自 2000 年代初以來，汽車照明應(yīng)用的數(shù)量、種類和復(fù)雜性都在增長，強(qiáng)大的 LED 的可用性顯著實(shí)現(xiàn)或加速了這些應(yīng)用。從前燈到儀表盤上的燈和車牌燈，車輛照明對于功能、風(fēng)格、安全性和舒適性至關(guān)重要。

在滿足車輛特定要求和區(qū)域特定法規(guī)的同時(shí)提供復(fù)雜造型的需求增加了光學(xué)設(shè)計(jì)過程的復(fù)雜性。這導(dǎo)致人們更加依賴汽車照明設(shè)計(jì)軟件來尋找創(chuàng)新的解決方案。高端仿真軟件在開發(fā)此類光學(xué)系統(tǒng)方面發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樗乖O(shè)計(jì)師和光學(xué)工程師能夠在整個(gè)開發(fā)過程中創(chuàng)建、仿真和驗(yàn)證光學(xué)模型 - 從驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性的光學(xué)概念一直到完整、高度改進(jìn)和驗(yàn)證的產(chǎn)品。除了表征光學(xué)性能的各種光度數(shù)據(jù)外，逼真的圖像還用于準(zhǔn)確預(yù)測車燈在現(xiàn)實(shí)生活中的外觀。所有這些任務(wù)都可以在軟件中虛擬執(zhí)行，從而減少了對昂貴且耗時(shí)的物理原型的需求。

請繼續(xù)閱讀，詳細(xì)了解汽車照明的類型和功能、光學(xué)建模和仿真的重要性、內(nèi)部和外部燈的不同規(guī)格，以及 Synopsys 系列光學(xué)解決方案如何提供幫助。

定義汽車內(nèi)部照明

從駕駛員和乘客在車內(nèi)看到的照明開始，汽車內(nèi)部照明通常分為以下幾類：顯示器和指示燈、內(nèi)部功能照明和重點(diǎn)照明。第一類燈允許駕駛員獲取信息，這些信息可能是儀表板上顯示的標(biāo)準(zhǔn)信息，例如范圍、里程或更多方面的信息（想想 GPS 上的方向、菜單驅(qū)動(dòng)的顯示器或平視顯示器的燈光投影或 HUD）。

下一代汽車內(nèi)飾顯示器可以提供可由駕駛員定制的全數(shù)字駕駛艙。顯示器和指示燈照明的關(guān)鍵特征是顏色、亮度和亮度均勻性。

第二類是內(nèi)部照明，提供照明，讓駕駛員或乘客看到其他東西。室內(nèi)照明系統(tǒng)的經(jīng)典示例是圓頂燈、照亮面部的鏡子燈、地圖和閱讀燈、存儲(chǔ)燈等。這些光源的關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮因素是精確的空間光分布，以完成特定的照明任務(wù)、足夠的照度水平和均勻性，所有這些都不會(huì)引起眩光。次要指標(biāo)是顏色，用于可見性和情緒照明。

最后，重點(diǎn)照明提供造型線索，有助于個(gè)性化汽車內(nèi)飾的氛圍。它還可以幫助駕駛員和乘客在機(jī)艙變暗時(shí)找到控件和功能，例如電動(dòng)車窗控制、單選按鈕和杯架。與內(nèi)部照明相比，重點(diǎn)照明通常使用較低的照明水平，因?yàn)樗哪康闹皇菫榱俗约嚎梢?，而不是照亮車輛中的其他物體。對于這些系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員需要牢記的主要指標(biāo)是顏色、視覺均勻性和適當(dāng)?shù)墓庹账健?/p>

外部照明的目的

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)用于此類照明的產(chǎn)品是為了滿足幾個(gè)關(guān)鍵的安全目標(biāo)，包括照亮道路以幫助駕駛員在弱光和夜間駕駛條件下識別障礙物和交通標(biāo)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(dá)您轉(zhuǎn)彎或減速的意圖。除了功能方面，外部照明已經(jīng)發(fā)展成為不可或缺的造型和車輛品牌元素。

前照燈

前外部照明（稱為前照燈）包括近光燈（通過光束）、遠(yuǎn)光燈（驅(qū)動(dòng)光束）和前霧前照燈。這些燈功能使車輛在夜間和能見度低時(shí)能夠安全行駛。它們照亮前方道路，為駕駛員提供足夠的能見度。

近光燈對于正常交通中的夜間駕駛很有用，可以照亮道路以及左右行駛。它們利用光束模式中的截止線來防止其他駕駛者眩光。

遠(yuǎn)光燈為前照燈功能提供了最大的覆蓋范圍，并在夜間創(chuàng)造了最佳的駕駛員視野，這是安全操作車輛所必需的，尤其是在高速行駛時(shí)。為此，遠(yuǎn)光燈不使用截止線。

