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基于能量利用率的汽车LED自适应前照灯配光技术研究

魏辉  
【摘要】:汽车自适应前照灯系统(Adaptive Front-lighting System,AFS)是近年来汽车主动安全领域的重大创新成果,它可以根据汽车车速、路况、天气及车身状态等条件改变照明光束。论文围绕高光能量利用率和照度分布(光型)的法规要求,研究基于高能量利用率的汽车LED自适应前照灯配光原理及其方法。 论文首先根据LED光学特性,对汽车LED自适应前照灯照明系统进行了结构和原理上的分析,通过讨论其在光学系统中不同位置和角度时光能量利用率的变化情况,获取了LED安装位置与光能量利用率之间的关系,并通过仿真实验进行了验证。接着,分析了投影式光学系统的工作原理,提出了基于变椭球曲面反射器的无挡板投影式光学系统的设计方法,通过改变椭球曲面光轴方向和光轴截面方向的短半轴长度,并对变椭球曲面反射器进行基于法规的光型分块,使LED的光能量有规律的传递到目标照度区域。 在实现AFS法规要求的光型方面,论文分析了AFS法规的配光要求,对AFS的四种光型特点作了具体对比分析,根据配光屏幕上光型的特点对其进行了区域划分,提出了“主+从”模块化的自适应前照灯光学系统设计方法,即通过对每个模块进行功能划分,再以一个主功能模块与四个从功能模块的分别组合的方法来满足AFS对不同的光型的要求。 然后,基于变椭球反射器无挡板投影式前照灯照明原理与“主+从”模块化光学系统设计思想,设计了基于LED光源的汽车自适应前照灯配光系统,并在此基础上分别对各模块中的光源、反射器、透镜进行了建模。其中,光源的建模是以目前Philips公司生产的专用汽车前照灯光源luxeonAltilon为建模对象,通过对其进行三维实体建模,光学软件中设置属性,定义档案光源的办法实现了对LED光源的建模;在此基础上,设计了各模块中的反射器并通过Matlab计算得到其空间分布点坐标,再通过三维软件Rhino得到了反射器的三维模型;接着,在参考文献[38,53-55]的基础上对非球面透镜进行了基于Matlab的建模与仿真,通过仿真获取了非球面透镜的轮廓曲线,并以此在Rhino中得到了它的三维模型。 最后,将前面所建立的模型导入光学软件Lucidshape中组成光学仿真系统,通过仿真得到AFS四种光型,然后,根据法规对其光型和关键点照度值进行对比分析,在此基础上,完善反射器模型的设计参数,最终实现AFS法规要求的C、V、E、W四种光型。


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