汽車燈具防霧分析及技術(shù)方案探討

【摘" 要】汽車燈具霧氣問題長期困擾車主與燈具工程師，貫穿車燈使用全程且尚未得到有效解決。為此，售后投入了大量人力、物力和財(cái)力，以減少客戶抱怨與投訴。文章從霧氣產(chǎn)生原理入手，闡述汽車燈具在使用過程中霧氣形成的機(jī)理與危害，分析影響燈具霧氣產(chǎn)生的潛在因素，并基于起霧原理以及霧氣產(chǎn)生與各因素的關(guān)系，著重探討加快汽車燈具霧氣消散及消除的技術(shù)方案。

【關(guān)鍵詞】汽車燈具；冷凝；霧氣；通風(fēng)；空氣流動；防霧涂層

中圖分類號：U463.65" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）03-0059-04

Discussion on Anti-fog Analysis and Technical Scheme of Automobile Lamps

【Abstract】The fog problem of automobile lamps has long troubled the owners and lighting engineers，and has not been effectively solved throughout the use of lamps. To this end，a lot of manpower，material and financial resources have been invested in after-sales to reduce customer complaints and complaints. This paper starts with the principle of fog generation，expounds the mechanism and harm of fog formation during the use of automobile lamps and lanterns，analyzes the potential factors affecting the generation of lamp fog，and focuses on the technical scheme to accelerate the dissipation and elimination of automobile lamps and lanterns fog based on the principle of fog generation and the relationship between fog generation and various factors.

【Key words】automobile lighting；condensation；fog and mist；ventilation；air flow；anti-fog coating

0" 前言

汽車外飾照明燈具的霧氣問題，一直以來都是困擾各整車廠、車燈生產(chǎn)商以及終端車主的難題。特別是隨著汽車車燈光源技術(shù)的發(fā)展，LED燈組和激光模組全面取代早期的鹵素?zé)襞荨㈦瘹鉄襞?，燈具的霧氣問題愈發(fā)受到重視，也變得更加棘手，車燈防霧問題在產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段和售后市場受到了更高程度的關(guān)注。與此同時，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和造型審美的變化，車燈外形也隨著車身朝著纖薄化、扁平化以及高度集成的電子化和數(shù)字化方向發(fā)展。每一項(xiàng)變革都給車燈防霧帶來了新的挑戰(zhàn)。整車廠和車主對車燈霧氣提出了更為嚴(yán)苛的要求，車燈作為外觀件，既要滿足功能和法規(guī)要求，又要契合整車造型設(shè)計(jì)需求。因此，汽車燈具防霧問題堪稱行業(yè)痛點(diǎn)。

1" 霧氣形成的機(jī)理

在一定氣壓下，空氣中的水蒸氣（氣態(tài)水）遇冷達(dá)到飽和狀態(tài)時，就會凝結(jié)成液態(tài)水。在該溫度（露點(diǎn)，Dew Point）下，若凝結(jié)的液態(tài)小水珠漂浮在燈具內(nèi)，便形成了霧；若黏附在固體表面，則形成常見的露。由此可知，霧氣是含有一定水蒸氣的空氣，在具有凝結(jié)核的低溫露點(diǎn)溫度環(huán)境中產(chǎn)生。冷凝的小水珠半徑具有隨機(jī)性，附著在燈具透明面罩內(nèi)表面的露珠，通過對光線的漫反射，形成了肉眼可見的霧化現(xiàn)象。

2" 霧氣的危害

汽車燈具內(nèi)產(chǎn)生霧氣會帶來諸多危害，會致使原材料及鍍鋁層加速老化、變暗。凝結(jié)在燈罩內(nèi)表面的露珠，會通過光線折射影響配光性能和光型波動，進(jìn)而降低照明效果，同時還可能對迎面而來的車輛及行人造成眩目。在某些特定條件下，露珠甚至?xí)构饩€聚焦，引發(fā)燈具內(nèi)部零部件燒灼。此外，高度集成的電子元器件因水汽凝結(jié)，使用壽命縮短，進(jìn)而失效，埋下功能安全隱患。不可忽視的是，售后市場終端客戶因使用體驗(yàn)差而進(jìn)行投訴，這不僅會導(dǎo)致品質(zhì)索賠的成本損失，還會對客戶及車燈供應(yīng)商品牌造成負(fù)面影響。

