前照灯中的冷凝现象在当今汽车照明领域已经不是什么新鲜事了。在各种汽车照明论坛、BBS网站和展会上，这一话题越来越普遍。然而，冷凝问题并没有完全解决。目前，市场上仍有关于前照灯冷凝的投诉。由于前照灯其他方面的质量越来越好，客户越来越关注前照灯的冷凝问题，现在冷凝投诉占全部投诉的比例高达50%左右，而前照灯常见的抱怨主要是亮度低和明暗截止线不清晰。因此，要不断提高前照灯的质量，改善或解决前照灯的冷凝问题在汽车车灯的设计和开发中起着越来越重要的作用。
防止或迅速消除冷凝对我们来说并不太困难。在其他领域，如潜艇、飞机等，冷凝被认为是比照明更严重的危险，必须尽快预防或消除。即使在汽车上，挡风玻璃上的冷凝也被认为是一种严重的危险，对驾驶安全具有非常大的影响。因此，人们采取了许多措施来防止或消除它，如加热器和空调。然而，在前照灯通常会发生冷凝，这对灯光性能影响不大。因此，前照灯中的冷凝更多地被视为影响美观的问题，而不是安全问题。它的解决方案通常是在客户的期望和成本之间进行折衷。
如果汽车照明作为自动驾驶系统的一部分要具有通信功能，就必须确保信号和标志足够清晰，以便交通参与者能够快速、准确地理解。然而，当信号和标记因冷凝而变得不清晰时，车灯中的冷凝可能会严重影响这种理解。以带有箭头标记的信号灯为例（如图1a所示），如果我们清楚地看到一个完整的箭头，我们至少可以快速而准确地理解其含义。但当箭被凝结物覆盖时，人们会感到困惑和犹豫，然后才做出反应。甚至有些人会恰恰相反地理解它的含义。投影车灯也有同样的问题。仍然以箭头为例，如图1c-d所示，如果凝结物恰好遮住了“右转”箭头区域，大多数人看到它更像是一个有“直行”意思的箭头！犹豫和误解对开车都很危险。因此，在自动驾驶的时代，灯内的冷凝可能成为一个更关乎安全而非美观的问题。图1.冷凝影响信号和标记的意义
如图2所示，空气中可能含有一些蒸汽，这取决于室温：空气温度越高，所含蒸汽就越多。当空气变冷，所含蒸汽就会变少，其压力超过空气在该温度下所能承受的极限时，多余的部分就会变成液态水或冰，直到压力不超过极限。雾或霜刚刚出现的温度被定义为“露点”（如图3所示）。
通过图2可以很容易地看出根据基本物理原理去冷凝的方法：让水蒸气离开液相进入汽相，即在图2中向下或向右。所以基本上有两种方法：减少蒸汽和提高温度。
A.干燥剂
干燥剂是干燥空气最简单、最有效的方法之一，广泛应用于食品、服装、消费电子等包装中，有各种尺寸的带胶带的干燥剂包装，容易粘贴在灯具的内表面。且一些品牌的干燥剂具有很高的吸水率。然而，大多数高效干燥剂不能重复使用。当吸湿率接近饱和极限时，干燥剂就不能再吸湿。因此，在使用干燥剂溶液时，使用寿命成为最大的问题。为了延长使用寿命，灯内必须装配大量干燥剂，这会带来空间、重量等问题。另一种方法是一些原始设备制造商计划在终端为客户更换干燥剂，如发动机机油或雨刮器。但它仍然有问题。如果新干燥剂的费用计划由客户承担，客户可能不接受。如果由OEM承担成本，将是一个巨大的额外成本，降低OEM的利润。所以这不是一个完美的解决方案。然后首先有一个问题：是否有可重复使用的高效干燥剂？去年，一家名为“Microvent”的中国公司向SVW推出了可重复使用的干燥剂。从数据表（如图4所示）可以看出，虽然它的吸收率没有OZO的产品（280%）高，但至少它是可重复使用的。
第二，即使发现了可重复使用的干燥剂，当干燥剂释放的水分再次回到灯上时，可能会造成冷凝。如何防止水分进入灯内，让它只进入室外？可以采用一种“除湿泵”，包括加热器和风扇（或泵），如图5所示。这种泵的工作方式如下：当干燥剂吸收一些水分并开始释放水分时，加热器和风扇（或泵）打开。加热器将提高干燥剂的温度以帮助其释放水分，而风扇（或泵）将帮助排出水分并防止水分进入车灯。
这种除湿泵只是我们的想法。然而在现实中，GORE公司和AML公司开发了类似的除湿泵。但它的原理有点不同。如图6所示，泵中有两个阀门。当加热器打开且干燥剂失去水分时，阀1关闭，阀2打开。释放的水分不能进入灯内，但只能在干燥剂更新时才能排到室外。当加热器关闭，干燥剂准备开始吸收水分时，阀1打开，阀2关闭。它可以防止外面的湿气进入灯内，同时让干燥剂吸收灯内的湿气。通过这两个步骤的循环，灯内的水分不断被干燥剂吸收，并被阀门排出。同时，从灯里出来的湿气很难进入灯里。
