汽车车灯的起雾分析与验证

刘凯，刘海玲，陈泽平，刘青林

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510610曰2.佛山赛宝信息产业技术研究院有限公司，广东佛山528200）

汽车车灯的起雾分析与验证

刘凯1，2，刘海玲1，2，陈泽平1，2，刘青林1，2

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510610曰2.佛山赛宝信息产业技术研究院有限公司，广东佛山528200）

院提出了一种新型的车灯起雾测试装置和测试方法，解决了在水温控制尧流量压力控制尧温湿度控制和辐射量等多种因素耦合的情况下如何精确地模拟起雾的难题曰以雾灯为例，对其起雾区域尧起雾条件进行了分析，通过试验分析了起雾的主要原因并提出相应的解决措施曰同时验证了此试验装置和试验方法的有效性遥

院车灯曰起雾曰原因曰测试装置曰测试方法

0 引言

随着汽车工业的快速发展，人们对汽车行驶的安全性提出了更高的要求，车灯作为汽车的眼睛，其重要性不言而喻遥车灯起雾仍然是目前影响车灯行驶可靠性和美观的重要因素，以雾灯为例，雾灯在雨雾天气行驶时可增大安全运行距离，提高驾驶员和周围参与者的能见度，因此，如何预防其发生起雾现象则显得尤为重要遥本文通过对雾灯在雨天行驶条件下的起雾情况进行分析，提出了一种新型尧可靠的车灯起雾测试装置和测试方法，并对分析结果进行了验证，证明了此试验装置和试验方法的有效性遥

1 车灯起雾原因分析

车灯的起雾主要发生在雨天行驶和急冷洗车这两种情况下，一般认为车灯起雾与灯内的湿度尧温度场分布和凝结核等多种因素有关，成雾机理较复杂，涉及光学尧材料和热物理等多方面的问题[1]，对车灯起雾的问题进行深入的研究可以为车灯的优化设计提供参考遥车灯起雾现象如图1所示，起雾的具体原因如下所述遥

图1 车灯起雾

1.1 足够的湿度

由于车灯一般是半封闭结构的，因此，灯内水蒸气的产生途径如图2所示[2]遥

图2 灯内水蒸气的产生途径

概括来说就是:1）车灯在装配的过程中不可能完全密封，长期使用后车灯的密封元件会松动，密封性能下降，在换气的过程中就会导致湿气的进入[3]曰2）在车灯点亮和熄灭的过程中，由于气压的变化会导致空气的流动，如果此时外部空气湿度较大则会导致灯内湿度增加[4]曰3）在雨天行驶或者洗车状态下，大量的水汽聚集在气帽盖或密封不良的区域，当灯具内的大气压力降低时，水汽就会在气帽盖或者密封不良的地方被吸入灯具中，从而增大灯具内的湿度，当灯具的温度足够大时，雾气就有可能会形成遥

1.2 温度场分布

汽车灯具主要由反射镜尧配光镜尧灯泡和其他附属部件构成遥其中，灯泡作为稳定的热源，其与反射镜尧配光镜和外界环境之间的能量交换决定了车灯内部温度场的分布，灯内能量变换示意图如图3所示遥

图3 灯内能量交换示意图

当车灯内部的温度低于相对应的饱和温度时就会产生凝雾，主要体现在:1）车灯内部的温度差曰2）车灯与环境的温度差遥前者主要是在车灯点亮和熄灭的过程中，由于车灯的结构设计决定了流场的分布，造成了热辐射尧热对流和热传导的不均，进而导致温度分布不均匀，再加上足够的空气湿度，在流动死区就很容易造成起雾现象曰后者主要是在雨天行驶和急冷洗车的情况下车灯外部环境骤冷，温差过大则会导致在低温区域造成起雾遥

1.3 存在凝结核

凝结核的存在为雾气的产生提供了另外一个必要的条件，稳定起雾的判定准则[5]为:

式（1）中:R要要要液滴半径曰

σ要要要液滴表面张力曰

Ts要要要水蒸气饱和温度曰

hLG要要要汽化潜热曰

ρL要要要液滴密度曰

TL要要要液滴温度（近似于环境温度）遥

当液滴半径R＞Rc（临界起雾半径）时，会发生稳定起雾遥

一方面，当车灯内的空气与外界环境中的空气进行交换时会导致尘埃等颗粒进入灯具而形成凝结核曰另一方面，为了满足配光要求，在配光镜上会刻有凹凸不平的花纹而形成凝结核遥凝结核的存在为起雾创造了基础遥

2 车灯起雾验证方案

2.1 试验装置

本试验装置主要由步入式温湿度箱外的恒温水箱1和箱内的雾化箱2这两个部分组成，如图4所示遥其既可针对雨天行驶和急冷洗车两种不同的情况进行模拟，也可针对不同的季节进行模拟遥步入式温湿度箱为车灯A提供所需要的温湿度环境，通过恒温水箱提供的恒温水由喷嘴23尧25均匀地喷淋在车灯镜面的表面，软管25和红外灯3的配合可以模拟急冷洗车环境下车灯的起雾情况遥整套装置和电源尧继电器等附属配件一起结合使用，可为雨天行驶的白天模式和夜间模式，急冷洗车的白天模式和夜间模式提供最相似的模拟状态遥

