FAWA1汽车前照灯的光学设计毕业设计论文.docx

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FAWA1汽车前照灯的光学设计毕业设计论文

毕业设计（论文）

FAW-A1汽车前照灯光学设计

年级专业

2009级机械工程及自动化

学号姓名

指导教师

评阅人

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

由于汽车的造型很大程度上是取决于前照灯，而且，前照灯的照明质量对于行车的安全也是至关重要的，所以，在本文以FAW-A1汽车前照灯的设计制造为研究背景，介绍了FAW-A1汽车前照灯的设计和制造的主要模块，主要包括：

外观分析设计，结构分析设计，光学分析和反射镜设计，前照灯振动分析和前照灯模流分析。

同时，在对FAW-A1前照灯整体设计的基础上，重点对前照灯的光学设计进行了研究和学习。

设计主要满足了汽车前照灯在光学方面的行业标准。

也在满足各项要求的同时，力争使设计成本低廉，品质优良，外观优美融于车身。

依据论文内容，主要工作如下：

第一，了解任务书的内容，明确设计任务；阅读大量与车灯前照灯相关的资料和文献；翻译与车灯相关的英文文献。

第二，通过和工程师的沟通以及搜集学习汽车前照灯的相关信息，明确各自的设计任务，列出设计任务安排和进度表，通过与结构设计和震动分析的组员讨论，得出相对合理的方案简图。

第三，依据法规的要求，认真对比选择，筛选性价比比较高的前照灯光源，并依据光源设计出合理的前照灯反射器，能够与结构设计的组员相配合。

第四，通过公司的软件，将数据模拟出前照灯光源照射出来的光强分布，合理的调整光源与反射器的角度，使之与法规相符合，检验与完善前照灯的光学设计。

撰写毕业设计论文，同时总结出本设计中的改进和不足之处，展望未来该车型前照灯设计的趋势和值得努力的方向。

最后，给出毕业设计的心得体会。

关键词：

FAW-A1前照灯设计光学设计光源的选择对比反射器设计

Abstract

Ascarmodelingislargelydependsontheheadlamps,andheadlampslightingqualityisimportantfortrafficsafety,therefore,inthisarticletoautoworks-A1astheresearchbackground,designandmanufacturingofautomobileheadlampsFAW-A1carheadlampsareintroducedthemainmoduledesignandmanufacturing,mainlyinclude:

appearanceanalysisanddesign,structureanalysisanddesign,analysisandreflectionopticallensdesign,analysisandheadlampsheadlampsvibrationmoldflowanalysis.Atthesametime,inwhichA1headlamps,onthebasisoftheoveralldesign,focusontheopticaldesignofheadlamphascarriedontheresearchandstudy.Designedtosatisfythevehicleheadlampsintheopticsindustrystandards.Alsotomeettherequirementsatthesametime,strivetomakethedesigncostislow,goodquality,beautifulappearanceintobody.

Basedonthethesis,themainworkisasfollows:

First,understandthecontentsofthespecification,designtask;Readingalotofusefulinformationrelatedwithheadlightsheadlampsandliterature;TranslationEnglishliteraturerelatedtolight.

Second,throughthecommunicationandengineers,andrelatedinformationcollectinglearningautomobileheadlamps,cleartheirrespectivedesigntask,designtaskarrangementandschedulelisted,withthestructuredesignandvibrationanalysisofgroupdiscussion,drawarelativelyreasonableplandiagram.

Third,accordingtoregulatoryrequirements,seriouscontrastselection,screeningofhighcostperformanceoflamps,andaccordingtothelightsourcetodesignreasonableheadlampreflector,canbemadetomatchthestructuredesignoftheteammembers.

Fourth,throughthecompany'ssoftware,thedatasimulatethelampslightintensitydistribution,reasonableadjusttheAngleoflightsourceandreflector,andconsistentwithlawsandregulations,inspectionandimprovetheopticaldesignofheadlamp.Writinggraduationdesignpaper,atthesametime,summarizedtheimprovementanddeficiencyinthedesign,lookingforwardtothefutureofthecarheadlampdesigntrendsandworththeeffortdirection.Finally,theexperienceofgraduationdesignisgiven.

Keywords:

FAW-A1;Headlampsdesigned;Opticaldesign;Thechoiceoflightsource;Thedesignofthereflector

