汽车灯具起雾解析及改进建议
摘要:随着国家的发展越来越好,人们的生活水平的提高,汽车已成为人们常用的出行工具,人们对汽车安全性的重视程度日益增长。这也促进了汽车产业的不断发展,提高汽车制造质量成为现阶段汽车产业的核心发展方向。汽车照明系统是主动安全性能的重要组成部分,起着照明和信号提示两种作用,在行驶过程中(尤其是夜间)非常重要,不仅为驾乘人员保驾护航,也为道路行人提供一定安全保障。
关键词:汽车灯具起雾;建议
引言
在汽车的日常使用中,特别在昼夜温差大或者湿度大的天气条件下,汽车车灯发生起雾现象的机率就越大,甚至在配光镜表面凝结成许多水珠,影响客户驾驶安全和对外感品质的抱怨,因此对起雾现象进行分析并提出解决对策非常必要。
1概述
近年来,随着汽车工业的飞速发展,汽车的造型越来越多样化、科技化,汽车灯具作为汽车上重要的安全照明装置,造型也随之千变万化,而灯具雾气问题始终是困扰众多车企的一个重要问题,也是引起售后市场抱怨的一个重要因素。车灯起雾,其实是正常的物理现象,当车灯内部空气湿度处于较高水平时,起动车辆或点亮车灯,都可以使灯具内部温度迅速升高,而温度较高且含水量较高的空气无法直接蒸发到空气中,便会在灯具前部透明面罩的低温区域凝结,从而形成肉眼可见的“雾气”。举个例子,北方的冬天室内外温差很大,当室内做饭时,很容易在窗户上形成雾气,夜晚温差更大的时候还会出现“窗花”,这与灯具内部的雾气形成有着相同的原理。车灯内部雾气的形成对车灯的外观以及车灯内部电路都有着严重影响,甚至会使车辆照明效果大打折扣,对行车安全造成隐患。据统计,由于车灯雾气问题造成的市场抱怨率占总抱怨率30%以上。因此,项目初期到合理的设计方案是十分有必要的。
2汽车灯具起雾原理
2.1雾气产生原理
雾气的产生是大自然中一种普遍存在的现象。温度越高,空气中所能容的水蒸气就越多;
温度越低,空气中所能容的水蒸气就越少。当高温高湿空气接触到低温界面(如玻璃、塑胶),而低温界面又存在小的突起或是灰尘等可以作为凝结核心时,水蒸气就会凝结成水滴。因此可以得出湿度、温度场分布及凝结核是产生雾气的3个因素。例如常温空气中,冰水杯外侧(高温侧)凝结成水滴,如图1所示。车辆在雨天行驶时,车窗玻璃受雨的急剧冷却,车内玻璃附近的温度急剧下降。空气中包含的水蒸气就会凝结,附着在窗玻璃的车内一侧,形成所谓的结雾,也是同样道理。
2.2汽车灯具起雾说明
汽车灯具发生的起雾原理与自然界雾气原理完全相同。在湿冷的环境中,灯腔里的水蒸气随温度下降,冷凝为液体,在面罩壁处发生结雾。下面从灯具结构方面具体分析一下雾气产生的原因。灯具的结构主要由面罩、壳体、衬框、反射镜、光源、后盖、透气孔及其他安装调整零件组成。面罩和壳体形成了一个空腔结构,为保证灯具压力平衡,面罩和壳体的空腔不能密封,必须增加透气结构,形成了半密封的结构。半封闭的汽车灯具会存在和外界进行空气对流的过程。当灯具点亮一段时间后的熄灭会造成汽车灯具内部温度急剧下降,产生的负压会使灯具强行吸气,如果此时外界空气湿度较大,就会使水蒸气进入灯体
内,造成灯内比较潮湿的环境。灯具内部的零件表面会吸附一些水份,暴晒和灯具点亮后的高温也会促使灯具内部材料水份的释放,也是车灯内部水蒸气的一个来源。由于外界因素(下雨天、洗车)引发的灯具内部和外部的温差变化,以及灯具光源点亮引起的内部不同区域的温度分布不均匀,使得灯具温度低的区域容易引发水蒸气凝结。车灯灯具内部无法做到绝对的光滑,也并非百分之百的洁净,也提供了凝结核的存在区域。因此在特定的情况下汽车灯具内部是可以同时具备产生雾气的3个条件,也就会存在雾气现象
3影响汽车灯具起雾的因素分析
随着经济全球化和一体化建设进程的不断加快,汽车制造业作为推动国民经济发展的重要基础产业,近年来,其产业质量和产业效率受到了社会各界的高度关注,而伴随科学技术的不断发展和广泛应用,车灯作为汽车的重要装饰品和重要组成部分,也为驾驶人员提供了良好的照明效果。因此,近年来在其设计和选材过程中,人们也逐渐地提高了对其的关注度,尤其在规避起雾问题的同时,为产业可持续发展目标的实现打下坚实基础,但就目前来看,汽车防雾灯具仍然存在一定的问题,导致起雾现象产生的主要因素包括以下几项。
3.1温度因素的概述
