南宁燎旺车灯股份有限公司 广西南宁 530007
摘要：企业工业发展的主要方向是车辆轻量化，这也是一个汽车制造商是否拥有先进技术的主要标志。中国汽车制造业长期以来一直将轻量化视为发展主题。如今，面对日益增长的环保要求和不断上涨的原材料价格，积极发展轻型汽车灯具非常重要。
关键词：轻量化；节能减排；结构设计；
前言：汽车轻量化的完全实现需要材料技术、轻量化结构优化设计技术和轻量化绿色制造技术同步进步，是材料、设计和加工技术的集成。作为汽车外观、安全、法规的重要组成部分，与几十年前的车灯相比，虽然目前大部分都采用了密度相对较低的塑料件，但在轻量化方面迈出了重要的一步，但LED前照灯、氙气前照灯以及AFS等一些附属机构的前照灯质量仍处于超标状态。降低灯具本身的质量，虽然与整车相比贡献较小，但对于降低灯具成本和整车质量仍然具有重要的现实意义。
1 轻型车灯的发展历史
随着技术的发展，光源的每瓦流明值也有了很大的飞跃。随着汽车软件和制造技术的发展，以及客户对汽车造型的新要求，汽车灯具的造型逐渐从最初的孤立的圆柱造型发展到完全依靠自由曲面构造的丰富造型。在材料和结构上，灯具也从相对较重的金属煤油灯、金属或陶瓷电灯、玻璃灯具发展到塑料灯具，从单光源单功能灯具发展到多照明、多信号、多辅助功能灯具。可以说，灯具的轻量化技术在光源、造型、结构的整个演变发展过程中不断完善。但是由于进化的原因，车灯的设计更加复杂，轻量化的前景并不乐观。比如目前市场上非常流行的LED大灯，与卤素大灯、氙气大灯相比，有一些不可比拟的优势（比如亮度更高，更环保节能，造型更多样化，光源寿命更长）。但由于LED模块及相应的控制结构较重，所以整个前照灯的质量往往超标，这实际上是实现整车零部件轻量化不可逾越的技术瓶颈。
2 车灯性能的要求
2.1 光学性质
光学性能是车灯的核心性能，直接反映车灯的照明和信号水平。这个性能主要是由光源模块和车灯本身的造型结构决定的。光源一旦选定，其对应的光学性能基本确定，光源模块本身的质量也基本确定。因为光模块在车灯本身的质量中占了很大的比重，所以选择更轻的光模块来点亮车灯是很重要的。
2.2 密封性能
由于车灯是光学和电气零件，有必要密封车灯，以防止零件泄漏和腐蚀。密封装置本身对车灯质量的提高并没有很大的比例，但是灯壳的设计往往需要考虑车灯的密封性能，所以需要专门设计灯壳，这样灯壳的质量也会提高。
2.3 耐热性要求
对于卤素前照灯，光源功率通常高于氙气前照灯和LED前照灯，因此热阻风险大于氙气前照灯或LED前照灯。通常解决车灯耐热问题的主要方法是加金属隔热板（对于LED大灯，也可以加风扇），或者更换耐热或热固性材料，这样整个大灯的质量也会相应提高。
2.4 可靠性要求
可靠性要求包括寿命、自我功能操作的有效性和行人保护等被动安全。对于水平和高度的调整，为了保证功能的有效性，需要在一些运动部件上采用加强结构。为了保护行人，需要设计一些特殊的结构，如保护支架，这也将导致车灯质量的提高。
3 车灯轻量化的技术对策
轻量化汽车已经成为汽车工业发展的关键问题。结构优化、尺寸优化、新材料和新工艺的利用都是实现轻量化的重要途径。目前，关于轻量级实现方式的研究很多，但是轻量级的理论体系和轻量级方式的相关分析流程还有待进一步完善。LED灯具本身的轻量化技术，采用现代的设计方法和更高效的措施来优化灯具的设计，或者采用新的材料尽可能的保证灯具的性能。在法律法规符合标准的情况下，尽可能大幅度降低汽车灯具产品的质量，让汽车灯具在环保、降耗、减重、安全方面做到最好。图1展示了车灯轻量化技术的优化方向。
3.1 结构设计合理