第1章绪论

1.1选题背景

1.1.1前照灯与行车安全

汽车是现代社会中不可或缺的交通和运输工具，它给我们的生活带来了便利，也带来了问题。

其中最突出的就是安全问题，尤其是夜间的安全。

全世界每年发生的汽车交通事故不计其数。

汽车的安全性，是汽车运行中一个极为重要的性能。

汽车灯具担负着照明和信号两种功能，是重要的安全部件。

汽车的照明质量直接影响着行车安全。

尽管夜间路上的行人比白天少，事故数据显示，不包括驾驶者在内的事故数目仍以夜间为多：

导致行人致命伤害的事故有60％发生在夜间。

世界汽车安全事故统计资料表明：

夜间发生交通事故的概率是白天的三倍，照明状况不良时的事故率又是照明状况良好时的三倍。

[1]可见汽车灯具对于汽车的安全至关重要。

汽车灯具按其作用可分为两大类：

照明装置（照明灯）和光信号装置（信号灯）。

照明灯的功能，是在黑暗环境中照亮汽车行驶前方路面。

信号灯则是向其它道路使用者表明本车的存在，以及本车将要转向某一方向或正在制动减速等等，以引起其它道路使用者对本车的特别关注。

在各种汽车灯具中，前照灯的重要性尤为突出。

前照灯是汽车在夜间或雨天、雾天行驶时，用来照明道路、辨认前方障碍物的汽车照明装置。

前照灯就好比汽车的双眼，是汽车最主要的外部照明灯具，它的主要功能是确保驾驶者对前方场景有良好的视认性，而同时又不能给迎面来车的驾驶者造成眩光。

因此对于前照灯的空间光强分布，业内有着十分精确的标准。

前照灯近光的光分布完全不对称，中间是一个高光强区，主要照亮汽车正前方的路面；光束在水平方向有所扩散，兼顾整个路面及路边的情况：

在前照灯灯光所产生的明区与暗区之间有一条清晰的截止线（分界线）。

正是由于前照灯的重要性和复杂性，前照灯的设计一直是汽车工业关注的重点之一。

1.1.2前照灯的发展历程

前照灯是要求最高、结构最复杂、设计和制造难度最大的车灯。

它的发展变化也代表了车灯的整体演变。

从早期乙炔气前照灯发展到当今的自由面反射镜气体放电前照灯，差不多经历了120年，其演变过程如下[2,3]:

1、煤油灯，最初的前照灯是简单安装在汽车前部的煤油灯。

由于煤油灯发光强度太低，不能满足照亮前方足够远路面的要求。

后来利用1779年克鲁平发明的带片式抛物面反光条（反射器的雏形），将煤油灯的光通量反射汇聚于一狭窄立体角内，成为具有高强度光束的聚光式前照灯。

2、乙炔灯，1905年，开始使用乙炔做车灯光源。

乙炔由装置在汽车脚踏板或车架上的轻便型乙炔发生器利用碳化钙和水反应而产生。

行车时车体的颠簸和晃动是这个化学反应的“催化剂”，因此汽车停止后，反应渐弱，照明也就渐弱消失。

乙炔作为早期车灯的稳定光源，一直使用到1925年前后。

3、电光源车灯，1913年发明了螺旋钨丝做发光体的充气（惰性气体）白炽灯泡，其发光功率达到了15~18lm/W。

当年的凯迪拉克（Cadillac）汽车的前照灯就使用了这种灯泡座光源，这标志着汽车电气时代的开始。

在这之后，乙炔前照灯就逐渐被电光源前照灯所取代。

4、对称光前照灯，具备有高轮廓亮度充气灯泡的前照灯，为解决在两车相遇时因前照灯的强光造成驾驶员炫目而导致发生交通事故和撞车的严重问题，出现了双光灯芯前照灯，但也没有完全解决汽车车灯的配光问题。

5、非对称近光前照灯，双光灯芯前照灯系统属于对称近光系统，近光光型的左右两侧完全相同，因而左、右两侧行驶皆适用。

为解决在会车过程中，前照灯既不产生炫目，又能保证对道路具有良好的照明，1932年美国发明了不对称前照灯，它是以基准轴为中心，将光束一分为二，靠近来车一侧的落地距离短（即光束压低，从而防炫），而另一侧光束的落地距离长（即光束抬高，从而增加视见）。

6、封闭式前照灯，1940年之后，美国研制的封闭式前照灯，将光源、反射器和配光镜做成封闭的一体。

7、卤钨前照灯，第一批装有卤钨灯泡的汽车前照灯是由法国“斯贝”公司在1964年生产的，其灯丝允许工作温度较普通白炽灯泡高，光效增加约50%，寿命也增加一倍。

卤素灯，就是在灯泡内渗入少量的的惰性气碘，从灯丝蒸发出来的钨原子与碘原子相遇反应，生成碘化钨化合物，当碘化钨化合物一接触白热化的灯丝（温度超过1450℃），又会分解还原为钨和碘，钨又重新归队回到灯丝中去，碘则重新进入气体中。

如此循环不已，灯丝几乎不会烧断，灯泡也不会发黑，所以它要比传统的白炽前照灯寿命更长，亮度更大。

8、自由曲面前照灯，在整个电光源的发展过程中，前照灯基本上采用抛物面反射器。

反射器将光源发出的光以近似平行于光轴的方向射出，经配光镜的重新分配，形成满足要求的光型，自由曲面前照灯的反射器曲面不再是规则的抛物面，从其上反射的光型即为满足要求的光型，不再需要配光镜进行配光。

