厚壁光导日间行车灯与转向灯设计

聂希圣，苏迎，赵德华

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

引言

节能环保在新时期已经成为汽车行业的主要目标，近年来四阶段油耗的实施期限的临近、电动车取代传统燃油车的时间目标，这一切都表现出世界各国为降低碳排放贡献着自己的力量。LED产品以其低能耗、寿命长，在科技发展的今天从各种照明光源中脱颖而出，如今LED光源在汽车领域得到了非常广泛的应用，本文主要针对厚壁光导的日间行车灯与转向的设计开发进行研究[1]。

1 光学设计法规分析

1.1 整车安装法规要求

我国汽车及挂车外部照明和信号装置的安装规定4785-2007明确指出，1.日间行车灯是昼间行车时，使得车辆更为易见的一种面向前方的灯具。2.转向灯是用于向其他使用道路者表明车辆将向右或向左转向的灯具。两功能安装法规相同，均为水平方向上要求在基准轴线方向上，离车辆纵向对称平面最远的视表面边缘，到车辆外缘端面之间的距离应不大于400mm。两相邻视表面之间的距离应不小于600mm。竖直方向上要求离地高度应不小于350mm，不大于1500 mm[2]。

1.2 配光法规要求

根据日间行车灯法规GB23255-2009，配光光型如图1，要求在基准轴线的发光强度不小于400cd，每个灯具所发出的各个测量方向的光，投射到配光分布上点的发光强度，不应低于图1上所示各点百分比值与400cd的乘积。在任何方向上，灯具发出的光强度应不大于1200cd[3]。

汽车及挂车转向信号灯法规17509-2008，配光光型如图2，要求转向灯各个方向上的发光强度不应小于表1发光强度最小值与对应方向标明的百分数的乘积，在该范围内发出的光强变化均匀[4]。

综合日间行车灯和转向灯法规的安装要求及配光分布要求，笔者分析得出两种功能可以共用一套光学系统，结构上通过不同光源之间的切换得到实现。

图1 日间行车灯光型

图2 转向灯光型

表1 转向灯发光强度要求 单位为坎德拉

2 设计方案制定

2.1 结构方案制定

常见厚壁光导有图3-图6几种光学结构，笔者根据模具，光学点亮效果，结构稳定性，成本四方面综合考虑，最终选择图3结构方案进行光学设计。

图3 厚壁光导断面

图4 厚壁光导断面

图5 厚壁光导断面

图6 厚壁光导断面

图3光学系统经过笔者划分，主要由三部分组成：

a聚光器：负责收集光源发出的光线，同时通过全反射原理将竖直方向传播的光束转化成为水平方向传播的光束；

b光束传播中间结构：负责将聚光器转化完成的光束传递到鱼眼扩散结构部分；

c鱼眼扩散结构：负责将水平入射光束进一步通过曲面折射，扩大光束的发散角度。

笔者根据厚壁光导各部分的设计要领对厚壁光导的具体设计方案如下：

聚光器：为了满足厚壁光导更加均匀的人眼视觉效果，在本设计中笔者优化改进了聚光器常规只负责全反射改变光束传播方向的设计思路，即在聚光器满足全反射的同时进行了二次光学设计如图7所示，这样可以使LED光源发出的光束在改变光路的同时完成光学上的第一次角度扩散。

图7 光学扩散结构

图8 鱼眼扩散结构

图9 厚壁光导

鱼眼扩散结构：笔者首先在厚壁光导表面设计生成2×2mm的网格曲线，然后通过CATIA二次开发程序绘制得出鱼眼扩散花纹，如图8所示。为了能在满足法规的同时实现更好的人眼视觉效果，笔者不断优化，改变鱼眼花纹的扩散角度。经过软件计算最终生成厚壁光导如图9所示[5]。

2.2 光学接收器设置

为模拟分析在不同视角下人眼视觉效果，笔者根据人眼视觉习惯，分别制定了三个不同方位的光学接收器。接受器的具体位置信息如下：接收器1位于车头的正前方，接收器2位于光导外侧20度位置，接收器3位于光导内侧20度位置。

2.3 光源方案设置

笔者在本设计中LED光源采用颗粒，如图10。

图10 日间行车灯LED颗粒

图11 转向灯LED颗粒

2.4 人眼视觉模拟分析

笔者应用光学分析软件Lucid shape对两种功能分别进行模拟，输出点亮人眼视觉效果如下图12-图17，分析日间行车灯和转向功能，笔者发现在考察的各个视图内厚壁光导上均未发现明显暗区，光导表面发光均匀，符合主观评价要求。

图12 日行效果

图13 转向灯效果

图14 日行效果（外20°）

图15 转向灯效果（外20°）

图16 日行效果（内20°）

图17 转向灯效果（内20°）

2.5 法规模拟分析

运用光学软件生成日间行车灯和转向灯的光斑如图18，图20。对模拟配光图进行法规数值分析，分别得到法规符合性校核结果报告如图19，图21，根据法规报告得出两个功能均能满足法规要求。

图18 日间行车灯光型

2.6 结论与应用方案

经过本次厚壁光导的光学设计，笔者得出如下结论：

（1）根据法规要求，日间行车灯与转向灯有类似的法规要求，这样对光学设计提供了两种功能共用一个功能区域的可能性。为后续车型的设计开发也可以提供一定的参考。

（2）厚壁光导设计时出于对外观效果，模具成本，结构稳定性各方面考虑，笔者建议采用本文中光学结构方案。

图19 日间行车灯配光报告

图20 转向灯光型

图21 转向灯配光报告