汽車頭燈兩箱法起霧試驗(yàn)技術(shù)研究

陳廣澤，李志國

（法雷奧車燈照明系統(tǒng)佛山技術(shù)中心，廣東　佛山　528000）

汽車頭燈兩箱法起霧試驗(yàn)技術(shù)研究

陳廣澤，李志國

（法雷奧車燈照明系統(tǒng)佛山技術(shù)中心，廣東佛山528000）

車燈內(nèi)部起霧會嚴(yán)重地影響汽車車燈的外觀、照明質(zhì)量和使用壽命。為了及時(shí)地發(fā)現(xiàn)早期車燈的熱設(shè)計(jì)上的不足，避免車燈在實(shí)際的使用中出現(xiàn)起霧問題，往往需要進(jìn)行起霧試驗(yàn)，以驗(yàn)證車燈的實(shí)際性能。因此，車燈起霧試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)正確與否，能否重現(xiàn)車燈實(shí)際使用時(shí)的狀況，便成為了試驗(yàn)方法研制中的關(guān)健。在簡單地介紹汽車頭燈目前常用的單一環(huán)境條件下的起霧試驗(yàn)及其不足的基礎(chǔ)上，詳述了兩箱法起霧試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備，并以實(shí)例具體地對頭燈兩箱法起霧試驗(yàn)進(jìn)行了說明，結(jié)果顯示，頭燈兩箱起霧試驗(yàn)的結(jié)果與整車起霧試驗(yàn)的結(jié)果比較吻合，表明兩箱法起霧試驗(yàn)?zāi)軌蚋訙?zhǔn)確、有效地發(fā)現(xiàn)頭燈熱設(shè)計(jì)中與起霧相關(guān)的缺陷。

起霧；頭燈；兩箱法起霧試驗(yàn)

0　引言

隨著現(xiàn)代車燈制造業(yè)中設(shè)計(jì)、制造和工藝等工序的日趨復(fù)雜，以及大量的先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用，車燈質(zhì)量日益提高［1-2］。但是，到目前為止，車燈透鏡的起霧問題仍然是影響車燈質(zhì)量的一個主要問題。車燈內(nèi)空氣中的水蒸氣遇冷會凝結(jié)在車燈透鏡內(nèi)的表面，這樣不僅會影響車燈的外觀，而且會使車燈的照明效果大打折扣，影響行車安全。結(jié)霧形成的霧珠是車燈內(nèi)積水的主要來源之一，而車燈內(nèi)部積水又會造成車燈內(nèi)再次結(jié)霧，嚴(yán)重地影響車燈燈泡的使用壽命和車燈內(nèi)電路的安全。此外，水蒸氣在車燈反射鏡和透鏡表面的長期凝結(jié)會導(dǎo)致車燈材料腐蝕、材料加速老化變形和光學(xué)調(diào)控效果被破壞等一系列的后果。

為了及時(shí)地發(fā)現(xiàn)早期車燈熱設(shè)計(jì)的缺陷，避免車燈在實(shí)際的使用中出現(xiàn)起霧問題，往往需要進(jìn)行試驗(yàn)來驗(yàn)證車燈的實(shí)際性能。因此，車燈起霧試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)得正確與否，能否重現(xiàn)車燈實(shí)際使用時(shí)的狀況，是能否發(fā)現(xiàn)車燈熱設(shè)計(jì)缺陷的關(guān)健。

1　車燈起霧的原理及現(xiàn)行的頭燈起霧試驗(yàn)方法

1.1車燈起霧的原理

當(dāng)水蒸氣與低于其飽和溫度的表面接觸時(shí)，根據(jù)表面性質(zhì)的不同，會出現(xiàn)兩種不同的凝結(jié)形式。如果凝結(jié)液體能很好地濕潤壁面，它就在壁面上鋪展成膜，這種凝結(jié)形式被稱為膜狀凝結(jié)。膜狀凝結(jié)所形成的水膜對光學(xué)性能沒有多大的影響，而且不會影響汽車車燈的外觀。當(dāng)凝結(jié)液體不能很好地濕潤壁面時(shí)，凝結(jié)液體就會在壁面上形成一個個的小液珠，這種凝結(jié)形式被稱為珠狀凝結(jié)［3］。在車燈中，車燈透鏡罩的材料為合成樹脂 （或玻璃），它是一種水不能浸潤的材料，在其表面發(fā)生的凝結(jié)是珠狀凝結(jié)，會嚴(yán)重地影響汽車車燈的照明和外觀。

1.2汽車頭燈現(xiàn)行的單一環(huán)境起霧試驗(yàn)方法介紹

現(xiàn)行的各大汽車廠商的頭燈起霧試驗(yàn)的方法基本一致。首先，都是對頭燈做溫濕度前處理，使頭燈內(nèi)的空氣的濕度達(dá)到接近飽和的狀態(tài)；然后，在室溫條件點(diǎn)燈的情況下對頭燈的透鏡淋以常溫 （一般為20℃左右）的水；最后，觀察頭燈透鏡內(nèi)表面的起霧現(xiàn)象［4］。下面以某汽車廠商的軟管洗車試驗(yàn)為例，對其進(jìn)行說明。

