司曉夏

(上海元城汽車技術(shù)有限公司，上海 201821)

引言

隨著汽車保有量不斷攀升，消費(fèi)者對汽車的外觀要求越來越高，普通的組合尾燈(左右兩組尾燈之間是分開的)造成大眾審美疲勞。2012年林肯MKZ使用貫穿式尾燈打開了尾燈設(shè)計(jì)的新風(fēng)尚——貫穿式造型尾燈[1]。其具有更高的辨識度，橫向線條的運(yùn)用起到了一定的拉伸感，讓車尾看起來更有層次，廣受消費(fèi)者喜歡。從2014年開始，奧迪、保時(shí)捷、紅旗、奇瑞等車企相繼推出配備貫穿式造型尾燈的車型。

在夜間或光線不良的情況下，尾燈中僅后位燈是長時(shí)間點(diǎn)亮的；而且在GB 4785—2019安裝法規(guī)中后位燈沒有左右側(cè)燈之間的距離要求，但轉(zhuǎn)向燈和制動(dòng)燈兩相鄰視表面內(nèi)邊緣之間的距離是有要求的，為此貫穿式造型尾燈中僅后位燈可設(shè)計(jì)成連續(xù)點(diǎn)亮的。也因此，在夜間貫穿車輛整個(gè)尾部的后位燈，成為一道亮麗的風(fēng)景線。

但當(dāng)后位燈融合了貫穿的元素后，活動(dòng)側(cè)尾燈從兩個(gè)成對的距離分開的單獨(dú)尾燈變?yōu)橐粋€(gè)活動(dòng)貫穿尾燈，橫貫整個(gè)后尾門，其后位燈Y向尺寸長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固定側(cè)尾燈中后位燈的長度。如何在滿足點(diǎn)亮一致性(固定側(cè)尾燈及活動(dòng)側(cè)尾燈中后位燈亮度一致或相近)的同時(shí)滿足光學(xué)法規(guī)(單燈或“D”燈)的要求是光學(xué)及造型設(shè)計(jì)綜合考量的難點(diǎn)。

為此，本文針對使貫穿式造型后位燈既能有良好的點(diǎn)亮效果又能同時(shí)滿足光學(xué)法規(guī)這個(gè)問題，通過優(yōu)化造型方案、光學(xué)調(diào)整、修改點(diǎn)亮邏輯的方法來解決上述問題；同時(shí)研究應(yīng)用于該種后位燈系統(tǒng)的發(fā)光方式，從而為后續(xù)的貫穿式造型尾燈設(shè)計(jì)工作提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 貫穿式后位燈造型

貫穿式造型尾燈的美學(xué)追求不在于復(fù)雜、充盈、具體，而在于形狀取神、簡潔含蓄、相似與不似之間，提煉一體化尾燈的造型可以更自然體現(xiàn)流線性和燈光藝術(shù)[2]。為了使造型更加動(dòng)感銳利，人們更喜好細(xì)長拉伸的外觀效果。為此，貫穿式后位燈最吸引人的整體形狀往往趨向于整體寬度均勻且窄的“一”字造型，但是市面上少有純“一”字造型的貫穿式造型尾燈。

1.1 純“一”字造型后位燈的缺點(diǎn)

現(xiàn)從光學(xué)法規(guī)角度分析純“一”字造型后位燈。按常規(guī)乘用車后車尾分割比例，固定側(cè)尾燈Y向長度遠(yuǎn)小于后尾門的長度(活動(dòng)貫穿尾燈長度與之相等)。以圖1所示車尾分割為例(圖中虛線框?yàn)楹笪粺魠^(qū)域)，固定側(cè)尾燈內(nèi)后位燈Y向長度約120 mm,活動(dòng)貫穿尾燈內(nèi)后位燈Y向長度約1 300 mm(一半即650 mm)，其長度比為1∶5.4。由于固定側(cè)尾燈及活動(dòng)貫穿尾燈內(nèi)后位燈間距離不大于75 mm,可以按單燈校核。按GB 5920—2019光學(xué)法規(guī)要求，固定側(cè)尾燈中后位燈(后文中簡稱固定側(cè))需滿足法規(guī)，活動(dòng)貫穿尾燈中后位燈(后文中簡稱活動(dòng)側(cè))的一半滿足法規(guī)，同時(shí)兩者加和也需滿足法規(guī)。

