基于Speos制动灯与光扩散位置灯技术融合研究与分析.pdf

设计研究/Design research56AutoelectricpartsNo.10,2023基于Speos制动灯与光扩散位置灯技术融合研究与分析李俊（合创汽车科技有限公司，广东广州【摘要】随着新能源汽车的发展，细长风格的贯穿式尾灯已经成为行业主流设计，在造型空间约束下，制动灯与位置灯发光融合成为设计上节约空间的一种方式，但制动灯作为GB4785汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定强制要求的一种信号灯，其发光强度需要满足配光性能要求。本文通过Speos软件研究材料、结构对光扩散式制动灯技术的影响。【关键词】Speos；制动灯；光扩散中图分类号：U463.65Based on Speos Software Research and Analyze the Technology of Stop Lamp and Position Lamp IntegratedAbstract】W i t h t h e d e v e l o p me n t o f n e w e n e r g y v e h i c l e s,s l e n d e r s t y l e f u l l w i d t h r e a r l a mp h a s b e c o me t h epopular design in automobile manufacturing industry.Under the constraints of modeling space,the luminous fusion ofstop light and rear position light becomes a way to save space in design.However,as a kind of signal lampmandatory in GB 4785 Regulations on the Installation of External Lighting and Light Signal Devices for Automobilesand Trailers,the brake lamps luminous intensity should meet the requirements of light distribution performance.Inthis paper,Speos software is used to study the influence of material and structure on the optical diffused brake lighttechnology.Key words Speos;stop light;diffusion作者简介李俊（19 8 8 一），男，硕士，工程师，主要研究方向为汽车照明。511466)文献标识码：A文章编号：10 0 3-8 6 39(2 0 2 3）10-0 0 56-0 3into Light Diffusion MaterialLI Jun(HYCAN Co.,Ltd.,Guangzhou 511466,China)1背景说明近些年随着汽车行业的发展，汽车尾部灯具采用贯穿灯设计已经成为主流趋势，而造型在设计上追求细长风格以及均匀发光的精致商品性需求，给灯具设计带来了不小的挑战，因而制动灯与位置灯的融合设计方案值得研究与探讨。后位置灯功能在日常用车体验中使用频率最高，其发光效果对汽车后组合灯的美观性起到非常大的影响，在进行汽车尾部灯具设计时，应优先考虑后位置灯的效果，再将其他功能信号灯进行融合匹配。当前行业主流认可的后位置灯发光技术有光扩散式和厚壁光导式两种结构，如图1所示。本文主要针对制动灯与光扩散位置灯融合技术研究与分析。2技术与原理光扩散发光技术是在灯具外配光镜部件内增加一个内配光镜部件（图2），并通过在内配光镜材料中添加一定的有机硅光扩散粒子，使得该粒子分散在配光镜部件中，当收稿日期：2 0 2 3-0 4-0 3(a）光扩散式图1主流后位置灯的发光效果图光线人射至光扩散部件时将Inner,lens发生两种折射模式，一种是有孔隙折射模式，另一种是无孔隙折射模式，如图3所示。光线在有孔隙折射模式中发生的折射次数要多于无孔隙折射模式。折射次数的多少与材料的雾度成正相关，即折射次数越多，材料的雾度越大，反之则越小。同时扩散材料中的孔隙是随着扩散粒子的粒径大小变化而发生变化的，当粒子的粒径增大时，孔隙会减小并随之消失，那么可以明确材料的雾度是随着扩散粒子的粒径(b）厚壁光导式图2光扩散内配光镜与外配光镜结构图示10.0：过率30%。配光性能tmin1000：(a)有孔隙时(b）无孔隙时图3光线入射光扩散板折射示意图3设计方案制动灯和后位置灯在GB4785汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定中是强制装配的信号灯，其配光性能需要满足法规GB5920汽车及挂车前位灯、后位灯、示廓灯和制动灯配光性能的要求。制动灯作为警示信号灯，表1制其法规配光强度比后位置灯要求更高，关键配光强度指标要求见表1。