汽车前大灯设计

汽车前大灯设计

车灯是汽车关键部件之一，它不仅对汽车的外观有画龙点睛的作用，而且直接影响行车的舒适性和安全性。车灯既是汽车的功能件，又是其外观件，一辆车的车灯就像人的眼睛，能传递它的精神和内涵，也是整车设计的点睛之笔，能体现汽车的品味，其造型设计的意义就在于彰显汽车的气质。随着汽车制造技术的不断发展和进步，作为汽车主要的照明和信号装置的汽车车灯技术不断更新。在汽车车灯新产品的研究开发过程中，逆向工程技术和思想越来越受到重视。车灯产品的造型大致可以分为数据测量、三维建模和结构设计三个阶段。

目录

1 引言 (2)

2 汽车车灯设计技术................................ 错误!未定义书签。

2.1 车灯的分类 (2)

2.2车灯的发展史 (2)

3 逆向工程技术概述 (4)

3.1逆向工程简介 (4)

3.2 逆向工程的应用现状 (4)

3.3 逆向工程的一般流程 (5)

3.4 逆向工程的关键技术 (5)

4 逆向工程技术及应用 (7)

4.1 数据采集 (7)

4.2 数据处理 (8)

4.3 模型重构 (13)

5 汽车前大灯的逆向设计 (18)

5.1 前大灯的数据采集 (18)

5.2 前大灯点云数据处理 (19)

5.3 前大灯 CAD 模型构建 (22)

5.3.1重构前的准备工作 (22)

5.3.2以结构体为主的底座的构建 (22)

5.4 CAD 模型检验 (24)

5.4.1灯罩大面的曲面品质分析 (24)

5.4.2底座的拔模检查与调整 (25)

5.4.3装配干涉检查 (25)

1 引言

随着汽车设计和制造工艺的进一步提高，车灯不再只是汽车的一个照明部件，还是这车设计的点睛之笔，时髦的汽车车灯集实用性和装饰性为一体，且更注重于整车的审美风格保持一致，它最能体现汽车的品位，越是个性化车、高档车，越注重车灯的设计及品质。本文就对车灯的分类及发展史、逆向工程的概念、应用现状、关键技术和一般流程，以及汽车前大灯的逆向设计做了简要概述，并阐述了本文的研究内容。

2 汽车车灯设计技术

随着汽车工业的发展，各种款式的轿车不断涌现，汽车速度不断提高，对汽车灯具设计的要求也越来越高。尤其是前照灯系统，不仅要效率高，还要解决夜间行车的眩目问题。以前的车灯设计方法是依靠个人的经验和大量的实验，但这已远远跟不上灯具设计需求的速度和越来越严格的车灯照明标准。因此国外已有人利用计算机对汽车灯具进行仿真设计，从而大大加快了灯具的开发进度。在国内，这方面的研究还远落后于国外。

2.1 车灯的分类

车灯按照用说途分照明灯和信号灯两大类。照明灯又分为外照明灯和内照明灯，信号灯也分为外信号灯和内信号灯，如图2.1所示。

图2.1 车灯分类

外照明灯除了牌照灯之外，主要作用是为本车驾驶员提供路面照明，外信号灯则是为方便其它车辆驾驶员识别本车轮廓和判断本车动向而设置的，其中转向指示灯和动灯是极重要的信号指示灯，它对于汽车行驶安全至关重要。在这些灯中，属于强制性检验的有外照明灯和外信号灯，因为这些灯是行车安全的关键部件。

2.2车灯的发展史

汽车车灯主要指前照灯总成和后灯总成，前照灯是重点。前照灯又称为汽车大灯，有照明、装饰和保障汽车安全运行的功能。前照灯是车灯中要求最高、结构最复杂、设计和制造难度最大的车灯。为了使车灯照明系统满足使用要求，也为了使车灯外观更适应车身造型的变化，从汽车发展至今，前照灯的发展经过七代演变，如图 2.2所示。

图 2.2 车灯前照灯发展过程

第一代：乙炔气前照灯。前照灯具有高的轮廓亮度，乙炔气火焰的亮度比当时的电光源所能达到的亮度高出一倍，因而，在1925年以前使用的汽车前照灯几乎全是乙炔前照灯。

第二代：电光源前照灯。1913年带螺旋灯丝的充气白炽灯泡问世，因其具有较高亮度，给电光源前照灯开辟了广阔的前景。然而，乙炔前照灯仍然继续使用了很长一段时间，直到1925年电气照明才得到广泛的应用。

第三代：双光灯丝前照灯。这种前照灯具有远近两种灯丝，夜间行车时采用远光灯s以保证照明，两车相会时采用近光灯以防炫目。

第四代：不对称近光前照灯。由于双光灯丝前照灯在由远光灯转换为近光灯时，驾驶员视见距离缩短，不得不降低车速。为了解决这一问题，1932年美国发明了不对称前照灯，它是以基准轴为中心，将光束一分为二，靠近来车一侧的落地距离短以防止眩目，而另一侧光束的落地距离长以增加视见。

