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基于MATLAB的汽车灯光优化分析,基于,MATLAB,汽车,灯光,优化,分析
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本科生毕业设计（论文）开题报告论文(设计)题目基于MATLAB的汽车灯光优化分析作者所在系别机械工程作者所在专业车辆工程作者所在班级B13142作 者 姓 名宋应红作 者 学 号201322206指导教师姓名白亚双指导教师职称讲师完 成 时 间2017年3月北华航天工业学院教务处制说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计（论文）开题报告。开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2开题报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业教研室论证审查后生效。开题报告不合格者需重做。3毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4开题报告中除最后一页外均由学生填写，填写各栏目时可根据内容另加附页。5阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。6参考文献的书写应遵循毕业设计（论文）撰写规范要求。7开题报告应与文献综述、一篇外文译文和外文原文复印件同时提交，文献综述的撰写格式按毕业设计（论文）撰写规范的要求，字数在2000字左右。毕业设计(论文)开题报告学生姓名宋应红专 业车辆工程班 级B13142指导教师姓名白亚双职 称讲师工作单位北华航天工业学院课题来源教师自拟课题课题性质应用设计课题名称基于MATLAB的汽车灯光优化分析本设计的科学依据（科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等）一、汽车灯光的作用和发展前景 汽车灯光系统是汽车的重要组成部分，它保证行车安全，提高行驶速度。灯光系统还是汽车超车、转弯、会车及停车等示意驾驶员意图的表达工具，还包括多种照明装置和信号灯装置。随着日新月异的技术创新，人们的审美和环保意识增强，不同领域的技术运用在灯光系统中，汽车灯光更新替换。传统的照明系统因发光效率低、光强弱、性能不稳定、操作复杂等缺点，将被体积小、低热量、高节能、利环保、多变幻的LED（Light Emitting diode发光二极管 ）光源所替代。二、汽车灯光的国内外研究概况1、汽车灯光在国外研究1887年，一个驾驶员在黑暗的旷野上迷路时，一位农民用手提灯把他引回家.1998年,哥伦比亚号电动汽车把电用于前灯和尾灯,第一代乙炔气前照灯：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，1925年，电气照明得到广泛的应用。第三代双光灯芯前照灯：为解决在交会车时因前照灯的强光造成驾驶员炫目而导致发生交通事故和撞车的严重问题,双光灯芯前照灯的出现。第四代不对称近光前照灯：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(即光束压低，从而防炫)，而另一侧光束的落地距离长(即光束抬高，从而增加视见)。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，光效增本设计的科学依据（科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等）加约50%，寿命也增加一倍。此后汽车的生产前大灯照明也多采用了卤钨灯泡的原理。第六代充氙气灯泡氙气灯，灯泡内部填充优质的惰性气体氙气，并选择高品质的钨丝和优质的石英玻璃管，使灯泡的使用寿命和亮度发挥极至。第七代氙气灯泡：氙气灯采用高电压放电技术将氙气(Xenon ) 灌入石英内管，再透过精密安定器通过三次变压将12伏特电力瞬间提高至23000伏特以上，激发管内的氙气电子游离，在两电极间形成一束超强电弧光持续发光，使光色更亮。2、 汽车灯光在国内的研究 我国汽车照明是近十年随着汽车工业的迅速发展而发展起来的行业。几年保持快速的增长，伴随着与国外企业合资合作的研发获得了快速发展。1999年国内第一只LED灯生产出来。我国已基本掌握灯具的设计制造技术，但对高端灯具的研发有较大差距，对国外先进标准的跟踪消化、检测技术有待提高。设计内容和预期成果（具体设计内容和重点解决的技术问题、预期成果和提供的形式）工作内容：根据光学、汽车构造等知识建立点光源直射形成的锥面方程、计算直射光的总功率，建立测试屛上直射光的亮区模型，建立测试屛上反射光的亮区模型，并利用以上模型和MATLAB软件进行汽车灯光优化分析。最终成果：1.文献综述一篇、外文翻译一篇、毕业设计论文一篇；2.MATLAB仿真程序1套。拟采取设计方法和技术支持（设计方案、技术要求、实验方法和步骤、可能遇到的问题和解决办法等）基于下面的汽车车灯光源，利用MATLAB软件，优化分析车灯直射光总功率与反射光总功率之比，计算测试屛上直射光亮区和测试屛上反射光的亮区（只考虑一次反射）。汽车头部车灯的形状为一旋转抛物面，车灯的对称轴水平指向正前方，其开口半径38mm，深度22.5mm。经过车灯的焦点，在与对称轴相垂直的水平方向，对称地放置长度为4mm的线光源，线光源均匀分布。在焦点F正前方25米处的A点放置一测试屛，屏与FA垂直。实现本项目预期目标和已具备的条件（包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等）1、可以从图书馆借阅相关的文献资料；2、要有一台较高性能的电脑，便于进行仿真试验；3、有一定的软件应用基础，能够较快的使用MATLAB软件；各环节拟定阶段性工作进度(以周为单位) 1-4周 查阅汽车灯光优化的相关资料和文献，完成文献综述，完成外文翻译，撰写毕业设计开题报告； 5-8周 根据汽车构造和光学计算相关数据9-12周 在MATLAB中建立模型 13-14周 利用以上模型和MATLAB软件进行汽车灯光优化分析。 15-16周 总结毕业设计，按照规范编写论文准备答辩。开 题 报 告 审 定 纪 要时 间地点主持人参会教师姓 名职 务（职 称）姓 名职 务（职 称）论证情况摘要 记录人：指导教师意见指导教师签名： 年 月 日教研室意见教研室主任签名： 年 月 日8本科生毕业设计(论文)文献综述设计 (论文)题目基于MATLAB的汽车灯光优化分析作者所在系别机械工程作者所在专业车辆工程作者所在班级B13142作 者 姓 名宋应红作 者 学 号201322206指导教师姓名白亚双指导教师职称讲师完 成 时 间2017年3月北华航天工业学院教务处制说 明1根据学校毕业设计(论文)工作暂行规定，学生必须撰写毕业设计(论文)文献综述。文献综述作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2文献综述应在指导教师指导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，由指导教师签署意见并经所在专业教研室审查。3文献综述各项内容要实事求是，文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。第一次出现缩写词，须注出全称。