基于复眼透镜的汽车前照灯光学系统设计

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。