一種杯托氛圍燈發(fā)光均勻的改進(jìn)方法

盛紅金，李志剛，滕云鵬，金 平，賈夢池，李 野（一汽奔騰轎車有限公司奔騰開發(fā)院，吉林 長春 130012）

1 概述

近年來，隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展和新技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，汽車不僅僅局限于代步工具這一范疇，已成為消費(fèi)者除了家以外的第2個私密空間。汽車燈具作為外飾的重要造型部件和內(nèi)飾的氛圍營造功能部件，吸引更多消費(fèi)者的眼球，成為消費(fèi)者購車的重要選項(xiàng)。

傳統(tǒng)的單色氛圍燈一般亮度和顏色無法調(diào)整，駕駛者的情感在私密空間無法得到釋放和共鳴。因此，智能化、情感化的內(nèi)飾氛圍燈成為消費(fèi)者購車的剛性需求。直射式多色可調(diào)節(jié)氛圍燈逐漸成為內(nèi)飾氛圍燈的主流技術(shù)方案，可以更好地滿足造型布置要求和效果要求。

本文提出一種杯托氛圍燈發(fā)光均勻的改進(jìn)方法，其目的是使杯托氛圍燈發(fā)光更加均勻，提升汽車內(nèi)飾氛圍燈點(diǎn)亮效果，增強(qiáng)客戶感知體驗(yàn)。

2 改進(jìn)方法

2.1 初始方案介紹

本文所提到的杯托氛圍燈，采用RGB光源＋環(huán)形光導(dǎo)發(fā)光形式，光源數(shù)量為2顆。氛圍燈形狀呈環(huán)形，可以進(jìn)行呼吸點(diǎn)亮/熄滅，用戶可以根據(jù)心情調(diào)整氛圍燈顏色和亮度。同時，氛圍燈點(diǎn)亮后將會照亮杯托內(nèi)物品并烘托車輛內(nèi)飾空間氛圍，舒緩駕駛員心態(tài)。

圖1為初始杯托氛圍燈結(jié)構(gòu)示意圖，主要構(gòu)成零件包括：面罩（乳白色）、光導(dǎo)（透明）、光源模組殼體、光源模組蓋板、LED線路板。

圖1 初始杯托氛圍燈結(jié)構(gòu)示意圖

其中光導(dǎo)是影響氛圍燈發(fā)光均勻性的決定性因素，光導(dǎo)主要由兩部分組成：①光源入射端 （兩處）：負(fù)責(zé)接收RGB光源發(fā)出的光線，同時通過全反射讓光線沿著光導(dǎo)的方向進(jìn)行傳播；②光導(dǎo)齒：負(fù)責(zé)將光導(dǎo)中傳播的光線反射到氛圍燈面罩處，起到配光作用。

如圖2、圖3所示，為杯托氛圍燈初始點(diǎn)亮效果和初始光線追蹤。由于光導(dǎo)入射端與杯托的切線存在一定的夾角，導(dǎo)致兩處光源入射端光線聚集，造成面罩區(qū)域存在局部亮斑，亮斑與周邊面罩亮度存在明顯的分界線，發(fā)光均勻性差且透過面罩可以看到內(nèi)部光導(dǎo)齒結(jié)構(gòu)，發(fā)光面呈現(xiàn)鋸齒狀陰影，嚴(yán)重影響發(fā)光均勻性和點(diǎn)亮效果。

圖2 初始點(diǎn)亮效果

圖3 初始光線追蹤

2.2 發(fā)光均勻性提升方法介紹

本次發(fā)光均勻性提升方案從材料性能、RGB光源亮度、結(jié)構(gòu)設(shè)計3個方面簡述此杯托氛圍燈性能提升的整改優(yōu)化過程。

2.2.1 材料性能優(yōu)化

RGB光源發(fā)光后，光線經(jīng)過光導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸和亮度調(diào)整，最終通過面罩進(jìn)行發(fā)光。光導(dǎo)采用常規(guī)的高通透PMMA材料，面罩采用PC 2807材料 （色母比例為0.5%）。經(jīng)綜合分析，增加面罩材料的色母比例，降低材料的通透性，提升材料的散射性能，有助于解決面罩存在的鋸齒狀陰影問題，同時優(yōu)化亮斑問題。

通過制作不同色母比例的面罩，在保證光導(dǎo)和光源亮度不變的前提下進(jìn)行樣件評審，確定材料整改方案。樣件的面罩色母比例分別為1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%，見表1。

表1 樣件性能對比評價表

通過樣件的綜合性能評價，面罩材料確定為PC 2807材料（色母比例為2.5%），徹底解決氛圍燈點(diǎn)亮后發(fā)光面呈現(xiàn)鋸齒狀陰影問題。

2.2.2 RGB光源亮度優(yōu)化

該杯托氛圍燈具備12種顏色變化和亮度調(diào)節(jié)功能，主要是利用R （紅色）、G （綠色）、B （藍(lán)色）三色原理，在MCU（內(nèi)部芯片）的控制下讓3種顏色進(jìn)行混合，產(chǎn)生不同顏色的光。氛圍燈亮度的調(diào)節(jié)是通過接收車身BCM發(fā)出的信號，通過LIN總線傳輸?shù)絃ED線路板上，線路板上的MCU （內(nèi)部芯片）控制RGB光源的占空比，實(shí)現(xiàn)LED亮度的調(diào)節(jié)。如圖4、圖5所示。

