2020年12月14日 | 汽车车灯的起雾机理及解决方案

汽车车灯作为汽车的眼睛，不仅美观，且用于道路照明，增强视野，对车身的安全有着至关重要的作用。目前，汽车车灯出现的主要问题包括车灯进水、起雾等，其不仅影响车辆车灯寿命，且使得车灯的照明效果大受影响，进而影响行车安全。车灯进水属于质量问题，可以避免并且不允许发生；起雾则属于自然现象，本文主要对车灯起雾现象进行阐述，分析其机理，并提出优化解决方案。

01、车灯起雾机理

车灯起雾实际为车灯内部的水汽凝结，是水蒸气在一定条件下 转化为液体或液气共存的状态。湿空气中凝结出液态水有定温和定 压两种状况，现在车灯大部分为半封闭结构，存在通风口，用于内 外部气流交换，保证内外压力一致，故车灯内的水汽凝结主要是在 定压状况下发生的 ；在定压状况下，车灯点亮时，内部湿空气被加 热，内部空气存在对流和辐射，当对流湿空气与车灯灯罩冷区接触时， 就会在车灯罩表面结雾 ；此外在车灯熄灭时，车灯灯罩的温度下降 速度比车灯内部快，当温度低于湿空气饱和温度时，也会形成车灯起雾。

车灯起雾的认识：是一种正常的物理现象；是不可能完全避免的。我们可以做的只能是让车灯在一定条件下不起雾、不影响道路照明及安全、不影响外观。

根据水气凝结的机理结合车灯的结构，我们可推断车灯起雾需具备以下三个条件 ：露点温度、凝结条件、理论模型。

露点温度：在空气中水汽含量丌变， 保持气压一定的情冴下， 使空气况却达到饱和时的温度。

凝结条件：温度、湿度、凝结核

①车内的空气含有足够的水蒸气

从车灯结构上分析，车灯内部和外界存在空气交流，特别在下雨或洗车后，车灯内部含有足够的湿空气 ；还有可能车灯不密封， 车灯工况变化或环境变化，导致外部的水份进入车灯内部。

②存在的凝结核心

在车灯结构设计时，为避免空气中的悬浮颗粒随气流进入车灯， 故在通风口处都有空气过滤净化膜，该膜能实现换气同时过滤悬浮颗粒，因此车内的混合空气是比价干净的，且不存在临界核心，故基本不可能在车灯空腔内部形成悬浮雾珠，但车灯罩的材料通常为塑料，表面张力较小，车灯罩内部表面凸凹不平为水蒸气提供了凝 结核心。

③较大的温差，主要存在下面两种状况：

结构设计导致 ：为满足美观和功能要求，车灯结构上存在 对流和辐射视角，车灯罩的各个部位温度相差较大，当某些区域的 温度低于车灯内部空气饱和温度时，就导致起雾。

灯的使用工况变化：比如车灯点亮时，光源附近空气温 度较高，这部分湿空气温度较高，温度较高的空气交换到其他灯罩 温度较低的区域时，在此行程结雾 ；车灯温度点亮后，车灯外界环 境骤降后，导致车灯透镜表面温度急剧下降，从而行程内部结雾 ；车灯熄灭后，表面温度和车内部温度存在较大温差时，也会形成内部结雾。由以上我们可以看出，车灯内起雾的基本条件是现实存在的， 故车灯起雾通常会出现

理论模型

Eulerian Wall Film 模型（EWF）用于在固体壁面上创建液体薄膜的流动，如下图所示，薄膜的形成不液滴撞击固体表面类似， 这个冲击可能出现以下的结果：

① 粘住：当液滴保持近似球形并以较小的能量冲击壁面时就会粘在壁面上；

② 反弹：液滴将改变速度并相对完好地离开壁面；③ 扩散：液滴带着中等的能量冲击壁面，并且扩散到薄膜中去；

④ 飞溅：其中有一部分液滴融入薄膜当中，剩下的部分以小液滴的形式离开壁面。

这个薄膜的假设通常建立在欧拉液膜和拉格朗日液膜建模方法之上，相比于固体壁面的曲率半径，这层薄膜的厚度非常小，所以可以近似地认为这层薄膜足 够薄到使得薄膜上的流体流动平行于固体壁面。

02、车灯起雾的评价和判断方法

车灯起雾后通常在一定时间内自然消散，然而在实践中如何判 断车灯起雾的严重程度和确认是否可接受，通常各个汽车厂商设定有相应的企业标准，目前没有相应的国标对应。本文主要介绍 FCA 集团的标准。

