基于實(shí)車試驗(yàn)的汽車燈具起霧機(jī)理研究

朱學(xué)良 黃宏成 程 雷 張 凱

(1. 上海交通大學(xué)， 上海 200240；2. 上汽大眾汽車有限公司， 上海 201805)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的進(jìn)步，汽車燈具在整車中扮演的角色也越來越豐富。除了基礎(chǔ)性的保障行車安全以外，汽車燈具也逐漸成為彰顯廠商設(shè)計(jì)風(fēng)格和承擔(dān)車與環(huán)境交互的關(guān)鍵裝置[1-3]，而干凈的配光鏡表面是基本要求。與此同時(shí)，為了達(dá)到上述目標(biāo)，先進(jìn)的光源、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和造型設(shè)計(jì)以及更多的控制模塊都會(huì)引入到車燈的設(shè)計(jì)中去[4, 5]，這些給車燈起霧帶來了很多不確定因素。主機(jī)廠的數(shù)據(jù)顯示，某一些車型，消費(fèi)者對(duì)車燈霧氣問題的抱怨量在整車抱怨量中的占比超過50%。上述幾點(diǎn)表明，車燈起霧已成為現(xiàn)代車燈設(shè)計(jì)中亟需解決的問題。

車燈起霧的本質(zhì)是空氣中的水蒸氣在配光鏡內(nèi)表面凝結(jié)成小水珠，從外部來看，好像配光鏡內(nèi)側(cè)有一層“白霧”。由于影響車燈起霧的因素眾多，包括環(huán)境、燈內(nèi)狀態(tài)和車輛狀態(tài)等，而現(xiàn)有的數(shù)值模擬手段不能很好地將這些因素考慮在內(nèi)，所以試驗(yàn)研究仍是分析車燈霧氣問題的主要手段。

目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)車燈霧氣問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過靜態(tài)擴(kuò)散、內(nèi)部氣體膨脹收縮和外部氣流流入的方式，環(huán)境和通氣孔的配置會(huì)對(duì)燈內(nèi)濕度和車燈霧氣問題產(chǎn)生影響[6-8]。車燈結(jié)構(gòu)和造型引起的燈內(nèi)流動(dòng)死區(qū)和配光鏡低溫區(qū)、燈內(nèi)存在足夠的水蒸氣以及配光鏡表面的凝結(jié)核心構(gòu)成了車燈起霧的基本條件[9-11]。環(huán)境細(xì)微變化和不同的通氣裝置(透氣膜、透氣帽和彎管)對(duì)車燈起霧后的消霧時(shí)間存在影響[12-14]。車燈內(nèi)的塑料會(huì)釋放水蒸氣以及燈內(nèi)存在水蒸氣梯度[15-17]。

以往車燈起霧的試驗(yàn)研究大都停留在單個(gè)燈具層面，但是行駛中的氣流、發(fā)動(dòng)機(jī)艙的阻隔和發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中都無法準(zhǔn)確模擬，所以實(shí)車試驗(yàn)是車燈起霧機(jī)理研究和車燈霧氣性能評(píng)價(jià)的重要方式[18]。為研究實(shí)際工況下車燈的起霧機(jī)理，在一臺(tái)轎車上實(shí)現(xiàn)了前照燈內(nèi)部溫濕度和配光鏡溫度的采集，并結(jié)合凝結(jié)理論提出和驗(yàn)證了起霧區(qū)域繪制方法，由此分析了不同工況下配光鏡表面起霧和消霧狀態(tài)。

2 試驗(yàn)裝置及步驟

2.1 試驗(yàn)裝置

實(shí)車試驗(yàn)平臺(tái)是某型號(hào)A級(jí)轎車，試驗(yàn)對(duì)象是其右側(cè)前照燈，車輛和前照燈的主要參數(shù)如表1所列。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)和前照燈主要參數(shù)

由于保險(xiǎn)杠的凸出部分將配光鏡表面分隔，前照燈正面造型近似為兩個(gè)四邊形，配光鏡后部為一整個(gè)腔體。前照燈的四個(gè)光學(xué)功能區(qū)如圖1所示。

