车灯系统可靠性现状分析
黄锡安 江西省绿野汽车照明有限公司副总经理
张军平 江西省绿野汽车照明有限公司照明研究院院长
LED车灯自白光LED诞生以来就备受业界的关注，近年来随着LED的快速发展，从信号类汽车灯具到照明类LED车灯的覆盖率越来越高。呈现出爆炸式发展的趋势，光学实现方式的多样化，控制方式的智能化，造型功能的复杂化，以及半导体激光，OLED等光源的混合应用
, 对整个LED系统的可靠性要求越来越高。
LED车灯系统是个复杂的系统，涉及到光学，电子，结构，热管理等一系列的学科，并互相影响，下图是列出的是LED系统和一些常见的可靠性问题。
LED热管理技术现状
散热管理在传统的车灯业界和LED业界都有相应的研究，车灯系统中最常用的LED散热方式以散热片被动散热和风扇主动散热为主。在电子计算机领域的水冷和热管技术由于可靠性和成本的原因暂时没有成熟的实际案例。
然而现有的大部分热管理的技术研究普遍集中在LED子系统上。甚至普遍存在一种看法，LED是冷光源，只要解决好LED元件本身的散热管理，LED车灯的可靠性文件即可得到解决，寿命可超过整车寿命。
在产品开发的所有环节(元件、子系统和整个系统)中，热分析绝对不能少。但只有在各个级别的热模型良好的情况下，才可能获得好的热分析结果。
整个系统级别热设计和分析，需要考虑到更多的因素，在模型正确的条件下，需要对气流的走向，光学表面的设计，灯具的结构，散热器的形状，进行综合考量。这就对系统整合能力，团队技术协作能力提出了更高的要求。
LED 车灯防雾技术现状
现代车灯制造业中，尤其在LED车灯系统中，设计，制造，工艺日趋复杂，采用大量的先进工艺车灯质量得以完善。但是目前为止车灯结雾依然是影响车灯可靠性的一个难题。车灯空气温湿度变化等一系列变化带来的水蒸气遇冷凝结在车灯透镜内表面，不仅影响美观，更会使得照明效果大打折扣影响行车安全。同时引起材料腐蚀，老化变形等一系列可靠性问题。由于 LED车灯的整体热量低于传统的卤素灯具，结雾现象尤其明显。
由于雾气作为一个难以解决的物理现象，目前业内关注的问题主要有两点：1是雾气产生的区域，2起雾到完全消散的时间。
目前缓解LED车灯起雾的方式主要通过两种办法:1、灯具内部涂防雾涂层。2、在灯具内加干燥剂。
如今随着CFD技术的发展，在热分析的基础上，开始重视空气流场，温度场的综合分析，结合产品系统调整，从设计源头最大限度的降低雾气凝结的可能性。
电子控制系统的可靠性
现代汽车系统的电子成分占比越高的趋势，同样体现在LED车灯系统里。传统的车灯的可靠性，仅需要考虑，灯泡，反光杯，灯体，面罩等少量的部件可靠性。而随着LED灯具系统的功能越来越多，动态化控制，智能化控制。LED灯具系统中不仅仅需要考虑LED本身的寿命和可靠性。电子控制部分的可靠性也成为了重要的一环。
前从设计—测试-制造上均有严格的要求:
1)设计上:
a. 电子器件 -- 选用高可靠性的汽车级电子器件，并留有一定的安全余量;
b. 线路板--严格遵循相应的设计规则，严格控制材料级别;
c.EMC设计--严格按照汽车电子的EMC。
2)测试上：一般汽车电子产品需要从供电环境，机械环境，气候环境，化学环境，防护等一系列的项目上测试通过才可以进行生产制造。
3) 制造上：一般所有产品全数检验，全数老化等形式确保良品率。
机械结构与振动可靠性现状
LED灯具系统由于LED和电子控制系统的热管理要求，重量远远大于传统的灯具。同时由于造型的复杂化，异形化，内部零件的数量和重量也急剧增加，相互之间的存在各种装配关系，振动失效的问题逐渐成为LED灯具系统的一个难题。常见的失效形式有部件脱落，变形，摩擦出粉等， 造成汽车灯具性能不良影响行车安全。
当前的技术主要是通过有限元分析软件来仿真系统运行状态, 检验是否失效，典型分析软件是采用基于FEM有限元分析理论的Ansys，nastran，Abaqus等。
随着CAE仿真技术的发展，力学振动和流体分析逐步提前，在系统分析的时候就开始考虑振动等失效，通过优化结构，散热设计，光学设计等方式，对质量分布等进行调配，避免灯具备受力过大，避免局部加强，提高系统可靠性。
光学设计与可靠性现状
LED系统带来造型的多样化，同时带来的是光学设计的形式多样化，反射镜，透镜，光导，厚壁件，投射单元，扩散等以及各种不同的组合方式。多变的光学实现方式，同时也影响了结构和散热等LED系统其它方面的设计。同样的，其它方面的设计也都会影响光学设计和可靠性。
目前典型的光学可靠性问题有:
1)配光光形变形，多个光形无法叠加到正常位置，数 值等无法满足标准，一般由结构装配公差，热学变形，振动 位移等引起;
2)点亮外观或者光形的色差现象严重，一般由结构装配公差，热学变形，加工误差等引起。
图 3.24 材料问题
目前国际上知名的汽车灯具制造商，都已经在LED系统级可靠性投入大量的资源，从整个 LED系统上进行研究和优化设计，提升整个系统的可靠性。一些国内的厂商如绿野等也在 LED系统优化整合研究上取得不少的进步。
总结
随着汽车灯具和LED技术的发展，LED灯具系统逐渐成为一个复杂的汽车子系统，涉及到机械结构设计，光学方案设计，电子控制技术，热设计仿真，气体流动和雾气仿真等一系列学科，各个因素之间相互影响，对系统的可靠性形成较大的挑战，无法按照传统的光学设计-结构设计-仿真模拟的线性设计方法来保证可靠性，需要从整个系统级别进行综合考虑并优化出最优方案，确保系统的可靠性，保障整车的安全驾驶性能。