1、FIAT 的标准 9.93346

第一步 ：选择两个样件，分别计为样件 A 和样件 B，移除灯具 上所有的堵盖，放置在温度 23℃、湿度 70% 的环境中 24 小时。

第二步 ：灯具放置在设计状态和设计电压下，带所有堵盖，放 置在温度 40℃、湿度 90% 的环境中 8 小时 ；且样件 A 车灯关闭，样 件 B 车灯打开。

第三步：样件 A 和样件 B 转移到温度 23℃、湿度 60% 的环境箱， 喷射 2 ～ 5℃的水 3 分钟 ；且该过程中样件 A 车灯关闭，样件 B 车灯 打开。

第四步 ：样件 A 在 60 分钟后没有雾气凝结为合格，样件 B 在 30 分钟后没有雾气凝结为合格。

2、Chrysler 的标准 PF-12818

第一步 ：移除灯具上所有的堵盖，放置在温度 23℃、湿度 50% 的环境中 48 小时。

第二步 ：灯具放置在设计状态和设计电压下，带所有堵盖，放 置在温度 23℃、湿度 80% 的环境中 24 小时。

第三步 ：在温度 23℃、湿度 80% 的环境箱中点亮灯具 1 小时， 然后打开环境箱的门。

第四步 ：灯具关闭，喷射 2 ～ 5℃的 4 升冷水 3 分钟。

第五步 ：点亮大灯 1 小时，每 10 分钟记录大灯的起雾状况，1 小 时候，没有雾气凝结为合格。

从以上可以看出，验证灯具起雾都有预处理、浸润、冷却、检 查结果几个步骤，其与大灯起雾的条件是息息相关的 ；首先保证大 灯内部有足够的湿度，然后点亮灯具，再冷却，最后判断，模拟灯 具在最严苛的条件下的使用状况，了解大灯起雾的严重程度，为后 续解决方案提供基础。

理论模型

03、车灯起雾的解决方案

车灯产品设计面临的武雾气挑战问题：

• 光源种类多，各类光源混用；

• 结构越来越紧凑，不利于气流流通；

• 造型更加多样，饰圈增多；

• 客户对产品的外观要求更高；

车灯起雾的设计优化方案

对车灯结构而言，灯腔的形状和内部结构会影响车灯内部温度 场的变化，车灯通风口的设计和数量则影响灯体内流动场的分布。

为造型和美观的要求，车灯的设计常常存在着狭长的区域，这些区域空气难以流通，易造成水蒸气的堆积，同时这些区域也通常远离 灯光辐射区域，会形成低温区。

目前采用的方法是通过有限元分析方法模拟车灯内部温度场，确认冷区的位置，优化车灯结构设计， 在内部合理布局，消除或减轻辐射流动的低温区，在满足配光要求 的前提下，优化反射器的设计，改变光源辐射场的分布，尽量车灯内温度场分布均匀，避免车灯内部较大的温差，在车灯内部的低温 区或附近增加通风口或透气片的布置。

2、车灯起雾的工艺优化方案

车灯生产过程中，工艺性能对车灯起雾的影响也是不可忽视的。车灯起雾的原因之一在于存在临界核心，车灯罩的材料通常为塑料， 是水不能浸润的材料，在其表面发生的凝结为珠状凝结，这种状况为用户可见的，故目前还采用一种方案，在车灯灯罩内壁上喷涂一 层低表面张力的涂料，改变配光镜内表面性质，涂层中亲水分子排 列在配光镜表面，使其表面张力接进水的表面张力，雾气凝结模式 发生变化，为膜状凝结，对于车灯外观没有影响，用户不可见，相当于消除了凝结核心。

该工艺主要步骤为如下 ：

2.1 将欲涂布的配光镜利用静电除尘枪进行除尘。

2.2 将配光镜利用自动喷涂装置进行喷涂。

2.3 将喷涂后的配光镜放入烘箱进行烘干。需要注意的是，目前该方案并没用普遍应用，主要原因在于成 本太高，通常在豪华车型上使用，也作为最后的补救措施实施。

3、车灯起雾的结构优化方案

通过车灯起雾的机理分析，车灯起雾的第三个原因为车灯的内部含有足够的水蒸气，如果能使车灯内部的空气湿度达到尽可能的低，也是可以起到防止起雾的目的的。

为降低车灯内部湿度，目前常用的措施包括增强车灯部件的密封性能，改进通风口对水蒸气的透析能力。也可在车灯内部增加干燥剂，用于降低车灯内部湿度，但这种方案短期内是有效的，不能保证长期的效果。