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        汽車牌照燈產(chǎn)品的配光設(shè)計與測量

        2021-07-29 07:12:04徐興榮邢志剛
        汽車零部件 2021年7期
        關(guān)鍵詞:標準設(shè)計

        徐興榮,邢志剛

        (江蘇文光車輛附件有限公司,江蘇丹陽 212325)

        0 引言

        隨著國內(nèi)各主機廠家,特別是客車等商用車廠家對產(chǎn)品標準符合性的把控越來越嚴,其生產(chǎn)車型所使用的牌照燈[1-3]是否滿足相關(guān)標準要求,是一個咨詢較為頻繁的問題。目前,牌照燈所對應(yīng)的國家標準GB 18408—2015《汽車及掛車后牌照板照明裝置配光性能》是對“后牌照板”及其“照明裝置”整個系統(tǒng)的要求,而不是對單獨的某個牌照燈的要求,而我國許多的商用車企業(yè),往往會隨便借用一款已經(jīng)認證、具有認證標志的牌照燈產(chǎn)品,按自己的需求裝配到車輛上,就認為其符合產(chǎn)品標準要求,是為合格的后牌照板照明裝置。

        本文作者將簡單介紹一些安裝、配光方面的標準要求,以及牌照燈產(chǎn)品設(shè)計重點、測試和判定方面的知識。

        1 牌照板及牌照燈安裝方面的要求

        因為每個國家和地區(qū)的要求不同,以及牌照板運用需求的不同,接觸的牌照板,會體現(xiàn)出不同的空間尺寸和形式狀態(tài);同時,因為各廠家的后牌照板區(qū)域造型和定義不同,牌照燈的安裝位置和格式也有所不同,在牌照燈的選用和設(shè)計方面,應(yīng)作為一個整體進行考慮。

        1.1 不同的后牌照板空間

        根據(jù)不同車輛需求,GB 18048—2015[1]里提到了3種不同規(guī)格牌照板:

        A、440 mm×140 mm(1類)

        B、440 mm×220 mm(2類)

        C、300 mm×165 mm(3類)

        然而,不同的國家和地區(qū),其使用的牌照板規(guī)格也不盡相同,例如,ECE R4[4]標準里規(guī)定的3種不同規(guī)格牌照板,其尺寸就與GB 18048—2015不同:

        A、340 mm×240 mm(1a類,tall)

        B、520 mm×120 mm(1b類,wide)

        C、240 mm×165 mm

        同樣,在印度標準AIS 012[5]里,規(guī)定了兩種不同規(guī)格的牌照板:

        A、340 mm×200 mm

        B、500 mm×120 mm

        在美國標準SAE J587 Revised ARP97[6],又規(guī)定了兩種不同規(guī)格的牌照板:

        A、300 mm×150 mm

        B、175 mm×100 mm

        1.2 牌照燈安裝位置及照明要求

        在牌照燈安裝方面,一般有兩種形式:(1)在牌照板的上方裝配,燈具向下照射;(2)牌照板的兩端裝配,燈具向內(nèi)照射,如圖1所示。

        圖1 常見牌照燈安裝方式示意

        然而對于以上所涉及的標準中,都規(guī)定了如下相同的要求:

        (1)裝置的安裝應(yīng)使照明區(qū)域任意位置上的光入射角[7]不大于82°,入射角從照明裝置至距離牌照板最遠的極端位置進行測量。若照明裝置多于一個,則該條僅適用于由相關(guān)裝置照明的那一部分。

        (2)任一測量點的光亮度B應(yīng)不小于2.5 cd/m2。

        (3)照明區(qū)域的光亮度應(yīng)均勻,任意兩個測量點的光亮度還需滿足下述要求:

        |(B1-B2)|/(L1-2)≤2B0

        式中:B1、B2分別為任意兩個測量點的光亮度,cd/m2;

        L1-2為B1與B2之間的距離,cm;

        B0為諸測量點中的最小光亮度,cd/m2。

        對于牌照板照明亮度及均勻性的檢測,各測試標準,一般以一定的分布間距,選取了部分測點用于判斷和計算,以GB 18048—2015中1類牌照板為例,則規(guī)定了P1—P12共12個測試點,其1類牌照板及測試點分布如圖2所示。

        圖2 GB 18048—2015標準規(guī)范的1類牌照板及其測試點

        2 牌照燈配光設(shè)計及校核

        牌照燈的配光設(shè)計一般包括兩個部分,一個是按照標準要求,校核牌照板的最大入射角,檢驗其是否滿足標準要求(不大于82°),一個是配光設(shè)計,使牌照板接收的光纜亮度足夠,并滿足均勻性要求(梯度不大于2B0)。

        2.1 空間位置要求模擬分析

        后牌照板照明空間與使用的牌照燈,是一個整體的照明系統(tǒng),需要統(tǒng)一起來進行分析,來確認牌照燈選用和安裝的正確性,而不能單獨地對牌照燈進行判定,直接判定其是否滿足標準要求。

        首先,必須驗證一下牌照燈裝配位置與后牌照板照明空間的關(guān)系,是否滿足最大光入射角不大于82°的要求,如圖3所示,牌照板為國標1類牌照板,空間大小為440 mm×140 mm,使用W5W燈泡[8],燈罩材料透明PMMA,燈殼材料不反射,兩只牌照燈同向安裝在牌照板空間的前上方,因考慮與ECE標準1b類牌照板通用的需求,安裝中心矩定義為260 mm。經(jīng)測量,牌照燈安裝位置的最大光入射角為80.65°(空間判定,牌照板下邊緣中心點相對于單側(cè)燈具的入射角最大),滿足標準不大于82°的要求。

