LED汽车近光灯设计
摘要
LED光源作为汽车照明系统的一门关键技术，LED汽车近光灯的配光设计是一个具有挑战性的研究课题。依据GB 4785-1998选择偏蓝成分较少的暖白色LED光源，采用多椭球反射杯、挡光板和非球面透镜的投射式系统，设计出一套LED汽车前照灯。其中每个LED光源都有各自独立的光学系统，设计了消球差的非球面透镜和平面挡光板，模拟分析了多椭球反射杯垂直截面椭圆和水平截面椭圆的最佳焦距。采用3个单个LED光学系统构成近光系统，通过光学软件Tracepro反复调用不同的模型来追迹光线得到最后的配光效果。在近光的基础上增加4个单个LED光学系统构成远光系统，其近光系统明暗截止线很清晰且近光和远光系统配光性能的模拟结果都满足GB 4599-94要求。
关键词：LED汽车前照灯，投射式系统，配光性能，光学设计
Design of Automotive Headlamp with LED
ABSTRACT
As a key technique on automotive lighting system, light distribution design of LED automotive headlamp is a challenging research subject. An automotive headlamp of LED based on GB4785-1998 was designed with poly-ellipsoid reflectors, shields and aspheric lens choosing a warm white LED source that contains a little of blue color. Each LED has its optical system respectively. The best focus of the poly-ellipsoid reflector's vertical and horizontal section e1lipses was simulated. The paper uses three single LED optical systems to constitute the automotive headlamp systems. The final results were achieved by using Tracepro after calling different lens model iteratively. A higher beam lamp of four LED systems was constructed in the system of lower beam lamps. The photometric result accords with GB4599-94 when the lower and higher learn lamps were simulated.
KEY WORDS:LED automotive headlamp, project system, photometric characteristics, optical design
目录
摘要........................................................................................................................................... I ABSTRACT ...............................................................................................................................II 1 绪论. (1)
1.1 LED汽车近光灯的研究现状和发展趋势 (1)
1.2 论文的主要研究内容 (1)
2 LED汽车灯具基础知识 (2)
2.1 发光二极管简介 (2)
2.2 汽车近光灯概述 (3)
2.2.1 汽车近光灯 (3)
2.2.2 灯具的国家标准 (4)
2.2.3 汽车灯具中涉及的光学定律 (5)
2.2.4 汽车灯具设计概述 (6)
3 汽车LED近光灯的光学设计和仿真 (8)
3.1 一次光学设计 (9)
3.1.1 两种建立LED光学模型的方法 (9)
3.1.2 仿真结果与测试结果的对比 (12)
3.2 二次光学系统设计 (15)
3.2.1 投射式方案 (15)
3.2.2 近光模拟结果 (18)
3.3 本章小结 (20)
4 LED汽车灯具散热技术研究 (21)
4.1 散热重要性分析 (21)
4.2 LED灯具散热通道分析 (22)
4.3 LED汽车灯具热阻系统 (22)
4.4 提高LED灯具散热性能的措施分析 (26)