4学生撰写文献综述，阅读的主要参考文献应在10篇以上（土建类专业文献篇数可酌减），其中外文资料应占一定比例。本学科的基础和专业课教材一般不应列为参考资料。5文献综述的撰写格式按毕业设计(论文)撰写规范的要求，字数在2000字左右。文献综述应与开题报告同时提交。毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述基于MATLAB的汽车灯光优化分析文献综述摘要：车灯一直被看做是驾驶员的“第二双眼睛”，对行车安全有着重要意义。随着当今社会的汽车速度的提高，车流量大，道路安全得到了人们更高的重视，为了保证行车安全，车辆的照明的要求也更高。还要满足人们对审美意识，汽车的照明系统日益复杂，LED灯大量使用。关键字：照明系统；LEDLiteraturereviewautolightingoptimizationanalysisbased onMATLABAbstract:Lightshavebeenseentobethedriverssecondpairofeyesontrafficsafetyisveryimportant.Asthevehiclespeedincreasesintodayssociety,vehicle,roadsafetyhasreceivedgreaterattention,in order toensuretrafficsafety,vehiclelightingrequirementsarealsohigher.Tomeettheaesthetic,automotivelightingsystemsbecome morecomplex,usea large number ofLEDlights.Key words：Lightingsystems；LED一、汽车灯光的作用和发展前景 汽车灯光系统是汽车的重要组成部分，它保证行车安全，提高行驶速度。灯光系统还是汽车超车、转弯、会车及停车等示意驾驶员意图的表达工具，还包括多种照明装置和信号灯装置在【1】。随着日新月异的技术创新，人们的审美和环保意识增强，不同领域的技术运用在灯光系统中，汽车灯光更新替换。传统的照明系统因发光效率低、光强弱、性能不稳定、操作复杂等缺点，将被体积小、低热量、高节能、利环保、多变幻的LED（Light Emitting diode发光二极管 ）光源所替代【2】。二、汽车灯光的国内外研究概况1、汽车灯光在国外研究1887年，一个驾驶员在黑暗的旷野上迷路时，一位农民用手提灯把他引回家.1998年,哥伦比亚号电动汽车把电用于前灯和尾灯,第一代乙炔气前照灯：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，1925年，电气照明得到广泛的应用。第三代双光灯芯前照灯：为解决在交会车时因前照灯的强光造成驾驶员炫目而导致发生交通事故和撞车的严重问题,双光灯芯前照灯的出现。第四代不对称近光前照灯：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(即光束压低，从而防炫)，而另一侧光束的落地距离长(即光束抬高，从而增加视见)。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。此后汽车的生产前大灯照明也多采用了卤钨灯泡的原理。第六代充氙气灯泡氙气灯，灯泡内部填充优质的惰性气体氙气，并选择高品质的钨丝和优质的石英玻璃管，使灯泡的使用寿命和亮度发挥极至。第七代氙气灯泡：氙气灯采用高电压放电技术将氙气(Xenon ) 灌入石英内管，再透过精密安定器通过三次变压将12伏特电力瞬间提高至23000伏特以上，激发管内的氙气电子游离，在两电极间形成一束超强电弧光持续发光，使光色更亮。2、汽车灯光在国内的研究 我国汽车照明是近十年随着汽车工业的迅速发展而发展起来的行业。几年保持快速的增长，伴随着与国外企业合资合作的研发获得了快速发展。1999年国内第一只LED灯生产出来。我国已基本掌握灯具的设计制造技术，但对高端灯具的研发有较大差距，对国外先进标准的跟踪消化、检测技术有待提高。3、 总结 传统的汽车照明系统主要由前照灯系统，信号照明系统，车内照明系统三大部分组成。随着科技的进步，传统照明系统也经历了长足的发展，但是实际的使用中，传统的前照灯系统依然存在着诸多问题，在面对复杂的道路条件和行车状况时，交通安全仍然存在巨大的隐患。因此，如何使传统汽车照明智能化，驾车更安全，更舒适就成为一个十分紧迫而又有重大现实意义的课题。在软件部分，设计了系统软件的整体流程，算法程序等软件模块，实现了一个完整的整车照明系统。通过最后的系统调试，保证了车辆在各种状态下总能为驾驶员提供最佳照明，并能够及时发现整车车灯的各种故障，表明了本设计方案的可行性和正确性。 参考文献【1】关文达.汽车构造.第三版.北京：机械工业出版社，2010【2】 舒平、姚国平.汽车电器设备与维修.北京：北京理工大学出版社，2009【3】赵福堂.汽车电器宇电子设备.北京：北京理工大学出版社，2009【4】韩瑞萍，董翔宇，郑毅，谭欣欣.大连：车灯线光源的优化设计,大连大学学报，2004【5】张志涌，杨祖樱.MATLAB教程.北京：北京航空航天学院出版社，2016【6】石祥顺.物理光学与应用光学第二版.西安：西安电子科技大学出版社，2010【7】同济大学数学系.高等数学.第六版.北京：高等教育出版社，2007：77【8】牛莉.线性代数.第二版.北京：中国水利水电出版社，2009【9】余胜威.MATLAB车辆工程应用实战.北京：清华大学出版社，2014毕 业 设 计（论 文）文 献 综 述指导教师意见 指导教师： 年 月 日专业教研室审查意见 负责人： 年 月 日6 密 级分类号编 号成 绩本科生毕业设计 (论文)外 文 翻 译原 文 标 题Automotive lighting译 文 标 题汽车照明系统作者所在系别机械工程作者所在专业车辆工程作者所在班级B13142作 者 姓 名宋应红作 者 学 号201322206指导教师姓名白亚双指导教师职称讲师完 成 时 间2017年3月北华航天工业学院教务处制1译文标题Automotive lighting原文标题汽车照明系统作 者Magneti Marelli译 名马瑞利国 籍England原文出处From Wikipedia 一辆汽车的照明系统包括照明及信号装置安装在前方、后方、两边，还有一部分安装在汽车顶部。当汽车在巷道和车流多的地方行驶时，灯光很明显的提醒其他司机和行人注意到车辆的存在、位置、大小、方向等并知道驾驶者的意图和行驶速度。紧急车辆常常带有独特的照明设备，以提醒司机和表明交通优先。历史早期的道路车辆用燃料灯作为车前照明灯。例如，第一次引进的福特T型车的头灯和尾灯是用油灯。它并没有在市场上作为标准功能，经过几年所有车辆由电气照明。发电机，1908年第一次在汽车上使用，20世纪20年代普遍使用。制动尾灯在1915年开始研究，1919年投入使用。1936到1940年密封前照灯在美国作为唯一的标准类型。自动取消转弯信号开始于1940年。到了1945年，大灯和信号灯被纳入汽车结构，1960年，欧洲开发了卤素前照灯光源。1991年开始制作了HID车灯。1993年，大批量生产的汽车上安装了LED尾灯。21世纪的前十年里，LED等大量增加。光源 白炽灯泡是长在所有汽车照明设备中使用的光源。许多类型的灯泡都说过了。由制造商使用的标准化的型数字用于标识灯泡同规格。基地可能具有一个或两个联系人、 塑料或玻璃楔形或双线循环或箍在管状绳灯具上使用刺刀类型。螺丝灯座灯永远不会使用在汽车应用中由于其振动下松动。