CN102330948B - Led汽车照明用反射器及组合式前照灯 - Google Patents

Led汽车照明用反射器及组合式前照灯 Download PDF

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CN102330948B CN201110255957.7A CN201110255957A CN102330948B CN 102330948 B CN102330948 B CN 102330948B CN 201110255957 A CN201110255957 A CN 201110255957A CN 102330948 B CN102330948 B CN 102330948B
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Abstract

本发明提供了LED汽车照明用反射器组合式前照灯,反射器的内表面是自由曲面;首先对光源立体角进行划分,然后根据汽车前照灯的照度分布特征,运用能量守恒定律,把照明区域进行网格划分,然后运用折反射定律通过数值计算即得到最后的LED汽车照明的反射器自由曲面。组合式前照灯包括防护镜、近光LED光源、远光LED光源、灯壳、散热器、所述近光反射器和远光反射器,近光LED光源和远光LED光源分别安装在散热器伸入灯壳内部分的上下侧,灯壳安装在远光反射器、近光反射器外面,并与反射器紧密相连,两反射器顶面由灯壳支撑,底面由散热器支撑并固定。本发明具有体积小、视野宽、光能利用率高、散热良好和远近光切换方便的优点。

Description

LED汽车照明用反射器及组合式前照灯
技术领域
本发明涉及LED车灯领域,具体涉及用于LED汽车照明的反射器及包含该反射器的组合式前照灯。
背景技术
传统的前照灯光源有白炽灯、卤素灯及高强度气体放电灯,白炽灯和卤素灯的体积大,光能利用率低,使用寿命短,HID虽然使用寿命较长,但体积、能耗较大,给前照灯的整体设计及供电系统设计带来很大的难度。因此,寻求一种新型体积小、耐用的光源来取代传统的光源对提高前照灯的性能以及保障行车安全有积极的作用。LED与传统光源相比它具有寿命长、体积小、响应速度快、高效节能、绿色环保等优点。目前已经在刹车灯、转向灯、倒车灯、尾灯以及仪表用灯等方面广泛应用。随着LED技术的不断成熟,单粒LED的光效和光通量的快速提高,使LED作为汽车前照灯光源已经成为可能。由于目前LED汽车前照灯系统存在系统的光效低,散热设计不完善及远近光切换不方便等问题,使LED应用于汽车前照灯面临诸多的困难。
在汽车前照灯的设计上,国家标准GB4599对汽车前照灯的配光图形做了规定,目的是防止汽车前照灯干扰对面驶来车辆而造成交通事故。对近光灯来说,要求在车灯前25m远的照明面上产生一水平线和水平线右侧向上15°的明暗截止线。近光照明面可分为四个区域:ZONEⅠ为具有较大扩散、均匀度良好的基底配光,满足整个路面范围内的最低照明需求;ZONEⅡ、Ⅲ、Ⅳ为具有光能量较为集中、射程较远的中心配光,满足本车道和右边路面(以车辆右行标准为例)较远处的照明需求。在Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ区内,应无影响良好可见度的横向照度变化。对远光灯来说,则要求在车灯前25m远的照明面上的规定区域照度达标。
LED前照灯的设计方法主要分投射式和反射式两种。投射式LED前照灯模块通常由半球椭球反射器加上挡板、配光镜构成,由于挡板的阻挡,以及配光镜的折射、反射等损耗,整个光学系统的能量利用率会大大下降。反射式LED前照灯按反射腔的形状主要分为抛物面型和自由曲面型。抛物面型反射器灯光组由配光镜、反射腔和光源组成。其近光灯的光源附近有一个遮光罩,用来在配光屏幕上形成明暗截止线和15°斜线,因这种灯光组中存在遮光罩和配光镜,所以光能损失也比较大。自由曲面型车灯则不需要挡板和配光镜,用单一的反射器就能完成所有的配光任务。它的光能利用率主要取决于反射器的反射率和收光率,一般情况下反射器的口径越大,能量利用率就越大。
