CN113642152B - 一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统及分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车零部件设计验证技术领域，具体地指一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统及分析方法。模型构建模块，用于构建待测前照灯的数据模型；光分析模块，用于进行太阳光照射模拟分析获得待测前照灯的聚焦点位置和聚焦辐照情况；热分析模块，用于进行热分析获得太阳光烧蚀模拟结果；验证模块，用于实物进行试验获得太阳光烧蚀实测结果；对比调整模块，用于根据太阳光烧蚀模拟结果和太阳光烧蚀实测结果的比对结果对光分析模块和热分析模块进行调整；分析模块，用于根据调整后的模块对待测前照灯进行分析获得分析结果。本发明解决了传统虚拟分析方法不能准确获得前照灯太阳光聚焦状态的问题，提高了分析的精度，降低了操作难度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件设计验证技术领域，具体地指一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统及分析方法。
背景技术
汽车前照灯在设计制造过程中，需要进行失效模式的验证，其中太阳光聚焦引起的烧蚀是一个重点验证指标，主要实验在太阳光照情况下，前照灯的灯罩会对太阳光进行聚焦，是否会对前照灯的部件产生烧蚀。目前的验证方法都是直接将灯具放置在室外，依靠太阳光照射，手动调整角度寻找聚焦点，需要不断地调整位置，验证效率低，且受天气影响，只能在晴天进行。
有专利提出了一种装置用于太阳光聚焦分析，专利号为“CN201610264609.9”的名为“一种车灯透镜太阳光聚焦分析装置及其使用方法”的中国发明专利，该专利公开了一种分析装置和使用方法，利用水平旋转台和倾角调节机构带动试件与车灯透镜实现360°全方位旋转，能够在一天中任意有阳光的时间获得期望的透镜与太阳光的相对角度，聚焦观测分析过程不受实际太阳高度的影响。该方案虽然解决了天气的问题，但是需要不断的对大灯透镜进行角度调节，即法规要求最小调整量左右2.5°，上调3°，下调4°，在不同的角度组合下，每次都要调整分析装置，重新寻找聚焦点，过程非常的繁琐、效率低下，由于需要调整透镜相对整灯的角度，还需要调整整灯在待测设备上的角度，这样存在测试遗漏的可能性，无法根本上解决聚焦的问题。
另外，上述调节方法是需要有实物的，只能在灯具透镜模具开发完成实物出来以后，进行聚焦的实测分析，但这时，往往模具开发已经完成，如果这个时候才发现聚焦问题，需要修模甚至模具报废，带来大量的损失。为解决这一问题，有专利号为“CN201810424030.3”的名为“一种车灯透镜太阳光聚焦模拟分析方法”的中国发明专利，该专利公开了一种通过模拟分析太阳光聚焦的方法，该方法通过设计带有透镜的灯具3D数据模型，保留所有影响热学和光学的几何数据特征，同时定义灯具的所有部件的表面处理区域，针对灯具的所有部件进行单独网格尺寸设置后划分网格，并对影响热学和光学的局部区域进行网格的细化，将得到的网格数据导入流体仿真软件，并设置模拟参数及控制方程，进行求解后得到仿真结果，根据仿真结果判断该灯具的透镜周边部件是否有因太阳光聚焦而烧蚀的风险。该方法虽然通过虚拟模拟分析的方法能够解决在没有实物的情况下得到烧蚀结果，但是这种分析方法获得的结果是否准确，无从判断，可能按照该模拟分析方法得到的结果是烧蚀结果是合适的，但是按照该模型制作的灯具实测发现是不合适的。另外，该方案通过软件处理数据，得到网格数据代入流体仿真软件中，分析识别潜在的风险，但流体仿真软件目前在温度仿真值方面精度较差，无法准确仿真出聚焦点的温度，严重影响设计师对风险的判断。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统及分析方法。
