王 磊， 李志剛， 王子軍， 滕云鵬， 金 平， 閆霍彤， 賈夢(mèng)池， 盛紅金

（一汽奔騰轎車(chē)有限公司奔騰開(kāi)發(fā)院， 吉林 長(zhǎng)春 130012）

1 引言

汽車(chē)燈具的技術(shù)一直隨著光源技術(shù)、光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)、電子電器技術(shù)、材料技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，其核心技術(shù)部分為光學(xué)系統(tǒng)［1］。傳統(tǒng)的車(chē)燈光源使用燈絲燈泡及鹵素?zé)襞?，近些年，LED光源在汽車(chē)尾燈中應(yīng)用越來(lái)越普遍，通過(guò)LED光源與反射鏡、附加面罩及光導(dǎo)等結(jié)構(gòu)的組合使用，使尾燈的點(diǎn)亮效果越來(lái)越美觀且呈現(xiàn)多樣化，給用戶(hù)帶來(lái)極強(qiáng)的感官體驗(yàn)。

制動(dòng)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(dǎo)式和厚壁光導(dǎo)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(fēng)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(shí)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(dòng)燈功能上還沒(méi)有廣泛應(yīng)用，其原因在于法規(guī)中對(duì)制動(dòng)燈的發(fā)光強(qiáng)度要求相對(duì)較高，以上兩種形式實(shí)現(xiàn)制動(dòng)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(chǔ)樹(shù)脂中添加光散射粒子，粒子均勻分散在樹(shù)脂中，由于樹(shù)脂和光散射劑的折射率不同，光線在中間經(jīng)過(guò)多層鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，達(dá)到大范圍光擴(kuò)散效果［2］。但是光線在這種材料中產(chǎn)生的光損較大，因此目前還沒(méi)有車(chē)型在制動(dòng)燈功能中采用這種設(shè)計(jì)方案；OLED光源的發(fā)光強(qiáng)度也無(wú)法滿(mǎn)足制動(dòng)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(jī)械應(yīng)用和耐高溫性還不能很好地滿(mǎn)足汽車(chē)需求［1］，目前僅在一些高檔車(chē)型的位置燈中采用。

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

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

如圖2所示，制動(dòng)燈的LED光源布置在上部，光線通過(guò)反射鏡的反射之后透過(guò)附加面罩射出。通過(guò)設(shè)計(jì)及調(diào)整反射鏡的配光花紋可以使LED光源發(fā)出的光線按照設(shè)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(jí)為level 4.5，這種材料可以使光線在其內(nèi)部產(chǎn)生擴(kuò)散，從而實(shí)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(dòng)燈功能布置方案

圖3 中后組合燈斷面A-A

3 光學(xué)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(dòng)燈的LED光源，其突出的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)較高的光通量輸出和較低的熱阻，比較適合應(yīng)用于制動(dòng)燈這種對(duì)發(fā)光強(qiáng)度要求較高的信號(hào)燈功能中。

制動(dòng)燈1采用了15顆Versat 3030 RO 350，每顆光源的輸出流明達(dá)到40lm；制動(dòng)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(dòng)燈3則采用了2顆Versat 2020 RO 140，每顆光源的輸出流明為12lm。當(dāng)側(cè)圍后組合燈和中后組合燈的制動(dòng)燈同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r，光源的整體流明值將近1150lm。制動(dòng)燈光源參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 制動(dòng)燈光源參數(shù)

3.2 配光模擬

模擬參數(shù)設(shè)置：反射鏡的反射率為0.7，外面罩的折射率為1.492，透過(guò)率為0.81，配光屏幕距離3.162m，光線數(shù)：200萬(wàn)。如圖4所示為制動(dòng)燈1、制動(dòng)燈2及制動(dòng)燈3同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r的配光模擬結(jié)果，各測(cè)量點(diǎn)的配光數(shù)值均滿(mǎn)足法規(guī)GB 5920-2019的要求，基準(zhǔn)軸線方向的發(fā)光強(qiáng)度為156cd。

圖4 制動(dòng)燈配光模擬結(jié)果 （制動(dòng)燈1、 2、 3同時(shí)點(diǎn)亮）

進(jìn)一步對(duì)于安裝在固定側(cè)的側(cè)圍后組合燈，對(duì)制動(dòng)燈1單獨(dú)點(diǎn)亮?xí)r進(jìn)行配光模擬，模擬結(jié)果如圖5所示?？梢钥闯?，即使不考慮制動(dòng)燈2和制動(dòng)燈3的疊加作用，僅制動(dòng)燈1也可以單獨(dú)滿(mǎn)足配光標(biāo)準(zhǔn)要求，基準(zhǔn)軸線方向的發(fā)光強(qiáng)度為81cd。

圖5 制動(dòng)燈配光模擬結(jié)果 （制動(dòng)燈1單獨(dú)點(diǎn)亮）

3.3 點(diǎn)亮模擬

在完成制動(dòng)燈配光設(shè)計(jì)后，對(duì)其點(diǎn)亮效果進(jìn)行模擬。如圖6所示，使用SPEOS軟件分別從0°、內(nèi)20°及外20°3個(gè)視角方向進(jìn)行了點(diǎn)亮模擬。從模擬結(jié)果可以看出，采用散射材料作為附加面罩的制動(dòng)燈1和制動(dòng)燈2點(diǎn)亮效果比較均勻，可以達(dá)到均勻性的要求。角落處的漸變式效果是由于該區(qū)域?yàn)橹苿?dòng)和位置功能復(fù)用區(qū)，沒(méi)有采用遮光處理而產(chǎn)生了明暗過(guò)渡的效果，對(duì)本方案的分析無(wú)影響。

4 實(shí)燈點(diǎn)亮評(píng)價(jià)

如圖7所示，對(duì)側(cè)圍后組合燈和中后組合燈正式模具樣件進(jìn)行點(diǎn)亮效果評(píng)價(jià)，可以看出，實(shí)際樣件點(diǎn)亮效果與模擬結(jié)果基本一致，制動(dòng)燈發(fā)光效果比較均勻。

圖6 制動(dòng)燈發(fā)光效果模擬

圖7 制動(dòng)燈實(shí)際點(diǎn)亮效果

5 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)尾燈作為塑造汽車(chē)品牌的重要表達(dá)工具，其夜間點(diǎn)亮效果十分重要。本文提出了一種實(shí)現(xiàn)制動(dòng)燈均勻發(fā)光效果的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)光學(xué)模擬和實(shí)燈點(diǎn)亮評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的有效性。在OLED技術(shù)尚未普及應(yīng)用的今天，采用本方案可以成為實(shí)現(xiàn)制動(dòng)燈或其他信號(hào)燈具立體化均勻發(fā)光的一種有效手段。未來(lái)隨著光源技術(shù)的不斷進(jìn)步以及先進(jìn)設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用，更多具有獨(dú)特發(fā)光效果的尾燈也將隨之而產(chǎn)生。