汽车灯具起雾分析及应对方法

 

一、车灯防雾产生的背景

 

 

车灯的防雾是个老话题了，它是困扰着灯具厂，整车厂和终端客户们的一大质量难题。在LED光源广泛应用以及交互控制系统蓬勃发展的今天，车灯变得更加电子化，数字化和集成化，外形也变得更加纤薄化和复杂化，对防雾要求变得更高了，这也成了车灯设计面临的主要问题。

 

 

起雾产生的机制，撇开专业名词不谈，简单地说就是：同体积空气空气所能承受水蒸气的能力在环境温度不同时也不一样，气温高了，所能承受的水蒸气也就越大。环境温度突然下降时，无法被空气包容的水蒸气就会冷凝成液态水。

 

 

车灯亮灯时，车灯内不同部位温度升高快慢不一致而形成的温度差、压力差使得灯腔内的气体流动起来与外界进行交换，外界湿度高时整个灯腔空气湿度升高。高温高湿气体进入灯具低温区域后环境温度下降，水蒸气冷凝并在凝结核作用下形成结雾现象。

 

二、灯具内雾气形成的机理

 

通过对灯具内产生雾气的影响因素分析，可简要概括为灯具起雾主要与温度场、流动场与湿度场有关，三者之间的关系以及影响因素如图所示：

 

 

在产品造型与各零部件材料固定的情况下：
 

 

灯内温度分布和灯泡，LED等光源功率及外部环境温度相关。

 

流动场分为内部流动和外部交换两种。内部流动由车灯内部温度分布不均匀产生的自然对流和零部件间隙等因素造成。外部交换中通气结构主要由通气孔个数，大小和排列以及通气组件种类等因素决定。

 

湿度场主要与灯腔内空气湿度及外空气湿度相关，内空气流动使湿度分布发生改变。

 

三、雾气的危害

 

外观不良，顾客抱怨，造成退换货，质量成本上升

影响灯具光学性能，水汽凝结在配光镜表面，折射造成光线偏离

影响电子元器件寿命。车灯内电子元器件越来越多，越来越复杂，水汽凝结在电子元器件上，长期造成元器件失效

 

四、防雾面临的新的挑战
 

1、LED光源的广泛使用

LED光源与卤素灯泡的发热机理存在本质不同。卤素灯泡的光效约为5%。85%的热量以红外辐射的形式散发出去，有利于热量在灯具内均衡的分布。

 

 

LED的光效约为20%，LED是冷光源，75%左右的热量在焊点处以热传导的方式传导到基板上，然后散发出去，热量集中，不利于热量在灯具内的分布。

 

 

2、灯具的造型越来越扁平化、纤薄化，空间越来越小

灯具的造型越来越偏向于流线型，扁平化，饰圈、饰条等装饰件的拆分越来越细化，灯具结构复杂，空间紧凑，不利于灯具腔体内空气的流动。

 

 

 

3、主机厂要求变高

主机厂对起雾的实验标准提高，雾气消散时间从之前的允许存在，半小时到一小时消散判定为合格，到现在的不允许出现雾气，要求大大提高。

 

五、解决灯具雾气的6个方法

由灯具雾气形成具备的条件可知：灯具起雾主要与灯内湿度、温度分布以及凝结核有关，因此要解决车灯起雾问题需要从这 3 方面入手，限制其中一个方面或多个方面条件，从而有效解决车灯起雾的问题。

1、降低灯内湿度

对于密封性能良好的灯具，降低灯内湿度可从车灯材料、透气组件的选择与灯内安装除湿装置3个方面考虑。

2、车灯材料的吸水率

尽量不使用吸水率高的材料，如: 前照灯透镜支架、灯泡座等零件尽量避免使用 PA 系列材料。

3、透气组件的选择

 

透气膜

通气帽

 

作用：隔绝液态水与灰尘，允许气体（包括水蒸气）通过，透气膜可允许较大的透气区域，为粘贴形式；通气帽允许较小的透气区域，为套装形式。

4、灯内安装除湿装置

在灯内安装除湿装置，如粘贴干燥剂，可有效降低灯内的湿度，从而降低雾气产生的风险。但此方法也存在弊端，使用的物理性吸湿干燥剂一般会随着吸湿量的增加而趋于饱和，饱和后受热会将自身吸收的水分释放到灯内，加重起雾现象。

 

 

5、平衡灯内的温度场、流动场

 

灯具内温度场和流动场对雾气起主要作用。灯具的结构设计会对灯内温度场和流动场产生影响，设计中一般可以采取如下措施加以防范：

 

本实用新型避免了车灯饰圈与配光镜区域之间形成窄小结构，尤其是灯具下方部位，窄小的面积不利于灯具内气体的流通，同时满足车灯耐热条件。

 

尽可能避免非光源直接照射区大面积装饰区域；或者在配光镜内侧面上做出花纹，以减弱雾气给外观带来的冲击。

 

灯具的上、下部件间应留一定的空隙，有利于气体的流动；通常应该避免车灯饰圈前（饰框与面罩）与后（饰框与灯壳）间设计窄间隙，窄间隙会妨碍气体流动。

 

车灯设计阶段CAE工程师要及早介入，并借助有限元分析软件对车灯起雾区域及风险等级进行分析和预测，并通过对车灯内部温度场和流动场进行分析，优化了设计，避免了配光镜低温区域出现温度过低和有气体流动死区的现象，有效地防止或者解决了灯具起雾的问题。

 

散热风扇主要用于对LED进行散热，而极大地改善灯具内部空气流动及热量分布情况，从而带来雾气改善等附加好处。

 

6、减少凝结核

 

通常采用在灯罩内表面喷涂防雾涂层的方法减少凝结核。

 

作用机制：使水滴平铺在基材表面 （表面接触角变小），成一层很薄的水膜，阻止在基材表面凝结成水珠，减少光线在水滴表面的散射，增加光线透过率。

 

使用防雾涂层前后基材表面水滴接触角

 

由于防雾涂层是在透明材质上喷涂，如有质量缺陷将无法通过打磨及抛光后重复喷涂等手段进行处理，相对来说产品报废率较高，同时防雾涂层的喷涂环境要求较高，相对于其他解决方案将增加较多的灯具成本。