轿车前照灯的改进设计(附件)
摘 要汽车的照明系统是保证汽车能够在道路上安全行驶的必要系统之一，而汽车的前照灯在汽车所有的照明系统中又占据着举足轻重的位置，并且在汽车的安全行驶过程中起到了主动预防的作用。前照灯系统、信号照明系统、车内照明系统这三大部分共同组成了传统汽车的照明系统。随着社会工业的发展，汽车的照明系统也踏过了漫长而又曲折的发展，但是随着人们对前照灯的使用越来越长，传统的汽车前照灯系统并不能满足人们对其最初的要求，在面对环境较差的道路和未知的行车状况时，交通事故就极其容易发生。所以，如何减少因汽车照明系统而引起的交通事故就成为一个迫在眉睫的而又具有十分重要意义的课题。该论文针对汽车前照灯在夜间行驶时遇到弯道无法调节照明角度、在弯道内侧容易出现驾驶室看不到的盲区等问题，利用UG8.0里面的高级建模为工具，以有限元理论为基础，对轿车前照灯进行改进设计，以提高夜间行车安全性。论文首先讲述了随动转向前大灯的研究背景和目前国内外前照灯的发展现状、研究的目的与意义和本论文探讨的内容。其次介绍UG8.0软件的概况，为后续的研究前照灯奠定了理论基石。最后，对前照灯各部件进行UG建模，利用UG NX8.0中的高级建模与仿真模块对改进后的汽车前照车灯进行了有限元热分析，根据求解后的温度分布云图，通过灯座开孔设计改善前照灯温度分布的均匀性。
Keywords： Adaptive headlight; Control; modeling finite element 目 录
第一章 绪论 1
1.1 国内外AFS研究现状 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 本文研究内容 2
第二章 前照灯三维模型的建立 3
2.1 Unigraphics NX软件介绍 3
2.2 汽车前照灯各零件建模 4
2.2.1 配光镜的建模 5
2.2.2 反光镜的模型创建 6
2.2.3 遮光器的建模 9
2.3 前照灯各零件装配 11
第三章 前照灯随动转向的设计 14
3.1 自适应照明系统的概念 14
3.2 随动转向的研究内容 14
3.2.1 随动前照灯水平方向光线照射位置硏究 14<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 3.2.2 前照灯转角与步进电机行程之间的关系 16
3.3 随动前照灯底座结构设计 17
3.4控制装置设计方案 19
第四章 前照灯热分析 21
4.1 前照灯热分析研究概述 21
4.2 前照灯温度场分析 21
4.2.1 模型的建立 21
4.2.2 初始条件及边界条件的设定 22
4.2.3 材料定义及网格划分 22
4.2.4 温度场的求解 23
4.2.5 结构开孔优化设计 23
4.3 结果分析 24
结束语 26
致谢 27
参考文献 28
附录..29
绪论
1.1 国内外AFS研究现状
纵观汽车发展史，自汽车问世以来，传统汽车照明配备的灯光调节器都是机械变光。当车辆在行驶途中时，车灯肩负着为汽车前进照明的重任，车灯的变换还要能传递超车、提示避让、注意距离和会车等不同信息。现在的车灯几乎全都是由驾驶员主动控制的，这样在超越前车、晚间相对行驶等情况下就需要驾驶员反反复复的控制车灯，这样不仅给驾驶员带来了一定的工作负担还可能会因驾驶员的疏忽造成一些不利影响。
轿车车灯的随动转向系统早在1950年已经浮出了水面。1950年初，塔卡汽车第一次在轿车上应用了中央照明的控制系统。而雪铁龙汽车在其十几年后就在汽车前照灯上推出了出了具有控制前照灯转向的功能。进入21世纪之后，越来越多的崭新的科技随着电子产品的更新换代而被装在汽车中，前照灯照明系统也取得了飞速的发展。例如丰田年生产HARRIER的时候，就在其车上首次使用了汽车前照灯随动转向系统，用以来取得更好的照明环境。这款车的自适应转向功能安装在汽车前照灯上，该装置可以自主的改变近光灯的照明的角度，通过左右两个步进电机旋转光轴的四个不同的方向来达到目的，其传动轴的位置则在前方，一旦当推杆被推动时，近光灯灯座就因此旋转了一定的角度，以此来改变近光灯的投射位置，有效地增强了司机在晚上行车的安全性 [1]。
同样法雷奥集团在轿车前照灯改进设计上做了非常多的研究，该集团生产的汽车前大灯可以根据路况和车况，有效地改变汽车前照灯照明的角度，增强了汽车行驶的安全和舒适性。其中在汽车前照灯随动转向照明系统中，极为被看重的功用是其改变了汽车在弯道路况下行驶的照明位置，该系统必须能够适用复杂的弯路，并且可以按照当前汽车行驶的状况有效的地改变车辆前照灯照明的角度[2]。2005年，致力于生产汽车灯具的海拉公司宣布汽车自随动转向前照灯照明系统已研究完毕。其研发的前照灯工作过程如下：第一步是收集汽车相关传感器接受的的信息，然而收集的信息大部分是光线的照射强度，该信号由放在汽车雨刮上面的光感器采集，此传感器可以收集从上往下的来自周围光照大小的信号，还可以收集来自前面或者侧面其他车辆的灯光照射强度。竖直方向仅收集光的投射大小，水平方向则收集一定角度内的光线投射大小。其次这些信息再传给CPU进行分析，再根据其它的传感器接收到的信号，针对目前的光线照射位置给出相关的反应，最后中央处理单元根据处理的结果很快的的改变前照灯的照射角度。
