前照燈性能評價(jià)整車級及零部件級測試差異分析

趙準(zhǔn)　王丹丹　趙帥　陳澎

摘 要：汽車照明安全是汽車主動安全的重要組成部分之一。目前對汽車照明的評價(jià)基本為零部件級，無法從整車的角度分析前照燈的照射距離、照射寬度、眩光性等指標(biāo)。隨著中國汽車產(chǎn)品安全技術(shù)水平的快速發(fā)展，對整車級照明評價(jià)受到越來越多的關(guān)注。本文從整車燈光性能評價(jià)的角度，對其試驗(yàn)方法，從評價(jià)流程，掃描時(shí)長，車輛姿態(tài)，燈具安裝誤差，熱影響等方面分析了整車燈光評價(jià)與零部件燈光評價(jià)的差異，并進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，從而得出結(jié)論，整車級評價(jià)更接近車輛和燈具的實(shí)際使用狀態(tài)，零部件級評價(jià)不能取代整車級測試。

關(guān)鍵詞：整車級燈光評價(jià) 零部件級燈光評價(jià) 差異比對

1 引言

根據(jù)中國交通事故深入研究數(shù)據(jù)顯示，照明不佳導(dǎo)致的交通事故率占比達(dá)到37.85%，而照明不佳引起的致死事故，占比達(dá)到了將近一半。由此可以看出，汽車照明安全是汽車主動安全的重要組成部分之一。

而判斷一輛車是否擁有良好的照明情況，則需要分析汽車前照燈的照射距離、照射寬度、眩光性等指標(biāo)是否達(dá)到良好狀態(tài)。但是目前大部分汽車燈具制造廠，是從車燈零部件級的角度設(shè)計(jì)生產(chǎn)檢測汽車車燈照明[1]，無法從整車級的角度分析近光和遠(yuǎn)光的照射距離、照射寬度、眩光性等指標(biāo)[2]，忽略了車輛姿態(tài)、車輛安裝誤差、車輛熱影響等方面對汽車照明的影響。因此，分析找出整車燈光評價(jià)和零部件燈光評價(jià)差異，推進(jìn)汽車燈具在研發(fā)設(shè)計(jì)階段滿足駕駛員實(shí)際使用需求，成為目前的重點(diǎn)工作之一。

2 整車燈光性能評價(jià)方法及流程

整車燈光性能評價(jià)是在整車狀態(tài)下在試驗(yàn)室分別對汽車前照燈遠(yuǎn)光和近光功能進(jìn)行光學(xué)測量，并根據(jù)燈具在車輛上的安裝參數(shù)（一般指安裝間距、安裝高度等），對前照燈遠(yuǎn)近光在道路上的分布進(jìn)行分析，評價(jià)其在駕駛狀態(tài)下對道路照明的充分程度、對障礙物和行人的發(fā)現(xiàn)能力、以及對對方駕駛員的眩光程度等性能進(jìn)行綜合評價(jià)的方法。

中國汽車技術(shù)研究中心有限公司在國內(nèi)開展新車性能評價(jià)（NCAP），也是世界上首個(gè)將汽車照明評價(jià)納入C-NCAP評價(jià)體系的機(jī)構(gòu)。在進(jìn)行C-NCAP整車燈光評價(jià)測試時(shí)，有以下流程：

（1）車輛在測試前需要進(jìn)行不小于1000km的行駛磨合，使車輛在測試過程中更加接近實(shí)際車輛的正常使用狀態(tài)。

（2）測試前車輛需要在環(huán)境溫度23℃±5℃的條件下停放不少于8h，為了使車輛保持穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）試驗(yàn)前車輛各項(xiàng)狀態(tài)確認(rèn)，包括整備質(zhì)量，胎壓，電量，車身高度；同時(shí)還會進(jìn)行車輛及前照燈清潔，車輛參數(shù)測量（基準(zhǔn)中心、電壓）等準(zhǔn)備工作。整備質(zhì)量，胎壓，車身高度會影響車燈光學(xué)中心的位置，電量會影響車燈亮度，而燈具面罩灰塵則會影響車燈的光學(xué)分布，因此以上操縱步驟可使得燈具光學(xué)特性測量更加精確。

（4）將車輛放置在水平高精度轉(zhuǎn)臺上，進(jìn)行前照燈光學(xué)中心和安裝參數(shù)的測量，用于確定屏幕基準(zhǔn)及光束照準(zhǔn)，之后進(jìn)行近光燈明暗截止線照準(zhǔn)。隨后點(diǎn)亮車輛前照燈達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并完成光學(xué)數(shù)據(jù)采集，最后利用插值法，投影計(jì)算等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，完成道路評價(jià)指標(biāo)分析，如圖1所示。

