基于測試支架的車燈配光性能有效性分析

周 濤

（國家機動車產品質量監督檢驗中心（上海），同濟 大學 201805）

1 機動車燈具的作用及要求

1.1 機動車燈具的作用

汽車燈具可分為兩大類，外部照明裝置（照明燈）和信號裝置（信號燈）。其中照明燈的功能，是在黑暗環境中照亮汽車行駛前方的路面。照明燈主要是指前照燈、前霧燈、倒車燈；光信號裝置包括汽車信號燈和回復反射器。信號燈中又包括轉向指示燈、制動燈、后霧燈和位置燈等。信號燈的功能，是向其他道路使用者表明本車的存在，以及本車將要轉向某一方向或正在制動減速等，以引起對其特別關注。

1.2 機動車燈具的要求

安裝在車輛上的這些燈具，為了在道路行駛過程中發揮其本身應具備的功能，必須同時滿足以下兩個特性要求，缺一不可：

（1）是單體燈具本身的光分布要求（即配光性能）

每個功能的燈具，為了實現它特定的作用，它的空間光分布必須滿足特定的配光要求。目前現行的國家標準中，針對每種功能燈具的配光性能要求都有嚴格明確的要求及試驗方法，如前照燈、制動燈、轉向燈、位置燈等。涉及到車輛行駛安全問題，這些內容均為國家強制性標準的技術要求。

（2）是燈具在車輛上的安裝位置及布局要求

車輛外部，安裝燈具的種類、數量、位置、色度以及整體布局都有嚴格的安裝要求，目的是為了滿足燈具在車輛上的幾何可見度。每種功能的燈在車輛上的相對位置、數量在GB4785中都有嚴格的規定，目的是使車輛在夜間行駛時的行車信號、車輛輪廓，能夠準確地被其他道路使用者接受和識別。

2 機動車燈具產品管理制度及配光性能測試方法

2.1 認證管理制度

機動車燈具產品作為影響車輛行駛安全的主要部件，政府對該產品的管理是實施國家強制性認證（簡稱CCC）和公告管理。CCC認證是由機動車燈具生產企業直接向有關部門提出申請認證，公告管理則是由整車企業把機動車燈具產品作為整車公告試驗內容的一部分上報到管理部門。兩者形式不同，但對燈具產品的考核項目、檢測方法和要求是一致的，都是以單獨的車燈為試驗樣品做檢驗，并且必須滿足配光性能的要求。

2.2 配光性能測試方法

目前國際通用的配光性能試驗的原理是將車燈在實際道路上光線傳播的方向和強度要求轉換成試驗室內固定屏幕上的要求。通常照明燈的測試屏幕為距離燈具中心25m處，信號燈的測試屏幕普遍為 3.16m。單體燈具利用測試支架模擬實車裝車位置，安裝在配光測試平臺上，通過三軸旋轉測試平臺，逐一對標準要求的系列位置點或區域進行發光強度的測量。試驗室在測試時，確保單體燈具模擬實車安裝位置的唯一依據是廠家提供的測試支架，支架的準確與否直接關系到配光性能的有效性。

3 測試支架的重要性

3.1 測試支架的設計出處

在整車的設計開發流程中，車燈的外觀和安裝位置屬于車身設計的一部分，設計方案確定后，車燈的具體開發實施過程是交給車燈的供應商來開展，燈廠設計過程中除了完成光學性能相關的設計，還必須符合裝車后與車身的整體匹配要求。為了保證匹配性，整車廠與車燈供應商會在出樣件前，確定一個基準模具，作為雙方的工藝基準。車燈企業在制作光學測試用的測試支架時，也是基于該基準模具的數據模型為基礎。

