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오토바이 헤드램프 설계에서 최적의 헤드램프 성능을 보장하는 것은 라이더의 안전과 가시성에 매우 중요합니다. LucidShape Design 기능을 사용하여 오토바이 헤드램프를 제작하기 위한 효율적인 광학 설계 워크플로우를 소개합니다. 본 블로그에서는 MacroFocal Design 기능을 기반으로 반사경 시스템을 설계하여 하이빔과 로우빔의 기능을 모두 다루는 데에 중점을 둘 것입니다.
ECE Regulations for Motorcycles
오토바이에 적용되어지는 ECE 규정
오토바이 헤드램프의 설계는 유럽 경제 위원회 ECE 규정, 특히 이전 UN Regulation No. 113을 기반으로 한 UN Regulation 149를 준수해야합니다. 이 규정은 대칭 패싱 빔 (로우빔) 또는 주행빔 (하이빔)을 방출하는 자동차 헤드램프 승인에 대한 일정한 조항을 제시합니다. 규정에는 A(S), B(S), C(S), D(S) 및 E(S)와 같은 다양한 등급이 있으며 사양은 오토바이의 전동화에 따라 12V, 13.2V의 경우 칸델라 (cd) 및 럭스 (lx/25)로 구분됩니다.
LucidShape은 신속하고 용이한 측정 절차를 제공하는 LID 측정 Test Table 도구를 사용하여 규정 준수 여부를 쉽게 확인할 수 있습니다.
LucidShape의 LID 측정 Test Table 도구는 빠르고 쉬운 측정 절차를 제공합니다.
Overview of CAD Data
CAD 데이터
해당 프로젝트에 사용된 CAD 데이터는 여행용 오토바이 모델에서 가져온 것입니다. 헤드램프 유닛은 로우빔용 상부 반사경, 하이빔용 하부 반사경, 주간 주행등을 담는 프레임으로 구성되며, 모두 외부 렌즈로 덮여있습니다. 먼저 데이터를 *.stl 형식으로 변환한 다음, 파일을 LucidShape CAA V5 Based로 가져옵니다.
3dmodels.org 에서 얻은 제조 및 게임 디자인을 위한 오스트리아 제조사의 여행용 오토바이 모델
Design Process
설계 프로세스
Material Assignment
재질 설정
재질은 반사 및 굴절 특성을 기준으로 결정되며 사용된 재질은 아래와 같습니다.
- 반사체 (보라색 부분): 0.8 reflectance, ideal specular
- 플라스틱 (회색 부분): 0.7 reflectance, Gaussian reflector
- 렌즈: Röhm 8N Clear (PMMA)
- 전구 갭: 0.15 reflective Lambertian
- 전구 글라스: n=1.5, ideal refractor
- 전구 와이어: 0.5 reflectance Lambertian
- 전구 소켓: absorber
- H11 광원: cylinder with 1350 lumen (at 13.2V) Lambertian emission
- DRL-광원: 1x1 mm² Lambertian emitters with black body spectrum at 3000K and 20 lm
Simulation Basics
시뮬레이션 기본 설정
H11 전구를 교정하면 전구의 광학 특성이 무엇이든 동일한 광속을 얻을 수 있습니다. 반사판이나 하우징이 없는 H11 전구는 1350 루멘으로 시뮬레이션 되고 전체 구의 센서는 총 광속을 계산합니다. 이후 Efficacy는 계산된 광속과 1350 루멘의 비율로 계산됩니다.
Low Beam Design
로우빔 설계
로우빔의 경우, 칸델라 기준 R149 Class DS 13.2V을 규정으로 합니다. 7x2의 MacroFocal 도구를 사용하여 디자인은 예제 모델 MF 로우빔 헤드램프로 시작했으며, 수평 방향의 빔 확산을 줄여 필요한 강도 사양을 달성하도록 조정되었습니다. 또한 헤드램프의 겉 렌즈는 스타일링 표면 (A면)과 광선 편차 보정 설계 기능을 활용하여 설계되었습니다. 이 단계는 겉 렌즈가 눈부심과 왜곡 효과를 유발하고 빔 패턴의 강도를 저하시켜 빔 패턴에 부정적인 영향을 미치는 것을 방지하기 위해서 매우 중요합니다.
High Beam Design
하이빔 설계
하이빔 설계 목표 규정은 칸델라 기준 R149/R113 Class C(S) Primary headlamp 13.2V로 정했습니다. 시작점은 0,0의 지점이며 해당 지점을 25,000cd 이상으로 유지하면서 빔 확산을 늘리도록 조정되었습니다.
Daytime Running Lamp Design
주간 주행등 (Daytime Running Lamp)의 디자인은 PS 회전 반사경을 기반으로 합니다. 위치 지정 및 트림 작업은 CATIA V5 기능으로 처리되었습니다. 결과적으로 DRL은 몬테카를로 광선 추적을 사용하여 시뮬레이션 되었으며 Photometry는 ECE R148 테스트 테이블과 견주어 평가되었습니다.
Analysis
분석
ECE 규정 분석은 LucidShape CAA의 Test Table 기능을 사용하여 수행되며 다음의 사항을 준수합니다.
- 로우빔의 경우 ECE R149 Class DS 13.2V
- 하이빔의 경우 ECE R149 Class CS primary 13.2V (최적화 가능성 고려)
- 주간 주행등의 경우 ECE R148
CATIA V5 Draft 분석은 반사체 형상의 탈형 가능성을 보장하는 데 사용됩니다.
운전자 뷰 및 조감도의 경우 단일 소스 옵션이 선택되고 원하는 램프 마운팅 위치에 따라 위치가 조정됩니다. 로우빔과 하이빔 모두에 대한 결과 빔 패턴이 균일성을 위해 검토됩니다.
LucidShape의 하이빔 분석
Visualization
시각화
설계한 헤드램프의 디자인이 외관적 요구사항을 충족하는지 확인하기 위해 LucidShape CAA의 Visualize 모듈을 사용하여 사실에 가까운 시각화가 수행됩니다. 시각화를 위해 모든 조명 기능이 활성화 됩니다.
Summary and Conclusion
정리 및 결론
LucidShape 도구는 오토바이 헤드램프 설계를 위한 포괄적인 솔루션을 제공합니다. 강력한 설계 기능을 통해 엔지니어는 제작 가능한 가장 최상의 자동차 램프를 개발할 수 있습니다. 또한, 광범위한 분석 기능을 통해 규정 준수 여부를 효율적으로 확인할 수 있습니다. 이는 설계 과정에서 중요하며 마지막에는 성능 지표 및 규정 요구사항의 최종 검증에 중요합니다.
LucidShape CAA는 CATIA V5 환경에서 LucidShape의 강력한 설계 기능을 활용하여 설계 프로세스와 속도를 극대화 할 수 있습니다. 설계 기능을 CATIA 기능과 결합하여 완전히 파라미터화 하고 업데이트 가능한 모델을 생성할 수 있으므로 효율 높은 설계 반복 작업이 가능합니다. 반복적으로 해야하는 가져오기/내보내기 작업 또한 더 이상 필요하지 않으며 엔지니어는 그 시간에 더 중요한 설계 또는 제품의 성능 향상에 집중할 수 있습니다.
위 내용과 관련한 Tech talk 영상을 보시려면 아래를 클릭해주십시오.