某車型汽車前照燈照度性能差的原因分析及整改措施和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立

秦 剛

（東風(fēng)柳州汽車有限公司乘用車技術(shù)中心，廣西 柳州545005）

0 引言

T5是我司新推出的一款C級(jí)緊湊型SUV，在該車上市前，組織內(nèi)部員工試乘試駕，在試乘試駕活動(dòng)中反饋前照燈照度性能差，同時(shí)在對(duì)該車開展的整車性能主觀評(píng)價(jià)活動(dòng)中，也反饋前照燈主觀評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)較低，主要問題為：近光燈亮度不足，光線不均勻，車前燈光近場(chǎng)區(qū)偏暗，左右照射范圍窄；遠(yuǎn)光燈亮度不足，光線不均勻。通過對(duì)該問題的分析，找到影響前照燈照度的主因，并完善相關(guān)技術(shù)要求和設(shè)計(jì)規(guī)范，制定更全面、更接近實(shí)際駕駛需求的照度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)車型的前照燈開發(fā)提供技術(shù)支撐。

汽車和車燈是密切關(guān)聯(lián)的。在夜晚或照明較低的車況下，如果沒有車燈，汽車將寸步難行。世界汽車安全事故統(tǒng)計(jì)資料表明：夜間發(fā)生的交通事故是白天的三倍，照明狀況不良時(shí)的事故率又是照明良好時(shí)的三倍。全世界每年汽車交通事故傷亡人數(shù)在1000萬以上，其中死亡者約50萬[1]。可見汽車燈具照明在汽車安全性中的重要地位。

1 照明的基本概念

光通量、光強(qiáng)、照度、亮度，其四者的相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 光通量、光強(qiáng)、照度、亮度的關(guān)系圖

1.1 光通量

光通量，符號(hào)Φ，單位為L(zhǎng)m（Lumen）：點(diǎn)光源或非點(diǎn)光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的能量即稱為光通量。1流明(Lm)定義為一國際標(biāo)準(zhǔn)燭光的光源在單位立體弧角內(nèi)所通過的光通量。

1.2 光強(qiáng)

光強(qiáng)，符號(hào) I，單位 Cd（Candela）：光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量，簡(jiǎn)稱光強(qiáng)。

1.3 照度

照度，符號(hào)E，單位勒克斯Lm/m2（Lux或Lx）：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)所入射光的量，也就是光通量除以面積（m2），所得到的值用來表示某一場(chǎng)所的照明度。可用照度計(jì)直接測(cè)量。被光均勻照射的物體，在1 m2面積上得到的光通量是1 Lm時(shí)，它的照度是1 Lx。

1.4 亮度

亮度，符號(hào)為L(zhǎng)L=di/ds，單位為cd/m2（坎德拉每平方米）：光源在某一方向上的單位投影面積在單位立體角中反射光的數(shù)量，稱為光源在某一方向的光亮度。

2 前照燈功能及法規(guī)照度要求

2.1 前照燈的功能

前照燈也稱大燈或頭燈，主要提供遠(yuǎn)光，或近光，或遠(yuǎn)、近光的照明車輛前方道路的燈具，燈光光色為白色。遠(yuǎn)光燈是提供照明車輛前方遠(yuǎn)距離道路的燈具；近光燈是提供照明車輛前方道路，對(duì)來車駕駛員和其他使用道路者不造成眩目，或產(chǎn)生不舒適感的燈具[2]。

2.2 前照燈照度的法規(guī)要求

國家法規(guī)《GB 4599－2007汽車用燈絲燈泡前照燈》和《GB 25991-2010汽車用LED前照燈》對(duì)前照燈的遠(yuǎn)近光各個(gè)點(diǎn)的照度明確了相關(guān)要求[3]，如圖2所示，所有在中國銷售的汽車的前照燈照度必須滿足這些要求。

圖2 法規(guī)近遠(yuǎn)光照度值要求

3 現(xiàn)狀及問題

T5前照燈集成遠(yuǎn)近光功能，遠(yuǎn)近光共用一個(gè)光源，采用雙光透鏡，光源采用H7型號(hào)的鹵素?zé)襞荨Ｇ捌谕ㄟ^配光軟件Lucid Shape進(jìn)行路面照度模擬分析，T5前照燈遠(yuǎn)近光的配光參數(shù)滿足法規(guī)要求，實(shí)車配光測(cè)試也滿足。但實(shí)車路面照度主觀評(píng)價(jià)，近光存在照度光線不均勻、亮度不足、照射寬度窄，遠(yuǎn)光存在照射距離短等問題。

