日度归档:2022年4月20日

车灯仿真介绍02:热模拟分析

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。

车灯仿真介绍01:太阳光聚焦仿真分析

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。

装饰框出现太阳光聚焦灼烧

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。

透镜的折射聚焦

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。

太阳光聚焦数值仿真
车灯模拟太阳光照射的试验

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。

太阳光照射的方位角范围
数值仿真可以仿真各个角度太阳光照射下的光学、温度仿真
全角度扫描仿真后得到的装饰件最高温度表

【1】太阳光聚焦对汽车大灯的“作用”

【2】GMW 14906 Lamp Development and Validation Test Procedures