4.4.1 改善后雾灯LED散热的措施 (26)
4.4.2 其它改替灯具LED散热的措施 (27)
4.5 本章小结 (28)
5 总结与展望 (29)
致谢 (30)
参考文献 (31)
IV
附录Ⅰ球带系数法 (32)
附录Ⅱ抛物面的光学性质 (35)
LE D汽车近光灯设计 1
1 绪论
1.1 LED汽车近光灯的研究现状和发展趋势
随着我国经济的迅速增长，人民收入的增加和生活水平的提高，汽车需求量也迅速增加。2002到2005年全国汽车销量从325万辆递增到576万辆，中国成为当今世界汽车销售增长最快的地区。
汽车前照系统主要用于夜晚或恶劣环境下的道路照明。夜间的行车量占总行车量的25%，而发生在夜间的交通事故却占总交通事故的47%。导致夜间交通事故频频发生有诸多原因，近光灯性能的衰退是其中的一个主要原因。汽车灯具是汽车的重要部件之一，用于外部照明或反映汽车行驶状态，对汽车驾驶安全起十分重要的作用。传统的前照灯光源有白炽灯、卤素灯及高强度气体放电灯(High Intensity Discharge Lamps, HID)，白炽灯和卤素灯的使用寿命一般只有几百个小时，HID的使用寿命也只有几千个小时。因此，寻求一种新型耐用的光源来取代传统的光源对提高近光灯的性能以及减少夜间交通事故的发生有积极的作用。
发光二极管( Light Emitting Diode, LED)是21世纪具有竞争力的新型固体光源，与传统光源相比它具有寿命长、体积小、能耗低、可靠耐用、响应快、设计灵活、控制灵活等优点。 LED已广泛用于车内照明装置及车外信号装置。随着白光LED技术的发展，单粒LED的光通量将不断提高,LED取代传统光源用于近光灯已成为必然趋势。同时，由于LED设计及控制灵活，以LED为光源的自适应前照系统可以更有效地实现光束的自适应功能[1]。
目前限制LED应用于汽车前照系统的主要因素有:单粒LED的光效和光通量、系统的光效。单粒LED的光效和光通量决定了LED近光灯所用LED的数量，进而决定了LED 近光灯的结构及热处理方式。近光灯的光效定义为由光源出射的每单位流明的光通量中照射到地面的光通量所占的比例，光效越高近光灯所用LED的数量越少。
1.2 论文的主要研究内容
针对LED近光灯面临的主要问题，本文以GB4599- 94为标准，给出了一种LED前照近光灯的配光设计方案，然后通过设计实例逼近该配光方案，定性和定量地验证了该配光方案的可行性，为今后LED汽车前照系统的设计提供了有利的指导。
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2 LED汽车灯具基础知识
本章主要讲述了LED汽车灯具的基础知识，首先介绍了发光二极管的发光原理、主要技术参数及其分类，接着介绍了汽车近光灯，归纳了国家标准对汽车灯具的要求，阐述了汽车灯具设计中用到的几何光学的三个基本定律，并概述了汽车灯具设计方法，尤其是LED汽车灯具的设计过程，最后阐述了用球带系数法估算汽车灯具所需LED数目的方法，并给出了详细的计算过程和各种灯具所需LED数目的列表。
2.1 发光二极管简介
发光二极管简称LED(Light Emitting Diode)，属于电致发光中的注入式发光，它是利用PN结中载流子复合而发光的器件。LED是结型电致发光器件，它的基本发光原理是在半导体的PN结上加正向电压，PN结势垒降低，N区的电子和P区的空穴分别越过势垒进入P区和N区，注入少数载流子与多数载流子在复合时，多余的能量以光的形式辐射出来，将电能直接转换为光能。LED发光可以是带间辐射复合，也可以是杂质或缺陷中心与主带之间的复合。对于直接带隙半导体材料(如Ⅲ-Ⅴ化合物中的GaN、InN、InP、GaAs、InAs和所有的Ⅱ-Ⅳ族化合物)，辐射过程不需要声子参与，具有较高的发光效率。对于间接带隙半导体材料(如Ge、Si和Ⅲ-Ⅴ族化合物中的GaP、AlAs、AISb)，导带顶和价带底不在布里渊区的同一点，复合过程需要声子参与，是一个二级过程，复合几率和发光效率都很低，但是可以通过掺入适当杂质，改变其复合几率，提高发光效率。例如在LED产品中广泛使用的GaP系材料，GaP是本身是间接带隙材料，当掺入氮、锌或氧时，则能形成等电子陷阱，使电子与空穴的复合几率大大增加，显著提高了GaP 的发光性能，使其成为普通亮度红、黄绿波段LED的主要材料[2]。
采用直接带隙半导体材料制作的LED，发光的能量近似等于材料禁带宽度Eg(eV)，发光波长与Eg(eV)之间满足如下关系：
λ≈ 1240/E g (nm)（2-1）2-1式中E g的单位为电子伏特（eV )。若能产生可见光(波长在380nm紫光～780nm 红光)，半导体材料的E g应在 3.26～1.63eV之间。根据发光的波长不同，就有红、橙、黄、黄绿、绿、蓝、紫等各种颜色的发光二极管。
LED的主要技术参数有电学、光度学和色度学参数等，主要包括正向压降、反向漏电流、发光效率、光通量、光强、半值角、寿命、波长及色坐标、色温等。通常选用不同的参数作为衡量LED性能的主要指标，下面分别予以介绍：