其中，光學(xué)數(shù)據(jù)的采集是通過車輛測試轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動結(jié)合亮度測試系統(tǒng)以及線性照度測試系統(tǒng)等配合工作來完成的，從而獲取汽車前照燈在空間的光分布，用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析。

在測量過程中：高精度車輛轉(zhuǎn)臺可承受3.5t的設(shè)計(jì)重量，并能夠在精度為0.01°以上的范圍內(nèi)進(jìn)行左右旋轉(zhuǎn)，通過一個(gè)固定的照度計(jì)，配合轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動進(jìn)行燈具H方向的光學(xué)特性數(shù)據(jù)采集；而在采集燈具V方向及眩光部分光學(xué)特性時(shí)，轉(zhuǎn)臺保持一定角度固定，線性照度計(jì)進(jìn)行上下移動掃描。

（5）利用燈具基準(zhǔn)中心測定裝置通過圖像處理以及光學(xué)加權(quán)計(jì)算的方式測得燈具光學(xué)中心位置，以此來確定近光明暗截止線HV點(diǎn)投影在屏幕上的位置。

測量狀態(tài)如圖2所示：

3 零部件燈光性能評價(jià)測試

零部件燈光性能評價(jià)是將燈具零部件在一個(gè)光學(xué)暗室中點(diǎn)亮，使用一個(gè)精密測試轉(zhuǎn)臺，分別對前照燈遠(yuǎn)光和近光功能在空間中的光學(xué)分布進(jìn)行測量，并通過軟件對其在道路上的照明性能進(jìn)行分析的一種方法。

目前大部分燈具零部件供應(yīng)商，在自測整車燈光性能評價(jià)時(shí)，一般會使用零部件燈具在轉(zhuǎn)臺上進(jìn)行測試。其測試方法是將燈具樣品使用專用配光夾具按照裝車狀態(tài)將其固定在測試轉(zhuǎn)臺上，并且利用激光、直尺等對準(zhǔn)工具使得燈具的發(fā)光中心位于測試轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)中心上[3]。之后進(jìn)行近光燈明暗截止線照準(zhǔn)。其方法與整車燈光近光燈明暗截止線照準(zhǔn)原理基本類似：

（1）使用轉(zhuǎn)臺將近光明暗截止線與25m屏幕標(biāo)準(zhǔn)明暗截止線位置進(jìn)行目視照準(zhǔn)，之后轉(zhuǎn)臺從下向上移動，垂直掃描穿過位于V-V線左側(cè)2.5°的截止線水平部分。掃描范圍位上下2°，掃描步長不大于0.01°。確定最大梯度拐點(diǎn)，并將其位于制造商定義的近光燈初始照準(zhǔn)位置。

（2）垂直照準(zhǔn)后，從左5°到右5°，對位于0.2°D的水平線進(jìn)行掃描并確定最大梯度，在0.2°D線上找到的梯度拐點(diǎn)應(yīng)位于V-V線右側(cè)0.5°線上。

（3）近光明暗截止線照準(zhǔn)后，進(jìn)行光度穩(wěn)定，當(dāng)光度變化值在任一15min內(nèi)小于3%時(shí)，認(rèn)為其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，記錄測試點(diǎn)的光度。

（4）配光轉(zhuǎn)臺掃描進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集的范圍與整車級掃面范圍一致，而后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如圖3所示：

零部件燈光評價(jià)測試主要通過燈具測試轉(zhuǎn)臺，夾具，照度計(jì)等配合進(jìn)行光學(xué)測量及評價(jià)[4]，設(shè)備如圖4所示：

從圖3和圖1的對比中，我們可以發(fā)現(xiàn)使用零部件燈光進(jìn)行燈光性能測試時(shí)，缺少了整車參數(shù)配置的影響因素（例如整備質(zhì)量，胎壓，電量，車身高度等影響）的過程。并且在確認(rèn)明暗截止線的時(shí)候，雖然原理類似，但是仍有差別。在車輛整備與測試上，也存在較大差異。

4 整車級和零部件級評價(jià)對比差異

經(jīng)過多次試驗(yàn)流程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比對，總結(jié)出整車燈光性能評價(jià)相比零部件級燈光性能評價(jià)有如下優(yōu)勢和差異：

（1）采用成像式亮度計(jì)拍照方式，測量結(jié)果在時(shí)間相關(guān)性方面更加接近真實(shí)狀態(tài)。整車級燈光評價(jià)采集數(shù)據(jù)使用成像式亮度計(jì)在很短時(shí)間（約2min）內(nèi)通過拍照的方式將燈光在空間的光分布采集下來，為達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后的瞬時(shí)狀態(tài)，各數(shù)據(jù)點(diǎn)基本未同一時(shí)間的不同空間點(diǎn)的數(shù)據(jù)分布，接近實(shí)際使用狀態(tài)。而零部件級燈光評價(jià)單個(gè)功能掃描時(shí)間很長，每只燈每個(gè)功能的測量時(shí)間根據(jù)設(shè)備的差異，大約需要1-2h，由于燈具在長時(shí)間點(diǎn)亮過程中，光源輸出會發(fā)生明顯的衰減及波動，從而導(dǎo)致掃描采集的數(shù)據(jù)在不同空間位置上的時(shí)間是不同的，與實(shí)際狀態(tài)有偏差。