3.2 測試支架應具備的尺寸要求

通常情況下，每個燈具都會有制作用于配光試驗的測試支架。支架上的安裝孔位尺寸必須與實際車上的位置相同，確保模擬真實的裝車位置。整個支架的底座被設計成能平面，并配備通用的安裝孔能用固定于燈具配光性能的測試平臺上。最重要的尺寸是車燈企業根據光學設計標注該燈具中所有功能的燈具的光學基準中心位置，基準中心是在該功能燈具配光性能測試時的樣品旋轉中心，要求中每個測試點各個空間角的確定都是以該基準中心為基礎。組合燈具中每個功能的基準中心基本都是獨立的，通常測試支架上會在X、Y、Z三個坐標軸上標注出每個功能等基準中心點位，以便于配光測試設備中的旋轉中心與之重合，進行有效測量。

3.3 測試支架對配光性能測試結果的影響

3.3.1 不考慮測試支架誤差的配光性能不確定分析

配光性能的測試結果是一系列點或者區域的照度值（單位：lx）或者光強值（單位：cd）。在對常規的配光性能測量不確定度評定方法中，考慮的不確定度來源有標準光源、照度計精度、電流電壓、測量距離、轉臺角度等因素，數學模型為：

式中：E0——被測量點的照度值；

L0——轉臺基準中心至屏幕 HV點的理論距離25M；

E——光學傳感器測得的照度值；

L——轉臺基準中心至屏幕HV點的實際距離；

α——表示測量點至回轉中心的連線和基準軸線的夾角的實際值。

根據 CNAS-GL35：2014《汽車和摩托車檢測領域典型參數的測量不確定度評估指南》中前照燈配光性能不確定度評定的實例中得知某個點的不確定度大概在1.8%，（k = 2）。

上述的評定方法是以理想樣品為基礎上的實驗室評定方法，把燈具和測試支架合成一個穩定整體作為試驗對象來開展。實際情況中，由于整車車身匹配參數的傳遞、光學基準中心的確定、測試支架本身的制造工藝以及燈具與支架間的半柔性連接方式等因素，測試支架模擬的燈具裝車與實際裝車情況的空間位置之間的誤差對結果的影響是不容忽視的，并且是無法修正的。

3.3.2 測試支架對配光性能測量有效性的影響

圖1

在常規配光性能的測量原理中，被測樣品是安裝在旋轉臺上，在距離25m或者3.16m處的放置受光器來測量數據，以 3.16m為例，LMT配光測試系統受光器探頭的直徑約3.3cm左右，根據三角函數轉化。

如果角度誤差超過0.6度（3.16m），那么實際測試點已經不在是所應模擬的測試點了，測試結果變得無效，測量距離越大，角度允許偏差越小。目前國內機動車燈具試驗室使用的常見的進口配光測試設備，轉臺的轉角精度在±0.01左右，能滿足要求，但企業制作的測試支架，從現狀來看，其誤差卻很難保證，甚至有些企業不提供測試支架。由此引起試驗結果差異卻很難被發現和修正，通常我們會認為這是一種樣品裝夾上的隨機誤差，用多次測量平均法去減少誤差，但實際并非如此。如圖1，圖中Point 1為正確的測試點，由于測試支架尺寸偏差或者樣品裝夾，導致測試點偏離至Point 2或者Point 3的情況。如果車燈在某一個被測點附近光分布較均勻時，雖然不同點（Point 1和Point 2），但從測試結果的照度或者光強本身的值來看相差甚微，但如果該點附近的光分布不均勻（Point 1和Point3），那最后的測試結果值又相差很大。測試結果的值差異的角度偏差并無直接關系，而是與燈具本身發光均勻性相關。

這將導致配光性能測試合格的燈具，裝車后實際的光分布不能起到應有的照明和光信號傳遞作用，或者是裝車后能起到作用的燈具，在單體的配光性能試驗中不合格。這使單體燈具的配光性能的測量未達到原應達到的目的，即測量失效。

4 結束語

車燈配光性能考核的目是確保車燈在車輛安全行駛中應起到的照明、光信號傳遞作用。由于試驗條件的限值，配光性能檢測只能通過測試支架模擬實際安裝位置在試驗暗室進行。本文通過分析，指出測試支架尺寸偏差可能引起配光性能的失效原因。建議生產企業能夠意識到車燈測試支架的重要性，并嚴格控制， 也建議車燈企業在光學設計中對光強分布的均勻性和可見范圍留出足夠的設計余量。