浅谈自由曲面汽车车灯仿真设计与制造

摘 要：随着汽车工业的快速发展，对汽车结构设计的科学性也提出了更高的要求。车灯是汽车结构中一个重要的组成分部分，自由曲面设计结构的有效运用，可以增强汽车流线美感的同时，提升汽车车灯的赔光率。该文主要介绍了自由曲面汽车车灯仿真设计的原理与工艺，以期为汽车车灯设计工艺的发展提供更多理论依据。

关键词：车灯设计 自由曲面汽车车灯 仿真设计

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0090-01

自由曲面汽车车灯是目前较为流行的一种车灯设计方法，自由曲面汽车车灯由配光镜代替传统的透明镜，可以同时实现多个自由曲面的反射。与以往的车灯设计方案相比，自由曲面车灯仿真设计方案，具有更高的光能利用率，同时也可以充分发挥空气动力学的作用原理，达到理想的配光状态。

1 自由曲面汽车前照灯设计

目前，自由曲面汽车车灯在国外的应用较为广泛，如美国、德国等，而我国由于车灯设计行业的起步较晚，因此在设计水平方面与国外先进的设计技术还有一定的差距，尤其是在自由曲面前照灯方面，在独立设计与制造的能力方面还不够完善。对此，我国在汽车车灯的开发和科研领域不断加大力度，经过多年的探索与实践，可以独立完成自由曲面前照灯设计软件的编写，而且符合国家标准的要求，通过CATIA软件的有效运用，可以实现自由曲面车灯设计的指令。

自由曲面前照灯的结构与传统前照灯类似，由光源、反射镜和透光灯罩三个部分组成，如图1所示。

自由曲面前照灯与传统前照灯的不同之处在于，其反射镜的设计是利用计算机软件辅助设计完成，而且可以在信息指令的要求下独自完成配光工作，具有防炫目的功能。从工程学的角度来说，自由曲面前照灯的造型可以随着车型的大小、高低等要求进行适当的变化，而且其流线型的设计曲线可以师车身更具有动感；从光能的角度来说，自由曲面前照灯具有更科学的曲面反射镜，可以提高光源的利用效率。当前，我国国内在自由曲面汽车车灯的设计方面发展的速度较慢，但是也可以实现车灯整体的科学设置，唯独在自由曲面前照灯的设计和制造方面还需进一步完善。

2 自由曲面车灯的配光原理

自由曲面汽车车灯与普通的汽车车灯设计的主要区别在于，其配光的作用是通过反射器来完成的，利用赔光镜代替了传统的透明配镜，同时也利用多个自由曲面代替传统的二次曲面，因此可以将这种配光原理用函数进行表达，通过多个不同的数据点共同形成了配光网络，而这个网路的形成是通过多个自由曲面的共同作用的结果，每个自由曲面都可以实现不同的配光效果。在进行自由曲面车灯设计时，就可以根据配光网络上不同的光斑和形态，来表示相应的设计数据点，以此来达到科学的配光点的设计。

在自由曲面汽车车灯的设计中，每个自由曲面的反射器都是由多个不同的区分组成的，而每个分区又是由多个自由曲面组合车灯，所以每个自由曲面的设计成果对于整个自由曲面车灯的设计都会产生关键的影响。当已知某个自由曲面对应的光斑的情况下，可以以此为依据实现整个自由曲面的设计。

3 自由曲面前照灯配光标准

前照灯的设计是自由曲面汽车车灯设计中难度最大，也是最为关键的一个部分。对于不同种类、不同车型的车灯，有着不同的使用要求，在前照灯的设计方面也有着更高的要求。目前，国际上对于自由曲面前照灯的设计标准，主要有三个：欧洲经济委员会ECE，美国的SAE和日本的JIS。我国在自由曲面前照灯配光设计方面，除了参照国际标准之外，也逐渐向国际市场靠拢，而主要的依据是欧洲经济委员会的ECE标准。

自由曲面前照灯的实验室应用的是滑动屏幕设计，可以将前照灯的样品放在距离屏幕25cm左右的位置上，然后可以在屏幕上形成对应的图形，这时会形成一个垂直的曲线，这个曲线相当于车辆右侧的轴线。与该轴线先对应的直线表示的则是车辆的外边线，所以从驾驶员的视角来看，要将路面与轴线之间的距离出处在合理的范围内，就要保证前照灯的视线可以满足驾驶员的眼镜轨道。自由曲面前照灯的远光灯距离设计也需要根据ECE的标准设计，最大的光照度应该在240-48Lx的要求内。同时，对不同的监测点技能型合理的布置，确保每个监测点位置上的光照度都可以满足自由曲面车灯的光照要求。由于自由曲面车灯的配光是由反射器来完成是，所以需要根据自由曲面设计的原则，对反射器的位置进行合理的布置，以此保证前照灯光配光的标准性与合理性。

4 自由曲面照明效果仿真软件

仿真软件的有效应用可以为自由曲面汽车车灯的设计与制造提供更有效的依据，提高设计的针对性，可以为设计人员和制造人员提供更多参考。利用仿真软件，可以对自由曲面汽车车灯的每一个区域的反射镜进行仿真计算和设计，这样可以显著的提高自由曲面车灯设计的科学性。在自由曲面车灯的远光灯和近光灯的设计时，需要考虑到其光照的集中度，需要通过仿真软件的曲线绘制进行检测，确保其与国家标准相符。另外，利用仿真软件可以通过不同的灵敏度等级来表示光照区域内的不同亮度效果图，可以利用坐标明确的判断出不同位置的灯照情况。

5 结语

综上所述，该文主要针对自由曲面汽车车灯设计与制造的相关问题进行了探讨。随着科学技术的不断发展，车灯设计已经逐渐实现了计算机仿真设计，这对于提高自由曲面汽车车灯设计的科学性有着重要的推动作用，我国在自由曲面汽车车灯的设计与制造方面也将实现自主研发，有利于促进我国国内汽车设计产业的持续发展。

参考文献

[1] 王超.自由曲面表征函数及其应用研究[D].北京：中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所），2014.

[2] 庄振锋.自由曲面在非成像光学以及成像光学中应用研究[D].杭州：浙江大学，2014.

[3] 罗秉东.LED照明系统二次配光设计方法研究[D].厦门：厦门大学，2014.

[4] 宗志坚，欧阳祥波，陈立平.多曲面车灯CAD系统的建模技术[J].中国照明电器，2013.

[5] 郭鹏伟.自由曲面型汽车车灯虚拟设计系统关键技术研究[D].淄博：山东理工大学，2012.