本发明的技术方案为：一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统，包括，模型构建模块，用于根据待测前照灯的设计数据构建待测前照灯的数据模型；
光分析模块，用于对待测前照灯的数据模型进行太阳光照射模拟分析获得待测前照灯的聚焦点位置和聚焦辐照情况；
热分析模块，用于根据聚焦点位置和聚焦辐照情况对待测前照灯的数据模型进行热分析获得太阳光烧蚀模拟结果；
验证模块，用于根据聚焦辐照情况对按照设计数据获取的实物进行试验获得太阳光烧蚀实测结果；
对比调整模块，用于根据太阳光烧蚀模拟结果和太阳光烧蚀实测结果的比对结果对光分析模块和热分析模块进行调整；
分析模块，用于根据调整后的模块对待测前照灯进行分析获得分析结果。
进一步的所述光分析模块包括，
聚焦点位置获取模块，用于通过设置数据模型的光源、接收屏、光学仿真参数、待测前照灯各部件材料属性模拟出待测前照灯的聚焦点位置；
聚焦辐照情况获取模块，通过模拟获得待测前照灯的太阳光入射角的水平角、仰角以及聚焦点位置的辐照度。
进一步的所述热分析模块包括，
材料属性赋予模块，用于对数据模型中的衬框、面罩、透镜、挡板进行材料属性赋予；
接收屏设置模块，用于将数据模型中的衬框或挡板设置为接收屏；
仿真计算模块，用于构建蒙特克罗仿真模型并带入聚焦点位置和聚焦点辐照情况进行仿真计算获得聚焦点区域的模拟温度。
进一步的所述验证模块包括，
角度调整模块，用于固定实物模型并调整实物模型的角度；
数据传输模块，用于向角度调整模块传输控制指令调整角度调整模块角度使实物模型的光照角度与聚焦辐照情况保持一致。
进一步的所述模型构建模块用于根据待测前照灯的面罩、透镜、衬框、挡板的设计参数构建待测前照灯的数据模型。
一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统的分析方法，根据待测前照灯的设计数据构建待测前照灯的数据模型，对构建的数据模型进行光学分析，得到待测前照灯的聚焦点位置和聚焦辐照情况，基于获得的聚焦点位置和聚焦辐照情况对数据模型进行热学分析，获得待测前照灯聚焦点位置的太阳光烧蚀模拟结果；
基于待测前照灯的设计数据构建待测前照灯的实物模型，按照虚拟模拟分析获得聚焦点位置和聚焦辐照情况对实物模型进行实测，获得实物模型的太阳光烧蚀实测结果；
对比太阳光烧蚀模拟结果和太阳光烧蚀实测结果，若比对结果不符合设定要求对光学分析和热学分析进行优化，直至符合设定要求；
按照优化后的光学分析、热学分析对数据模型进行分析，根据分析结果对数据模型进行调整。
进一步的对构建的数据模型进行光学分析，得到待测前照灯的聚焦点位置和聚焦辐照情况的方法包括：将数据模型导入到光学分析软件中，在软件中设置光源、接收屏位置、光学仿真参数、材料属性，完成后对数据模型进行光学模拟，获得待测前照灯的聚焦点位置、太阳光入射角的水平角和仰角、聚焦点辐照度。
进一步的进行热学分析，获得待测前照灯聚焦点位置的太阳光烧蚀模拟结果的方法包括：将光学分析获得的聚焦点位置和聚焦辐照情况数据导入到热学分析软件中，调整计算域，付待测前照灯的衬框、面罩、透镜、挡板进行材料属性赋予，将衬框或挡板设置为接收屏，构建蒙特克罗仿真模型进行计算，得到聚焦点区域的模拟温度。
