李 鋼 張憲忠 紀(jì)迎平 方素香
(天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所 天津 300072)
中歐機(jī)動(dòng)車照明和光信號(hào)裝置檢驗(yàn)試驗(yàn)條件的研究
李鋼張憲忠紀(jì)迎平方素香
(天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所天津300072)
機(jī)動(dòng)車照明和光信號(hào)裝置檢驗(yàn)試驗(yàn)條件對(duì)于燈光檢驗(yàn)非常重要,試驗(yàn)條件不滿足要求很有可能引起檢驗(yàn)結(jié)果的誤判。因此,國(guó)內(nèi)和歐洲對(duì)此都有非常嚴(yán)格的要求。分別對(duì)這些要求進(jìn)行詳細(xì)的介紹和比較,并給出了國(guó)內(nèi)參照歐洲的要求制定相應(yīng)的機(jī)動(dòng)車燈光檢驗(yàn)試驗(yàn)條件標(biāo)準(zhǔn)的建議。
機(jī)動(dòng)車 照明和光信號(hào)裝置檢驗(yàn) 試驗(yàn)條件
燈具是機(jī)動(dòng)車上的重要安全部件,對(duì)夜間和光線不好時(shí)駕駛員和其他道路使用者的安全至關(guān)重要,因此世界各主要的機(jī)動(dòng)車生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)家(地區(qū))對(duì)機(jī)動(dòng)車上的各種照明和光信號(hào)裝置的性能要求非常全面和嚴(yán)格。聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(ECE)在其發(fā)布的135項(xiàng)各類機(jī)動(dòng)車安全性能法規(guī)中有超過(guò)1/4的項(xiàng)目都是對(duì)燈具性能的要求;我國(guó)的機(jī)動(dòng)車燈光標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容上大多采用的是歐洲的ECE法規(guī),經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展已經(jīng)形成比較完善的燈光標(biāo)準(zhǔn)體系。在這些標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)中,機(jī)動(dòng)車燈具檢驗(yàn)試驗(yàn)條件的要求都是非常重要的,因?yàn)闊艄庠囼?yàn)需要非常精準(zhǔn)的試驗(yàn)條件,試驗(yàn)條件不滿足要求會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果,從而導(dǎo)致誤判的發(fā)生。我國(guó)雖然在機(jī)動(dòng)車燈具要求的技術(shù)內(nèi)容上參照的是歐洲法規(guī),但在具體的試驗(yàn)條件上并不與其完全一致。
我國(guó)機(jī)動(dòng)車燈具的試驗(yàn)條件要求主要在機(jī)動(dòng)車燈光國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(主要是GB4599-2007《汽車用燈絲燈泡前照燈》)和中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)(CNAS)編制的 CNAS-CL13《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在汽車和摩托車檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明》中[1-2]。聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)對(duì)燈光實(shí)驗(yàn)室的要求主要在國(guó)際汽車照明及光信號(hào)裝置專家組(GTB)光學(xué)工作組制定的《燈光實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度導(dǎo)則》(《Photometry Laboratory Accuracy Guidelines》)中提出[3]。下面針對(duì)中歐在燈光檢驗(yàn)方面的具體試驗(yàn)條件進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1.1國(guó)標(biāo)
試驗(yàn)暗室應(yīng)無(wú)漏光,其環(huán)境條件不影響光束的透射性能和儀器精確度。
1.2CNAS-CL13
汽車和摩托車照明及信號(hào)裝置配光性能測(cè)試暗室的環(huán)境條件應(yīng)符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定;燈光測(cè)試暗室內(nèi)應(yīng)有良好的封閉防塵措施;在光度測(cè)試的整個(gè)區(qū)域內(nèi)應(yīng)無(wú)人體可感受的明顯氣流擾動(dòng);測(cè)量設(shè)備及傳感器所在區(qū)域的溫度應(yīng)控制在(23±5)℃,傳感器配備恒溫控制(或補(bǔ)償)裝置除外;相對(duì)濕度不高于80%;應(yīng)有相應(yīng)的措施確保各光度計(jì)探頭不受來(lái)自試驗(yàn)室墻壁、地面或其內(nèi)物體的反射光的影響。