发明内容
针对LED前照灯设计面临的主要问题,本发明提供了LED汽车照明用反射器及组合式前照灯,该汽车前照灯体积小,视野宽,光能利用率高,散热良好,远近光切换方便。本发明采用如下技术方案:
一种用于LED汽车照明的反射器,所述反射器内表面平滑,反光性能良好。反射器的内表面是自由曲面,构成光学反射面。
自由曲面反射器的形状由如下方法确定:
针对近光灯设计,以LED光源为坐标原点建立坐标系,而对于远光灯设计,LED光源与坐标原点的距离D,这样远、近光灯LED光源呈平行放置;以LED底面所在平面为XOZ平面,过原点并与平面垂直XOZ的轴为y轴。首先对光源立体角进行划分,然后根据汽车前照灯(近光灯、远光灯)在照明面上照度分布特征,运用能量守恒定律,把照明面上的照明区域进行网格划分,然后运用折反射定律通过数值计算即得到最后的自由曲面反射器。
所述自由曲面的计算步骤如下:
1.确定初始条件并对光源立体角均匀划分。
首先目标照明面与LED的距离为d,对于近光灯,目标照明区域左半部分是长为a,宽为b的矩形区域,右半部分是高为a,上底为b下底为c的梯形区域;对于远光灯,目标照明区域是长为2a,宽为b的矩形区域,LED光源的总光通量为Q,目标区域的平均照度为Ev(Ev为总光通量除以目标区域面积),LED中心光强为I0=Q/π。坐标系中θ为光线与Y轴组成的平面与YOZ平面的夹角,为出射光线与Y轴负方向的夹角。对光源的立体角进行离散化,在θ方向按角度ρ等分成m份,对于每一个θ,都将方向按角度ρ等分成n份,这样就得到了θ(m)和的数组。m,n取值的大小决定了计算的精确度,理论上而言,m,n的取值越大最后的结果越精确。
以每一份θ角内的每一份角内光源的能量为研究对象,每一小份立体角内的光通量为:
2.利用能量守恒定律将目标照明区域进行网格划分
(1)近光目标照明区域网格划分
对应于光源立体角的划分,照明面的直角坐标也相应的在x方向上分成m份,对于每一个x,都将y方向分成n份,在照明面直角坐标系中得到与光源立体角中θ(m)和数组一一对应的x(m)和y(m,n)数组。
在目标照明区域左半部分上,每一份θ角所对应的是一个长为y(m,n+1)-y(m,n),宽为x(m+1)-x(m)的矩形区域,该矩形区域的总能量为:
Etotal=[x(m+1)-x(m)]·[y(m,n+1)-y(m,n)]·Ec
式中,Ec表示照度值。由于国标GB4599近光灯的照明面上照度分布图中ZONEⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域的照度值各不相同,故预设照度E,照度控制因子γ,对于不同区域有
Ec=E·γ(i) i=1,2,3,4
其中0≤γ(i)≤1,i的取值与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域一一对应,且γ(i)值各不相同,需在计算中多次调整以达到最优结果。
在目标照明区域右半部分上,在划分时存在矩形区域和一部分三角形区域,矩形区域的划分与左半部分相同,对于三角形区域,其高为y(m,n+1)-y(m,n),底边为x(m+1)-x(m),该区域的总能量为:
Etotal = 1 2 [ x ( m + 1 ) - x ( m ) ] · [ y ( m , n + 1 ) - y ( m , n ) ] · E c
(2)远光目标照明区域网格划分
本发明中远光目标照明区域为一个矩形区域,它是由近光反射器和远光反射器共同作用而形成。远光反射器作用的主要是在水平线上方形成一个矩形区域,其照明区域网格划分与近光目标照明区域左半部分的划分相同,不同之处在于照度分布,远光照明区域中规定区域照度值大小是由中间向两边递减,这里控制因子γ为一个递减的序列:
γ ( m ) = t · m - j m · E
式中0≤t≤5,j=1,2,…,m,且t值需在计算中多次调整以达到最优结果。
