晝間行駛燈集成在前照燈內的設計方法與應用

麻美妮，郭小龍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

晝間行駛燈集成在前照燈內的設計方法與應用

麻美妮，郭小龍

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先闡明了車輛配置晝間行駛燈的目的和意義，對汽車晝間行駛燈與前照燈集成的設計方法做了詳盡的描述。重點討論了前照燈集成晝間行駛燈的一般設計流程及在開發過程中所需關注的法規要求及設計要點，通過結合一款車型的研發過程，對集成在前照燈內的晝間行駛燈研發的一般規律做了深入的論述。

晝間行駛燈；光源模組；散熱；配光

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988 (2017)06-06-07

1、引言

1.1 目的和意義

晝間行駛燈是車輛在白天行駛時，使得車輛更為易見的一種面向前方的燈具。晝間行駛燈是一種新型的信號燈具，當車輛發動機工作時晝間行駛燈自動點亮。它的功效不是為了使駕駛員能看清路面，而是很大程度的提高其他道路使用者對機動車的可見度，提高車輛安全性。尤其是近年來霧霾天氣嚴重，更需要晝間行駛燈這個功能了，在霧霾嚴重的時候，200米開外看不清楚的情況下，有無晝間行駛燈的效果相差甚遠。

當汽車啟動時晝間行駛燈自動開啟，在夜間或光線較暗環境下行駛時開啟小燈，晝間行駛燈自動熄滅。固然，加裝了晝間行駛燈使汽車看起來更酷、更炫，但其最大功效，不是在于美觀，而是提供車輛的被辨識性。據統計，開啟晝間行駛燈可降低12.4%的車輛意外，同時也可降低26.4%的車禍死亡機率。

晝間行駛燈目前流行趨勢是運用 LED光導燈高科技光源，其炫酷的外觀對整車的造型起到很大的提升作用，因此將晝間行駛燈集成在前照燈內能給車輛造型帶來很大的可塑空間，此組合方式已越來越受各大主機廠歡迎。

1.2 晝間行駛燈集成在前照燈內的分類

1.2.1 前照燈的功能布局

常見的汽車前照燈系統通常由遠光燈、近光燈、前位燈、前轉向燈及晝間行駛燈等功能燈具組成, 其中遠光燈及近光燈作為燈具重要的照明燈具是前照燈的主體部分，位置燈、轉向燈及晝間行駛燈是關乎車輛安全的信號燈，本文中重點闡述晝間行駛燈集成在前照燈內的設計方法。如圖1所示，晝間行駛燈與前位置燈共用一個位置，它們采用LED的高亮及低亮來區分晝間行駛燈與前位置燈。

圖1

1.2.2 集成在前照燈內的晝間行駛燈的劃分

（1）晝間行駛燈按光源劃分，可分為鹵素光源和 LED光源

鹵素光源即傳統的車規級燈泡，其造型及功能單一給車燈的造型帶來的局限性很大。雖然擁有價格便宜的優勢，但隨著科技的進步及消費者對車輛美觀要求的提高，晝間行駛燈采用鹵素光源的方式已被市場淘汰，目前市面上的晝間行駛燈基本上都采用LED光源。

LED的內在特征決定了它是最理想的替代傳統的鹵素燈泡的光源，其特點如下：a.體積小，LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環氧樹脂里面，所以它體積輕巧。b.耗電量低，一般來說 LED的工作電壓是 2-3.6V，工作電流在0.02-0.03A，耗電量不超過0.1W。c.使用壽命長，在額定的電流電壓下，LED壽命可達到2萬小時以上（具體視使用環境而定）。d.高亮度、低熱量，LED屬于冷光源。使用冷發光技術，發熱量遠低于普通鹵素燈泡。E.環保，LED是由無毒的材料制成，可再次回收利用。但LED也有其對應的缺點，目前LED價格較普通燈泡高很多，會增加整車成本，且其對高溫比較敏感，環境溫度越高越容易產生光衰。受價格的影響，全LED大燈在國內還汽車市場還未得到普遍應用，但是LED晝間行駛燈已基本上變成車輛標準配置。

（2）晝間行駛燈以發光形式劃分，可分為側發光、直發光和光導式三種發光形式

目前市場上常見的晝間行駛燈分為LED顆粒式與LED光導式兩種大類型，LED顆粒式又可分為直射式發光和側發光兩種。LED顆粒式晝間行駛燈由于其使用的LED光源較多，因此在成本上也較光導式晝間行駛燈貴。光導式晝間行駛燈其點亮效果更均勻柔和，其造型更加多樣化。圖2是一種側發光的LED布置形式，由于LED光源本身的出光角度僅 120°，直射性布置對光源的利用率較低，側發光式能最大限度的利用LED光能。圖3是直發光式LED布置，圖4是一種LED光導式晝間行駛燈結構，光導式LED可采用單側或多側入光。