在结构设计上，主要涉及以下三项措施来达到轻量化LED灯具的目的：结构尺寸优化、灯具形状优化、多学科优化。结构尺寸优化是汽车轻量化最成熟的方法之一。一般以壁厚、加劲肋数量、分体件数量为设计变量进行优化，以不同工况下的强度、刚度、振动等关键性能为约束条件，以结构质量最小为目标函数构建优化模型。车灯形状的优化是改变车灯结构的整体或局部形状，使结构受力更加均匀，充分利用材料。一般来说，车灯的形状优化主要有两种方法：对于规则的几何形状结构，可以将结构的几何形状参数化，从而将形状优化转化为尺寸优化问题。但是对于目前形状比较复杂的车灯，车灯本身几何形状比较不规则，很难用参数来描述几何形状，所以无法转化为尺寸优化问题。在这种情况下，目前广泛使用的是非参数形状优化方法。但是这种方法只在车身上使用过，并没有涉及到汽车车灯。 在车灯的关键性能最大限度满足要求的情况下，自重大大减轻，最终达到轻量化的目的。这是实现车灯轻量化技术的关键。
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图1车灯轻量化技术优化方向
3.2 优化车灯材料
目前车灯用的注塑件主要有PC、PMMA、PBT、BMC等。这些材料都是比较轻的材料，密度都在1.5以下。从注塑件来看，灯具的轻量化提升空间不大。LED模块尺寸比较大，由金属部分和玻璃部分组成，模块本身有很多金属散热片甚至风扇结构。这些结构的材料一般都比较致密。要实现灯具的轻量化设计，需要对LED模块的结构进行优化，以达到轻量化的目的。对于卤素大灯，质量主要来源于支架等金属件，以尽量减少金属件数量，或者采用其他非金属材料降低质量。对于氙气大灯，由于灯光源的光通量较大，相应会配备相应的水平调节、自动高度调节等附属装置。此外，由于镇流器等电子元件，质量会提高很多。为了优化车灯的质量，需要以上述零件的材料为突破口，在满足自身关键性能的前提下，尽可能使用更轻的材料。
3.3 优化车灯工艺
车灯的工艺主要包括注塑、镀铝、焊接、固定、组装等。车灯需要不同的技术，对应的结构应该有很大的不同。例如，如果采用螺钉固定，需要相应的固定凸台和相应的加强筋来保证螺纹区域的强度。螺杆本身是金属零件，质量比普通塑料制品高。双色、三色甚至更多是目前流行的注塑工艺。随着注塑颜色的增加，一些零件的厚度也会增加，零件的质量也会提高。因此，在满足造型要求的前提下，尽量减少注塑层数具有重要意义。渗铝过程可分为全渗铝和部分渗铝。在满足渗铝表面反射率的前提下，合理控制渗铝层的厚度和选择局部渗铝的方法具有重要意义。当采用不同的焊接方法时，如热板焊接、超声波焊接或激光焊接，甚至胶合工艺，焊接区域的结构是不同的。有些焊接工艺需要相对较大和较宽的产品焊脚，在这种情况下，灯的质量也会提高。因此，适当的焊接方法也会降低车灯的质量。
3.4 采用新型车灯技术
长期以来，汽车灯具分为四个部分：机械、电、光、热。而灯具的散热系统无论如何变化都无法摆脱传导、对流、辐射三要素。为了解决上述四个关键性能问题，降低车灯质量，采用新的车灯技术势在必行。就车灯技术而言，目前流行的是LED光源模块。使用这种光源最大的好处是光学性能的提高，不会出现注塑成型件的耐热性问题。但是这种光源结构比较复杂，模块质量也比较大，需要对相关支架进行优化，降低灯具质量。下一代光源，激光LED光源和OLED，或者低功率近远光LED模块的开发将是减轻车灯重量的重要措施。目前公司正在大力推广，将LED电路设计到灯座的结构中，这对于降低车灯质量也起到了重要作用。
结束语：
总之，应该根据不同的车型和不同的现实条件来确定优化方向。比如双色注塑是某款车辆前照灯的造型因素，或者某款车灯配置代表了车辆项目的高科技水平，那么就需要权衡两者之间的关系并做出取舍，或者寻找其他方式来实现车灯的轻量化。
参考文献：
［1］沈 萍.汽车轻量化技术途径研究.2019.
［2］张 捷.刘景晟.等.关于汽车车灯轻量化技术研究.2020.