上海交通大学对于车灯随动转向系统研究采用的是全自动型车灯体系，它是借助组合车灯本身自带的照明单元，根据安装在转向盘上的角度传感器获得转向盘的旋转角度信息，速度传感器收集车辆运动速度信息和车身高度传感器采集车辆高低起伏的变化值，然后通过 ECU发出相关信号传递给步进电机，步进电机运转改变前照灯的照射角度，以此来达到理想照明位置。
1.3 研究目的及意义
随着我国的社会的发展和科技的进步，汽车的普及范围越来越广，据网上数据统计2011年我国汽车产、销量均超过1900万辆，位居全球第一。汽车已经逐渐成为人们出行的主要代步工具，因此人们的安全驾驶意识也越来越高，通过对最近几年的交通事故的统计分析，发现：道路照明环境差是造成交通事故的根本原因之一。因此，对传统汽车照明系统的改进和创新成为如今汽车行业日益重视的研究课题。
汽车前照灯随动转向系统可以根据车辆的先由状况、路况以及来自外界因素自动改变汽车前照灯照射位置和角度，调节出能够适合当前驾驶环境的灯光照射位置，给司机提供更加广阔的、可见的视野范围，对增强行驶的安全具有极为重要的现实意义。前照灯智能控制系统的研发及使用，对于提高公路运行的安全性有极为重要的意义。这也正是本论文从轿车前照灯随动转向的探讨，对轿车前照灯进行改进设计的目的。
1.4 本文研究内容
本文主要针对轿车前照灯进行改进，设计了随动前照灯机构和控制装置方案，并将其在前照灯UG模型上予以实现，设计后的前照灯可以根据弯道实时有效的改变左右大灯的照射角度，使前照灯投射光线的角度与汽车的前进方向保持相同，使驾驶员在弯道驾驶过程中时刻都具有最好能见度，以此来加强车辆夜间行驶安全性。
（1）利用UG三维软件对前照灯各零件进行建模，并进行装配，获得前照灯总成件。
（2）根据轿车随动转向照明系统要求，论文对捷达轿车前照灯进行了随动转向机构设计，实现汽车转弯时车灯等够随车转向功能，增强驾司机夜间弯道的视野范围。
（3）针对车灯结雾、反射壁老化等流动、传导、材料等问题，本文对改进设计出的随动前照灯模型进行了有限元热分析，进而优化完善，使车灯结构更加合理，增强车灯性能和车灯质量。
第二章 前照灯三维模型的建立
2.1 Unigraphics NX软件介绍
UG（Unigraphics NX）是西门子公司出的一个基于产品工程解决方案的软件，它帮助用户为其产品的设计及加工提供了数字化造型和验证手段。它基于工作站而诞生，但随着电脑硬件的发展和用户的猛烈增长，在电脑上的应用取得了迅速的增长，UG现已成为模具行业三维设计的主流应用软件。
Keywords： Adaptive headlight; Control; modeling finite element 目 录
第一章 绪论 1
1.1 国内外AFS研究现状 1
1.2 研究目的及意义 1
1.3 本文研究内容 2
第二章 前照灯三维模型的建立 3
2.1 Unigraphics NX软件介绍 3
2.2 汽车前照灯各零件建模 4
2.2.1 配光镜的建模 5
2.2.2 反光镜的模型创建 6
2.2.3 遮光器的建模 9
2.3 前照灯各零件装配 11
第三章 前照灯随动转向的设计 14
3.1 自适应照明系统的概念 14
3.2 随动转向的研究内容 14
3.2.1 随动前照灯水平方向光线照射位置硏究 14<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 3.2.2 前照灯转角与步进电机行程之间的关系 16
3.3 随动前照灯底座结构设计 17
3.4控制装置设计方案 19
第四章 前照灯热分析 21
4.1 前照灯热分析研究概述 21
4.2 前照灯温度场分析 21
4.2.1 模型的建立 21
4.2.2 初始条件及边界条件的设定 22
4.2.3 材料定义及网格划分 22
4.2.4 温度场的求解 23
4.2.5 结构开孔优化设计 23
4.3 结果分析 24
结束语 26
致谢 27
参考文献 28
附录..29
绪论
1.1 国内外AFS研究现状
纵观汽车发展史，自汽车问世以来，传统汽车照明配备的灯光调节器都是机械变光。当车辆在行驶途中时，车灯肩负着为汽车前进照明的重任，车灯的变换还要能传递超车、提示避让、注意距离和会车等不同信息。现在的车灯几乎全都是由驾驶员主动控制的，这样在超越前车、晚间相对行驶等情况下就需要驾驶员反反复复的控制车灯，这样不仅给驾驶员带来了一定的工作负担还可能会因驾驶员的疏忽造成一些不利影响。