該汽車頭燈軟管洗車試驗(yàn)的步驟如下所述。

a）溫濕度前處理

車燈溫濕度前處理的步驟如表1所示。

表1　軟管洗車前處理的步驟

b）洗車試驗(yàn)

在上述預(yù)處理完成后，馬上進(jìn)行測試，測試順序如圖1所示。

圖1　軟管洗車點(diǎn)燈及洗車的步驟

洗車條件:水壓 （50±10）kPa，水溫 （20± 5）℃。

c）評判

在試驗(yàn)結(jié)束b點(diǎn)時(shí)判斷頭燈透鏡內(nèi)表面的起霧情況。

上述測試方法的優(yōu)點(diǎn)是對設(shè)備要求不高，操作簡單，能夠快速地發(fā)現(xiàn)車燈熱設(shè)計(jì)上的不足。但是，隨著車燈技術(shù)的發(fā)展，車燈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜，實(shí)際的使用條件也日益多樣化，再加上頭燈在車體中所處的位置特殊，上述起霧試驗(yàn)已經(jīng)不能完全發(fā)現(xiàn)車燈在實(shí)際使用時(shí)出現(xiàn)的起霧問題［5］。

1.3汽車頭燈現(xiàn)行的單一環(huán)境起霧試驗(yàn)方法的不足

當(dāng)頭燈安裝在車體上時(shí)，車燈的殼體 （背部）面對的是高溫的發(fā)動機(jī)艙，而外露的透鏡卻有可能面對的是冰冷的空氣和雨水，這就造成了同一物體的不同部位有著較大溫差的狀況。在這種條件下，車燈內(nèi)經(jīng)發(fā)動機(jī)艙加熱的空氣，通過燈內(nèi)的空氣流動，遇到溫度較低的透鏡時(shí)，便會產(chǎn)生嚴(yán)重的起霧現(xiàn)象。上述軟管洗車試驗(yàn)，由于整個車燈燈體處于同一溫度環(huán)境下，并不能模擬頭燈在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)所遇到的苛刻環(huán)境條件 （盡管試驗(yàn)時(shí)利用點(diǎn)燈來實(shí)現(xiàn)了溫差環(huán)境），所以該試驗(yàn)并不能完全發(fā)現(xiàn)車燈在熱設(shè)計(jì)上的不足。因此，為了彌補(bǔ)上述起霧試驗(yàn)的不足，新的試驗(yàn)方法——兩箱法起霧試驗(yàn)便應(yīng)運(yùn)而生了。

2　兩箱法起霧試驗(yàn)方法研究

2.1兩箱法起霧試驗(yàn)測試標(biāo)準(zhǔn)

到目前為止，已經(jīng)有多家汽車廠商 （例如:日系的豐田、本田、日產(chǎn)和三菱；歐系的沃爾沃、寶馬和奧迪；美系的通用和福特等）都制定了汽車頭燈兩箱法起霧試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，具體的內(nèi)容如表2所示。

表2　兩箱法起霧試驗(yàn)方法測試標(biāo)準(zhǔn)

上述汽車廠商制定的兩箱法起霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基本做法都是利用兩箱之間的溫差來重現(xiàn)頭燈在實(shí)際裝車使用時(shí)的狀況來達(dá)到起霧的效果，但也有所差異，有的標(biāo)準(zhǔn)考慮得更加全面，規(guī)定了在測試時(shí)須同時(shí)模擬淋雨、光照和刮風(fēng)等條件，在下面介紹測試設(shè)備時(shí)會具體地?cái)⑹觥?/p>

2.2兩箱法起霧試驗(yàn)測試設(shè)備

各個汽車廠商制定的兩箱法起霧試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求有所差異，其用到的測試設(shè)備也會有所差異，典型的車燈兩箱法起霧測試箱的正面外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖分別如圖2-3所示。

圖2　車燈兩箱法起霧測試箱的正面外觀

圖3　車燈兩箱法起霧測試箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)正視圖

車燈兩箱法起霧試驗(yàn)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)為兩個箱體，即A箱和B箱。A箱提供車燈在車體外的環(huán)境條件，而B箱提供發(fā)動機(jī)艙的環(huán)境條件。車燈通過治具固定在兩個箱體之間，車燈殼體處于B箱，而透鏡處于A箱。A、B兩箱可獨(dú)立控溫，溫度范圍在-40～+100℃之間，濕度范圍在5%RH～95%RH之間，可滿足車燈在實(shí)際裝車條件下的溫濕度差條件的要求。

同時(shí)，箱內(nèi)還配有鹵素?zé)?、淋雨噴嘴和吹風(fēng)裝置，可以較好地模擬實(shí)際使用中頭燈透鏡所面臨的日照、雨淋和風(fēng)吹等狀況。

a）淋雨模擬系統(tǒng)

淋雨模擬系統(tǒng)位于A箱，噴淋的水溫度在+10～+35℃之間可調(diào)，噴淋壓力在0～500 kPa之間可調(diào)。這種淋雨測試是根據(jù)豐田公司的測試標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行的。

b）刮風(fēng)模擬系統(tǒng)

