LED汽车前照灯的光学系统设计研究

发布时间：2017-10-01 12:18

  本文关键词：LED汽车前照灯的光学系统设计研究

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【摘要】：随着新能源汽车产业的迅猛发展,社会和市场对新能源汽车有了巨大的需求,作为新能源的创新制高点,LED是可以减少电力消耗的绿色光源,具有节能耐用更安全的优势,并且自由的车灯造型还能为汽车整体增色。LED照明已经成为现代汽车前照灯的发展趋势,但由于LED的发光特性与传统光源完全不同,现有的照明系统设计无法达到国家标准的配光要求,需要对LED系统进行二次光学设计。由此,LED汽车前照灯的光学系统设计研究具有十分重要的意义。文中对GB25991-2010《汽车用LED前照灯》的要求进行了分析和总结,针对远光灯系统提出了由菲涅尔准直透镜与微自由曲面阵列相结合的设计方法:与前人的研究方案中的全反射透镜相比,设计菲涅尔透镜来作为准直系统,光线需要经过更长的光程才到达全反射面,更有利于本文将LED作为点光源进行设计的前提,并且减小了光学系统的结构尺寸和重量,节省了成本。准直后的光束再经过微自由曲面阵列结构进行配光处理分布到特定照明区域,整个远光系统由三个相同的模组呈正三角形排列,仿真结果表明,远光灯系统的光能利用率高达了新的高度90.58%;近光灯系统的设计提出了一种由变焦距椭球反射器、自由曲面透镜、遮光板和反射面底板组成的方案:变焦距椭球反射器实现了近光光型水平方向长、垂直方向短的分布特点;遮光板设计成曲面,抵消透镜畸变的影响,形成15°清晰且笔直的明暗截止线,防止产生眩光;自由曲面透镜控制光线走向,合理分配光能形成近光分布。通过改变夹角间隔优化反射器的设计,同时用反射面底板将被遮光板挡住的光再次利用,优化结果表明,近光灯系统光线利用率提高了近8%,达到了84.87%,相比于前人研究中最高光效的投射型近光系统,光能利用率提高了近5%。两个系统均在25m远处的接收屏上形成了预设的光型分布,各测试点的照度值完全符合国家标准的要求,证明该方案可行、有效,解决了传统设计方法中存在的问题,并且提高了系统光能利用率。
【关键词】：LED汽车前照灯 光学设计 自由曲面 优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.651
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题的研究意义10-11
• 1.2 汽车照明光源的变迁11-12
• 1.3 LED汽车前照灯的国内外发展现状12-16
• 1.3.1 LED汽车前照灯在国外的应用12-15
• 1.3.2 LED汽车前照灯在国内的应用15-16
• 1.4 课题研究存在的问题16-18
• 1.5 主要研究内容和章节结构组织18-20
• 第二章 汽车前照灯配光标准及光学系统分析20-26
• 2.1 LED汽车远光灯的配光标准20-21
• 2.2 LED汽车近光灯的配光标准21-23
• 2.3 汽车前照灯的常用光学系统23-25
• 2.3.1 反射型光学系统23-24
• 2.3.2 投射型光学系统24-25
• 2.3.3 混合型光学系统25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 光学设计的相关理论26-38
• 3.1 LED光源的原理与选取要求26-29
• 3.2 光学基础理论29-33
• 3.2.1 非成像光学理论29-31
• 3.2.2 光学扩展量31
• 3.2.3 光学扩展量守恒31-33
• 3.3 自由曲面的设计33-36
• 3.3.1 自由曲面的概念33-34
• 3.3.2 自由曲面的设计思路34-36
• 3.4 相关工具软件简介36
• 3.5 LED前照灯的光学系统设计流程36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 LED汽车远光灯系统的光学设计38-56
• 4.1 远光灯系统结构38-39
• 4.2 准直系统设计39-46
• 4.2.1 菲涅尔准直透镜40
• 4.2.2 菲涅尔透镜准直系统的设计思路40-45
• 4.2.3 菲涅尔透镜模型及仿真分析45-46
• 4.3 微自由曲面阵列的设计46-51
• 4.4 远光灯系统仿真及结果分析51-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 LED汽车近光灯系统的光学设计56-74
• 5.1 近光灯系统方案的选择56-58
• 5.2 投射型LED汽车近光灯系统结构58
• 5.3 变焦距椭球反射器58-63
• 5.3.1 变焦距椭球反射器的设计思路59-62
• 5.3.2 反射器模型仿真62-63
• 5.4 自由曲面配光透镜63-67
• 5.4.1 自由曲面透镜的设计思路63-67
• 5.4.2 配光透镜模型仿真67
• 5.5 遮光板67-68
• 5.6 近光灯系统优化与仿真68-73
• 5.7 本章小结73-74
• 课题总结与工作展望74-76
• 课题总结74-75
• 工作展望75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果79-80
• 致谢80-81
• 附件81

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本文编号：953414