1.3GTB導(dǎo)則
應(yīng)控制實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境變化,以使其對(duì)光度測(cè)量的影響最小。溫度和濕度會(huì)對(duì)電子設(shè)備及光度測(cè)量設(shè)備產(chǎn)生影響,除非測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)已經(jīng)將這些環(huán)境參數(shù)進(jìn)行修正,光度測(cè)試實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有比較穩(wěn)定的溫度和濕度,以盡量減小其對(duì)設(shè)備的影響。室內(nèi)溫度偏差應(yīng)控制在±5℃以內(nèi),最大相對(duì)濕度應(yīng)控制在80%以內(nèi)。過(guò)大的溫度偏差或空氣流動(dòng)可能使20 m測(cè)試距離以外的發(fā)光強(qiáng)度測(cè)量不穩(wěn)定。在封閉的長(zhǎng)測(cè)試通道中進(jìn)行光度測(cè)量時(shí),通道內(nèi)的溫度應(yīng)該保持一致。
2.1國(guó)標(biāo)
1)前照燈照度:配光性能應(yīng)在距離前照燈基準(zhǔn)中心前25 m的屏幕上測(cè)量。
2)光信號(hào)裝置發(fā)光強(qiáng)度:測(cè)量距離應(yīng)使光度學(xué)二次方反比例定律適用;從基準(zhǔn)中心觀察,光接收器的張角應(yīng)在10′到1°范圍內(nèi)。
2.2GTB導(dǎo)則
1)前照燈照度:前照燈的測(cè)量應(yīng)在25 m處進(jìn)行,若測(cè)量位置在平面上分布則還應(yīng)進(jìn)行修正。修正公式為cos φ修正=cos φ3(φ為測(cè)試點(diǎn)與基準(zhǔn)中心之間的夾角)。
2)光信號(hào)裝置發(fā)光強(qiáng)度:發(fā)光強(qiáng)度應(yīng)在一立體角單元中測(cè)量,測(cè)量距離應(yīng)保證光度學(xué)二次方反比例定律適用。
3)由于不同功能燈具進(jìn)行光度測(cè)量時(shí)的距離不同,因此光度傳感器的入射孔面積就決定了測(cè)量點(diǎn)光通量的入射立體角。近距離的測(cè)量應(yīng)避免使用大孔徑光度傳感器。若測(cè)量距離大于或等于10 m,除有特別說(shuō)明,傳感器的有效面積應(yīng)不超過(guò)以測(cè)量位置為基準(zhǔn)的10′弧度角對(duì)應(yīng)的范圍。當(dāng)測(cè)試距離小于10 m時(shí),傳感器的有效面積應(yīng)不超過(guò)以測(cè)量位置為基準(zhǔn)的20′弧度角對(duì)應(yīng)的范圍。
3.1國(guó)標(biāo)
亮度測(cè)量應(yīng)垂直于漫反射面測(cè)量,允許在測(cè)量點(diǎn)的任何方向上有5°的偏差,測(cè)量點(diǎn)為直徑25 mm的圓。
3.2GTB導(dǎo)則
對(duì)牌照板進(jìn)行亮度測(cè)量時(shí),應(yīng)測(cè)量被測(cè)面上直徑為25 mm范圍內(nèi)的平均值。測(cè)量時(shí)測(cè)試探頭應(yīng)垂直于被測(cè)面,若不能垂直則最大偏差不能超過(guò)±5%。
4.1國(guó)標(biāo)
對(duì)于半封閉式燈具,應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)光源A(2 856 K),對(duì)于封閉式燈具,應(yīng)在試驗(yàn)電壓下進(jìn)行檢驗(yàn)。
4.2GTB導(dǎo)則
對(duì)于可更換光源的燈具,應(yīng)在2856K的色溫下進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于不可更換光源燈具,應(yīng)在6.75 V、13.5 V或28.0 V下進(jìn)行測(cè)量。
5.1國(guó)標(biāo)
在燈光國(guó)標(biāo)中無(wú)要求,在專業(yè)檢驗(yàn)光源光通量標(biāo)準(zhǔn)中有要求。
5.2GTB導(dǎo)則
光通量一般在積分球中進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量時(shí)應(yīng)使用光通量標(biāo)準(zhǔn)燈泡。應(yīng)在不同的位置對(duì)光源進(jìn)行測(cè)量以使測(cè)量結(jié)果盡量接近真值。也可使用分布式光度計(jì)法對(duì)光通量的絕對(duì)值進(jìn)行測(cè)量,用該方法測(cè)量時(shí)不需要使用光通量標(biāo)準(zhǔn)燈泡。
6.1國(guó)標(biāo)
在燈光國(guó)標(biāo)中無(wú)要求,在專業(yè)檢驗(yàn)光源光通量標(biāo)準(zhǔn)中有要求。
6.2GTB導(dǎo)則
測(cè)量光源尺寸、遮光屏等參數(shù)的設(shè)備分辨率至少應(yīng)達(dá)到:尺寸,0.1 mm;角度,0.5°。光源在使用時(shí)應(yīng)在基準(zhǔn)光通量對(duì)應(yīng)的電流值下工作。
7.1國(guó)標(biāo)
無(wú)要求。
7.2GTB導(dǎo)則
