南宁燎旺车灯股份有限公司 广西南宁 530007
摘要：车灯作为汽车传递信号的重要工具，其可靠性影响着汽车的安全性能。汽车在行驶过程中，会应外界环境如大雨、大雾天气变化，导致内部产生雾气，影响整灯可靠性。为解决改善灯具雾气，各个整车厂对于雾气实验都有严格要求，并在生产前需要相应分析验证。
关键词：车灯；起雾机理；判断方法；优化方案；结构优化；
前言：起雾是一种常见现象，对驾驶安全有重要影响。主要介绍了雾化的机理、条件和验收标准，并提出了优化方案。
1 车灯起雾条件
1.1 汽车里的空气含有足够的水蒸气
从车灯的结构分析，车灯内外有空气流通，尤其是下雨或洗车后，车灯内部含有足够的湿空气；也有可能是车灯没有密封，车灯的工作状态发生变化或者环境发生变化，导致外界湿气进入车灯。
1.2 存在的浓缩核心
在车灯的结构设计中，为了防止空气中的悬浮颗粒随着气流进入车灯，通风口处有空气过滤净化膜，可以实现通风，同时过滤悬浮颗粒。所以车内混合空气比较干净，没有临界核心，基本不可能在车灯腔内形成悬浮雾滴。但是汽车灯罩的材料通常是塑料，表面张力小。汽车灯罩内表面的凹凸不平为水蒸气提供了一个冷凝核心。
1.3 水蒸气和温差的存在
只有当基板表面的温度低于一定湿度的水蒸气温度时，空气中的水蒸气才能凝结成水滴。环境温差的变化使得透明材料在使用中容易起雾，如眼镜镜片起雾，影响人们的生活和工作。在透明基材表面涂覆一层防雾材料是一种相对简单有效的解决起雾的方法。
1.4 基材表面的润湿性
从力学角度看，水雾的产生取决于液体和固体之间的表面张力。通过分析液体和固体之间的接触角θ，可以判断基底的性质。防雾材料一般有两种：亲水防雾材料和疏水防雾材料。亲水性防雾材料可以提高基材表面的润湿性，降低材料表面的接触角，达到防雾效果；疏水性防雾材料可以通过使材料表面亲水化，增加水在材料表面的接触角，从而达到疏水性防雾效果；亲水-疏水防雾材料同时含有亲水和疏水基因，使材料具有亲水和疏水特性。雾化作为影响人们生活和工作的一个因素，越来越受到人们的重视，防雾材料已经广泛应用于工农业生产和日常生活中。
2 车灯有限元模型建立
2.1 三维模型及简化
图1是所研究的汽车车灯的爆炸图。其主要组成包括：灯壳，底座，装饰框，反射碗，内套，裙板，PCB 板，灯泡，线束。为了提高计算效率，需对模型进行简化，简化原则如下：
（1）删除不重要的细小部件，例如线束，LED 颗粒等；（2）简化光学面，倒角。对于倒角 Ｒ ＜ 0.5 mm 删除，合并小于 0．5 mm 间距的光学面；（3）对于灯泡，接插件等零件，利用等效质量点代 替。在 该 零 件 的 质 心 区 建 立 一 个 集 中 质 量CONM2，附上相应的质量。
2.2 网格划分及材料属性定义
网格采用全局划分，局部细化的原则进行划分。全局尺寸 5 mm，细化尺寸2 mm。细化的部位主要是零件间的连接结构，如螺栓孔，螺栓柱，卡扣，热铆点等。为了提高计算的准确性，体网格采用二阶网格。由于模态分析属于线性问题，需要定义弹性模量、密度、泊松比等材料属性。
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图 1 车灯爆炸图
2.3 边界条件定义
在 Nastran 中，零件之间的连接使用多点约束ＲBE2和ＲBE3完成的。对于螺丝连接，因其属于刚性连接，采用ＲBE2 代替。对于卡扣，定位销，热铆连接，避免引入额外的刚度，采用 ＲBE3 连接。若定位方向非全局坐标系下的方向，建立局部坐标系，进行相应的约束。
3 车灯结构优化
经过分析，对变形量影响最大的因素为底板厚度 d 和垫圈厚度 t，故制表 1 如下以确定底板的变形量和各因素对变形量的影响趋势。
表 1 影响气密性的因素表（mm）
