现代汽车灯具设计分析

秦博 杨才生 杨彬

摘 要：随着汽车技术的发展和汽车使用的普及，人们对汽车的安全性要求越来高，作为汽车最主要的主动安全装置之一的汽车照明系统，不容质疑构成汽车的重要组成部分。其中汽车灯具为不但为汽车行驶的主动安全提供了重要保障，而且其功能性、可靠性、外观审美性也成了消费者关注的重点，因此如何保证汽车灯具的设计符合大众审美及消费者的功能需求尤为重要，设计者除了需要了解和掌握汽车灯具设计的关键要素，更要从汽车灯具的结构原理和功能性出发，并结合产品自身特点，从而设计出与目标整车相匹配的汽车灯具。

关键词：汽车灯具 结构设计 配光分析 耐热防雾结构 模拟分析

1 引言

目前，汽车工业进入高速发展期，组成汽车各个系统零件的科技含量水平日益增加，汽车领域的先进电子技术、信息处理技术之间的联系及应用日益广泛和紧密，汽车已经不再是简单的代步工具，而逐渐成为了现代科技和信息技术的担当和载体。作为汽车主动安装的重要组成部分的汽车灯具，由于其功能、作用和布置安装位置不同，其设计要点和控制关键特性也各不相同，本文就汽车灯具的分类、安装位置、配光要求、耐热散热结构、防雾结构、发光模拟验证以及其它辅助功能等方面，由浅入深，逐层对汽车灯具的设计进行解析和阐述。

2 汽车灯具分类、安装位置及作用

汽车灯具按照安装位置可以分为两大类：外饰灯具和内饰灯具。

2.1 外饰照明灯主要由近光灯、远光灯、前雾灯、日行灯、转向灯、制动灯、位置灯、倒车灯、后雾灯、牌照灯等组成：近光灯为主要照明灯，其开启和关闭由开关控制;远光灯为次要照明灯，主要在道路照明情况较暗的情况下使用，可以看清远处道路情况，以到达提前预警的作用;前雾灯安装在汽车尾部或头部在雾霾、暴雨、暴雪或尘埃弥漫的气候条件下，用来改善车前道路照明情况，前雾灯光色为白色或橙黄色;日行灯安装在车里前部两侧，是为白天向前方提示车辆存在设置的，光色为白色;转向灯分为前转向灯、后转向灯、侧转向灯，用于指示车辆行驶的趋向，光色为黄色;位置灯分为前位置灯、后位置灯，由于其使用频率高，亮度要求低，很多车位置灯设计极具特点，提升整车的辨识度;制动灯分为后制动灯和高位制动灯，在踩下制动踏板时，发出较强红光，以示制动;倒车灯安装在汽车尾部的，当变速器挂倒挡时，自动发亮，照亮车后侧，同时警示后方车辆行人注意安全，光色为白色;后雾灯安装在车辆后部，可以为一只，雾天或阴雨天向后车提示位置的功能，光色为红色;牌照燈装于汽车尾部牌照上方或左右两侧，用来照明后牌照，确保外界人员能在车后20m处看清牌照上的文字和数字。

2.2 内饰灯具包括顶灯、氛围灯、迎宾灯、行李箱灯等组成;顶灯除用作室内照明外，还可兼起监视车门是否可靠关闭的作用，同时可以集成危险警告灯开关、天窗开关、麦克风等功能;迎宾灯一般装在车门内台阶上或后视镜上，车门开启时，起到迎宾的作用;行李箱灯装于车辆行李箱内，当开启行李箱盖时，等自动开启发亮，照亮行李箱内部空间;氛围灯可以提高科技感，缓解驾驶疲劳，放松心情，氛围灯按位置可以分为仪表氛围灯、副仪表氛围灯、门板氛围灯，按光源可分为点光源氛围灯和线光源氛围灯，按功能可分为单色氛围灯和多色氛围灯。

3 现代汽车前照灯灯具设计

随着汽车产业的高速发展，对汽车车灯的照明要求越来越高，其中现代汽车灯具中前照灯具的设计最为关键。汽车前照灯主要由配光镜、光源和反射镜三大部分组成，其功能、品质、外观魅力的好坏直接与整车品质关联。

