晝間行駛燈集成在前照燈內(nèi)的設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用

麻美妮，郭小龍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

晝間行駛燈集成在前照燈內(nèi)的設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用

麻美妮，郭小龍

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先闡明了車輛配置晝間行駛燈的目的和意義，對(duì)汽車晝間行駛燈與前照燈集成的設(shè)計(jì)方法做了詳盡的描述。重點(diǎn)討論了前照燈集成晝間行駛燈的一般設(shè)計(jì)流程及在開發(fā)過程中所需關(guān)注的法規(guī)要求及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，通過結(jié)合一款車型的研發(fā)過程，對(duì)集成在前照燈內(nèi)的晝間行駛燈研發(fā)的一般規(guī)律做了深入的論述。

晝間行駛燈；光源模組；散熱；配光

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-06-07

1、引言

1.1 目的和意義

晝間行駛燈是車輛在白天行駛時(shí)，使得車輛更為易見的一種面向前方的燈具。晝間行駛燈是一種新型的信號(hào)燈具，當(dāng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)晝間行駛燈自動(dòng)點(diǎn)亮。它的功效不是為了使駕駛員能看清路面，而是很大程度的提高其他道路使用者對(duì)機(jī)動(dòng)車的可見度，提高車輛安全性。尤其是近年來霧霾天氣嚴(yán)重，更需要晝間行駛燈這個(gè)功能了，在霧霾嚴(yán)重的時(shí)候，200米開外看不清楚的情況下，有無晝間行駛燈的效果相差甚遠(yuǎn)。

當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)晝間行駛燈自動(dòng)開啟，在夜間或光線較暗環(huán)境下行駛時(shí)開啟小燈，晝間行駛燈自動(dòng)熄滅。固然，加裝了晝間行駛燈使汽車看起來更酷、更炫，但其最大功效，不是在于美觀，而是提供車輛的被辨識(shí)性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，開啟晝間行駛燈可降低12.4%的車輛意外，同時(shí)也可降低26.4%的車禍死亡機(jī)率。

晝間行駛燈目前流行趨勢(shì)是運(yùn)用 LED光導(dǎo)燈高科技光源，其炫酷的外觀對(duì)整車的造型起到很大的提升作用，因此將晝間行駛燈集成在前照燈內(nèi)能給車輛造型帶來很大的可塑空間，此組合方式已越來越受各大主機(jī)廠歡迎。

1.2 晝間行駛燈集成在前照燈內(nèi)的分類

1.2.1 前照燈的功能布局

常見的汽車前照燈系統(tǒng)通常由遠(yuǎn)光燈、近光燈、前位燈、前轉(zhuǎn)向燈及晝間行駛燈等功能燈具組成, 其中遠(yuǎn)光燈及近光燈作為燈具重要的照明燈具是前照燈的主體部分，位置燈、轉(zhuǎn)向燈及晝間行駛燈是關(guān)乎車輛安全的信號(hào)燈，本文中重點(diǎn)闡述晝間行駛燈集成在前照燈內(nèi)的設(shè)計(jì)方法。如圖1所示，晝間行駛燈與前位置燈共用一個(gè)位置，它們采用LED的高亮及低亮來區(qū)分晝間行駛燈與前位置燈。

圖1

1.2.2 集成在前照燈內(nèi)的晝間行駛燈的劃分

（1）晝間行駛燈按光源劃分，可分為鹵素光源和 LED光源

鹵素光源即傳統(tǒng)的車規(guī)級(jí)燈泡，其造型及功能單一給車燈的造型帶來的局限性很大。雖然擁有價(jià)格便宜的優(yōu)勢(shì)，但隨著科技的進(jìn)步及消費(fèi)者對(duì)車輛美觀要求的提高，晝間行駛燈采用鹵素光源的方式已被市場(chǎng)淘汰，目前市面上的晝間行駛燈基本上都采用LED光源。

LED的內(nèi)在特征決定了它是最理想的替代傳統(tǒng)的鹵素?zé)襞莸墓庠?，其特點(diǎn)如下：a.體積小，LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它體積輕巧。b.耗電量低，一般來說 LED的工作電壓是 2-3.6V，工作電流在0.02-0.03A，耗電量不超過0.1W。c.使用壽命長(zhǎng)，在額定的電流電壓下，LED壽命可達(dá)到2萬小時(shí)以上（具體視使用環(huán)境而定）。d.高亮度、低熱量，LED屬于冷光源。使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量遠(yuǎn)低于普通鹵素?zé)襞?。E.環(huán)保，LED是由無毒的材料制成，可再次回收利用。但LED也有其對(duì)應(yīng)的缺點(diǎn)，目前LED價(jià)格較普通燈泡高很多，會(huì)增加整車成本，且其對(duì)高溫比較敏感，環(huán)境溫度越高越容易產(chǎn)生光衰。受價(jià)格的影響，全LED大燈在國(guó)內(nèi)還汽車市場(chǎng)還未得到普遍應(yīng)用，但是LED晝間行駛燈已基本上變成車輛標(biāo)準(zhǔn)配置。