方向灯与内部或外部镜片使用无色的灯泡;相反，灯与无色镜片可能使用红色或黄色的灯泡来为各种功能提供所需的颜色的光。通常，21 到 27 瓦，生产 280 至 570W （22 至 45 平均球面光） 用于停止，灯泡转，扭转前后雾灯，而 4 到 10 W 的灯泡，生产 40 到 130 W (3 到 10平均球面光 ) 用于尾灯、 停车灯、 侧标志灯和侧转向灯中继器。Led被用在汽车灯的次数越来越多。他们提供很长的使用寿命，耐极端振动，并且可以允许浅得多的包装相比，大多数灯泡类型的程序集。发光二极管也提供潜在的安全效益时从事停车灯，因为接通电源时他们上升到充分的强度大约250 毫秒为单位（秒）快比白炽灯泡。此快速上升的时间，不仅提高了刹车灯，故意误传但可能与增加的时间作出反应的停车灯外观后还提供以下驱动程序。然而，不显示这个更快的上升时间使汽车,刹车灯可能从追尾。发光二极管首先被应用于汽车照明中心高位刹车灯，在80 年代末开始。采用发光二极管乘用车上的其他信号功能逐渐增加对技术和相关的样式更新的需求。在北美，2000年凯迪拉克Deville是第一辆客车，与LED尾灯。2002 年起亚欧菲莱斯/雇佣了早期的LED前面转信号。2007 年奥迪R8跑车使用两个条状的光学聚焦高强度发光二极管为其白天运行灯。在北美以外是世界上第一个LED头灯由铝汽车照明的奥迪R8是可选的。低和远光位置停车灯和前转向灯和所有led的意思。雷克萨斯LS600h功能LED低梁位置、侧标志灯在北美，以及2009年卡迪拉克凯雷德白金利用发光二极管为低和高的横梁，以及位置和侧标志灯。梅赛德斯-奔驰S 级(W222)根本没有非 LED灯，即使是在最基层的修剪。分配的照明在光的分配系统，光从单个源发送viaoptical纤维或光导到它在汽车所需要的地方。光导常用应用到分布式光的仪表板显示和溢价车辆开始使用分布式系统照明门锁、窗口控件和杯架等项目。此外探讨了分配外部照明，高强度中央的光源。紧急车辆灯 紧急车辆lightingEmergency如火引擎、 救护车、警车、除雪车辆和拖车通常配有强烈警告灯的特定颜色。这些可能是机动旋转信标、氙气频闪灯、或Led阵列。105规定的颜色不同的管辖权;在大多数国家，蓝色和红色特别警告灯用于警察、消防和医疗急救车辆。在美国和一些其他司法管辖区，琥珀色指示灯是拖车、私人保安人员、工程车辆和其他非官方的特别服务车辆，则志愿消防员使用红色、蓝色或绿色，根据管辖权。在美国它是违反了交通部（运输部）任何非紧急车辆（警察/消防/救护车）操作的任何一种面向前方红灯车辆统一法典 。在美国的汽车仅有红色的尾灯，也没有蓝色的灯光;显示（或不闪烁）（向前）红灯车辆向一名司机，走来，或后面的驱动程序（在后视镜里）表明，官方紧急车辆来，要求要产量，从拉到路边，或否则摆脱其方式的驱动程序。美国的部分州允许紧急车辆都有蓝色的指示灯，可以开启来警告司机紧急车辆在行动;蓝色和红色的灯光可以被结合，向前-和/或面向后方也。在英国，医生可以用绿色的警示灯，虽然这些不允许用户要求任何免除道路交通规例 相比，蓝色的灯光，由法定的紧急服务在响应时使用。特别警示灯，通常呈琥珀色，也有时被安装在缓慢和/或宽的车辆，如移动式起重机、 挖掘机、拖拉机和在一定条件下甚至代步车。 Thelighting system of a motor vehicleconsists oflightingand signalling devices mounted or integrated to the front, rear, sides, and in some cases the top of amotor vehicle.This lights the roadway for the driver and increases theconspicuityof the vehicle, allowing other drivers and pedestrians to see a vehicles presence, position, size, direction of travel, and the drivers intentions regarding direction and speed of travel.Emergency vehiclesusually carry distinctive lighting equipment to warn drivers and indicate priority of movement in traffic.History Early road vehicles used fueled lamps, before the availability of electric lighting. For example, the first introducedFord Model Tusedcarbide lampsfor headlamps and oil lamps for tail lamps. It did not have all-electric lighting as a standard feature until after several years on the market.Dynamosfor automobile headlamps were first fitted around 1908 and became commonplace in 1920s automobiles. Tail lamps and brake lamps were introduced around 1915, and by 1919 dip headlamps were available. Thesealed beamheadlamp was introduced in 1936 and standardised as the only acceptable type in the USA in 1940. Self-cancelling turn signals were developed in 1940. By 1945 headlamps and signal lamps were integrated into the body styling. Halogen headlamp light sources were developed in Europe in 1960. HID headlamps were produced starting in 1991. In 1993, the firstLEDtail lamps were installed on mass-production automobiles.LED headlampswere introduced in the first decade of the 21st century.Light sourcesTheincandescent light bulbwas long the light source used in all automotive lighting devices. Manytypes of bulbshave been used. Standardized type numbers are used by manufacturers to identify bulbs with the same specifications. Bases may be bayonet-type with one or