（1）正向压降
指每个LED通过的正向电流为规定值时，正、负极之间产生的电压降，用符号V
F
LE D汽车近光灯设计 3
大的影响。
（2）反向漏电流
指给LED加上规定的反向电压时，通过LED的电流，用符号I R表示。正常的LED，
I R 值应接近0。
R
I的大小除了和芯片本身的质量有关外，还和组装时芯片安放状态有关。
（3）发光效率
指输入单位功率的电能时，LED发出能够被人眼视觉所能接受的光能量，反映了LED 的光电转换效率的高低，通常也称为LED的流明效率，单位为lm。
（4）光通量
指单个LED向外辐射的各种波长光的辐射能量中，能够被人眼所感觉的那部分称为光通量，一般用符号Ф表示，单位lm。
（5）光强
光强是指LED在特定发光方向的单位立体角的发光强度，通常用法向光强表示，用符号I表示，单位坎德拉(简称cd)。
（6）半值角
在发光强度-角度分布图中，发光强度等于最大强度一半构成的角度称为半值角，是用户评价LED发光角度大小的重要指标，用符号θ
1/2
表示。
（7）波长和色坐标
波长和色指标都是反映LED的发光颜色的物理量，LED作为状态指示应用时，通常用主波长或峰值波长作为主要参数。在大屏幕显示和照明领域，用色坐标能够更好地反映LED的颜色特征。
（8）色温
LED与绝对黑体在可见光区域(0.4～0.7m
)具有相同形状的光谱能量分布时的绝对黑体对应的温度，称为LED的色温。
2.2 汽车近光灯概述
2.2.1 汽车近光灯
传统的近光灯光源有白炽灯、卤素灯及高强度气体放电灯（High Intensity Discharge Lamps，HID），白炽灯和卤素灯的使用寿命一般只有几百个小时，HID的使用寿命也只有几千个小时。因此，寻求一种新型耐用的光源来取代传统的光源对提高近光灯的性能以及减少夜间交通事故的发生有积极的作用。
LED以其体积小、寿命长、能耗低、耐震动、启动时间快、环保等优势已经成为新一代汽车光源技术的首选。大功率白光LED在汽车前照灯上的应用将成为车用LED市场增长的重中之重。近光灯具体的功能如下：机动车超车时，应当提前开启左转向灯、变换使用远、近光灯或者鸣喇叭。夜间会车应当在距相对方向来车150米以外改用近光灯，
陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 4
在窄路、窄桥与非机动车开车时应当使用近光灯。向左转弯时，靠路口中心点左侧转弯。转弯时开启转向灯，夜间行驶开启近光灯；机动车在夜间没有路灯、照明不良或者遇有雾、雨、雪、沙尘、冰雹等低能见度情况下行驶时，应当开启前照灯和后位灯，但同方向行驶的后车与前车近距离行驶时，不得使用远光灯。机动车雾天行驶应当开启雾灯和危险报警闪光灯。机动车在夜间通过急弯、坡路、拱桥、人行横道或者没有交通信号灯控制的路口时，应当交替使用远近光灯示意。
2.2.2 灯具的国家标准
目前我国标准基本上是参照ECE的配光方式制定，而国际上也有向ECE靠拢的趋势。ECE法规对前照灯中近光灯配光性能有着严格的规定。
前照近光灯是一种在夜间低速行驶时使用的照明灯，使用时不但应保证在车前40m 处司机能看清障碍物，而目不能让迎面开车司机或行人产生眩目。GB4599-94要求用一种带清晰明暗截止线的近光型的前照灯来满足上述近光照明要求，采用的近光灯配光屏幕如图2-1所示，配光屏上各测试点及测试区域的照度要求如表2-1所示。
表2-1 LED前照近光灯配光要求
测试点或测试区域要求限值（xl）
B50L ≤0.4
75R ≥12
75L ≤12
50R ≥12
50L ≤15
50V ≥12
25L ≤15
25R ≥2 III区任何点≤0.7 IV区任何点≥3 I区任何点≤2E50R
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5
图2-1 近光灯配光屏
光色特性：使用LED光源的汽车信号灯其色度检测应该在13.5或28.0V电压下进行测量。前照灯所需的白色光源的色坐标和色温范围为0.363≤x≤0.5，0.382≤y≤0.44,2368≤Tc≤4532K，满足以上光色要求的LED光源为自然白色光源和暖白色光源[3]。
物理性能：应该满足《GB 4785-1998汽车及挂车外部照明和信号装置的安装规定》中对灯具的各种试验要求。
2.2.3 汽车灯具中涉及的光学定律
汽车灯具的工作原理就是利用光学元件对光线的作用，重新分配光线的空间分布的过程，所以汽车灯具的设计过程中，必需进行光线传播路线的计算，为此我们必须了解几何光学的三个基本定律:直线传播定律、折射定律和反射定律。
光的直线传播定律：光线在均匀介质中沿直线传播。光的反射和折射定律：设介质1、2都是透明、均匀和各向同性的，且它们的分界面是平面，如图2-2所示。
入射光线法线
反射光线
折射光线
媒介1
媒介2
i1i2
i3