（2）使用整車進(jìn)行燈光測試，最大限度還原了汽車燈具在交付用戶手中時(shí)的安裝狀態(tài)。在燈具裝配基準(zhǔn)誤差方面，整車級燈光評價(jià)的燈具安裝在車輛后的光學(xué)中心位置偏移、光軸偏移、燈具擠壓變形都為實(shí)際狀態(tài)，均會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。例如，因燈具安裝基準(zhǔn)或安裝過程中擠壓變形造成的光型偏移會嚴(yán)重影響截止線照準(zhǔn)及測試結(jié)果，實(shí)測中有偏轉(zhuǎn)超過3°的案例，如圖5所示。

此情況對于彎道引導(dǎo)距離，左側(cè)行人可見度，彎道照明寬度，眩光性等方面測試均造成了不同程度的影響，如圖6所示。而零部件燈光評價(jià)則是將測試燈具利用夾具安裝在測量轉(zhuǎn)臺上，可以人工進(jìn)行調(diào)整，不會出現(xiàn)左傾或者右傾的情況。從第二節(jié)明暗截止線的調(diào)節(jié)也可以看出，用于計(jì)算道路分布的燈具安裝參數(shù)可以使用轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)至理想值，與實(shí)際測量存在偏差。

（3）還原整車電壓狀況，使燈具的使用更接近實(shí)際狀態(tài)。在測試電壓方面，整車級燈光評價(jià)的測試電壓為整車怠速狀態(tài)下測得的實(shí)車電壓，如果是電動車則直接使用車輛動力電池供電。而零部件級燈光評價(jià)通常法規(guī)規(guī)定的零部件測試電壓13.2V。以理論值13.2V與實(shí)測值14.5V為條件，分別測量不同電壓下的燈光測試偏差，其差異如圖7所示：

（4）整車燈光測試可以很好的還原燈具在使用時(shí)受到的機(jī)艙內(nèi)影響因素，例如在受熱影響方面，整車級燈光評價(jià)中機(jī)艙的散熱情況為真實(shí)情況，而熱量會影響燈具的光衰減和光學(xué)結(jié)構(gòu)的變形。零部件級燈光評價(jià)無法模擬該因素的影響。而受熱影響下的截止線變化在國家標(biāo)準(zhǔn)中也有提及，試驗(yàn)要求配光性能穩(wěn)定性試驗(yàn)后的△r≦1 mrad[5]，而GB 4785附錄D中為2mrad。1 mrad約0.057?，即1%名義截止線位置對應(yīng)-0.57?的10%。因機(jī)艙散熱條件與零部件測試不同，燈具截止線在測試過程中有下降的情況，實(shí)測中有超過3mrad的案例。如圖8所示：

（5）整車上前照燈之外的光源因素，同樣會影響照明情況，需同時(shí)進(jìn)行測量。如在位置燈影響方面，整車測試中前位燈打開，與實(shí)際行車狀態(tài)相一致。而零部件級燈光評價(jià)通常只測前照燈，如涉及到貫穿燈或者較為復(fù)雜的互存燈時(shí)無法同時(shí)進(jìn)行測試。

（6）整車燈光評價(jià)的明暗截止線位置更接近實(shí)際狀態(tài)。整車燈光測試的初始明暗截止線位置，是根據(jù)三坐標(biāo)測量的燈具光學(xué)中心的位置計(jì)算而來，其拐點(diǎn)位置正對燈具光學(xué)中心位置。而零部件燈光通過轉(zhuǎn)臺進(jìn)行測試，測試時(shí)需將燈具光學(xué)中心與標(biāo)準(zhǔn)明暗截止線手動目視對準(zhǔn)，精確度相比整車燈光測試要差。

（7）整車燈光測試時(shí)在實(shí)車狀態(tài)下調(diào)節(jié)明暗截止線位置，通過燈具本身的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并體現(xiàn)了燈具本身的調(diào)節(jié)誤差，與實(shí)際使用狀態(tài)相符。零部件燈光測試時(shí)，可以使用轉(zhuǎn)臺直接將明暗截止線調(diào)整至制造商定義的理論明暗截止線位置，無法與實(shí)際使用狀態(tài)匹配。