現(xiàn)代的燈具大都采用半密封結(jié)構(gòu)，燈內(nèi)外通過通氣裝置連接。此前照燈共計(jì)有四個(gè)通氣彎管，分布在燈的四角，具體位置如圖2所示。

圖1 前照燈的四個(gè)光學(xué)功能區(qū)

圖2 前照燈的通氣彎管和記錄器布置

前照燈內(nèi)部和環(huán)境溫濕度的測(cè)量，采用iButton DS1923型溫度/濕度記錄器，具備分鐘級(jí)別的長(zhǎng)周期離線采集能力。在燈內(nèi)布置兩顆記錄器，分別位于轉(zhuǎn)向燈下部和近光燈上部，具體位置如圖2所示。在右后車身的下底板處放置一顆記錄器，記錄環(huán)境的溫濕度。

配光鏡材質(zhì)為聚碳酸酯(PC)，在內(nèi)表面沒有進(jìn)行防霧涂層工藝處理。

配光鏡內(nèi)表面溫度的測(cè)量，采用OMEGA TT-K-30-SLE型熱電偶和imc SPARTAN-8型數(shù)據(jù)采集裝置完成，具備實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)車采集能力。

除了得到熱電偶布置點(diǎn)的精確溫度，布置點(diǎn)周圍的溫度的估計(jì)也非常重要。將配光鏡表面看作成二維平面，并將形狀簡(jiǎn)化成兩個(gè)四邊形，熱電偶布點(diǎn)在面積較大的規(guī)則形狀區(qū)域呈現(xiàn)四邊形節(jié)點(diǎn)，在不規(guī)則區(qū)域呈現(xiàn)三角形節(jié)點(diǎn)。對(duì)左右兩個(gè)區(qū)域的易起霧尖角部分，增加中間點(diǎn)為布點(diǎn)位置，保證這兩個(gè)區(qū)域的測(cè)量精確性。熱電偶的數(shù)量為44，左右分別為28和16。熱電偶布置如圖3所示。

2.2 試驗(yàn)步驟

實(shí)車雨淋試驗(yàn)是探究車燈起霧的的常用方法，其中一個(gè)典型的過程主要包括開燈怠速、雨淋、行駛和靜置。在這個(gè)過程中，前兩個(gè)步驟主要模擬用戶在實(shí)際用車過程中較易出現(xiàn)車燈起霧的工況；后兩個(gè)步驟主要模擬消除霧氣常用的工況，其中行駛過程在專用性能試驗(yàn)道路上以中高速行駛。具體的試驗(yàn)步驟如表2所列。

圖3 配光鏡表面熱電偶布置

表2 實(shí)車雨淋試驗(yàn)步驟

配光鏡溫度測(cè)量的周期是從怠速階段之前到靜置一段時(shí)間之后，保證能完整覆蓋這4個(gè)階段，在后面的分析中稱它為短周期。燈內(nèi)溫濕度測(cè)量周期較長(zhǎng)，在后面的分析中稱它為長(zhǎng)周期。

3 配光鏡表面起霧區(qū)域的繪制方法

傳統(tǒng)車燈霧氣問題實(shí)車試驗(yàn)主要采取人工觀察法，存在下面兩個(gè)問題，雨淋和行駛過程中觀察不便；觀察得到的是時(shí)間累積的結(jié)果，不利于對(duì)各個(gè)過程進(jìn)行單獨(dú)分析。在上述試驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，結(jié)合水蒸氣凝結(jié)理論，提出了基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和凝結(jié)理論的各個(gè)時(shí)刻配光鏡表面起霧區(qū)域的繪制方法，具體流程如圖4所示。

配光鏡測(cè)點(diǎn)溫度和燈內(nèi)溫濕度的來源是試驗(yàn)數(shù)據(jù)，凝結(jié)判定的依據(jù)是濕空氣凝結(jié)原理。其中，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，包括溫度插值和露點(diǎn)計(jì)算過程是近似估計(jì)和近似計(jì)算，存在誤差。將預(yù)測(cè)的配光鏡表面起霧區(qū)域和實(shí)際的起霧區(qū)域?qū)Ρ?，?yàn)證此方法的正確性。