3.1 汽车前照灯设计的基本要求：

（1）前照灯应设计和制造成在正常使用条件下，即使受到振动，仍能保证满足和符合相关标准的规定。

（2）前照灯应具有光束调整装置。

（3）前照灯的光色应为白色，其色度特性应符合GB4785规定。

3.2 汽车前照灯安装及布置位置

（1）布置数量：远光2只，近光2只。

（2）安装位置：远光无特殊要求;近光灯离地高度不小于500mm，不大于1200mm;近光灯视表面外缘距离车辆外缘端面之间的距离不大于400mm，两视表面内边缘之间距离不小于600mm。

（3）几何可见度：远光灯几何可见度必须保证在其周长上的众母线形成的扩散区域内。该区域与前照灯基准轴线间的夹角不小于5°;近光几何可见度向上15°，向下10°;向外45°，向内10°。

（4）前照灯安装点设计必须有4个以上固定点，固定点之间尽可能远的分布。安装点必须有主定位、X向、Y向、Z向定位结构。

（5）调光结构需满足上3°、下5°的调光空间且调光极限位置不与其他零件存在干涉。

3.3 汽车前照灯照配光及设计要求

（1）前照灯的配光性能应使近光具有足够的照明和不眩目，远光具有良好的照明。

（2）配光性能应在距离前照灯基准中心前25m的配光屏幕上测量，各测试点、区的位置如图1所示：

3.4 汽车前照灯的辅助功能

随这近些年信息技术的发展和新技术的应用，汽车前照灯一些辅助功能也层出不穷，如自动大灯感应辅助系统能根据光线变化控制汽车大灯开关，可自动提供额外照明（如过隧道时）;HBA远近光灯辅助系统是一种能自动切换车辆远近光的智能高科技系统;大灯清洗系统能自动清洗大灯表面;带干燥剂的防雾功能大灯能有效避免灯具内部起雾等等这些都是现代汽车前照灯具有的辅助功能，一定程度上提升了整车科技感和行车安全性;

3.5 汽车前照灯的耐热结构

众所周知，汽车灯具灯泡点亮会散发出大量热量，由于其并不是完全密封的，一般，在前大灯的后部，不易进水的区域，设计有防水防尘防雾透气呼吸器，俗称：“透气阀”，但汽车大灯单靠“透气阀”这个被动散热部件来散热是不够的，因此如何保证汽车灯具耐热性达到可靠性和使用寿命要求，就需要在前期设计时考虑气流流动通道，留好各个子零件间的间隙，再通过气流模拟分析软件，确认设计结构是否有利于气流的流动。另外，现代汽车大灯散热方式主要有自然散热、鳍片散热、编织带铝片式散热、散热器+风扇散热，其中“散热器+风扇”散热方式，是目前市场上主流的汽车LED大灯散热方式，为绝大多数厂家所采用。

3.6 汽车前照灯的防雾气结构及分析

汽车灯具内起雾是行业普遍现象，如何有效改善起雾至关重要。前照灯雾气发生的机理：灯具内部与外界空气对流;灯具内高温部位释放水蒸气;水分子凝结产生雾气;下雨洗车时配光镜表面温度降低;材料表面水分子吸附。解决方法：设计时使用软件分析模拟并合理布置灯内的温度场的分布;调整零件的间隙或优化透气孔的布置和参数等。

防止前照灯雾气的典型结构如图2所示：

3.7 汽车前照灯发光效果模拟分析

在汽车前照灯模拟分析中，要求获得在前方道路上（模拟屏幕）投射的光线及光照度尽可能均匀，那么就要结合3D设计软件和利用光线反射原理来进行理论状态下的模拟分析，以便确定所设计的灯具在发光效果和光照度上是否符合目标要求，常采用办法如图3所示：

4 小结

汽车灯具设计一直是汽车领域科技攻关的一个重要内容，灯具的开发涉及多个领域的内容，因此在掌握了汽车各个灯具的分类、安装位置及作用后，设计灯具时仍旧需要结合各项法律法规，对汽车灯具的强检符合性及设计要点、技术要求进行反复论证;方能做到万无一失。

参考文献：

[1]浅议汽车灯具的设计与应用探索.唐华平.

[2]新型汽车灯具防雾设计探讨.杨宝珠.