网格区域与光源立体角间由能量守恒定律:
Energy=Etotal
从而可以得到对应的x(m)和y(m,n)数组。
3.由折反射定律求出所述曲面上点的法向量,利用这个法向量求得切平面,通过求切平面与入射光线的交点得到曲线上点的坐标,折反射定律的矢量形式可表示为:
1 + μ 2 - 2 · μ · ( Out → · In → ) · N → = Out → - μ · In →
其中μ为折射率,为入射光线单位向量,为出射光线单位向量,为单位法向量。
在计算中,首先需要确定一个自由曲面反射器边界曲线的初始点(0,S,0),为了便于安装,远近光自由曲面边界曲线的初始点设为同一点,该初始点的位置决定整个反射器的尺寸。由这个初始点算出一条边界曲线,再由边界曲线的上的每一个点为初始点算出整个自由曲面。计算方法:由1中所确定的θ和可以求出入射光线的单位向量,通过初始点的坐标和与其对应的反射光线的单位向量,可以得到初始点的法向向量,从而确定该点的切平面,该切平面与第二点的入射光线相交从而确定第二点。由前一点的切平面与下一点的法向量所在的直线相交可得出下一点,通过计算机迭代可得出所有点的坐标。由此确定了近光、远光反射器自由曲面的坐标。
4.利用机械仿真软件将得到的点拟合为曲面
得到的离散点的坐标依次导入到机械建模软件,进行放样拟合,可以得到最终的近光、远光反射器曲面模型。
由于远、近光反射器自由曲面设计时初始点相同,并且二者的光源间距为D,使远、近光反射器在进行组合式前照灯设计时,二者LED光源呈非对称的安装形式。具体设计中,在进行自由曲面拟合时将初始点除去,使自由曲面靠近底部出现一个圆孔,近光LED光源安装在圆孔正前方并与其相距S处,而远光LED光源安装在圆孔正前方并与其相距(S-D)处。
本发明另外还提供如下技术方案:
一种组合式LED汽车前照灯,包括防护镜,近光LED光源,远光LED光源,灯壳,散热器,上述近光反射器,上远光反射器,灯壳前端装有防护镜,防护镜只起保护反射器及光源的作用,不影响配光效果,灯壳内装有近光LED光源和远光LED光源,远、近光光源共用散热器,并分别非对称的安装在散热器伸入灯壳内部分的上下侧,散热器与灯壳连接,起散热和支撑近光反射器和远光反射器的作用,灯壳安装在远、近光反射器外面,并与反射器紧密相连,起支撑和保护反射器的作用,反射器由自由曲面构成,两反射器顶面由灯壳支撑,底面由散热器支撑并固定,LED光源与反射器组成组合式前照灯。
采用上述技术方案后,由于LED光源发光效率高及采用自由曲面反射器,光线浪费少,故比传统前照灯能量利用率高,同时,LED光源光型,发光方向都可以控制。当需要近光时,点亮上面的一个LED光源,光线经过反射器和防护镜后出射,可以得到满足国家标准GB4599的近光光型和照度值。当需要远光时,同时点亮上下两个LED光源,光线经过反射器和防护镜后出射,可以得到满足国家标准GB4599的远光光型和照度值,这样远光、近光切换非常方便。当LED光源点亮时,产生的热量通过散热器伸入灯壳内的部分把热量传递出来最终散发,由于灯壳与散热器相连,一部分得热量也可以通过灯壳散发,另外,LED光源采用非对称安装,可以避免同时点亮时温度累积过高的问题,提升了散热的效率。
本发明的有益效果及优点:LED光源发出的光能量全部由自由曲面反射器反射,不需要专门的配光镜配光,避免了配光镜对光能的损耗,提高了光能利用率;采用自由曲面反射器,可以有效增大视野角,减小系统体积,同时又能达到GB4599的配光要求。利用灯壳及采用LED非对称放置的方法,提高了整个灯具的散热效率。由于LED光源采用芯片集成封装技术,占用体积较小,且对LED光源进行配光的远、近光自由曲面反射器分上下安装,所需工作空间比传统前照灯大为减小,为车灯系统内部设计预留了更多空间,使整个车灯的外观造型设计更灵活自由,符合现代车灯设计的美观化和流线型的要求。
附图说明
图l为实施方式中LED光源球坐标图。
图2为实施方式中目标区域划分网格图。
