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随着汽车工业的飞速发展,大大节约了人们移动所花的时间，扩大了人们的活动范围，也缩短了地区之间的差异；但同时因汽车的增多带来交通阻塞，车祸增多，给人们生命财产带来灾难，为了避免或减少灾害，人们对汽车车灯各机能的效果也越来越加以重视。汽车灯具主要有照明灯具和信号灯具两大类。照明灯具包括汽车必备的远光与近光前照灯外,还有一些辅助的照明灯具,例如雾灯,作业照明灯,后照灯及倒车灯等。信号灯具主要用来显示汽车行驶状况及汽车外廓尺寸等,主要有前后示宽灯。
制动信号灯及转向信号灯等。汽车照明灯具很受人们重视，已经有很多设计者涉猎，也提出了很多有见地提议；而对汽车安全行驶起同样作用的信号灯却不被人们认可和研究，本文就以配光设计为重点，浅谈一下信号灯的设计原理和方法。
汽车灯具的设计包括造型设计、配光设计、结构设计,其中造型设计与结构设计经过训练后设计者感到容易入手,而配光设计虽然经过光学训练,如果没有功能较强的计算机软件,设计者很难把握住设计结果,往往无法入手。在讲解配光设计之前，我们先来了解2个光学基本单位。
1.立体角
立体角就是以某点为中心，表示它在空间上的扩展，单位用（sr）表示。在这里，整个空间的全立体角就是4πsr，如果是半径r的球，则表面积为A＝4πr，因为全立体角是4πsr，根据单位立体角（1sr）所能切取的球的表面积为A＝4πr/4π=r在这里，半径为1的球（单位球）的表面积为A＝1，用SI单位表示，半径1m的球的表面积为4πm2，则1sr所能切取的表面积为1 m2。图1的立体角为Ω＝A/λ2，球的立体角为4π。进行配光设计时，要根据灯具的机能来选定所需要的立体角。
图1图2
2.光束
光束就是从光源放射出来的光的量，单位是（lm）。以12V21W S25的灯泡进行说明，图2是灯泡点灯时的示意图。把图中的一根光线作为单位光束，12V21W的灯泡在额定电流下放射的全光束是460(lm),所以可以说全空间放射出的光线的数是460根。
信号灯的配光设计原理，信号灯的配光构成零件与汽车前照灯相同，主要由光源,反射镜及配光镜三部分组成。一直以来信号灯常用的光源是白炽灯泡， LED光源的出现打断了白炽灯泡的垄断，LED使用寿命长(达10万h，是普通白炽灯最高寿命5000 h的20倍)、节能环保(为普通光源耗电量的1/3)、可靠性高等优点，逐渐得到人们的认可，大有取代白炽灯泡的趋势。
反射镜的主要作用是控制光的走向和确保能满足配光所需要的能量（光束）。汽车灯具中常用的反射镜有抛物面反射镜和自由曲面反射镜。抛物面反射镜抛物面是以抛物线为母线绕轴旋转180°而构成,它的剖面图如图3所示。抛物面反射镜有一个焦点F,在其焦点F上放置一个点光源,则点光源发出的光线经抛物面反射镜反射后,光线将平行ox轴出射,光线非常集中,为满足配光提供了能量。这种反射镜需要完全利用配光镜来控制光的分布来满足法规对配光的要求，这就需要在配光镜上增加很多花纹，外观上不是特别好，这种配光设计形式在5年前得到了大量应用。最近随着计算机的运算速度的提高和各种配光模拟软件的出现，使利用自由曲面反射镜来完成配光设计得以实现，它的剖面图如图4所示，利用自由曲面反射镜完全可以控制光的走向来满足法规要求，不需要在配光镜上做任何花纹，外观上得以大大改善，也降低了配光镜的加工成本。
图3图4
灯罩（也称配光镜），对光起折射作用，用来改变光的方向；有时也用来过滤光的颜色生成所需要的机能光。灯罩对外观影响也很大。
信号灯的配光设计方法。首先是选光源，信号灯常用的光源有灯泡和LED, 常用的灯泡有W21/5W/P21/5W(STOP&TAIL机能用)，WY21W/PY21W(转向机能灯用)，W21W/P21W(后雾机能灯用)；市场上LED的种类比较多，公认性能比较的好的LED是欧司朗公司和飞利浦生产的LED。光源一般根据客户的要求在报价阶段就定啦下来（随着以后的检讨过程有可能会变更）。接下来是定反射镜的大小，反射镜的大小是根据各机能灯所需要的立体角大小来定，而所需要的立体角的大小是根据法规对中心亮度和配光范围的要求，反射镜的反射率以及配光镜的透过率所算出的。各机能信号灯所需要的立体角计算公式见表１。
