技术文章 | 前雾灯与日间行车灯的复合灯的设计方法

作者：YuanMinMin

采用卤素灯泡设计的前雾灯光源利用率较低，前雾灯开启频率也不像前照灯一样频繁。前大灯紧凑的结构不足以有空间安排前雾灯或日间行车灯，而且前雾灯的发热量也较大，对材料的要求比较高，所以经常能看到的是前雾灯独立于组合前大灯，安装于车辆前保较低的位置。同样，日间行车灯最低安装位置要求与前雾灯最低安装位置要求一致。而且前雾灯与日间行车灯在国标要求中皆为选装灯具，并且前雾灯的使用是用于改善在雾、雪、雨或尘埃情况下道路照明，日间行车灯则是在昼间行驶时，使得车辆更为易见的一种面向前方的灯具。这两种灯具在使用条件上不存在冲突，在结构设计上可设计成一体，只是发光面不相同，所以这两种灯具的复合是具有可行性的。

将前雾灯与日间行车灯复合，即是前雾灯与日间行车灯共用一个光源及灯体，但是具有分开的发光面。

本方案中，前雾灯采用投影式结构，与前雾灯复合的日间行车灯为光导式结构。投影式结构光学原理如图1所示。投影式前雾灯主要包含椭球面反射镜，遮光板及非球面投影透镜三个部件。如图1所示的光学原理图中，光源位于椭球面反射镜的第一焦点处，遮光板的位置固定，且位于透镜的焦点处，并且该位置正好是椭球面反射镜的第二焦点处。光源发出光线经过反射镜反射后，部分光线被遮光板遮挡而终止前进，另外部分光线，经过反射镜反射后到达透镜，经过透镜折射后出射。最终形成特定的光能量分布。                         

图1投影灯光学原理示意图

与一般投影式前雾灯不同的是，与日间行车灯复合的前雾灯的遮光板可以绕轴旋转。并且遮光板的反射镜一侧镀有反光层。遮光板可以绕旋转轴旋转，并可以停留在两个位置，如图2所示的原理图的位置A和位置B。在图2所示的原理图中，光源位于椭球面反射镜的第一焦点处，遮光板的上边缘所处的位置为反射镜的第二焦点，同时也是透镜的焦点。位置B时，遮光板中心的位置位于反射镜的第二焦点，同时也是透镜的焦点。遮光板的旋转轴位于遮光板靠近透镜的一侧。                         

图2投影式前雾灯与DRL复合原理图

图2中遮光板的位置处于位置A时，光源发出光线，经过反射镜反射，部分光线射到遮光板上，经过遮光板的反射后，有一部分光线重新回到反射镜，经过反射镜再次反射，部分出射到透镜，经过透镜折射后出射，部分经过反射镜再次反射后，依然出射到遮光板上，以此循环，最终损失殆尽。经过遮光板反射后的另一部分光线则射出投影系统，向下方出射；同时，光源发出的光线经过反射镜反射的另外部分光线越过遮光板，出射到透镜内表面，再经过透镜的折射后出射到路面，形成前雾灯的光型。

遮光板位于位置B时，光源发出光线，经过反射镜的反射后，大部分光线出射到遮光板上，在经过遮光板的反射后，光线脱离投影灯系统，由上方射出。还有另外部分光线，经过反射镜的反射后，越过遮光板的边缘，出射到透镜表面，再经过透镜折射后射出，因为这部分光线较少，起作用仅仅能使透镜的外观看起来比较明亮。

如上述所示，遮光板在位置A时，有部分光线射出投影系统，向下方射出；遮光板在位置B时，有部分光线脱离投影灯系统由上方射出。这样，我们在光线射出的方向，设计光接收面，并将收集的光线导入设计好的光导中，将这部分光线进行利用。如图3和图4所示的位置A时和位置B时的灯具结构示意图。设计的光导有两个光收集器，一个位于上方，一个位于下方。遮光板处于位置A时，光收集器收集的光线较少，光导可以用做位置灯或装饰作用。遮光板处于位置B时，光收集器收集的光线较多，光导可设计为日间行车灯。

图3位置A时，灯具结构示意图图4位置B时，灯具结构示意图

其中：1——光源；2——反射镜；3——遮光装置；31——遮光板；32——旋转臂；33——旋转轴；4——透镜；5——光导接收面；51——位置A时，对应的光导接受面；52——位置B时，对应的光导接受面；6——光导；7——装饰件。

即上述结构为前雾灯与日间行车灯复合的设计方法。由于光线进入光接收面的方向与光导出光方向成90°夹角，所以光导的设计尤为重要。本文不做光导设计讨论。前雾灯与日间行车灯的电路连接及开关条件本文亦不做讨论。下面详述遮光轴位置定义。

为了即能形成光型较好的前雾灯，又最大限度利用光线形成日间行车灯，同时保证遮光板与遮光轴的设计合理，及最大限度的利用光线，如图2原理图所示，假设遮光板的长度为L，遮光板与旋转轴的距离为R，位置A时，旋转臂与水平轴的夹角为α，位置B时，旋转臂与水平轴的夹角为β，则可以推导出下面关系式：

（1）

经过分析发现，当β=45°时，最有利于光接收面及光导的设计和较高的光利用率。依据公式（1）及反射镜焦距，透镜焦距等参数，确定遮光板的长度L,进而确定旋转轴的位置及遮光轴停留的位置。

随着人们的消费观念的改变，日间行车灯的需求也越来越大，同时整车企业为了节省成本将前雾灯省去，前雾灯也越来越淡化。但是实际使用中，前雾灯的作用显著，能明显提高不良天气时的照明情况，提高行车安全。

综上所述，前雾灯与日间行车灯的复合灯设计可行，同时提高光源的光利用率。这样的一灯两用的方案很好的解决的两灯分开成本较高，只选任意一灯都不能很好的满足客户使用体验的要求的问题。

本方案中的光导型日间行车灯外形可以多样，前雾灯与日间行车灯的复合除了采用本文所述的方式外，还有另外的方式，并且前雾灯也可以是反射式或其他型式，具有较大的设计自由度。

文章转载自IFAL公众号