3" 影響霧氣產(chǎn)生的因素

3.1" 與車輛使用環(huán)境的關(guān)系

基于霧氣產(chǎn)生的機(jī)理和生活經(jīng)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，相較于高溫干燥環(huán)境，低溫高濕環(huán)境更容易使汽車車燈在使用過程中產(chǎn)生霧氣。

3.2" 與車身結(jié)構(gòu)的關(guān)系

外飾燈具包括汽車前照燈和尾燈，其中前照燈一般安裝在發(fā)動機(jī)艙附近。通常，距離發(fā)動機(jī)越近，工作環(huán)境溫度越高，也就越容易產(chǎn)生霧氣。

3.3" 與燈具內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系

車燈內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及各相對運(yùn)動機(jī)構(gòu)的布置，直接影響著車燈內(nèi)外部空氣的流動與循環(huán)，進(jìn)而決定了車燈整個半封閉空間的溫濕度分布。對于內(nèi)循環(huán)，它是由發(fā)光源產(chǎn)生的熱量在燈內(nèi)無法快速均勻分布，從而產(chǎn)生溫度差，促使燈內(nèi)空氣由高溫向低溫區(qū)域自然流動的結(jié)果。其中，各子零部件間的設(shè)計(jì)及裝配間隙也間接影響了空氣流動的速率，一般內(nèi)部零件理論設(shè)計(jì)間隙不小于3mm。對于外循環(huán)，是由于燈具內(nèi)外壓力差的存在，通過燈具殼體后部的透氣孔實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部空氣的交換，在平衡氣壓的同時，也完成了空氣的流通。其中，透氣孔的位置、數(shù)量、尺寸、排列以及透氣孔對手件（透氣組件）種類的選擇等都起著重要作用。一般在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段，會根據(jù)有限元分析結(jié)果來指導(dǎo)透氣孔的布置，并預(yù)留一定數(shù)量的透氣孔，以便在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段修改模具。通常會盡可能將透氣孔布置得遠(yuǎn)一些，并且使其具有高度差，以提高空氣流通的效率。

主動型散熱風(fēng)扇和導(dǎo)風(fēng)管的配合使用，能夠有效引導(dǎo)空氣循環(huán)路徑，提高燈內(nèi)空氣循環(huán)速度，快速消除溫差，從而加快霧氣的消散。

另外，越來越扁平化的造型導(dǎo)致燈內(nèi)高度方向空間極為局促。隨著高度集成化的要求，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，空間越來越緊湊。為滿足造型需要，零件拆分越來越細(xì)化，裝飾框與面罩內(nèi)表面、調(diào)節(jié)固定裝置與殼體之間的間隙越來越狹小，這與霧氣消除以及內(nèi)部空氣快速流動的初衷相悖，也是當(dāng)前行業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)。

3.4" 與原材料的關(guān)系

燈具內(nèi)外環(huán)境的濕度是汽車車燈霧氣產(chǎn)生的重要因素之一。因此，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)盡量避免選用高吸水率材料，例如通常用于調(diào)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)的PA6.6，目前通用和沃爾沃等各大整車廠明確指出燈具內(nèi)部禁用PA系列材料。此外，燈具內(nèi)有許多由高分子材料加工成型的零部件，如線束、橡膠（EPDM）制品、接插件、反光碗、連接件（尼龍制品）等。這些材料在高溫下會揮發(fā)出一種油霧狀氣體，該氣體與水混合后不易揮發(fā)，會粘附在燈具面罩的內(nèi)表面，使燈具表面發(fā)黃、起霧，應(yīng)加以管控。前照燈零件允許的霧度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)情況見表1。

