汽车照明领域，日行灯、内饰氛围灯等光导部件不仅是车辆外观设计的重要元素，更需满足严格的照明均匀性标准与政府法规要求。传统光导设计依赖人工反复试错，难以平衡性能、合规性与设计效率。而Ansys Speos 与 Ansys optiSLang 的联合方案，通过“光学建模仿真  参数化优化”的协同模式，构建了从初步设计到理想方案的全流程优化体系，为汽车光导设计提供了高效、精准的解决方案。

一、光导优化设计的核心需求：为何需要 Speos 与 optiSLang 协同？

汽车光导的核心功能是通过全内反射引导光线传播，从而实现均匀、合规的出光效果。其设计面临两大关键挑战：

性能与合规的双重约束：光导需满足 ECE 等国际法规对光强度的硬性要求，同时要保证亮度均匀性，避免出现明暗不均、光斑断层等影响视觉体验的问题，尤其是日行灯需长期处于照明状态，性能稳定性要求更高。

设计参数的复杂性：光导的出光效果受棱镜结构、几何尺寸、材质特性等多参数影响，参数间存在复杂的耦合关系，人工调整难以快速找到更优组合，且易遗漏关键影响因素。

Speos 凭借专业的光学仿真能力，可精准模拟光导的亮度、强度分布，完成法规符合性检查；optiSLang 则擅长参数敏感性分析与多目标优化，能自动驱动参数迭代，高效筛选理想设计方案。二者协同可突破传统设计瓶颈，实现光导性能与合规性的同步优化。

二、Speos optiSLang 优化工作流：从仿真到优化的全流程拆解

Speos 与 optiSLang 的联合优化遵循“数据衔接 - 仿真验证 - 敏感分析 - 参数优化 - 结果落地”的逻辑，形成闭环设计体系，具体步骤如下：

（一）第 一步：建立 Speos 与 optiSLang 的数据传输通道

二者的数据交互是协同优化的基础，目前支持三种主流传输方式，可根据项目需求灵活选择：

Workbench 直接链接：在 Ansys Workbench 平台内，将 Speos 与 optiSLang 模块直接关联，通过平台内置的数据接口实现参数与仿真结果的实时传递，操作便捷且兼容性强，适合常规光导设计项目。

optiSLang 链接 Workbench 间接传输：当 Speos 模型需嵌入 Workbench 多物理场仿真（如结合热分析考虑温度对光导性能的影响）时，可在 optiSLang 中直接调用包含 Speos 数据的 Workbench 项目，确保多学科数据的连贯传递。

脚本（Scripts）直接对接：通过自定义脚本代码，直接建立 Speos 与 optiSLang 的数据流，无需依赖平台中间件，灵活性更高，适合复杂光导模型或定制化优化需求场景。

无论选择哪种方式，核心目标都是确保 Speos 的仿真参数能精准传递至 optiSLang，且 optiSLang 的优化指令能实时驱动 Speos 模型更新，实现“参数 - 仿真 - 结果”的无缝流转。

（二）第 二步：Speos 端完成光导建模、仿真与合规检查

Speos 作为光学仿真核心工具，需完成光导的初步设计与性能验证，为后续优化提供可靠的仿真基础，关键操作集中在三个方面：

1. 光导建模与网格（Meshing）设置

网格质量直接决定仿真精度，光导结构（尤其是棱镜区域）的几何复杂性要求精细化网格划分：

常规区域可采用默认网格，但针对棱镜、转角等特殊几何体，需启用“Local Meshing”（局部网格）功能，通过加密网格密度，精准捕捉光线在这些关键区域的反射、折射行为，避免因网格粗糙导致的出光效果模拟偏差。

2. 关键仿真参数配置

光导依赖全内反射传播光线，需针对性调整仿真参数以匹配实际物理过程：

表面交互次数（Maximum number of Surface interaction）：光线在光导内部与表面（尤其是棱镜表面）的交互次数远高于普通光学部件，默认的 100 次设置易导致光线提前被截断，需适当提高该数值（如根据光导长度调整至 200-500 次），确保光线传播过程被完整模拟。

XML 模板（XML Template）：通过 XML 文件预设 Sensor（传感器）的测量指标与验证标准，例如定义光强度的测量点位置、亮度均匀性的评估范围等。仿真完成后，XML 可自动输出量化结果（如各测量点的强度值、亮度平均值），且这些结果能直接作为 optiSLang 的优化输出指标，无需人工二次处理。XML 标准模板可从 Ansys Customer Portal 官方网站获取，确保指标定义符合行业规范。

3. 性能与合规性验证

通过 Speos 仿真生成强度图与亮度图，从两个维度评估光导性能：

强度图（法规合规性验证）：以网格视图展示各测量点的光强度值，每个表格中包含三项关键数据 —— 中间值为仿真结果，左下值为法规规定的最小限值，左上值为法规最大限值，右侧为项目自定义的安全限度。系统会自动根据数值匹配情况标注颜色：红色代表未通过法规要求，黄色代表未达到安全限度，绿色代表合规，直观呈现光导的法规符合性。

