基于Speos 制動燈與光擴散位置燈技術融合研究與分析

李 俊

（合創汽車科技有限公司， 廣東 廣州 511466）

1 背景說明

近些年隨著汽車行業的發展，汽車尾部燈具采用貫穿燈設計已經成為主流趨勢，而造型在設計上追求細長風格以及均勻發光的精致商品性需求，給燈具設計帶來了不小的挑戰，因而制動燈與位置燈的融合設計方案值得研究與探討。

后位置燈功能在日常用車體驗中使用頻率最高，其發光效果對汽車后組合燈的美觀性起到非常大的影響，在進行汽車尾部燈具設計時，應優先考慮后位置燈的效果，再將其他功能信號燈進行融合匹配。當前行業主流認可的后位置燈發光技術有光擴散式和厚壁光導式兩種結構[1]，如圖1所示。本文主要針對制動燈與光擴散位置燈融合技術研究與分析。

圖1 主流后位置燈的發光效果圖

2 技術與原理

光擴散發光技術是在燈具外配光鏡部件內增加一個內配光鏡部件（圖2），并通過在內配光鏡材料中添加一定的有機硅光擴散粒子，使得該粒子分散在配光鏡部件中，當光線入射至光擴散部件時將發生兩種折射模式，一種是有孔隙折射模式，另一種是無孔隙折射模式，如圖3所示。光線在有孔隙折射模式中發生的折射次數要多于無孔隙折射模式[2]。折射次數的多少與材料的霧度成正相關，即折射次數越多，材料的霧度越大，反之則越小。

圖2 光擴散內配光鏡與外配光鏡結構圖示

圖3 光線入射光擴散板折射示意圖

圖4 制動燈結構斷面設計剖視圖

同時擴散材料中的孔隙是隨著擴散粒子的粒徑大小變化而發生變化的，當粒子的粒徑增大時，孔隙會減小并隨之消失，那么可以明確材料的霧度是隨著擴散粒子的粒徑增大而減小。

根據GB/T 2410測得可見光波段下的光透過率T1以及光線偏離入射光線的光透過率T2，材料霧度等于T2/T1[3]。由此可知材料霧度與透過率T1成負相關，那么材料的透過率T1隨著擴散粒子的粒徑增大而增大。

3 設計方案

制動燈和后位置燈在《GB 4785汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規定》中是強制裝配的信號燈，其配光性能需要滿足法規《GB 5920汽車及掛車前位燈、后位燈、示廓燈和制動燈配光性能》的要求。

制動燈作為警示信號燈，其法規配光強度比后位置燈要求更高，關鍵配光強度指標要求見表1。

表1 制動燈與后位置燈關鍵配光強度指標要求

燈具是集成光學、電氣、結構、材料四維綜合性的產品，基于制動燈與后位置燈配光法規在光照強度上的差異化定義，并結合產品開發的經濟性，位置燈通常采用功率為0.2W LED設計，制動燈通常采用功率為0.5W LED設計，經過計算分析可得到光源具體參數信息，見表2。

表2 制動燈與后位置燈光源參數信息

在光源參數選型明確的基礎上，對不同材料配比的內外配光鏡與不同空間設計結構進行仿真建模分析。相關的方案見表3。

表3 差異化設計方案列舉

4 仿真建模與分析

在Speos光學仿真軟件環境中基于各個方案進行仿真分析，建立分析模型并定義好相關的邊界參數條件。相關仿真分析結果如下。

1） 方案1：光源與內配距離25mm，Inner lens PMMADF23，Inner lens透過率30%。配光性能參數Imax最大發光強度值為72.5cd，局部個別點不滿足配光法規，點亮效果上，存在較多顆粒感等商品性不良問題，燈具參數與燈光效果見圖5。

圖5 方案1燈具參數及燈光效果

2） 方案2：光源與內配距離35mm，Inner lens PMMADF23，Inner lens透過率30%。方案2在方案1的基礎上提升LED光源與內配光鏡的距離，通過仿真分析可知發光均勻性得到有效改善，但配光性能參數中Imax最大發光強度下降至60.85cd，多點發光強度配光不滿足法規要求，燈具參數與燈光效果見圖6。

圖6 方案2燈具參數及燈光效果

3） 方案3：光源與內配距離25mm，Inner lens PMMA-8N-YDF0038，Inner lens透過率20%。方案3在方案1的基礎上降低了內配光鏡透過率，由30%降低至20%，通過仿真分析可知發光均勻性得到有效改善，但配光性能參數中Imax最大發光強度下降至53.18cd，多點發光強度存在不滿足法規要求，燈具參數與燈光效果見圖7。

圖7 方案3燈具參數及燈光效果

4） 方案4：光源與內配距離25mm，Inner lens PMMADF23，Inner lens透過率30%，增加反射擋板。方案4在方案1的基礎上增加了聚光結構，通過仿真分析可知配光性能滿足法規要求，Imax最大發光強度達到106.1cd，但發光均勻性上局部存在LED輕微顆粒感，燈具參數與燈光效果見圖8。

圖8 方案4燈具參數及燈光效果

5） 方案5：光源與內配距離25mm，Inner lens PMMAYDF0038，Inner lens透過率20%，增加反射擋板。方案5在方案1的基礎上增加了聚光結構，同時降低內配光鏡透過率，由30%降低至20%，通過仿真分析可知，配光性能Imax最大發光強度達到84.92cd，同時發光效果不存在LED顆粒感問題，發光商品性滿足外觀評價要求，燈具參數與燈光效果見圖9。

圖9 方案5燈具參數及燈光效果

5 結論與展望

通過仿真分析結果可以看出，采用擴散式發光的位置、制動信號燈，在LED光源發光功率未提升的情況下，可以通過增加LED光源到內配光鏡的距離或者降低內配光鏡的透過率改善發光均勻性。建議參考LED光源與內配距離35mm，內配光鏡透過率20%進行設計。

另外可以在LED光源與內配光鏡之間增加聚光結構，提升制動燈的配光強度，以滿足制動燈高強度配光法規需求。

隨著貫穿式尾燈造型的普及，人們對尾燈的美學觀賞性要求也越來越高，發光均勻性作為發光美學的重要評價指標之一，設計階段自然需要充分考慮，但在光擴散制動燈類型中通過提升材料霧化程度，降低材料透過率的方法改善發光均勻性，也會存在發光強度降低的情況，從而可能導致制動燈安全警示性能有所下降。那么如何在發光強度的安全警示性能與點燈發光均勻性之間做好平衡也可以作為下一步研究的方向。