圖2 側發光式晝間行駛燈

圖3 直發光式晝間行駛燈

圖4 LED光導式晝間行駛燈

1.3 晝間行駛燈的相關法規

近年來很多國家都制定了有關晝間行駛燈的相關標準以保證生產安裝的晝間行駛燈能夠真正起到保障安全的功效。為了增加道路安全性，歐盟2008年通過新法規，強制新車安裝晝間行駛燈，其中轎車和小型貨車從2011年2月7日起開始實行，卡車和巴士在2012年8月開始實行。我國也于2010年1月1日起開始實施2009 年3月6日發布的國家標準《汽車晝間行駛燈配光性能》。表1主要列舉了歐洲共同體和經濟委員會（ECE、EEC）和美國國家安全標準（FMVSS）及我國對晝間行駛燈的法規要求。

表1 各國對晝間行駛燈的要求

2、晝間行駛燈集成在前照燈內設計要點

2.1 設計原則與設計流程

2.1.1 晝間行駛燈設計原則

晝間行駛燈的設計一般要遵照以下原則：

（1）法規特性

汽車晝間行駛燈屬于汽車強標件，必須滿足一系列相關法規要求。

a) ECE R48 關于照明和信號裝置安裝認證的統一規定；

b) GB 4599-2007 汽車用燈絲燈泡前照燈；

c) GB 4785-2007 汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規定。

d) GB 23255-2009 汽車晝間行駛燈配光性能

（2）功能特性

當日間行車視線環境較差時，需提供信號讓道路的其他使用者盡早地發現自己，提高行車安全性及方便性。

a) 晝間行駛燈照明效果必須達到足夠的亮度值；

b) 晝間行駛燈照明效果必須保證適當的照明寬度；

2.1.2 晝間行駛燈設計流程

晝間行駛燈的設計一般應遵守以下全部或部分的流程：

(1)造型設計階段

a) 造型可行性分析(含典型斷面設計)

b) 制作典型斷面

c) 燈具布置分析

d) 造型CAS面發放(制作物理模型1)

(2)結構設計階段

a) 工程可行性分析(含主斷面設計)

b) 晝間行駛燈布置安裝（含定位等相關安裝設計）

c) 晝間行駛燈耐熱性分析

d) 晝間行駛燈配光模擬分析

e) 晝間行駛燈防水及防霧設計

f) 零件描述（描述各零件尺寸、重量、工裝及工藝流程等）

g) 2D 圖/ 3D 數模

2.2 設計參數確定及選料

2.2.1 參數確定

以下全部或部分參數將是前照燈設計所必需的：

a) 總布置參數：滿載質量、R點、整車空載地平線、整車滿載地平線；

b) 自身參數：長、寬、高、材料的流動性、成型性；

c) 相關分組輸入：前照燈功能定義、電氣輸入、安裝鈑金、邊界條件、造型數據。

2.2.2 前照燈主體材料選擇

表2 前照燈材料

前照燈一般要求應當可以在-30℃～+80℃的環境下正常使用，然而當燈具工作時，其內部受光源發光照射，溫度可達100攝氏度以上，目前前照燈所使用的比較常用的材料為PP、PBT、PC、BMC等，詳細材料表見表2。

（1）燈體材料（PP）

聚丙?。≒P）是最輕的塑料之一，密度0.9～0.91 g/cm3，其屈服、拉伸、壓縮強度和硬度均優于低壓聚乙烯，有很突出的剛性，高溫（90℃）抗應力松弛性能良好，耐熱性能較好，可在100℃以上使用，如無外力150℃也不變形，除濃硫酸、濃硝酸外，在許多介質中很穩定，低分子量的脂肪烴、芳香烴、氯化烴，對它有軟化和溶脹作用。PP收縮率大，一般為1.8%～2.5%，不過收縮的方向均勻性好。低溫呈脆性，耐磨性不高。應用于汽車前照燈燈體，多加入滑石粉、玻璃纖維等以改善其新能，選材時須結合實際需要添加。

（2）配光鏡材料（PC）

PC也叫聚碳酸脂（英文名Polycarbonate）常用縮寫PC，是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業化生產。由于聚碳酸酯結構上的特殊性，現已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。