3.1 現(xiàn)狀

根據(jù)前期配光軟件模擬分析，各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)照度均符合法規(guī)要求，同時(shí)我司還提高了遠(yuǎn)近光3個(gè)測(cè)試點(diǎn)要求：近光50R測(cè)試點(diǎn)光照度不低于16 Lx，75R測(cè)試點(diǎn)光照度不低于20 Lx，遠(yuǎn)光燈的最大亮度不低于70 Lx，均滿足法規(guī)和設(shè)計(jì)要求，如圖3所示。

圖3 T5近遠(yuǎn)光照度軟件分析結(jié)果

3.2 問題

實(shí)車路面照度主觀評(píng)價(jià)，存在照度光線不均勻、亮度不足、照射寬度窄、照射距離短等問題，如圖4所示。

圖4 T5實(shí)車路面照度效果

4 原因分析及措施

通過以下分析方法，如圖5所示，分析“前照燈照度性能差”的影響因素。

圖5 “前照燈照度性能差”分析

根據(jù)以上分析，得出“前照燈照度性能差”的5個(gè)影響因素，如圖6所示，現(xiàn)通過詳細(xì)分析來排除非要因，確認(rèn)要因：

圖6 “前照燈照度性能差”的5個(gè)影響因素

4.1 光源選型

前照燈常用鹵素?zé)襞菪吞?hào)及其參數(shù)如圖7所示，目前T5前照燈選用H7燈泡光源，受燈具結(jié)構(gòu)限制，無法直接更換其它型號(hào)的燈泡光源，光通量無法再提升。但對(duì)比某競(jìng)品車前照燈的近光、遠(yuǎn)光光源均采用H7燈泡，經(jīng)路面照度主觀評(píng)價(jià)，整體效果優(yōu)于T5，如圖4和圖8所示。故光源選型對(duì)路面照度有一定影響，但不是要因。

本研究當(dāng)中使用SPSS17.0軟件對(duì)兩對(duì)半檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)量資料使用t檢驗(yàn)的方式進(jìn)行計(jì)算分析,并使用(±s)表示統(tǒng)計(jì)結(jié)果,所有計(jì)數(shù)資料均采用卡方檢驗(yàn)的方法進(jìn)行計(jì)算,以p<0.05表示該項(xiàng)數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖7 常用鹵素?zé)襞菪吞?hào)及其參數(shù)

圖8 某競(jìng)品采用H7光源路照效果

4.2 透鏡選型

目前我司普遍采用的透鏡為φ70 mm、表面不帶配光花紋的透鏡。根據(jù)光學(xué)折射原理，不同波長(zhǎng)的光折射角不同，導(dǎo)致透鏡照射出來的光會(huì)產(chǎn)生發(fā)藍(lán)、發(fā)彩的現(xiàn)象，如圖9所示。透鏡表面的配光花紋對(duì)燈光均勻性有一定改善，但不是影響前大燈性能差的要因。

圖9 透鏡花紋對(duì)光的影響

4.3 造型限制

為驗(yàn)證T5前照燈造型（主要是裝飾框，下同）對(duì)燈光性能的影響，將T5前照燈裝配上光通量更大的HB3光源透鏡，光源更換前后的路面照度對(duì)比結(jié)果如圖10所示，采用HB3光源透鏡后燈光性能有提升，但與HB3裸透鏡照度性能對(duì)比，造型對(duì)照度性能影響較大（近光最大差值百分比107.80%，遠(yuǎn)光最大差值百分比104.20%）。

圖10 路面照度對(duì)比

T5與我司X5、競(jìng)品車透鏡造型及光源類型進(jìn)行對(duì)比：在同樣的光源及透鏡尺寸下，T5透鏡被裝飾框遮擋較多，影響遠(yuǎn)近光燈的照度寬度及均勻性，如圖11所示。

圖11 造型尺寸對(duì)比

通過以上數(shù)據(jù)分析，同一光源透鏡，在不同造型的前照燈上，其照度性能不一樣，由于T5遠(yuǎn)近光透鏡在水平方向嚴(yán)重被裝飾框遮擋，導(dǎo)致照度寬度變窄；垂直方向被裝飾框遮擋，導(dǎo)致照射距離變短。

4.4 技術(shù)要求過于簡(jiǎn)單、不全面

國家法規(guī)照度只對(duì)某些關(guān)鍵點(diǎn)的照度值進(jìn)行了規(guī)定，并且僅定義了下限要求，但實(shí)際駕駛者觀察路面是面而不是某幾個(gè)點(diǎn)：在城市或低速車況中，對(duì)靠近車前的近場(chǎng)區(qū)域照度值要寬、均勻，以便觀察車前及兩側(cè)車況；在高速或戶外車況中，對(duì)車前遠(yuǎn)距離區(qū)域的照度值要中心點(diǎn)亮、照射距離遠(yuǎn)，以便提前發(fā)現(xiàn)車前車況。