表1
光源和所需要的立体角确定后，就要利用计算机软件进行仿真设计，这种方法是随着计算机技术发展而发展起来的,在国外大型车灯公司已开始采用,据报道德国BOSCH公司、HELLA公司和日本的小糸车灯公司等都已采用仿真设计。当客户向这些公司订货时,在设计阶段,公司就可以向客户提供:(1)汽车灯具三维造型图;(2)预见的车灯配光曲线(等光强曲线,等光照度曲线等);(3)预见的道路照明效果图(直行效果图,转弯效果图),以及工艺分析报告,热量分析报告等设计资料。客户对某些结果不满意的话,公司可以及时对设计进行修改,以便满足用户要求。90年代以后,随着CAD/CAM技术发展,各种车灯形式越来越多,这与仿真技术的发展有密切关系。配光设计的仿真技术必须包含两个内容:(1)按照光学原理,计算机能辅助产生一个合理的新颖车灯结构,(2)计算机能模拟光能量传播规律,计算和显示在测试屏幕或照明面上光能量的分布情况,判断设计是否符合标准。为了实现配光仿真设计,必须采用复杂的三维(空间)光线光路计算,光线的分布应该与光能量分布相一致。计算工具应该采用速度快、存储量大的工作站或高档微型计算机。对各种类型的汽车灯具都必须由专人开发设计软件和校验软件,大型车灯公司一般都有软件开发人员,经过实践使用和改进提高,然后提供设计人员使用,这些软件对厂家来说一般都是保密和不对外出售的。计算机软件进行仿真设计完成后，配光设计也就已经完成，接下来要做的就是等样灯组装后进行配光确认，把所得结果与仿真的结果进行对比，找到差异点进行分析，为以后设计积累经验。
目前国内多数车灯厂家不能独立开发新颖车灯,一是因为经验不足，二是没有高档的配光设计软件。随着国内汽车自主品牌的发展和国家对IT行业扶持力度的加大，相信在不久的将来会有适合中国汽车行业开发设计的软件诞生。■
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
制动信号灯及转向信号灯等。汽车照明灯具很受人们重视，已经有很多设计者涉猎，也提出了很多有见地提议；而对汽车安全行驶起同样作用的信号灯却不被人们认可和研究，本文就以配光设计为重点，浅谈一下信号灯的设计原理和方法。
汽车灯具的设计包括造型设计、配光设计、结构设计,其中造型设计与结构设计经过训练后设计者感到容易入手,而配光设计虽然经过光学训练,如果没有功能较强的计算机软件,设计者很难把握住设计结果,往往无法入手。在讲解配光设计之前，我们先来了解2个光学基本单位。
1.立体角
立体角就是以某点为中心，表示它在空间上的扩展，单位用（sr）表示。在这里，整个空间的全立体角就是4πsr，如果是半径r的球，则表面积为A＝4πr，因为全立体角是4πsr，根据单位立体角（1sr）所能切取的球的表面积为A＝4πr/4π=r在这里，半径为1的球（单位球）的表面积为A＝1，用SI单位表示，半径1m的球的表面积为4πm2，则1sr所能切取的表面积为1 m2。图1的立体角为Ω＝A/λ2，球的立体角为4π。进行配光设计时，要根据灯具的机能来选定所需要的立体角。
图1图2
2.光束
光束就是从光源放射出来的光的量，单位是（lm）。以12V21W S25的灯泡进行说明，图2是灯泡点灯时的示意图。把图中的一根光线作为单位光束，12V21W的灯泡在额定电流下放射的全光束是460(lm),所以可以说全空间放射出的光线的数是460根。