进一步的按照虚拟模拟分析获得聚焦点位置和聚焦辐照情况对实物模型进行实测，获得实物模型的太阳光烧蚀实测结果的方法包括：按照光学分析时获得的聚焦辐照情况布置实物模型，确保实物模型的试验条件与聚焦辐照情况一致，实测获得实物模型的聚焦点区域的实测温度。
进一步的若比对结果不符合设定要求对光学分析和热学分析进行优化的方法包括：对光学分析时涉及到的光源、接收屏、仿真参数、材料属性的数据进行调整，对热学分析时涉及到的材料属性和接收屏的数据进行调整。
本发明将虚拟模拟分析与实物实测分析进行结合，通过虚拟模拟分析获得待测前照灯的聚焦辐照情况，基于获得的聚焦辐照情况进行实物实测分析反过来验证虚拟模拟分析是否合理，最后可以得到准确且合理的虚拟模拟分析方法，解决了现有技术的虚拟分析方法不准确存在较大误差需要大量依靠经验进行设定的问题；
本发明通过虚拟模拟分析获得待测前照灯的聚焦辐照情况，实物实测分析时，基于获得的聚焦辐照情况进行试验，能够大幅度降低实物实测试验时的角度调整次数，节省了大量的实物试验的时间，提高了试验效率；
本发明通过对虚拟模拟分析进行验证后，能够得到准确的虚拟模拟分析方法，基于该虚拟模拟分析方法再次对待测前照灯进行模拟分析，就可以获得待测前照灯的太阳光聚焦状态，根据分析的太阳光聚焦状态对待测前照灯进行相应的调整，以此对前照灯的设计进行指导；
本发明能够在前照灯设计初始阶段就可以对前照灯的太阳光聚焦状态进行分析，实物实测分析过程中的实物模型为按照前照灯的设计结构制作的简单模型，无需开模生产，避免了前期设计缺陷无法发现，后期开模生产后出现严重故障导致的制造问题，降低了设计生产的成本，具有极大的推广价值。
附图说明
图1：本实施例的试验装置的立体示意图；
图2：本实施例的试验装置的主视图；
其中：1—底座；2—立柱；3—支座；4—基盘。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本实施例介绍了一种汽车前照灯太阳光聚焦状态的模拟分析系统和分析方法，本实施例首先对待测前照灯进行虚拟模拟分析，然后按照待测前照灯的设计参数制备出实物模型，对实物模型进行实测试验，对比虚拟模拟分析的结果和实测试验的结果，反过来对虚拟模拟分析进行调整，直至虚拟模拟分析的结果与实测试验的结果符合设定要求，这个时候就可以得到准确的虚拟模拟分析方法，按照这个虚拟模拟分析方法对待测前照灯进行分析，根据分析结果对待测前照灯进行优化，就可以设计出能够避免太阳光聚焦烧蚀的前照灯。
本实施例的分析系统包括以下模块：模型构建模块，用于根据待测前照灯的设计数据构建待测前照灯的数据模型，本实施例的模型构建模块是基于待测前照灯的面罩、透镜、衬框、挡板的设计数据在CATIA或UG软件中构建待测前照灯的数据模型，也可以使用其他软件构建数据模型；
光分析模块，用于对待测前照灯的数据模型进行太阳光照射模拟分析获得待测前照灯的聚焦点位置和聚焦辐照情况，将数据模型导入到Speos软件中，通过Speos软件对数据模型进行光学分析，在Speos软件中对光源、接收屏(即太阳光聚焦的位置)、光学仿真参数、材料属性进行设置，通过Speos软件进行光学跟踪，模拟出待测前照灯上聚焦点的位置，并同时模拟出太阳光入射角的水平角U和仰角V，Speos软件还会模拟出聚焦点的辐照度值X；
热分析模块，用于根据聚焦点位置和聚焦辐照情况对待测前照灯的数据模型进行热分析获得太阳光烧蚀模拟结果，热分析模块是在光分析模块获得的结果上进行进一步的分析，获得聚焦点的聚焦辐照温度，通过聚焦辐照温度就可以判断当前待测前照灯聚焦点区域是否满足条件，
