王 磊， 李志剛， 王子軍， 滕云鵬， 金 平， 閆霍彤， 賈夢池， 盛紅金

（一汽奔騰轎車有限公司奔騰開發(fā)院， 吉林 長春 130012）

1 引言

汽車燈具的技術一直隨著光源技術、光學設計技術、電子電器技術、材料技術的發(fā)展而發(fā)展，其核心技術部分為光學系統(tǒng)［1］。傳統(tǒng)的車燈光源使用燈絲燈泡及鹵素燈泡，近些年，LED光源在汽車尾燈中應用越來越普遍，通過LED光源與反射鏡、附加面罩及光導等結構的組合使用，使尾燈的點亮效果越來越美觀且呈現(xiàn)多樣化，給用戶帶來極強的感官體驗。

制動燈和后位置燈作為后尾燈中使用頻率最高的兩種功能燈具，其發(fā)光效果直接決定了整燈的美觀性。位置燈的發(fā)光形式包含如下幾種：傳統(tǒng)的反射式和直射式、普通光導式和厚壁光導式，以及均勻散射式和OLED發(fā)光式，因此后位置燈的發(fā)光特征也比較豐富，涵蓋了線發(fā)光、面發(fā)光和體發(fā)光等多種風格。后位置燈發(fā)光形式如圖1所示。

圖1 后位置燈發(fā)光形式

均勻散射式和OLED發(fā)光均可以實現(xiàn)位置燈均勻發(fā)光的平面或立體效果，但是目前在制動燈功能上還沒有廣泛應用，其原因在于法規(guī)中對制動燈的發(fā)光強度要求相對較高，以上兩種形式實現(xiàn)制動燈配光難度較大。均勻散射這種配光形式需要采用一種光散射材料作為附加面罩，這種光散射材料是在PC或PMMA等基礎樹脂中添加光散射粒子，粒子均勻分散在樹脂中，由于樹脂和光散射劑的折射率不同，光線在中間經過多層鏈式反應，達到大范圍光擴散效果［2］。但是光線在這種材料中產生的光損較大，因此目前還沒有車型在制動燈功能中采用這種設計方案；OLED光源的發(fā)光強度也無法滿足制動燈要求，且成本較高，另一方面，OLED材料只能承受80℃的溫度，因此其使用壽命、機械應用和耐高溫性還不能很好地滿足汽車需求［1］，目前僅在一些高檔車型的位置燈中采用。

在本文中提出一種實現(xiàn)制動燈均勻發(fā)光效果的解決方案，通過采用高光通量輸出的LED光源，結合反射鏡及均勻散射附加面罩的配光形式，實現(xiàn)了制動燈均勻點亮的發(fā)光效果。

2 結構設計

本文所涉及的制動燈功能布置在兩個燈具中，一部分位于側圍后組合燈，另一部分位于中后組合燈。其中側圍后組合燈的制動燈1和中后組合燈的制動燈2采用了LED光源+反射鏡+附加面罩的形式，點亮后呈現(xiàn)均勻發(fā)光的視覺效果。為了使尾燈點亮效果更加多樣化，中后組合燈的制動燈3則采用了LED光源+厚壁光導的形式，呈現(xiàn)晶瑩剔透的立體式效果。

如圖2所示，制動燈的LED光源布置在上部，光線通過反射鏡的反射之后透過附加面罩射出。通過設計及調整反射鏡的配光花紋可以使LED光源發(fā)出的光線按照設定的方向射出，附加面罩采用的是乳白色的半透明散射材料，其材料為PC，散射等級為level 4.5，這種材料可以使光線在其內部產生擴散，從而實現(xiàn)均勻發(fā)光。中后組合燈斷面A-A如圖3所示。

圖2 制動燈功能布置方案

圖3 中后組合燈斷面A-A

3 光學模擬

3.1 LED光源的選擇

在本方案中，選擇了LUMILEDS Versat系列作為制動燈的LED光源，其突出的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)較高的光通量輸出和較低的熱阻，比較適合應用于制動燈這種對發(fā)光強度要求較高的信號燈功能中。

制動燈1采用了15顆Versat 3030 RO 350，每顆光源的輸出流明達到40lm；制動燈2采用了15顆Versat 3030 RO 350，每顆光源的輸出流明為35 lm；制動燈3則采用了2顆Versat 2020 RO 140，每顆光源的輸出流明為12lm。當側圍后組合燈和中后組合燈的制動燈同時點亮時，光源的整體流明值將近1150lm。制動燈光源參數(shù)見表1。

表1 制動燈光源參數(shù)

3.2 配光模擬

模擬參數(shù)設置：反射鏡的反射率為0.7，外面罩的折射率為1.492，透過率為0.81，配光屏幕距離3.162m，光線數(shù)：200萬。如圖4所示為制動燈1、制動燈2及制動燈3同時點亮時的配光模擬結果，各測量點的配光數(shù)值均滿足法規(guī)GB 5920-2019的要求，基準軸線方向的發(fā)光強度為156cd。

圖4 制動燈配光模擬結果 （制動燈1、 2、 3同時點亮）

進一步對于安裝在固定側的側圍后組合燈，對制動燈1單獨點亮時進行配光模擬，模擬結果如圖5所示?？梢钥闯?，即使不考慮制動燈2和制動燈3的疊加作用，僅制動燈1也可以單獨滿足配光標準要求，基準軸線方向的發(fā)光強度為81cd。

圖5 制動燈配光模擬結果 （制動燈1單獨點亮）

3.3 點亮模擬

在完成制動燈配光設計后，對其點亮效果進行模擬。如圖6所示，使用SPEOS軟件分別從0°、內20°及外20°3個視角方向進行了點亮模擬。從模擬結果可以看出，采用散射材料作為附加面罩的制動燈1和制動燈2點亮效果比較均勻，可以達到均勻性的要求。角落處的漸變式效果是由于該區(qū)域為制動和位置功能復用區(qū)，沒有采用遮光處理而產生了明暗過渡的效果，對本方案的分析無影響。

4 實燈點亮評價

如圖7所示，對側圍后組合燈和中后組合燈正式模具樣件進行點亮效果評價，可以看出，實際樣件點亮效果與模擬結果基本一致，制動燈發(fā)光效果比較均勻。

圖6 制動燈發(fā)光效果模擬

圖7 制動燈實際點亮效果

5 結束語

汽車尾燈作為塑造汽車品牌的重要表達工具，其夜間點亮效果十分重要。本文提出了一種實現(xiàn)制動燈均勻發(fā)光效果的設計方案，通過光學模擬和實燈點亮評價，驗證了設計方案的有效性。在OLED技術尚未普及應用的今天，采用本方案可以成為實現(xiàn)制動燈或其他信號燈具立體化均勻發(fā)光的一種有效手段。未來隨著光源技術的不斷進步以及先進設計方案的應用，更多具有獨特發(fā)光效果的尾燈也將隨之而產生。