信号灯的配光设计原理，信号灯的配光构成零件与汽车前照灯相同，主要由光源,反射镜及配光镜三部分组成。一直以来信号灯常用的光源是白炽灯泡， LED光源的出现打断了白炽灯泡的垄断，LED使用寿命长(达10万h，是普通白炽灯最高寿命5000 h的20倍)、节能环保(为普通光源耗电量的1/3)、可靠性高等优点，逐渐得到人们的认可，大有取代白炽灯泡的趋势。
反射镜的主要作用是控制光的走向和确保能满足配光所需要的能量（光束）。汽车灯具中常用的反射镜有抛物面反射镜和自由曲面反射镜。抛物面反射镜抛物面是以抛物线为母线绕轴旋转180°而构成,它的剖面图如图3所示。抛物面反射镜有一个焦点F,在其焦点F上放置一个点光源,则点光源发出的光线经抛物面反射镜反射后,光线将平行ox轴出射,光线非常集中,为满足配光提供了能量。这种反射镜需要完全利用配光镜来控制光的分布来满足法规对配光的要求，这就需要在配光镜上增加很多花纹，外观上不是特别好，这种配光设计形式在5年前得到了大量应用。最近随着计算机的运算速度的提高和各种配光模拟软件的出现，使利用自由曲面反射镜来完成配光设计得以实现，它的剖面图如图4所示，利用自由曲面反射镜完全可以控制光的走向来满足法规要求，不需要在配光镜上做任何花纹，外观上得以大大改善，也降低了配光镜的加工成本。
图3图4
灯罩（也称配光镜），对光起折射作用，用来改变光的方向；有时也用来过滤光的颜色生成所需要的机能光。灯罩对外观影响也很大。
信号灯的配光设计方法。首先是选光源，信号灯常用的光源有灯泡和LED, 常用的灯泡有W21/5W/P21/5W(STOP&TAIL机能用)，WY21W/PY21W(转向机能灯用)，W21W/P21W(后雾机能灯用)；市场上LED的种类比较多，公认性能比较的好的LED是欧司朗公司和飞利浦生产的LED。光源一般根据客户的要求在报价阶段就定啦下来（随着以后的检讨过程有可能会变更）。接下来是定反射镜的大小，反射镜的大小是根据各机能灯所需要的立体角大小来定，而所需要的立体角的大小是根据法规对中心亮度和配光范围的要求，反射镜的反射率以及配光镜的透过率所算出的。各机能信号灯所需要的立体角计算公式见表１。
表1
光源和所需要的立体角确定后，就要利用计算机软件进行仿真设计，这种方法是随着计算机技术发展而发展起来的,在国外大型车灯公司已开始采用,据报道德国BOSCH公司、HELLA公司和日本的小糸车灯公司等都已采用仿真设计。当客户向这些公司订货时,在设计阶段,公司就可以向客户提供:(1)汽车灯具三维造型图;(2)预见的车灯配光曲线(等光强曲线,等光照度曲线等);(3)预见的道路照明效果图(直行效果图,转弯效果图),以及工艺分析报告,热量分析报告等设计资料。客户对某些结果不满意的话,公司可以及时对设计进行修改,以便满足用户要求。90年代以后,随着CAD/CAM技术发展,各种车灯形式越来越多,这与仿真技术的发展有密切关系。配光设计的仿真技术必须包含两个内容:(1)按照光学原理,计算机能辅助产生一个合理的新颖车灯结构,(2)计算机能模拟光能量传播规律,计算和显示在测试屏幕或照明面上光能量的分布情况,判断设计是否符合标准。为了实现配光仿真设计,必须采用复杂的三维(空间)光线光路计算,光线的分布应该与光能量分布相一致。计算工具应该采用速度快、存储量大的工作站或高档微型计算机。对各种类型的汽车灯具都必须由专人开发设计软件和校验软件,大型车灯公司一般都有软件开发人员,经过实践使用和改进提高,然后提供设计人员使用,这些软件对厂家来说一般都是保密和不对外出售的。计算机软件进行仿真设计完成后，配光设计也就已经完成，接下来要做的就是等样灯组装后进行配光确认，把所得结果与仿真的结果进行对比，找到差异点进行分析，为以后设计积累经验。
目前国内多数车灯厂家不能独立开发新颖车灯,一是因为经验不足，二是没有高档的配光设计软件。随着国内汽车自主品牌的发展和国家对IT行业扶持力度的加大，相信在不久的将来会有适合中国汽车行业开发设计的软件诞生。■
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文