LightTools中LED汽車尾燈設(shè)計

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2014-12-05

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 首先來簡單的討論下有關(guān)汽車尾燈設(shè)計的ECE（聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，恒光電器，廠房照明，然后我們再著重講解LED光源的剎車燈設(shè)計—兩種設(shè)計方法：邊緣側(cè)發(fā)光導(dǎo)光管設(shè)計和小鏡面反射器設(shè)計。

    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

    此次簡報我們只考慮剎車燈設(shè)計

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)動車輛安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī) (FMVSS)—美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)

– 汽車工程師學(xué)會 (SAE)—燈具的規(guī)格, 研究和數(shù)據(jù)統(tǒng)計, 但不具有法律約束力，在北美尤為重要

– 加拿大機(jī)動車安全標(biāo)準(zhǔn)(CMVSS)

– 聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會內(nèi)陸運(yùn)輸部門(ECE)

– 大多數(shù)國家采用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)計的重要規(guī)格指標(biāo)：

圖3：ECE尾燈設(shè)計規(guī)格指標(biāo)

ECE剎車燈光強(qiáng)要求：

    19 個測試點(diǎn)，國內(nèi)資訊，每個測試點(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)度測試點(diǎn)位置

圖5：強(qiáng)度測試點(diǎn)允許范圍值

亮度可視化：

    所謂的亮度就是人眼對光的強(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）。最后需要選擇一個觀察距離（這里我們選擇3米）。

這次設(shè)計工作的相關(guān)規(guī)格要求：

主要規(guī)格指標(biāo):

   – 設(shè)計必須通過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光源選取：

   – 使用高功率紅色LED以便達(dá)到設(shè)計規(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：

    尾燈的初始結(jié)構(gòu)設(shè)計由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)計方法：

   – 嘗試使用長條形導(dǎo)光管或圓形導(dǎo)光管來實(shí)現(xiàn)邊緣照明

   – 長度約為 ~150 mm （CAD模型中放置剎車燈的長度）

   – 可以先在導(dǎo)光管的表面上切出一平面，星級酒店照明燈具，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。