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自21世紀初以來，汽車照明應(yīng)用在數(shù)量、種類和復(fù)雜性方面都有所增長，大功率LED的出現(xiàn)加速了這一趨勢。從前照燈到儀表盤照明裝置和車牌燈，汽車照明對車輛功能、風格、安全性和舒適性都至關(guān)重要。每輛車的具體要求不同，造型各有不同且很復(fù)雜，外加各地法規(guī)也不同，車輛照明系統(tǒng)的光學設(shè)計過程也因此極為復(fù)雜。因此，開發(fā)者們更加依賴汽車照明設(shè)計軟件來進行創(chuàng)新。在整個光學系統(tǒng)的開發(fā)過程中，高端仿真軟件起著十分重要的作用，從驗證設(shè)計可行性的光學概念到得出完整、高度精練且經(jīng)過驗證的產(chǎn)品，開發(fā)者都通過軟件進行創(chuàng)建、仿真和驗證光學模型。除了獲得表征光學性能的各種測光數(shù)據(jù)外，開發(fā)者們還使用逼真的圖像來準確模擬車輛燈光在現(xiàn)實生活中的樣子。所有這些任務(wù)都可以在軟件中以虛擬的方式完成，從而降低建立物理原型所耗費的時間和成本。在本文中，我們將進一步介紹汽車照明的類型和功能、光學建模和仿真的重要性、車內(nèi)照明和車外照明的不同規(guī)格，以及新思科技光學解決方案系列將如何有效幫助開發(fā)者。

哪些是汽車內(nèi)部照明？

哪些是汽車外部照明？

當駕駛員和乘客上車后看見的車內(nèi)燈光就是汽車內(nèi)部照明，它通常分為以下幾類：

顯示屏和指示燈

內(nèi)部功能性照明

重點照明

第一類顯示屏和指示燈讓駕駛員可以獲取各種信息，這些信息可以是儀表盤上顯示的標準信息，比如續(xù)航里程、行駛里程等，也可以是更多方面的信息，比如GPS路線導航、菜單驅(qū)動顯示屏或抬頭顯示器（HUD）。

▲在LightTools中進行HUD仿真下一代車載顯示器可能會提供一種可由駕駛員自定義的全數(shù)字駕駛艙體驗。顯示屏和指示燈照明的關(guān)鍵特性是顏色、亮度和亮度均勻性。

▲數(shù)字化汽車駕駛艙

第二類是車內(nèi)照明，用來為駕駛員或乘客照亮其他物體。車內(nèi)照明系統(tǒng)通常包括座艙頂燈、鏡燈、地圖燈和閱讀燈、儲物燈等等。在設(shè)計這些燈時，關(guān)鍵考慮因素是精確的空間光強分布，既要完成特定的照明任務(wù)并達到足夠的照度和均勻性，又不會引起眩光。其次要考慮顏色，需要能同時滿足能見度和氛圍照明需求。

▲LightTools軟件中的地圖燈仿真

最后是重點照明，可以將其看作一種設(shè)計元素有助于打造個性化的汽車內(nèi)部氛圍。它還能在車內(nèi)光線變暗時，幫助駕駛員和乘客找到控制裝置和功能按鈕，比如電動車窗控制裝置、收音機按鈕、杯托等。與車內(nèi)照明相比，重點照明通常使用較低的照度，因為其目的只是讓人看到自己，而不是照亮車內(nèi)的其他物體。對于這些系統(tǒng)，開發(fā)者需要注意的主要因素是顏色、視覺均勻性和適當?shù)牧炼取?/span>

▲車內(nèi)重點照明

汽車外部照明出現(xiàn)在車輛的前部、后部和側(cè)面，甚至可能延伸到車頂。開發(fā)此類照明產(chǎn)品是為了滿足幾個關(guān)鍵的安全目標，具體包括在弱光線和夜間駕駛條件下照亮道路，幫助駕駛員識別障礙物和交通標志；優(yōu)化車輛對其他駕駛員和行人的能見度；以及向其他駕駛員傳達要轉(zhuǎn)彎或減速的意圖。除了功能方面，車外照明已發(fā)展成為不可或缺的造型和汽車品牌元素。

車頭照明

車頭外部照明簡稱為車頭照明，包括近光前照燈（近光燈）、遠光前照燈（遠光燈）和前霧燈。這些燈的功能是讓車輛能夠在夜間和能見度低的條件下安全駕駛。它們照亮前方道路，為駕駛員提供足夠的能見度。

