汽車前照燈近光明暗截止線確定方法研究

李祥兵

（神龍汽車有限公司，湖北武漢 430050）

汽車前照燈近光明暗截止線確定方法研究

李祥兵

（神龍汽車有限公司，湖北武漢 430050）

結(jié)合神龍公司開發(fā)的東風(fēng)標(biāo)致3008前照燈，探討明暗截止線清晰度和V點(diǎn)的確定方法。

明暗截止線；前照燈；最大等級法

汽車近光明暗截止線，即光束投射到配光屏幕上，目視感覺到的明暗顯著變化的分界線。汽車前照燈近光明暗截止線的高低，意味著近光在路面上照射距離的遠(yuǎn)近。近光截止線太高，容易使對面的來車或行人感到炫目；太低則照得太近，使駕駛員無法看到車前較遠(yuǎn)的距離。因此，近光明暗截止線的高度穩(wěn)定對于行車安全和駕駛體驗(yàn)都非常重要。通常，在近光截止線的獲取中，光屏上會出現(xiàn)一種比較模糊的截止線，導(dǎo)致截止線無法正常被設(shè)備捕捉。本文基于神龍公司3008前照燈開發(fā)項(xiàng)目，對模糊截止線的確定方法進(jìn)行了深入探討。

1 近光明暗截止線的獲取方法

根據(jù)相關(guān)法規(guī)，當(dāng)近光燈打開時，在汽車前照燈的正前方路面，會形成一種非對稱的光形面。根據(jù)所在的區(qū)域，可劃分為照距區(qū)域（明暗截止線區(qū)域，車前50～75 m處的區(qū)域）、舒適區(qū)域（車前30～50 m的區(qū)域）、寬度（近光的最大寬度，車前20～30m）和駕駛盲區(qū)（車前20m以內(nèi)）［1］。

若在車前30 m以內(nèi)的任意處放置一光屏，則會形成如圖1所示的上暗下明的清晰明暗截止線。

圖1 近光形成的明暗截止線

圖1中，明暗截止線上水平線A-A的離地高度需要滿足國標(biāo)的要求，即該高度應(yīng)在0.7～0.9H（其中H為近光燈基準(zhǔn)中心的離地高度，光屏應(yīng)在車前距近光基準(zhǔn)中心10m處）之間，該高度同時對照明的寬度有影響。15°斜線A-B-C的最大離地高度決定了近光照距的遠(yuǎn)近。通常情況下，要使近光照得足夠遠(yuǎn)，駕駛員視野足夠清晰，除需要近光截止線滿足國標(biāo)要求外，還需要根據(jù)國標(biāo)的相關(guān)規(guī)定使近光的照度滿足要求。一般而言，對于近光截止線，其光形角度應(yīng)該滿足的要求是：光形的角度線不能超過15°±1°30′，水平線不能超過0°±1°30′，截止線應(yīng)該清晰可見。

2 模糊明暗截止線的清晰度

在很多情況下，由于照度、光學(xué)設(shè)計(jì)等原因，造成近光的截止線在光屏上并非像圖1所顯示的那樣清晰。根據(jù)GB4599中規(guī)定［2］，明暗截止線的轉(zhuǎn)折處應(yīng)在V-V線上，若轉(zhuǎn)折處不清晰，則以滿足75R、50R的照度為準(zhǔn)。圖2是東風(fēng)標(biāo)致3008前照燈的近光截止線圖。盡管從遠(yuǎn)處看還比較清晰，但是在水平線和15°的分界線的交界處，顯示高低不平，不清晰，導(dǎo)致該點(diǎn)用現(xiàn)有的技術(shù)來捕捉HC點(diǎn)比較困難，進(jìn)而確定近光的相關(guān)參數(shù)比較困難。

圖2 標(biāo)致3008前照燈近光明暗截止線

通常情況下，前照燈近光明暗截止線理論分界線和實(shí)際分界線重合部分由兩部分組成：水平區(qū)域（左側(cè)部分從-5%到-1.75%，等同于-3°到-1°區(qū)域）及分界線的傾斜區(qū)域（右側(cè)部分從1.75%到5%，傾斜度為15°），如圖3所示。

圖3 明暗截止線的理論定義

中間部分的理論定義一般取消，因?yàn)榍罢諢粼谠撎幍闹睾闲砸话悴缓谩Ｖ虚g這一段以及水平線與15°線交點(diǎn)可以用下面的最大等級法來實(shí)現(xiàn)。

