汽车灯具起雾分析及对策流

汽车灯具起雾分析及对策流

一、车灯防雾产生的背景

车灯的防雾一直是一个老生常谈的话题，也是困扰灯具厂、整车厂及终端客户的主要品质问题。随着LED光源的普遍使用和交互控制系统的发展，车灯日益电子化、数字化、集成化，造型越来越纤薄化，复杂化，防雾的要求变的越来越高，成为车灯设计中的一大挑战。

起雾的机理，抛开专业名词，简而言之：相同体积的空气空气在不同的环境温度下，对水蒸气的容纳承受能力是不同的，温度越高，可以容纳的水蒸气越多。当环境温度骤然降低时，空气中容纳不了的水蒸气将凝结为液态水。

在车灯点亮的过程中，车灯内部不同区域温度上升快慢不同所产生的温度差和压力差，使灯腔气体流动，并与外界交换，当外界湿度较高时，整灯内空气湿度增高。当高温高湿气体流动到灯具的低温区域时，环境温度降低，水蒸气凝结，在凝结核的作用下，形成结雾。

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：

灯具内部温度的分布与灯泡、LED等光源的功率以及外部环境温度有关。
流动场可分为内部流动与外部交换。内部流动是由于车灯内温度分布不均而引起的自然对流，与零部件间隙有关。外部交换的通气结构取决于通气孔的数量、尺寸与布置及通气组件类型。
湿度场主要和灯腔内部空气湿度与外部空气湿度有关，内部空气的流动使得湿度的分布产生变化。

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。

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。

车灯材料

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。

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。

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。

平衡灯内的温度场、流动场

灯具内部的温度场与流动场是雾气的主要影响因素。灯具的结构设计影响灯内温度场与流动场，在设计时，通常可从以下几个方面进行预防:

在满足车灯耐热条件下，避免在车灯饰圈和配光镜区域形成狭窄结构，特别是灯具下方位置，狭窄的区域不利于灯内部气体流动。
尽量避免在非光源直接照射区出现较大面积的装饰区域；或在配光镜内表面做花纹来弱化雾气对外观的影响。
灯具上部和下部各零件之间应留有一定间隙，以利于气体流动；一般应避免在车灯饰圈前部（饰框与面罩）和后部（饰框与灯壳）之间设计狭长的间隙，狭长间隙将阻碍气体流动。
在车灯设计阶段，CAE工程师应尽早参与，借助有限元分析软件，分析预测灯具的起雾区域与风险等级，通过分析灯内的温度场、流动场等，对设计进行优化，避免配光镜低温区域温度过低与存在气体流动死区，有效预防或解决灯具起雾问题。
散热风扇的使用，主要是为了LED的散热，同时大大改善了灯具内的空气流动和热量分布，带来了雾气改善的额外收益。

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），形成一层很薄的水膜，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。

In order to promote the development of the smart car lighting industry, Aibang Smart Car Club has established a smart car lighting WeChat group. OEMs, supporting suppliers, light sources, semiconductors, materials, equipment and other companies are welcome to join the WeChat group.