刮風(fēng)模擬系統(tǒng)位于A箱，用于模擬車輛在行駛時(shí)頭燈透鏡所受到的風(fēng)力狀況，提供的最大風(fēng)速為50 km/h，風(fēng)速在0～50 km/h之間可調(diào)。

c）太陽光照模擬系統(tǒng)

太陽光照模擬系統(tǒng)位于A箱，以鹵素?zé)糇鳛楣庠?，光照入射角度可調(diào)，能覆蓋前燈透鏡的表面，光照能量在0～1 200 W/m2之間可調(diào)。

d）壓力模擬系統(tǒng)

壓力模擬系統(tǒng)位于B箱，用于在A、B箱內(nèi)頭燈兩端之間形成氣壓差，氣壓差范圍在5～50 Pa之間可調(diào)。該壓力差為奧迪公司的測試標(biāo)準(zhǔn)所要求。

2.3兩箱法起霧試驗(yàn)實(shí)例研究

下面是頭燈兩箱法起霧試驗(yàn)的一個實(shí)際例子。頭燈的測試條件和步驟如表3-4所示。

表3　兩箱法起霧試驗(yàn)的條件和步驟

表4　整車起霧試驗(yàn)的條件和步驟

兩箱法起霧試驗(yàn)后和整車起霧試驗(yàn)后的結(jié)果對比如圖4所示。

圖4　兩箱法起霧試驗(yàn)與整車起霧試驗(yàn)的結(jié)果對比

由圖4可以看出，兩箱法起霧試驗(yàn)和整車起霧試驗(yàn)后，無論是頭燈透鏡起霧的位置還是嚴(yán)重程度，兩者都十分接近。由此可見，頭燈兩箱法起霧試驗(yàn)的結(jié)果能與實(shí)際整車起霧試驗(yàn)的結(jié)果較好地吻合，能夠準(zhǔn)確地反映頭燈在裝車后使用時(shí)的真實(shí)起霧狀況。

3　結(jié)束語

我們認(rèn)為，汽車頭燈實(shí)驗(yàn)室兩箱法起霧試驗(yàn)彌補(bǔ)了軟管洗車起霧試驗(yàn)等在單一環(huán)境條件下試驗(yàn)的不足，能夠較好地模擬頭燈的實(shí)際使用條件，準(zhǔn)確地驗(yàn)證車燈的防起霧性能的優(yōu)劣，有助于在設(shè)計(jì)早期及時(shí)地發(fā)現(xiàn)車燈在熱設(shè)計(jì)上的不足。從發(fā)展的趨勢來看，兩箱法起霧試驗(yàn)會逐漸地成為汽車頭燈防起霧性能的主要驗(yàn)證方法。

［1］張國英，王毅.外飾車燈高加速壽命試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用分析［J］.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2016，34（2）:22-26.

［2］李秋影.汽車電子產(chǎn)品環(huán)境與可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)研究 ［J］.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)，2014，32（6）:6-20.

［3］黃寶陵，徐小平，顧毓沁，等.汽車車燈內(nèi)部結(jié)霧的熱分析及應(yīng)對措施 ［J］.汽車技術(shù)，2001（3）:11-14.

［4］徐小平，黃寶陵，顧毓沁，等.汽車車燈霧氣形成的分析研究 ［J］.工程熱物理學(xué)報(bào)，2001，22（6）:62-64.

［5］牛永強(qiáng)，何浩，何志軍，等.汽車車燈起霧、進(jìn)水驗(yàn)證方法綜述 ［J］.汽車零部件，2013（9）:72-75.

Research on the Bi-climatic Chamber Atomization Test for Car Headlamp

CHEN Guang-ze，LI Zhi-guo
（Valeo Lighting Systems Foshan Technical Center，F(xiàn)oshan 528000，China）

Fogging in the inside of automotive lamp will seriously affect the appearance，illuminating quality and service life of automotive lamp.In order to timely discover the deficiency in the thermal design of automotive lamp in the early stage andavoid the fogging problem of automotive lamp in practical use，automization test is oftencarried out to verify the actual performance of automotive lamp.Therefore，whether the design of the atomization test method is correct and whether it can reproduce the situation of the lamp in actual use become the key to the test method.Based on the introduction of the commonly used atomization test of automotive headlight under a single environmental condition and its disadvantages，the standards and equipments of the bi-climatic chamber atomization test are introduced，and the bi-climatic chamber atomization test is described with an example in detail.The results show that the results obtained from bi-climatic chamber atomization test and the results obtained from vehicle atomization test can coincide with each other，and the bi-climatic chamber atomization test can more accurately and effectively discover the defects in the thermal design of headlight related to fogging.

fogging；headlight；bi-climatic chamber atomization test

U 463.65+1；TB 24

A

1672-5468（2016）05-0029-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.05.007

2016-04-18

2016-07-07

陳廣澤 （1981-），男，廣東云浮人，法雷奧照明系統(tǒng)佛山技術(shù)中心實(shí)驗(yàn)室技術(shù)主管，從事汽車車燈產(chǎn)品的檢驗(yàn)與管理工作。