（2）晝間行駛燈以發(fā)光形式劃分，可分為側(cè)發(fā)光、直發(fā)光和光導(dǎo)式三種發(fā)光形式

目前市場(chǎng)上常見的晝間行駛燈分為L(zhǎng)ED顆粒式與LED光導(dǎo)式兩種大類型，LED顆粒式又可分為直射式發(fā)光和側(cè)發(fā)光兩種。LED顆粒式晝間行駛燈由于其使用的LED光源較多，因此在成本上也較光導(dǎo)式晝間行駛燈貴。光導(dǎo)式晝間行駛燈其點(diǎn)亮效果更均勻柔和，其造型更加多樣化。圖2是一種側(cè)發(fā)光的LED布置形式，由于LED光源本身的出光角度僅 120°，直射性布置對(duì)光源的利用率較低，側(cè)發(fā)光式能最大限度的利用LED光能。圖3是直發(fā)光式LED布置，圖4是一種LED光導(dǎo)式晝間行駛燈結(jié)構(gòu)，光導(dǎo)式LED可采用單側(cè)或多側(cè)入光。

圖2 側(cè)發(fā)光式晝間行駛燈

圖3 直發(fā)光式晝間行駛燈

圖4 LED光導(dǎo)式晝間行駛燈

1.3 晝間行駛燈的相關(guān)法規(guī)

近年來很多國(guó)家都制定了有關(guān)晝間行駛燈的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以保證生產(chǎn)安裝的晝間行駛燈能夠真正起到保障安全的功效。為了增加道路安全性，歐盟2008年通過新法規(guī)，強(qiáng)制新車安裝晝間行駛燈，其中轎車和小型貨車從2011年2月7日起開始實(shí)行，卡車和巴士在2012年8月開始實(shí)行。我國(guó)也于2010年1月1日起開始實(shí)施2009 年3月6日發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車晝間行駛燈配光性能》。表1主要列舉了歐洲共同體和經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE、EEC）和美國(guó)國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS）及我國(guó)對(duì)晝間行駛燈的法規(guī)要求。

表1 各國(guó)對(duì)晝間行駛燈的要求

2、晝間行駛燈集成在前照燈內(nèi)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)原則與設(shè)計(jì)流程

2.1.1 晝間行駛燈設(shè)計(jì)原則

晝間行駛燈的設(shè)計(jì)一般要遵照以下原則：

（1）法規(guī)特性

汽車晝間行駛燈屬于汽車強(qiáng)標(biāo)件，必須滿足一系列相關(guān)法規(guī)要求。

a) ECE R48 關(guān)于照明和信號(hào)裝置安裝認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定；

b) GB 4599-2007 汽車用燈絲燈泡前照燈；

c) GB 4785-2007 汽車及掛車外部照明和光信號(hào)裝置的安裝規(guī)定。

d) GB 23255-2009 汽車晝間行駛燈配光性能

（2）功能特性

當(dāng)日間行車視線環(huán)境較差時(shí)，需提供信號(hào)讓道路的其他使用者盡早地發(fā)現(xiàn)自己，提高行車安全性及方便性。

a) 晝間行駛燈照明效果必須達(dá)到足夠的亮度值；

b) 晝間行駛燈照明效果必須保證適當(dāng)?shù)恼彰鲗挾龋?/p>

2.1.2 晝間行駛燈設(shè)計(jì)流程

晝間行駛燈的設(shè)計(jì)一般應(yīng)遵守以下全部或部分的流程：

(1)造型設(shè)計(jì)階段

a) 造型可行性分析(含典型斷面設(shè)計(jì))

b) 制作典型斷面

c) 燈具布置分析

d) 造型CAS面發(fā)放(制作物理模型1)