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表 1 可知：（1）当 t 不变，只增大 d 时，即只增大底板厚度而垫圈厚度不变时，底板的变形量迅速减少。（2）当 d 不变，只增大 t 时，即只增加垫圈厚度时，底板的变形量先是有微量的减小，到达某值时又开始增大。（3）当同时增大 d 和 t 时，底板的变形量减小最快。但是由于车灯的材料为聚碳酸脂塑料且采用注塑模的成型工艺，所以底座的厚度不能太厚；且为了保证车灯在安装后保持良好的美观性，即底板的变形量越小越好，故表中 d= 3 mm 和 t= 4 mm 为合理的车灯结构尺寸。
4 车灯雾化常见优化解决方案
4.1 车灯雾化设计优化方案
就车灯的结构而言，灯腔的形状和内部结构会影响车灯内部温度场的变化，而车灯内部通风口的设计和数量会影响车灯内部流场的分布。出于造型和美观的要求，车灯的设计往往会有狭窄的区域，空气难以流通，容易造成水蒸气的积聚。同时，这些区域通常远离光辐射区，会形成低温区。目前采用的方法是通过有限元分析模拟车灯内部的温度场，确定冷区，通过冷区的结构优化和通风口设计来改善温度场。图2显示了某车型后尾灯的温度场分布。
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图2车灯温度场模拟图
淋雨后模拟点亮车灯30分钟，了解车灯各区域的温度分布。从图中可以看出，温度场分布是有规律的，带光源的车灯中下部是高温区；但在左侧区域，有一个明显的大面积低温带。为了加强左侧（低温区）的空气流通，避免雾气的产生，在该区域专门增加了通风孔，增加通风口后再次进行CAE模拟（如图3）。
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图3车灯内部气流图
高温区温度降低，温度分布更加均匀，低温区依然存在，但低温区面积减小，温差减小。同样的情况在某款车的尾灯设计中依然存在，红色区域的温差也很大。检查内部结构后发现，由于结构限制，该区域有“竖墙”，用于固定内部BEZEL，无法找平；为了改善通风条件，优化结构，在该区域增加通风孔，保证内部空气流通顺畅。结构优化后，再次对内部温度场进行分析，低温区明显缩小。从以上实例可以看出，设计优化方案为：采用有限元分析方法模拟车灯内部温度场，确定冷区位置，优化车灯结构设计，合理布置内部，消除或减小辐射流的低温区，优化反射镜设计，改变光源辐射场分布，尽可能均匀分布温度场，避免车灯内部温差过大，并在车灯内部低温区或附近增加通风口或通风板的布置。
4.2 车灯雾化工艺优化方案
在车灯生产过程中，工艺性能对车灯起雾的影响不容忽视。车灯起雾的原因之一在于临界芯的存在。汽车灯罩的材料通常是塑料，不会被水渗透。它表面的冷凝是珠状冷凝，用户可以看到。因此，采用在汽车灯罩内壁喷涂一层低表面张力涂层的方案来改变分布镜的内表面性质。涂层中的亲水分子排列在分布镜表面，使其表面张力与水的表面张力相连，雾状凝结方式变为膜状。该工艺的主要步骤如下：（1）用静电除尘器对要镀膜的镜片进行除尘。（2）用自动喷涂装置喷涂镜片。（3）将喷涂好的镜片放入烘箱中烘干。需要注意的是，该方案目前应用并不广泛，主要是成本太高，通常用于豪华车上，也是作为最后的补救措施来实施的。
4.3 车灯雾化结构优化方案
根据车灯起雾的机理分析，车灯起雾的第三个原因是车灯内部含有足够的水蒸气。如果车灯内部的空气湿度尽可能低，也可以防止起雾。为了降低车灯内部的湿度，目前常用的措施包括增强车灯部件的密封性能和提高通风口对水蒸气的透析能力。车灯内部也可以加入干燥剂，降低车灯内部的湿度，但这种方案短期内有效，不能保证长期效果。
结束语：
总之，阐述了车灯起雾的机理，分析了车灯起雾的必要条件，说明了车灯起雾的实际判断方法。结合起雾的原因，提出了解决方法，并阐述了目前常用的解决方法，可为解决起雾问题提供参考。
参考文献：
[1]黄小平.车灯内部结雾的热分析及应对措施.2019.
[2]林海霞.汽车车灯结雾及其控制的分析研究.2020.