3.1 濕空氣及其凝結(jié)原理

從熱力學(xué)角度來看，車燈內(nèi)部的工質(zhì)是濕空氣(含有水蒸氣的空氣)，由于組分的壓力很低，濕空氣處在理想氣體狀態(tài)。濕空氣來自環(huán)境大氣，其壓力為大氣壓力pb，根據(jù)理想氣體的分壓力定律，它和干空氣分壓力pa、水蒸氣分壓力pv的關(guān)系如下式[19]。

pb=pa+pv

(1)

圖4 配光鏡表面起霧區(qū)域繪制流程

根據(jù)濕空氣中水蒸氣的狀態(tài)(過熱或飽和)，濕空氣有未飽和與飽和兩種狀態(tài)。假設(shè)濕空氣的溫度為t，其中水蒸氣分壓力pv低于溫度為t的水蒸氣的飽和壓力ps時(shí)，濕空氣處于未飽和狀態(tài)。若濕空氣的溫度恒定為t，增加水蒸氣的含量使水蒸氣分壓力增加至相應(yīng)溫度的飽和壓力ps，濕空氣達(dá)到飽和，再注入水蒸氣，則凝結(jié)為液態(tài)水從中析出。若濕空氣中水蒸氣分壓力恒定為pv，降低溫度到對(duì)應(yīng)于壓力pv的飽和溫度——露點(diǎn)td，濕空氣達(dá)到飽和，再降低溫度，水蒸氣凝結(jié)析出液態(tài)水。

濕空氣凝結(jié)的熱力學(xué)原理并不復(fù)雜，但是凝結(jié)過程是一種復(fù)雜的熱質(zhì)傳遞過程。如果液體能很好地濕潤(rùn)壁面則為膜狀凝結(jié)，否則為珠狀凝結(jié)[20]。凝結(jié)現(xiàn)象可以分為成核過程和液滴增長(zhǎng)過程。珠狀凝結(jié)中的液滴尺度跨越了多個(gè)數(shù)量級(jí)范圍，包括了納米、微米、毫米量級(jí)。在雨淋階段結(jié)束時(shí)，可以在配光鏡內(nèi)表面觀察到毫米級(jí)別的凝結(jié)液滴，如圖5所示。

對(duì)濕空氣在配光鏡表面凝結(jié)作出如下假設(shè)：配光鏡表面存在凝結(jié)核，在其低于燈內(nèi)濕空氣露點(diǎn)的區(qū)域發(fā)生凝結(jié)。

3.2 濕空氣露點(diǎn)的計(jì)算

根據(jù)露點(diǎn)的定義，計(jì)算露點(diǎn)實(shí)質(zhì)上是求解水蒸氣壓力為pv下的飽和溫度。水蒸氣分壓力pv可以通過相對(duì)濕度(Relative Humidity, RH)的定義式和飽和濕空氣中水蒸氣分壓力ps求解，具體關(guān)系如下式。

圖5 配光鏡內(nèi)表面的凝結(jié)液滴

RH=pv/ps

(2)

由此可知，水蒸氣飽和壓力ps和飽和溫度ts相互轉(zhuǎn)化的精度決定了濕空氣露點(diǎn)計(jì)算的準(zhǔn)確性。選取Gerry方程作為ps-ts的計(jì)算式，并選取平均相對(duì)誤差小于10-6的擬合公式作為ts-ps的計(jì)算式[21]。

3.3 配光鏡表面溫度場(chǎng)的估計(jì)

通過溫度采集裝置，每個(gè)時(shí)刻都能得到配光鏡表面44個(gè)熱電偶布點(diǎn)處的溫度，但是只考慮離散點(diǎn)溫度繪制的起霧區(qū)域是極不平滑的，采用插值方法得到配光鏡表面溫度場(chǎng)的估計(jì)可以得到與實(shí)際更接近的結(jié)果。