(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段

a) 工程可行性分析(含主斷面設(shè)計(jì))

b) 晝間行駛燈布置安裝（含定位等相關(guān)安裝設(shè)計(jì)）

c) 晝間行駛燈耐熱性分析

d) 晝間行駛燈配光模擬分析

e) 晝間行駛燈防水及防霧設(shè)計(jì)

f) 零件描述（描述各零件尺寸、重量、工裝及工藝流程等）

g) 2D 圖/ 3D 數(shù)模

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)確定及選料

2.2.1 參數(shù)確定

以下全部或部分參數(shù)將是前照燈設(shè)計(jì)所必需的：

a) 總布置參數(shù)：滿載質(zhì)量、R點(diǎn)、整車空載地平線、整車滿載地平線；

b) 自身參數(shù)：長(zhǎng)、寬、高、材料的流動(dòng)性、成型性；

c) 相關(guān)分組輸入：前照燈功能定義、電氣輸入、安裝鈑金、邊界條件、造型數(shù)據(jù)。

2.2.2 前照燈主體材料選擇

表2 前照燈材料

前照燈一般要求應(yīng)當(dāng)可以在-30℃～+80℃的環(huán)境下正常使用，然而當(dāng)燈具工作時(shí)，其內(nèi)部受光源發(fā)光照射，溫度可達(dá)100攝氏度以上，目前前照燈所使用的比較常用的材料為PP、PBT、PC、BMC等，詳細(xì)材料表見表2。

（1）燈體材料（PP）

聚丙?。≒P）是最輕的塑料之一，密度0.9～0.91 g/cm3，其屈服、拉伸、壓縮強(qiáng)度和硬度均優(yōu)于低壓聚乙烯，有很突出的剛性，高溫（90℃）抗應(yīng)力松弛性能良好，耐熱性能較好，可在100℃以上使用，如無外力150℃也不變形，除濃硫酸、濃硝酸外，在許多介質(zhì)中很穩(wěn)定，低分子量的脂肪烴、芳香烴、氯化烴，對(duì)它有軟化和溶脹作用。PP收縮率大，一般為1.8%～2.5%，不過收縮的方向均勻性好。低溫呈脆性，耐磨性不高。應(yīng)用于汽車前照燈燈體，多加入滑石粉、玻璃纖維等以改善其新能，選材時(shí)須結(jié)合實(shí)際需要添加。

（2）配光鏡材料（PC）

PC也叫聚碳酸脂（英文名Polycarbonate）常用縮寫PC，是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機(jī)械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業(yè)化生產(chǎn)。由于聚碳酸酯結(jié)構(gòu)上的特殊性，現(xiàn)已成為五大工程塑料中增長(zhǎng)速度最快的通用工程塑料。

密度：1.20－1.22 g/cm 線膨脹率：3.8×10 cm/cm°C 熱變形溫度：135°C 低溫-45度 聚碳酸酯無色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃BI級(jí)，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機(jī)械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐沖擊性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加劑就具有UL94 V-0級(jí)阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相對(duì)聚碳酸酯價(jià)格較低，并可通過本體聚合的方法生產(chǎn)大型的器件。隨著聚碳酸酯生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之間的價(jià)格差異在日益縮小。 不耐強(qiáng)酸，不耐強(qiáng)堿,改性可以耐酸耐堿 聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨損用途的聚碳酸酯器件需要對(duì)表面進(jìn)行特殊處理。

（3）反射鏡材料（BMC）

團(tuán)狀模塑料(BMC) 是一種熱固性塑料，其中混合了各種惰性填料、纖維增強(qiáng)材料、催化劑、穩(wěn)定劑和顏料，形成一種用于壓塑或注塑的膠粘“油灰狀”復(fù)合材料。根據(jù)不同的最終應(yīng)用領(lǐng)域，配制的復(fù)合材料可精確控制尺寸，阻燃性和抗電痕性良好，具有很高的介電強(qiáng)度、耐腐蝕性和耐污性，機(jī)械性能卓越，收縮性低且色澤穩(wěn)定。團(tuán)狀模塑料 (BMC) 的流動(dòng)特性和絕緣及阻燃性極好，對(duì)于細(xì)節(jié)和尺寸要求精確的各種應(yīng)用非常適用。

3、一款集成晝間行駛燈的前照燈設(shè)計(jì)

3.1 集成晝間行駛燈的前照燈設(shè)計(jì)步驟及設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1.1 造型工程可行性分析

（1）造型可行性分析：效果圖的可行性分析→CAS的可行性分析→B面的可行性分析→燈具內(nèi)部細(xì)節(jié)定義→A面造型可行性分析→造型凍結(jié)。

圖5 效果圖可行性分析

圖6 外CAS可行性分析

圖7 燈具內(nèi)部細(xì)節(jié)定義

圖8 A面造型可行性分析

圖9 造型凍結(jié)

圖9為經(jīng)過造型可行性分析得出最終凍結(jié)版效果圖，該前照燈集成晝間行駛燈，晝間行駛燈采用1顆功率為6W的LED并選用光導(dǎo)作為發(fā)光材料。