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当一束光线从介质1中传播到分界面时，光线分成两束:折射光线和反射光线。在
图2-2中，分界面法线与入射光线的夹角1i 入射角，分界面法线与反射光线的夹角2i 反
射角，分界面法线与折射光线的夹角3i 折射角，试验证明有：
21i i = （2-2）
2
131n n i i = （2-3） 其中：1n 和2n 分别为介质1和介质2的折射率。 比例常数21n n 称为第2种介质相对于第1种介质的折射率，式(2-3)也称为菲涅
耳定律。
2.2.4 汽车灯具设计概述
计算机辅助设计(CAD)技术的飞速发展，使得照明光学系统的研究方法发生了巨大
的变化，这主要表现在光学机构仿真软件在照明产业中的普及。在我国大陆用的较多的
是TarecPro ，而台湾地区则以ASAP 较为流行。TracePro 是由美国Lambda Research 公
司所开发出来的一套普遍用于照明系统分析、光学分析、辐射分析以及光度分析的光线
模拟软件。它是是一套结合了真实固体模型、强大光学分析功能、信息转换能力强及易
上手的仿真软件。
蒙特卡罗方法[4]，也称随机模拟法、随机抽样技术或统计试验法，其基本思想是:
首先建立一个与求解的概率模型或随机过程，使它的参数等于所求问题的解，然后通过
对模型或过程的观察或抽样试验来计算所求参数的统计特征，最后给出所求解的近似
值。TracePro 的光线追踪正是采用了蒙特卡罗方法。
LED 车灯制造企业生产的车灯设计生产依据仍多是国标、SAE 等标准，为使得LED
车灯光源的配光、外形符合传统标准，LED 光源必须设计成三维阵列，通过调整LED 发
光方向来达到配光目的，对汽车灯具设计而言是一种新技术。由于LED 光源的单色性，
不需加滤色片便可以直接选用不同波长的LED 元件设计具有不同功能的转向灯，制动
灯，倒车灯等。由于LED 侧向散光少，灯具的反射杯作用比用传统灯泡更不明显，故
LED 光源阵列的分布要分散，与传统灯泡恰恰相反，分散的目的也更能符合视觉习惯。
对于泛照明系统，使用最广泛的是V-H 坐标系统，如图2-3所示。测试方向一般用
两个角度表示：水平角（H 代表Horizontal ）和垂直角（V 代表Vertical ）。在配光屏
幕上，通过基准中心的水平线和垂直线分别成为H-H 线和V-V 线，水平角H 表示测量方
向与HH 线所呈面与水平面（V=0°）的夹角(左为负，右为正)；垂直角表示测量方向与
V-V 线所呈面与垂直面（H=0°）的夹角（下为负，上为正）。
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图2-3 H-V 坐标系
球带系数法就是典型的应用H-V 坐标系的例子，为了估算汽车后组合灯所需要的
LED 的数目，我们要采用球带系数法估算整个灯具所需要总光通量。
V
V H
H
v
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3 汽车LED 近光灯的光学设计和仿真
针对LED 近光灯面临的主要问题，本文以GB4599- 94为标准，给出了一种LED 前
照近光灯的配光设计方案，然后通过设计实例逼近该配光方案，设计流程如图3-1所示：
LED 灯模型设计
用Tracepro 进行
仿真
判断方案并
择优
设置反射腔
体
用Tracepro 进
行仿真
设置非球面透
镜
合格？
用Tracepro 进
行仿真
达标
完成Y
Y N
N
LE D汽车近光灯设计9 3.1 一次光学设计
将LED芯片封装成LED光电器件，必须进行光学设计，这种设计称为一次光学设计。一次光学设计主要是决定发光器件的出光角度、光通量大小、光强大小、光强分布、色温范围和色温分布等。在使用LED发光器件时，整个系统的出光效果、光强、色温的分布状况也必须进行设计。这称为二次光学设计。
光学建模(Optical Modeling)是目前国际上设计照明光学系统的通用方法，它包括系统的实体建模以及在实体建模的基础上所赋予各个实体表面光学属性的一系列过程。光学建模是照明光学系统设计的一个极其重要环节，它的精确与否对后续的各种系统分析评价指标将产生直接影响。系统光学模型的建立能在产生一个可接受结果的情况下包含足够的精确度，同时保证建模的效率。照明光学系统中的光源在整个系统的光学建模过程中处于十分重要的地位，但是光源和光学系统之间并无严格的界限，这主要取决于系统的应用。LED的一次光学设计中，即LED发光管的建模，LED本身就是一个光学系统，这时LED芯片可以看作是该系统的光源。
3.1.1 两种建立LED光学模型的方法
