汽車燈具起霧分析及對策流

一、車燈防霧產(chǎn)生的背景

車燈的防霧是個老話題了，它是困擾著燈具廠，整車廠和終端客戶們的一大質(zhì)量難題。在LED光源廣泛應(yīng)用以及交互控制系統(tǒng)蓬勃發(fā)展的今天，車燈變得更加電子化，數(shù)字化和集成化，外形也變得更加纖薄化和復(fù)雜化，對防霧要求變得更高了，這也成了車燈設(shè)計面臨的主要問題。

起霧產(chǎn)生的機制，撇開專業(yè)名詞不談，簡單地說就是：同體積空氣空氣所能承受水蒸氣的能力在環(huán)境溫度不同時也不一樣，氣溫高了，所能承受的水蒸氣也就越大。環(huán)境溫度突然下降時，無法被空氣包容的水蒸氣就會冷凝成液態(tài)水。

車燈亮燈時，車燈內(nèi)不同部位溫度升高快慢不一致而形成的溫度差、壓力差使得燈腔內(nèi)的氣體流動起來與外界進行交換，外界濕度高時整個燈腔空氣濕度升高。高溫高濕氣體進入燈具低溫區(qū)域后環(huán)境溫度下降，水蒸氣冷凝并在凝結(jié)核作用下形成結(jié)霧現(xiàn)象。

二、燈具內(nèi)霧氣形成的機理

通過對燈具內(nèi)產(chǎn)生霧氣的影響因素分析，可簡要概括為燈具起霧主要與溫度場、流動場與濕度場有關(guān)，三者之間的關(guān)系以及影響因素如圖所示：

在產(chǎn)品造型與各零部件材料固定的情況下：

燈內(nèi)溫度分布和燈泡，LED等光源功率及外部環(huán)境溫度相關(guān)。

流動場分為內(nèi)部流動和外部交換兩種。內(nèi)部流動由車燈內(nèi)部溫度分布不均勻產(chǎn)生的自然對流和零部件間隙等因素造成。外部交換中通氣結(jié)構(gòu)主要由通氣孔個數(shù)，大小和排列以及通氣組件種類等因素決定。

濕度場主要與燈腔內(nèi)空氣濕度及外空氣濕度相關(guān)，內(nèi)空氣流動使?jié)穸确植及l(fā)生改變。

三、霧氣的危害

外觀不良，顧客抱怨，造成退換貨，質(zhì)量成本上升

影響燈具光學(xué)性能，水汽凝結(jié)在配光鏡表面，折射造成光線偏離

影響電子元器件壽命。車燈內(nèi)電子元器件越來越多，越來越復(fù)雜，水汽凝結(jié)在電子元器件上，長期造成元器件失效

四、防霧面臨的新的挑戰(zhàn)

1、LED光源的廣泛使用

LED光源與鹵素?zé)襞莸陌l(fā)熱機理存在本質(zhì)不同。鹵素?zé)襞莸墓庑Ъs為5%。85%的熱量以紅外輻射的形式散發(fā)出去，有利于熱量在燈具內(nèi)均衡的分布。

LED的光效約為20%，LED是冷光源，75%左右的熱量在焊點處以熱傳導(dǎo)的方式傳導(dǎo)到基板上，然后散發(fā)出去，熱量集中，不利于熱量在燈具內(nèi)的分布。

2、燈具的造型越來越扁平化、纖薄化，空間越來越小

燈具的造型越來越偏向于流線型，扁平化，飾圈、飾條等裝飾件的拆分越來越細化，燈具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間緊湊，不利于燈具腔體內(nèi)空氣的流動。

3、主機廠要求變高

主機廠對起霧的實驗標準提高，霧氣消散時間從之前的允許存在，半小時到一小時消散判定為合格，到現(xiàn)在的不允許出現(xiàn)霧氣，要求大大提高。

五、解決燈具霧氣的6個方法

由燈具霧氣形成具備的條件可知：燈具起霧主要與燈內(nèi)濕度、溫度分布以及凝結(jié)核有關(guān)，因此要解決車燈起霧問題需要從這 3 方面入手，限制其中一個方面或多個方面條件，從而有效解決車燈起霧的問題。

1、降低燈內(nèi)濕度

對于密封性能良好的燈具，降低燈內(nèi)濕度可從車燈材料、透氣組件的選擇與燈內(nèi)安裝除濕裝置3個方面考慮。

2、車燈材料的吸水率

盡量不使用吸水率高的材料，如: 前照燈透鏡支架、燈泡座等零件盡量避免使用 PA 系列材料。

3、透氣組件的選擇

透氣膜

通氣帽

作用：隔絕液態(tài)水與灰塵，允許氣體（包括水蒸氣）通過，透氣膜可允許較大的透氣區(qū)域，為粘貼形式；通氣帽允許較小的透氣區(qū)域，為套裝形式。

4、燈內(nèi)安裝除濕裝置

在燈內(nèi)安裝除濕裝置，如粘貼干燥劑，可有效降低燈內(nèi)的濕度，從而降低霧氣產(chǎn)生的風(fēng)險。但此方法也存在弊端，使用的物理性吸濕干燥劑一般會隨著吸濕量的增加而趨于飽和，飽和后受熱會將自身吸收的水分釋放到燈內(nèi)，加重起霧現(xiàn)象。

5、平衡燈內(nèi)的溫度場、流動場

燈具內(nèi)溫度場和流動場對霧氣起主要作用。燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計會對燈內(nèi)溫度場和流動場產(chǎn)生影響，設(shè)計中一般可以采取如下措施加以防范：

本實用新型避免了車燈飾圈與配光鏡區(qū)域之間形成窄小結(jié)構(gòu)，尤其是燈具下方部位，窄小的面積不利于燈具內(nèi)氣體的流通，同時滿足車燈耐熱條件。

盡可能避免非光源直接照射區(qū)大面積裝飾區(qū)域；或者在配光鏡內(nèi)側(cè)面上做出花紋，以減弱霧氣給外觀帶來的沖擊。

燈具的上、下部件間應(yīng)留一定的空隙，有利于氣體的流動；通常應(yīng)該避免車燈飾圈前（飾框與面罩）與后（飾框與燈殼）間設(shè)計窄間隙，窄間隙會妨礙氣體流動。

車燈設(shè)計階段CAE工程師要及早介入，并借助有限元分析軟件對車燈起霧區(qū)域及風(fēng)險等級進行分析和預(yù)測，并通過對車燈內(nèi)部溫度場和流動場進行分析，優(yōu)化了設(shè)計，避免了配光鏡低溫區(qū)域出現(xiàn)溫度過低和有氣體流動死區(qū)的現(xiàn)象，有效地防止或者解決了燈具起霧的問題。

散熱風(fēng)扇主要用于對LED進行散熱，而極大地改善燈具內(nèi)部空氣流動及熱量分布情況，從而帶來霧氣改善等附加好處。

6、減少凝結(jié)核

通常采用在燈罩內(nèi)表面噴涂防霧涂層的方法減少凝結(jié)核。

作用機制：使水滴平鋪在基材表面 （表面接觸角變?。梢粚雍鼙〉乃?，阻止在基材表面凝結(jié)成水珠，減少光線在水滴表面的散射，增加光線透過率。

使用防霧涂層前后基材表面水滴接觸角

由于防霧涂層是在透明材質(zhì)上噴涂，如有質(zhì)量缺陷將無法通過打磨及拋光后重復(fù)噴涂等手段進行處理，相對來說產(chǎn)品報廢率較高，同時防霧涂層的噴涂環(huán)境要求較高，相對于其他解決方案將增加較多的燈具成本。