经大量调研数据分析可知,在汽车行驶作业过程中,温度是导致汽车灯具产生雾气凝结现象的最主要原因,而根据温度测量数据可知,汽车车灯在照明作业过程中,其灯罩表面温度的分布是极为不均匀的,结雾现象较为严重的区域大多是汽车车灯表面温度相对较低的区域,即主要集中在灯罩的两端,但灯罩两端的温度也是不一样的,具体来看右端温度低于左端。因此,从某方面来讲,右端结雾的可能性要大于左端,造成这种现象的原因不仅与灯泡的安装位置有着很大联系,且灯泡结构和形状对其影响也不容忽视。因此,要想从根本上降低起雾现象的出现频率和出现概率,在进行防雾设计过程中,设计人员需从根本上提高对灯具位置和灯具选材的高度重视程度。通过绘制透镜罩表面等温线可知,汽车在行驶过程中倘若受到外界辐射时,汽车灯具内部就会发生变化,且不同于自然对流的情况,因此,在车灯设计时,倘若存在自然对流死区亦或是有阻挡和减弱辐射的设计出现时,灯具的起雾现象发生频率就会增加,最终给人们的生命财产安全埋下巨大的隐患。
3.2对流场的概述
在当前灯具作业过程中,温度的不均匀也会导致对流现象的出现,而由于部分制造业在进
行灯具设计时未能从根本上明确地了解灯具内外气体的换气活动,在进行设计时未能从根本上提高对产业可持续发展的高度重视程度,无法实现灯内气体和外界气体的换气活动,从而对产业的整体发展造成了极为不利的影响。从某方面来讲,灯内气体的流动在一定程度上会直接影响灯内温度。具体来看,在进行灯具设计时,倘若设计人员未能将透气环节设计在内,则不仅会导致一系列问题的产生,甚至增加了起雾现象的发生概率,最终对产业整体发展造成极为不利的影响,尤其对于流场分布来说,灯腔中空间范围、形状和灯具内部零件的构造、灯泡位置、功率,透气孔的位置和数量以及灯具的工作方式都是影响其工作效率的重要因素。具体来看,对流作用较强的灯具其防起雾效果相对较好,因此,设计人员在进行车灯设计时,需尽量选用一些体积很小,但是功率很大的灯具,此外,透气孔作为灯内气体与外界相互交换的重要媒介,在进行设计时,如果设计人员只设计了一个透气孔,通常来说会对车灯的稳定性造成一定影响,因此,为了规避一系列其他问题的产生,确保汽车车灯进行稳定地换气循环,工作人员需设计不少于两个透气孔,且透气孔的相间距离需控制在合理范围内。
4设计阶段方案雾气验证方法
4.1双腔试验
试验室验证目前主要试验方法为双腔试验验证,即模拟灯具装车工况,壳体侧设定高温环境,配光镜一侧则设定为低温环境,中间用挡板隔开。试验过程中点亮车灯,并用低温水对配光镜表面进行全方位喷淋,而后静置,观察同等时间灯具散雾情况并记录,从而选出最优设计方案。
4.2整车试验
整车试验验证目的主要是模拟用户洗车或下雨工况下车灯起雾及散雾情况。试验需要在温度-5~7℃,相对湿度大于75%情况下进行,达到试验条件方可进行测试,否则失去验证意义。(1)静态测试方法试验样件至少提前24h换装到试验车辆,首先预热15min时间(期间灯具各项功能打开),15min后用淋雨设备对试验车辆进行全方位喷淋,持续时间也为15min,此阶段为车灯起雾阶段。随后观察车灯雾气情况并使用相机记录,然后关闭发动机及所有灯光功能,静置15min,观察车灯雾气情况并使用相机记录,最后启动发动机,打开车灯近光功能,持续时间15min,观察车灯雾气情况并使用相机记录,此过程如任意阶段雾气消散,则认为验证方案通过此项试验,此试验最好有一辆量产已知起雾情况的车型同时对比进行。(2)动态测试方法。经过静态测试的试验车辆如仍旧存在雾气,则需要
汽车辐射进行动态试验,验证雾气消散情况,将静态试验结束后的试验车辆行驶在积水路面,同时前方由一辆引导车负责制造高湿度工作环境,为试验样件提供一个更为严苛的试验环境(如在雨天进行,则无需引导车辆),关闭试验车辆所有灯光功能,以大于60km/h的速度行驶25km,行驶结束后观察车灯雾气情况并使用相机记录,如雾气依然未能消散,则认为需要优化试验方案。(3)防雾涂层方案验证方法。由于防雾涂层方案的特殊性,无法通过正常试验方法验证防雾涂层的可靠性,因此防雾涂层需要进行长时间且多次的淋雨以后,观察防雾涂层失效情况方能定义方案可行性。试验方法为安装被测样件到试验车辆,试验车辆怠速情况下点亮车灯所有功能持续30min,然后使用淋雨设备对试验车辆进行30min的喷淋,结束后观察防雾涂层是否失效,而后等待灯具内部水分充分干燥后重新观察涂层状态。此试验需要重复进行4次,每次试验间隔至少1天时间,4次试验结束后如涂层仍无明显肉眼可见失效情况认为方案合格,通过测试。