一种汽车前照灯反射器设计方法

摘要

一种汽车前照灯反射器设计方法，包括以下步骤：(1)在X、Y、Z三维坐标系中建立基础抛物面，光源位置设于坐标(0，0，15mm)；(2)将反射器在与光轴垂直的平面内划分出若干矩形；(3)反射器由上、下两个对称的反射器组成，每个反射器由左、右两个对称的反射器组成，每个反射器内设有六个反射面，所述反射面之间由经纬线分隔；(4)以上的基础面参数、各反射面的参数及所光源的参数输入计算机软件中，经过光线追迹可以得到25米远的配光屏上各反射面的照度分布梯度图和总的照度分布梯度图；依次修改近光反射面参数和远光反射面的参数，并反复进行光线追迹，直至近光和远光总照度分布满足要求。

主权项

一种汽车前照灯反射器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在X、Y、Z三维坐标系中建立基础反射面，所述基础反射面为抛物面，抛物面的焦点为f，光源位置设于坐标(0，0，15mm)；(2)根据目标面光斑与反射器曲面一一对应原则，将反射器在与光轴垂直的平面内划分出若干矩形；(3)反射器由上、下两个对称的反射器组成，每个反射器由左、右两个对称的反射器组成，每个反射器内设有六个反射面，所述反射面之间由经纬线分隔；反射器内从左到右经线间隔宽度为12mm，12mm，10mm；从光源位置往上纬线间隔宽度为15mm，15mm；边缘圆形角度为40度；反射器初始计算点坐标为(0，0，2.5mm)；(4)以上的基础面参数、各反射面的参数及所光源的参数输入计算机软件中，经过光线追迹可以得到25米远的配光屏上各反射面的照度分布梯度图和总的照度分布梯度图；依次修改近光反射面参数和远光反射面的参数，并反复进行光线追迹，直至近光和远光总照度分布满足要求；位于上半部的反射器为近光反射器，位于下半部的反射器为远光反射器；近光反射器中，右半部的反射器的六个反射面从左只有分别为U₁L₁、U₁L₂、U₁L₃，和位于U₁L₁上方的U₂L₁、位于U₁L₂上方的U₂L₂、位于U₁L₃上方的U₂L₃；远光反射器中，右半部的反射器的六个反射面从左只有分别为D₁L₁、D₁L₂、D₁L₃，和位于D₁L₁上方的D₂L₁、位于D₁L₂上方的D₂L₂、位于D₁L₃上方的D₂L₃；每个反射面包括垂直和水平两个方向的经过反射面反射后的扩张角度：近光水平扩展角度垂直扩张角度U₁L₁26，‑320U₁L₂15，‑150U₁L₃5，‑50U₂L₁28，‑301U₂L₂10，‑90U₂L₃5，‑50反射器的具体设计步骤为：经过区域划分之后，根据能量守恒定律可以建立经过抛物面反射器后的能量与照射到配光屏幕的能量的关系等式；设给定光分布为P₀，光源的中心光强为I₀，考虑方向为θ₁的光入射到的配光屏幕的位置为r₁，与轴线夹角小于θ₁的光入射的位置坐标也小于r₁，将第一部分光线θ₁等分成i份，对应每一个θ₁在半径r₁上都分成了i份，这样就得到了数组θ₁(i)和r₁(i)，那么第一区域出射光和屏幕上的照度的能量守恒表达式为：$2\pi {\int }_0^{{\theta }_1\left(i\right)}{I}_{0}cos\theta sin\theta ·d\theta =2\pi {\int }_0^{r_1\left(i\right)}{P}_0·r·dr---\left(4\right)$角度为θ₁～θ₂之间的光线入射到配光屏幕的位置为r₁～r₂，将这部分光线等分成j份，对应每一个角度在半径上都分成了j份，则出射光和屏幕上的照度的能量守恒表达式为：$2\pi {\int }_{{\theta }_1}^{\theta 2\left(j\right)}{I}_{0}cos\theta sin\theta ·d\theta =2\pi {\int }_{r_1}^{r_2\left(j\right)}{P}_0·r·dr---\left(5\right)$同理，可得第三区域能量守恒表达式为：$2\pi {\int }_{{\theta }_2}^{{\theta }_3\left(k\right)}{I}_{0}cos\theta \sin \theta ·d\theta =2\pi {\int }_{r_2}^{r_3\left(k\right)}{P}_0·r·dr---\left(6\right)$通过这三个表达式，可以分别得到各区域半径与出射光角度之间的关系式如下：$r_1\left(i\right)=\sqrt{\frac{I_0}{P_0}·{\sin }^2{\theta }_1\left(i\right)}---\left(7\right)$$r_2\left(j\right)=\sqrt{\frac{I_0}{P_0}·\left({\sin }^2{\theta }_2\right(j)-{\sin }^2{\theta }_1)+r_1^2}---\left(8\right)$$r_3\left(k\right)=\sqrt{\frac{I_0}{P_0}·\left({\sin }^2{\theta }_3\right(k)-{\sin }^2{\theta }_2)+r_2^2}---\left(9\right)$根据抛物面反射器的特性,光源位置在反射器焦点时，折反射定律的矢量形式可表示为：${[1+n^2-2n(\overrightarrow{Out}·\overrightarrow{In})]}^{1/2}·\overrightarrow{N}=\overrightarrow{Out}-n·\overrightarrow{In}---\left(11\right)$其中：n为自由曲面介质折射率，为入射光线单位向量，为出射光线单位向量，为自由曲面在光线入射点的单位法向量；首先确定一个计算的初始点，设光线经过反射面(B点)折射光线经过透镜折射后投射到屏幕上的点C坐标为(r,H)，其中H＝25m，r根据能量守恒定律由式(7)、(8)、(9)决定，入射光线AB与出射光线BC的单位向量均可求得，再利用折反射定律式(11)即可得到B点的法向向量，从而确定该点的切平面，该切平面与下一点经过面反射后入射到自由曲面上的光线相交从而确定自由曲面的下一点；由前一点的切平面与下一点的法向量所在的直线相交得到下一点，通过计算机迭代即可得到各点的坐标，从而确定了自由曲面上的每个点的坐标。