下面光學(xué)分析以采用光擴(kuò)散材料的內(nèi)配光鏡配合LED直射的發(fā)光方式為例進(jìn)行研究。在圖1所示燈具內(nèi)，受三維空間結(jié)構(gòu)及尺寸限制，固定側(cè)最多均勻排布9顆LED；綜合結(jié)構(gòu)及成本考慮，活動(dòng)側(cè)LED排布間距比固定側(cè)大，其一半排布34顆LED。為使該系統(tǒng)滿足光學(xué)法規(guī)要求，固定側(cè)每顆LED的光通量設(shè)定為11 lm，活動(dòng)側(cè)每顆LED的光通量設(shè)定為5.2 lm(表1中方案一)。但是此時(shí)固定側(cè)單顆LED亮度是活動(dòng)側(cè)的四倍多，而且固定側(cè)LED排布密集，因此固定側(cè)比活動(dòng)側(cè)亮很多，無法滿足點(diǎn)亮外觀一致性需求，點(diǎn)亮效果如圖2中方案一所示(圖中左側(cè)為固定側(cè)，右側(cè)為活動(dòng)側(cè)的一半，左側(cè)明顯比右側(cè)亮)。

表1 后位燈基準(zhǔn)軸線方向上的發(fā)光強(qiáng)度

為了保證點(diǎn)亮外觀一致，固定側(cè)及活動(dòng)側(cè)每顆LED光強(qiáng)需按LED間距成一定比例(約為2∶3)，此時(shí)點(diǎn)亮效果如圖2中方案二所示(圖中左側(cè)為固定側(cè)，右側(cè)為活動(dòng)側(cè)的一半，左側(cè)與右側(cè)亮度接近)。若將活動(dòng)側(cè)LED亮度按固定側(cè)數(shù)值成比例提高，見表1中方案二，會導(dǎo)致活動(dòng)側(cè)及兩者加和超亮。若將固定側(cè)LED亮度按活動(dòng)側(cè)數(shù)值成比例降低，見表1中方案三，會導(dǎo)致單獨(dú)固定側(cè)無法滿足法規(guī)。

圖2 后位燈點(diǎn)亮效果圖(基準(zhǔn)軸線方向上)

綜上所述，純“一”字造型在現(xiàn)行條件下，點(diǎn)亮外觀一致性和光學(xué)法規(guī)要求無法同時(shí)滿足。

1.2 改善方法

受后尾門寬度限制，純“一”字造型中固定側(cè)與活動(dòng)側(cè)Y向長度比例無法變更，因此需要在總體造型、光強(qiáng)以及點(diǎn)亮邏輯等方面進(jìn)行改善。

1.2.1 弱化“一”字造型的光學(xué)作用

除“一”字造型區(qū)域，在其他區(qū)域增加后位燈(如圖3所示，虛線框構(gòu)成“一”字造型，雙點(diǎn)劃線框?yàn)樾略鰠^(qū)域)，并使其亮度遠(yuǎn)高于“一”字造型后位燈，成為主發(fā)光區(qū)域，從而降低細(xì)長“一”字后位燈區(qū)域?qū)鈱W(xué)的影響。

圖3 貫穿式造型尾燈后位燈布局示意圖一

保時(shí)捷Cayenne 2018款貫穿式造型尾燈采用本方案。當(dāng)尾燈開啟時(shí)，上部區(qū)域會出現(xiàn)一條連續(xù)的光帶，同時(shí)在其下固定側(cè)尾燈及活動(dòng)貫穿尾燈中還有短粗的橫條造型，這幾塊區(qū)域共同組成后位燈，其中燈帶亮度遠(yuǎn)低于短粗橫條區(qū)域，如圖4所示[3]。

圖4 保時(shí)捷卡宴尾燈

1.2.2 增加固定側(cè)發(fā)光面積

在Y向長度不變的情況下，單獨(dú)增加固定側(cè)后位燈面積(如圖5所示，虛線框構(gòu)成“一”字造型，圓點(diǎn)線框?yàn)樾略鰠^(qū)域)，使固定側(cè)與活動(dòng)側(cè)后尾燈發(fā)光面積比例接近，此時(shí)可使兩者LED亮度一致，并同時(shí)滿足法規(guī)要求。