圖4 RGB模型圖

圖5 RGB亮度調(diào)節(jié)原理圖

杯托氛圍燈表面亮度的目標(biāo)設(shè)定值為4cd/m2，通過暗室環(huán)境測試，初始樣件的亮度值約為20cd/m2，樣件亮度遠(yuǎn)超目標(biāo)亮度值。通過軟件設(shè)計方案調(diào)整，降低杯托氛圍燈的整體亮度，光源入射端亮斑問題得到進(jìn)一步優(yōu)化。

2.2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

通過上述兩個方面的優(yōu)化調(diào)整，杯托氛圍燈的發(fā)光均勻性和點(diǎn)亮效果得到一定改善和提升，但入光處亮斑問題依然存在。由于更改光導(dǎo)入射角度方案對周邊環(huán)境影響較大且會造成副儀表板造型CAS的更改，影響較大。因此，為保證項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度，本次結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化僅限于氛圍燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。

1）皮紋優(yōu)化方案

在光導(dǎo)入射端表面和光導(dǎo)轉(zhuǎn)折處局部增加皮紋，將入射端聚集的光線進(jìn)行擴(kuò)散并提升氛圍燈整體發(fā)光均勻性，改善點(diǎn)亮效果。

通過光學(xué)模擬分析和樣件效果比對確認(rèn)，光導(dǎo)增加皮紋方案對點(diǎn)亮效果稍有改善，但是改善效果不明顯，亮斑問題未徹底解決。

2）擴(kuò)散膜優(yōu)化方案

在光導(dǎo)的入射端外表面粘貼擴(kuò)散膜，將光導(dǎo)的光線進(jìn)行擴(kuò)散，達(dá)到提升氛圍燈發(fā)光均勻性效果。

擴(kuò)散膜的作用是將LED的點(diǎn)狀光源均勻轉(zhuǎn)換成面光源，達(dá)到勻光的效果。擴(kuò)散膜的原理是光線在經(jīng)過擴(kuò)散層時會不斷地在2個折射率相異的介質(zhì)中穿過，在此同時光線就會發(fā)生許多折射、反射、散射現(xiàn)象，如此便造成了光學(xué)擴(kuò)散的效果［1］。光擴(kuò)散膜可以有效地解決強(qiáng)光問題，LED點(diǎn)光源發(fā)出的光線經(jīng)過光擴(kuò)散膜修正后均勻成面光源，使照明光均勻柔和，消除眩光，解決了LED對視覺產(chǎn)生的眩目等問題［2］。

通過手工樣件粘貼擴(kuò)散膜進(jìn)行點(diǎn)亮效果確認(rèn)，粘貼擴(kuò)散膜方案改善效果明顯，亮斑問題明顯優(yōu)化，氛圍燈發(fā)光均勻性得到極大的提升，見圖6點(diǎn)亮效果。

圖6 擴(kuò)散膜方案點(diǎn)亮效果

3）絲印網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)散膜優(yōu)化方案

在光導(dǎo)粘貼擴(kuò)散膜方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化擴(kuò)散膜的性能。在擴(kuò)散膜的內(nèi)表面絲印黑色網(wǎng)點(diǎn)（網(wǎng)點(diǎn)位置根據(jù)光學(xué)模擬確定），黑色網(wǎng)點(diǎn)的作用是吸收光源入射端部分光線，降低入射端亮度，實(shí)現(xiàn)氛圍燈環(huán)形均勻發(fā)光。

通過手工樣件粘貼擴(kuò)散膜進(jìn)行點(diǎn)亮效果確認(rèn)，在擴(kuò)散膜內(nèi)表面噴涂黑色網(wǎng)點(diǎn)方案可以徹底解決杯托氛圍燈亮斑問題，氛圍燈發(fā)光均勻性提升到最優(yōu)狀態(tài)，見圖7點(diǎn)亮效果。

綜上，經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的不斷優(yōu)化與調(diào)整，讓杯托氛圍燈的發(fā)光均勻性問題得到徹底解決，性能得到最大化提升。模擬分析效果對比如圖8～圖10所示。

圖8 皮紋方案光學(xué)模擬

圖9 擴(kuò)散膜方案光學(xué)模擬

圖10 絲印網(wǎng)點(diǎn)擴(kuò)散膜方案光學(xué)模擬

3 結(jié)語

通過材料性能、RGB光源亮度、結(jié)構(gòu)設(shè)計的多維度分析比對，制定綜合整改方案，使杯托氛圍燈的發(fā)光均勻性和點(diǎn)亮效果得到最大改進(jìn)，提升用戶感知體驗(yàn)，增強(qiáng)產(chǎn)品行業(yè)競爭力。