汽车灯具起雾分析及应对方法

NO.1车灯防雾产生的背景

车灯防雾一直是一个长期存在的问题，困扰着灯具制造商、整车制造商和最终用户。随着LED光源的广泛应用和交互控制系统的蓬勃发展，如今的车灯变得更加电子化、数字化和集成化，外形也变得更加纤薄复杂。这使得对防雾性能的要求变得更加严格，成为车灯设计面临的主要挑战之一。

起雾的机制可以简单地解释为：在不涉及专业术语的情况下，同等体积的空气在不同温度下可以容纳的水蒸气量是不同的。当环境温度升高时，空气可容纳的水蒸气量也会增加。而当环境温度突然下降时，空气无法再容纳所有的水蒸气，导致水蒸气凝结成液态水，形成雾气。

当车灯点亮时，不同部位的温度升高速度不同，导致灯内产生温度差和压力差，促使灯腔内部气体与外部进行交换。当外部湿度较高时，整个灯腔内的湿度也会上升。当高温高湿的气体进入灯具中的低温区域时，环境温度下降，水蒸气开始冷凝并在凝结核的作用下形成雾气。金鉴实验室作为一家提供检测、鉴定、认证和研发服务的第三方检测与分析机构，致力于为汽车产业链提供创新的品质解决方案，提升中国制造的质量水平。实验室提供的服务包括但不限于AECQ-100、AECQ-101、AECQ-102、AECQ-103、AECQ-104、AECQ-200等多系列的认证与检测服务。

NO.2灯具内雾气形成的机理

通过对灯具内产生雾气的影响因素分析，可简要概括为灯具起雾主要与温度场、流动场与湿度场有关，三者之间的关系以及影响因素如图所示：

在产品造型和各零部件材料固定的情况下：

1、灯内温度分布受灯泡、LED等光源功率和外部环境温度影响。

2、流动场可分为内部流动和外部交换两种。内部流动是由于车灯内部温度分布不均匀引起的自然对流和零部件间隙等因素造成的。外部交换中，通气结构的主要因素包括通气孔的数量、大小、排列以及通气组件的类型等。

3、湿度场主要受灯腔内空气湿度和外部空气湿度的影响，内部空气流动会改变湿度分布。

NO.3雾气的危害

1、外观不佳导致顾客投诉，引发退换货情况，进而增加质量成本。

2、影响灯具的光学性能，导致水汽在配光镜表面凝结，进而折射光线造成光线偏离。

3、影响电子元器件的寿命。随着车灯内部电子元器件的增多和复杂化，水汽在电子元器件上凝结，长期导致元器件失效。

NO.4防雾面临的新的挑战

1、LED光源的广泛使用

LED光源与卤素灯泡的发热机理存在本质不同。卤素灯泡的光效约为5%。85%的热量以红外辐射的形式散发出去，有利于热量在灯具内均衡的分布。

LED的光效约为20%，LED是冷光源，75%左右的热量在焊点处以热传导的方式传导到基板上，然后散发出去，热量集中，不利于热量在灯具内的分布。

2、灯具的造型越来越扁平化、纤薄化，空间越来越小

灯具的造型越来越偏向于流线型，扁平化，饰圈、饰条等装饰件的拆分越来越细化，灯具结构复杂，空间紧凑，不利于灯具腔体内空气的流动。

3、主机厂要求变高

主机厂对起雾的实验标准提高，雾气消散时间从之前的允许存在，半小时到一小时消散判定为合格，到现在的不允许出现雾气，要求大大提高。

NO.5解决灯具雾气的方法

由灯具雾气形成具备的条件可知：灯具起雾主要与灯内湿度、温度分布以及凝结核有关，因此要解决车灯起雾问题需要从这三方面入手，限制其中一个方面或多个方面条件，从而有效解决车灯起雾的问题。

1、降低灯内湿度

对于密封性能良好的灯具，降低灯内湿度可从车灯材料、透气组件的选择与灯内安装除湿装置3个方面考虑。

2、车灯材料的吸水率

尽量不使用吸水率高的材料，如: 前照灯透镜支架、灯泡座等零件尽量避免使用 PA 系列材料。

3、透气组件的选择

透气膜

通气帽

作用：隔绝液态水与灰尘，允许气体（包括水蒸气）通过，透气膜可允许较大的透气区域，为粘贴形式；通气帽允许较小的透气区域，为套装形式。

4、灯内安装除湿装置

在灯内安装除湿装置，如粘贴干燥剂，可有效降低灯内的湿度，从而降低雾气产生的风险。但此方法也存在弊端，使用的物理性吸湿干燥剂一般会随着吸湿量的增加而趋于饱和，饱和后受热会将自身吸收的水分释放到灯内，加重起雾现象。

5、平衡灯内的温度场、流动场

灯具内的温度场和流动场对雾气问题起着关键作用。灯具的结构设计会影响灯内的温度场和流动场，设计中可以采取以下措施来预防：

本实用新型避免了在车灯饰圈与配光镜区域之间形成狭窄结构，特别是在灯具下方。狭窄的区域不利于灯具内气体的流通，同时需满足车灯的耐热条件。

尽量避免在非光源直接照射区域设置大面积装饰；或者在配光镜内侧面上加入花纹，以减轻雾气对外观的影响。

灯具的上、下部件之间应保留适当空隙，有利于气体流动；通常应避免在车灯饰圈前（饰框与面罩）和后（饰框与灯壳）设计狭窄间隙，因为狭窄间隙会阻碍气体流动。

在车灯设计阶段，CAE工程师应早期介入，利用有限元分析软件对车灯的起雾区域和风险等级进行分析和预测。通过对灯具内部温度场和流动场的分析，优化设计，避免配光镜低温区域温度过低和气体流动死区的问题，有效预防或解决灯具起雾问题。

散热风扇主要用于LED散热，极大地改善了灯具内部空气流动和热量分布情况，从而带来了雾气问题的改善和其他附加好处。

6、减少凝结核

通常采用在灯罩内表面喷涂防雾涂层的方法减少凝结核。作用机制：使水滴平铺在基材表面 （表面接触角变小），成一层很薄的水膜，阻止在基材表面凝结成水珠，减少光线在水滴表面的散射，增加光线透过率。

使用防雾涂层前后基材表面水滴接触角

由于防雾涂层是在透明材质上喷涂，如有质量缺陷将无法通过打磨及抛光后重复喷涂等手段进行处理，相对来说产品报废率较高，同时防雾涂层的喷涂环境要求较高，相对于其他解决方案将增加较多的灯具成本。