圖5 貫穿式造型尾燈后位燈布局示意圖二

謳歌NSX 2016款貫穿式造型尾燈中后位燈造型采用本方案,在車外邊緣處順勢向回彎折，從而增加固定側(cè)發(fā)光面積；此造型流暢連貫，且點(diǎn)亮效果均勻，如圖6所示[4]。

圖6 謳歌NSX尾燈

1.2.3 單固定側(cè)光強(qiáng)不同

為了保持純“一”字造型，可在不同工況下通過更改固定側(cè)LED的光通量來實(shí)現(xiàn)。

在正常工況下——即固定側(cè)與活動(dòng)側(cè)同時(shí)點(diǎn)亮，將兩個(gè)燈內(nèi)LED亮度值成比例設(shè)為低亮度(可參考表1中方案三)，固定側(cè)與活動(dòng)側(cè)點(diǎn)亮外觀一致，此時(shí)光學(xué)法規(guī)僅考核固定側(cè)加活動(dòng)側(cè)的一半，使用0.2 W LED即可滿足要求。但是，當(dāng)在非正常工況下——即活動(dòng)側(cè)損壞或后尾門開啟導(dǎo)致的活動(dòng)側(cè)關(guān)閉，由于此時(shí)固定側(cè)后位燈光強(qiáng)太低，固定側(cè)無法單獨(dú)滿足法規(guī)要求。為此，此時(shí)固定側(cè)內(nèi)每顆LED光通量需要提高，至少達(dá)到表1中方案一水平。該方案需使用更高功率的LED，如0.5 W LED，并在不同工況下通過調(diào)節(jié)供電電流從而實(shí)現(xiàn)不同的亮度要求。

由于固定側(cè)中LED由0.2 W更改為0.5 W，散熱要求增加，線路板方案需要由普通的印刷線路板更改為散熱更好的方案，如帶散熱器的軟基板。因此本方案中LED及線路板方案的變更會導(dǎo)致整燈成本的上升。

1.2.4 單固定側(cè)發(fā)光區(qū)域不同

為了保持純“一”字造型，同時(shí)不增加成本，不同工況下可通過更改固定側(cè)后位燈發(fā)光區(qū)域來實(shí)現(xiàn)。

如圖7所示，正常工況下仍為“一”字造型區(qū)域點(diǎn)亮(三個(gè)虛線框——L1、B和R1)；但在非正常工況下，固定側(cè)除原有后位燈區(qū)域，增加其他區(qū)域(兩個(gè)點(diǎn)劃線框——L2和R2)，該區(qū)域與原后位燈區(qū)域間距離需小于75 mm，并且兩塊區(qū)域發(fā)光的總和滿足光學(xué)法規(guī)要求。此時(shí)即可做到固定側(cè)、活動(dòng)側(cè)的一半以及兩者加和都能滿足光學(xué)法規(guī)值。

該方案的點(diǎn)亮邏輯如表2所示。

圖7 貫穿式造型尾燈后位燈布局示意圖三

表2 不同工況下后位燈點(diǎn)亮邏輯

為了實(shí)現(xiàn)該點(diǎn)亮邏輯，將固定側(cè)尾燈與活動(dòng)貫穿尾燈用車身線束相連接。當(dāng)點(diǎn)亮后位燈且后尾門關(guān)閉時(shí)，BCM(Body control module，車身控制模塊)同時(shí)給固定側(cè)尾燈及活動(dòng)貫穿尾燈的接插件PIN腳P發(fā)送信號1，即上電；此時(shí)活動(dòng)貫穿尾燈自行檢測其后位燈是否正常，若正常則通過接插件PIN腳S發(fā)送信號g給固定側(cè)尾燈。固定側(cè)尾燈PIN腳S接受到該信號則左側(cè)僅點(diǎn)亮L1(右側(cè)為R1)區(qū)域。當(dāng)活動(dòng)貫穿尾燈中后位燈功能損壞，或后尾門打開(此時(shí)BCM給活動(dòng)貫穿尾燈PIN腳P發(fā)送信號0，即下電)時(shí)，固定側(cè)尾燈收到來自活動(dòng)貫穿尾燈的信號為G，則左側(cè)同時(shí)點(diǎn)亮L1和L2(右側(cè)為R1和R2)區(qū)域。而當(dāng)一側(cè)固定側(cè)尾燈的后位燈損壞時(shí)，對活動(dòng)貫穿尾燈的后位燈及另一側(cè)固定側(cè)尾燈的后位燈無任何影響。