由于遠(yuǎn)光燈會(huì)對其他駕駛者產(chǎn)生明顯的眩光，因此必須根據(jù)交通狀況停用遠(yuǎn)光燈。通過針對此問題的自動(dòng)化解決方案，所謂的自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)光束（ADB）或像素光系統(tǒng)正變得越來越流行。這些復(fù)雜的前照燈系統(tǒng)可以提供與情況相關(guān)的道路照明，同時(shí)最大限度地減少其他駕駛者的眩光。

信號照明

信號燈包括日間行車燈 （DRL）、轉(zhuǎn)向指示燈和前照燈內(nèi)的前位置燈。在車輛后部，信號燈通常包括后位置燈（尾燈）、剎車燈、后轉(zhuǎn)向指示燈、后霧燈和中央高位停車燈 （CHMSL）。沿著車輛的側(cè)面，可能有側(cè)轉(zhuǎn)向指示燈（在擋泥板或后視鏡上）和/或側(cè)標(biāo)志燈。

這些燈旨在發(fā)出動(dòng)作信號，例如轉(zhuǎn)彎或制動(dòng)，以便其他駕駛員可以識別您的意圖并做出相應(yīng)的反應(yīng)。信號燈的放置還可以幫助其他駕駛員了解他們后面駕駛的車輛的尺寸。

在各種設(shè)計(jì)概念中，光導(dǎo)已被廣泛用于信號照明應(yīng)用，因?yàn)?DRL、轉(zhuǎn)向指示燈和尾燈功能的造型機(jī)會(huì)幾乎是無限的。光導(dǎo)還因其緊湊的外形、支持靈活的光源定位和整體封裝而具有吸引力。

光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真軟件的進(jìn)步，以及注塑成型工具能力的改進(jìn)，使信號照明設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出真正卓越的造型。

由于這些光分布的光度調(diào)節(jié)要求往往比前照燈更容易滿足，因此信號燈提供了更多的造型機(jī)會(huì)。為了準(zhǔn)確預(yù)測這些組件的美感，設(shè)計(jì)師使用逼真的可視化來模擬其發(fā)光和未發(fā)光的外觀?；谖锢淼姆抡鎸τ趯?shí)現(xiàn)光學(xué)工程決策所需的逼真質(zhì)量至關(guān)重要。當(dāng)設(shè)計(jì)人員可以開發(fā)、測試和驗(yàn)證精確的虛擬原型時(shí)，可以大大減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間和成本。

額外的專用車輛照明

除了前方和信號燈外，您還可能在車輛上看到專用燈——例如車牌燈，這使得其他司機(jī)和執(zhí)法人員在夜間或天氣條件使能見度具有挑戰(zhàn)性時(shí)很容易看到車牌。此外，您可能會(huì)在車輛內(nèi)部和外部看到標(biāo)志性的燈，例如 OEM 品牌的發(fā)光徽標(biāo)。

車輛到X（V2X）照明是一種新興的照明類型，隨著自動(dòng)駕駛汽車和電動(dòng)汽車的引入而受到關(guān)注，它提供了一種基于光的視覺通信系統(tǒng)，向行人或其他駕駛員發(fā)出信號，表明近乎靜音的車輛或沒有駕駛員的車輛的意圖。V2X照明功能是當(dāng)前研究和感興趣的話題，還有傳感器系統(tǒng)（如攝像頭、激光雷達(dá)和雷達(dá)）。

其他不用于民用車輛但對商業(yè)、政府或緊急車輛很重要的燈包括用于危險(xiǎn)運(yùn)輸警告的黃色燈;消防車、警車和救護(hù)車的藍(lán)色燈;道路養(yǎng)護(hù)車輛上的閃光燈;以及指示加長尺寸車輛的燈。

其他類型的外部照明功能包括迎賓燈，可在您接近車輛時(shí)提供光線，車門上的水坑燈，以及提供照明以幫助您安全走到前門的跟隨回家燈。

開發(fā)汽車照明產(chǎn)品

設(shè)計(jì)師和光學(xué)工程師在設(shè)計(jì)室內(nèi)和室外照明產(chǎn)品時(shí)必須牢記許多因素。為了獲得準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，他們需要精確的材料和介質(zhì)表征，包括光散射、色散和吸收效應(yīng)。為了驗(yàn)證所有光學(xué)要求，他們使用蒙特卡羅光線追蹤方法，使他們能夠定量預(yù)測燈的特定光分布。根據(jù)仿真結(jié)果，他們需要檢查大量指標(biāo)來評估對要求的合規(guī)性。鑒于分析的復(fù)雜性和大多數(shù)產(chǎn)品所需的許多設(shè)計(jì)迭代，工程師必須擁有專門的工具來有效地提取所需的信息和評估。