灯具是集成光学、电气、结构、材料四维综合性的产品，基于制动灯与后位置灯配光法规在光照强度上的差异化定义，并结合产品开发的经济性，位置灯通常采用功率为0.2 WLED设计，制动灯通常采用功率为0.5WLED设计，经过计算分析可得到光源具体参数信息，见表2。在光源参数选型明确的基础上，对不同材料配比的内外配光镜与不同空间设计结构进行仿真建模分析。相关的方案见表3。表3差异化设计方案列举光源与内配Inner lens 材料方案距离/mm1252353254255254仿真建模与分析在Speos光学仿真软件环境中基于各个方案进行仿真分析，建立分析模型并定义好相关的边界参数条件。相关仿真分析结果如下。：399421：0.30：参数Im最大发光强280：260260:：.0：4：D1000：659：396度值为7 2.5cd，局部tmin：0.30:20：个别点不满足配光0.O:100018法规，点亮效果上，：0.30：260：存在较多颗粒感等12：5.00019:0.30商品性不良问题，260灯具参数与灯光效10.00.30制动灯与后位置灯关键果见图5。2）方案2：光配光强度指标要求源与内配距离35mm，最小发光最大发光功能强度/cd强度/cd制动灯60位置灯4表2制动灯与后位置灯光源参数信息功能光色数量功率制动灯红光30位置灯红光30透过率发光结构1%PMMADF23DF23YDF0038DF23YDF00381000：12：121121260:280:：6.0121260：260:280：260：260:：251：2：53：25731995929：2：54:6054：21：260：260：75：6.0:19000260：15.020:0.30:0.300:0.30:0.30:0.30sin/arInner lens PMMA-AX260DF23,Innerlens透过率30%。方案2 在17方案1的基础上提升LED光源与内配光镜的距离，通过仿真分析可知发光均dl1-45.0:-30.0:-20.01-10.01-5.00匀性得到有效改善，2800.5W但配光性能参数中15.0：sin0.2WI最大发光强度下10.0：12：降至6 0.8 5cd，多点tsin1000:0.30：发光强度配光不满2604512：5.0：足法规要求，灯具000.30280：参数与灯光效果见.：15：000图6。:0.30：260：3）方案3：光aX:：16：-50：tmin1000：0.30:源与内配距离2 5mm，：280：30直射式，见图4a30直射式，见图4b20直射式，见图4a30反射式，见图4c20反射式，见图4c10.301：260：15：42：2601：490：12：42：260：12：12260：260：260：39108072:500K72.50OK310C0/28-/28The lithtdistritution is Nor oKHV视角图5方案1灯具参数及灯光效果10.00015.00:10.0:20.0:30.0260260260：12：260：Inner lens PMMA-10.016：tain100：0.30：8N-YDF0038,Inner260-15.0：lens透过率2 0%。方:0.30案3在方案1的基础e上降低了内配光镜6O.85C60.85OK1000/23透过率，由30%降Telightdistribution低至2 0%，通过仿真分析可知发光均匀性得到有效改善，但配光性能参数中1000126.0：260：260：0006：12：6.0:260280：5412:280280：2608：00000：0.300:0.30:0.300:0.30：0.30：0.30totpor./aroa0.30260.0260.02:-10.12.7,10.7HO-OUT30HO-INS3045.0260260260260：12:：12260：260：21280：280:：54131216.O：260260：260:260260:260：83：2013340：:0.300.30in/nax/20.30280.02.7,-10.7HVH0-OUT30图6方案2 灯具参数及灯光效果：0.30：260：P:1000395：0.30：260：:0.30：260：D100：0.30280：00260260:289：10003026012：260260：260：260:260：260:260:260:：54280:260:260：24：42112：260：260：260121121 121260：2608：1959：30300.300.300.30t*ItDoL./areatd260.023,-10.7280：found pos.d2802609.224：0.30260：926：11000：:0.30260：，2：12：21000:：39412:34：0.30:P1000:：280：3：4：0.30：260260：15:：5130:0.30foundporHO-INS30:0.30：.280:：1000：0.30:280：36：4：39：5.0:10：tmi11000：0.30：26013：0.0：tmin1000：:0.30：260：7-5.0:12：min1000：10.30260：-10.0:12：1000:0.30260260：260：12：-15.010:0.30:0.30:0.30:0.30：0.3 0:0.30:0.30:0.30in/exminLedaX53.19CKo-border53.09CX1000/200.30260.022.7,-6.0The