3.5" 與燈具密封的關(guān)系

除了環(huán)境溫度、濕度等不可抗力因素，良好的密封性是降低車燈使用過程中霧氣發(fā)生的前提和保障。一般前照燈面罩和殼體采用涂膠密封，對于部分氣密要求較高（不低于7000Pa）的整車廠，會在涂膠的同時采用螺釘緊固。密封膠一般采用熱膠（Sikaflex）和冷膠（Dow Corning、Henkel），其中需要注意的是，冷膠通常含有硅元素，而易揮發(fā)的硅元素會破壞面罩內(nèi)表面的防霧涂層，導(dǎo)致防霧失效。尾燈一般采用焊接工藝進(jìn)行密封，較為成熟的焊接工藝包括熱板焊、振動摩擦焊、超聲波焊。近些年，基于對焊接后外觀的高要求，激光焊接工藝得到了廣泛推廣和應(yīng)用。無論采用何種工藝實(shí)現(xiàn)燈具的密封，都應(yīng)滿足客戶對于氣密性的要求。除了設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證環(huán)節(jié)的氣密試驗(yàn)，常規(guī)的爆破試驗(yàn)以及密封連接區(qū)域的整燈切割等檢測手段，也常被應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，以檢查涂膠、焊接斷面熔深和焊縫是否均勻一致，有無氣泡、虛焊等不良缺陷。

4" 霧氣技術(shù)方案探討

為確保汽車燈具具有良好的外觀和使用體驗(yàn)，滿足法規(guī)及整車廠對于配光性能的要求，提高客戶滿意度，現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的角度，基于霧氣產(chǎn)生的機(jī)理，探討燈具霧氣改善的技術(shù)方案。

4.1" 燈具透氣組件的選用

4.1.1" 透氣孔

透氣孔的數(shù)量、尺寸大小和位置分布，一般基于產(chǎn)品內(nèi)外部結(jié)構(gòu)和有限元分析結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化。在前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，通常會預(yù)留幾個透氣孔的位置，以便在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段，試驗(yàn)失效后對模具進(jìn)行修改。透氣孔的存在，對于汽車燈具內(nèi)外部氣壓平衡和空氣、溫濕度交換起著至關(guān)重要的作用，設(shè)計(jì)人員應(yīng)予以充分重視。

4.1.2" 透氣帽

透氣帽具有防塵、防水、透氣（允許水蒸氣通過）的特性，采用套裝方式與殼體配合使用[1]，如圖1所示。

4.1.3" 透氣膜

選擇的透過性高分子膜由膨體聚四氟乙烯（ePTFE）制成，擁有數(shù)十億個微孔。這些微孔比空氣分子大700倍，確保了能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的透氣量；同時，這些微孔又比水滴小兩萬倍，從而能夠有效阻隔液體、污物和碎屑進(jìn)入燈內(nèi)，很好地平衡燈具內(nèi)外壓力及空氣流動。此外，該透氣膜具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化性。采用粘貼方式與殼體配合使用。

4.1.4" 可更換透氣干燥單元（CMD凝露控制器）

不點(diǎn)燈時，閥體關(guān)閉，隔絕外部環(huán)境對燈內(nèi)的影響，此時CMD持續(xù)對燈內(nèi)吸濕，降低燈內(nèi)露點(diǎn)。當(dāng)燈內(nèi)正壓時，硅膠十字閥打開，燈內(nèi)氣體經(jīng)閥體排出燈外。當(dāng)燈內(nèi)負(fù)壓時，硅膠十字閥打開，外界空氣經(jīng)閥體進(jìn)入燈內(nèi)平衡壓力，迷宮層大幅降低空氣進(jìn)入的速度，使得吸霧劑有充分的時間對空氣進(jìn)行吸濕，如圖2所示。

4.2" 燈具內(nèi)安裝干燥裝置

在汽車燈具內(nèi)安裝干燥裝置的目的是除濕，以降低燈內(nèi)環(huán)境的空氣濕度。目前常用的干燥劑按照吸濕原理可分為物理性、化學(xué)性以及高分子材料吸濕3類。

1）物理性吸水。該方式類似分子篩，利用空腔進(jìn)行吸附。吸附能力取決于腔體的平均半徑，吸附容量與表面積呈正相關(guān)。其缺點(diǎn)是吸水性有限，時效性差，吸水后不能有效鎖水，容易在半封閉燈具環(huán)境內(nèi)釋放水分。例如海綿、活性炭、棉花、紙巾、氯化鈣、蒙脫石、活性礦物等。

