由反射器來完成是，所以需要根據(jù)自由曲面設(shè)計(jì)的原則，對(duì)反射器的位置進(jìn)行合理的布置，以此保證前照燈光配光的標(biāo)準(zhǔn)性與合理性。

4 自由曲面照明效果仿真軟件

仿真軟件的有效應(yīng)用可以為自由曲面汽車車燈的設(shè)計(jì)與制造提供更有效的依據(jù)，提高設(shè)計(jì)的針對(duì)性，可以為設(shè)計(jì)人員和制造人員提供更多參考。利用仿真軟件，可以對(duì)自由曲面汽車車燈的每一個(gè)區(qū)域的反射鏡進(jìn)行仿真計(jì)算和設(shè)計(jì)，這樣可以顯著的提高自由曲面車燈設(shè)計(jì)的科學(xué)性。在自由曲面車燈的遠(yuǎn)光燈和近光燈的設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到其光照的集中度，需要通過仿真軟件的曲線繪制進(jìn)行檢測，確保其與國家標(biāo)準(zhǔn)相符。另外，利用仿真軟件可以通過不同的靈敏度等級(jí)來表示光照區(qū)域內(nèi)的不同亮度效果圖，可以利用坐標(biāo)明確的判斷出不同位置的燈照情況。

5 結(jié)語

綜上所述，該文主要針對(duì)自由曲面汽車車燈設(shè)計(jì)與制造的相關(guān)問題進(jìn)行了探討。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，車燈設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)，這對(duì)于提高自由曲面汽車車燈設(shè)計(jì)的科學(xué)性有著重要的推動(dòng)作用，我國在自由曲面汽車車燈的設(shè)計(jì)與制造方面也將實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)，有利于促進(jìn)我國國內(nèi)汽車設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王超.自由曲面表征函數(shù)及其應(yīng)用研究[D].北京：中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所），2014.

[2] 莊振鋒.自由曲面在非成像光學(xué)以及成像光學(xué)中應(yīng)用研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.

[3] 羅秉東.LED照明系統(tǒng)二次配光設(shè)計(jì)方法研究[D].廈門：廈門大學(xué)，2014.

[4] 宗志堅(jiān)，歐陽祥波，陳立平.多曲面車燈CAD系統(tǒng)的建模技術(shù)[J].中國照明電器，2013.

[5] 郭鵬偉.自由曲面型汽車車燈虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].淄博：山東理工大學(xué)，2012.