（2）制作典型斷面

圖10 燈具光源中心點(diǎn)Z向斷面圖

通過制作典型斷面來確認(rèn)造型的可行性，主要對(duì)前照燈內(nèi)反射鏡布置、發(fā)光面大小、內(nèi)部布置等方面進(jìn)行分析，判定是否具備工程可實(shí)施性，從而對(duì)確認(rèn)晝間行駛燈應(yīng)以哪種布置方式集成在前照燈內(nèi)。進(jìn)行最終可行性確認(rèn)，得出可行性效果數(shù)據(jù)。

圖11 燈具光源中心點(diǎn)Y向斷面圖

3.1.2 晝間行駛燈結(jié)構(gòu)散熱設(shè)計(jì)及固定結(jié)構(gòu)

（1）晝間行駛燈集成在前照燈內(nèi)，由于遠(yuǎn)近光工作時(shí)發(fā)光的熱量很高，LED光導(dǎo)晝間行駛燈在高溫環(huán)境下工作需要有完善的散熱裝置及耐熱性，保證自身正常工作。由于熱量向上傳播，前照燈內(nèi)遠(yuǎn)近光正上方的溫度可以達(dá)到 100℃，LED正常的工作溫度為不大于90℃。所以此結(jié)構(gòu)將晝間行駛燈光導(dǎo)布置于遠(yuǎn)近光正下方如圖12，發(fā)光體LED布置在遠(yuǎn)近光側(cè)邊，并配備整套散熱裝置，滿足外觀造型好看的同時(shí)，更好的實(shí)現(xiàn)晝間行駛燈功能。

（2）晝間行駛燈采用光導(dǎo)發(fā)光形式，若晝間行駛燈長(zhǎng)度大于400mm，光導(dǎo)材料就容易變形難安裝；抑或在光導(dǎo)點(diǎn)亮?xí)r出現(xiàn)輛斑或光型不均勻等問題，影響光型效果。本文所采用的安裝結(jié)構(gòu)，有效解決了光導(dǎo)的固定變形及避免暗斑等問題。

圖12 晝間行駛燈在前照燈中的位置

3.1.3 散熱原理說明

（1）本文提出一種LED綜合散熱及模組的布置方式來實(shí)現(xiàn)前照燈與LED晝間行駛燈的組合，將金屬散熱裝置及在燈體上加透氣孔的綜合形式實(shí)現(xiàn)。散熱原理具體為：首先將光源LED裝在鋁基板金屬散熱片上，鋁基板再與鋁支架通過螺釘固定，并在在鋁基板與鋁支架之間增加導(dǎo)熱硅膠片加速熱量的傳遞，使鋁支架與基板均能起到散熱作用（如圖13），整個(gè)散熱裝置組裝完成后再整體安裝在前照燈裝飾框上（如圖14），最后通過在燈體上開3個(gè)散熱孔（圖15），實(shí)現(xiàn)燈內(nèi)與燈外空氣的流通與散熱。

圖13 散熱裝置示意圖

圖14 散熱裝置在前照燈內(nèi)固定示意圖

圖15 晝間行駛燈處燈體散熱孔

（1）散熱模擬分析

表3

表4 熱模擬匯總表

其中LED燈珠結(jié)溫=LED燈珠功率*熱阻+LED燈珠安裝基板溫度。

由表4得出，光導(dǎo)選用的PMMA材料其最大耐溫值103℃，而熱模擬結(jié)果已達(dá)到 101℃，明顯不能滿足使用要求，因此將光導(dǎo)更換為PC材料耐溫138℃。耐溫及散熱裝置滿足設(shè)計(jì)要求。

3.1.4 光導(dǎo)固定原理說明

通常LED光導(dǎo)的固定采用兩端固定，再通過裝飾框燈飾件的遮擋避免安裝點(diǎn)的外露。如圖16所示，首先光導(dǎo)插入定位銷內(nèi)，限制其Z、Y方向的自由度，再通過螺釘固定其X方向的自由度。光導(dǎo)與周邊件的裝配關(guān)系件斷面A-A。但為了避免光導(dǎo)因彎度較大在中間段出現(xiàn)變形影響外觀間隙。此發(fā)明特意增加了中段卡接結(jié)構(gòu)，具體如下： 光導(dǎo)條上分別有三個(gè)卡腳，卡腳1、2、3如圖，為了避免光導(dǎo)條點(diǎn)亮?xí)r出現(xiàn)亮斑，卡腳1、2必須做在光導(dǎo)條正后方， 裝配時(shí)先將卡腳3卡入反射條。再逐次卡入卡腳2、卡腳1卡入。完成組裝后與散熱裝置及裝飾框用螺釘固定。

