基于Speos 制動燈與光擴散位置燈技術(shù)融合研究與分析

李 俊

（合創(chuàng)汽車科技有限公司， 廣東 廣州 511466）

1 背景說明

近些年隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，汽車尾部燈具采用貫穿燈設(shè)計已經(jīng)成為主流趨勢，而造型在設(shè)計上追求細長風(fēng)格以及均勻發(fā)光的精致商品性需求，給燈具設(shè)計帶來了不小的挑戰(zhàn)，因而制動燈與位置燈的融合設(shè)計方案值得研究與探討。

后位置燈功能在日常用車體驗中使用頻率最高，其發(fā)光效果對汽車后組合燈的美觀性起到非常大的影響，在進行汽車尾部燈具設(shè)計時，應(yīng)優(yōu)先考慮后位置燈的效果，再將其他功能信號燈進行融合匹配。當前行業(yè)主流認可的后位置燈發(fā)光技術(shù)有光擴散式和厚壁光導(dǎo)式兩種結(jié)構(gòu)[1]，如圖1所示。本文主要針對制動燈與光擴散位置燈融合技術(shù)研究與分析。

圖1 主流后位置燈的發(fā)光效果圖

2 技術(shù)與原理

光擴散發(fā)光技術(shù)是在燈具外配光鏡部件內(nèi)增加一個內(nèi)配光鏡部件（圖2），并通過在內(nèi)配光鏡材料中添加一定的有機硅光擴散粒子，使得該粒子分散在配光鏡部件中，當光線入射至光擴散部件時將發(fā)生兩種折射模式，一種是有孔隙折射模式，另一種是無孔隙折射模式，如圖3所示。光線在有孔隙折射模式中發(fā)生的折射次數(shù)要多于無孔隙折射模式[2]。折射次數(shù)的多少與材料的霧度成正相關(guān)，即折射次數(shù)越多，材料的霧度越大，反之則越小。

圖2 光擴散內(nèi)配光鏡與外配光鏡結(jié)構(gòu)圖示

圖3 光線入射光擴散板折射示意圖

圖4 制動燈結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計剖視圖

同時擴散材料中的孔隙是隨著擴散粒子的粒徑大小變化而發(fā)生變化的，當粒子的粒徑增大時，孔隙會減小并隨之消失，那么可以明確材料的霧度是隨著擴散粒子的粒徑增大而減小。

根據(jù)GB/T 2410測得可見光波段下的光透過率T1以及光線偏離入射光線的光透過率T2，材料霧度等于T2/T1[3]。由此可知材料霧度與透過率T1成負相關(guān)，那么材料的透過率T1隨著擴散粒子的粒徑增大而增大。

3 設(shè)計方案

制動燈和后位置燈在《GB 4785汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規(guī)定》中是強制裝配的信號燈，其配光性能需要滿足法規(guī)《GB 5920汽車及掛車前位燈、后位燈、示廓燈和制動燈配光性能》的要求。

制動燈作為警示信號燈，其法規(guī)配光強度比后位置燈要求更高，關(guān)鍵配光強度指標要求見表1。

表1 制動燈與后位置燈關(guān)鍵配光強度指標要求

燈具是集成光學(xué)、電氣、結(jié)構(gòu)、材料四維綜合性的產(chǎn)品，基于制動燈與后位置燈配光法規(guī)在光照強度上的差異化定義，并結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)的經(jīng)濟性，位置燈通常采用功率為0.2W LED設(shè)計，制動燈通常采用功率為0.5W LED設(shè)計，經(jīng)過計算分析可得到光源具體參數(shù)信息，見表2。

表2 制動燈與后位置燈光源參數(shù)信息

在光源參數(shù)選型明確的基礎(chǔ)上，對不同材料配比的內(nèi)外配光鏡與不同空間設(shè)計結(jié)構(gòu)進行仿真建模分析。相關(guān)的方案見表3。

表3 差異化設(shè)計方案列舉

4 仿真建模與分析

在Speos光學(xué)仿真軟件環(huán)境中基于各個方案進行仿真分析，建立分析模型并定義好相關(guān)的邊界參數(shù)條件。相關(guān)仿真分析結(jié)果如下。