热分析模块是将数据模型代入到FloEFD热分析软件中，通过对数据进行模型检查后，确定数据没有干涉等问题，然后建立向导，对FloEFD热分析软件中的温度、角度进行单位设置(一般设置为国际单位制)，选择蒙特克罗模型，将光分析模块中模拟的阳光的入射角度U和V、辐照度值X输入到FloEFD软件中，进行计算域的调整，本实施例设置计算域体积为待测前照灯体积的1.5倍，并可以完全覆盖整个待测前照灯，然后继续进行材料赋予，对前照灯内的衬框、面罩、透镜、挡板进行材料属性赋予；设置衬框、挡板等高风险区域为接收屏(即聚焦点位置)；通过对数据模型进行网格处理后，带入蒙特克罗仿真模型中开始计算，可以得到当入射角度U和V一定的情况下，聚焦点区域的模拟温度T1，当模拟温度T1超过了聚焦点区域的材料的极限耐受温度时，则会出现太阳光聚焦烧蚀问题；
验证模块，用于根据聚焦辐照情况对按照设计数据获取的实物进行试验获得太阳光烧蚀实测结果，如图1～2所示，本实施例的验证模块是度实物模型进行实测分析，验证模块包括底座1，底座1上设置有立柱2，立柱2下端可升降地连接于底座1，立柱2上端设置有可绕水平轴线转动的支座3，支座3上安装有基盘4，基盘4为圆形的用于固定实物模型的圆盘结构，基盘4可以绕自身轴线旋转，支座3上安装有角度传感器，角度传感器与控制装置(本实施例的控制装置为电脑，如图1所示)数据连接，控制装置根据光分析模块获取的太阳光入射角的水平角U和仰角V调整支座3，使基盘4上的实物模型符合太阳光入射角度要求，然后使用2000W金属卤素灯来模拟太阳光，进行实测试验，记录聚焦点区域的实测温度T2；
对比调整模块，用于根据太阳光烧蚀模拟结果和太阳光烧蚀实测结果的比对结果对光分析模块和热分析模块进行调整，对比模拟温度T1和实测温度T2，若两者的差值绝对值小于2℃，则认为当前的光分析模块和热分析模块的设置是合理的，否则则认为当前的光分析模块和热分析模块是不合理的，需要对光分析模块和热分析模块的设置进行调整，调整的内容有，对光学分析时涉及到的光源、接收屏、仿真参数、材料属性的数据进行调整，对热学分析时涉及到的材料属性和接收屏的数据进行调整，获得调整后的光分析模块和热分析模块；
分析模块，用于根据调整后的模块对待测前照灯进行分析获得分析结果，基于调整后的光分析模块和热分析模块对待测前照灯进行分析，获得待测前照灯的太阳光聚焦状态，根据太阳光聚焦状态就可以反过来对待测前照灯进行优化修改，对前照灯设计进行优化，最终目的是获得可以有效避免太阳光聚焦烧蚀的前照灯设计数据。
具体的分析方法包括以下步骤：
步骤1：将待测前照灯的初始设计数据导入到建模软件中，本实施例使用的为CATIA或UG软件，实际应用时，不限于这两种软件，只要能够构建待测前照灯的数据模型即可，将待测前照灯的面罩、透镜、衬框、挡板的数据导入到建模软件中构建待测前照灯的数据模型；
步骤2：基于待测前照灯数据模型进行光学分析，将数据模型导入到Speos软件中，在Speos软件对光源、接收屏、光学仿真参数、材料属性进行设置，本实施例的光源设置为太阳光，接收屏是指太阳光聚焦的位置，认为设置接收屏的位置即可，材料属性指形成待测前照灯的各部件的材料属性，Speos软件通过光线跟踪，模拟出在以上设置参数情况下待测前照灯的聚焦点位置，模拟出太阳光入射角的水平角U和仰角V以及聚焦点位置的辐照度值X；