2.2 试验方法

本试验方法旨在验证前照灯产品的防起雾性能，所需要的设备为车灯起雾测试装置尧步入式高低温湿热试验室尧精密温湿度计尧电源和仿车身安装夹具曰环境要求为室温（23依5）益，（50依20）%RH遥具体的试验步骤如下所述遥

2.2.1 样品预处理

a）把样品放进特定温湿度的环境箱内，按照装车情况放置，并安装面板，保证在喷水过程中只有透镜喷到水，面板的尺寸需要满足图5的要求遥同时，移除灯泡尧气帽盖等所有一切可以拆卸的东西遥

b）将温湿度计放到灯内，尽可能地往灯内放，以便探测灯内的温湿度达到箱子的设定值曰如果灯内的温湿度达不到箱子的设定值，则需要调整箱子的温湿度，使灯内达到标准要求的设定值遥此过程可以使用风扇，以加速温湿度的稳定遥

c）当灯内的温湿度达到标准要求值后，取出探头，重新装上灯泡尧气帽盖等，然后再多放置30 min遥

图5 面板的尺寸要求

2.2.2 雨天行驶

a）当步骤2.2.1完成后，立即将样品放置到特定温湿度的步入式高低温湿热试验室内进行60 min的喷水测试遥

b）按照实际的行驶环境条件点灯（白天模式/夜间模式）遥

c）喷水条件为:必须将水均匀地喷到透镜上，如图6所示曰水温为（20依1）益曰流量为11～20L/min遥

喷水60 min后，立刻擦干透镜表面的水，观察起雾情况，拍照，观察距离为1 m遥

图6 喷水条件

2.3 试验验证

以某公司生产的型号为P02F和CHB041 FFL的雾灯为例，按雨天行驶的夜间模式的试验方法进行试验，验证在不同湿度尧不同水温和有无干燥剂情况下的起雾情况与起雾区域，所得的结果如表1-3所示遥地排到外界环境中，低温区的温度低于空气露点时就会形成凝雾曰由表2可以看出，干燥剂能够非常明显地防止起雾的发生，但是这种防起雾方法的弊端在于当灯内的干燥剂吸水趋于饱和时不但不能防止起雾，其自身挥发的水汽反而会加重起雾现象曰由表3可以看出，外界的环境温度越低，灯内温度降到露点以下的区域就会越大，故起雾现象也就越

表1 不同的湿度条件下对应的雾灯起雾

表2 有尧无干燥剂条件下对应的雾灯起雾

表3 不同的淋水温度条件下对应的雾灯起雾

由表1可以看出，当灯具内的湿度减小时，车灯的起雾区域有所减小且雾气很薄，说明湿度的大小会影响起雾情况，由此可以推断:对于车灯起雾，存在一个关于湿度的临界起雾点，在此湿度以下水蒸汽无法形成凝结核心，其球形水珠半径r＜临界起雾半径rc遥除此之外，我们还可以看到，车灯起雾区域总是处在未点灯和流动死角区，这是因为，当环境温度骤降时，车灯中的水蒸气不能及时严重遥

3 结束语

针对目前车灯起雾的情况，可以从开发新的干燥设备尧优化车灯内部结构等所有和降低灯内温湿度尧均匀灯内的温度场分布，以及避免在照明视野中出现凝结核有关的方法入手来防止灯具起雾遥相关试验证明，这些方法都是行之有效的遥

院

[1]徐小平，黄宝陵，顾毓沁，等.汽车车灯雾气形成的分析研究[J].工程热物理学报，2001，22（S1）:62-64.

[2]徐小平，黄宝陵，顾毓沁，等.车灯雾气形成机理分析[J].中国照明电器，2000（10）:9-11.

[3]徐峰，邓艳宁.汽车前照大灯起雾分析与改进措施[J].宁波工程学报，2014，26（6）:27-31.

[4]何浩，何志军，晋雷，等.汽车灯具用防水透气组件应用分析[J].汽车零部件，2013（3）:80-81曰87.

[5]李军，孙林.新型汽车灯具防雾设计及应用[J].江西科学，2011，29（2）:253-256.

Analysis and Verification of the Fogging of Automobile Lamp

LIU Kai1，2，LIU Hailing1，2，CHEN Zeping1，2，LIU Qinglin1，2
（1.CEPREI，Guangzhou 510610，China曰2.Foshan CEPREI Information Industry Technology Research Institute Co.，Ltd.，Foshan 528226，China）

A new type of vehicle fogging test device and test method is put forward，and the difficulty of accurate simulation of fogging in the case of multi-factor coupling such as water temperature control，flow pressure control，temperature and humidity control and radiation is solved.Taking fog lamp as an example，the fogging area and fogging condition are analyzed，and the main reasons and solving measures of the fogging are obtained through a test.So the validity of the test device and test method is verified.

automobile lamp曰fogging曰reason曰test device曰test method

院U 463.65+1；U 467.3

院A

院1672-5468（2017）03-0036-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.03.007

院2016-10-08

院2017-03-22

院刘凯（1990-），男，河南商丘人，工业和信息化部电子第五研究所、佛山赛宝信息产业技术研究院有限公司助理工程师，硕士，从事动力学数值仿真计算、可靠性与环境试验研究工作。