分析汽车车灯轻量化技术研究

LED车灯轻量化技术自身采用了现代化设计方法和更有效的措施对车灯优化设计或采用新材料以尽量保证车灯的各种性能。在规定达标的前提下尽量使汽车车灯产品本身的品质大大下降，使汽车车灯在环保，降耗，减重和安全诸多方面达到最优。

 

车灯轻量化技术优化方向如图2所示。

 

 

1. 合理设计结构

 

在结构设计上， 主要涉及到以下3种措施来达到LED车灯轻量化的目的：

 

结构尺寸优化

车灯形状优化

多学科优化

结构尺寸优化是汽车轻量化优化中最成熟的一种方法。其通常是将车灯零部件壁厚，加强筋数量和部件拆分数量为设计变量，使其在各种工况下均达到强度和刚度要求、以振动等关键性能为约束，将结构质量的最小值作为目标函数建立优化模型。

车灯形状的优化是通过改变车灯结构的整体或局部外形， 使得结构受力更加均匀， 从而更加充分地利用材料。通常而言， 车灯形状优化的方法主要有两种： 
 

 

对于比较规则的几何外形结构， 可以将结构的几何外形参数化， 从而将形状优化转化为尺寸优化问题。 

但对于当前具有复杂造型的车灯而言， 车灯本身具有更多不规则的几何外形， 此时很难采用参数来描述几何外形， 因此无法将其转换为尺寸优化问题。 

对这种情况， 目前广泛采用不需要尺寸参数的无参形状优化方法。但这种方法目前还只是在车身上使用过， 对汽车灯具还并未涉及。

 

 

2. 优化车灯的材料

 

目前车灯采用的注塑件材料包括PC,PMMA,PBT,BMC,见表2。这些材质都是相对较轻的材质，其密度小于1.5,仅就注塑件产品而言，要达到灯具轻量化的提升空间很小。

 

 

在LED前照灯中， 采用的LED模组尺寸都相对较大， 该模组是由金属件、 玻璃件等构成， 而模组本身带有很多的金属散热片， 甚至是风扇结构， 这些结构的材料一般都是密度较大的材料。 

 

为了对灯具进行轻量化设计必须从LED模组结构优化入手来实现减重。对卤素前照灯来说，卤素前照灯的品质主要来源于金属件如支架等，最大限度地减少金属零件数量或使用其他非金属材料零件来降低品质。

 

对氙气前照灯而言，因其车灯光源光通量较大，水平调节，自动高度调节等对应附属装置都将随之装备，此外，因其本身具有镇流器等电子件而使品质提高不少。为了使车灯质量达到最优，必须以以上各部件材料为突破点，尽量使用相对轻质材料，同时满足其关键性能。

 

3. 优化车灯的工艺

 

车灯的工艺主要有注塑、 镀铝、 焊接、 固定、装配等。车灯所需的工艺不同，相应的结构也应有很大的差异。比如，采用螺钉固定的方式， 就需要相关的固定凸台以及相应的加强筋， 来保证打螺钉区域的强度。而螺钉本身是金属零件， 其质量要比普通塑料制品要高。 

 

注塑工艺在当前较为盛行的是双色，三色，乃至更多的工艺。零件注塑颜色变多，对应零件部分区域厚度会随之变大，零件质量会因此变大，所以，满足造型需求，最大限度地减少注塑中层数对于车灯轻量化设计至关重要。

 

镀铝工艺可分为全部镀铝与局部镀铝两种，当镀铝面反射率达到要求时，对镀铝层厚度进行适当控制，选择局部镀铝工艺，这对于减少镀铝工艺给车灯质量带来的影响是有意义的。

当采用不同的焊接方式， 如热板焊接、 超声波焊接或激光焊接，甚至采用涂胶工艺时，焊接区域的结构是不同的。有些焊接工艺需要比较大而宽的产品焊接脚，在这种情况下，灯的质量也会增加。因此，选用适当的焊接方式，也可以降低车灯的质量。

 

4. 采用新的车灯技术

 

对车灯技术来说，现在较为热门的就是:LED光源模组了，采用这类光源最重要的优点就是光学性能得到了提高，并且不存在注塑件耐热等问题。但是这类光源结构比较复杂，模组质量比较大，相关支架还需优化才能减轻灯具质量。

 

 

 

车灯新一代光源——激光LED光源与OLED或研制出功率较低的近远光LED模组将成为车灯减重过程中的一个重要环节。当前Philips公司正致力于普及，在灯泡座上设计LED电路的构造在减轻车灯质量方面也起着举足轻重的作用。