车灯雾气问题及解决策略

原文：Condensation in Automotive Lamp and Solving Strategy

作者：Dr.Shengchun Sha, Dr.Henning Kiel, Nan Wang, Wei Jiang, Lijun Lin

编译：李浩然

指导老师：林燕丹

雾气产生原理

在中国，车灯的雾气问题十分普遍，尤其是在多雨的季节，秋冬两季高温高湿与低温的天气交替出现，这加剧了雾气问题的产生，与此同时，现代车灯的设计由于更加注重细节的工艺，更多的塑料元件的使用使得车灯在产生雾气后更难消除驱散。而如今，越来越多的消费者不仅仅关心车灯的功能，还把目光转向了车灯的外观，因此，雾气问题的解决至关重要。

为什么会出现雾气？它们来自哪里？

首先，我们需要讨论一下水。

水是我们生活中最常见到是事物，它覆盖了地球表面75%的面积。自然界中，水有液态、固态（冰）和气态（水蒸气）三种状态。水有两种特殊性质，其熔点会随着气压的升高而升高，固态的体积比液态的体积大。

另一方面，水的气相可达到绝对零度，这就意味着，只要气压足够低，水蒸气可以存在于任何温度下，但其在空气中的比例会随着温度的升高而上升。对于某一温度，当水蒸气的气压超过其限定值时，水蒸气就会转化的液态或固态直到气压降低到限度之下。

从上述分析我们可以发现雾气的来源：一是在温度不变的情况下，当湿度较高（超出了水蒸气气压阈值）时，超出的部分就会变成雾气，二是当水蒸气的量不变时，温度降低，其阈值就会降低，空气中水蒸气的气压同样会超过限制，就会产生雾气。相应的，我们也容易知道如何去除雾气，一是使空气的温度升高，二是使空气变得更加干燥。

车灯雾气原理

汽车前照灯安装有通风口连通内部和外部的空气，通风口的存在是必要的，因为汽车前照灯在工作的时候会产生大量的热量，导致车灯内部的气压升高，如果没有通风口，车灯会因为温度过高而炸裂。

对于前照灯，其内部的空气还与引擎室相连，而引擎室与外部空气是相通的，因此当车辆在某一环境中停放足够长的时间后，车灯内部、引擎室与外界环境三者之间的温度和湿度都相同，这时候不会产生雾气，当引擎启动后，引擎室内的温度会升高，并带动车灯内部的温度升高，温度升高后其所能容纳的水汽的限度上升，而车灯的塑料上吸收的水分也会因为温度升高而蒸发，从而提高了车灯内部的水蒸气含量，但车灯前的透镜仍然处于较低的温度，其温度可能会低于水蒸气的凝点，因此透镜表面最冷的部分会产生雾气。

避免雾气的方法

解决车灯表面雾气问题可以从两方面着手：加热透镜和减少水蒸气含量。对于加热透镜的方案，由于车灯还需要满足最大热阻的要求，如果仅仅是提高透镜的温度，可能会无法满足最大热阻测试的要求，因此必须通过安装传感器来检测车灯的温度，从而确定是否可以对透镜进行加热，但这一方案会增加功耗和成本，且加热透镜的方法目前尚不完善，因此该技术方向仍需进一步研究。

另一个技术路线是对空气进行干燥。目前有多种思路来实现。一种方法是向车灯中加入干燥剂，该方案十分简单并且已经在部分前照灯中得到了应用，但由于干燥剂的有效工作时间通常只有半年，因此其需要进行周期性地更换。另一种方法被称为“强制雾化”，将车灯内部的水蒸气冷凝后排出，但这会使得车灯系统变得更加复杂，且冷凝过程也相对复杂，从而导致功耗和成本的增加。除此之外，另一种方式是将雾气进行隐藏，在透镜内部表面上加一层防雾层，防雾层表面是亲水性的，隐藏当雾气问题发生时，水会在其表面形成光滑的一层而不是水滴状，但当雾气问题过重时，防雾层的效果就会不明显。

除雾方法

想要完全避免雾气是十分困难的，因此，目前的主要思路转向了在发生雾气问题后如何除雾上。最普遍的方式是打开不同位置的通风口，使车灯内部和外部的温度趋近于相同，从而除去雾气，因此，设计车灯的通风系统成为了关键的一环，在设计过程中，提出雾气问题的仿真模型至关重要。目前大部分的汽车厂商都只能进行简单的仿真，例如温度和气压等，但无法有效地对雾气问题进行仿真。针对上述问题，我们总结了雾气仿真的要点。

首先，由于雾气状况是随时间变化的，因此仿真需要实现时序仿真；其次，温度和湿度参量的输入应该尽可能地与现实状况接近，需要通过大量的实车测试活动温度和灯内湿度的关系；再次，需要考虑消费者的主观感受，从而可以确定一个标准来对雾气性能进行评估，并对市场以及销售等提供参考。

但不容忽视的是，仿真软件仍然存在一定的缺陷，部分参量如温度、流速等可以直接设定，包括一些引擎结构等都可以在CAD软件中进行设定，但驾驶习惯、驾驶环境等参数无法直接设定，这些参数是不容忽视的，因此在之后软件的设计中，还需要对上述参数做进一步研究。而另一个需要注意的问题是拟合精度与准确性、仿真时间、资源占用之间的平衡。

本文来源：第五届中国国际汽车照明论坛（IFAL 2017）论文集

原创声明：本文系原创文章，转载请联系微信后台