图3为实施方式中近光反射器的侧视图。
图4为实施方式中近光反射器的正视图。
图5为实施方式中远光反射器的侧视图。
图6为实施方式中远光反射器的正视图。
图7为实施方式中组合式LED汽车前照灯的侧视图。
图8为实施方式中组合式LED汽车前照灯的俯视图。
图9为实施方式中组合式LED汽车前照灯的正视图。
图10为实施方式中组合式LED汽车前照灯的三维立体图。
图11为实施方式中组合式LED汽车前照灯的侧视示意图。
其体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施作进一步描述,但以下仅为实施例,本发明的实施和保护范围不限于此。
1.确定初始条件并对光源立体角及目标照明区域划分网格,如图1、图2所示。
首先目标照明面与LED的距离为25m,对于近光灯,近光目标照明区域左半部分是长为4m,宽为2m的矩形区域,右半部分是高为4m,上底为2m下底为3.0718m的梯形区域,对于远光灯,目标照明区域是长为8m,宽为4m的矩形区域,LED光源的总光通量为270lm,则目标区域的平均照度为15.8156lx,LED中心光强为85.94370cd,远、近光灯光源间距为2cm。坐标系中θ为出射光线101与Y轴102和Z轴103组成的平面YOZ的夹角,取值范围为为出射光线101与Y轴102负方向的夹角,取值范围为0~π。对光源的立体角进行离散化,在θ方向按角度1°等分成150份,对于每一个θ,都将方向按角度1°等分成180份,这样就得到了θ(m)和的数组,如图1所示。m,n取值的大小决定了计算的精确度,理论上而言,m,n的取值越大最后的结果越精确。
以每一份θ角内的每一份角内光源的能量为研究对象,每一小份立体角内的光通量为:
2.利用能量守恒定律将目标照明区域进行网格划分
(1)近光目标照明区域网格划分
如图2所示,对应于光源立体角的划分,照明面的直角坐标也相应的在x方向上分成180份,对于每一个x,都将y方向分成150份,在照明面直角坐标系中得到与光源立体角中θ(m)和数组一一对应的x(m)和y(m,n)数组。
在照明面照射区域左半部分上,每一份θ角所对应的是一个长为y(m,n+1)-y(m,n),宽为x(m+1)-x(m)的矩形区域,该矩形区域的总能量为:
Etotal=[x(m+1)-x(m)]·[y(m,n+1)-y(m,n)]·Ec
式中,Ec表示照度值。由于国标GB4599近光灯的照明面上照度分布图中ZONEⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域的照度值各不相同,故预设照度15.8156lx,照度控制因子γ,对于不同区域有
Ec=E·γ(i) i=1,2,3,4
0≤γ(i)≤1,且i的取值与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域一一对应。
在照明面右半部分上,在划分时存在矩形区域和一部分三角形区域,矩形区域的划分与左半部分相同,对于三角形区域,其高为y(m,n+1)-y(m,n),宽为x(m+1)-x(m),该区域的总能量为:
Etotal = 1 2 [ x ( m + 1 ) - x ( m ) ] · [ y ( m , n + 1 ) - y ( m , n ) ] · E c
(2)远光目标照明区域网格划分
本发明中远光目标照明区域为一个矩形区域,它是由近光反射器和远光反射器共同作用而形成。远光反射器作用的主要是在水平线上方形成一个矩形区域,其照明区域网格划分与近光目标照明区域左半部分的划分相同,不同之处在于照度分布,远光照明区域中规定区域照度值大小是由中间向两边递减,这里控制因子γ为一个递减的序列:
γ ( m ) = t · m - j m · E
式中0≤t≤5,j=1,2,…,m,且t值需在计算中多次调整以达到最优结果。
网格区域与光源立体角间由能量守恒定律:
Energy=Etotal
对近光左半部分的矩形区域,由能量守恒,计算出目标照明区域的坐标轴上横坐标数组:
