车灯零件表面镀铝对其温度的影响

李静，周丹

(常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州 213022)



车灯零件表面镀铝对其温度的影响

李静，周丹

(常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州 213022)

摘要：为了外观和光学要求，汽车车灯零件表面常做镀铝处理。塑料件镀铝后在高温环境下容易出现发彩现象，因此研究镀铝对塑料零件耐热性能的影响很有必要。选用某前雾灯为研究对象，分别通过数值分析和试验测试两种方式，对其黑色饰圈是否镀铝两种状态进行整灯模拟和测试，均显示被灯泡照射的区域在镀铝后温度明显下降，主要由于镀铝后部分光照能量被反射出去，降低了材料吸收的能量。模拟与实测结果略有偏差，但在可接受的误差范围之内。

关键词：镀铝;热分析;车灯

0引言

汽车车灯是汽车外观的重要组成部分，也是汽车安全性能的主要影响因素。传统的车灯设计中，主要考虑的是材料、结构和光学等。近些年，为了整车的美观度，车灯空间越来越小，给卤素灯泡灯具留的空间也越来越小。为了在有限的空间内，满足车灯的设计要求，车灯的热学性能分析的重要性凸显。随着计算机技术的不断提高，CAE分析在车灯设计中的作用也不容忽视。

为了提高车灯的光学性能和美观效果，会对灯具的一些零件进行表面镀铝。但是在车灯的实测中发现，同一零件是否镀铝的测试结果有较大差异，在高温环境下，镀铝表面容易发彩。为了在车灯的热模拟中体现出零件镀铝对模拟结果的影响，可通过更改边界条件的设置及实测和模拟对比的方法进行参数修正。

1车灯的热分析

以某一款前雾灯为例，利用CAE软件，对饰圈是否镀铝分别进行模拟分析。图1为该前雾灯的剖面示意图，主要零部件包括灯罩、壳体、反射镜、饰圈、灯泡等，壳体上有3个透气孔，灯内的流体介质以空气为主，还包括水蒸气和其他细小颗粒等，流动形态为自然对流[1]。

1.1车灯模型和网格划分

从车灯点亮开始，随着点亮时间的加长，灯腔内的温度随着灯泡发热量增加不断升高，但灯内温度场尚未稳定。随着时间的延长，车灯内各个部件之间以及车灯壳体、灯罩与外界换热达到平衡，内部温度场达到相对稳定的状态，车灯内部和其部件与外界的传热过程如图2所示[2]。

建立车灯的物理数学模型，模型应包括所有的节点、单元、材料属性、实常数、边界条件，以及其他表现该物体的物理系统的特征。首先对车灯的3D模型进行简化处理，如抹平灯罩内表面及周边的花纹面、简化灯罩与壳体的接触部分[3]。然后，通过ICEM生成网格，离散计算域。热流场分析的计算域主要包括固体区域和流体区域，各区域之间为面接触边界，并对局部区域进行网格细化，以提高计算精度。网格模型如图3所示。

在生成网格的基础上，对各个零部件进行材料设置及零件之间的耦合边界设置。在边界设置时，针对饰圈镀铝需要单独在饰圈表面设置一个壳层，厚度为200 nm，对该壳层单独进行材料和边界的设置。根据实验要求，与车灯接触的周围空气温度恒定，车灯内部空气简化为不可压缩理想流体。分别对饰圈是否镀铝进行了2次模拟分析，通过模拟探索镀铝对零件温度的影响。并通过对实物的温度测试验证模拟结果。

1.2热分析结果及对比

根据以上设置，通过CFD软件模拟车灯点亮至稳定状态的流场、速度场和温度场，能够通过几个场的状态判断层内气流的流动情况和每个零部件的温度分布，从而判断零件是否存在热量失效风险。表1中列出了2次分析结果中各个零部件的最高温度值。

