鄭志軍，華 成，鄭 健，張鈞杰，楊壹程，馬穎捷

(上汽大眾汽車有限公司，上海 201800)

引言

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展以及消費者使用需求的提高，對汽車座艙的美觀性、舒適度和智能化提出了更高的要求[1，2]。內(nèi)飾氛圍燈作為汽車座艙組成的關(guān)鍵部件，對滿足使用者的乘駕感受有著不可替代的作用。目前，內(nèi)飾氛圍燈的技術(shù)革新越來越快，其發(fā)展趨勢向著發(fā)光面積更大、色彩更豐富、應(yīng)用位置更加廣泛、功能更加多樣而推進(jìn)[3]。以此為基礎(chǔ)，為兼顧氛圍燈具與座艙內(nèi)飾的集成化、柔性化技術(shù)和使用要求，集成了透光打孔皮革以及透光人造革等柔性透光內(nèi)飾表面技術(shù)的面光源氛圍燈應(yīng)運而生。

采用柔性透光內(nèi)飾表面的面光源氛圍燈取代了傳統(tǒng)的IMD/IML等硬質(zhì)透光內(nèi)飾表面技術(shù)方案，在保證原有透光圖案效果的同時，塑造了更加親膚的柔軟觸感和更加豐富多樣的圖案表現(xiàn)形式，加之不同的動態(tài)效果，共同營造出更加柔軟舒適的座艙環(huán)境、更加溫馨的座艙氛圍、更加智能的座艙功能，極大提升了汽車駕駛和乘坐感受，其效果如圖1所示。

圖1 柔性透光內(nèi)飾表面氛圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of flexible translucent interior surface atmosphere

采用柔性透光內(nèi)飾表面的面光源氛圍也帶來了更多應(yīng)用上的挑戰(zhàn)。其采用傳統(tǒng)硬質(zhì)支架、硬質(zhì)光導(dǎo)、硬質(zhì)飾板的材料組合，在塑造柔性座艙表面時僅依靠表層的包覆材料特性，效果有限，也極大限制了氛圍燈的空間布置需求和應(yīng)用范圍；多個硬質(zhì)散件的組合意味著更大的重量以及更多的模具設(shè)計，其成本亦有增加。因此，在保證傳統(tǒng)面光源氛圍燈光效、均勻性的基礎(chǔ)上，保證氛圍燈與座艙集成后的內(nèi)飾表面具有最大程度的柔軟度、保證其靈活的應(yīng)用范圍、保證使用安全性和低成本性，將是今后光源氛圍燈開發(fā)和使用中需要突破的難點問題。

本文主要結(jié)合內(nèi)飾氛圍燈發(fā)展趨勢及用戶切實需求，提出了一種柔性面光源氛圍燈設(shè)計方案，該柔性面光源氛圍燈集重量輕、柔韌性好、空間需求小、應(yīng)用場景靈活、開發(fā)速度快、無需模具時間等優(yōu)勢為一體，集成傳統(tǒng)面光源氛圍燈高光效、高均勻性的特性，具有較高的使用價值。

1 柔性面光源氛圍燈結(jié)構(gòu)組成

本文所述的柔性面光源氛圍燈主要由電子部分和光學(xué)部分組成，其中電子部分由FPC燈板、FPC排線以及驅(qū)動組成，光學(xué)部分則是由圖案層、Mesh層、基布層、硅膠導(dǎo)光板等部分組成，其整體結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖2 柔性面光源氛圍燈結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Flexible surface light source ambient light structure schematic diagram

通過合理設(shè)計柔性 FPC排線的長度和驅(qū)動的擺放位置，在不影響氛圍燈功能的同時，可以擺脫氛圍燈空間布置限制。FPC燈板具有一定的柔性，在一定程度上可以適配不同內(nèi)飾造型，擴大了面光源氛圍燈的適用范圍。