1） 方案1：光源與內(nèi)配距離25mm，Inner lens PMMADF23，Inner lens透過率30%。配光性能參數(shù)Imax最大發(fā)光強度值為72.5cd，局部個別點不滿足配光法規(guī)，點亮效果上，存在較多顆粒感等商品性不良問題，燈具參數(shù)與燈光效果見圖5。

圖5 方案1燈具參數(shù)及燈光效果

2） 方案2：光源與內(nèi)配距離35mm，Inner lens PMMADF23，Inner lens透過率30%。方案2在方案1的基礎(chǔ)上提升LED光源與內(nèi)配光鏡的距離，通過仿真分析可知發(fā)光均勻性得到有效改善，但配光性能參數(shù)中Imax最大發(fā)光強度下降至60.85cd，多點發(fā)光強度配光不滿足法規(guī)要求，燈具參數(shù)與燈光效果見圖6。

圖6 方案2燈具參數(shù)及燈光效果

3） 方案3：光源與內(nèi)配距離25mm，Inner lens PMMA-8N-YDF0038，Inner lens透過率20%。方案3在方案1的基礎(chǔ)上降低了內(nèi)配光鏡透過率，由30%降低至20%，通過仿真分析可知發(fā)光均勻性得到有效改善，但配光性能參數(shù)中Imax最大發(fā)光強度下降至53.18cd，多點發(fā)光強度存在不滿足法規(guī)要求，燈具參數(shù)與燈光效果見圖7。

圖7 方案3燈具參數(shù)及燈光效果

4） 方案4：光源與內(nèi)配距離25mm，Inner lens PMMADF23，Inner lens透過率30%，增加反射擋板。方案4在方案1的基礎(chǔ)上增加了聚光結(jié)構(gòu)，通過仿真分析可知配光性能滿足法規(guī)要求，Imax最大發(fā)光強度達到106.1cd，但發(fā)光均勻性上局部存在LED輕微顆粒感，燈具參數(shù)與燈光效果見圖8。

圖8 方案4燈具參數(shù)及燈光效果

5） 方案5：光源與內(nèi)配距離25mm，Inner lens PMMAYDF0038，Inner lens透過率20%，增加反射擋板。方案5在方案1的基礎(chǔ)上增加了聚光結(jié)構(gòu)，同時降低內(nèi)配光鏡透過率，由30%降低至20%，通過仿真分析可知，配光性能Imax最大發(fā)光強度達到84.92cd，同時發(fā)光效果不存在LED顆粒感問題，發(fā)光商品性滿足外觀評價要求，燈具參數(shù)與燈光效果見圖9。

圖9 方案5燈具參數(shù)及燈光效果

5 結(jié)論與展望

通過仿真分析結(jié)果可以看出，采用擴散式發(fā)光的位置、制動信號燈，在LED光源發(fā)光功率未提升的情況下，可以通過增加LED光源到內(nèi)配光鏡的距離或者降低內(nèi)配光鏡的透過率改善發(fā)光均勻性。建議參考LED光源與內(nèi)配距離35mm，內(nèi)配光鏡透過率20%進行設(shè)計。

另外可以在LED光源與內(nèi)配光鏡之間增加聚光結(jié)構(gòu)，提升制動燈的配光強度，以滿足制動燈高強度配光法規(guī)需求。

隨著貫穿式尾燈造型的普及，人們對尾燈的美學(xué)觀賞性要求也越來越高，發(fā)光均勻性作為發(fā)光美學(xué)的重要評價指標之一，設(shè)計階段自然需要充分考慮，但在光擴散制動燈類型中通過提升材料霧化程度，降低材料透過率的方法改善發(fā)光均勻性，也會存在發(fā)光強度降低的情況，從而可能導(dǎo)致制動燈安全警示性能有所下降。那么如何在發(fā)光強度的安全警示性能與點燈發(fā)光均勻性之間做好平衡也可以作為下一步研究的方向。