9、投影型前照灯，投影型前照灯是德国海拉（Hella）公司于1984年推出的新一代前照灯。

由光源、反射器、挡板、凸透镜和配光镜组成。

这种车灯要求精确的装配，可获得准确而清晰的明暗截止线。

10、高强度气体放电HID前照灯，HID具有寿命较长、光照度强、色温高等优点，因其能提供更宽更亮的光型及更广的照射范围成为又一代前照灯光源。

11、LED汽车前照灯，LED光源因其耗能低、寿命长、抗震动、响应速度快、设计自由度大、环保节能等传统光源无法比拟的优点成为汽车前照灯的新一代绿色光源，不仅能够降低能量消耗，延长使用寿命，而且可以减少安全车距，减少交通事故。

LED灯能够使得汽车灯具的造型布置和风格设计具有空前的灵活性而适于车型的个性化，且LED的光输出功率密码已能够与HID灯具匹敌。

随着技术的发展、成本的下降、光效的提升，LED光源将成为未来车辆照明的发展趋势。

12、光纤前照灯，光纤前照灯是根据光的全反射原理，利用光学纤维来实现光的传导而开发出的最新一代汽车灯具。

它由光源、反射器、光纤和输出组件等部分组成。

综上所述，随着照明光源技术的进步，汽车前照灯工经历了四代光源的演变，分别是白炽灯、卤素灯、HID、LED光源。

1.1.3研究现状

A国内研究现状

国内目前几乎不具备独立设计前照灯的能力，进行汽车照明相关的单位也比较少，且主要是一些高校。

其中非比较突出的是负担大学光源与照明工程系及电光源研究所的一批老师和研究生，他们进行了较多的研究并取得了一定的成果，复旦大学的研究所涉及的内容包括AFS前照灯系统、计算机辅助前照灯设计、前照灯光型模拟及汽车光源的计算机建模等方面。

此外，清华大学、上海交通大学、上海理工大学、哈尔滨工业大学等高校也进行了一些相关的研究。

如北京理工大学的照明光学系统CAD的研究清华大学的汽车前照灯计算机辅助设计研究及上海理工大学的自由曲面汽车车灯的仿真设计和制造研究。

相比之下，国内的企业开展的研究却很少，仅上海小糸车灯有限公司、上海汽车照明工程研究中心、湖北汽车灯具厂等有限的几家单位有零星的论文发表。

内容涉及前照灯的光学设计及道路照明标准研究等方面，多侧中与实际应用，理论研究的比重较小。

江苏丹阳是全国较大的车灯生产基地，过去这里的车灯制造企业主要用国外的设计进行生产，没有自主研发的项目。

随着汽车照明技术和造型技术的发展，车灯特别是前车灯的地位日益突出，国内的这些汽车车灯生产企业也开始意识到研究车灯的重要性，正在逐渐开展研究项目。

不过就全国来看，对汽车照明研究虽然日益重视，相关的研究还仅仅是处于起步阶段，尚无成功的设计和经验可言。

尤其是企业进行研究的较少，这与国外主要由企业进行研究的现象形成了鲜明的对比。

B国外研究现状

国外的发展则比我们领先许多。

与国内不同，国外的研究大多由企业完成。

高校中以美国密歇根大学进行的研究最多，且其研究也多与企业合作。

在汽车照明方面研究成果较为突出的，有著名车灯制造商，如北美车灯、德国海拉和日本小糸；著名照明产品制造商，如Valco、Helios和Philips；以及著名汽车制造商，如BMG、Volkswagen、MercedesBenz等等。

特别是北美车灯、德国海拉和日本小糸这些专门设计和生产汽车照明产品的厂商，已经具备开发制造高质量前照灯的能力。

他们不仅设计制造了世界顶尖水平的车灯、积累了相当丰富的设计经验，还针对汽车照明的特殊性，开发了专门用于汽车照明系统设计的软件。

具体而言，美国密歇根大学的Sivak在前照灯光型分析、国际汽车照明标准及车灯质量评估方面做了许多研究；波兰华沙大学的Mazur在汽车照明仿真方面的研究亦较为突出。

各企业对汽车照明的研究内容更为广泛，主要的研究方面有：

前照灯标准的国际协调、HID光源技术及采用HID的前照灯的设计、自由曲面前照灯的设计、分光系统的设计及优化、AFS系统、车灯光色分析及前照灯内部热流分析等诸多内容。

其研究内容无论在深度还是广度上，都远远超过了国内的研究。

1.1.4前照灯设计常用软件

1、综合性光学软件TracePro

TracePro是一套普遍用于照明系统、光学分析、辐射度分析及光度分析的光线模拟软件。

它是第一套以ACISsolidmodelingkernel为基本的光学软件。

优点：

比起传统的原形方法，TracePro在建立显示系统的原型时，在时间上和成本上要降低30－50%。

TracePro作为下一代偏离光线分析软件，需要对光线进行有效和准确地分析。

为了达到这些目标，TracePro必须具备以下这些功能：

处理复杂几何的能力，以定义和跟踪数百万条光线；图形显示、可视化操作以及提供3D实体模型的数据库；导入和导出主流CAD软件和镜头设计软件的数据格式。

2、用于照明设计的软件KBE-Smartlite

KBE-Smartlite是集成于I-DEASCAD系统中的一套照明产品设计软件。

它将现有的所有关于照明系统进展的知识和惯例存放于一个