趙準(zhǔn)　王丹丹　趙帥　陳澎

摘 要：汽車(chē)照明安全是汽車(chē)主動(dòng)安全的重要組成部分之一。目前對(duì)汽車(chē)照明的評(píng)價(jià)基本為零部件級(jí)，無(wú)法從整車(chē)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(guó)汽車(chē)產(chǎn)品安全技術(shù)水平的快速發(fā)展，對(duì)整車(chē)級(jí)照明評(píng)價(jià)受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文從整車(chē)燈光性能評(píng)價(jià)的角度，對(duì)其試驗(yàn)方法，從評(píng)價(jià)流程，掃描時(shí)長(zhǎng)，車(chē)輛姿態(tài)，燈具安裝誤差，熱影響等方面分析了整車(chē)燈光評(píng)價(jià)與零部件燈光評(píng)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(chē)級(jí)評(píng)價(jià)更接近車(chē)輛和燈具的實(shí)際使用狀態(tài)，零部件級(jí)評(píng)價(jià)不能取代整車(chē)級(jí)測(cè)試。

關(guān)鍵詞：整車(chē)級(jí)燈光評(píng)價(jià) 零部件級(jí)燈光評(píng)價(jià) 差異比對(duì)

1 引言

根據(jù)中國(guó)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(chē)照明安全是汽車(chē)主動(dòng)安全的重要組成部分之一。

而判斷一輛車(chē)是否擁有良好的照明情況，則需要分析汽車(chē)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(chē)燈具制造廠，是從車(chē)燈零部件級(jí)的角度設(shè)計(jì)生產(chǎn)檢測(cè)汽車(chē)車(chē)燈照明[1]，無(wú)法從整車(chē)級(jí)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(chē)輛姿態(tài)、車(chē)輛安裝誤差、車(chē)輛熱影響等方面對(duì)汽車(chē)照明的影響。因此，分析找出整車(chē)燈光評(píng)價(jià)和零部件燈光評(píng)價(jià)差異，推進(jìn)汽車(chē)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(chē)燈光性能評(píng)價(jià)方法及流程

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

中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心有限公司在國(guó)內(nèi)開(kāi)展新車(chē)性能評(píng)價(jià)（NCAP），也是世界上首個(gè)將汽車(chē)照明評(píng)價(jià)納入C-NCAP評(píng)價(jià)體系的機(jī)構(gòu)。在進(jìn)行C-NCAP整車(chē)燈光評(píng)價(jià)測(cè)試時(shí)，有以下流程：

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

（2）測(cè)試前車(chē)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(chē)輛保持穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）試驗(yàn)前車(chē)輛各項(xiàng)狀態(tài)確認(rèn)，包括整備質(zhì)量，胎壓，電量，車(chē)身高度；同時(shí)還會(huì)進(jìn)行車(chē)輛及前照燈清潔，車(chē)輛參數(shù)測(cè)量（基準(zhǔn)中心、電壓）等準(zhǔn)備工作。整備質(zhì)量，胎壓，車(chē)身高度會(huì)影響車(chē)燈光學(xué)中心的位置，電量會(huì)影響車(chē)燈亮度，而燈具面罩灰塵則會(huì)影響車(chē)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(cè)量更加精確。

（4）將車(chē)輛放置在水平高精度轉(zhuǎn)臺(tái)上，進(jìn)行前照燈光學(xué)中心和安裝參數(shù)的測(cè)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(chē)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(píng)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(guò)車(chē)輛測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合亮度測(cè)試系統(tǒng)以及線性照度測(cè)試系統(tǒng)等配合工作來(lái)完成的，從而獲取汽車(chē)前照燈在空間的光分布，用于后續(xù)數(shù)據(jù)分析。

在測(cè)量過(guò)程中：高精度車(chē)輛轉(zhuǎn)臺(tái)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(guò)一個(gè)固定的照度計(jì)，配合轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(tái)保持一定角度固定，線性照度計(jì)進(jìn)行上下移動(dòng)掃描。

