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        一種杯托氛圍燈發(fā)光均勻的改進(jìn)方法

        2021-05-07 12:48:16盛紅金李志剛滕云鵬賈夢池一汽奔騰轎車有限公司奔騰開發(fā)院吉林長春130012
        汽車電器 2021年4期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化效果

        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。

        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。

        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,增強(qiáng)產(chǎn)品行業(yè)競爭力。

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