一种杯托氛围灯发光均匀的改进方法

盛红金，李志刚，滕云鹏，金 平，贾梦池，李 野（一汽奔腾轿车有限公司奔腾开发院，吉林 长春 130012）

1 概述

近年来，随着汽车技术的不断发展和新技术的创新应用，汽车不仅仅局限于代步工具这一范畴，已成为消费者除了家以外的第2个私密空间。汽车灯具作为外饰的重要造型部件和内饰的氛围营造功能部件，吸引更多消费者的眼球，成为消费者购车的重要选项。

传统的单色氛围灯一般亮度和颜色无法调整，驾驶者的情感在私密空间无法得到释放和共鸣。因此，智能化、情感化的内饰氛围灯成为消费者购车的刚性需求。直射式多色可调节氛围灯逐渐成为内饰氛围灯的主流技术方案，可以更好地满足造型布置要求和效果要求。

本文提出一种杯托氛围灯发光均匀的改进方法，其目的是使杯托氛围灯发光更加均匀，提升汽车内饰氛围灯点亮效果，增强客户感知体验。

2 改进方法

2.1 初始方案介绍

本文所提到的杯托氛围灯，采用RGB光源＋环形光导发光形式，光源数量为2颗。氛围灯形状呈环形，可以进行呼吸点亮/熄灭，用户可以根据心情调整氛围灯颜色和亮度。同时，氛围灯点亮后将会照亮杯托内物品并烘托车辆内饰空间氛围，舒缓驾驶员心态。

图1为初始杯托氛围灯结构示意图，主要构成零件包括：面罩（乳白色）、光导（透明）、光源模组壳体、光源模组盖板、LED线路板。

图1 初始杯托氛围灯结构示意图

其中光导是影响氛围灯发光均匀性的决定性因素，光导主要由两部分组成：①光源入射端 （两处）：负责接收RGB光源发出的光线，同时通过全反射让光线沿着光导的方向进行传播；②光导齿：负责将光导中传播的光线反射到氛围灯面罩处，起到配光作用。

如图2、图3所示，为杯托氛围灯初始点亮效果和初始光线追踪。由于光导入射端与杯托的切线存在一定的夹角，导致两处光源入射端光线聚集，造成面罩区域存在局部亮斑，亮斑与周边面罩亮度存在明显的分界线，发光均匀性差且透过面罩可以看到内部光导齿结构，发光面呈现锯齿状阴影，严重影响发光均匀性和点亮效果。

图2 初始点亮效果

图3 初始光线追踪

2.2 发光均匀性提升方法介绍

本次发光均匀性提升方案从材料性能、RGB光源亮度、结构设计3个方面简述此杯托氛围灯性能提升的整改优化过程。

2.2.1 材料性能优化

RGB光源发光后，光线经过光导结构进行传输和亮度调整，最终通过面罩进行发光。光导采用常规的高通透PMMA材料，面罩采用PC 2807材料 （色母比例为0.5%）。经综合分析，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，有助于解决面罩存在的锯齿状阴影问题，同时优化亮斑问题。

通过制作不同色母比例的面罩，在保证光导和光源亮度不变的前提下进行样件评审，确定材料整改方案。样件的面罩色母比例分别为1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%，见表1。

表1 样件性能对比评价表

通过样件的综合性能评价，面罩材料确定为PC 2807材料（色母比例为2.5%），彻底解决氛围灯点亮后发光面呈现锯齿状阴影问题。

2.2.2 RGB光源亮度优化

该杯托氛围灯具备12种颜色变化和亮度调节功能，主要是利用R （红色）、G （绿色）、B （蓝色）三色原理，在MCU（内部芯片）的控制下让3种颜色进行混合，产生不同颜色的光。氛围灯亮度的调节是通过接收车身BCM发出的信号，通过LIN总线传输到LED线路板上，线路板上的MCU （内部芯片）控制RGB光源的占空比，实现LED亮度的调节。如图4、图5所示。

图4 RGB模型图

图5 RGB亮度调节原理图

杯托氛围灯表面亮度的目标设定值为4cd/m2，通过暗室环境测试，初始样件的亮度值约为20cd/m2，样件亮度远超目标亮度值。通过软件设计方案调整，降低杯托氛围灯的整体亮度，光源入射端亮斑问题得到进一步优化。

2.2.3 结构设计优化

通过上述两个方面的优化调整，杯托氛围灯的发光均匀性和点亮效果得到一定改善和提升，但入光处亮斑问题依然存在。由于更改光导入射角度方案对周边环境影响较大且会造成副仪表板造型CAS的更改，影响较大。因此，为保证项目开发进度，本次结构设计优化仅限于氛围灯内部结构的优化调整。

1）皮纹优化方案

在光导入射端表面和光导转折处局部增加皮纹，将入射端聚集的光线进行扩散并提升氛围灯整体发光均匀性，改善点亮效果。

通过光学模拟分析和样件效果比对确认，光导增加皮纹方案对点亮效果稍有改善，但是改善效果不明显，亮斑问题未彻底解决。

2）扩散膜优化方案

在光导的入射端外表面粘贴扩散膜，将光导的光线进行扩散，达到提升氛围灯发光均匀性效果。

扩散膜的作用是将LED的点状光源均匀转换成面光源，达到匀光的效果。扩散膜的原理是光线在经过扩散层时会不断地在2个折射率相异的介质中穿过，在此同时光线就会发生许多折射、反射、散射现象，如此便造成了光学扩散的效果［1］。光扩散膜可以有效地解决强光问题，LED点光源发出的光线经过光扩散膜修正后均匀成面光源，使照明光均匀柔和，消除眩光，解决了LED对视觉产生的眩目等问题［2］。

通过手工样件粘贴扩散膜进行点亮效果确认，粘贴扩散膜方案改善效果明显，亮斑问题明显优化，氛围灯发光均匀性得到极大的提升，见图6点亮效果。

图6 扩散膜方案点亮效果

3）丝印网点扩散膜优化方案

在光导粘贴扩散膜方案的基础上，进一步优化扩散膜的性能。在扩散膜的内表面丝印黑色网点（网点位置根据光学模拟确定），黑色网点的作用是吸收光源入射端部分光线，降低入射端亮度，实现氛围灯环形均匀发光。

通过手工样件粘贴扩散膜进行点亮效果确认，在扩散膜内表面喷涂黑色网点方案可以彻底解决杯托氛围灯亮斑问题，氛围灯发光均匀性提升到最优状态，见图7点亮效果。

综上，经过结构设计方案的不断优化与调整，让杯托氛围灯的发光均匀性问题得到彻底解决，性能得到最大化提升。模拟分析效果对比如图8～图10所示。

图8 皮纹方案光学模拟

图9 扩散膜方案光学模拟

图10 丝印网点扩散膜方案光学模拟

3 结语

通过材料性能、RGB光源亮度、结构设计的多维度分析比对，制定综合整改方案，使杯托氛围灯的发光均匀性和点亮效果得到最大改进，提升用户感知体验，增强产品行业竞争力。