光學(xué)部分的圖案層、Mesh層、基布層、硅膠導(dǎo)光板之間則通過膠合的方式固定，隨后整體膠合于座艙骨架之上，在不影響光學(xué)效果的同時保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其中硅膠導(dǎo)光板采用了柔性的光學(xué)硅膠材質(zhì)，其材質(zhì)柔軟、光學(xué)性能優(yōu)良、具有較好的材料特性，見表1?；己蚆esh則是起到進(jìn)一步提高燈具外表面柔軟度、舒適度的作用。圖案層則可以依據(jù)實際使用需求定義其發(fā)光圖案，滿足用戶使用需求。

表1 硅膠導(dǎo)光板參數(shù)

此柔性面光源氛圍燈的光學(xué)部分作為出光面，可以依據(jù)造型需求進(jìn)行尺寸的裁定，因此開發(fā)周期短，無需模具時間。電子部分則依據(jù)該尺寸和造型進(jìn)行電子元器件的型號及數(shù)量的設(shè)計。與當(dāng)前發(fā)光織物技術(shù)相比，該方案采用彈性高的硅膠材料來代替光纖和織物的編制組合，可以與織物、真皮、人造革等柔性軟包覆直接膠合，實現(xiàn)集高彈性、高舒適度、高柔軟度為一體的座艙發(fā)光柔性內(nèi)飾。

2 柔性面光源氛圍燈光學(xué)方案設(shè)計

硅膠導(dǎo)光板作為柔性面光源氛圍燈傳導(dǎo)光線的介質(zhì)，直接影響了光學(xué)效果的呈現(xiàn)。而透光膜片(IML/IMD)、帶有透光屬性的打孔皮革以及透光人造革等透光內(nèi)飾表面技術(shù)的廣泛應(yīng)用，又對導(dǎo)光板亮度和均勻性提出了更高的要求，因此，合理的導(dǎo)光板光學(xué)方案設(shè)計能夠最大限度地將光線從LED引出并均布，使得發(fā)光圖案亮度更高、均勻性更好。

柔性面光源氛圍燈的導(dǎo)光板采用了柔性的硅膠材質(zhì)，其光效較高，透過率可達(dá)92%左右，因此其光效受透光內(nèi)飾表面技術(shù)約束更小，可實現(xiàn)更高的亮度需求。為將導(dǎo)光板內(nèi)的光線折射至目標(biāo)圖案區(qū)域，于導(dǎo)光板上采用絲網(wǎng)印刷工藝，即在硅膠導(dǎo)光板底側(cè)一端的表面上印刷油墨點陣，進(jìn)行光線路徑的更改以保證一定的出光亮度，其絲網(wǎng)印刷點陣可依據(jù)實際的亮度需求、面積大小來進(jìn)行設(shè)計，如圖3(a)所示。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合電子部分架構(gòu)，完成氛圍燈總成的設(shè)計，如圖3(b)所示。

圖3 柔性面光源氛圍燈實物圖Fig.3 Flexible surface light source ambient light object picture

3 光學(xué)效果驗證

3.1 測量方案

為驗證該柔性面光源氛圍燈實際光學(xué)效果，該樣件的硅膠導(dǎo)光板采用400 mm×130 mm的尺寸設(shè)計，設(shè)定其寬邊為入光面。該面光源氛圍燈的表面圖案設(shè)計如圖4所示(點亮后)。

圖4 柔性面光源氛圍燈圖案設(shè)計Fig.4 Flexible surface light source ambient light pattern design

考慮到該柔性面光源氛圍燈表層發(fā)光圖案較為復(fù)雜，在進(jìn)行亮度及均勻性的測量時取點較為困難，為保證亮度和均勻性測量的效率，故以硅膠導(dǎo)光板出光面為測量面，同時在導(dǎo)光板水平中線以及垂直中線上各截取長度為160 mm、80 mm的線段作為測量線，如圖5所示。

圖5 柔性面光源氛圍燈測量線示意圖Fig.5 Schematic diagram of the measuring line of flexible surface light source ambient light

3.2 測量結(jié)果

測量結(jié)果偽彩圖如圖6(a)所示，其橫向亮度曲線變化趨勢如圖6(b)所示，其縱向的亮度曲線變化趨勢如圖6(c)所示。由此可見，橫向亮度值在120～150 cd/m2之間，縱向亮度值在亮度值在120～150 cd/m2之間，整體亮度較高。同時在縱向及橫向分布上，其亮度較為均勻，無明顯的亮度突變，可滿足正常的使用需求。