对应与每一个x(m),计算出目标照明区域y(m,n)数组:
将以上两步建立等式,通过计算机建立二重循环计算可以求出对应的x(m)和y(m,n)数组。
同理,运用上述方法对近光右半部分的三角区域、远光的目标照明区域进行网格划分并求出对应的坐标数组。
3.由折反射定律求出所述曲面上点的法向量,利用这个法向量求得切平面,通过求切平面与入射光线的交点得到曲线上下一点的坐标,折反射定律的矢量形式可表示为:
1 + μ 2 - 2 · μ · ( Out → · In → ) · N → = Out → - μ · In →
其中μ为折射率,这里μ的值取为1,为入射光线单位向量,为出射光线单位向量,为单位法向量。
在计算中,首先需要确定一个自由曲面反射器边界曲线的初始点,为了便于安装,远近光自由曲面边界曲线的初始点设为同一点,(0,0.04,0),该初始点的位置决定整个反射器的尺寸。由这个初始点算出一条边界曲线,再由边界曲线的上的每一个点为初始点算出整个自由曲面。计算方法:由1中所确定的θ和可以求出入射光线的单位向量,通过初始点的坐标和与其对应的反射光线的单位向量,可以得到初始点的法向向量,从而确定该点的切平面,该切平面与第二点的入射光线相交从而确定第二点。由前一点的切平面与下一点的法向量所在的直线相交可得出下一点,通过计算机迭代可得出所有点的坐标。由此确定了近光、远光自由曲面反射器的坐标。
例:针对近光灯,LED汽车前照灯反射器距离目标平面的距离为25m,设自由曲面反射器边界线上初始点为(0,-0.04,0),即LED距离反射器边线的距离为0.04m。对光源的立体角进行离散化,把θ等分成150份,对于每一个θ,都将等分成180份,得到θ(m)和的数组,对应与光源立体角的划分将目标平面划分为x(m)和y(m,n)数组。初始角θ(1)为0°,的取值从这里假定边界曲线对应的是目标平面的中心线,x为0,y的取值从y(1,1)到y(1,180)。对于起始点,通过折反射定律由可以求出起始点的法向量法向量和起始点坐标可以求出切线为z+0.015=0此为1式;角度为的直线方程为:此为2式;由1,2式所得的两直线相交,通过步骤3求出x(2),z(2)。以此类推:第k点所对应的直线方程为所对应的切线方程为
Nx[k-1](x-x(k-1))+Nz[k-1](z-z(k-1))=0。
通过两直线相交可以求出第k点坐标,当k=180时,即得到边界线上所有数据点的坐标数组。
分别以边界线上的每一个点作为起始点,对于每一个起始点,其法向量已知,故切平面可以通过Nx(x-x0)+Ny(y-y0)+Nz(z-z0)=0确定,通过下一点的直线方程(θ,一一对应起来)
由上述两方程即可确定下一点的坐标。以此建立二重循环,可以得到整个自由曲面的坐标阵列。
4.利用机械仿真软件将得到的点拟合为曲面
得到的离散自由曲面的坐标阵列依次导入到机械建模软件,进行放样拟合,可以得到最终的近光、远光反射器曲面模型。
由于远、近光反射器自由曲面设计时初始点相同,并且二者的光源间距为0.02m,使远、近光反射器在进行组合式前照灯设计时,二者LED光源呈非对称的安装形式。具体设计中,在进行自由曲面拟合时将初始点除去,使自由曲面靠近底部出现一个圆孔,近光LED光源安装在圆孔正前方并与其相距0.04m处,而远光LED光源安装在圆孔正前方并与其相距0.02m处。
如图7所示,本发明另外还提供如下技术方案:
一种组合式LED汽车前照灯,包括防护镜307,近光LED光源301,远光LED光源302,灯壳305,散热器306,所述近光反射器303,远光反射器304,灯壳305前端装有防护镜307,防护镜307只起保护反射器及光源的作用,不影响配光效果,灯壳307内装有近光LED光源301和远光LED光源302,远、近光光源共用散热器306,并分别非对称的安装在散热器306伸入灯壳305内部分的上下侧,散热器306与灯壳305连接,起散热和支撑近光反射器303和远光反射器304的作用,灯壳305安装在远、近光反射器外面,并与反射器紧密相连,起支撑和保护反射器的作用,反射器由自由曲面构成,两反射器顶面由灯壳305支撑,底面由散热器306支撑并固定,LED光源与反射器组成反射光学系统。