2）化學(xué)性吸水。利用材料本身與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來吸收水分，特點(diǎn)是吸水快，不可重復(fù)利用，吸濕后不會再放濕。例如氧化鎂、無水氯化鎂等。

3）高分子材料吸水。這是一種先進(jìn)的物理吸水材料（采用物理和化學(xué)方法相結(jié)合的方式吸收水分），吸水是通過高濃度親水基團(tuán)和分子篩的原理實(shí)現(xiàn)的。該方法利用化學(xué)性質(zhì)，但不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此改進(jìn)后可以反復(fù)吸收水分。例如聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉（SAP）和聚丙烯酸鉀等。

目前較為常見的車燈用干燥劑如OZO，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2、圖3所示。

4.3" 燈具內(nèi)部溫度和空氣流動的平衡

1）設(shè)計(jì)間隙。裝飾框和面罩內(nèi)表面、各運(yùn)動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及零件與殼體的間隙建議不小于3mm，以利于燈具內(nèi)部空氣流動。

2）采用主動散熱風(fēng)扇+導(dǎo)風(fēng)管。常用的主動散熱方案包含軸流與渦流風(fēng)扇兩種，可根據(jù)空間靈活選用。它們能有效增加燈具內(nèi)部空氣的循環(huán)效率和流動速度，平衡燈具內(nèi)外部氣壓，有助于空氣及溫濕度的交換。導(dǎo)風(fēng)管與風(fēng)扇配合，能進(jìn)一步提升上述效果。

4.4" 防霧涂層的應(yīng)用

防霧涂料的應(yīng)用，是近年來解決車燈霧氣問題的一種行之有效的方法。其作用本質(zhì)在于改變車燈面罩內(nèi)表面基材的潤濕性，而潤濕程度通常通過接觸角來度量。如圖4所示，當(dāng)接觸角θ＜90°時，基材表面呈現(xiàn)親水性，這意味著液體能夠較為容易地潤濕固體基材表面，并且角度越小，表明潤濕性越好；若θ＞90°，則基材表面為疏水性，此時液體不易在固體基材表面潤濕，且容易在表面移動。

防霧涂層是在基材表面均勻噴涂一層親水性漆膜，涂層中的親水分子會排列在燈罩內(nèi)表面，使得原本具有疏水性的燈罩內(nèi)表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性，進(jìn)而讓其表面張力趨近于水的表面張力，有效改善材料表面的濕潤狀態(tài)，減小接觸角。通過改變燈罩內(nèi)表面的性質(zhì)，從而避免水蒸氣冷凝現(xiàn)象的出現(xiàn)。由于基材表面性質(zhì)的改變，一個個由水蒸氣冷凝形成的小水滴會轉(zhuǎn)變?yōu)橐粚颖”〉乃?，光線在水滴表面的散射、折射和漫反射現(xiàn)象得以有效減少，光線的透過率顯著提高，在視覺效果上極大地增強(qiáng)了通透性。

防霧涂層的噴涂厚度通?？刂圃?～5μm；噴涂環(huán)境要求溫度處于20～30℃，相對濕度在35%～80%之間。其工藝流程為：上件→靜電除塵清潔→機(jī)械手噴涂→流平IR→烘干→下件→檢驗(yàn)→包裝。

針對防霧涂層，已制定了專門的檢測手段和試驗(yàn)驗(yàn)證方法，存在通用標(biāo)準(zhǔn)。然而，需特別注意的是，不同客戶可能會提出不同要求。一般情況下，采用百格膠帶測試涂層的附著力；對于其防霧性能、防水性能、耐濕性能、耐熱性能以及耐高低溫交變環(huán)境性能等，均設(shè)有專門的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。另外，值得重點(diǎn)關(guān)注的是，在防霧涂層噴涂前，對燈罩進(jìn)行應(yīng)力釋放（退火）是一道關(guān)鍵工序。若該工序缺失，在噴涂防霧涂料后，產(chǎn)品極有可能出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，同時還需密切留意素材的形變問題。

