旋转抛物面反射镜的汽车灯具配光设计

中学趣味数学：抛物线反射镜和汽车前灯你知道吗？当把汽车的前灯开关从亮转到暗时，就有数学在起作用。

具体地说，是抛物线原理在玩花招。

如果你留心会发现，汽车前灯后面的反射镜呈抛物线的形状。

事实上，它们是抛物面(抛物线①环绕它的对称轴旋转形成的三维空间中的曲面)。

明亮的光束是由位于抛物线反射镜焦点上的光源产生的。

因此，光线沿着与抛物线的对称轴平行的方向射出。

当光变暗时，光源改变了位置。

它不再在焦点上，结果光线的行进不与轴平行。

现在近光只向上下射出。

向上射出的被屏蔽，所以只有向下射出的近光，射到比远光所射的距离短的地方。

抛物线是一种古老的曲线，它是梅内克缪斯( 约公元前375～前325)在试图解决用尺规作出体积为给定立方体两倍的立方体时发现的。

宋以后，京师所设小学馆和武学堂中的教师称谓皆称之为“教谕”。

至元明清之县学一律循之不变。

明朝入选翰林院的进士之师称“教习”。

到清末，学堂兴起，各科教师仍沿用“教习”一称。

其实“教谕”在明清时还有学官一意，即主管县一级的教育生员。

而相应府和州掌管教育生员者则谓“教授”和“学正”。

“教授”“学正”和“教谕”的副手一律称“训导”。

于民间，特别是汉代以后，对于在“校”或“学”中传授经学者也称为“经师”。

在一些特定的讲学场合，比如书院、皇室，也称教师为“院长、西席、讲席”等。

多少世纪以来，人类已经得到了有关抛物线的一些新的用途和发现。

例如，伽利略（1564～1642）证明抛射体的路线是抛物线。

今天人们可以到五金店去买一台高能效抛物线电热器，它只用1000瓦，但是与用1500瓦的电热器产生同样多的热量。

注①：抛物线是平面内与称做它的焦点的定点和称做它的准线的定直线等距离的所有点的集合。

语文课本中的文章都是精选的比较优秀的文章,还有不少名家名篇。

如果有选择循序渐进地让学生背诵一些优秀篇目、精彩段落,对提高学生的水平会大有裨益。

现在,不少语文教师在分析课文时,把文章解体的支离破碎,总在文章的技巧方面下功夫。

基于光源利用率的投影式汽车前照灯近光配光设计魏辉;李礼夫【摘要】由于常用旋转或复合椭球面的投影式前照灯多采用反射器和挡板的近光配光方式,具有光源利用率较低的不足,为此本文研究了一种变焦点的椭球面反射器设计方法,该方法通过改变反射器曲面的焦点和参数来构造一种基于无挡板的投影式汽车前照灯近光反射器.本文首先分析了投影式椭球面反射器光源与焦点位置关系对近光光配的影响变化规律,其次阐述了变焦点椭球面反射器的设计基本原理,然后建立了具有五个区域的反射器椭球面的三维方程式,并构造了椭球面上经纬线的变化函数,通过在MATLAB中计算得到曲面上空间点分布,将空间点分布导入三维软件Rhino中得到椭球面反射器三维模型,最后将三维模型导入光学软件LucidShape中,进行光学模拟,结果表明与传统设计方法相比,采用该方法设计的汽车前照灯反射器的近光光利用率可提高20％以上,且水平方向照射范围在±20°以上,满足GB4599—2007汽车用灯丝灯泡前照灯法规要求.【期刊名称】《照明工程学报》【年(卷),期】2012(023)002【总页数】6页(P102-107)【关键词】投影式前照灯;光利用率;近光;变椭球曲面反射器【作者】魏辉;李礼夫【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510640【正文语种】中文1 引言汽车前照灯是汽车夜间安全行驶的保障，其按照光学系统不同可分为反射式和投影式，反射式前照灯按反射面的形状可分为抛物面型［1］和自由曲面型［2］，反射式前照灯光源利用率 (配光屏幕上收集的光通量与光源发出的总光通量的比值)较高，但曲面设计相对复杂，加工难度大，且体积较大。