第五代：卤钨前照灯。第一批装有卤钨灯泡的汽车前照灯是由法国“斯贝”公司在1964年生产的，其灯丝允许工作温度较普通白炽灯泡高，光效增加约50%，寿命也增加一倍。

第六代：氙气灯，又称为HID灯。氙气头灯是以高压击穿惰性气体电离而发光，也叫气体放电灯。从1995年起，欧洲法规批准使用这种灯，现在奔驰、宝马、保时捷等高档轿车都相继使用了这种前照灯。HID灯具有光照度强，色温高，穿透力强，消耗能量少，寿命高，不受车上电压波动影响等许多优点，是当代最新型的汽车前照灯。

第七代：LED前照灯。LED具有高安全性、运行平稳、节约电力、寿命长等多种优点，是未来车辆照明的一个发展趋势。美国最新的研究结果表明，未来五年内，白光大功率LED技术将大幅度代替目前的各种照明产品，而且将适用于汽车的各种照明。

3 逆向工程技术概述

逆向工程（Reverse Engineering，RE），又称为反求工程、反向工程、抄数等，这个在20世纪90年代末期还无人知晓的技术术语，仅仅用了不到十年的时间就迅速发展成为制造业中的一项“时尚”技术，它在产品设计领域的普及速度之快，简直可与数控技术在加工领域的普及速度相媲美。

3.1逆向工程简介

逆向工程是随计算机技术和测量技术的进步而发展起来的一门新兴学科和技术。它是在无设计图纸或图纸不完整以及无CAD模型的情况下，从现有模型或实物出发，利用数字化及计算机辅助设计技术重新构造原形CAD模型的过程。它已发展为CAD/CAM中的一个相对独立的范畴，促进了产品创新设计，缩短了产品设计制造周期，提高了产品数字化程度，成为推动先进制造的一股新兴力量。

逆向工程是一门跨学科、跨专业的综合性工程。它以产品原型、实物、软件（图样、程序、技术文件等）或影像（图片、照片等）等作为研究对象，应用系统工程学、产品设计方法学和计算机辅助技术的理论和方法，探索并掌握支持产品全生命周期设计、制造和管理的关键技术，进而开发出同类的或更先进的产品。所以逆向工程不仅是仿造，而且是一个创新的过程。对于我国这样一个发展中国家，引进国外的先进技术，并用逆向工程技术消化和吸收，是缩短与发达国家差距的重要手段之一。因此，逆向工程技术已经成为先进制造业发展的催化剂。同时，先进制造业的发展反过来促进逆向工程技术的完善和提高。

3.2 逆向工程的应用现状

在产品造型日益多元化的今天，逆向工程己经成为产品开发中不可或缺的一环，其主要包括：

（1）航空航天、汽车、摩托车领域。工业设计师利用油泥、粘土或木头等材料设计比例模型，将所要表达的意象以实体的方式呈现出来，完成产品的美学评价。然后通过应用逆向工程技术，将比例模型转换成具有真实尺寸的CAD数字模型，以数字模型为依据得到全尺寸模型，进行空气动力学等各种性能测试与试验，从而为制造出符合要求的产品打下基础。

（2）产品的改良设计。例如可以直接在国内外已有的先进产品的基础上，进行结构性能分析、设计模型重构、再设计优化与制造，吸收并改进国内外先进的产品和技术，极大地缩短产品开发周期，降低开发风险，减少设计投入，有效快速地占领市场。

（3）文物、艺术品的复制。通常文物与艺术品的造型比较复杂，很难直接使用计算机三维技术构建几何特征，这时就需要应用逆向工程技术完成文物、艺术品等造型复杂的实物“复制”。

（4）医学及相关领域。如人体中的骨头和关节等的复制、假肢制造、人体外形量测量、医疗器材制作等，都需要应用逆向工程技术来完成。特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始设计依据，此时，需首先建立人体的几何模型。现代逆向工程技术除广泛应用在上述的航天工业、汽车工业、消费性电子产品等几个传统应用领域外，也开始应用于休闲娱乐方面，比如用于立体动画、广告动画、多媒体虚拟实境等。此外，逆向工程技术在工业产品检测、无损探伤、发动机设计、飞轮设计以及产品快速制造等方面可以发挥巨大作用。

3.3 逆向工程的一般流程

在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程。即设计人员首先在大脑中构思产品的外形，性能和大致的技术参数等，然后通过绘制图纸建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入到制造流程中，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。

而逆向工程，则可以认为是一个“从有到有”的过程，这里第一个“有”指的是实际的产品样件，而第二个“有”指的是产品的CAD模型。换句话说，逆向工程产品设计就是根据己经存在的产品实物模型，反向推出产品设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程。

逆向工程一般包括以下几个阶段：数据采集、数据处理、模型重构。其一般流程如图3.1所示。其中数据采集是前提，数据处理和模型重构是逆向工程的关键，而模型重构尤为重要。

图 3.1 逆向工程技术的流程图

3.4 逆向工程的关键技术

逆向工程中的关键技术包括形状表面数字化技术、三维模型重建技术、曲面重建技术、逆向工程集成系统等。

（1）形状表面数字化技术。零件的数字化是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据，在这个基础上进行复杂曲面的建模、评价、改进、制