步骤3：基于光分析的结果对数据模型进行热分析，将数据模型代入到FloEFD热分析软件中，对数据进行模型检查，确定数据没有干涉等问题，然后建立向导，对FloEFD热分析软件中的温度、角度进行单位设置(一般设置为国际单位制)，选择蒙特克罗模型，将光分析模块中模拟的太阳光的入射角度U和V、辐照度值X输入到FloEFD软件中，进行计算域的调整，本实施例设置计算域体积为待测前照灯体积的1.5倍，并可以完全覆盖整个待测前照灯，然后继续进行材料赋予，对前照灯内的衬框、面罩、透镜、挡板进行材料属性赋予；设置衬框、挡板等高风险区域为接收屏(即聚焦点位置)；通过对数据模型进行网格处理后，带入蒙特克罗仿真模型中开始计算，得到在太阳光的入射角度U和V确定的情况下，聚焦点区域的模拟温度T1；
步骤4：进行实物实测分析，本实施例的实物模型是通过3D打印的方式获得与待测前照灯结构相同的模型，结构相同，但材质并不相同，本实施例的实测分析涉及到具体的试验装置，如图1～2所示，本实施例的试验装置包括底座1，底座1上设置有立柱2，立柱2下端可升降地连接于底座1，立柱2上端设置有可绕水平轴线转动的支座3，支座3上安装有基盘4，基盘4为圆形的用于固定实物模型的圆盘结构，基盘4可以绕自身轴线旋转，支座3上安装有角度传感器，角度传感器与电脑数据连接，电脑根据光分析模块获取的太阳光入射角的水平角U和仰角V调整支座3(即基盘4与水平面的夹角)，使基盘4上的实物模型符合太阳光入射角度要求，然后使用2000W金属卤素灯来模拟太阳光，进行实测试验，记录聚焦点区域的实测温度T2；
步骤5：对虚拟模拟分析的结果与实物实测分析的结果进行比对，对比模拟温度T1和实测温度T2，若两者的差值绝对值小于2℃，则认为当前的光分析过程和热分析过程的设置是合理的，否则则认为当前的光分析过程的设置和热分析过程的设置是不合理的，需要对光分析过程和热分析过程的设置进行调整，调整的内容有，对光学分析时涉及到的光源、接收屏、仿真参数、材料属性的数据进行调整，对热学分析时涉及到的材料属性和接收屏的数据进行调整，获得调整后的光分析过程和热分析过程，此时的光分析过程与热分析过程是能够确保最后太阳光聚焦结果的精确性的；
步骤6：通过调整后的光分析过程与热分析过程再次对待测前照灯的数据模型进行分析，获得待测前照灯的太阳光聚焦状态，然后基于这个太阳光聚焦状态对待测前照灯进行优化调整，优化调整的内容可以是前照灯的结构、材料等，调整完成后再进行光分析和热分析，直至最后得到的前照灯能够完全消除太阳光聚焦引起的烧蚀问题。
本实施例在获得调整后的光分析过程和热分析过程后，可以对类似的前照灯结构进行太阳光聚焦状态分析。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统，其特征在于：包括，
模型构建模块，用于根据待测前照灯的设计数据构建待测前照灯的数据模型；
光分析模块，用于对待测前照灯的数据模型进行太阳光照射模拟分析获得待测前照灯的聚焦点位置和聚焦辐照情况；
热分析模块，用于根据聚焦点位置和聚焦辐照情况对待测前照灯的数据模型进行热分析获得太阳光烧蚀模拟结果；
验证模块，用于根据聚焦辐照情况对按照设计数据获取的实物进行试验获得太阳光烧蚀实测结果；
对比调整模块，用于根据太阳光烧蚀模拟结果和太阳光烧蚀实测结果的比对结果对光分析模块和热分析模块进行调整；
分析模块，用于根据调整后的模块对待测前照灯进行分析获得分析结果；
所述光分析模块包括，
聚焦点位置获取模块，用于通过设置数据模型的光源、接收屏、光学仿真参数、待测前照灯各部件材料属性模拟出待测前照灯的聚焦点位置；
聚焦辐照情况获取模块，通过模拟获得待测前照灯的太阳光入射角的水平角、仰角以及聚焦点位置的辐照度；
所述热分析模块包括，