3 最大等級法的計(jì)算機(jī)理

最大等級法是確定清晰明暗截止線以及V點(diǎn)的一種理論計(jì)算方法。其基本原理就是在圖4中E1和E2的位置分別設(shè)置一個傳感器，高度距離為0.2%。在豎直方向上掃描光束以確定光照界限，根據(jù)車輛的行駛方向確定HC的左側(cè)和右側(cè)處1°、2°和3°進(jìn)行掃描測量，并分別對3臺車進(jìn)行同樣的測量，確定最大等級。采用以下公式

式中：E1——傳感器1的照度，lux；E2——傳感器2的照度，lux）。

在通常情況下，如果以上3個值介于0.3～0.6之間即認(rèn)為合格，即模糊度合格。

上述最大等級公式也說明分界線應(yīng)位于f1的最大處，這樣才能得到光強(qiáng)最大點(diǎn)。當(dāng)?shù)玫?1°、-2°和-3°的分界線后，取3個值的平均值計(jì)算得到0°處的點(diǎn)，通過一系列翻轉(zhuǎn)對該點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4 最大等級法傳感器的布置圖

在理論上，通過1個或2個傳感器從上往下掃描+ 2%到-2%的區(qū)域，發(fā)光強(qiáng)度的變化通過計(jì)算機(jī)來計(jì)算。通過對-1°、-2°和-3°進(jìn)行掃描可以得到3條曲線。但是，按照上述標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的值具有不確定性，原因在于2個傳感器E1和E2存在0.2%的偏差。當(dāng)測試儀器在垂直方向掃描時，其掃描過的位置并不一定是傳感器的實(shí)際位置，因此，需要補(bǔ)充另一個公式來對上述誤差進(jìn)行修正

這樣，截止線的精確位置和V點(diǎn)就可以用以下關(guān)系式來表達(dá)

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 數(shù)據(jù)處理

在東風(fēng)標(biāo)致3008前照燈上，采用了H9雙功能橢球模塊（近遠(yuǎn)光一體），其近光明暗截止線由遮光板來實(shí)現(xiàn)。這3條曲線區(qū)域所得到的照度數(shù)據(jù)分別對應(yīng)-1°、-2°和-3°的測量值。

由-1°、-2°和-3°在水平截止線上除X=0的值，對應(yīng)的照度值相差較小，其余的對應(yīng)部位按照強(qiáng)度從大到小逐步變化。

下面按照前面所述的公式來進(jìn)行推算

式中：i，j=1，2，3…

通過對實(shí)際測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得出表1，表2和表3中數(shù)據(jù)。

4.2 對-1°、-2°和-3°截止線位置的討論

通過表1、表2和表3，可以得到在-1°、-2°和-3°三種情況下在V-V方向的f1的平均值。由該平均值，可以得到圖5所示的曲線。

從圖5可以看出，表1所得出的f1（-1°）在Y方向的值最大，按照前面的最大等級法的原則，應(yīng)該選擇該組數(shù)據(jù)來計(jì)算截止線的實(shí)際位置。

表1 掃描-1°時的對比度

表2 掃描-2°時的對比度

表3 掃描-3°時的對比度

圖5 實(shí)際測量值對應(yīng)的f1曲線圖

由表1中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)公式（2），同樣可以得出f2的計(jì)算數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出，無論照度在某一區(qū)域多大，其對應(yīng)的修正值都比較小。因此，得出的實(shí)際明暗截止線為圖6所示。

圖6 實(shí)際的明暗截止線

盡管圖6從趨勢上看，有一個很大的陡坡，但是由于最大照度與最小照度之間相差約1.1142lux，即相當(dāng)于約700 cd（1 lux=625 cd）的光強(qiáng)，在理論上仍然是允許的。那么根據(jù)公式（3）中的結(jié)論，該曲線就是實(shí)際要找到的明暗截止線，圖6中的最高點(diǎn)就是明暗截止線上的V點(diǎn)位置。

從以上分析中，得出了實(shí)際的截止線以及V點(diǎn)位置，但實(shí)際上，這條截止線用肉眼仍然是無法看出來的，主要原因在于近光光形的品質(zhì)欠佳（水平角度不滿足0°±1°30′，光形角度線不能滿足15°±1°30′要求）和截止線不清晰。