licht distribution in worck29：499：299：6.0：12：260：260：260：260:2019：15：19：4：44246314921：159：21：54：260:260：5535：6.0112：260：280280：36353：40：12：1212：28026026016：4222：31：-/20：42：，36475：42：90:23254：2：260：19：42199：4：260260：260：13：17：260.014.8,-6.3：35：100012：6.0:：280：260:202：37：499：12:6.02604446：43:0.30O.300.30foundpostdl35.0:：24984：0.30：1000：0.30：260：13：35：:0.30：260：141000：0.30：280：3721000：0.3 0:260355.01201：75：7：49：361000：6.0：12：260260：30：32133：3332：831s40.0：29：0.30：260：-5.0：33:：tain:000：0.30 1260114-10.0：36：D1000：:0.30:26026025：39：15.0:65：36tmisD:0.30:0.30：0.3 00:0.30:0.300:0.30:0.30：0.3 0：0.3 0：0.3 0：0.30：sin/caxfoundpo.Cedd100.:0K-/41orbordor106.:oK47153：10tisD1000:：10.30:：42：260260：260：3759：53：，：54：260：260：29：76：100715：6.0：121260：812：121 121121260：260：2600.301000/4:：4H5：16：502：930:6.0：121：12：6.0:260：$7：59399：54：2：260：260：260:38：22：501000:42:：126.0：260：280：39：102:101：349：260：260：260：260：26039：39102101：103：97：56：260.6260.05.5,-14.55.5,-14.5：42:：0.30:260：211000:：0.30：260：249：6：0.30：260:2483：:0.30:260：39：3：33：2565：57P1030:：1216.0:280：26012801280:2802601：0.0:191taisD100:10.30:260:95：-50125mis11000:：0.30:260110.0127：taisD1000：1 0.30：260:2601260：26012801260:1260：260：260：26019.6：15：2：15.0126！41300：0.30:0.30:0.30:0.30:0.30:0.30:0.30:0.30:0.2 0:0.30:0.30valuCKo-bordarS492CK3:000/33Toelietditribtion.iscs40：10.30:：1280：24：24：28：2：26：5：64167：112：20：32:12：54:60:54：211260：260:：2：25：9：6519925416.0：12：28012601260:：29：786：12：12：12：in/artest.poa./ures x,E/,V toed po.edd-/33260.00.30260.07.0,-1277.0,-12.7：1100：1 0.30:：2601：731175：42：3：20:：222：10.30:260:5：45：260:260：3：8：650D1000:：12：6.0：2 6 0:4511100:0.30：280：1000:HV图7方案3灯具参数及灯光效果5结论与展望通过仿真分析结果可以看出，采用扩散式发光的位置、制动信号灯，在LED光源发光功率未提升的情况下，可以通过增加LED光源到内配光镜的距离或者降低内配光镜的透过率改善发光均匀性。建议参考LED光源与内配距离35mm，内配光镜透过率2 0%进行设计。另外可以在LED光源与内配光镜之间增加聚光结构，提升制动灯的配光强度，以满足制动灯高强度配光法规需求。随着贯穿式尾灯造型的普及，人们对尾灯的美学观赏性要求也越来越高，发光均匀性作为发光美学的重要评价指标之一，设计阶段自然需要充分考虑，但在光扩散制动灯类型中通过提升材料雾化程度，降低材料透过率的方法改善发光均匀性，也会存在发光强度降低的情况，从而可H0-OUT30HO-INS30HV图8方案4灯具参数及灯光效果能导致制动灯安全警示性能有所下降。那么如何在发光强度的安全警示性能与点灯发光均匀性之间做好平衡也可以作为下一步研究的方向。参考文献：1 王磊，李志刚，王子军，等。一种实现制动灯均匀发光效果的设计J.汽车电器，2 0 2 1(3)：53-55.2 沈辰，蔡思怡，周康，等。光扩散剂粒径对PC光扩散板性能的影响.现代塑料加工应用，2 0 15（1)：49-52.3 沈超，高跃生，聂，等.有机硅微球粒径对PC光扩散板性能的影响塑料工业，2 0 18，46（6)：12 0-12 3.杨凯麟）HO-OUT30HO-INS30HV图9 方案5灯具参数及灯光效果（编辑H0-OUT30H0-INS30汽车电器唯一投稿邮箱