two contacts, plastic or glass wedge, or dual wire loops or ferrules used on tubular festoon lamps. Screw-base lamps are never used in automobile applications due to their loosening under vibration. Signal lamps with internal or external coloured lenses use colourless bulbs; conversely, lamps with colourless lenses may use red or amber bulbs to provide light of the required colours for the various functions.Typically, bulbs of 21 to 27watts, producing 280 to 570lumens(22 to 45mean spherical candlepower) are used for stop, turn, reversing and rear fog lamps, while bulbs of 4 to 10W, producing 40 to 130lm(3 to 10 mscp) are used for tail lamps, parking lamps, side marker lamps and side turn signal repeaters.LEDs(Light emitting diodes)are being used with increasing frequency in automotive lamps. They offer very longservice life, extreme vibration resistance, and can permit considerably shallower packaging compared to most bulb-type assemblies. LEDs also offer a potential safety benefit when employed in stop lights, because when power is applied they rise to full intensity approximately 250milliseconds( second) faster than incandescent bulbs.106This fastrise timenot only improves the intentional conspicuity of the stop lamp,citation neededbut could also provide following drivers with increased time to react to the appearance of the stop lamps. However, this faster rise time has not been shown to make cars with LED stop lamps less likely to be struck from behind.107LEDs were first applied to automotive lighting in centre high mount stop lamps (CHMSL), beginning in the late 1980s. Adoption of LEDs for other signal functions on passenger cars is gradually increasing with demand for the technology and related styling updates. In North America, the 2000Cadillac Devillewas the first passenger car with LED taillights.108The 2002Kia Opirus/Amantiwas an early adopter of LED front turn signals.The 2007Audi R8sports car uses two strips of optically focused high-intensity LEDs for itsdaytime running lamps. Optional on the R8 outside North America was the worlds firstLED headlampmade byAL-Automotive Lighting. The low and high beams along with the position (parking) lamp and front turn signal are all realised with LEDs. TheLexus LS 600hfeatures LED low beam, position and side marker lamps in North America, and the 2009Cadillac EscaladePlatinum uses LEDs for the low and high beams, as well as for the position and side marker lamps. TheMercedes-Benz S-Class (W222)has no non-LED lamps at all, not even in the most basic trim level.Distributive lightingIn distributive light systems, the light from a single source is sent viaoptical fibresorlight guidesto wherever it is needed in the automobile. Light guides are commonly used to distributively light dashboard displays,and premium vehicles are beginning to use distributive systems for lighting such items as door locks, window controls, and cup holders.Distributive exterior lighting has also been explored, with high-intensity central light sources.Emergency vehicle lights Main article: Emergency vehicle lightingEmergency vehiclessuch asfire engines,ambulances,police cars,snow-removal vehiclesandtow trucksare usually equipped with