1)樣品的固定:被測(cè)燈具應(yīng)該安裝在剛性的測(cè)試支架上,安裝位置應(yīng)與該燈具在車輛上的設(shè)計(jì)應(yīng)用位置一致,設(shè)計(jì)應(yīng)用位置應(yīng)該在使用說(shuō)明書(shū)中給出。若燈具安裝在特殊車輛上,其設(shè)計(jì)安裝位置應(yīng)采用該車輛說(shuō)明書(shū)的要求。多應(yīng)用的燈具應(yīng)該在每個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)用位置或等效位置進(jìn)行測(cè)量。所有燈具的安裝扭矩必須明確,除設(shè)計(jì)成吸收沖擊或振動(dòng)的狀態(tài)外,給出的扭矩應(yīng)該可以有效地緊固特定的墊片。
2)測(cè)試支架的定位:為提高燈具定位的準(zhǔn)確度,應(yīng)充分考慮測(cè)試支架基座的剛性和平面度、支架結(jié)構(gòu)的剛性、機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)行程等參數(shù)的影響。測(cè)試支架的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足制造商給出的最小公差要求。
3)定位誤差:各軸向誤差應(yīng)不大于±0.5°。
8.1國(guó)標(biāo)
測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái):各測(cè)量方向的角度偏差應(yīng)不大于15′;配光屏幕:顏色應(yīng)便于光束照準(zhǔn),配光測(cè)試時(shí)應(yīng)消除雜散光影響。
8.2GTB導(dǎo)則
配光屏幕無(wú)要求;測(cè)試時(shí)可使用水平軸固定式轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)或垂直軸固定式轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)。使用垂直軸固定式轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)時(shí)需要進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換。與上述轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)不同的其他可實(shí)現(xiàn)測(cè)量角度的方法也可以使用。轉(zhuǎn)臺(tái)允許誤差為±0.05°,角度分辨率為0.01°。特殊情況下轉(zhuǎn)臺(tái)誤差為±0.1°,角度分辨率為0.03°也可接受。
9.1國(guó)標(biāo)
配光測(cè)試時(shí)應(yīng)采用直流穩(wěn)壓電源;電氣儀表準(zhǔn)確度不低于0.2級(jí)。
9.2GTB導(dǎo)則
1)供電電源:除非有特殊要求,所有光度測(cè)試均應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)的直流電源進(jìn)行供電。直流電源應(yīng)符合下述要求:輸入電壓調(diào)解率:±0.1%;波動(dòng)和噪聲:最大0.4%;穩(wěn)定性:光度測(cè)量過(guò)程中,電源輸出電壓應(yīng)穩(wěn)定在±0.1%范圍內(nèi)。
2)電壓測(cè)量應(yīng)使用最小阻抗10 mΩ、示值誤差0.05%,最大量程至少為20 V的4位半直流數(shù)字電壓表。電壓的測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡量靠近被測(cè)燈具的電源輸入端。
3)電流測(cè)量應(yīng)使用4位半直流數(shù)字儀表,示值誤差0.1%。
10.1國(guó)標(biāo)
對(duì)于裝用燈絲燈泡的前照燈,根據(jù)前照燈設(shè)計(jì)裝用的燈絲燈泡數(shù)量,測(cè)試應(yīng)使用相應(yīng)類型和相同數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)燈絲燈泡。
10.2GTB導(dǎo)則
若無(wú)特殊要求,所有的光度測(cè)試均應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)燈泡。使用標(biāo)準(zhǔn)燈泡時(shí)應(yīng)使其工作在基準(zhǔn)光通量對(duì)應(yīng)的電流值下。使用標(biāo)準(zhǔn)燈泡前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行充分的預(yù)熱,直到它發(fā)出的光通量穩(wěn)定在目標(biāo)值的0.5%之內(nèi),對(duì)于琥珀色燈泡的預(yù)熱還應(yīng)考慮到燈泡顏色變化的穩(wěn)定。
11.1國(guó)標(biāo)
照度計(jì)應(yīng)為國(guó)家檢定規(guī)程中規(guī)定的一級(jí)照度計(jì)(其示值誤差不超過(guò)±4%)。
11.2CNAS-CL13
在準(zhǔn)備測(cè)量的狀態(tài)下,各光度計(jì)探頭所探測(cè)到的雜散光,其示值不得大于如下要求:前照燈、前霧燈:0.005 lx,信號(hào)燈:0.01 cd,回復(fù)反射器及回復(fù)反射材料:1.0 mcd/lx。