此方案存在一個顯著弊端，當(dāng)燈具內(nèi)部空氣濕度達(dá)到一定程度時，燈罩內(nèi)表面的防霧涂層會產(chǎn)生滴水痕，這種痕跡形似眼淚，一旦出現(xiàn)便無法消除，隨之而來的便是客戶投訴。由于防霧涂層位于燈具內(nèi)部，一旦出現(xiàn)品質(zhì)缺陷，幾乎沒有維修的可能性，導(dǎo)致產(chǎn)品報廢率偏高。此外，防霧漆的噴涂線體及設(shè)備也需要大量投入。鑒于此，該防霧方案成本高昂且難以維修，所以一般只有中高端車型才會要求使用防霧漆[2]。

4.5" 新型防霧裝置的應(yīng)用

根據(jù)霧氣產(chǎn)生的原理，降低易起霧區(qū)域的濕度，提高該區(qū)域的溫度，有利于避免霧氣產(chǎn)生。設(shè)定起霧區(qū)域的臨界濕度為H1，臨界溫度為T1，臨界空氣對流速度為S1，當(dāng)將起霧區(qū)域濕度降低至H2＜H1，溫度升高至T2＞T1，同時提高空氣對流速度至S2＞S1時，能夠從根本上解決汽車燈具的起霧問題。

新型防霧裝置通過溫濕度感應(yīng)器探測起霧區(qū)域的濕度及溫度，一旦獲取到相關(guān)數(shù)據(jù)，便會向風(fēng)扇發(fā)出信號，促使風(fēng)扇工作，將風(fēng)吹向起霧區(qū)域，從而改變起霧環(huán)境，達(dá)到防霧目的。將新型防霧裝置安裝在汽車燈具內(nèi)，其溫濕度傳感器及吹氣管通過燈具的裝飾框與殼體之間的縫隙，延伸至燈具的易起霧區(qū)域。該裝置能夠改變汽車燈具在遭受冷熱沖擊以及工作過程中，燈具內(nèi)部溫度場、流動場和濕度場的分布情況。

具體工作過程為：新型防霧裝置的溫濕度感應(yīng)器接收燈具中靠近面罩易起霧區(qū)域的溫濕度值，并將信號發(fā)送給PLC控制器?？刂瓢褰邮盏叫盘柡?，會對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，以決定是否發(fā)出指令讓風(fēng)扇工作。當(dāng)靠近面罩易起霧區(qū)域的濕度值達(dá)到起霧的臨界值H1，或者起霧區(qū)域的溫度值達(dá)到起霧的臨界值T1時，PLC控制器便會發(fā)出指令，啟動風(fēng)扇。風(fēng)扇通過置于裝飾框和殼體間隙里的吹氣管吹風(fēng)，從而降低易起霧區(qū)域的濕度值，提高該區(qū)域的溫度至T2＞T1，以此實(shí)現(xiàn)防霧功能[3-4]。

5" 結(jié)束語

綜合而言，不同車型的車燈在結(jié)構(gòu)上存在差異，但其防霧的基本原理大致相同。其中涉及的影響因素眾多，涵蓋車燈結(jié)構(gòu)、燈具內(nèi)部的溫度場、濕度場、空氣流動場以及凝結(jié)核等多個方面。面對如此復(fù)雜且多維度的霧氣難題，技術(shù)方案的改善、優(yōu)化、研究與分析工作任重道遠(yuǎn)。尋求一種兼具時效性長、成本低廉、品質(zhì)可靠等優(yōu)勢的霧氣消除方案，是燈具領(lǐng)域技術(shù)人員義不容辭的責(zé)任。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和實(shí)際生產(chǎn)過程中，通常采用組合方式來改善霧氣問題。例如，將防霧涂料與OZO干燥劑搭配使用，避免選用吸濕率高的材料，以及采用主動散熱風(fēng)扇搭配導(dǎo)風(fēng)管等措施。總而言之，目前現(xiàn)有的手段是通過多種方式協(xié)同作用，來減緩并消除燈具在使用過程中產(chǎn)生的霧氣問題。

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