LightTools中LED汽車尾燈設(shè)計(jì)
文章來源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2014-12-05
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首先來簡(jiǎn)單的討論下有關(guān)汽車尾燈設(shè)計(jì)的ECE（聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，恒光電器,，廠房照明,，然后我們?cè)僦刂v解LED光源的剎車燈設(shè)計(jì)—兩種設(shè)計(jì)方法：邊緣側(cè)發(fā)光導(dǎo)光管設(shè)計(jì)和小鏡面反射器設(shè)計(jì),。
汽車尾燈的功能包括:轉(zhuǎn)向指示、剎車指示,、停車指示,、位置指示、倒車指示,、以及后霧燈,。
有時(shí)也需要:
– ECE規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：在車尾中央較高位置也需要安裝剎車燈
– 車牌照明
此次簡(jiǎn)報(bào)我們只考慮剎車燈設(shè)計(jì)
圖1：各類燈的位置排布
下圖所示幾種燈點(diǎn)亮后的真實(shí)效果圖(Prius C)。對(duì)于這輛車而言, 剎車燈使用紅色LED,轉(zhuǎn)向燈為琥珀色,。而在FMVSS 標(biāo)準(zhǔn)中,，國(guó)際資訊，轉(zhuǎn)向燈應(yīng)為紅色,。
圖2：各類燈點(diǎn)亮效果
相關(guān)規(guī)范：
– 聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī) (FMVSS)—美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)
– 汽車工程師學(xué)會(huì) (SAE)—燈具的規(guī)格, 研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì), 但不具有法律約束力,，在北美尤為重要
– 加拿大機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)(CMVSS)
– 聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)內(nèi)陸運(yùn)輸部門(ECE)
– 大多數(shù)國(guó)家采用ECE規(guī)范.
– 日本大多數(shù)都遵循ECE規(guī)范，但日間行車燈規(guī)范除外,。
下圖為ECE尾燈設(shè)計(jì)的重要規(guī)格指標(biāo)：
圖3：ECE尾燈設(shè)計(jì)規(guī)格指標(biāo)
ECE剎車燈光強(qiáng)要求：
19 個(gè)測(cè)試點(diǎn),，國(guó)內(nèi)資訊，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)必須在標(biāo)準(zhǔn)最大和最小值之間,。此外,，根據(jù)相關(guān)要求還需要：
– 垂直方向:一些光需要傳播方向在+/-15º
– 水平方向:一些光需要傳播方向在+/-45º
圖4：強(qiáng)度測(cè)試點(diǎn)位置
圖5：強(qiáng)度測(cè)試點(diǎn)允許范圍值
亮度可視化：
所謂的亮度就是人眼對(duì)光的強(qiáng)度感受，LED球泡燈,，單位：lumens/sr/m^2,。在此次討論系統(tǒng)中光除了要達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度測(cè)試點(diǎn)的要求，醫(yī)院led照明,，LED筒燈,，被觀察者看到的空間分布也很重要。還需要考慮人眼分辨率（我們將根據(jù)30弧秒的角敏度來設(shè)置接收器上網(wǎng)格大小劃分）,。最后需要選擇一個(gè)觀察距離（這里我們選擇3米）,。
這次設(shè)計(jì)工作的相關(guān)規(guī)格要求：
主要規(guī)格指標(biāo):
– 設(shè)計(jì)必須通過ECE S1剎車燈強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)
– 令人滿意的空間分布
次要目標(biāo): 效率
光源選擇：廠商提供的LED光源
優(yōu)化方法:
– 使用45°半錐角（人眼張角）優(yōu)化空間分布
– 優(yōu)化目標(biāo)使用平均亮度
– 還要優(yōu)化出射光的角擴(kuò)散分布以匹配相應(yīng)的強(qiáng)度分布
使用 LightTools 創(chuàng)建光學(xué)模型。
LED光源選�,。�
– 使用高功率紅色LED以便達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)格指標(biāo)要求
– 選擇OSRAM Golden DRAGON, LR W5SM-HZJZ-1-1
– 此LED為單芯片,，行業(yè)資訊，發(fā)光面約為1mm x 1mm
– 光源輸出功率: 39 – 71 lumens
– 配光曲線分布近似朗伯分布
– LED制造商提供5M根光線數(shù)據(jù)光源文件
圖6：LED光譜分布圖
圖7：LED配光曲線分布圖
CAD 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
尾燈的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由CAD軟件完成(此次案例使用SolidWorks軟件) ,。
圖8：模型參數(shù)描述
圖9：CAD模型的燈具區(qū)域劃分（用于放置不同燈具）
圖10：劃分完成后的模型
邊緣側(cè)發(fā)光導(dǎo)光管設(shè)計(jì)方法：
– 嘗試使用長(zhǎng)條形導(dǎo)光管或圓形導(dǎo)光管來實(shí)現(xiàn)邊緣照明
– 長(zhǎng)度約為 ~150 mm （CAD模型中放置剎車燈的長(zhǎng)度）
– 可以先在導(dǎo)光管的表面上切出一平面,，星級(jí)酒店照明燈具，然后使用LightTools 3D紋理功能,，商業(yè)照明燈具,，CE認(rèn)證，將庫(kù)元件紋理添加到剛切出的平面上。
– 接著可以使用背光板優(yōu)化工具(BPO) 來優(yōu)化Z-depths以實(shí)現(xiàn)均勻的空間分布,。
– 起始為簡(jiǎn)單的 45º 楔角,。
圖11：鋸齒紋理描述
優(yōu)化楔角：
– 導(dǎo)光管背面添加90%朗伯反射光學(xué)屬性
– 獲得均勻空間分布結(jié)構(gòu)需要使用BPO優(yōu)化，最佳楔角為45°
圖12：BPO用戶界面
圖13：光導(dǎo)管模型
圖14：45°半錐角的模擬結(jié)果圖
該楔角的強(qiáng)度分布結(jié)果：
圖15：強(qiáng)度分布結(jié)果（效果不理想）
調(diào)整結(jié)構(gòu)：
調(diào)整垂直分布：
– 適當(dāng)?shù)臏p小紋理元件的寬度---減小到4.1mm,。
調(diào)整水平分布：
– 更復(fù)雜的光萃取結(jié)構(gòu)：由LightTools中的庫(kù)元件功能和Bezier曲線完成,。
– 優(yōu)化Bezier曲線的相應(yīng)參數(shù)
– 添加拔模角
– 添加半徑為50微米的圓角
圖16：修改后鋸齒紋理描述
重新優(yōu)化空間分布：
優(yōu)化結(jié)束后，復(fù)制優(yōu)化好的導(dǎo)光管兩根,，恒光,，辦公照明，放置在燈箱中,。