图l为实施方式中LED光源球坐标图,按照球坐标图示将LED光源立体角均匀划分。图2为实施方式中近光目标区域网格划分图,其中201,203分别为矩形区域,202为三角形区域;远光目标区域为201,203这两个矩形区域,且其在水平线上方,二种共同构成一个大的矩形区域。
图3为通过上述方案得到的近光反射器侧视图,图4为其正视图,图5为远光反射器侧视图,图6为远光反射器正视图。
图7为通过上述方案得到的组合式LED汽车前照灯侧视图。
图8为通过上述方案得到的组合式LED汽车前照灯俯视图,图9为正视图,图10为侧视立体图,图11为通过上述方案得到的组合式LED汽车前照灯二维示意图,图11包含有:防护镜1,近光LED光源7,远光LED光源4,灯壳3,散热器5,近光反射器2,远光反射器6,LED光源7,4分别非对称放置在散热器5伸入灯壳3内部分的上下侧。
LED按照如上所述的方式安装在组合式前照灯内部后的光照效果是,目标平面上的近光光型分布,光型和照度值满足国家标准GB4599-2007的要求;目标平面上的远光光型分布,光型和照度值满足国家标准GB4599-2007的要求。
采用上述技术方案后,由于LED光源发光效率高及采用自由曲面反射器,光线浪费少,故比传统前照灯能量利用率高,同时,LED光源光型,发光方向都可以控制。当需要近光时,点亮上面的一个LED光源,光线经过反射器和防护镜后出射,可以得到满足国家标准GB4599的近光光型和照度值。当需要远光时,同时点亮上下两个LED光源,光线经过反射器和防护镜后出射,可以得到满足国家标准GB4599的远光光型和照度值,这样远光、近光切换非常方便。当LED光源点亮时,产生的热量通过散热器伸入灯壳内的部分把热量传递出来最终散发,由于灯壳与散热器相连,一部分得热量也可以通过灯壳散发,另外,LED光源采用非对称安装,可以避免同时点亮时温度累积过高的问题,提升了散热的效率。

Claims (2)

1.LED汽车照明用反射器,所述反射器内表面平滑,反射器的内表面是自由曲面,构成光学反射面;其特征在于反射器自由曲面的形状由如下方法确定:
针对近光灯,以LED光源为坐标原点建立坐标系,而对于远光灯,LED光源与坐标原点的距离D,远、近光灯LED光源呈平行放置;以LED底面所在平面为XOZ平面,过原点并与平面垂直XOZ的轴为y轴;首先对光源立体角进行划分,然后根据汽车前照灯在照明面上照度分布特征,运用能量守恒定律,把照明面上的照明区域进行网格划分,然后运用折反射定律通过数值计算即得到最后的LED汽车照明的反射器自由曲面;
所述自由曲面的确定如下:
(1)确定初始条件并对光源立体角均匀划分
首先目标照明面与LED的距离为d,对于近光灯,目标照明区域左半部分是长为a,宽为b的矩形区域,右半部分是高为a,上底为b下底为c的梯形区域;对于远光灯,目标照明区域是长为2a,宽为b的矩形区域,LED光源的总光通量为Q,目标区域的平均照度为Ev,Ev为总光通量除以目标区域面积,LED中心光强为I0=Q/π;坐标系中θ为光线与Y轴组成的平面与YOZ平面的夹角,为出射光线与Y轴负方向的夹角;对光源的立体角进行离散化,在θ方向按角度ρ等分成m份,对于每一个θ,都将方向按角度ρ等分成n份,这样就得到了θ(m)和的数组,m,n取值的大小根据精度要求确定;
以每一份θ角内的每一份角内光源的能量为研究对象,每一小份立体角内的光通量为:
(2)利用能量守恒定律将目标照明区域进行网格划分
(2.1)近光目标照明区域网格划分
对应于光源立体角的划分,照明面的直角坐标也相应的在x方向上分成m份,对于每一个x,都将y方向分成n份,在照明面直角坐标系中得到与光源立体角中θ(m)和数组一一对应的x(m)和y(m,n)数组;