▲LucidShape CAA V5 Based軟件中的Acura ILX前照燈模型

近光燈可以照亮道路和左右兩側(cè)的物體，對于正常交通中的夜間駕駛很有用。它們在光束分布中使用了截止線，可防止其他駕駛員眩光。

▲LucidShape軟件中的駕駛員視野仿真，其中顯示了近光燈的道路照明效果

遠光燈為前大燈功能提供了最大的照射范圍，可在夜間創(chuàng)造最佳的駕駛員視野，這是安全駕駛車輛所必需的，尤其是在高速行駛時。為此，遠光燈不使用截止線。

▲LucidShape軟件中的司機視野仿真，其中顯示了遠光燈的道路照明效果

由于遠光燈會對其他駕駛員造成明顯的眩光，因此必須根據(jù)交通狀況在必要時關(guān)閉遠光燈。因此，自適應(yīng)遠光燈系統(tǒng)（ADB）或像素燈系統(tǒng)作為一種自動化解決方案，正變得越來越受歡迎。這些先進的前照燈系統(tǒng)可以根據(jù)交通情況提供道路照明，同時最大限度地減少對其他駕駛員造成的眩光。

▲LucidDrive軟件中的自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)仿真

信號照明

信號照明包括日間行車燈（DRL）、轉(zhuǎn)向燈和前照燈內(nèi)的前位燈。在車輛后部，信號照明通常包括后位燈（尾燈）、剎車燈、后轉(zhuǎn)向燈、后霧燈和中央高位剎車燈（CHMSL）。車輛的兩側(cè)可能有側(cè)轉(zhuǎn)向燈（在擋泥板或后視鏡上）和/或邊燈。這些燈是為了發(fā)出動作信號，比如轉(zhuǎn)彎或剎車，以便其他車輛的駕駛員能夠識別您的意圖，然后做出相應(yīng)的反應(yīng)。信號燈的位置也有助于后方車輛駕駛員感知前方車輛的尺寸。由于日間行車燈、轉(zhuǎn)向燈和尾燈的設(shè)計具有無限的風格造型空間，因此在各種設(shè)計理念中，導光條已經(jīng)在信號照明應(yīng)用中得到廣泛采用。導光條的吸引力還在于其具有緊湊的外形，并且支持靈活的光源定位和整體包裝。

▲日間行車燈導光條的CAD模型

▲用于預(yù)測視覺照明外觀的導光條模型亮度仿真

光學設(shè)計和仿真軟件的進步，以及注塑模具能力的提高，使得信號燈的設(shè)計能夠體現(xiàn)出真正獨特的風格。

▲J.W.Speaker邁凱倫P1尾燈設(shè)計采用了LucidShape中的設(shè)計和仿真功能。照片由McLaren Technology Group提供

由于這些燈的分布，它們比車頭燈更容易滿足光度規(guī)范要求，因此信號燈提供了更多的造型機會。為了準確表現(xiàn)這些組件的美學效果，開發(fā)者需要使用逼真的可視化技術(shù)來仿真它們在亮燈和未亮燈時的外觀。要達到做出光學設(shè)計決策所需的逼真感，物理學仿真必不可少。當開發(fā)者能夠開發(fā)、測試和驗證精確的虛擬原型時，產(chǎn)品開發(fā)時間和成本就可以大大減少。

其他特殊用途汽車照明

除了車頭照明和信號照明外，汽車上還可能會有一些特殊用途燈，例如車牌燈，它讓其他駕駛員和執(zhí)法人員能夠在夜間或天氣狀況導致能見度低下時很容易看清車牌。此外，車內(nèi)和車外還可能會有一些標志燈，例如OEM品牌的發(fā)光徽標。車對X（V2X）照明是一種新興的照明類型，隨著自動駕駛和電動汽車的發(fā)展而越來越受歡迎。它提供了一種基于燈光的視覺通信系統(tǒng)，讓行人或其他駕駛員能夠了解靜音車輛或無人駕駛車輛的意圖。V2X照明功能與傳感器系統(tǒng)（如攝像頭、激光雷達和雷達）一樣，是目前人們研究和關(guān)注的話題。還有一些燈是民用車輛上沒有的，但對商用、政府或應(yīng)急車輛來說很重要，其中包括用于危險運輸警告的黃光燈；用于消防車、警車和救護車的藍光燈；用于道路維護車輛的閃光信號燈；以及用于指示加長車輛的燈。其他類型的外部照明功能還包括迎賓燈（在有人靠近車輛時提供照明）、車門上的照地燈，以及幫助您安全走到家門口的回家照明燈。

▲LightTools軟件中的汽車內(nèi)部照明仿真，包括徽標投影

開發(fā)汽車照明產(chǎn)品

在設(shè)計車內(nèi)和車外照明產(chǎn)品時，開發(fā)者必須考慮很多因素。為了達到準確的仿真結(jié)果，他們需要精確的材料和介質(zhì)特屬性數(shù)據(jù)，包括光散射、色散和吸收效應(yīng)。為了驗證所有的光學要求，他們需要使用蒙特卡洛（Monte Carlo）光線追蹤法，來定量地預(yù)測燈具的具體光線分布。有了仿真結(jié)果后，他們需要檢查大量的指標來評估是否符合要求?？紤]到分析的復(fù)雜性并且大多數(shù)產(chǎn)品需要多次設(shè)計迭代，開發(fā)者需要有專門的工具來提取所需的信息和進行有效評估。下圖顯示了在LucidShape CAA V5 Based中仿真的前照燈模型。LucidShape CAA V5 Based是一個專為滿足汽車照明行業(yè)需求而開發(fā)的綜合光學設(shè)計、仿真和分析平臺。