2017年春天，SVW有机会在轿车上测试这种泵。我们在两个前照灯上都安装了传感器，而左前照灯未安装除湿泵，右前照灯是带有除湿泵（缩写为HMP）的。结果如图7所示。可以看出，使用HMP的前照灯的露点明显低于未使用HMP的前照灯，温度相差约10度。实践证明，这种泵能够有效地降低冷凝的可能性。
图7.前照灯露点记录：按照冷凝泵的为蓝色，未安装的为橙色但是这种泵仍然存在一些缺点。一是需要额外的10瓦左右的能耗，二是内置加热器和电动阀，成本不会低。三是这些电器体积和重量都不能小，而且干燥剂的用量非常有限，这导致除湿的量也非常有限。当然对于电器来说，除湿的效果是彻底的。但是，我们能否在效果和这些缺点之间做出折衷，在能耗、体积、重量和成本方面做出一些改进？SVW随后尝试了一个优化方案。
为了节省能源消耗、体积、重量和成本，最好尽可能多地拆卸电器。首先是加热器。如图所示，可重复使用的干燥剂不需要如此高的温度来更新。温度可来自发动机和灯本身。通过适当的热设计，可以利用灯和发动机的热量加热干燥剂。其次是阀门。一种薄膜可以代替电动阀。如图8（a）所示，泵有一个特殊设计的外壳，两片薄膜作为阀门，这两个阀门通过一定的机械系统具有同步的逻辑关系。在没有气压差的情况下，由于重力作用，薄膜是垂直的，因此阀1打开，阀2关闭。干燥剂正在吸收灯里的水分。当灯被加热时，灯内的气压升高，导致阀2向左移动，也导致阀1向同一方向移动。然而，阀1的行程距离限制比阀2短所以当阀门2仍然可以向左移动时，阀门1将首先关闭（如图8（b）所示）。然后，当灯和泵继续加热时，阀门2最终打开，来自加热干燥剂的水分可以流出而不进入灯（如图8（c）所示）。
我们制作了一个样品，它是一个无源器件，不需要额外的能量消耗。此外，通过拆除加热器和电动阀，它的重量、体积和成本都大大降低。内部空间主要用于放置干燥剂。通过在汽车上测试，如图9所示的结果可以看出，泵的性能与GORE和AML的HMP相似。带泵的灯比不带泵的灯的露点低10度左右。
图9.前照灯露点记录：蓝色为安装冷凝泵，橙色未安装使用干燥剂是一种容易吸收水分和干燥空气的方法。除此之外，我们在日常生活中还可以看到许多其他的方式。其中之一是冰箱或空调。冰箱和空调的干燥原理非常简单：它温度变得非常寒冷，温度低于露点。然后凝结首先发生在某个地方，也就是说那个地方吸收了水分。所以其他地方被“保护”了，不会有冷凝。通过排出冷凝水，空气就干燥了。这种灯也可以像小冰箱一样制造。图10显示了它的原理。并对样品灯进行了测试。将样品灯与普通灯放在气候室同时进行淋雨试验。如图11所示，具有制冷功能的车灯其冷凝比普通灯少得多。证明了灯用冷冻干燥系统在理论上可行。
1）驱动器；2.1）冰箱；2.2）散热器；3）管道；4）泡沫；5）冷凝水；6）外壳；7）透镜
但是，该系统还存在许多问题和不足。一是能耗高、发热量大，需要大的散热片。二是发动机舱内前照灯的热环境条件要求制冷能力应该非常强，以保持冷凝面足够冷（至少比外透镜冷），这就需要更高的能耗和更大的散热片。所有这些因素都会导致汽车灯具的重量、体积和成本过高，难以在汽车灯具中应用。一种简单而可行的解决方案不是在灯具中建立冷却系统，而是利用管道中的现有空调器将车灯与空调连接起来。
预计灯内的冷凝可能会给自动驾驶带来危险，因为它会影响光信号和标记的通信和理解。因此，必须准备一个彻底的解决方案，可以防止或消除任何常见自然条件下的凝结，而且不受天气的限制，这不再只是一个美观的问题。现有的传统通风方案已不能满足未来的要求。有两种方法可以从理论上消除冷凝：减少蒸汽量（水分）和提高温度。可采用干燥剂、制冷和真空原理来降低水分。其中，GORE+AML公司和采用可重复使用的灯具干燥剂制作了智能除湿装置（泵），取得了较好的效果。灯具的制冷干燥系统原理上是可行的，但最好是利用现有的汽车空调器。真空原理和透明的热膜显示出去冷凝的潜力。