从模拟结果可以看出：饰圈表面镀铝后，其最高温度降低，尤其是被灯泡直接照射到的区域，温度下降尤为明显。主要由于塑料表面镀铝后，铝的发射率高于塑料，并且铝面的反射率较大，光线照射到镀铝表面后，有一部分被反射出去，导致镀铝后零件温度有所降低。图4更为直观地反映了2次分析中饰圈上的温度分布情况。图4(a)为饰圈不镀铝状态的分析结果，图4(b)为饰圈镀铝状态的分析结果。图中圈出的部位为饰圈的最高温度区域，饰圈镀铝和不镀铝相比，最高温度区域位置和温度值变化并不大，均为饰圈的上方开口处;不同的是，饰圈镀铝后，饰圈下方开口位置温度明显下降。

2车灯的测试及结果

为了验证软件分析的准确性，通过对该前雾灯的试验测试进行校核。

测试前，根据分析的温度分布图，确定各个零部件的测试点位置，选用k型热电偶作为测温器件，将热电偶的测温端压入塑料零件测试点位置并固定，并用铝箔胶带将灯具壳体与灯罩粘合封住。试验样件如图5所示。

测试样件布点结束后，将试验样灯放入恒温恒湿箱中，待箱内温度稳定后，点亮灯具，试验的参数设置如表2所示。时时监测灯具的测温结果，当温度值趋于稳定，再观察一段时间后关闭电源。

该前雾灯测试样件在恒温恒湿箱中常亮2 h后温度已经稳定，此时利用数字温度采集仪读出各个测试点的温度值，两种状态的测试结果如表3所示，可见饰圈镀铝后，下方温度明显下降，与模拟结果一致，其他零部件温度变化不大。造成饰圈下方温度变化的主要原因是镀铝面对灯光的反射作用，损失了一部分能量。

3结论

可以看出，某前雾灯饰圈是否镀铝对其温度的影响很明显。对软件模拟和试验测试进行了分析，并将二者的结果进行对比。模拟结果显示：饰圈不镀铝时，待温度场稳定后，其上方高温区域温度为136 ℃，下方高温区域温度为127 ℃；而饰圈镀铝后，待温度场稳定后，其上方高温区域温度为126 ℃，下方高温区域温度为106 ℃。测试结果显示：饰圈不镀铝时，待温度值稳定后，其上方高温区域温度为139 ℃，下方高温区域温度为131 ℃；而饰圈镀铝后，待温度值稳定后，其上方高温区域温度为135 ℃，下方高温区域温度为115 ℃。模拟和实测结果趋势一致，考虑到模拟中模型简化和网格划分对结果的影响，以及实测中测温点排布和测试设备的误差，模拟和测试之间存在温度差异属于正常现象。

为了降低模拟和测试的误差，还需要做很多研究，进一步找出最佳的参数设置方法。数值模拟在产品设计和开发中有着重要作用，通过模拟可以降低人力财力，进而找到最优的方案。因此，研究如何提高模拟精度，对产品开发非常有利。

参考文献:

【1】郝京阳，张剑，顾毓沁，等.汽车车灯内部流动和传热特性的分析[J].汽车技术,2003(12):7-11.

【2】黄宝凌，徐小平，顾毓沁，等.汽车车灯内部结雾的热分析及应对措施[J].汽车技术，2001(3)：11-14.

【3】林康.车灯热分析关键技术研究[D].杭州：浙江工业大学，2008.

Effect of AL-coating on Automotive Lamp Temperature

LI Jing，ZHOU Dan

(Changzhou Xingyu Automotive Lighting Systems Co.,Ltd., Changzhou Jiangsu 213022,China)

Keywords:AL-coating; Thermal simulation; Automotive lamp

Abstract:The part of automotive lamp always has an AL-coating for appearance and optical requirement. In the high temperature environment, there may appear a colored area on the surface of plastic with AL-coating. In order to study this phenomenon, taking a front fog lamp as the research object, simulation analysis with CFD software and experimental test methods were used to research the temperature of bezel in the lamp, both with AL-coating and without it. The results of simulation and test show that the temperature is lower with AL-coating than the black bezel. Because some power has been reflected by the AL-coating surface, then the absorption of energy is reduced. There is an acceptable error range between experiment and simulation results.

收稿日期：2015-12-17

作者简介：李静(1986—)，女，硕士，主要从事汽车灯具CAE分析方面工作。E-mail:lijing@xyl.cn。

中图分类号:U463.99

文献标志码：B

文章编号：1674-1986(2016)03-050-03