intense warning lights of particular colours. These may be motorised rotating beacons, xenonstrobes, or arrays ofLEDs.105The prescribed colours differ by jurisdiction; in most countries, blue and red special warning lamps are used on police, fire, and medical-emergency vehicles. In the United States and some other jurisdictions, amber lights are for tow trucks, private security personnel, construction vehicles, and other nonofficial special-service vehicles, while volunteer firefighters use red, blue, or green, depending on jurisdiction. In the U.S. it is a violation of the D.O.T. (Department of Transportation) Uniform Vehicle Code for any non-emergency vehicle (Police/Fire/Ambulance) to operate forward-facing red lights of any kind. Cars in the U.S. only have red tail-lights, and no blue lights; a vehicle displaying a red (forward-facing) light (flashing or not) coming towards a driver, or from behind the driver (in rear view mirror) indicates that an official emergency vehicle is coming, requiring the driver to yield, pull off to the side of the road, or otherwise get out of its way. Some U.S. States allow emergency vehicles to have blue lights that can be turned on to warn drivers of an emergency vehicle in action; blue and red lights can be combined, forward- and/or rear-facing, also. In the UK, doctors may use green warning lamps although these do not allow the user to claim any exemption from road traffic regulations compared to the blue lights used by statutory emergency services when responding to calls. Special warning lights, usually amber, are also sometimes mounted on slow and/or wide vehicles such asmobile cranes,excavators,tractors, and evenmobility scootersin certain conditions.指 导 教 师 评 语 外文翻译成绩：指导教师签字： 年 月 日注：1. 指导教师对译文进行评阅时应注意以下几个方面：翻译的外文文献与毕业设计（论文）的主题是否高度相关，并作为外文参考文献列入毕业设计（论文）的参考文献；翻译的外文文献字数是否达到规定数量（3 000字以上）；译文语言是否准确、通顺、具有参考价值。2. 外文原文应以附件的方式置于译文之后。7北华航天工业学院毕业论文毕业设计报告(论文)报告(论文)题目： 基于MATLAB的汽车灯光 优化分析 作者所在系部： 机电工程学院 作者所在专业： 车辆工程 作者所在班级： B13142 作 者 姓 名 ： 宋应红 作 者 学 号 ： 2010322206 指导教师姓名： 白亚双 完 成 时 间 ： 2017年6月 北华航天工业学院教务处制摘 要汽车是现代人类生活中的重要工具，汽车在生活中的使用变得频繁。那么，它的安全性是人们非常重视的。汽车的灯光系统是汽车的重要组成部分，它保证行车安全，提高行驶速度，还可以在汽车转弯、超车、会车和停车时作为表达驾驶员意图的工具。汽车车灯光源是核心部分【1】关文达.汽车构造.第三版.北京：机械工业出版社，2010【2】 舒平、姚国平.汽车电器设备与维修.北京：北京理工大学出版社，2009【3】赵福堂.汽车电器宇电子设备.北京：北京理工大学出版社，2009。本文基于MATLAB软件对车灯光源功率和照亮区域进行优化分析。关键词：灯光优化 MATLAB 光源功率IAbstractAutomotive are an important tool in modern human life, and automotive are used more frequently in life. So, its safety is very important.Automotive lighting system is an important part of the car, it guarantee the driving safety, improve the speed, also can turn in the car, parking is passing, passing, and used as a tool of expression of driver intention. Automotive lamps are the core. Based on MATLAB software, this paper analyzes the power and illumination area of lamp light source.Key words:The lights to optimize MATLAB lamp powerII目 录摘 要I目 录III第1章 绪论11.1课题背景11.2 MATLAB在汽车领域的应用11.3 MATLAB在汽车灯光中的优点和发展前景1第2章 问题分析32.1 模型假设32.2 模型符号说明3第3章 点光源直射光形成的锥面方程确定43.1 旋转抛物面的方程确定43.2 点光源直射光锥面方程的确定43.3 光源直射功率有效值计算63.4直射光总功率计算11第4章 测试屏上直射光的亮区模型建立134.1 本章导读134.2亮区模型建立134.3 区域D1中任意一点处的光照强度计算154.4区域D21中任意一点出的光照强度确定164.5 区域D22中任意的一点的光照强度确定184.6 区域D23、D24中任意的一点的光照强度确定194.7 直射光区域内任意一点出的光照强度确定21总结27致 谢28参考文献29IV第1章 绪论1.1课题背景汽车头部的车灯的形状是一个旋转抛物面，汽车灯的水平正前方与旋转抛物面的对称轴重合，抛物面的开口半径为38mm，深度22.5mm。