投影式前照灯具有体积小，聚光性好，设计方便的特点，在汽车前照灯中得到了广泛的应用。

但传统投影式前照灯反射器曲面一般为旋转椭球面和复合椭球面，其中旋转椭球面由单一母线旋转而成，水平和垂直的照射范围同样大小，难以达到近光配光“水平宽、上下窄”的要求。

汽车外部照明灯【学习目标】(1)正确分析前照灯的电路图；(2)掌握前照灯的调整方法；(3)能正确分析前照灯的故障原因并排除故障。

一、前照灯及控制电路前照灯也叫大灯，灯光分为远光灯和近光灯两种，一般在外界灯光比较充足或者车流比较多行驶速度较慢时使用近光灯，在黑暗的夜路车流较稀，或者车速较快时使用远光灯。

合理使用大灯应做到会车时变成近光，会车后及时变回远光，以放远视线弥会车时造成的的视线不清。

在汽车仪表上有远光指示灯。

现代新型汽车灯光电路的近光灯多为长亮，以防止在远近光转换时出现短时间的无照明现象，老车型和一些低档车依然采用双灯丝前照灯并在转换时会有短时间的无照明现象，不同的车型灯光设计也不同。

开启前照灯的车辆1.前照灯的组成及分类前照灯的光学系统包括灯泡、反射镜和配光镜三部分组成。

前照灯总成的结构一般可分为全封闭式和半封闭式两种。

1)封闭式前照灯结构这种前照灯由于将灯泡、配光镜、反射镜集合一体，当灯丝烧断时需要整体更换，成本较高。

导致这种结构被淘汰。

封闭式大灯结构2)半封闭式前照灯结构这种前照灯结构特点是将反射镜、配光镜组合安装，保持密封性，杜绝尘土进入前照灯。

将灯泡分离，可进行单独更换。

结构科学，目前市场上大多车辆都使用这种大灯结构。

半封闭式大灯结构又细分分为反射式、和投射式两种结构。

其中反射式指传统半封闭大灯结构。

反射式半封闭大灯结构3) 投射式大灯结构投射式前照灯一般和氙气灯泡组合使用，和传统半封闭式大灯结构相比只是多了一组凸透镜装置。

投射式大灯结构意识图氙气灯泡位于椭圆反光镜中心，反光镜反光焦点和凸透镜的焦点重叠。

从而把光线直射到车前方，它的光线利用率更高，是普通反射式前照灯的2倍。

因此现代中高端汽车很多已经采用这种结构，为投射式前照灯总成的解剖图。

投射式前照灯总成解剖图2. 前照灯的灯泡：现代轿车前照灯灯泡主要有两种：卤素灯泡和氙气灯。

按灯丝的数量可分为单丝灯和双丝灯。

前照灯的分类（1）卤钨灯泡：卤钨灯泡俗称为卤素灯泡，它是在惰性气体中加入了一定量的卤族元素。

前组合灯基础知识解析汽车的前组合灯是指在汽车前部可以照亮前方道路状况的灯具，它是汽车照明系统中的关键部分，汽车的前组合灯根据不同功能可以设计不同颜色灯具和不同的光照光源。

汽车的前组合灯关系到行车的安全，为此各个国家都对其均有强制性的法规或者行业标准要求，本文论述前组合灯的造型和调光系统的发展历程，并介绍了前组合灯主要分类组成，希望让读者深刻认识汽车前组合灯的基本原理。

标签：汽车；前组合灯；分类；光源0 引言整车最重要的外观件之一就是前组合灯；整车最重要的主动安全功能件之一就是前组合灯；灯具配光的重点和难点之一也是前组合灯的配光。