在TacePro中建立光学模型，有两种方法：一是根据LED几何结构图建立模型，设置好反射面及材料折射等各项参数，将LED芯片当成朗伯体Lambertian光源处理，直接获得其光强分布曲线，图3-2所示是建立的食人鱼和大功率管的模型。LED主要包括几个部分，LED发光芯片、反光杯、连接正负极金线、粘合剂、环氧树脂等。从LED芯片出来的光，要经过多次反射和折射，从透镜表面射出，其光学模型比较复杂。影响反光二极管的发光强度分布主要取决于一下几个方面：LED的大小和芯片；支架反射碗的形状和尺寸；透镜的形状和尺寸。用此种方法建立LED光学模型时，做出几点假设：光从芯片随即出射，满足Lambertian分布；考虑光线反射与折射时，主要集中在芯片与反射碗，反射碗与树脂，树脂与空气接触面，其它不予考虑；分析光的传输时，出去光子的吸收、再循环以及电性、温度的影响；反射当成准理想的全反射（70%的吸收）；环氧树脂中加入散射剂时当成体积散射处理。试验证明：用简化的模型代替复杂的LED出光，跟实际LED光强分布在一定误差范围内很好的吻合，比较真实反映出LED光强分布；对优化LED封装，预测光强分布提供了一种有效的简单方法[7]。
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图3-2 食人鱼和大功率管芯片的模型
方法一：
（1）绘制3D机构图（以台湾某公司生产大功率LED为例）。使用软件自带的绘图功能，绘制结构简单的图形，一般而言，反射碗、晶片、透镜分开成单体便于设置属性及调整相对位置。镜片可以是简化的模型，可用一个长方体替代，需要注意的是各个单体之间的相对位置比较重要，应尽量与实际的一致。在Tracepro中插入模型，如图3-3所示。
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（2）设置属性。需要设置属性的有：反射碗的表面属性，通常表面设置为mirror 或根据实际自行定义；镜片的发光属性，包括Flux、光线追踪数量和发光的角度分布等；透镜或胶体的材料属性，主要是折射率和透光率。若这些属性能够贴近现实中物料的属性，则对一般的LED封装设计而言，这些属性已经能够模拟得比较准确了。
（3）光线追迹及结果分析。在远场处设置、选择一个平面去观察光学模型的Far filed pattern，包括发光强度分布（坎德拉图）及出光效率等数值。
另外一种方法是根据材料表面的特性，在不同的角度对光的吸收率不同，让各方向强度一样的均匀光线入射到该表面，由于吸收率不同，经过该面反射后沿不同角度强度也就不同，最终形成了光强在空间的不均匀分布。这样，就可以根据LED光谱分析仪中测量到的数据，将沿各个角度的不同光强相对值输入到TtraccPro中的材料表面特性中，只用一个小的出光面就可以近似取代整个LED模型，如图3-4所示。
图3-4 佛山市国星光电科技有限公司某种型号LED的简化模型
方法二：
（1）建立一个Block或cylinder实体，尺寸与发光体相当，选择其中一个面设定发光属性，其中角度angular属性要设定为 surface absorpance；
（2）新建一个面属性，用来设定LED发光面属性，编辑不同角度的吸收率absorpance，吸收率的大小等于LED光源在对应角度的光强度值，如图3-5所示，此值可以由LED光谱分析仪直接测量出，或者由LED规格书上光强分布图中得到；
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（4）在Tracepro中观测发光面的 Polar distribution图，可以获得所建立的光源的光强分布图；
图3-5 表面属性定义窗口
3.1.2 仿真结果与测试结果的对比
采用佛山市国星光电科技有限公司生产的某型号LED，在LED光谱分析仪中测量到的光强角度图如图3-6所示：
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图3-6 测量LED光强分布图
根据上述两种方法建立其光学模型，分别模拟其光强角度分布曲线，如图3-7(a)和3-7(b)所示：
图3-7(a) 方法一模拟出的光强分布图
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图3-7(b) 方法二模拟出的光强分布图
分别读取测试结果及两种建模方法仿真结果在士5°、士10°、士15°、士20°、士25°、士30°、士35°、士45°、士55°、士65°的相对光强值，作出对比图，如图3-8所示:
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从图3-8可以看出，方法二的仿真结果比方法一更加接近于实际的测量结果，基本上与实际测量值一致。两种方法各有利弊：方法二可以非常方便的建立LED模型，准确度取决于所取得的LED的角度光强的数据，但是忽略LED的内部结构和外形，这种方法适合于将LED作为光源的二次光学系统的设计，采用此简化模型可以节省系统资源，提高模拟的效率；方法一可以很好反映LED内部各结构对整体出光效果的影响，比较适合用于LED本身封装过程中的光学设计。