11.3GTB導(dǎo)則
測(cè)量發(fā)光強(qiáng)度、照度應(yīng)使用照度計(jì)。當(dāng)暴露在最大允許光照強(qiáng)度下時(shí),測(cè)量單元應(yīng)能穩(wěn)定工作,不出現(xiàn)老化現(xiàn)象。照度計(jì)或測(cè)量單元應(yīng)在最大允許光照強(qiáng)度范圍內(nèi)保持線性響應(yīng)。照度計(jì)的光譜靈敏度應(yīng)符合光譜響應(yīng)曲線V(λ),V(λ)光譜響應(yīng)誤差:f1≤2%;線性誤差:f3≤0.2%;顯示誤差:f4≤0.2%;老化誤差:f5≤0.2%;溫度響應(yīng):f6≤0.2%/K。
1)顏色響應(yīng):測(cè)量設(shè)備需要有良好的光譜響應(yīng)曲線。光譜校準(zhǔn)應(yīng)使用帶寬5 nm、步長(zhǎng)5 nm的單色光在可見(jiàn)光波段進(jìn)行。各波段的測(cè)量準(zhǔn)確度要求如下:400~450 nm:±15%;450~500 nm:±5%;500~550 nm:±3%;550~600 nm:±3%;600~650 nm:±3%;650~700 nm:±15%;700~750 nm:±25%。若傳感器的準(zhǔn)確度不符合要求則應(yīng)進(jìn)行修正。
2)絕對(duì)響應(yīng):白光絕對(duì)響應(yīng)準(zhǔn)確度如表1所示。
3)時(shí)間響應(yīng):測(cè)試系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)應(yīng)與光源的變化時(shí)間相適應(yīng)。當(dāng)燈具轉(zhuǎn)換為高電壓的工作狀態(tài)時(shí),應(yīng)對(duì)該電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè),系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡量長(zhǎng),檢波調(diào)制應(yīng)低于1%。對(duì)于閃爍工作的燈具,可在閃爍的情況下進(jìn)行測(cè)量,此時(shí)的時(shí)間常數(shù)應(yīng)短到不能影響光信號(hào)上升時(shí)間的1%。
4)線性范圍:測(cè)試系統(tǒng)的線性范圍應(yīng)至少涵蓋典型被檢燈具的全部發(fā)光強(qiáng)度。在線性范圍以外,非線性響應(yīng)的偏離不能超過(guò)2.5%。

表1 光度測(cè)試系統(tǒng)白光絕對(duì)響應(yīng)準(zhǔn)確度
5)光色的測(cè)量:光色的測(cè)量有多種方法,最常用的是光譜輻射測(cè)色法,該方法將入射光分光成單色光,測(cè)量出光譜曲線進(jìn)而計(jì)算并得出測(cè)試結(jié)果。三刺激值測(cè)色法也較為常用,該方法可用于快速測(cè)量,但不能得到光譜數(shù)據(jù),光色測(cè)量的重復(fù)性也較低。光色測(cè)試儀器必須符合下列光譜特性要求:
①光譜測(cè)試設(shè)備:最大帶寬:全波段5 nm;最大光譜步長(zhǎng):5 nm;探測(cè)器相對(duì)強(qiáng)度:±3%;色指標(biāo)測(cè)量精度:±0.005。
②三刺激值測(cè)試設(shè)備:探測(cè)器相對(duì)強(qiáng)度:±5%;色指標(biāo)測(cè)量精度:±0.005。
③CCD光譜儀:最大帶寬:全波段5 nm;最大光譜步長(zhǎng):5 nm;探測(cè)器相對(duì)強(qiáng)度:±5%;色指標(biāo)測(cè)量精度:±0.005。
12.1國(guó)標(biāo)
無(wú)要求,在相應(yīng)設(shè)備的國(guó)家檢定規(guī)程中會(huì)有明確要求,一般每年校準(zhǔn)檢定一次。
12.2GTB導(dǎo)則
1)一般儀器:電壓表、電流表、標(biāo)準(zhǔn)燈泡和標(biāo)準(zhǔn)燈等試驗(yàn)器具應(yīng)該至少每年進(jìn)行一次計(jì)量檢定,或與其他標(biāo)準(zhǔn)器具進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)保留相關(guān)數(shù)據(jù)記錄。
2)傳感器或光度測(cè)試系統(tǒng):傳感器或光度測(cè)試系統(tǒng)每年應(yīng)至少進(jìn)行一次顏色響應(yīng)、線性響應(yīng)的計(jì)量檢定。
3)標(biāo)準(zhǔn)燈和標(biāo)準(zhǔn)燈泡:除了每年的校準(zhǔn)外,標(biāo)準(zhǔn)燈具和校準(zhǔn)燈具和標(biāo)準(zhǔn)燈泡的工作時(shí)間需要記錄并保留。
13.1CNAS
在《汽車和摩托車檢測(cè)領(lǐng)域典型參數(shù)的測(cè)量不確定度評(píng)估指南及實(shí)例》中有部分要求[4]。
13.2GTB導(dǎo)則
在附錄中有詳細(xì)的規(guī)定(因內(nèi)容較多且專業(yè)性較強(qiáng),在此先不做介紹,以后將專門(mén)介紹分析)。