我司在國家法規(guī)基礎(chǔ)上，僅對(duì)其中3個(gè)點(diǎn)提出了特殊要求：近光燈在50R測(cè)試點(diǎn)的照度值不低于16 Lx，在75R測(cè)試點(diǎn)的照度值不低于20 Lx，遠(yuǎn)光最大照度值（HV點(diǎn)）不低于90 Lx。同樣存在以上缺陷，前照燈配光性能技術(shù)要求不全面，僅對(duì)法規(guī)中的3個(gè)點(diǎn)（如圖12所示）的光強(qiáng)進(jìn)行了特殊規(guī)定，但對(duì)路照寬度、均勻性、距離等均未進(jìn)行定義，造成光線不均勻、寬度不足，不符合實(shí)際駕駛照明要求。

圖12 特殊要求的3個(gè)點(diǎn)

4.5 反射鏡精度不足

對(duì)目前T5前照燈反射鏡的外觀目視檢查、鍍鋁時(shí)間、附著力試驗(yàn)、耐堿、高溫試驗(yàn)，試驗(yàn)均合格，反射鏡精度不足不是導(dǎo)致前大燈性能差的要因。

4.6 確認(rèn)要因

根據(jù)以上分析，得出影響前照燈性能的要因，如圖13所示，主要是造型限制、技術(shù)要求不全面。

圖13 要因

5 解決措施

5.1 造型邊界限制

5.2 技術(shù)要求細(xì)化、全面

技術(shù)要求中增加照度的寬度、均勻性要求，完善遠(yuǎn)、近光照度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，制定更接近駕駛者實(shí)際路面照度要求的標(biāo)準(zhǔn)。

（1）建立燈具路照5Lx曲線照度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)路面等照度曲線的梯度、寬度、形狀進(jìn)行定義。

（2）完善燈具開發(fā)流程，在燈具開發(fā)過程中，不僅在數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行配光模擬分析和單品的室內(nèi)配光驗(yàn)證，同時(shí)根據(jù)5Lx照度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（如圖14和圖15所示），在整車上進(jìn)行相關(guān)點(diǎn)的照度值測(cè)。

（3）增加實(shí)車路面照度主觀評(píng)價(jià)，從駕駛者實(shí)際使用環(huán)境去評(píng)價(jià)照明效果：路照寬度、均勻性等。

圖14 5 Lx近光照度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

圖15 5Lx遠(yuǎn)光照度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

通過以上建立的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將競(jìng)品車與我司車輛放在同一個(gè)評(píng)價(jià)場(chǎng)地，采用儀器測(cè)試前照燈的實(shí)際照度值，通過圖16所示的實(shí)際測(cè)量參數(shù)可看出我司高配前照燈與競(jìng)品車的前照燈在W40（m）、W60（m）、E65（Lx）、L（m）區(qū)域上的照度值存在一定差距，低配前照燈在 W5（m）、W20（m）、W40（m）、W60（m）、E10（Lx）、E65（Lx）區(qū)域上的照度值存在一定差距，同時(shí)與主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果一致。

圖16 與競(jìng)品實(shí)際參數(shù)對(duì)比

6 建立標(biāo)準(zhǔn)

建立燈具路面照度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)路面5 Lx等照度曲線的形狀進(jìn)行規(guī)定，且各等照度曲線不能有內(nèi)凹現(xiàn)象、同緯度的路照曲線只能形成一個(gè)閉環(huán)，不得出現(xiàn)2個(gè)或以上的閉環(huán)，如圖17所示。根據(jù)車型的定位和成本，設(shè)定等級(jí)1至等級(jí)5的五個(gè)等級(jí)，確定各個(gè)等級(jí)前照燈路照滿足的性能參數(shù)，如圖18和圖19所示。

圖17 照度曲線的形狀規(guī)定

圖18 近光照度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及等級(jí)

圖19 遠(yuǎn)光照度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及等級(jí)

7 結(jié)論

保證汽車在夜間及能見度較低的車況下安全、高速行駛，改善車內(nèi)駕乘環(huán)境，便于車輛使用，對(duì)前照燈的照明提出了更高的要求，本文結(jié)合案例，分析影響照度的主因，建立更符合駕駛者需求的照度評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)前照燈開發(fā)提供了更好的參考借鑒。