3.2 二次光学系统设计
在使用LED发光器件时，整个系统的出光效果、光强、色温的分布状况也必须进行设计，这称为二次光学设计。二次光学设计必须在LED发光器件一次光学设计的基础上进行。一次光学设计是保证每个LED发光器件的出光质量，主要是考虑怎样让LED芯片中发出的光能尽量多地取出。二次光学设计是保证整个发光系统（或灯具）的出光质量，主要是考虑怎样把LED器件发出的光线集中到期望的灯具上，从而让整个灯具系统发出的光能满足设计需要。
LED的二次光学设计的目的是获得实际需求的空间光强分布，在二次光学设计时，虽然LED本身是一个在一定区域发光的实体，但是如果不是旨在提高LED的法向光强，二次光学设计在效果上可以将LED当作一个电光源来处理[6]。光线从LED出射后形成的光强分布是旋转对称的，LED的法向是其对称轴。因此构成系统的非成像光学组件也应该具有旋转对称性，并且LED具有相同的对称轴。常用的非成像光学组件有菲涅耳透镜和各种形状的反射体，前者通常是用在LED阵列的前端构成准直透镜，且成本较高，不适合用于单个LED的情况，而后者又有各种不同形状的反射体，可分为以下几类:圆锥曲面反射体、三维复合反射体、槽型反射体、自由曲面反射体。
3.2.1 投射式方案
投射式方案由椭球反射杯，挡光板和透镜组成。由于LED不同于传统光源的辐射模型，是半球发光，所以投射式方案中椭球反射杯只需采用半个就能有效收集光源光线如图3-9所示。多个LED光源设计前照灯，可采用所有LED光源共用一个光学系统或者每个LED光源都有自己的光学系统的方案，但前者有较严重的离焦现象，且LED光源间小间距不利于散热，因此采用每个LED光源都有自己的光学系统的方案[8]。
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图3-9 投射式系统原理图
（1）透镜设计
为了控制系统的深度和口径，采用小口径短焦距的透镜，传统的球面透镜球差较大，因此采用非球面透镜。平凸的非球面透镜，只需考虑一面的非球面特性即便于设计和加工。
设定透镜口径为40 mm，焦点到透镜第一平面的距离为20 mm，并计算求解得透镜厚度为14. 86 mm，如图3-10所示。
图3-10 非球面透镜截面图
（2）挡光板设计
GB 4599-94要求在配光屏幕上，近光应产生明显的明暗截止线，其水平部分在v-v 线的左侧，右侧为与水平线向上15°的斜线，或向上成45°斜线至水平线垂直距25 cm 转向水平的折线。这里采用右侧为与水平线向上150的斜线作为标准。LED光源的发光面虽然很小，但不能视为点光源。其在椭球第一焦点经椭球反射杯反射后会聚于第二焦点有离焦现象，如图3-11所示，挡光板位于透镜焦点处，挡掉向上的光线。
汽车前大灯设计 车灯是汽车关键部件之一，它不仅对汽车的外观有画龙点睛的作用，而且直接影响行车的舒适性和安全性。车灯既是汽车的功能件，又是其外观件，一辆车的车灯就像人的眼睛，能传递它的精神和内涵，也是整车设计的点睛之笔，能体现汽车的品味，其造型设计的意义就在于彰显汽车的气质。随着汽车制造技术的不断发展和进步，作为汽车主要的照明和信号装置的汽车车灯技术不断更新。在汽车车灯新产品的研究开发过程中，逆向工程技术和思想越来越受到重视。车灯产品的造型大致可以分为数据测量、三维建模和结构设计三个阶段。 目录 1 引言 (2) 2 汽车车灯设计技术................................ 错误!未定义书签。 2.1 车灯的分类 (2) 2.2车灯的发展史 (2) 3 逆向工程技术概述 (4) 3.1逆向工程简介 (4) 3.2 逆向工程的应用现状 (4) 3.3 逆向工程的一般流程 (5) 3.4 逆向工程的关键技术 (5) 4 逆向工程技术及应用 (7) 4.1 数据采集 (7) 4.2 数据处理 (8) 4.3 模型重构 (13) 5 汽车前大灯的逆向设计 (18) 5.1 前大灯的数据采集 (18) 5.2 前大灯点云数据处理 (19) 5.3 前大灯 CAD 模型构建 (22) 5.3.1重构前的准备工作 (22) 5.3.2以结构体为主的底座的构建 (22) 5.4 CAD 模型检验 (24) 5.4.1灯罩大面的曲面品质分析 (24) 5.4.2底座的拔模检查与调整 (25) 5.4.3装配干涉检查 (25)