從以上各方面的比較可以看出,中歐在機(jī)動(dòng)車照明和光信號(hào)裝置檢驗(yàn)試驗(yàn)條件要求上既存在相同點(diǎn)又存在不同之處。兩者在環(huán)境條件、檢測(cè)距離、亮度測(cè)量、光色測(cè)量上要求基本一致;在光源測(cè)量、測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、樣品支架、標(biāo)準(zhǔn)燈泡、供電系統(tǒng)與電氣儀表、傳感器及光度測(cè)試系統(tǒng)、儀器設(shè)備校準(zhǔn)要求等方面歐洲的要求比國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求全面和細(xì)致。尤其是傳感器及光度測(cè)試系統(tǒng),國(guó)標(biāo)只給出了照度計(jì)應(yīng)為國(guó)家檢定規(guī)程中規(guī)定的一級(jí)照度計(jì)(其示值誤差不差過(guò)±4%)的要求,而GTB導(dǎo)則中則給出了顏色響應(yīng)、時(shí)間響應(yīng)、線性范圍等各方面的要求。在測(cè)量不確定度方面兩者也有一定的差別。總體而言,兩者的規(guī)定互相之間沒(méi)有原則性的矛盾,GTB中的規(guī)定確實(shí)更加全面集中,國(guó)內(nèi)的要求則有缺失的內(nèi)容,并且相應(yīng)的要求分散在不同的文件和標(biāo)準(zhǔn)中。因此建議國(guó)內(nèi)也參照該導(dǎo)則編制相應(yīng)的機(jī)動(dòng)車燈光檢驗(yàn)試驗(yàn)條件標(biāo)準(zhǔn),明確這些試驗(yàn)條件的最低要求,這樣也可以和歐洲的法規(guī)要求更好地接軌。
1中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB4599-2007汽車用燈絲燈泡前照燈[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008
2中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-CL13檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在汽車和摩托車檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明[EB/OL].https://www.cnas.org.cn/images/rkgf/sysrk/rkyyzz/ 2015/06/04/5C8C520192D23E00D2C8507DCFE15031.pdf,2015
3國(guó)際汽車照明及光信號(hào)裝置專家組.CE-3874燈光實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度導(dǎo)則[EB/OL].http://www.gtb-lighting.org/GTB/documents/docs15/CE-3874_WG-P%20Guidelines%20for% 20photometric%20measurements_Edition%20No.%203,% 202005.pdf,2005
4中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).CNAS GL-35汽車和摩托車檢測(cè)領(lǐng)域典型參數(shù)的測(cè)量不確定度評(píng)估指南及實(shí)例[EB/OL].https://www.cnas.org.cn/images/rkgf/sysrk/rkzn/2014/ 10/31/3CA301E87E068B733456F8998053666F.pdf,2014
Study on Test Conditions about Vehicle Lighting and Light-Signalling Devices between China and Europe
Li Gang,Zhang Xianzhong,Ji Yingping,F(xiàn)ang Xuxiang
Internal Combustion Engine Research Institute,Tianjin University(Tianjin,300072,China)
The test conditions about vehicle lighting and Light-signalling Devices are very important to lighting test,and it is easy to lead to reach a wrong conclusion if the test conditions do not meet the requirements.So the requirements are strict in China and Europe.This article mainly studies on the requirements and puts forward the suggestion that we may constitute a standard refering to Europe an requirements.
Vehicle,Lighting and light-signalling devices test,Test condition
U463.7+9
A
2095-8234(2016)01-0065-04
李鋼(1974-),男,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)槟ν熊嚰傲悴考z測(cè)。
2015-12-11)