经过车灯的焦点，在与对称轴相垂直的水平方向，对称地放置长度为4mm的线光源，线光源均匀分布。在焦点F正前方25米处的A点放置一测试屛，屏与FA垂直。【4】韩瑞萍，董翔宇，郑毅，谭欣欣.大连：车灯线光源的优化设计,大连大学学报，20041.2 MATLAB在汽车领域的应用汽车产品在生产和制造的过程中，任何一道工序都需要离精细的加工和打磨，每一个微小的失误都有可能导致结构出现错误而无法验收，甚至造成重新返工，这样不仅延长生产的周期，还带来了经济的损失。MATLAB就可以在造出实车之前，通过虚拟仿真技术，看到遇到的问题，并找到合适的解决方案。1.3 MATLAB在汽车灯光中的优点和发展前景优点：（1）提高产品开发质量。在产品的开发研究中，通过虚拟样机来寻找最优设计，追求全性能最佳。（2）减短产品的开发周期。传统的产品开发，要经历方案设计图样设计样机制造工艺设计（寻找最合适的样机）测试性能投产，出现问题就需要往复循环，而且样机的制造，工艺测试都要花费很久的时间。而应用MATLAB的仿真技术，可以同时对多个方案进行性能模拟预测，找到最佳方案。在图样阶段，对结构参数进行验证，及早解决一些工艺设计，加工制造中的一些问题。（3）降低开发费用。用仿真代替样机或实体模型试验，可以节省大量的开发费用。发展前景:MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,解决了实际应用的费时，【5】张志涌，杨祖樱.MATLAB教程.北京：北京航空航天学院出版社，2016经济的节约问题。在科研方面、在地产方面、在医学方面等等。MATLAB虚拟仿真的产品更安全、更直观、更有吸引力。越来越多的领域将引用仿真技术。35第2章 问题分析由于光源与反射面的距离与光源宽度相比较小，因此不能把光源作为一个点光源处理。为了方便处理，将灯丝当作长度一定、发光均匀的线光源，就可以把灯丝看作由若干个微小段组成，微小段相对于反射面的距离很小，可以看作点光源，用点光源积分处理。灯光光源发出的光线由旋转抛物面反射后的光线一般互相不平行，所以需要按照光的反射定律，求出反射光线。功率直射的有效值：点光源照射到物体上，以点光源为圆心作出一个球面，则光源射到物体上的光线在球面上的投影曲面面积与球面面积之比。是功率直射的有效值。功率比值：光源射到两物体上的光功率有效值之比，称为光源射到两物体上的光功率之比，即两物体在小球面上投影的曲面面积之比【6】石祥顺.物理光学与应用光学第二版.西安：西安电子科技大学出版社，2010。2.1 模型假设1.线光源长度分布是均匀的；2.将线光源视作无数个亮度相等的点光源的组合；3.只考虑一次反射的情况；4.线光源的功率额定值设定为1个单位；5.点光源各方向的光强相同；6.反射点前后功率损失率为常数。2.2 模型符号说明L：线光源长度（单位：mm），文中取4mm；P0：线光源的功率值，计算中取1；P1,P2:线光源直射光线和反射光线功率；R：直射光线总功率与反射光线总功率的比值；P（0，w，16）：线光源上的一点，其中;C:测试屏上的点；第3章 点光源直射光形成的锥面方程确定3.1 旋转抛物面的方程确定图3-1 旋转抛物面如图3-2所示，M、N为车灯边沿所在平面与抛物面、平面yOz的交点，因为MON是抛物面的母线，设母线方程为： （3-1）【7】同济大学数学系.高等数学.第六版.北京：高等教育出版社，2007：77根据M的位置关系，把点M的坐标为（0，38，22.5）带入 可得p=，并可求得焦点F的坐标为（0，0，16）。由高等数学知识可求得，母线绕Z轴旋转所形成的旋转抛物面方程为： （3-2）由于线光源经过焦点并且与y轴平行，所以有线光源上任意一点P的坐标是（0，w，16），并且。3.2 点光源直射光锥面方程的确定从（0，w,16）点的点光源发出的光线经过抛物面开口能形成一个锥面，该锥面的顶点坐标P，准线是旋转抛物面开口形成的圆，即： （3.3）点光源P直射光形成的锥面如图图3-2 点光源直射光锥面在锥面上的任意一点A（x，y，z），母线PA的参数方程为： （3.4）设PA和准线的交点是，则与其对应的参数为，所以； （3.5）还满足方程： （3.6）由上面解得：把 带入准线方程，就可求得准线方程是：， （3.7）3.3 光源直射功率有效值计算点光源P射到测试屏上的直射光功率和点光源的光线总功率的比值称为功率直射有效值。记成。计算方法:以球心是点光源P做一个半径为的小球面，直射到测试屏的光线在小球面上的投影面积为，则小球面的面积是,所以有： （3.8）为了方便计算，小球面的半径取1。锥面方程的标准化： （3.9)平移变换为： (3.10)在上面平移变换之下，变成： (3.11)令： （3.12）这是一个二次型方程，用正交变换的方法化成标准型。【8】牛莉.线性代数.第二版.北京：中国水利水电出版社，2009编写程序求A的三个特征值：输入程序：clear all;close all; % Initialsyms wA=1 0 0;0 1 w/6.5;0 w/6.5 (w2-382)/(6.52);D,V=eig(A)运行输出结果：D=1,0,00,-(2*(w2-1444)/(13*w)-(13*(4*w2-304*w+5945)*(4*w2+304*w+5945)(1/2)/338-(2*w2)/169+5607/338)/(2*w),(13*(4*w2-304*w+5945)*(4*w2+304*w+5945)(1/2)/338+(2*w2)/169-5607/338)/(2*w)-(2*(w2-1444)/(13*w)0,1,1V=1,0,00,(2*w2)/169-(4*w2-304*w+5945)*(4*w2+304*w+5945)(1/2)/338-5607/338,00,0,(4*w2-304*w+5945)*(4*w2+304*w+5945)(1/2)/338+(2*w2)/169-5607/338整理结果如下： 该准面在正交变换的标准型可设为： （3.13）锥面方程为： （3.14）令：则锥面方程可以表示为： (3.15) 接下来确定圆锥面截下单位球面部分的面积。 设单位小球面的方程为：，所求曲面在xOy 平面内的投影区域是： （3.16） 于是： （3.17）因为含有的形式，可以用极坐标代换:积分区域被变换为： （3.18）所以： （3.19）其中，根据题目的条件和问题的特殊性，简化问题计算。