1 引言 随着汽车设计和制造工艺的进一步提高，车灯不再只是汽车的一个照明部件，还是这车设计的点睛之笔，时髦的汽车车灯集实用性和装饰性为一体，且更注重于整车的审美风格保持一致，它最能体现汽车的品位，越是个性化车、高档车，越注重车灯的设计及品质。本文就对车灯的分类及发展史、逆向工程的概念、应用现状、关键技术和一般流程，以及汽车前大灯的逆向设计做了简要概述，并阐述了本文的研究内容。 2 汽车车灯设计技术 随着汽车工业的发展，各种款式的轿车不断涌现，汽车速度不断提高，对汽车灯具设计的要求也越来越高。尤其是前照灯系统，不仅要效率高，还要解决夜间行车的眩目问题。以前的车灯设计方法是依靠个人的经验和大量的实验，但这已远远跟不上灯具设计需求的速度和越来越严格的车灯照明标准。因此国外已有人利用计算机对汽车灯具进行仿真设计，从而大大加快了灯具的开发进度。在国内，这方面的研究还远落后于国外。 2.1 车灯的分类 车灯按照用说途分照明灯和信号灯两大类。照明灯又分为外照明灯和内照明灯，信号灯也分为外信号灯和内信号灯，如图2.1所示。 图2.1 车灯分类 外照明灯除了牌照灯之外，主要作用是为本车驾驶员提供路面照明，外信号灯则是为方便其它车辆驾驶员识别本车轮廓和判断本车动向而设置的，其中转向指示灯和动灯是极重要的信号指示灯，它对于汽车行驶安全至关重要。在这些灯中，属于强制性检验的有外照明灯和外信号灯，因为这些灯是行车安全的关键部件。
课程设计说明书 课程设计名称：电子技术课程设计 题目：汽车车灯控制电路设计 学院：电气与电子信息学院 学生姓名： 专业：电气工程及其自动化 学号： 指导教师： 日期：2015年 7 月 10 日 成绩
汽车车灯控制电路设计 摘要：本文介绍了一种通过TTL系列产品设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法。主要阐述了如何通过555系列来制作脉冲产生器，如何利用J-K触发器改制三进制的计数器和译码器的使用等一系列方法。实验通过发光二极管模拟汽车车灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况：正常行驶，左拐弯，右拐弯，临时刹车。 关键词：汽车尾灯，脉冲，计数器，译码器，行驶情况 Abstract：This article describes a series of product design through simulation TTL auto taillight circuit methods work. Mainly on how to produce 555 series pulse generator, how to make use of JK flip-flop ternary system decoder of the counters and the use of a range of methods. Experimental simulation of vehicle through the light-emitting diode taillights to achieve a moving car when the four cases: the normal traffic, left turn, right turn, temporary brake. Keywords：auto lamps, pulse, counters, decoders, traffic situation.
本科毕业设计 设计题目：汽车车灯灯壳注塑模具设计 2011年6月22日
毕业设计独创声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 此声明的法律后果由本人承担。 作者（签名）: 毕业设计使用授权声明 本人完全了解鲁东大学关于收集、保存、使用毕业设计的规定。 本人愿意按照学校要求提交设计的印刷本和电子版，同意学校保存设计的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密设计在解密后遵守此规定） 作者（签名）：
毕业设计选题报告
汽车车灯灯壳注塑模具设计 王盼 （交通学院机械制造及其自动化专业 2008级交通本0804班 20082814125） 摘要：（内容为楷体，五号，左右两边各缩进2cm或2个字的位置） 关键词：（楷体，五号，分号分隔，最后一个不用标点） Study of Surface Nan crystallization on Metal Materials Wang Pan (School of Transportation, Communications and Transportation, Jiaotongben0401 Grade2004, 0428…..) Abstract:Increasing interests have been focused on nanocrystalline (nc) materials during the past decade with the anticipation that their properties will be different from, and often superior to those of conventional coarse-grained materials. The application and the recent research progress of surface nanocrystallization of metal materials have been summarized. Key Words: surface nanocrstallization; surface mechanical treatment; surface modification 1 引言（第一层标题，三号黑体，行距：段前1行，段后1行） 随着汽车工业的飞速发展，对汽车车灯照明性能的要求也越来越高，其中既有自由曲面组成的配光反射器壳体，它具有车灯高度低、光源利用率高及空气动力性能好等优点，又有结构更完善的衬匡，更有线条流畅美观大方的面罩，以上每一项的设计和造型，最终决定了该车型车灯的完美与否。