1.2.5 后位燈同亮同滅

若需在任意條件下完全滿足純“一”字造型，則貫穿式造型尾燈中所有后位燈同亮同滅(即后位燈同時(shí)亮起或同時(shí)熄滅)。其分為兩種，一種是僅在固定車身鈑金上安裝一個(gè)貫穿尾燈，單個(gè)燈內(nèi)后位燈同亮同滅；另一種是安裝固定側(cè)尾燈及活動(dòng)貫穿尾燈，兩個(gè)燈之間后位燈聯(lián)動(dòng)并且同亮同滅。

保時(shí)捷911采用了第一種方案，其在車尾部分，超大分體式尾翼造型配合嵌入式扁平犀利的貫穿式造型尾燈，如圖8所示[5]。

圖8 保時(shí)捷911尾燈

2 發(fā)光方式的選擇

在駕駛環(huán)境光線不良時(shí)，后位燈長時(shí)間點(diǎn)亮，因此很多主機(jī)廠要求后位燈不僅要滿足光學(xué)法規(guī)，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)良好的點(diǎn)亮效果，為此尋求不同的發(fā)光方案來實(shí)現(xiàn)這一目的。

2.1 光導(dǎo)配合光擴(kuò)散材料的內(nèi)配光鏡

由于貫穿式造型尾燈中后位燈為細(xì)長條造型，業(yè)界首先想到的是使用光導(dǎo)方案。若僅使用光導(dǎo)，會直接看到光導(dǎo)背面的導(dǎo)光齒，前部燈具中的前位燈、日間行車燈等功能常使用該方案。為了優(yōu)化這一缺陷，在光導(dǎo)前面增加使用光擴(kuò)散材料(利用光擴(kuò)散劑的折射率與基材的折射率差異，光線多次折射后，通過基材的光線變得光亮柔和，且對材質(zhì)的透光率影響較小[6])的內(nèi)配光鏡，從而遮擋光導(dǎo)。該方案燈具結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 光導(dǎo)配合光擴(kuò)散材料的內(nèi)配光鏡結(jié)構(gòu)圖

雖然很多生產(chǎn)廠家在燈具設(shè)計(jì)中采用了光導(dǎo)技術(shù)，但光導(dǎo)對LED光源的光通利用率低、發(fā)光不均勻的缺陷時(shí)有發(fā)生[7]。同時(shí)，由于活動(dòng)側(cè)橫條造型尺寸過長，光線在傳導(dǎo)過程中衰減更為嚴(yán)重，即使在光導(dǎo)兩端都放置LED，仍會有兩端亮度比中間區(qū)域亮的問題，為了優(yōu)化該問題，光導(dǎo)的參數(shù)設(shè)計(jì)更為困難。為了滿足光學(xué)法規(guī)，此時(shí)需選用中功率(如0.75 W)或大功率的多顆LED作為光源，其對線路板的散熱要求很高。此外，光導(dǎo)本身在靠近LED的端部有亮斑的缺陷，而且LED線路板需要安裝空間，因此在光導(dǎo)端部前方需要放置不透明的飾圈進(jìn)行遮擋，從而導(dǎo)致固定側(cè)與活動(dòng)側(cè)后位燈點(diǎn)亮區(qū)域的間隔(暗區(qū))相對較大。

綜上可知，本方案對燈具在光學(xué)、結(jié)構(gòu)及耐熱等方面的要求很高。

2.2 LED直射配合光擴(kuò)散材料內(nèi)配光鏡

由于光導(dǎo)方案本身的局限性，為此尋找其他發(fā)光方案。內(nèi)配光鏡仍使用光擴(kuò)散材料，光源使用LED直射的方案。該方案燈具結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 LED直射配合光擴(kuò)散材料內(nèi)配光鏡結(jié)構(gòu)圖