▲LucidShape CAA V5 Based軟件中的投射式近光模組仿真，其中顯示了由外透鏡和遮光板處的反射引起的雜散光路

下圖顯示了由蒙特卡洛仿真產(chǎn)生的近光燈光線分布的典型測試點分析。

▲在LucidShape軟件中對近光燈分布進行法規(guī)分析

汽車照明設(shè)計工具

汽車照明產(chǎn)品的應(yīng)用范圍很廣，而開發(fā)者的設(shè)計需求取決于相關(guān)的細節(jié)。新思科技通過光學解決方案產(chǎn)品組合提供了一套廣泛的專業(yè)工具來滿足這些需求，其中包括LucidShape、LucidShape CAA V5 Based和LightTools軟件。 LucidShape CAA中的設(shè)計模塊簡化了設(shè)計過程，讓汽車照明開發(fā)者能夠根據(jù)照明設(shè)計條件建立具功能性的幾何形狀，并根據(jù)這些以及其他相關(guān)規(guī)范構(gòu)建復(fù)雜的自由曲面。這些功能提供了打造出色光學設(shè)計所需的精細控制，展現(xiàn)出了非常出色的效率、光學性能和造型靈活性，以及公差穩(wěn)健性。下圖顯示了其中一些設(shè)計功能：用于打造投射式近光模組的反射鏡和透鏡設(shè)計功能，以及用于創(chuàng)建復(fù)雜多面反射鏡光學元件的設(shè)計功能。

▲LucidShape CAA V5 Based軟件中投射單元和鑲嵌面反射鏡的照明仿真

LucidShape CAA還具有可視化模塊，讓汽車照明開發(fā)者可以在整個產(chǎn)品開發(fā)過程中創(chuàng)建符合物理規(guī)律的逼真照片，從而準確預(yù)測照明系統(tǒng)在人眼中的感知情況。在開發(fā)過程的早期，開發(fā)者可以利用逼真的圖像來評估設(shè)計或材料替代方案以及它們是否符合造型目標。在設(shè)計概念選定后，它們將為光學開發(fā)者提供有價值的反饋，方便開發(fā)者改進設(shè)計來滿足所有要求，而符合物理規(guī)律的圖像則有助于進行針對性的設(shè)計修改。在設(shè)計確定之前，產(chǎn)品團隊可以和管理團隊、客戶以及其他利益相關(guān)者一起對設(shè)計進行審核，確保每個人都對產(chǎn)品的外觀感到滿意，并為最終產(chǎn)品設(shè)定明確的預(yù)期。

▲Acura ILX的前照燈CAD模型（左）和日間行車燈及轉(zhuǎn)向燈打開后的前照燈逼真仿真（右）

▲Acura ILX的前照燈逼真仿真，包括車輛前部（左）和尾燈（右）的直觀顯示部分

▲Acura ILX的整車逼真仿真

LucidShape CAA還提供了一個導光條設(shè)計模塊，方便進行日間行車燈、轉(zhuǎn)向燈和尾燈等應(yīng)用的汽車導光條設(shè)計；借助此工具，您可以創(chuàng)建和優(yōu)化導光條系統(tǒng)，從而實現(xiàn)一致的外觀并達到相關(guān)法規(guī)要求。該導光條設(shè)計工具可以大大縮短開發(fā)導光條所需的時間，因為高度重復(fù)的導光條幾何形狀手動調(diào)整工作通過優(yōu)化算法實現(xiàn)了自動化，并且相對于專家手動創(chuàng)建設(shè)計，這樣可以實現(xiàn)更優(yōu)的光學設(shè)計。

▲使用LucidShape CAA導光條設(shè)計模塊創(chuàng)建的日間行車燈導光條模型

▲日間行車燈導光條的亮度仿真（多視圖動畫）

對于車內(nèi)照明，LightTools照明設(shè)計軟件提供了額外的設(shè)計、仿真和分析工具，用于設(shè)計出色的汽車光學部件。下圖顯示了一個使用3D微結(jié)構(gòu)實現(xiàn)全屏均勻照明的顯示屏應(yīng)用。

▲LightTools軟件中的顯示屏仿真模型（左）和3D紋理優(yōu)化前后的仿真（右）。

汽車照明對于提高駕駛員的舒適度和安全性是不可或缺的。技術(shù)的進步和開發(fā)者的聰明才智才有了汽車照明的種種創(chuàng)新，這些創(chuàng)新在幾年前是根本無法想象的。新思科技對這一行業(yè)的發(fā)展充滿期待，并希望通過提供多種業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的設(shè)計工具，助力汽車開發(fā)者和光學開發(fā)者解決面向未來的開發(fā)和創(chuàng)新難題，賦能汽車行業(yè)進一步突破極限。

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原文標題：如何照亮汽車前行之路？

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