产品的竞争实际上是质量和价格的竞争。模具是工业之母，其制造技术是工业生产的核心技术，采用模具生产零件具有效率高、质量好、节能降耗、生产成本低等一系列优点，对国民经济和社会发展起到了巨大的作用。各国都把模具生产制造技术提到相当高的地位，并把先进的设计、制造、测量、检验及管理技术与设备应用到模具生产上。 （小四号宋体，行距18磅） 1.1车灯的概论
车灯光导设计简易步骤 尽管目前宝马、奥迪都已推出了激光光源在车灯上的应用，但现阶段LED光源在车灯上的应用依然是一个趋势和潮流。下图为奥迪车灯头灯照片，其DRL设计采用光导技术。 本文将研究探讨LED光导设计，分析探讨导光条的导光特性和配光性能。 本光导条结构设计在CATIA软件完成，光学分析模拟选用ASAP软件。CATIA 是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为PLM协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。ASAF?全称为Advaneed System Analysis Program ，即高级系统分析程序。ASAF是由美国Breault Research Organi zatio n. Inc (BRO) 公司开发的高级光学系统分析模拟软件。ASAP提供给光学系 统工程设计师无与匹敌的设计能力、广泛的应用性、快速的光追踪速度和准确度。ASAP 精确地预测在汽车车灯光学系统、生物光学系统、相干光学系统、屏幕展示系统、光学成像系统、光导管系统、照明系统及医学仪器设计中的全真表现。 本研究设计借由目前市面上改装车灯为载体，以雪佛兰科鲁兹前大灯做改 装设计，将LED反射碗结构改为光导，图示为光导造型，右下图为反射式结构。光导全长516mm可视部分长度为456mm
导光条设计需满足整个导光条视觉均匀性和符合法规配光性能两个基本要求（模具、散热等要求本文不做探讨）。研究发现，导光条设计需考虑以下几个基本参数：齿距S，齿高h,齿宽L,开始角a,结束角卩，如下图所示。通过调整上述参数，可使整个光导条具有视觉均匀性和满足配光法规。 本设计选用光源为OSRAM OSTAR LEUW D1W501,5chip,ultra white ，模拟时光通量 设为750LM光导条材料为PMM A聚甲基丙烯酸甲酯）,折射率为1.49。PMMA是目前最优良的高分子透明材料，可见光透过率达到92%
汽车车灯的创新设计 1 问题背景 在阴雨天、夜间行车时，车灯的亮度和清晰度构成了了驾驶员最重要的安全保证。尤其是在会车的时候，对面车的大灯一晃过来，前方什么情况都看不见了。这时，要想恢复视觉还得等一会儿，因而很多的车主都有这样的经历，以彼之道还施彼身，谁敢闪我，我就比你的车灯更闪。于是，越来越多的人将车灯进行了改装，但是这些做法很可能会对车造成损害少。那么我们应该怎样通过车灯创新来解决这一问题了。 2 问题描述 现在市场上的汽车前大灯主要有以下几种，如图1所示，各种车灯的优缺点比较如表1所示。 a)卤素车灯b) 奥迪A6 氙气大灯 c) LEAF 全LED 前照灯 图1 市场上主流车灯 国内外很多车事故是与车灯有关。由其是在夜间开车转弯时出现事故的情况由其多。因为一般传统的汽车大灯都是直射的，车子晚上过弯的时候，根本无法照射到内侧，也就是我们常说的照明“盲区”，转向时静态大灯限制了驾驶者的视野，因此常常会产生"黑洞"。如果没有及时发现弯道内侧的行人情况，很容易发生危险事故。以上是转向时静态大灯的不足之处，下表列出了市场主流车灯优缺点比较。 表1 市场主流车灯优缺点比较
3 运用的创新方法 针对现在市场上的各式车灯都有着这样或者那样的问题，下面我就运用TRIZ理论的方法来对车灯进行一次创新设计，争取想出一款功能更加完善，使用更加方便的新型车灯！ 4问题分析与解决方案 4.1 解决车灯亮度低的问题 改善的技术特性参数：21#功率——用更小的功率完成同样的工作；22#能量损失——使得电能更多的转换为光能，减少能量损失。 恶化的技术特性参数：36#装置的复杂性——提高车灯亮度必然使得装置较普通车灯而言更加复杂。 查冲突解矩阵可知使用的解决原理是：20，19，30，34；10，35，13，2，如表2所示。 表2 车灯亮度低的问题解决方案