構(gòu)建包含整個(gè)配光鏡區(qū)域的網(wǎng)格，橫向長(zhǎng)度為60 cm，縱向長(zhǎng)度為16 cm，網(wǎng)格的橫向間隔和縱向間隔都為0.005 cm?？紤]到待插值點(diǎn)區(qū)域是配光鏡框線內(nèi)部以及待插值溫度物理量的連續(xù)性，采用基于Delaunay三角剖分的三次插值。尋找最佳的Delaunay三角形后，由三角形平面來決定三角形內(nèi)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的值。

考慮到該燈具的配光鏡在關(guān)心的計(jì)算區(qū)域是分離結(jié)構(gòu)，所以將左右兩邊的區(qū)域視為單獨(dú)的計(jì)算區(qū)域。對(duì)于每個(gè)區(qū)域來說，使用熱電偶布點(diǎn)處的數(shù)據(jù)估計(jì)出熱電偶布點(diǎn)構(gòu)成的凸包(Convex Hull)內(nèi)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的值。再將兩個(gè)區(qū)域的值疊加在一個(gè)網(wǎng)格上，構(gòu)成了完整的配光鏡區(qū)域的網(wǎng)格。

將網(wǎng)格中每一個(gè)小方格稱為元胞，使用元胞四個(gè)頂點(diǎn)的值插值計(jì)算作為元胞的值，并將元胞的值線性映射到顏色圖中，得出配光鏡表面溫度場(chǎng)。對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行等高線計(jì)算，并繪制配光鏡表面溫度等高線。

3.4 實(shí)際和預(yù)測(cè)起霧區(qū)域的對(duì)比

實(shí)際問題中，車燈起霧可以看做水蒸氣在溫度不均勻表面上的瞬態(tài)凝結(jié)問題。由于配光鏡表面低于露點(diǎn)區(qū)域的不斷變化引起的凝結(jié)和蒸發(fā)過程的不斷交替和水蒸氣相變過程需要時(shí)間，所以瞬態(tài)過程中某時(shí)刻配光鏡表面低于露點(diǎn)區(qū)域和當(dāng)時(shí)觀察到的起霧情況一般不一致。而且，外界環(huán)境的不可控性導(dǎo)致實(shí)車情況下水蒸氣在配光鏡表面的凝結(jié)很難達(dá)到穩(wěn)態(tài)，這對(duì)驗(yàn)證提出的方法的正確性帶來了困難。

選取在氣溫較低的環(huán)境下怠速過程中配光鏡起霧現(xiàn)象作為驗(yàn)證方法正確性的過程。因?yàn)檫@個(gè)過程的初始狀態(tài)是沒有凝結(jié)液滴的，所以蒸發(fā)在該過程中的影響非常小，可以認(rèn)為低于露點(diǎn)的區(qū)域就是之后首先能觀察到的起霧區(qū)域。而且，相比雨淋階段燈內(nèi)狀態(tài)的迅速變化，該過程變化緩慢，溫濕度記錄器1次/分鐘的采樣頻率可以將怠速階段的燈內(nèi)狀態(tài)的變化記錄下來。

怠速15分鐘后，可以在配光鏡內(nèi)表面觀察到明顯的起霧現(xiàn)象。在近光區(qū)域出現(xiàn)霧氣，在遠(yuǎn)光區(qū)域并沒有明顯的起霧現(xiàn)象。霧氣主要出現(xiàn)在近光區(qū)域下部的左右角落，呈現(xiàn)微透明的白色，在布置熱電偶的位置呈現(xiàn)透明的小水珠，如圖6(a)所示。用上述提出的方法的繪制出此時(shí)刻前5分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域，如圖6(b～f)所示。低于露點(diǎn)的區(qū)域也是近光區(qū)域下部的左右角落，而且隨著時(shí)間低于露點(diǎn)區(qū)域從外向內(nèi)、從下向上擴(kuò)展，這說明在這個(gè)過程中絕大部分時(shí)間都是處于凝結(jié)狀態(tài)。

