从汽车灯具的发展历史过程来说，汽车灯具经历过卤素灯、氙气灯、LED灯的潮流发展。无论是那种灯具，在研发设计过程中工程师们一直在面对着热设计方面的挑战；潮流设计趋势是灯具造型设计越来越复杂，光学方面的要求越来越高，间接的压缩了散热空间的设计，又提高了光源的功率要求，热学风险的确认在灯具设计过程中成为了一个非常重要的过程。

在车灯研发过程中，各个企业都研究出了一套自己的温度试验经验标准，不同的灯具有不同的试验要求，同样的灯还也有多个不同的试验流程，这些复杂的试验流程，将保证灯具在各种工况的使用下，保持灯具的热稳定性。

某汽车集团，对车灯提出的相关热试验要求：

在车灯设计过程中，为了能避免灯具在后续的热试验失败，工程师们将联合结构设计，材料选型，电路设计，散热设计等多个方面进行综合设计后，通过热仿真以及样件温度实验的方式来初步确定设计方案的可行性。在这个过程中，几个不同职位岗位的工程师将在一起头脑风暴去解决分析出的热风险。

在车灯热模拟分析中，工程师将会让灯具在最极限的工作环境温度下，模拟点亮各个光源后，得到各个主要零部件的模拟温度，进而用这些模拟结果来进行判断灯具的热风险，风险的关注有以下几个方面：

• 塑料零部件是否会因温度过高出现软化失效？
• 镀铝涂层是否会因高温出现变形脱落？
• LED灯珠是否会的热衰过多，导致亮度无法满足光学要求？
• PCB板上电子元器件是否会出现焊锡融化，导致元器件脱落？

以上疑问，都可以在车灯热模拟分析仿真中得到可靠的仿真结果，进行风险判定。

透镜式设计带来的问题

透镜式的设计在车灯设计中在光学设计方面有独特的优势，同时在视觉效果上也给汽车带来了“画龙点睛”。但是在透镜大灯的普及应用中，出现了一些新的困扰。

透镜大灯在市场检验过程中，偶有反馈装饰框出现原因不明的条状区域烧伤，经过工程师们的分析，后来确定烧伤原因来自太阳光灼烧。

透镜因为其凸透镜原理，可以对平行射入的太阳进行折射聚焦。如果在透镜下方正好设计存在一些辐射吸收率较好的零部件，将在辐射光斑区域产生高温区，进而发生灼烧损坏。

设计流程中规避风险的方式

有了前车之鉴后，汽车灯具研发的工程师们，就开始考虑在灯具研发过程中对这种太阳光聚焦的风险进行规避。在灯具设计初期，可以通过数值仿真的方法，模拟太阳光聚焦对灯具零部件带来的聚焦效应；此外，在量产前可以用样件进行模拟太阳光照射的实验进行风险验证。

数值仿真聚焦分析

在太阳光聚焦仿真过程中，可以模拟太阳光在车灯前部左右90°，高度90°范围内的各个角度入射的太阳光，在灯具中的光线传播后，对灯具带来的热辐射吸收后的温度影响，从而快速分析太阳光聚焦的风险。

【1】太阳光聚焦对汽车大灯的“作用”

【2】GMW 14906 Lamp Development and Validation Test Procedures

车灯是个在汽车产品中，是一个相对来说结构复杂，设计水平相对要求较高的产品，使用的材料和工艺范围很广泛。在一线品牌中，车灯技术的技术竞争也是非常激烈，近20年来，车灯领域的技术不断迭代更新，是一个在不断持续发展的高新技术行业。

在汽车灯具的研发设计过程中，对灯具产品的热学可靠性、力学可靠性往往通过CAE分析在设计初期过程中进行仿真预测，可以对95%的风险问题进行规避。

车灯CAE分析技术包括光学仿真、热学仿真、结构力学仿真。

光学仿真：

光学仿真技术在车灯领域介入主要有车灯光学设计，以及聚焦分析。

光学设计：

车灯因为其光学功能的不同，分为照明类灯具和信号类灯具。照明类灯具顾名思义，主要提供一些光学照明功能，其中大灯远近光功能便是最主要的照明功能提供，另外还有非法规强制要求的前雾灯；信号类灯具主要包括转向灯、后尾灯、制动灯等，作为汽车使用中其他车辆或行人提供灯光信号的功能的灯具。

针对不同的灯具功能光学法规要求，不同国家与地区有不同的强制法规要求，因此在灯具设计初期，将会按照汽车的目标销售区域的光学法规要求进行针对性设计。目前比较主流的设计软件为LucidShape和Speos，两个软件各有所长。

聚焦分析：

汽车灯具光学系统的设计千差万别，但是无论是反射式和透镜式设计的方案中，总有一些因为光线能量过于聚焦到某处后带来的问题，因此在车灯研发过程中，逐渐加入了一些光学自聚焦和太阳光聚焦分析的验证流程，从而在设计初期避免这些风险。

热学仿真：

在车灯设计过程中，热学工程师的对车灯的设计方案有以下几个关注点：

1. 车灯是否会在使用工况下结构件是否会产生热变形失效。
2. 电子元器件是否会因为过热带来热问题失效。
3. 车灯在使用过程中是否会产生产生结雾。

而这几个问题的信息，往往可以通过CFD热仿真过程，提取相关信息得到答案：

1. 仿真工况中塑件局部温度是否超过该件的许用温度。
2. 仿真工况中电子元器件节温是否超过元器件结温。
3. 仿真中面罩内表面状态（温湿度情况，液膜凝结情况）。

结构仿真：

振动仿真：

汽车车灯同其他汽车零部件一样，在汽车使用过程中，将面对来自路面的激励、发动机舱的振动激励。若这些激励接近车灯自身固有频率，车灯将产生共振，在共振环境下，车灯的振幅水平大幅上升，将会严重影响车灯使用寿命。目前几大主流结构仿真软件仿真都可以基于模态->随机振动的分析模式，对车灯进行振动模拟分析。

静力学仿真：

在结构设计初期，一些CAD设计软件自带的静力分析模块，也可以对灯具的安装点等一些安装应力进行一些静力学分析。可以让结构工程师在最快的时间内进行一些结构设计的校核。

卡扣仿真：

在灯具设计中，很多一些结构件的安装会使用塑料卡扣的安装形式，例如底壳与一些反射镜、装饰框等塑件之间的安装。