下圖顯示了在 LucidShape CAA V5 Based 中模擬的前照燈模型，這是一個(gè)專為滿足汽車照明行業(yè)需求而開發(fā)的綜合光學(xué)設(shè)計(jì)、仿真和分析平臺。

在基于 LucidShape CAA V5 的軟件中模擬低光投影儀模塊，顯示由外透鏡和邊框反射引起的雜散光路

下圖顯示了蒙特卡羅模擬產(chǎn)生的近光分布的典型測試點(diǎn)分析。

分析LucidShape軟件中近光分布的法規(guī)遵從性

汽車照明設(shè)計(jì)工具

汽車照明產(chǎn)品涵蓋廣泛的應(yīng)用，光學(xué)工程師的設(shè)計(jì)需求取決于這些細(xì)節(jié)。Synopsys 提供了一套廣泛的專用工具，以滿足光學(xué)解決方案產(chǎn)品組合的這些需求，其中包括 LucidShape、LucidShape CAA V5 Based 和 LightTools 軟件。

LucidShape CAA中的設(shè)計(jì)模塊允許汽車照明工程師和設(shè)計(jì)師根據(jù)照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建功能幾何體，并根據(jù)這些規(guī)范和其他規(guī)范創(chuàng)建復(fù)雜的自由曲面，從而簡化了設(shè)計(jì)過程。這些功能提供了創(chuàng)建卓越光學(xué)設(shè)計(jì)所需的精細(xì)控制，表現(xiàn)出最佳效率、光學(xué)性能和造型靈活性，以及對公差的魯棒性。

下圖顯示了其中的一些設(shè)計(jì)功能：用于近光投影儀模塊的反射器和透鏡設(shè)計(jì)功能，以及用于創(chuàng)建復(fù)雜的多面反射器光學(xué)器件的設(shè)計(jì)功能。

在基于 LucidShape CAA V5 的軟件中對投影儀單元和多面反射器進(jìn)行照明仿真

LucidShape CAA還具有可視化模塊，允許汽車照明工程師和設(shè)計(jì)師在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中創(chuàng)建物理上正確的逼真圖像，以準(zhǔn)確預(yù)測人眼如何感知照明系統(tǒng)。在開發(fā)過程的早期，逼真的圖像用于評估設(shè)計(jì)或材料替代方案以及它們是否符合造型目標(biāo)。一旦選擇了設(shè)計(jì)概念，它們就會(huì)向光學(xué)工程師提供有價(jià)值的反饋，從而改進(jìn)設(shè)計(jì)以滿足所有要求，并且具有物理上準(zhǔn)確的圖像有助于有針對性的設(shè)計(jì)更改。在設(shè)計(jì)凍結(jié)之前，產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)可以與管理團(tuán)隊(duì)、客戶和其他利益相關(guān)者一起審查它們，以確保每個(gè)人都對產(chǎn)品的視覺外觀感到滿意，為最終產(chǎn)品設(shè)定明確的期望。

LucidShape CAA還提供光導(dǎo)設(shè)計(jì)模塊，以促進(jìn)日間行車燈、轉(zhuǎn)向指示燈和尾燈等應(yīng)用的汽車光導(dǎo)設(shè)計(jì);此工具使您能夠創(chuàng)建和優(yōu)化光導(dǎo)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的外觀和法規(guī)遵從性。光導(dǎo)設(shè)計(jì)器可以顯著減少開發(fā)光導(dǎo)所需的時(shí)間，因?yàn)閷鈱?dǎo)幾何形狀的高度重復(fù)的手動(dòng)調(diào)整通過其優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且可以完成優(yōu)于手動(dòng)創(chuàng)建的專家設(shè)計(jì)的光學(xué)設(shè)計(jì)。

對于車內(nèi)照明，LightTools 照明設(shè)計(jì)軟件提供了額外的設(shè)計(jì)、仿真和分析工具，用于設(shè)計(jì)卓越的汽車光學(xué)元件。下圖描述了使用3D微結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整個(gè)顯示器均勻照明的顯示器應(yīng)用。

LightTools 軟件中的顯示模擬模型（左）和優(yōu)化前后的 3D 紋理模擬（右）

汽車照明是提高駕駛員舒適性和安全性不可或缺的一部分。技術(shù)進(jìn)步和工程獨(dú)創(chuàng)性帶來了汽車照明創(chuàng)新，這在幾年前是不可想象的。在 Synopsys，我們看到了許多機(jī)會(huì)，通過提供解決未來工程問題的工具，幫助行業(yè)進(jìn)一步突破極限。

審核編輯：郭婷