轿车车灯的随动转向系统早在1950年已经浮出了水面。1950年初，塔卡汽车第一次在轿车上应用了中央照明的控制系统。而雪铁龙汽车在其十几年后就在汽车前照灯上推出了出了具有控制前照灯转向的功能。进入21世纪之后，越来越多的崭新的科技随着电子产品的更新换代而被装在汽车中，前照灯照明系统也取得了飞速的发展。例如丰田年生产HARRIER的时候，就在其车上首次使用了汽车前照灯随动转向系统，用以来取得更好的照明环境。这款车的自适应转向功能安装在汽车前照灯上，该装置可以自主的改变近光灯的照明的角度，通过左右两个步进电机旋转光轴的四个不同的方向来达到目的，其传动轴的位置则在前方，一旦当推杆被推动时，近光灯灯座就因此旋转了一定的角度，以此来改变近光灯的投射位置，有效地增强了司机在晚上行车的安全性 [1]。
同样法雷奥集团在轿车前照灯改进设计上做了非常多的研究，该集团生产的汽车前大灯可以根据路况和车况，有效地改变汽车前照灯照明的角度，增强了汽车行驶的安全和舒适性。其中在汽车前照灯随动转向照明系统中，极为被看重的功用是其改变了汽车在弯道路况下行驶的照明位置，该系统必须能够适用复杂的弯路，并且可以按照当前汽车行驶的状况有效的地改变车辆前照灯照明的角度[2]。2005年，致力于生产汽车灯具的海拉公司宣布汽车自随动转向前照灯照明系统已研究完毕。其研发的前照灯工作过程如下：第一步是收集汽车相关传感器接受的的信息，然而收集的信息大部分是光线的照射强度，该信号由放在汽车雨刮上面的光感器采集，此传感器可以收集从上往下的来自周围光照大小的信号，还可以收集来自前面或者侧面其他车辆的灯光照射强度。竖直方向仅收集光的投射大小，水平方向则收集一定角度内的光线投射大小。其次这些信息再传给CPU进行分析，再根据其它的传感器接收到的信号，针对目前的光线照射位置给出相关的反应，最后中央处理单元根据处理的结果很快的的改变前照灯的照射角度。
上海交通大学对于车灯随动转向系统研究采用的是全自动型车灯体系，它是借助组合车灯本身自带的照明单元，根据安装在转向盘上的角度传感器获得转向盘的旋转角度信息，速度传感器收集车辆运动速度信息和车身高度传感器采集车辆高低起伏的变化值，然后通过 ECU发出相关信号传递给步进电机，步进电机运转改变前照灯的照射角度，以此来达到理想照明位置。
1.3 研究目的及意义
随着我国的社会的发展和科技的进步，汽车的普及范围越来越广，据网上数据统计2011年我国汽车产、销量均超过1900万辆，位居全球第一。汽车已经逐渐成为人们出行的主要代步工具，因此人们的安全驾驶意识也越来越高，通过对最近几年的交通事故的统计分析，发现：道路照明环境差是造成交通事故的根本原因之一。因此，对传统汽车照明系统的改进和创新成为如今汽车行业日益重视的研究课题。
汽车前照灯随动转向系统可以根据车辆的先由状况、路况以及来自外界因素自动改变汽车前照灯照射位置和角度，调节出能够适合当前驾驶环境的灯光照射位置，给司机提供更加广阔的、可见的视野范围，对增强行驶的安全具有极为重要的现实意义。前照灯智能控制系统的研发及使用，对于提高公路运行的安全性有极为重要的意义。这也正是本论文从轿车前照灯随动转向的探讨，对轿车前照灯进行改进设计的目的。
1.4 本文研究内容
本文主要针对轿车前照灯进行改进，设计了随动前照灯机构和控制装置方案，并将其在前照灯UG模型上予以实现，设计后的前照灯可以根据弯道实时有效的改变左右大灯的照射角度，使前照灯投射光线的角度与汽车的前进方向保持相同，使驾驶员在弯道驾驶过程中时刻都具有最好能见度，以此来加强车辆夜间行驶安全性。
（1）利用UG三维软件对前照灯各零件进行建模，并进行装配，获得前照灯总成件。
（2）根据轿车随动转向照明系统要求，论文对捷达轿车前照灯进行了随动转向机构设计，实现汽车转弯时车灯等够随车转向功能，增强驾司机夜间弯道的视野范围。
（3）针对车灯结雾、反射壁老化等流动、传导、材料等问题，本文对改进设计出的随动前照灯模型进行了有限元热分析，进而优化完善，使车灯结构更加合理，增强车灯性能和车灯质量。
第二章 前照灯三维模型的建立
2.1 Unigraphics NX软件介绍
UG（Unigraphics NX）是西门子公司出的一个基于产品工程解决方案的软件，它帮助用户为其产品的设计及加工提供了数字化造型和验证手段。它基于工作站而诞生，但随着电脑硬件的发展和用户的猛烈增长，在电脑上的应用取得了迅速的增长，UG现已成为模具行业三维设计的主流应用软件。
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