1 前组合灯的造型发展历程（图1）2 前组合灯调光系统的发展历程（图2）3 前组合灯主要由以下几个分类组成（图3）3.1 按灯具的功能不同，可分为以下五种⑴远光灯⑵近光灯⑶昼间行车灯⑷前转向灯⑸前位灯3.2 按灯具的光源不同，可分为以下四种：⑴白炽灯泡（R2）⑵卤素灯泡（H1、H3、H4、H7）⑶体放电灯泡（HID）⑷发光二极管（LED）3.3 按灯具的反射镜不同，可分为以下四种⑴旋转抛物面灯具；⑵椭球反射面（投影灯）；⑶双曲线反射面⑷自由曲面灯具前照灯发展历程4 前组合灯光色要求：详见（表1）5 前组合灯的常用结构示例（图4）6 前组合灯光源剖析⑴LED（Light-emitting diodes）。

LED（发光二极管）有着自身独有的技术优点。

高亮度、反应快、寿命长，提供行驶于雾区时绝佳的后方辨识度，消除因视野不清所导致可能发生的意外。

LED有寿命长、低消耗、空间占用要求小的三大优点。

现在已经有很多车的尾灯与刹车灯采用了LED；例如：目前很多中高端车的前组合灯、尾灯、制动灯、转向灯以及侧转向灯都采用了LED光源。

由于LED发出的光为白色的，且性能出色，很多前组合灯都采用了LED光源。

⑵HID（氙氣）前照灯。

氙气大灯（HID）的全称是高强度气体放电灯，它的发光原理是：施加超高电压到电极上，氙气（XENON）与金属卤化物激发，使其产生能级跃迁，通过原子光谱发光。

车灯设计中的光学原理与计算方法在现代汽车设计中，车灯在保证行车安全的同时，也扮演着重要的美观与舒适的角色。

车灯的设计涉及到光学原理与计算方法，本文将对此进行深入探讨。

一、车灯设计中的光学原理车灯的设计需要考虑其照明效果、照射距离和光束分布等要素，这些要素的实现与光学原理密切相关。

下面将介绍车灯设计中常用到的光学原理。

1.1 反射原理车灯的反射原理是利用反光材料的特性，将光线发射到特定的方向。

反射镜的曲率半径、面积和材料的选择都会对反射效果产生影响。

通过合理设计镜面的形状和曲率，可以使得灯光更加集中和均匀。

1.2 折射原理车灯的折射原理主要是通过透镜的使用，使得光线能够汇聚在特定的区域内。

透镜的曲率和厚度会影响光线的聚焦效果。

同时，透镜材料的折射率也会对光线的传播产生影响，不同材料的折射率决定了光线的绕射程度。

1.3 散射原理散射原理指的是通过散射器件改变光线的传播方向和角度。

常用的散射器件包括棱镜、光纤和光散射器等。

通过合理选择散射材料和器件，可以使得车灯的光线更加均匀和柔和，减少眩光对其他驾驶员的影响。

二、车灯设计中的计算方法为了实现车灯的理想照明效果，需要进行光学计算。

下面将介绍车灯设计中常用的计算方法。

2.1 光线追迹法光线追迹法是一种常用的计算方法，通过模拟光线的传播路径，分析光线在镜面和透镜上的反射、折射和散射过程，从而得到车灯的照度分布和光束形状。

该方法可以较为准确地预测车灯的照明效果，并且可以通过反复迭代来优化设计。

2.2 有限元法有限元法是一种数值分析方法，可以通过分割车灯结构为有限个小单元，对每个单元进行分析，最终得到整个车灯的光学性能。

有限元法适用于复杂的车灯结构和光学系统，可以准确地模拟光线的传播过程，预测车灯的照度曲线和光束形状。

2.3 光学设计软件光学设计软件是进行车灯光学设计的重要工具。

这些软件通过光学原理和计算方法，可以帮助工程师进行车灯的布局、光学参数的选择和优化，从而实现车灯的最佳设计效果。