回到二次型矩阵的特征值计算结果，分析得出：考虑的极值分布，设：（3.20）可见是偶函数，经过配方为： (3.21)求导的： (3.22)近似的处理特征值程序如下： clear all; close all; format short % Initial syms w fw=(4*w2+(16*w4-44586*w2+35343025)(1/2)-5607)/388-1; dfw=diff(fw,w)dfw=(2*w)/97-(-64*w3+89172*w)/(776*(16*w4-44586*w2+35343025)(1/2) solve(dfw)ans =0 subs(fw,w,2)ans =35164937(1/2)/388 - 5979/388 er=fw/(4*w2+(16*w4-44586*w2+35343025)(1/2)-5607)/338); dferw=diff(er,w); solve(dferw)ans=0 subs(er,w,-2)ans=(35164937(1/2)/388 - 5979/388)/(35164937(1/2)/338 - 5591/338)整理程序： clear all; close all; format short % Initial syms w fw=(4*w2+(16*w4-44586*w2+35343025)(1/2)-5607)/388-1; dfw=diff(fw,w)solve(dfw)subs(fw,w,2) er=fw/(4*w2+(16*w4-44586*w2+35343025)(1/2)-5607)/338); dferw=diff(er,w); solve(dferw) subs(er,w,-2)整理输出结果：dfw=(2*w)/97-(-64*w3+89172*w)/(776*(16*w4-44586*w2+35343025)(1/2)Ans=0ans=35164937(1/2)/388-5979/388ans=0ans=(35164937(1/2)/388-5979/388)/(35164937(1/2)/338-5591/338) 此解小于0唯一驻点w=0,的绝对值不超过0.0030，所以取=1，此时的相对误差：经过计算，得到，在问题中，取，从而，计算时，。经过近似后，可以计算，程序是： format short syms a t r1 r r1=1/(1+1/(a2)(1/2); Sw=int(int(r/sqrt(1-r2),r,0,r1),t,0,2*pi) 运行程序结果：Sw=-2*pi*(1/(a2+1)(1/2)-1)整理结果得： （3.23）因此，在点光源P的直射有效值功率的问题中计算中，可近似的取： （3.24）所以，点光源P的功率是P（w）,到达测试屏的直射光线部分的功率是： （3.25）反射光线部分的功率为： （3.26）3.4直射光总功率计算建立直射光的功率模型图：图3-3 直射光总功率如图所示，在灯丝上取一点P（0，w，16）,并沿灯丝微元dw点（0，w+dw,16）,则的长度是dw,将发光灯丝当作（0，w,16）处的点光源，它的发光功率为： （3.27）由点光源直射光功率公式，在点P（0，w，16）的直射光线功率微元为： （3.28）所以，全段灯丝的直射光线总功率为： （3.29）其中有： （3.30）反射光线的总功率为： (3.31)直射光总功率与反射光总功率的比值为： (3.32)求解全段灯丝的直射光总功率公式定积分，由于L=4，都是常数，所以： (3.33)对上面积分，利用MATLAB数值积分函数quad 计算，程序如下：clc,clear,close all format shortfw=(w)(388)(1/2)./(-(4*w.2-5995)+(4*w.2+5607).2+19762).(1/2).(1/2);I1=quad(fw,0,2);P1=1/2-1/4*I1P2=1-P1R=P1/P2结果如下：P1=0.4099P2=0.5901R=0.6945整理结果为：P1=0.4099，P2=0.5901,R=0.6945。由此可得出，直射光线总功率与反射光线总功率的比值是0.6945。第4章 测试屏上直射光的亮区模型建立4.1 本章导读本章需要求解灯光亮区问题，所以需要了解线光源功率的度量问题。根据所学光学知识，光源的功率P与发光强度及线光源产生光通量成正相关，所以可以用发光强度I来衡量光源的功率。4.2亮区模型建立分析测试屏上直射光线的区域，P（0,w,16）处点光源发出的直射光线形成的锥面方程是： (4.1)该锥面与测试屏z=2016的交线是：将z值代入上式，得到方程：该交线在测试屏上是以点（）为圆心，为半径的圆。因此，P（0，w，16）处点光源发出的直射光在测试屏上的区域是一个圆形。随着点P（0，w，16）在直线上，从y=-2到y=2运动，测试屏上亮区的圆心在直线上，从到运动。如图：图4-1 测试屏上直射光区域该区域边界由直线段AB，圆弧BNC，直线段CD，圆弧DMA组成，各线段的方程分别为：直线段AB：直线的CD：圆弧BNC：圆弧DMA：从灯丝发出的直射光线在测试屏上的亮区，并不是灯丝任意一点发出的直射光都能到达亮区的任意一点，亮区中的点分为两个不一样的部分。如图：图4-2直射光区域图中D1：灯丝发出的直射光线能照射到区域中的任意一点，该区域是两个圆形区域的相交部分，两圆在z=25016的平面上，分别有方程表示： (4.2) (4.3)则边界曲线交点是：4.3 区域D1中任意一点处的光照强度计算设亮区中的一点T在D1中，则点T与点P(0,w,16)的距离为：直线PT与平面z=25016之间夹角的余弦值为：因此，点光源P（0，w,16）直射到点T的光照强度为： (4.4)式中，P（w）是点光源的功率。利用微元法，可求出线光源上的所有点在点T的光照强度是： (4.5)直射光线区域D1中的点光照度的积分求解程序：clc,clear,close all;format shortssyms x y wI1=int(1/(x2+(y-w)2+250002)(3/2),w)Iup=subs(I1,w,2);Ilow=subs(I1,w,-2);Iv=factor(simplify(Iup-Ilow)结果如下：I1=(w-y)/(x2+625000000)*(w-y)2+x2+625000000)(1/2)Iv=y*(y-2)2+x2+625000000)(1/2)-y*(y+2)2+x2+625000000)(1/2)+2*(y-2)2+x2+625000000)(1/2)+2*(y+2)2+x2+625000000)(1/2),1/(y-2)2+x2+625000000)(1/2),1/(y+2)2+x2+625000000)(1/2),1/(x2+625000000) 整理结果：(4.6)4.4区域D21中任意一点出的光照强度确定区域D21是平面z=25016中包含在一个圆形区域内部：但在下列圆形区域外：所以 对于区域D21有：与区域D1相似，点光源P（0，w，16）直射到点T的光照强度是为： (4.7)其中，P（w）是点光源功率。 确定线光源能够直射到D21中的光线有哪些；当w 从-2到2时，由点P（0，w，16）出点光源发出的直射光从直射光区域图最上面的圆形区域平移到最下面的圆形区域。对于D21中点T,当w=-2时，有点P（0，w，16）处点光源发出的直射光线能到达该点；当w从-2变化到某个w0值时，由点P（0，w，16）处点光源形成的直射光线亮区的边界圆周正好通过点T；当ww0时，点T就在由P（0，w，16）处点光源形成的直射光亮区的边界圆周之外，因此，用微元法，D21中的点T的光照强度为： (4.8)w0的确定方法，找出过点T的边界圆周的圆心。