Bewertung von Kraftfahrzeugscheinwerfern mit Lichtsimulation

Kiel, Henning GND

This thesis investigates light simulation as a new method in carmakers’ headlamp development process. The development process is analyzed at the beginning and two fields of application are identified, which define significant requirements. These are virtual type approval and perception based rating.The perception based rating is the rating of headlamp light distribution by people using hardware parts. This procedure takes place in the late phase of the development process and its requirements are more stringent than legal requirements. In order to transfer the perception based rating in the simulation, calculation methods are provided which allow a quantitative rating of measured or simulated light distribution regarding selected criteria. This allows very early development of headlamps in respect to perception based criteria. Moreover, methods for rating the homogeneity of stray light distribution, as well as for filtering or comparison of measured or simulated light distributions, are illustrated in this thesis.The virtual type approval is the image of the hardware based photometric type approval in the light simulation. The requirements on accuracy of the simulation are determined by the well-defined measurement of the headlamp. In order to compare values of both methods, the information of deviations and uncertainties are necessary. Therefore, an uncertainty analysis of the photometric type approval is performed. For the analysis of headlamps, a new method for software-based and light distribution-based alignment of the cut-off line is necessary. This method is developed and evaluated in comparison to the visual based method and the measurement based method for alignment. The new method shows smaller deviations and it allows a comparable alignment within measured and simulated passing beam distributions.After transferring the rating methods for light distribution to the simulation, the object of the investigation is the modeling of all relevant components of the headlamp. Light source models and material models are introduced and evaluated regarding their accuracy and applicability in the development process. A model of the dependencies of grained surfaces are developed and recommendations for the application of models are provided.Upon conclusion, the measurement and the simulation of a headlamp are compared. An uncertainty analysis is performed for light simulation and the influencing factors are identified, as well. It is shown that the deviation of the values can be smaller than ten percent within the primary light function of the passing beam headlamp. Within the stray light distribution the deviations can be much bigger. The uncertainty values of the virtual and the hardware based type approval can be similar. The uncertainty values of the perception based rating in the light simulation are smaller. In general, it is shown that the light simulation is capable for the development and the rating of headlamps. The light simulation allows more flexibility, lowers the costs for changes and prototypes, and leads to better headlamps more quickly.

In dieser Arbeit wird die Lichtsimulation als neue Methode zur Entwicklung von Scheinwerfern beim Automobilhersteller untersucht. Dazu wird zu Anfang der Entwicklungsprozess analysiert und es werden zwei Anwendungsgebiete identifiziert, die maßgebliche Anforderungen an die Lichtsimulation stellen: die virtuelle Typprüfung und die wahrnehmungsbasierte Bewertung.Die wahrnehmungsbasierte Bewertung ist die Bewertung der Scheinwerferlichtverteilung durch Personen anhand von realen Bauteilen. Sie findet in einer späten Entwicklungsphase statt und ihre Anforderungen gehen über die gesetzlichen Vorgaben hinaus. Zur Übertragung in die Simulation werden Berechnungsmethoden bereitgestellt, die eine quantitative Bewertung ausgewählter Kriterien anhand der gemessenen oder simulierten Lichtverteilung ermöglichen. Dadurch können Scheinwerfer frühzeitig nach wahrnehmungsbezogenen Kriterien ausgelegt werden. Darüber hinaus werden Methoden zur Bewertung der Homogenität von Streulichtverteilungen sowie zur Filterung und zum Vergleich von Lichtverteilungen aus Messung und Simulation dargestellt.Die virtuelle Typprüfung ist die Abbildung der am realen Bauteil vorgenommenen photometrischen Typprüfung in die Lichtsimulation. Die Anforderungen an die Genauigkeit der Simulation werden durch die weitgehend definierte Messung des Scheinwerfers bestimmt. Für einen Vergleich der Werte aus beiden Methoden ist die Kenntnis der Abweichungen und Unsicherheiten nötig, weswegen eine Unsicherheitsanalyse der photometrischen Typprüfung durchgeführt wird. Für die Analyse des Scheinwerfers ist eine Methode zur software- und lichtverteilungsbasierten Ausrichtung der Hell-Dunkel-Grenze nötig. Diese wird entwickelt und im Vergleich zur visuell-manuellen und zur messungsbasierten Ausrichtung evaluiert. Es wird gezeigt, dass die neue Methode geringere Abweichungen hat und eine vergleichbare Ausrichtung von gemessenen und simulierten Abblendlichtverteilungen ermöglicht. Nachdem die Bewertung in die Lichtsimulation übertragen wurde, ist die Modellierung aller relevanten Komponenten des Scheinwerfers Gegenstand der Untersuchung. Es werden die Lichtquellenmodelle und Materialmodelle eingeführt und hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Eignung im Entwicklungsprozess bewertet. Für die Abhängigkeiten von genarbten Oberflächen wird ein Modell entwickelt und es werden Empfehlungen für die Anwendung der Modelle ausgesprochen.Abschließend werden die Messung und die Simulation eines Scheinwerfers verglichen. Auch zur Simulation wird eine Unsicherheitsanalyse durchgeführt und die Einflussfaktoren werden dargestellt. Es wird gezeigt, dass die Abweichungen der Werte der primären Lichtfunktion des Abblendscheinwerfers kleiner als 10% sein können. Im Bereich der Streulichtverteilung sind sie wesentlich größer. Die Unsicherheiten der virtuellen und der realen Typprüfung können gleiche Werte erreichen. Die Unsicherheiten der wahrnehmungsbasierten Bewertung sind in der Lichtsimulation geringer. Insgesamt zeigt sich, dass die Lichtsimulation zur Entwicklung und Bewertung von Scheinwerfern geeignet. Sie ermöglicht höhere Flexibilität, verringert Kosten bei Änderungen und von Prototypen und führt schneller zu besseren Scheinwerfern.

Zitieren

Zitierform:

Kiel, Henning: Bewertung von Kraftfahrzeugscheinwerfern mit Lichtsimulation. 2012.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Grafik öffnen

Export