由于受后尾門鈑金影響，為了使LED距離內(nèi)配光鏡距離均勻且少拆分線路板，線路板傾向于豎直安裝在燈體上并選用側(cè)發(fā)光方式的LED。為了保證發(fā)光的均勻性，LED間距需布置均勻，由于活動(dòng)側(cè)尺寸過大，活動(dòng)側(cè)可適當(dāng)比固定側(cè)布置的稀疏一些，具體尺寸按造型及點(diǎn)亮效果為準(zhǔn)。本方案需采用大量LED，但同時(shí)可選用0.1 W或0.2 W的小功率LED，同時(shí)線路板可使用普通印刷電路板。由于本方案結(jié)構(gòu)相對簡單且點(diǎn)亮均勻性良好，許多車型都選用了本發(fā)光方式。

2.3 厚壁件

除了上述兩種發(fā)光方式，還可采用厚壁件的方式，如圖11所示。

圖11 厚壁件加LED形式結(jié)構(gòu)圖

LED的光線通過厚壁件上的聚焦器聚集后，在厚壁件內(nèi)傳導(dǎo)，再通過厚壁件正面的花紋折射出來。由于厚壁件采用出光率高的材料，此方案在不點(diǎn)亮?xí)r外觀效果晶瑩剔透，點(diǎn)亮?xí)r則比較璀璨且亮度高，而且在造型上，厚壁件凸出飾圈形成鮮明的空間立體效果。2021款奔馳EQC采用了本發(fā)光方式，如圖12所示。

圖12 奔馳EQC尾燈

但是由于厚壁件壁厚比正常零件厚很多，需采用厚壁注塑。目前，行業(yè)實(shí)現(xiàn)厚壁塑件的生產(chǎn)還沒有一種非常有效益的模具結(jié)構(gòu)，一般是選用一次注射成型，通過高保壓、高扭矩、超低速的方式來完成零件的生產(chǎn)，這種方式的生產(chǎn)周期較長；或者選用多色注塑機(jī)通過多射臺分次來完成分層注射成型，這種方式由于對生產(chǎn)設(shè)備要求比較高，極大地增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。不僅如此，設(shè)備、模具越是復(fù)雜生產(chǎn)過程越難管控，生產(chǎn)成本越是高[8]。此外，活動(dòng)側(cè)橫條后位燈造型太過細(xì)長，比一般厚壁件對設(shè)備及模具要求更高，一般廠家極難進(jìn)行批量生產(chǎn)制造，成本極高。為此市面上很少見用本方案做整個(gè)的細(xì)長貫穿橫條造型，本方案常見用于分段式(減小尺寸)后位燈造型。

3 結(jié)論

本文針對貫穿式造型尾燈中“一”字造型后位燈系統(tǒng)進(jìn)行研究,得出如下經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：

1)純“一”字造型雖最吸引眼球，但由于固定側(cè)尾燈與活動(dòng)貫穿尾燈長度比例過大，在正常情況下無法同時(shí)滿足光學(xué)法規(guī)及點(diǎn)亮一致性，為此需從幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整使之滿足要求。其一，變動(dòng)造型，補(bǔ)充尾燈中后位燈區(qū)域使“一”字形造型產(chǎn)生的光通量在后位燈總光通量中弱化；或僅增加固定側(cè)后位燈區(qū)域，從而使固定側(cè)與活動(dòng)側(cè)發(fā)光面積比例均衡。其二，在不變動(dòng)造型的前提下，調(diào)整固定側(cè)單獨(dú)點(diǎn)亮?xí)r的亮度值，或通過更改點(diǎn)亮邏輯調(diào)整固定側(cè)單獨(dú)點(diǎn)亮?xí)r的發(fā)光區(qū)域。其三，整個(gè)系統(tǒng)中所有后位燈同亮同滅。

2)尾燈中后位燈對點(diǎn)亮均勻性要求很高，可采用不同的發(fā)光方案。其一，采用光導(dǎo)配合光擴(kuò)散材料內(nèi)配光鏡的方案。本方案結(jié)構(gòu)簡單，但光導(dǎo)固有缺陷難以完全消除。其二，采用LED直射配合光擴(kuò)散材料內(nèi)配光鏡的方案。本方案需要大量使用小功率LED，但點(diǎn)亮效果相對最均勻。其三，采用厚壁件方案。該方案外觀立體晶瑩，但由于注塑原因做貫穿的細(xì)長條造型代價(jià)很高，在現(xiàn)有制作水平下常做成分段式。

本文為今后貫穿式造型尾燈研發(fā)，在造型布置、點(diǎn)亮邏輯以及發(fā)光方案等方面提供了理論基礎(chǔ)。