基于CAD/CAE技术的汽车车灯的设计研究与应用

摘要

伴随着汽车行业不断的发展，越来越多的人们开始重视车灯的照明质量以及外观造型。车灯是汽车行驶的重要保障，为汽车安全行驶提供良好的照明以及信号功能，车灯设计的好坏将直接影响着整车的美观以及安全性能。通过在企业对车灯行业的了解可知，现在车灯行业设计人员匮乏，很多车灯核心技术还需要不断的去探索，特别是光学设计中应用的新思路与新技术。本文通过应用CAD/CAE技术以尾灯系统的设计与制造作为研究对象，对车灯设计中存在的凝雾现象提出优化改进以及研究光学自由曲面设计与厚壁件光导技术。 本文主要通过车灯的结构设计、光学设计模拟仿真以及灯壳注塑模具设计三大内容阐述灯具的设计与制造方法。首先使用CATIA分别设计出尾灯系统中主要的零部件结构，并且对每个零件进行拔模分析以及干涉问题检查，保证零件结构设计的合理性。利用热分析模拟车灯的热量分布，在热量集中的位置合理的设置通风孔，增加车灯内部空气流通，避免车灯出现凝雾的不良现象。光学设计仿真的最大创新点就在于分别设计了不同于传统的反射镜、光导以及准直透镜三种不同的光学系统。最早的光学面大多数设计成抛物曲面，它的缺点就是反射镜结构过大、光强分布不均匀、不容易控制光线照明方向并且还需要在外透镜上做花纹处理，而本文尾灯反射镜的设计是在原有抛物面的基础上增加自由曲面，通过每一小块自由曲面的光线打散角度以及曲面形状大小来控制整个车灯光强的分布，这样的设计使得光强分布更加均匀且易调。光导技术已经逐渐的应用于汽车照明之中，它最大的优点就是可以将点光源变成均匀的面光源，而且很大程度的减少LED的颗数，降低生产成本，而本次采用创新的厚壁光导技术设计后位置灯，它能使光照亮度变得更宽。利用CAE技术对注塑模具进行模流分析，减少实际注塑中可能存在的缺陷，保证制件生产质量。最后将样件进行光度学试验、气密性试验，验证车灯结构与光学设计的准确性，再将制件进行三坐标精度检测测量，将检测的数据与模拟翘曲变形数据进行对比，验证灯具制造精度。 通过实验检测数据验证了该尾灯的设计和仿真方法是行之有效的，并且通过研究创新的光学设计方法，使得尾灯的光学点亮效果得到很大的提升，得到客户与企业领导的肯定以及高度评价，希望通过本文的阐述，为国内车灯行业的进步积累更多宝贵的经验。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 国内外的发展与现状

1.3 汽车车灯的发展

1.3.1 车灯结构的发展

1.3.2 光源的发展

1.3.3 车灯材料的变化

1.4 汽车车灯的分类与功能

1.5 研究的主要内容

第2章车灯结构与优化设计

2.1 车灯结构设计

2.1.1 结构设计难点分析与解决方案

2.1.2 尾灯灯罩结构设计

2.1.3 灯壳结构设计

2.1.4 反射镜结构设计

2.1.5 隔热板设计

2.1.6 PCB板结构设计

2.1.7 散热器结构设计

2.1.8 装饰框结构设计

2.1.9 灯具各零部件安装结构设计

2.2 车灯零件材料的选用

2.3 车灯焊接工艺选用

2.4 车灯防水防雾的优化设计

2.4.1 车灯凝雾原理

2.4.2 车灯凝雾的因素

2.4.3 车灯凝雾的优化设计

2.5 本章小结

第3章 光学设计基础与配光标准

3.1 光学基本概念

3.1.1 光通量

3.1.2 发光强度

3.1.3 照度

3.1.4 亮度

3.2 几何光学设计理论

3.3 非成像光学设计理论

3.3.1 光学扩展量

3.3.2 边缘光线理论

3.4 汽车车灯的配光标准

3.4.1 后位置灯以及制动灯配光性能

3.4.2 倒车灯配光性能

3.4.3 转向灯配光性能

3.4.4 后雾灯配光性能

3.5 本章小结

第4章 尾灯组合灯光学系统设计

4.1Lucid shape软件简介

4.2 尾灯常用光学系统

4.2.1 反光碗光学系统

4.2.2 光导技术系统

4.2.3 准直聚光器系统

4.3 光线追踪法的选用

4.4 自由曲面反射镜研究设计

4.4.1 自由曲面光学面设计流程

4.4.2 制动灯自由曲面光学面设计

4.4.3 制动灯光学仿真及点亮效果

4.4.4 倒车灯自由曲面光学面设计

4.4.5 后转向灯光学面设计

4.5 后位置灯厚壁光导技术研究

4.5.1 异形光导光学设计

4.5.2 厚壁件设计

4.5.3 厚壁光导点亮效果对比分析

4.6 后雾灯准直聚光器设计

4.6.1 Collimator中心轴线与打散角度选择

4.6.2 Collimator建立与仿真

4.7 本章小结

第5章 尾灯灯壳注塑模具设计

5.1 注塑模具设计基本流程

5.2 成型零部件的设计

5.2.1 模具型腔总体布置

5.2.2 分型线与分型面的设计

5.2.3 型腔与型芯结构设计

5.2.4 侧抽芯结构设计

5.3 浇注系统设计

5.3.1 浇注系统设计原则

5.3.2 定位圈设计

5.3.3 主流道设计

5.3.4 浇口设计

5.4 冷却系统设计

5.5 灯壳模具三维总装配图

5.6 灯壳注塑模具CAE分析

5.6.1 灯壳注塑模具网格划分

5.6.2 成型材料的选择

5.6.3 注塑成型CAE结果分析

5.7 实物产品实验检测

5.8 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 车灯技术的展望

参考文献

致谢