密度：1.20－1.22 g/cm 線膨脹率：3.8×10 cm/cm°C 熱變形溫度：135°C 低溫-45度 聚碳酸酯無色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃BI級，在普通使用溫度內都有良好的機械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐沖擊性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加劑就具有UL94 V-0級阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相對聚碳酸酯價格較低，并可通過本體聚合的方法生產大型的器件。隨著聚碳酸酯生產規模的日益擴大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之間的價格差異在日益縮小。 不耐強酸，不耐強堿,改性可以耐酸耐堿 聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨損用途的聚碳酸酯器件需要對表面進行特殊處理。

（3）反射鏡材料（BMC）

團狀模塑料(BMC) 是一種熱固性塑料，其中混合了各種惰性填料、纖維增強材料、催化劑、穩定劑和顏料，形成一種用于壓塑或注塑的膠粘“油灰狀”復合材料。根據不同的最終應用領域，配制的復合材料可精確控制尺寸，阻燃性和抗電痕性良好，具有很高的介電強度、耐腐蝕性和耐污性，機械性能卓越，收縮性低且色澤穩定。團狀模塑料 (BMC) 的流動特性和絕緣及阻燃性極好，對于細節和尺寸要求精確的各種應用非常適用。

3、一款集成晝間行駛燈的前照燈設計

3.1 集成晝間行駛燈的前照燈設計步驟及設計計算

3.1.1 造型工程可行性分析

（1）造型可行性分析：效果圖的可行性分析→CAS的可行性分析→B面的可行性分析→燈具內部細節定義→A面造型可行性分析→造型凍結。

圖5 效果圖可行性分析

圖6 外CAS可行性分析

圖7 燈具內部細節定義

圖8 A面造型可行性分析

圖9 造型凍結

圖9為經過造型可行性分析得出最終凍結版效果圖，該前照燈集成晝間行駛燈，晝間行駛燈采用1顆功率為6W的LED并選用光導作為發光材料。

（2）制作典型斷面

圖10 燈具光源中心點Z向斷面圖

通過制作典型斷面來確認造型的可行性，主要對前照燈內反射鏡布置、發光面大小、內部布置等方面進行分析，判定是否具備工程可實施性，從而對確認晝間行駛燈應以哪種布置方式集成在前照燈內。進行最終可行性確認，得出可行性效果數據。

圖11 燈具光源中心點Y向斷面圖

3.1.2 晝間行駛燈結構散熱設計及固定結構

（1）晝間行駛燈集成在前照燈內，由于遠近光工作時發光的熱量很高，LED光導晝間行駛燈在高溫環境下工作需要有完善的散熱裝置及耐熱性，保證自身正常工作。由于熱量向上傳播，前照燈內遠近光正上方的溫度可以達到 100℃，LED正常的工作溫度為不大于90℃。所以此結構將晝間行駛燈光導布置于遠近光正下方如圖12，發光體LED布置在遠近光側邊，并配備整套散熱裝置，滿足外觀造型好看的同時，更好的實現晝間行駛燈功能。

（2）晝間行駛燈采用光導發光形式，若晝間行駛燈長度大于400mm，光導材料就容易變形難安裝；抑或在光導點亮時出現輛斑或光型不均勻等問題，影響光型效果。本文所采用的安裝結構，有效解決了光導的固定變形及避免暗斑等問題。

圖12 晝間行駛燈在前照燈中的位置

3.1.3 散熱原理說明

（1）本文提出一種LED綜合散熱及模組的布置方式來實現前照燈與LED晝間行駛燈的組合，將金屬散熱裝置及在燈體上加透氣孔的綜合形式實現。散熱原理具體為：首先將光源LED裝在鋁基板金屬散熱片上，鋁基板再與鋁支架通過螺釘固定，并在在鋁基板與鋁支架之間增加導熱硅膠片加速熱量的傳遞，使鋁支架與基板均能起到散熱作用（如圖13），整個散熱裝置組裝完成后再整體安裝在前照燈裝飾框上（如圖14），最后通過在燈體上開3個散熱孔（圖15），實現燈內與燈外空氣的流通與散熱。

圖13 散熱裝置示意圖

圖14 散熱裝置在前照燈內固定示意圖

圖15 晝間行駛燈處燈體散熱孔

（1）散熱模擬分析

表3

表4 熱模擬匯總表

其中LED燈珠結溫=LED燈珠功率*熱阻+LED燈珠安裝基板溫度。

由表4得出，光導選用的PMMA材料其最大耐溫值103℃，而熱模擬結果已達到 101℃，明顯不能滿足使用要求，因此將光導更換為PC材料耐溫138℃。耐溫及散熱裝置滿足設計要求。