        圖3 牌照燈及牌照板位置的布置

        2.2 牌照燈的配光設(shè)計

        牌照板照明所需要的光通量并不是太高,如果為燈泡,一般使用R5W、T4W、W5W、W3W、C5W等小功率光源;如果為LED,其總光通量為30 lm以上即可。在設(shè)計舉例中,每只牌照燈使用一只W5W燈泡光源。

        設(shè)計舉例中,牌照燈后殼為黑色,不起反射作用;燈罩為無色透明的PMMA,設(shè)計有散射花紋,使燈泡發(fā)出的光,盡量集中并均勻地照射在參考的牌照板相應(yīng)位置上。

        在配光設(shè)計時,一般需考慮兩個問題:(1)燈具周邊吸收光的區(qū)域,不要遮擋燈光對牌照板上方左右角的照射;(2)使燈光盡量均勻,避免燈具附近很亮,而偏遠區(qū)域很暗的現(xiàn)象。

        如果因為車輛造型要求,車輛只用一只較短的牌照燈,或者兩只牌照燈安裝位置(中心距)較近時,需要設(shè)計特殊的配光結(jié)構(gòu),將牌照板上方左右角照亮,如圖4所示[9]。

        圖4 一種增加牌照燈左右擴散角的配光設(shè)計結(jié)構(gòu)

        2.3 牌照燈配光模擬分析

        在配光設(shè)計數(shù)據(jù)完成后,需要進行配光模擬分析。在配光分析軟件 LUCIDSHAPE里,具有專門為牌照板配光分析設(shè)置的屏幕設(shè)定,將數(shù)據(jù)按照與牌照板中心相對位置調(diào)入后,分別設(shè)定其反射率、折射率和透過率等參數(shù),并調(diào)取分析用的牌照板進行分析,其模擬結(jié)果如圖5所示。

        圖5 某后牌照板空間接收燈光的照度分布

        從以上模擬結(jié)果可見,牌照板在光源附近的上邊緣區(qū)域亮度較高,在其下邊緣區(qū)域亮度較低,成梯度性下降;牌照板上邊緣兩牌照燈交界處,因牌照燈黑色殼體的遮擋,亮度相對最低。以上圖片表現(xiàn),與實際裝車狀況照片較為吻合。

        調(diào)用軟件內(nèi)置的模擬測點報告程序,生成模擬報告如圖6所示。圖6中顯示,所有測點亮度都大于2.5 cd/m2,點P10亮度最低,為B0值;各測試點進行梯度比照,P2和P3之間為最大梯度,不大于B0值的2倍,判定合格。

        圖6 某后牌照板空間接收燈光的模擬報告

        3 牌照燈認證資料的提供

        牌照燈及后牌照板照明裝置需要根據(jù)相關(guān)標準進行認證,一般在牌照燈上獨立進行。在產(chǎn)品認證之前,除了須提供足夠的樣品之外,還需準備相關(guān)的文件資料,一般包括產(chǎn)品相關(guān)信息表、產(chǎn)品簡易裝車示意圖等,如果有可能,應(yīng)盡量提供裝燈的工裝,以便模擬產(chǎn)品實際的裝車狀態(tài)。

        如圖7所示,尺寸E和F表明了所對應(yīng)牌照板的尺寸;尺寸A是燈具對稱于牌照板中心的安裝中心距;尺寸B和尺寸C,是燈具相對于牌照板的相對安裝位置,角度D,是燈罩表面相對于牌照板的安裝角度。以上尺寸缺一不可,否則無法明確定義牌照燈與牌照板的相對位置,難以判斷該后牌照板照明裝置合格與否。

        圖7 后牌照燈安裝位置、角度示意圖

        4 牌照燈測試及判斷

        牌照燈在認證之前,企業(yè)也應(yīng)該做自我測試,其測試及判斷方式一般如圖8和圖9所示。

        圖8 牌照燈測試工裝及測試設(shè)備

        圖9 牌照燈測試結(jié)果及判斷

        如圖8所示,測試設(shè)備包括穩(wěn)壓電源、亮度探頭及讀數(shù)設(shè)備、具有標準測試孔位的支架及漫反射牌照板、模擬裝車位置的燈具測試工裝等。在暗室里測試,記錄點P1—P12的讀數(shù),填入預(yù)先編制好的表格中,如圖9所示。

        從圖9可以看出,所有測點值都大于2.5 cd/m2,點P9亮度最低,為測試的B0值;在表格中相鄰測點進行比照,P5和P10之間為最大梯度,不大于B0值的2倍,判定合格。

        5 結(jié)束語

        根據(jù)牌照板照明裝置的配光是否滿足標準要求,與兩個方面有關(guān):(1)燈具的裝配位置是否考慮了標準的要求,其安裝位置、裝配角度定義是否合理,符合標準要求,并進行了數(shù)據(jù)校核;(2)牌照燈設(shè)計是否考慮了對應(yīng)牌照板的要求,將光線作了合理的配光設(shè)計處理,使牌照板接收光線亮度足夠,并且分布較為均勻。

        牌照燈的認證和檢驗,也需要對以上兩方面進行檢查和試驗,需要提供明確的裝配位置示意圖紙,最好能夠制作實際的試驗檢測工裝,通過試驗測定和數(shù)據(jù)計算,判斷產(chǎn)品是否合格,滿足相關(guān)標準要求。

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