在z=25016的平面内，以点为圆心，作半径为的圆，确定圆与直线x=0的交点y1,解方程组：利用P（0，w，16）点光源与测试屏上形成的亮区圆心关系：从而求出,求得：直射光线区域D21中的点的光照度积分求解程序：clc,clear,close allformat shortsyms x y wI1=int(1/(x2+(y-w)2+250002)(3/2),w);w0=6.5/(22.5-25016)*(y+(38/6.5*25000)2-x2)(1/2);Iup=subs(I1,w,2);Ilow=subs(I1,w,w0);Ev=factor(simplify(Iup-Ilow)Iv1=subs(subs(char(Ev),x,X0(ID(i),JD(i),y,Y0(ID(i),JD(i)4.5 区域D22中任意的一点的光照强度确定区域D22是平面z=25016中包含在一个圆形区域内部：但在下列圆形区域外：所以 对于区域D22有：与区域D22相似，通过D21中的光照强度的相似方法求出点光源P（0，w，1直射到点T的光照强度是为： (4.9)其中：直射区域D22点的光照强度积分求解程序如下：clc,clear,close allformat shortsyms x y wI1=int(1/(x2+(y-w)2+250002)(3/2),w);w0=6.5/(22.5-25016)*(y-(38/6.5*25000)2-x2)(1/2);Iup=subs(I1,w,2);Ilow=subs(I1,w,w0);Ev=factor(simplify(Iup-Ilow)Iv1=subs(subs(char(Ev),x,X0(ID(i),JD(i),y,Y0(ID(i),JD(i)4.6 区域D23、D24中任意的一点的光照强度确定区域D23，D24为平面z=25016内的圆：分别与直线段AB：直线段CD：围成，因此对于区域D23和D24的描述为：对于区域D23、D24中的任意一点T,当w=-2时，由P（0，w，25016）处点光源发出的直射光线不能到达该点，当w从-2变化到时,点光源形成的直射光区域的边界正好到达T；当w从开始继续变化时，点TT正好在点光源形成的直射光亮区内；而当w达到某个（大于等于）时，点光源形成的直射光区域的边界正好到达T，当ww1时，点T就在点光源形成的直射光亮区的边界之外，因此，利用微元法，D23、D24中点T的光照强度为： (4.10)其中，的确定方法与D21中的方法类似，分别与在z=25016平面内以点T为圆心，半径为的圆与直线x=0的两个相交点对应。他们的值为：直射区域D22点的光照强度积分求解程序如下：clc,clear,close allformat shortsyms x y wI1=int(1/(x2+(y-w)2+250002)(3/2),w);w0=6.5/(22.5-25016)*(y+(38/6.5*25000)2-x2)(1/2);w1=6.6/(22.56-25016)*(y-(38/6.5*25000)2-x2)(1/2);Iup=subs(I1,w,w0);Ilow=subs(I1,w,w1);Iv=factor(simplify(Iup-Ilow)Iv1=subs(subs(char(Iv),x,X0(ID(i),JD(i),y,Y0(ID(i),JD(i)4.7 直射光区域内任意一点出的光照强度确定综上所述，直射光区域内任意一点的光照强度为：因此，直射光区域内的每一点的光照强度是关于坐标点（）的二元非负函数，我们可以通过二元函数的空间曲面来展示光照强度。（也可以用梯度线，梯度向量来展示）。直射光区域内任意一点的光照强度求解程序如下：%直射光的光照度计算clc,clear,close allformat short%功率P0=1;%线光源长度L=4;%整个亮区的矩形范围x0=-38*25000/6.5:1000:38*25000/6.5;y0=-(38*25000/6.5+2*(25016-22.5)/6.5):1000:(38*25000/6.5+2*(25016-22.5)/6.5);%区域D1中的点（x0,y0,25016）X0,Y0=meshgrid(x0,y0);E0=zeros(size(X0);ID,JD=find(X0.2+(Y0-2*(25016-22.5)/6.5).2=(38*25000/6.5)2 & (X0.2+(Y0-2*(25016-22.5)/6.5).2=(38*25000/6.5)2);For i=1:length(ID)E0(ID(i),JD(i)=25000*P0/L/(X0(ID(i),JD(i)2+250002)*(2-Y0(ID(i),JD(i)/(X0(ID(i),JD(i)2+(Y0(ID(i),JD(i)-2)2+250002)(1/2)+(2+Y0(ID(i),JD(i)/(X0(ID(i),JD(i)2+(Y0(ID(i),JD(i)+2)2+250002)(1/2);end%区域D21中的点（x0,y0,25016）ID,JD=find(X0.2+(Y0-2*(25016-22.5)/6.5).2=(38*25000/6.5)2);For i=1:length(ID)E0(ID(i),JD(i)=(-590451689604761308672*(X0(ID(i),JD(i)2+Y0(ID(i),JD(i)2+4*Y0(ID(i),JD(i)+625000004)(1/2)*Y0(ID(i),JD(i)+304451652452455*(X0(ID(i),JD(i)2+Y0(ID(i),JD(i)2+4*Y0(ID(i),JD(i)+625000004)(1/2)*(4874578512396693-262144*X0(ID(i),JD(i)2)(1/2)+2*(348449119428701635706449676008113452089344*X0(ID(i),JD(i)2+348633197757117393660201734482670062403584*Y0(ID(i),JD(i)2-359527985187027253421989208118379520*Y0(ID(i),JD(i)*(4874578512396693-262144*X0(ID(i),JD(i)2)(1/2)+217781166658024909840441558307262072833108122128325)(1/2)+(348449119428701635706449676008113452089344*X0(ID(i),JD(i)2+348633197757117393660201734482670062403584*Y0(ID(i),JD(i)2-359527985187027253421989208118379520*Y0(ID(i),JD(i)*(4874578512396693-262144*X0(ID(i),JD(i)2)(1/2)+217781166658024909840441558307262072833108122128325)(1/2)*Y0(ID(i),JD(i)/(X0(ID(i),JD(i)2+625000000)/(348449119428701635706449676008113452089344*X0(ID(i),JD(i)2+348633197757117393660201734482670062403584*Y0(ID(i),JD(i)2-359527985187027253421989208118379520*Y0(ID(i),JD(i)*(4874578512396693-262144*X0(ID(i),JD(i)2)(1/2)+217781166658024909840441558307262072833108122128325)(1/2)/(X0(ID(i),JD(i)2+Y0(ID(i),JD(i)2+4*Y0(ID(i),JD(i)+625000004)(1/2);end%区域D22中的点（x0,y0,25016）ID,JD=find(X0.2+(Y0-2*(2501
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