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

測(cè)量狀態(tài)如圖2所示：

3 零部件燈光性能評(píng)價(jià)測(cè)試

零部件燈光性能評(píng)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(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，分別對(duì)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(cè)量，并通過(guò)軟件對(duì)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(cè)整車(chē)燈光性能評(píng)價(jià)時(shí)，一般會(huì)使用零部件燈具在轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。其測(cè)試方法是將燈具樣品使用專(zhuān)用配光夾具按照裝車(chē)狀態(tài)將其固定在測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)上，并且利用激光、直尺等對(duì)準(zhǔn)工具使得燈具的發(fā)光中心位于測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)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(chē)燈光近光燈明暗截止線照準(zhǔn)原理基本類(lèi)似：

（1）使用轉(zhuǎn)臺(tái)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(tái)從下向上移動(dòng)，垂直掃描穿過(guò)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(zhǎng)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(duì)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(cè)試點(diǎn)的光度。

（4）配光轉(zhuǎn)臺(tái)掃描進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集的范圍與整車(chē)級(jí)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(píng)價(jià)測(cè)試主要通過(guò)燈具測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，夾具，照度計(jì)等配合進(jìn)行光學(xué)測(cè)量及評(píng)價(jià)[4]，設(shè)備如圖4所示：

從圖3和圖1的對(duì)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(cè)試時(shí)，缺少了整車(chē)參數(shù)配置的影響因素（例如整備質(zhì)量，胎壓，電量，車(chē)身高度等影響）的過(guò)程。并且在確認(rèn)明暗截止線的時(shí)候，雖然原理類(lèi)似，但是仍有差別。在車(chē)輛整備與測(cè)試上，也存在較大差異。

4 整車(chē)級(jí)和零部件級(jí)評(píng)價(jià)對(duì)比差異

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)流程與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比對(duì)，總結(jié)出整車(chē)燈光性能評(píng)價(jià)相比零部件級(jí)燈光性能評(píng)價(jià)有如下優(yōu)勢(shì)和差異：

（1）采用成像式亮度計(jì)拍照方式，測(cè)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(chē)級(jí)燈光評(píng)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(guò)拍照的方式將燈光在空間的光分布采集下來(lái)，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(jí)燈光評(píng)價(jià)單個(gè)功能掃描時(shí)間很長(zhǎng)，每只燈每個(gè)功能的測(cè)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(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮過(guò)程中，光源輸出會(huì)發(fā)生明顯的衰減及波動(dòng)，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(chē)進(jìn)行燈光測(cè)試，最大限度還原了汽車(chē)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(chē)級(jí)燈光評(píng)價(jià)的燈具安裝在車(chē)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(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。例如，因燈具安裝基準(zhǔn)或安裝過(guò)程中擠壓變形造成的光型偏移會(huì)嚴(yán)重影響截止線照準(zhǔn)及測(cè)試結(jié)果，實(shí)測(cè)中有偏轉(zhuǎn)超過(guò)3°的案例，如圖5所示。

此情況對(duì)于彎道引導(dǎo)距離，左側(cè)行人可見(jiàn)度，彎道照明寬度，眩光性等方面測(cè)試均造成了不同程度的影響，如圖6所示。而零部件燈光評(píng)價(jià)則是將測(cè)試燈具利用夾具安裝在測(cè)量轉(zhuǎn)臺(tái)上，可以人工進(jìn)行調(diào)整，不會(huì)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(tái)調(diào)節(jié)至理想值，與實(shí)際測(cè)量存在偏差。

（3）還原整車(chē)電壓狀況，使燈具的使用更接近實(shí)際狀態(tài)。在測(cè)試電壓方面，整車(chē)級(jí)燈光評(píng)價(jià)的測(cè)試電壓為整車(chē)怠速狀態(tài)下測(cè)得的實(shí)車(chē)電壓，如果是電動(dòng)車(chē)則直接使用車(chē)輛動(dòng)力電池供電。而零部件級(jí)燈光評(píng)價(jià)通常法規(guī)規(guī)定的零部件測(cè)試電壓13.2V。以理論值13.2V與實(shí)測(cè)值14.5V為條件，分別測(cè)量不同電壓下的燈光測(cè)試偏差，其差異如圖7所示：