亮度图（均匀性验证）：基于 18 点（或更多点）折线定义测量路径，沿路径计算亮度平均值与均方根（RMS）对比度。亮度平均值反映整体照明强度，RMS 对比度则体现均匀性（数值越低，均匀性越好），这两个指标将作为后续 optiSLang 优化的核心输出目标，确保优化方向与实际性能需求一致。

（三）第三步：optiSLang 端开展敏感性分析，锁定关键设计参数

敏感性分析是优化的“前置筛选”环节，旨在从众多设计参数中识别对光导性能影响最大的关键参数，减少后续优化的变量维度，提升效率：

建立参数化系统：将 Speos 光导模型中的可调整参数（如棱镜高度、间距、光导截面尺寸、入射光源角度等）定义为 optiSLang 的“输入参数”，同时将 Speos 输出的关键指标（如 RMS 对比度、亮度平均值、法规合规性指标）定义为“输出参数”。

敏感性计算与结果解读：通过 optiSLang 的 COP（Coefficient of Prognosis）矩阵评估参数影响：

COP 数值反映模型预测精度，数值越接近 1，说明输入与输出参数的映射关系越可靠；

同时，系统会量化各输入参数对输出参数的影响权重，例如若“棱镜高度”对 RMS 对比度的影响权重达 30%，而“光源角度”仅为 5%，则可确定“棱镜高度”为核心优化参数，后续优化可重点聚焦此类高影响参数，降低计算复杂度。

元模型构建：基于敏感性分析数据，optiSLang 自动生成输入与输出参数的元模型（响应面模型），直观展示参数变化与性能结果的关联趋势，例如“棱镜高度每增加 0.1mm，RMS 对比度降低 5%”，为后续优化提供可视化的参数调整方向。

（四）第四步：optiSLang 多目标优化与局部细化，筛选理想方案

在敏感性分析锁定关键参数后，optiSLang 通过多目标优化与局部优化结合的方式，逐步逼近理想设计：

多目标优化：平衡性能与合规性：

优化目标设定为“降低 RMS 对比度（提升均匀性）”与“最大化亮度平均值（保证照明强度）”，同时将“法规合规性”设为约束条件（即优化过程中需确保强度指标符合 ECE 标准）。

算法通过 10000 种设计方案的采样迭代，生成“帕累托面”—— 该图形展示了两个优化目标之间的权衡关系（如亮度提升与均匀性改善的平衡边界），帕累托前沿上的红点代表“非劣解”（即无法在提升一个目标的同时不降低另一个目标），是潜在的理想设计集合。

为确保可靠性，系统会自动选取 20 个帕累托前沿上的设计方案，通过调用 Speos 进行真实仿真验证（绿点标记）。由于前期敏感性分析构建的元模型精度较高（COP 值优异），验证结果与预测结果偏差极小，可快速确认方案可行性。

局部与单目标优化：进一步细化性能：

从验证通过的方案中选择基础性能较优的设计（如某方案 RMS 对比度已降至 10%，亮度平均值达标），将其中一个目标转化为约束条件（如固定亮度平均值），进行单目标优化（如进一步降低 RMS 对比度至 8%）。

优化过程中，optiSLang 结合前期敏感性分析结果（黑色标记高影响参数），在理想设计区域内进行样本迭代与附加设计（彩色标记），精准调整关键参数，实现性能的二次提升。

三、优化成果：兼顾均匀性、合规性与设计效率

通过 Speos 与 optiSLang 的协同优化，光导设计实现了三大核心突破：

性能显著提升：RMS 对比度大幅降低，亮度均匀性显著改善，照明外观从“明暗不均”转变为“连续平滑”，完全满足汽车内饰氛围灯、日行灯的视觉体验要求；

全合规保障：所有优化方案均通过 ECE 及客户自定义的光度法规检查，强度、亮度等关键指标全部落在安全限度内，无需担心法规认证风险；

效率翻倍：传统人工设计需数周甚至数月的参数调整，而联合方案通过自动化参数迭代与敏感性筛选，仅需数天即可完成从初步设计到理想方案的落地，大幅缩短研发周期，降低试错成本。

Speos 与 optiSLang 的联合方案，打破了“光学仿真”与“参数优化”的壁垒：Speos 为优化提供精准的性能与合规性反馈，确保优化方向不偏离实际需求；optiSLang 则通过智能化的参数分析与迭代，避免人工试错的盲目性，高效找到性能与合规的平衡点。这一协同模式不仅适用于汽车日行灯、氛围灯，还可拓展至车载显示背光、智能座舱光环境等更多光导应用场景，为光学设计领域提供了“仿真驱动优化，数据指导决策”的新范式。