基于AFS和ADB的LED智能大灯光学设计

发布时间：2020-04-11 23:42

【摘要】：汽车前照灯作为汽车整体照明系统的一部分,也是汽车主动安全系统的重要组成部分。近年来,随着社会的发展、国家节能减排的推行以及交通安全事故的频发,传统意义上的前照灯已然不能满足人们的照明需求。而LED(Light Emitting Diode,发光二极管)作为时代发展的产物,因其发光效率高、寿命长、响应时间短、控制简单灵活等一系列优点成为了新一代汽车绿色光源的首选,特别是近年来白光LED的技术进步和价格下跌,选用LED作为汽车前照灯光源的汽车越来越多。同时,技术的进步和人们的迫切需求也使得汽车制造商生产更复杂、更智能的汽车前照灯成为现实,因此设计研究智能化、功能多样化的前照灯已成为目前车灯发展的潮流。目前来讲,市面上大部分使用LED前照灯的车型,功能比较单一,基本上都只有简单的近光以及远光功能,而传统的具有自适应功能的前照灯,其配光简单结构复杂,智能化程度不高,适应不了如今复杂的路况。为此,本文从LED前照灯的功能多样化、智能化方向入手,以实现LED前照灯的近光自适应光型和远光矩阵式光型为设计目标进行配光设计,通过设计研究AFS(Adaptive front-lighting system)近光模组和ADB(Adaptive driving beam)远光模组,进一步提高前照灯的智能化和集成化水平。本文主要内容概括如下:首先,本文结合汽车前照灯的发展史,针对目前国内外智能前照灯的研究背景和现状,阐述了本文研究的意义和目的;其次,描述了汽车照明基本光度学理论和汽车前照灯基础设计理论,说明了进行前照灯设计的方法和步骤;再者,介绍了目前形势下的自适应近光和自适应远光概念,并详细解读了欧洲经济委员会ECE R123法规中对AFS和ADB的规定;然后,使用光学设计分析软件Lucidshape运用光型叠加法设计了具有四类光型及其对应弯道模式的AFS近光模组,以及能实现普通远光和自适应远光模式的ADB远光模组,经过测试对比,均符合ECE R123法规要求;最后,简单介绍了AFS和ADB在智能LED大灯上的实现过程,以说明本文中智能大灯的设计理念。在AFS近光模组的设计中,采用基础光型与和四个辅助光型叠加的方法。作为AFS的C、V、E、W四类光型的基础,基础光型的实现运用了变椭球投射式结构,加上一个对称的自由曲面结构,通过分析四类光型的上下限值要求合理设计其光型;而四类光型的产生则都是通过根据每种光型的特点再额外设计一个自由曲面反射镜,并将其得到的光型与基础光型叠加来实现的。将四类光型的仿真结果与ECE R123法规进行对比,均满足法规要求。在ADB远光模组的设计中,根据ECE R123对ADB的要求,在自适应阶段,采用16颗可独立控制的灯珠,通过合理布置灯珠位置,运用两个光型相互交叉的自由曲面透镜结构来实现自适应照明;同时在自适应照明模块的基础上,设计了与AFS近光基础模块共用非球面透镜的变椭球投射式结构作为普通远光辅助照明,采用光型叠加的方法,实现了普通远光的照明要求。仿真调试结果显示,均满足法规要求,且可根据实际需要自由控制光型暗区。总的来说,本文围绕装备AFS和ADB的LED智能大灯进行光学设计,设计出了符合法规规定的AFS和ADB光型。整个光学系统结构紧凑,功能丰富,基本满足智能大灯的照明需求,同时通过本课题的研究,也将为设计通用性和功能性更强的智能大灯打下基础。
【图文】：

汽车前照灯,光源,煤油灯,白炽灯

照明功能的升级两个方向上进行分类。经历了从燃烧化学能源的煤油灯到使用电能的现代化激光大灯，汽车前照灯发展历程如图1-1所示。最早的前照灯是安装在汽车上的煤油灯，它是将煤油注入位于灯具下方的油壶里，通过灯芯的虹吸作用引入灯芯顶端持续提供燃料，在灯芯后部有用于聚光的灯碗，四周也有玻璃罩防风；1905年，乙炔开始用作车灯光源，弥补了当时煤油灯亮度低、汽车电气系统和白炽灯技术不成熟的缺点。1920-1960年，由于技术的突破，白炽灯逐渐应用于汽车，凯迪拉克首次将白炽灯用于汽车，这标志着汽车进入了电器照明时代。白炽灯在真空环境下利用通电发热的钨丝产生光辐射，发出耀眼的光芒从而达到照明效果

模块图,前照灯,模块

图 1-3 三代海拉前照灯投影模块[24]Fig.1-3 Three generations of Hella headlamp projection module[24]的 AFS 系统都是以传统的卤素灯或者气体放电灯为光源的，因传统光源性和体积过大的限制，这些 AFS 系统的控制方式大多为随动式，即通过灯的主体结构来实现光束角度的变化,这也就间接导致了汽车大灯故障率一定的安全隐患；或者采用多块遮光板实现多种模式的变换，这种设计灯追求结构简单可靠和功能多样化的矛盾，不利于整个前照灯的设计。源技术的出现和发展，这为智能大灯的设计提供了一个很好的思路。不过D 芯片单元的发光亮度有限，所以一般来说汽车前照灯采用点阵式或者矩源来达到法规对亮度要求[26]，而 LED 自适应前照灯借助于 LED 技术的成应前照灯技术的积累得以迅猛发展。说 LED 前照灯给设计师提供了更高的造型自由度，那么矩阵式前照灯更汽车照明变得更加智能，让驾驶者能够专注于享受驾驶，，也让道路交通
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.65

【参考文献】