自由曲面型汽车车灯虚拟设计系统关键技术研究

论文摘要

汽车车灯是工程与艺术的结合体。车灯设计时需要协调“工程要求”与“艺术造型”的冲突,因此,设计知识、设计经验的处理和利用显得非常重要。本文通过总结自由曲面型车灯的前期布置和产品开发设计阶段的设计知识,研究了满足工程要求的车灯布置方案的设计方法,并建立了车灯设计方案的虚拟评价方法及其针对性修改策略。首先,提出了基于包围盒的自由曲面型车灯辅助布置工具。通过包围盒可以创建各种构建点,依据构建点可以构造各种曲线,通过生成的曲线创建曲面,这为车灯造型人员在使用UG进行正向建模时提供了方便。其次,建立了自由曲面型车灯布置方案的设计方法。依据包围盒建立了光区分区工具、抛物面基面生成工具和抛物面基面空间位置确定工具,由确定的车灯初始布置方案提供自由曲面反射镜的初始设计参数,进行反射镜的设计。这样有利于解决工程和造型之间的矛盾,为车灯的并行设计提供了可能。再次,建立了基于法规要求的车灯自由曲面反射镜的设计方法与流程以及车灯照明效果模拟方法。通过配光得到满足法规要求的车灯自由曲面反射镜曲面,然后对其照明效果进行模拟,增强了车灯设计的虚拟现实效果,为车灯设计的可靠性提供了依据。最后,基于专家评价法提出了自由曲面型车灯设计方案的评价方法,并根据设计参数的不同特点,提出了自动修改和交互修改相结合的修改方法。专家评价法便于在车灯设计时使定性指标定量化,领域专家根据评价依据对评价对象进行评价判分,确定车灯设计的优劣,找到和失分相关的参数,根据参数的特点制定修改策略,以便修改设计方案。基于上述的研究,实现了试验系统的开发。试验系统以UG NX4.0软件作为图形支撑平台,利用Visual C++6.0和UG/Open API为开发工具开发而成。应用实例表明了系统的可行性和实用性,能够设计出基于工程要求的车灯造型方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 前照灯简介
• 1.1.2 研究目的与意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 自由曲面型车灯设计方法研究现状
• 1.2.2 KBE技术在车灯产品设计方面的应用研究现状
• 1.3 研究目标及研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 论文的主要内容
• 第二章 车灯辅助布置工具
• 2.1 引言
• 2.2 包围盒介绍
• 2.2.1 常用包围盒类型
• 2.3 车灯包围盒和构建点
• 2.3.1 车灯包围盒的概念
• 2.3.2 车灯包围盒的生成
• 2.3.3 包围盒生成算法
• 2.3.4 构建点的生成
• 2.3.5 构建点的变换
• 2.4 空间约束的表示
• 2.5 几何元素的构建
• 2.5.1 车灯A级曲面的表达方法
• 2.5.2 几何元素的快速构建
• 2.6 本章小结
• 第三章 车灯布置方法
• 3.1 引言
• 3.2 反射镜基面出光口直径的确定
• 3.3 车灯布置工具
• 3.3.1 光区的分区
• 3.3.2 基面在分区面内安放域的搜索
• 3.3.3 抛物面基面的生成和空间位置的确定
• 3.4 车灯初始布置方案的生成
• 3.5 本章小结
• 第四章 自由曲面型反射镜的设计与照明效果模拟
• 4.1 引言
• 4.2 GB 4599-94介绍
• 4.3 光度参数
• 4.3.1 光通量
• 4.3.2 发光强度
• 4.3.3 光照度
• 4.4 基面的选择和参数的确定
• 4.5 自由曲面型反射镜的设计
• 4.5.1 设计原理
• 4.5.2 配光软件的介绍
• 4.5.3 基面的划分和子面的调整
• 4.6 照明效果模拟
• 4.6.1 光源的模拟
• 4.6.2 光线追迹
• 4.6.3 自由曲面片的离散
• 4.6.4 反射光线方向向量的求出
• 4.6.5 反射光线与路面模型的交点求出
• 4.7 本章小结
• 第五章 车灯系统评价及修改
• 5.1 引言
• 5.2 专家评价
• 5.2.1 专家评价法的定义
• 5.2.2 专家评价法的特点
• 5.2.3 专家评价法的计算
• 5.3 评价指标和评价依据
• 5.3.1 几何可见度和安装位置
• 5.3.2 配光特性
• 5.3.3 照明效果
• 5.3.4 空间约束
• 5.3.5 车灯内部结构
• 5.3.6 美观
• 5.4 评价结果和评价等级
• 5.5 设计方案修改方法
• 5.5.1 初始设计参数对系统的影响
• 5.5.2 修改方法
• 5.6 本章小结
• 第六章 系统实现及应用实例
• 6.1 引言
• 6.2 开发环境
• 6.3 整体框架
• 6.4 某车型前照灯设计实例
• 6.4.1 车灯包围盒的生成
• 6.4.2 车灯初始布置方案生成
• 6.4.3 自由曲面型反射罩的设计
• 6.4.4 车灯总成的建模
• 6.4.5 车灯照明效果模拟
• 6.4.6 车灯评价
• 6.4.7 车灯造型的更改
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在读硕士期间参加的课题和发表的论文