5 結(jié)論

通過以上分析，可以得出以下結(jié)論。

1）從表1、表2和表3中可以看到，在同一水平線上，所顯示的照度數(shù)值并沒有太明顯的變化。這說明明暗截止線在水平方向基本趨于均勻，這同時也說明遮光板或遮光帽的形狀沒有出現(xiàn)飛邊等嚴(yán)重的品質(zhì)問題。

2）基于表1的數(shù)據(jù)計(jì)算出來明暗截止線，反映了在-1°、-2°和-3°處連續(xù)掃描的最優(yōu)明暗截止線，該明暗截止線同時也說明了照度值在此截止線兩側(cè)分布（Y向）的差異性要比其他兩組數(shù)據(jù)明顯，而這正是在截止線比較模糊的情況下，所得出的相對清晰的截止線。V點(diǎn)的確定一般處在明暗截止線的最亮點(diǎn)，即明暗截止線照度最大點(diǎn)，該點(diǎn)決定了照距的遠(yuǎn)近，對近光的整個配光效果具有重要的意義。

本文所闡述的理論值計(jì)算方法，盡管在數(shù)據(jù)的處理上相對較為復(fù)雜，但是在當(dāng)前的設(shè)備無法捕捉的情況下，該方法對明暗截止線和V點(diǎn)的獲取，并對設(shè)備的參數(shù)修正具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］B25 7110［M］：STN FACE ARRIERE，F(xiàn)ACE LATERALE ECLAIRAGE ET SIGNALISATION.

［2］GB4599—2007，汽車用燈絲燈泡前照燈［S］.

［3］柳發(fā)苔，吳錫琪，饒文碧，等.前照燈近光明暗截止線質(zhì)量評判［J］.中國照明電器，1997（5）：25-29.

［4］鄭志軍，胡永亮.汽車前大燈明暗截止線偏移問題探索［J］.照明工程學(xué)報(bào)，2012，23（2）：108-111.

［5］王麗君.LED汽車前照燈光學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2012.

［6］楊樹忠，張昆.汽車前大燈照明特性的測試［J］.汽車電器，2000（6）：55-57.

［7］趙紅.E型汽車前照燈光形質(zhì)量問題分析［J］.青海科技，1997（4）：31-33.

（編輯心翔）

圖12 不同海拔環(huán)境高速大負(fù)荷階段空燃比對比

4 優(yōu)化后驗(yàn)證結(jié)果

通過高海拔排放試驗(yàn)驗(yàn)證和標(biāo)定參數(shù)的優(yōu)化，最終車輛達(dá)到歐IV標(biāo)準(zhǔn)要求，具體結(jié)果見表4。

表4 優(yōu)化后的高海拔環(huán)境下排放結(jié)果

5 結(jié)論

綜上所述，為改善高海拔條件下整車的排放，對裝備二次空氣泵的發(fā)動機(jī)，在進(jìn)行標(biāo)定過程中，需考慮以下方案。

1）調(diào)整二次空氣泵工作時的空燃比控制，確保高海拔環(huán)境下二次空氣泵工作期間的空燃比處于最佳。

2）通過發(fā)動機(jī)臺架試驗(yàn)，驗(yàn)證不同海拔環(huán)境下的發(fā)動機(jī)泵氣損失差異，依據(jù)測試的泵氣損失差異標(biāo)定整車轉(zhuǎn)矩。

3）高速大負(fù)荷階段，避免進(jìn)入開環(huán)加濃控制。

參考文獻(xiàn)：

［1］石建，劉獻(xiàn)棟．高原條件下車輛動力性能分析及改進(jìn)研究［C］／／2009中國汽車工程學(xué)會年會論文集，2009．

［2］GB 18352.3—2005，輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國III、IV階段）［S］．

［3］劉樂，陸紅雨，王玉偉，等．不同海拔下自然吸氣輕型汽油車性能研究［J］．汽車工程，2014（8）：929-934．

（編輯心翔）

Research on Low Beam Cut-off Line Confirmation of Front Lamp

LI Xiang-bing

（Dongfeng Peugeot Citroen Automobile Company，Wuhan 430050，China）

Referring to Peugeot 3008 front lamp produced by DPCA，this article discusses the definition of cut-off line and the way to confirm V point.

cut-off line；front lamp；maximum rating method

U463.651

A

1003－8639（2017）01－0019－04

2016-06-06

李祥兵（1981-），男，碩士，工程師，主要研究方向車燈開發(fā)設(shè)計(jì)。