怠速15分鐘后的實(shí)際起霧區(qū)域和綜合此時(shí)刻前5分鐘來看的的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域有較好的吻合度，說明提出的該方法的正確性。具體來看，實(shí)際起霧區(qū)域與前3～4分鐘的低于露點(diǎn)區(qū)域的結(jié)果更為接近，比前1～2分鐘的低于露點(diǎn)區(qū)域稍小，這是由于凝結(jié)過程需要時(shí)間，或者說液滴的尺寸太小不能被觀察到。

驗(yàn)證了該方法的正確性后，就可以基于該方法繪制各時(shí)刻配光鏡表面起霧區(qū)域，從而為研究車燈起霧機(jī)理打下基礎(chǔ)。

4 車燈起霧機(jī)理研究

采用實(shí)車淋雨試驗(yàn)和配光鏡表面起霧區(qū)域的繪制方法對(duì)車燈起霧機(jī)理進(jìn)行分析。

4.1 長(zhǎng)周期燈內(nèi)溫濕度變化

長(zhǎng)周期內(nèi)，沒有陽光直射時(shí)，雨淋試驗(yàn)之前燈內(nèi)溫度和環(huán)境溫度一致；在雨淋試驗(yàn)過程中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)和燈內(nèi)熱源的作用，燈內(nèi)溫度比環(huán)境溫度有

(a) 怠速15分鐘后的實(shí)際起霧區(qū)域

(b) 怠速15分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域大幅度上升；靜置較長(zhǎng)時(shí)間后，燈內(nèi)溫度和環(huán)境溫度趨同，如圖7(a)所示。

(c) 怠速14分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(d) 怠速13分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(e) 怠速12分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(f) 怠速11分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

長(zhǎng)周期內(nèi)，沒有陽光直射時(shí)，雨淋試驗(yàn)之前燈內(nèi)絕對(duì)濕度明顯低于環(huán)境如圖7(b～c)所示。雨淋試驗(yàn)前6小時(shí)左右的時(shí)間段內(nèi)，燈內(nèi)和環(huán)境的平均水蒸氣壓分別為0.78 kPa和0.94 kPa。燈內(nèi)水蒸氣壓比環(huán)境低17.02%，同時(shí)燈內(nèi)露點(diǎn)比環(huán)境低2.66℃。燈內(nèi)塑料吸附水蒸氣使得在只有配光鏡溫度改變的情況下，反而配光鏡內(nèi)表面比外表面更難產(chǎn)生霧氣。在經(jīng)歷一輪雨淋試驗(yàn)后，燈內(nèi)露點(diǎn)又逐漸回歸到環(huán)境露點(diǎn)以下。這說明，在自然靜置條件下，車燈起霧現(xiàn)象是很難發(fā)生的。

4.2 短周期車燈起霧機(jī)理研究

雨淋試驗(yàn)是常用的車燈霧氣實(shí)車評(píng)價(jià)方案，在這過程中，燈內(nèi)溫濕度出現(xiàn)劇烈變化，如圖8(a～c)所示。

4.2.1 怠速階段分析

車燈內(nèi)的溫度和絕對(duì)濕度在怠速后迅速上升。在怠速過程中出現(xiàn)了配光鏡表面起霧的情況。怠速開始9分鐘后，配光鏡表面第一次出現(xiàn)低于露點(diǎn)區(qū)域，如圖9(a)所示。此時(shí)，燈內(nèi)露點(diǎn)為11.87℃，比怠速前的4.40℃上升了7.47℃，超過環(huán)境露點(diǎn)6.21℃；燈內(nèi)水蒸氣壓為1.39 kPa，比怠速前的0.81 kPa上升了0.58 kPa，是當(dāng)前環(huán)境水蒸氣壓的152.33%。在怠速前到怠速9分鐘的這個(gè)過程中，燈內(nèi)絕對(duì)濕度已經(jīng)從小幅小于環(huán)境變?yōu)榇蠓^環(huán)境。與此同時(shí)，配光鏡表面的溫度開始上升并產(chǎn)生溫度不均勻，在缺少了光源輻射傳熱的情況下，配光鏡冷區(qū)的溫度上升主要來自熱傳導(dǎo)和燈內(nèi)介質(zhì)的對(duì)流換熱。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，冷區(qū)的初始溫度較低，加上缺乏熱量輸入，使得該區(qū)域溫升較小，最終溫度較低。燈內(nèi)露點(diǎn)的上升速度超過了冷區(qū)溫度上升速度后，霧氣開始在這個(gè)區(qū)域產(chǎn)生。車燈在怠速過程中的起霧現(xiàn)象易在環(huán)境溫度較低的情況下出現(xiàn)。