在目标照明区域左半部分上,每一份θ角所对应的是一个长为y(m,n+1)-y(m,n),宽为x(m+1)-x(m)的矩形区域,该矩形区域的总能量为:
Etotal=[x(m+1)-x(m)]·[y(m,n+1)-y(m,n)]·Ec
式中,Ec表示照度值;由于国标GB4599近光灯的照明面上照度分布图中ZONEⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域的照度值各不相同,故预设照度E,照度控制因子γ,对于不同区域有
Ec=E·γ(i)i=1,2,3,4,
其中0≤γ(i)≤1,i的取值与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域一一对应,且γ(i)值各不相同;
在目标照明区域右半部分上,在划分时存在矩形区域和一部分三角形区域,矩形区域的划分与左半部分相同,对于三角形区域,其高为y(m,n+1)-y(m,n),底边为x(m+1)-x(m),该区域的总能量为:
; Etotal = 1 2 [ x ( m + 1 ) - x ( m ) ] · [ y ( m , n + 1 ) - y ( m , n ) ] · E c
(2.2)远光目标照明区域网格划分
本远光目标照明区域为一个矩形区域,它是由近光反射器和远光反射器共同作用而形成;远光反射器作用的主要是在水平线上方形成一个矩形区域,其照明区域网格划分与近光目标照明区域左半部分的划分相同,不同之处在于照度分布,远光照明区域中规定区域照度值大小是由中间向两边递减,这里控制因子γ为一个递减的序列:
γ ( m ) = t · m - j m · E
式中0≤t≤5,j=1,2,…,m,网格区域与光源立体角间由能量守恒定律:
Energy=Etotal
从而可以得到对应的x(m)和y(m,n)数组;
(3)由折反射定律求出所述曲面上点的法向量,利用这个法向量求得切平面,通过求切平面与入射光线的交点得到曲线上点的坐标,折反射定律的矢量形式可表示为:
1 + μ 2 - 2 · μ · ( Out → · In → ) · N → = Out → - μ · In →
其中μ为折射率,为入射光线单位向量,为出射光线单位向量,为单位法向量;
在计算中,首先需要确定一个自由曲面反射器边界曲线的初始点(0,S,0),为了便于安装,远近光自由曲面边界曲线的初始点设为同一点,该初始点的位置决定整个反射器的尺寸;由这个初始点算出一条边界曲线,再由边界曲线的上的每一个点为初始点算出整个自由曲面;计算方法:由(1)中所确定的θ和可以求出入射光线的单位向量,通过初始点的坐标和与其对应的反射光线的单位向量,得到初始点的法向向量,从而确定该点的切平面,该切平面与第二点的入射光线相交从而确定第二点,由前一点的切平面与下一点的法向量所在的直线相交可得出下一点,通过计算机迭代可得出所有点的坐标;由此确定了近光、远光反射器自由曲面的坐标;
(4)利用机械仿真软件将得到的点拟合为曲面
得到的离散点的坐标依次导入到机械建模软件,进行放样拟合,可以得到最终的近光、远光反射器曲面形状;在进行自由曲面拟合时将初始点除去,使自由曲面靠近底部出现一个圆孔,近光LED光源安装在圆孔正前方并与其相距S处,而远光LED光源安装在圆孔正前方并与其相距(S-D)处;远、近光灯LED光源呈平行放置。
2.包含权利要求1所述反射器的组合式前照灯,其特征在于包括防护镜、近光LED光源、远光LED光源、灯壳、散热器、所述近光反射器和远光反射器,灯壳前端装有防护镜,灯壳内装有近光LED光源和远光LED光源,远、近光光源共用散热器,近光LED光源和远光LED光源分别安装在散热器伸入灯壳内部分的上下侧,散热器与灯壳连接,灯壳安装在所述远光反射器、近光反射器外面,并与反射器紧密相连,所述近光反射器和远光反射器由灯壳支撑,底面由散热器支撑并固定,LED光源与近光反射器和远光反射器组成组合式前照灯。
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