3.1.4 光導固定原理說明

通常LED光導的固定采用兩端固定，再通過裝飾框燈飾件的遮擋避免安裝點的外露。如圖16所示，首先光導插入定位銷內，限制其Z、Y方向的自由度，再通過螺釘固定其X方向的自由度。光導與周邊件的裝配關系件斷面A-A。但為了避免光導因彎度較大在中間段出現變形影響外觀間隙。此發明特意增加了中段卡接結構，具體如下： 光導條上分別有三個卡腳，卡腳1、2、3如圖，為了避免光導條點亮時出現亮斑，卡腳1、2必須做在光導條正后方， 裝配時先將卡腳3卡入反射條。再逐次卡入卡腳2、卡腳1卡入。完成組裝后與散熱裝置及裝飾框用螺釘固定。

圖16 光導固定示意圖1

圖17 光導固定示意圖2

圖18 晝間行駛燈與前照燈的組合形式

3.1.5 晝間行駛燈配光設計

文中列舉的前照燈集成的晝間行駛燈是以光導形式布置在遠近光正下方的，受燈內空間影響，靠近格柵一側燈內空間較小，無法布置LED模組及散熱裝置，因此該燈選用單向出光方式。

圖19 晝間行駛燈在前照燈內所占空間

LED選用KW H3L531.TE型號，光導選用PC材料，牌號為2245，進行燈光點亮模擬如下圖：從圖中可以看出，光源位置有明顯亮斑，此問題可通過延伸裝飾框遮擋發光位置來改善。

圖20 點亮效果模擬

模擬配光與法規值對比：

下圖 21是晝間行駛燈等照度模擬圖，從圖中可以看出HV點亮度553cd，法規要求在H-V基準軸線上的發光強度應不小于400cd，滿足法規。

法規要求每個燈具所發出的各個測量方向的光，投射到圖21配光分布上點的發光強度不應低于圖21上所示各點的百分比值與400cd的乘積。從圖23中法規要求點的檢測可以看出，模擬值均大于法規最小值的130%，滿足法規要求。

圖21 法規配光布局圖

圖23 法規點模擬值

法規要求最大發光強度不得超過 800cd。從等照度模擬圖22中看出，該燈最大發光強度是638cd，滿足法規要求。

3.2 零件數模

前照燈燈體為PP,配光鏡為PC，裝飾框為PBT，晝間行駛燈光導材料選用PC，結構數模如下圖23所示。

圖23 前照燈數模（基于CATIA創建）

4、結論

本論文通過對晝間行駛燈集成在前照燈內的設計開發原則及流程進行了闡述，并通過對一種集成了晝間行駛燈前照燈的開發應用實踐，對晝間行駛燈的設計方法及配光散熱設計作了全方位的論述。晝間行駛燈設計之前，首先需確立其功能布置形式，結合造型效果，對其主斷面進行詳細的設計，并校核其工程可實施性，從而進行下一步結構設計及相關配光、熱學模擬分析等性能設計。

晝間行駛燈最終產品應當通過相應的法規認證試驗。對于有特殊需求的車型晝間行駛燈，應按照設計任務書執行，晝間行駛燈的設計應當符合適用于其的各類法律法規，并滿足設計參數各項的要求。

[1] 徐萬紅等.CATIA在汽車外形建模中的應用.機械設計與制造.p11 -12.

[2] 徐佩弦.塑料制品設計指南.化學工業出版社.

[3] 蔣蘭芳等.考慮氣動特性的汽車前照燈造型參數化方法.計算機輔助設計與圖形學學報.第22卷.第2期 p1-3.

[4] 簧佐賢.現代汽車燈具.長虹出版社 p88-90.

The design procedures and adhibition of the daytime running lamp integrated into the headlamp

Ma Meini, Guo Xiaolong
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This paper firstly explains the function of the daytime running lamp, and describe the design method in detail. The key point of this paper is the way for daytime running lamp design. This paper discusses the general process of daytime running lamp design and the key design point in daytime running lamp designing. By discussed one style of daytime running lamp design, this paper explain the rules of daytime running lamp design.

daytime running lamp; light source module; radiating; light distribution

U462.1

A

1671-7988 (2017)06-06-07

麻美妮，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.06.003