5 評價(jià)影響因素及差異結(jié)果分析

利用歸納推理法進(jìn)行整車級與零部件級燈光的對比分析，發(fā)現(xiàn)影響最終照明性能的有以下兩個(gè)方面：

（1）掃描時(shí)長導(dǎo)致光源產(chǎn)生光衰，影響光源發(fā)光強(qiáng)度；測試電壓不同影響光源發(fā)光功率，導(dǎo)致不同電壓發(fā)光強(qiáng)度不同；部分位置燈光強(qiáng)疊加，同樣影響遠(yuǎn)近光照明發(fā)光強(qiáng)度。綜上所述，這些因素最終會導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度不同，影響照明結(jié)果。但對遠(yuǎn)近光光型及位置不會產(chǎn)生較大影響。

（2）懸架姿態(tài)以及配重使車身狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)偏離，從而影響燈具光學(xué)中心位置，進(jìn)而影響明暗截止線位置。燈具裝配誤差會使燈具光軸偏移，機(jī)艙熱影響使得光學(xué)機(jī)構(gòu)的支架等受熱膨脹，從而影響光學(xué)模塊位置偏移，影響明暗截止線位置。明暗截止線位置會直接影響燈具照明的結(jié)果，明暗截止線較高會產(chǎn)生眩光，明暗截止線較低會影響直道引導(dǎo)距離，彎道引導(dǎo)距離等，直接影響照明效果。

以上兩種因素分析結(jié)果如圖9所示。

我們通過目視照準(zhǔn)與機(jī)械照準(zhǔn)對明暗截止線影響的比對，得出以下數(shù)據(jù)，如圖10所示。

通過以上分析我們可得知，整車級評價(jià)更接近車輛和燈具的實(shí)際使用狀態(tài)，更加體現(xiàn)出整車環(huán)境下燈具的明暗截止線位置以及照明情況，最大化還原用戶使用燈光時(shí)的狀態(tài)。在此狀態(tài)下進(jìn)行照明優(yōu)化和改進(jìn)，有利于推進(jìn)燈具照明朝著更加安全的方向發(fā)展。

6 總結(jié)與展望

本文論述了整車級燈光評價(jià)與零部件級燈光評價(jià)的差異，從掃描時(shí)長，車輛姿態(tài)，燈具安裝誤差，機(jī)艙熱影響等方面，驗(yàn)證了整車級環(huán)境因素對于燈光評價(jià)結(jié)果的影響，得出了整車級評價(jià)更接近車輛和燈具的實(shí)際使用狀態(tài)，零部件級評價(jià)不能取代整車級測試的結(jié)果。企業(yè)可通過以下方式減少零部件級評價(jià)與整車級評價(jià)之間的差異：

（1）零部件燈具測試時(shí)使用燈具自身的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行明暗截止線位置調(diào)節(jié)，避免使用轉(zhuǎn)臺直接調(diào)節(jié)至理論值。

（2）完善汽車設(shè)計(jì)公差規(guī)范（DTS），加強(qiáng)車燈安裝定位體系設(shè)計(jì)，保證燈具實(shí)際安裝位置與理論值不出現(xiàn)較大偏差。

（3）增加燈具散熱性能，如增加風(fēng)扇，增加透氣裝置等。

（4）完善燈具調(diào)光機(jī)構(gòu)，使用耐熱性較好的材料，并細(xì)化調(diào)節(jié)范圍及調(diào)節(jié)精度，避免出現(xiàn)調(diào)光機(jī)構(gòu)受熱膨脹或無法調(diào)節(jié)到理論值的情況。

（5）弱化位置燈帶來的眩光影響，避免出現(xiàn)位置燈大面積堆疊的情況。

雖然當(dāng)前的車燈設(shè)計(jì)仍然是在零部件級的基礎(chǔ)上進(jìn)行的設(shè)計(jì)，但是隨著車燈技術(shù)的不斷推進(jìn)，模擬技術(shù)的不斷提升以及整車燈光測試規(guī)程的不斷完善，需要企業(yè)在燈具零部件設(shè)計(jì)過程中考慮整車環(huán)境因素對于燈具的影響，從而在設(shè)計(jì)階段使燈具的研發(fā)趨于滿足駕駛員實(shí)際使用需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]覃桂林.試論汽車前照燈配光性能的測試方法[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019（10）：145-146.DOI：10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.050.

[2]徐濤，郭揚(yáng).基于C-NCAP的汽車前照燈光學(xué)性能研究[A].重慶汽車工程學(xué)會.重慶汽車工程學(xué)會2021年論文匯編[C].：重慶汽車工程學(xué)會，2021：40-45．

[3]閆萬釗，劉倩軍，林繼梁，張琳祎，聶康達(dá)，馬彪. 各國汽車前照燈測試方法研究[C]//.Proceedings of the 16th International Forum of Automotive Traffic Safety（INFATS 2019）.[出版者不詳]，2019：76-81.DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.015464．

[4]雷葉琴.汽車前照燈配光測試方法探討[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2011（10）：36-38.

[5]GB 25991 汽車用LED前照燈.