（4）整車(chē)燈光測(cè)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(chē)級(jí)燈光評(píng)價(jià)中機(jī)艙的散熱情況為真實(shí)情況，而熱量會(huì)影響燈具的光衰減和光學(xué)結(jié)構(gòu)的變形。零部件級(jí)燈光評(píng)價(jià)無(wú)法模擬該因素的影響。而受熱影響下的截止線變化在國(guó)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(duì)應(yīng)-0.57?的10%。因機(jī)艙散熱條件與零部件測(cè)試不同，燈具截止線在測(cè)試過(guò)程中有下降的情況，實(shí)測(cè)中有超過(guò)3mrad的案例。如圖8所示：

（5）整車(chē)上前照燈之外的光源因素，同樣會(huì)影響照明情況，需同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。如在位置燈影響方面，整車(chē)測(cè)試中前位燈打開(kāi)，與實(shí)際行車(chē)狀態(tài)相一致。而零部件級(jí)燈光評(píng)價(jià)通常只測(cè)前照燈，如涉及到貫穿燈或者較為復(fù)雜的互存燈時(shí)無(wú)法同時(shí)進(jìn)行測(cè)試。

（6）整車(chē)燈光評(píng)價(jià)的明暗截止線位置更接近實(shí)際狀態(tài)。整車(chē)燈光測(cè)試的初始明暗截止線位置，是根據(jù)三坐標(biāo)測(cè)量的燈具光學(xué)中心的位置計(jì)算而來(lái)，其拐點(diǎn)位置正對(duì)燈具光學(xué)中心位置。而零部件燈光通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)需將燈具光學(xué)中心與標(biāo)準(zhǔn)明暗截止線手動(dòng)目視對(duì)準(zhǔn)，精確度相比整車(chē)燈光測(cè)試要差。

（7）整車(chē)燈光測(cè)試時(shí)在實(shí)車(chē)狀態(tài)下調(diào)節(jié)明暗截止線位置，通過(guò)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(cè)試時(shí)，可以使用轉(zhuǎn)臺(tái)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(wú)法與實(shí)際使用狀態(tài)匹配。

5 評(píng)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(chē)級(jí)與零部件級(jí)燈光的對(duì)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(zhǎng)導(dǎo)致光源產(chǎn)生光衰，影響光源發(fā)光強(qiáng)度；測(cè)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(huì)導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度不同，影響照明結(jié)果。但對(duì)遠(yuǎn)近光光型及位置不會(huì)產(chǎn)生較大影響。

（2）懸架姿態(tài)以及配重使車(chē)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(huì)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(huì)直接影響燈具照明的結(jié)果，明暗截止線較高會(huì)產(chǎn)生眩光，明暗截止線較低會(huì)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(guò)目視照準(zhǔn)與機(jī)械照準(zhǔn)對(duì)明暗截止線影響的比對(duì)，得出以下數(shù)據(jù)，如圖10所示。

通過(guò)以上分析我們可得知，整車(chē)級(jí)評(píng)價(jià)更接近車(chē)輛和燈具的實(shí)際使用狀態(tài)，更加體現(xiàn)出整車(chē)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(chē)級(jí)燈光評(píng)價(jià)與零部件級(jí)燈光評(píng)價(jià)的差異，從掃描時(shí)長(zhǎng)，車(chē)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(chē)級(jí)環(huán)境因素對(duì)于燈光評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，得出了整車(chē)級(jí)評(píng)價(jià)更接近車(chē)輛和燈具的實(shí)際使用狀態(tài)，零部件級(jí)評(píng)價(jià)不能取代整車(chē)級(jí)測(cè)試的結(jié)果。企業(yè)可通過(guò)以下方式減少零部件級(jí)評(píng)價(jià)與整車(chē)級(jí)評(píng)價(jià)之間的差異：

（1）零部件燈具測(cè)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(tái)直接調(diào)節(jié)至理論值。

（2）完善汽車(chē)設(shè)計(jì)公差規(guī)范（DTS），加強(qiáng)車(chē)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(wú)法調(diào)節(jié)到理論值的情況。

（5）弱化位置燈帶來(lái)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(chē)燈設(shè)計(jì)仍然是在零部件級(jí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的設(shè)計(jì)，但是隨著車(chē)燈技術(shù)的不斷推進(jìn)，模擬技術(shù)的不斷提升以及整車(chē)燈光測(cè)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(guò)程中考慮整車(chē)環(huán)境因素對(duì)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。

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