在怠速過程中，燈內(nèi)絕對(duì)濕度隨時(shí)間處于上升階段。怠速28分鐘后，燈內(nèi)露點(diǎn)為22.39℃，比怠速前上升了17.99℃，超過環(huán)境露點(diǎn)16.66℃；燈內(nèi)水蒸氣壓為2.71 kPa，比怠速前上升了1.90 kPa，是當(dāng)前環(huán)境水蒸氣壓的295.37%，由于還有一部分水蒸氣在配光鏡表面凝結(jié)，所以車燈在怠速過程中絕對(duì)濕度的實(shí)際增加量超過這個(gè)數(shù)值。結(jié)合怠速過程中，燈內(nèi)濕空氣受熱膨脹和環(huán)境濕度基本保持不變，燈內(nèi)材料釋放水蒸氣是導(dǎo)致燈內(nèi)絕對(duì)濕度增加的重要因素。

(a) 長(zhǎng)周期燈內(nèi)溫度變化

(b) 長(zhǎng)周期燈內(nèi)水蒸氣壓變化

(c) 長(zhǎng)周期燈內(nèi)露點(diǎn)變化

4.2.2 雨淋階段分析

雨淋過程中，燈內(nèi)溫度仍然在不斷上升，上升速度相比怠速有所降低。和怠速過程相比，雨淋階段的主要變化是配光鏡外表面的介質(zhì)由大氣換成了水流，這意味著有更多的熱量被帶走。雨淋階段幾個(gè)時(shí)刻的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域如圖10所示。

(a) 短周期燈內(nèi)溫度變化

(b) 短周期燈內(nèi)水蒸氣壓變化

(c) 短周期燈內(nèi)露點(diǎn)變化

雨淋剛開始，配光鏡表面溫度迅速下降，在配光鏡表面還沒有起霧時(shí)，此時(shí)露點(diǎn)仍然延續(xù)怠速時(shí)的上升狀態(tài)。相比怠速最后時(shí)刻，配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域向上、向內(nèi)大面積擴(kuò)展，如圖10(a～c)所示。由于雨淋階段水流帶走的熱量遠(yuǎn)超怠速階段大氣帶走的熱量，所以產(chǎn)生了較大的過冷度，雨淋階段的起霧比怠速階段明顯迅速和劇烈。

(a) 怠速9分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(b) 怠速10分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

雨淋開始一段時(shí)間后，燈內(nèi)絕對(duì)濕度出現(xiàn)明顯下降。雨淋15分鐘后，燈內(nèi)露點(diǎn)為15.77℃，比雨淋剛開始下降了7.41℃；燈內(nèi)水蒸氣壓為1.79 kPa，比雨淋剛開始下降了1.05 kPa。這主要是水蒸氣在配光鏡表面出現(xiàn)大面積凝結(jié)，燈內(nèi)濕空氣中的水蒸氣含量減少，產(chǎn)生了“冷凝除濕”現(xiàn)象。此時(shí)，燈內(nèi)水蒸氣的減少量已經(jīng)超過怠速過程中燈內(nèi)水蒸氣增加量的50%。燈內(nèi)露點(diǎn)的大幅降低使配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域大幅減少，如圖10(d)所示，一部分區(qū)域的凝結(jié)液開始蒸發(fā)，另一部分低于露點(diǎn)區(qū)域則繼續(xù)凝結(jié)?？偟膩碚f，此時(shí)的起霧區(qū)域比雨淋剛開始幾分鐘的起霧區(qū)域要小。

