在本例中,我們將使用 Speos 和 optiSLang 實現(xiàn)光導(dǎo)的設(shè)計優(yōu)化,以實現(xiàn)汽車日行燈、內(nèi)飾氛圍燈等的光導(dǎo)設(shè)計,并改善光導(dǎo)亮度的均勻性,以自動優(yōu)化設(shè)計的方式實現(xiàn)更好的照明外觀。
在汽車照明應(yīng)用中,日行燈是一個獨特的照明標(biāo)志。這些光導(dǎo)幾乎是一直照明狀態(tài),因此光導(dǎo)的設(shè)計需要符合照明均勻性的標(biāo)準(zhǔn)和政府提出的規(guī)則。為了實現(xiàn)光導(dǎo)設(shè)計和優(yōu)化,我們使用 Ansys Speos 光學(xué)部分設(shè)計創(chuàng)建光導(dǎo),利用 Ansys optiSLang 驅(qū)動光導(dǎo)設(shè)計參數(shù)變化,進而找到理想設(shè)計。
1. Speos 和 optiSLang 的數(shù)據(jù)傳輸
Speos和opitSLang的數(shù)據(jù)傳輸可以有三種方式:第 一種是在Workbench中鏈接Speos和optiSLang進行數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化,第二種是在optiSLang中鏈接workbench,workbench中含有Speos的數(shù)據(jù),完成數(shù)據(jù)傳輸,第三種是直接使用scripts完成Speos和optiSLang的數(shù)據(jù)鏈接。
2. Speos 軟件中完成 light guide 完成初步光導(dǎo)設(shè)計,并進行光導(dǎo)的亮度和強度模擬與法規(guī)檢查。
在 Speos 的仿真模擬中,有幾項相關(guān)鍵的仿真重要參數(shù)設(shè)置:
Lightguide Meshing:精確的meshing對于光導(dǎo)設(shè)計來說是很重要的,使用Speos的用戶都知道m(xù)eshing的重要性,如果不考慮meshing的參數(shù)設(shè)置,光導(dǎo)設(shè)計中的出光效果將會受到影響。通常會使用local meshing來設(shè)置特殊幾何體的meshing劃分。
Maximum number of Surface interaction:光導(dǎo)依靠全內(nèi)反射來引導(dǎo)光線走向,這導(dǎo)致光和表面相互作用次數(shù)增多,特別是光線和光導(dǎo)棱鏡之間的相互做用,默認值100通常過低,可以適當(dāng)提高此數(shù)值設(shè)置。光導(dǎo)依靠全內(nèi)反射來引導(dǎo)光線走向,這導(dǎo)致光和表面相互作用次數(shù)增多,特別是光線和光導(dǎo)棱鏡之間的相互做用,默認值100通常過低,可以適當(dāng)提高此數(shù)值設(shè)置。
XML Template:XML文件中包含了Sensor 中對關(guān)鍵數(shù)值的定義和數(shù)值驗證,使用XML文件可以直接得到仿真結(jié)果的數(shù)值情況,并且使得每個參考數(shù)值都可以作為輸出結(jié)果在optiSLang中使用。關(guān)于XML可以在Ansys customer Portal官方網(wǎng)站得到XML標(biāo)準(zhǔn)模板。
設(shè)置以上Speos的參數(shù),運算仿真得到強度圖和亮度圖兩個結(jié)果,從法規(guī)和均勻性兩個方面對光學(xué)性能進行了測量。強度圖的網(wǎng)格視圖強調(diào)了法規(guī)遵從性,每個表格代表一個強度測量點,測量點的值受法規(guī)約束。中間值代表模擬結(jié)果,左下值代表通過規(guī)定的極小限度,左上值代表通過規(guī)定的極大限度,右邊代表個人設(shè)置的安全限度。如果法規(guī)沒有通過,則用紅色標(biāo)出,如果沒有達到安全限度,則用黃色標(biāo)出,如果通過,則用綠色標(biāo)出。
在亮度圖中定義均勻性性能的測量值。測量是基于18點折線,甚至更多點折線,沿著這條線的亮度均勻性可以被評估,測量平均和均方根對比。同時亮度結(jié)果也將用做于優(yōu)化的輸出,優(yōu)化目標(biāo)是在保持ECE規(guī)定滿足要求的同時,獲取均勻的外觀照明,降低RMS對比度和極大化折線平均值。
3. optiSLang靈敏度分析,通過敏感性研究來確定重要的光導(dǎo)輸入?yún)?shù),并通過創(chuàng)建元模型顯示輸入和輸出參數(shù)之間關(guān)系,從而展示參數(shù)分析能力。
建立參數(shù)化系統(tǒng)后,進行參數(shù)敏感性分析。在敏感性分析中,通過COP矩陣預(yù)測輸出變化,COP的數(shù)值告訴我們模型質(zhì)量,此外可以看到參數(shù)對輸出的影響。所以我們會得到在light guide設(shè)計參數(shù)中有有哪幾項設(shè)計參數(shù)是影響設(shè)計目標(biāo)光導(dǎo)的亮度均勻性、均方根、光強度的關(guān)鍵,可以直接了解光學(xué)行為。
4. optiSLang優(yōu)化,通過執(zhí)行基于模型的多目標(biāo)優(yōu)化,然后進行局部和單目標(biāo)直接優(yōu)化,以實現(xiàn)可能的理想設(shè)計,展示優(yōu)化能力。
優(yōu)化算法在MOP上采樣了10000種設(shè)計,以找到輸入?yún)?shù)值的理想組合,實現(xiàn)理想設(shè)計。多目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果顯示在“帕累托面”(參見下圖)。該圖顯示了兩個目標(biāo)之間的權(quán)衡,在理想設(shè)計的集合用紅點標(biāo)記(定義為帕累托前沿)。工作流通過一個真正的求解器調(diào)用(如綠點所示)自動驗證20個理想的設(shè)計。由于COP值較好,預(yù)測值與驗證值之間的差異較小。通過選擇其中一種設(shè)計,相應(yīng)的參數(shù)值和響應(yīng)顯示在optiSLang的后處理其他圖中。圖片顯示的是經(jīng)過驗證的7574設(shè)計,為了進一步改進設(shè)計,可以通過將其中一個目標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束來進行局部和單一目標(biāo)的優(yōu)化。
單目標(biāo)優(yōu)化采用靈敏度研究(黑色)和基于響應(yīng)面的理想設(shè)計區(qū)域的樣本迭代附加設(shè)計(彩色)。