材料属性赋予模块，用于对数据模型中的衬框、面罩、透镜、挡板进行材料属性赋予；
接收屏设置模块，用于将数据模型中的衬框或挡板设置为接收屏；
仿真计算模块，用于构建蒙特克罗仿真模型并带入聚焦点位置和聚焦点辐照情况进行仿真计算获得聚焦点区域的模拟温度；
所述模型构建模块用于根据待测前照灯的面罩、透镜、衬框、挡板的设计参数构建待测前照灯的数据模型。
2.如权利要求1所述的一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统，其特征在于：所述验证模块包括，
角度调整模块，用于固定实物模型并调整实物模型的角度；
数据传输模块，用于向角度调整模块传输控制指令调整角度调整模块角度使实物模型的光照角度与聚焦辐照情况保持一致。
3.一种如权利要求1所述的一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统的分析方法，其特征在于：根据待测前照灯的设计数据构建待测前照灯的数据模型，对构建的数据模型进行光学分析，得到待测前照灯的聚焦点位置和聚焦辐照情况，基于获得的聚焦点位置和聚焦辐照情况对数据模型进行热学分析，获得待测前照灯聚焦点位置的太阳光烧蚀模拟结果；
基于待测前照灯的设计数据构建待测前照灯的实物模型，按照虚拟模拟分析获得聚焦点位置和聚焦辐照情况对实物模型进行实测，获得实物模型的太阳光烧蚀实测结果；
对比太阳光烧蚀模拟结果和太阳光烧蚀实测结果，若比对结果不符合设定要求对光学分析和热学分析进行优化，直至符合设定要求；
按照优化后的光学分析、热学分析对数据模型进行分析，根据分析结果对数据模型进行调整。
4.如权利要求3所述的一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统的分析方法，其特征在于：对构建的数据模型进行光学分析，得到待测前照灯的聚焦点位置和聚焦辐照情况的方法包括：将数据模型导入到光学分析软件中，在软件中设置光源、接收屏位置、光学仿真参数、材料属性，完成后对数据模型进行光学模拟，获得待测前照灯的聚焦点位置、太阳光入射角的水平角和仰角、聚焦点辐照度。
5.如权利要求3所述的一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统的分析方法，其特征在于：进行热学分析，获得待测前照灯聚焦点位置的太阳光烧蚀模拟结果的方法包括：将光学分析获得的聚焦点位置和聚焦辐照情况数据导入到热学分析软件中，调整计算域，付待测前照灯的衬框、面罩、透镜、挡板进行材料属性赋予，将衬框或挡板设置为接收屏，构建蒙特克罗仿真模型进行计算，得到聚焦点区域的模拟温度。
6.如权利要求3所述的一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统的分析方法，其特征在于：按照虚拟模拟分析获得聚焦点位置和聚焦辐照情况对实物模型进行实测，获得实物模型的太阳光烧蚀实测结果的方法包括：按照光学分析时获得的聚焦辐照情况布置实物模型，确保实物模型的试验条件与聚焦辐照情况一致，实测获得实物模型的聚焦点区域的实测温度。
7.如权利要求3所述的一种汽车前照灯太阳光聚焦模拟分析系统的分析方法，其特征在于：若比对结果不符合设定要求对光学分析和热学分析进行优化的方法包括：对光学分析时涉及到的光源、接收屏、仿真参数、材料属性的数据进行调整，对热学分析时涉及到的材料属性和接收屏的数据进行调整。
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