圖16 光導(dǎo)固定示意圖1

圖17 光導(dǎo)固定示意圖2

圖18 晝間行駛燈與前照燈的組合形式

3.1.5 晝間行駛燈配光設(shè)計(jì)

文中列舉的前照燈集成的晝間行駛燈是以光導(dǎo)形式布置在遠(yuǎn)近光正下方的，受燈內(nèi)空間影響，靠近格柵一側(cè)燈內(nèi)空間較小，無法布置LED模組及散熱裝置，因此該燈選用單向出光方式。

圖19 晝間行駛燈在前照燈內(nèi)所占空間

LED選用KW H3L531.TE型號(hào)，光導(dǎo)選用PC材料，牌號(hào)為2245，進(jìn)行燈光點(diǎn)亮模擬如下圖：從圖中可以看出，光源位置有明顯亮斑，此問題可通過延伸裝飾框遮擋發(fā)光位置來改善。

圖20 點(diǎn)亮效果模擬

模擬配光與法規(guī)值對(duì)比：

下圖 21是晝間行駛燈等照度模擬圖，從圖中可以看出HV點(diǎn)亮度553cd，法規(guī)要求在H-V基準(zhǔn)軸線上的發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)不小于400cd，滿足法規(guī)。

法規(guī)要求每個(gè)燈具所發(fā)出的各個(gè)測(cè)量方向的光，投射到圖21配光分布上點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度不應(yīng)低于圖21上所示各點(diǎn)的百分比值與400cd的乘積。從圖23中法規(guī)要求點(diǎn)的檢測(cè)可以看出，模擬值均大于法規(guī)最小值的130%，滿足法規(guī)要求。

圖21 法規(guī)配光布局圖

圖23 法規(guī)點(diǎn)模擬值

法規(guī)要求最大發(fā)光強(qiáng)度不得超過 800cd。從等照度模擬圖22中看出，該燈最大發(fā)光強(qiáng)度是638cd，滿足法規(guī)要求。

3.2 零件數(shù)模

前照燈燈體為PP,配光鏡為PC，裝飾框?yàn)镻BT，晝間行駛燈光導(dǎo)材料選用PC，結(jié)構(gòu)數(shù)模如下圖23所示。

圖23 前照燈數(shù)模（基于CATIA創(chuàng)建）

4、結(jié)論

本論文通過對(duì)晝間行駛燈集成在前照燈內(nèi)的設(shè)計(jì)開發(fā)原則及流程進(jìn)行了闡述，并通過對(duì)一種集成了晝間行駛燈前照燈的開發(fā)應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)晝間行駛燈的設(shè)計(jì)方法及配光散熱設(shè)計(jì)作了全方位的論述。晝間行駛燈設(shè)計(jì)之前，首先需確立其功能布置形式，結(jié)合造型效果，對(duì)其主斷面進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并校核其工程可實(shí)施性，從而進(jìn)行下一步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)配光、熱學(xué)模擬分析等性能設(shè)計(jì)。

晝間行駛燈最終產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)通過相應(yīng)的法規(guī)認(rèn)證試驗(yàn)。對(duì)于有特殊需求的車型晝間行駛燈，應(yīng)按照設(shè)計(jì)任務(wù)書執(zhí)行，晝間行駛燈的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合適用于其的各類法律法規(guī)，并滿足設(shè)計(jì)參數(shù)各項(xiàng)的要求。

[1] 徐萬紅等.CATIA在汽車外形建模中的應(yīng)用.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.p11 -12.

[2] 徐佩弦.塑料制品設(shè)計(jì)指南.化學(xué)工業(yè)出版社.

[3] 蔣蘭芳等.考慮氣動(dòng)特性的汽車前照燈造型參數(shù)化方法.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào).第22卷.第2期 p1-3.

[4] 簧佐賢.現(xiàn)代汽車燈具.長(zhǎng)虹出版社 p88-90.

The design procedures and adhibition of the daytime running lamp integrated into the headlamp

Ma Meini, Guo Xiaolong
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This paper firstly explains the function of the daytime running lamp, and describe the design method in detail. The key point of this paper is the way for daytime running lamp design. This paper discusses the general process of daytime running lamp design and the key design point in daytime running lamp designing. By discussed one style of daytime running lamp design, this paper explain the rules of daytime running lamp design.

daytime running lamp; light source module; radiating; light distribution

U462.1

A

1671-7988 (2017)06-06-07

麻美妮，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.003