圖6 (a)亮度偽彩圖Fig.6 (a)Brightness pseudo-color map

4 柔性面光源氛圍燈動態(tài)模式設(shè)定

LED模組的可控輸入?yún)?shù)包括：RGB顏色、定時器時間、始末亮度值和點亮?xí)r序，四個元素相配合可實現(xiàn)不同的動態(tài)效果。據(jù)此，設(shè)計了柔性面光源氛圍燈的三種動態(tài)模式：閃爍模式、呼吸模式和流水模式。閃爍模式下所有LED模組同步切換相同顏色；呼吸模式下所有LED模組同步切換相同顏色，緩慢調(diào)節(jié)LED亮度值；流水模式下所有LED模組切換不同顏色，異步調(diào)節(jié)始末亮度。不同動態(tài)模式對應(yīng)的影響參數(shù)見表2。

表2 動態(tài)模式的影響參數(shù)

針對三種動態(tài)模式，對內(nèi)飾氛圍燈在不同車輛狀態(tài)下的應(yīng)用場景進(jìn)行設(shè)計，包括正常行駛、剎車提醒、來電提醒等，見表3。以轉(zhuǎn)向模式為例，當(dāng)檢測到車輛轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向提醒場景激活，此時該面光源氛圍燈由兩側(cè)開始向中間逐一點亮，點亮?xí)r間間隔為0.2 s。待全部LED點亮后，保持點亮狀態(tài)0.2 s，隨后全部熄滅，再一次由兩側(cè)向中間循環(huán)點亮，循環(huán)往復(fù)，實現(xiàn)特定的流水效果，直至轉(zhuǎn)向操作停止。同時，基于三種動態(tài)模式的組合，也可以自定義更加炫酷的動畫模式。

表3 部分動態(tài)應(yīng)用場景及動態(tài)效果

為了研究柔性面光源氛圍燈的實際動態(tài)效果表現(xiàn)，應(yīng)用Android Studio開發(fā)出可對該面光源進(jìn)行無線控制的APP。該軟件能夠通過藍(lán)牙與柔性面光源氛圍燈的硬件控制器進(jìn)行連接，將手機等移動設(shè)備作為客戶端與藍(lán)牙的車機進(jìn)行通信，實現(xiàn)對面光源的開關(guān)及動態(tài)模式的控制。其控制界面如圖8所示，設(shè)置有9種應(yīng)用場景及說明文檔。進(jìn)行柔性面光源氛圍燈的開發(fā)與測試時，可以很方便地切換應(yīng)用場景，觀察儀表板氛圍燈動態(tài)效果。

圖8 控制界面Fig.8 Control interface

5 結(jié)語

通過面光源氛圍燈樣件試驗證明，設(shè)計的柔性面光源氛圍燈技術(shù)方案可有效應(yīng)用在汽車座艙內(nèi)，在保證柔性這一基本特性的同時，保證了氛圍燈的亮度、氛圍燈效果的匹配、新型材料工藝的穩(wěn)定性和使用安全性、氛圍燈的低成本，具有較高的應(yīng)用前景。

隨著新型光學(xué)材料以及座艙內(nèi)飾外包覆材料的持續(xù)突破，面光源氛圍燈會進(jìn)一步朝著輕薄化、柔軟化、低成本化的趨勢發(fā)展，為打造全方位、多層次的座艙氛圍烘托效果提供了基礎(chǔ)。多顆數(shù)LED布置方案的靈活應(yīng)用，為其動態(tài)效果的拓展提供了無限可能，除常見安全或功能提示類外，不僅可以實現(xiàn)音樂律動的氛圍烘托效果，也可以自行設(shè)計動態(tài)模式，滿足用戶的個性化需求，營造更加舒適的座艙環(huán)境。因此，在不久的將來，面光源氛圍燈對座艙車內(nèi)飾的個性化、舒適化及智能化進(jìn)一步創(chuàng)造更大的客戶價值。