一種實現制動燈均勻發光效果的設計

王 磊， 李志剛， 王子軍， 滕云鵬， 金 平， 閆霍彤， 賈夢池， 盛紅金

（一汽奔騰轎車有限公司奔騰開發院， 吉林 長春 130012）

1 引言

汽車燈具的技術一直隨著光源技術、光學設計技術、電子電器技術、材料技術的發展而發展，其核心技術部分為光學系統［1］。傳統的車燈光源使用燈絲燈泡及鹵素燈泡，近些年，LED光源在汽車尾燈中應用越來越普遍，通過LED光源與反射鏡、附加面罩及光導等結構的組合使用，使尾燈的點亮效果越來越美觀且呈現多樣化，給用戶帶來極強的感官體驗。

制動燈和后位置燈作為后尾燈中使用頻率最高的兩種功能燈具，其發光效果直接決定了整燈的美觀性。位置燈的發光形式包含如下幾種：傳統的反射式和直射式、普通光導式和厚壁光導式，以及均勻散射式和OLED發光式，因此后位置燈的發光特征也比較豐富，涵蓋了線發光、面發光和體發光等多種風格。后位置燈發光形式如圖1所示。

圖1 后位置燈發光形式

均勻散射式和OLED發光均可以實現位置燈均勻發光的平面或立體效果，但是目前在制動燈功能上還沒有廣泛應用，其原因在于法規中對制動燈的發光強度要求相對較高，以上兩種形式實現制動燈配光難度較大。均勻散射這種配光形式需要采用一種光散射材料作為附加面罩，這種光散射材料是在PC或PMMA等基礎樹脂中添加光散射粒子，粒子均勻分散在樹脂中，由于樹脂和光散射劑的折射率不同，光線在中間經過多層鏈式反應，達到大范圍光擴散效果［2］。但是光線在這種材料中產生的光損較大，因此目前還沒有車型在制動燈功能中采用這種設計方案；OLED光源的發光強度也無法滿足制動燈要求，且成本較高，另一方面，OLED材料只能承受80℃的溫度，因此其使用壽命、機械應用和耐高溫性還不能很好地滿足汽車需求［1］，目前僅在一些高檔車型的位置燈中采用。

在本文中提出一種實現制動燈均勻發光效果的解決方案，通過采用高光通量輸出的LED光源，結合反射鏡及均勻散射附加面罩的配光形式，實現了制動燈均勻點亮的發光效果。

2 結構設計

本文所涉及的制動燈功能布置在兩個燈具中，一部分位于側圍后組合燈，另一部分位于中后組合燈。其中側圍后組合燈的制動燈1和中后組合燈的制動燈2采用了LED光源+反射鏡+附加面罩的形式，點亮后呈現均勻發光的視覺效果。為了使尾燈點亮效果更加多樣化，中后組合燈的制動燈3則采用了LED光源+厚壁光導的形式，呈現晶瑩剔透的立體式效果。

如圖2所示，制動燈的LED光源布置在上部，光線通過反射鏡的反射之后透過附加面罩射出。通過設計及調整反射鏡的配光花紋可以使LED光源發出的光線按照設定的方向射出，附加面罩采用的是乳白色的半透明散射材料，其材料為PC，散射等級為level 4.5，這種材料可以使光線在其內部產生擴散，從而實現均勻發光。中后組合燈斷面A-A如圖3所示。

圖2 制動燈功能布置方案

圖3 中后組合燈斷面A-A

3 光學模擬

3.1 LED光源的選擇

在本方案中，選擇了LUMILEDS Versat系列作為制動燈的LED光源，其突出的優勢在于可以實現較高的光通量輸出和較低的熱阻，比較適合應用于制動燈這種對發光強度要求較高的信號燈功能中。

制動燈1采用了15顆Versat 3030 RO 350，每顆光源的輸出流明達到40lm；制動燈2采用了15顆Versat 3030 RO 350，每顆光源的輸出流明為35 lm；制動燈3則采用了2顆Versat 2020 RO 140，每顆光源的輸出流明為12lm。當側圍后組合燈和中后組合燈的制動燈同時點亮時，光源的整體流明值將近1150lm。制動燈光源參數見表1。

表1 制動燈光源參數

3.2 配光模擬

模擬參數設置：反射鏡的反射率為0.7，外面罩的折射率為1.492，透過率為0.81，配光屏幕距離3.162m，光線數：200萬。如圖4所示為制動燈1、制動燈2及制動燈3同時點亮時的配光模擬結果，各測量點的配光數值均滿足法規GB 5920-2019的要求，基準軸線方向的發光強度為156cd。

圖4 制動燈配光模擬結果 （制動燈1、 2、 3同時點亮）

進一步對于安裝在固定側的側圍后組合燈，對制動燈1單獨點亮時進行配光模擬，模擬結果如圖5所示。可以看出，即使不考慮制動燈2和制動燈3的疊加作用，僅制動燈1也可以單獨滿足配光標準要求，基準軸線方向的發光強度為81cd。

圖5 制動燈配光模擬結果 （制動燈1單獨點亮）

3.3 點亮模擬

在完成制動燈配光設計后，對其點亮效果進行模擬。如圖6所示，使用SPEOS軟件分別從0°、內20°及外20°3個視角方向進行了點亮模擬。從模擬結果可以看出，采用散射材料作為附加面罩的制動燈1和制動燈2點亮效果比較均勻，可以達到均勻性的要求。角落處的漸變式效果是由于該區域為制動和位置功能復用區，沒有采用遮光處理而產生了明暗過渡的效果，對本方案的分析無影響。

4 實燈點亮評價

如圖7所示，對側圍后組合燈和中后組合燈正式模具樣件進行點亮效果評價，可以看出，實際樣件點亮效果與模擬結果基本一致，制動燈發光效果比較均勻。

圖6 制動燈發光效果模擬

圖7 制動燈實際點亮效果

5 結束語

汽車尾燈作為塑造汽車品牌的重要表達工具，其夜間點亮效果十分重要。本文提出了一種實現制動燈均勻發光效果的設計方案，通過光學模擬和實燈點亮評價，驗證了設計方案的有效性。在OLED技術尚未普及應用的今天，采用本方案可以成為實現制動燈或其他信號燈具立體化均勻發光的一種有效手段。未來隨著光源技術的不斷進步以及先進設計方案的應用，更多具有獨特發光效果的尾燈也將隨之而產生。