雨淋階段，燈內(nèi)絕對(duì)濕度的變化是眾多物理過程共同影響的結(jié)果。燈內(nèi)溫度繼續(xù)升高下的燈內(nèi)材料解吸放濕過程；配光鏡表面溫度的降低下的水蒸氣凝結(jié)過程；燈內(nèi)水蒸氣的減少下的配光鏡表面的液態(tài)水蒸發(fā)過程。這導(dǎo)致燈內(nèi)絕對(duì)濕度和配光鏡表面起霧區(qū)域處于動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)；在外界環(huán)境不變的情況下，二者也存在相互制衡關(guān)系。

(a) 雨淋前1分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(b) 雨淋1分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(c) 雨淋2分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(d) 雨淋15分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

4.2.3 行駛階段分析

行駛過程中，因?yàn)殛P(guān)燈和低溫氣流的作用，燈內(nèi)溫度大幅度降低。配光鏡表面溫度也出現(xiàn)下降，配光鏡外表面的介質(zhì)是有速度的氣流。由于燈內(nèi)溫度的下降，燈內(nèi)材料開始吸附水蒸氣，燈內(nèi)露點(diǎn)逐漸下降。行駛過程中，配光鏡表面只有極小面積的角落低于露點(diǎn)，處于起霧情況，其他絕大部分區(qū)域都處于消霧狀態(tài)。行駛階段幾個(gè)時(shí)刻的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域如圖11所示。

行駛過程中，雖然燈內(nèi)溫濕度和配光鏡表面溫度處于變化之中，但是配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域的變化不明顯，只有細(xì)小的區(qū)域改變。

4.2.4 靜置階段分析

行駛后車輛靜置，燈內(nèi)溫度和露點(diǎn)逐步回升，隨著時(shí)間的增加，燈內(nèi)溫度和露點(diǎn)開始下降，與環(huán)境的差距越來越小。燈內(nèi)溫度回升的原因主要是缺少溫度較低氣流的對(duì)流換以及熱發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)較高的溫度。靜置階段幾個(gè)時(shí)刻的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域如圖12所示。

(a) 行駛1分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(b) 行駛2分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(c) 行駛15分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(a) 靜置1分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(b) 靜置5分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

(c) 靜置10分鐘的配光鏡低于露點(diǎn)區(qū)域

溫度升高使得燈內(nèi)材料有釋放水蒸氣的傾向，而且配光鏡大片區(qū)域的面積處于消霧狀態(tài)，燈內(nèi)絕對(duì)濕度大幅度增加。配光鏡表面溫度有小幅度上升。上面兩點(diǎn)導(dǎo)致了配光鏡表面低于露點(diǎn)面積比行駛過程中更大。

5 結(jié)束語

搭建了前照燈內(nèi)部溫濕度和配光鏡溫度的實(shí)車采集裝置，并結(jié)合理論提出了配光鏡表面起霧區(qū)域的繪制方法。通過雨淋試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可靠性，該方法對(duì)分析車燈起霧機(jī)理有實(shí)際意義。

通過試驗(yàn)并運(yùn)用上述方法研究了不同使用過程中車燈的起霧機(jī)理，結(jié)果如下：

a．在沒有陽光照射的情況下自然靜置，燈內(nèi)絕對(duì)濕度明顯低于環(huán)境，很難發(fā)生車燈起霧現(xiàn)象。

b．在環(huán)境溫度較低時(shí)怠速，燈內(nèi)材料放濕，露點(diǎn)的上升速度超過了冷區(qū)溫度上升速度，容易發(fā)生起霧。

c．在雨淋過程中，配光鏡表面大面積起霧，燈內(nèi)露點(diǎn)不斷下降，之后較大的面積處于消霧狀態(tài)。