汽車牌照燈產品的配光設計與測量

徐興榮，邢志剛

(江蘇文光車輛附件有限公司，江蘇丹陽 212325)

0 引言

隨著國內各主機廠家，特別是客車等商用車廠家對產品標準符合性的把控越來越嚴，其生產車型所使用的牌照燈[1-3]是否滿足相關標準要求，是一個咨詢較為頻繁的問題。目前，牌照燈所對應的國家標準GB 18408—2015《汽車及掛車后牌照板照明裝置配光性能》是對“后牌照板”及其“照明裝置”整個系統的要求，而不是對單獨的某個牌照燈的要求，而我國許多的商用車企業，往往會隨便借用一款已經認證、具有認證標志的牌照燈產品，按自己的需求裝配到車輛上，就認為其符合產品標準要求，是為合格的后牌照板照明裝置。

本文作者將簡單介紹一些安裝、配光方面的標準要求，以及牌照燈產品設計重點、測試和判定方面的知識。

1 牌照板及牌照燈安裝方面的要求

因為每個國家和地區的要求不同，以及牌照板運用需求的不同，接觸的牌照板，會體現出不同的空間尺寸和形式狀態；同時，因為各廠家的后牌照板區域造型和定義不同，牌照燈的安裝位置和格式也有所不同，在牌照燈的選用和設計方面，應作為一個整體進行考慮。

1.1 不同的后牌照板空間

根據不同車輛需求，GB 18048—2015[1]里提到了3種不同規格牌照板：

A、440 mm×140 mm(1類)

B、440 mm×220 mm(2類)

C、300 mm×165 mm(3類)

然而，不同的國家和地區，其使用的牌照板規格也不盡相同，例如，ECE R4[4]標準里規定的3種不同規格牌照板，其尺寸就與GB 18048—2015不同：

A、340 mm×240 mm(1a類，tall)

B、520 mm×120 mm(1b類，wide)

C、240 mm×165 mm

同樣，在印度標準AIS 012[5]里，規定了兩種不同規格的牌照板：

A、340 mm×200 mm

B、500 mm×120 mm

在美國標準SAE J587 Revised ARP97[6]，又規定了兩種不同規格的牌照板：

A、300 mm×150 mm

B、175 mm×100 mm

1.2 牌照燈安裝位置及照明要求

在牌照燈安裝方面，一般有兩種形式：(1)在牌照板的上方裝配，燈具向下照射;(2)牌照板的兩端裝配，燈具向內照射，如圖1所示。

圖1 常見牌照燈安裝方式示意

然而對于以上所涉及的標準中，都規定了如下相同的要求：

(1)裝置的安裝應使照明區域任意位置上的光入射角[7]不大于82°，入射角從照明裝置至距離牌照板最遠的極端位置進行測量。若照明裝置多于一個，則該條僅適用于由相關裝置照明的那一部分。

(2)任一測量點的光亮度B應不小于2.5 cd/m2。

(3)照明區域的光亮度應均勻，任意兩個測量點的光亮度還需滿足下述要求：

|(B1-B2)|/(L1-2)≤2B0

式中：B1、B2分別為任意兩個測量點的光亮度，cd/m2；

L1-2為B1與B2之間的距離，cm；

B0為諸測量點中的最小光亮度，cd/m2。

對于牌照板照明亮度及均勻性的檢測，各測試標準，一般以一定的分布間距，選取了部分測點用于判斷和計算，以GB 18048—2015中1類牌照板為例，則規定了P1—P12共12個測試點，其1類牌照板及測試點分布如圖2所示。

圖2 GB 18048—2015標準規范的1類牌照板及其測試點

2 牌照燈配光設計及校核

牌照燈的配光設計一般包括兩個部分，一個是按照標準要求，校核牌照板的最大入射角，檢驗其是否滿足標準要求(不大于82°)，一個是配光設計，使牌照板接收的光纜亮度足夠，并滿足均勻性要求(梯度不大于2B0)。

2.1 空間位置要求模擬分析

后牌照板照明空間與使用的牌照燈，是一個整體的照明系統，需要統一起來進行分析，來確認牌照燈選用和安裝的正確性，而不能單獨地對牌照燈進行判定，直接判定其是否滿足標準要求。

首先，必須驗證一下牌照燈裝配位置與后牌照板照明空間的關系，是否滿足最大光入射角不大于82°的要求，如圖3所示，牌照板為國標1類牌照板,空間大小為440 mm×140 mm，使用W5W燈泡[8]，燈罩材料透明PMMA，燈殼材料不反射，兩只牌照燈同向安裝在牌照板空間的前上方，因考慮與ECE標準1b類牌照板通用的需求,安裝中心矩定義為260 mm。經測量，牌照燈安裝位置的最大光入射角為80.65°(空間判定，牌照板下邊緣中心點相對于單側燈具的入射角最大)，滿足標準不大于82°的要求。

圖3 牌照燈及牌照板位置的布置

2.2 牌照燈的配光設計

牌照板照明所需要的光通量并不是太高，如果為燈泡，一般使用R5W、T4W、W5W、W3W、C5W等小功率光源;如果為LED，其總光通量為30 lm以上即可。在設計舉例中，每只牌照燈使用一只W5W燈泡光源。

設計舉例中，牌照燈后殼為黑色，不起反射作用；燈罩為無色透明的PMMA，設計有散射花紋，使燈泡發出的光，盡量集中并均勻地照射在參考的牌照板相應位置上。

在配光設計時，一般需考慮兩個問題：(1)燈具周邊吸收光的區域，不要遮擋燈光對牌照板上方左右角的照射;(2)使燈光盡量均勻，避免燈具附近很亮，而偏遠區域很暗的現象。

如果因為車輛造型要求，車輛只用一只較短的牌照燈，或者兩只牌照燈安裝位置(中心距)較近時，需要設計特殊的配光結構，將牌照板上方左右角照亮，如圖4所示[9]。

圖4 一種增加牌照燈左右擴散角的配光設計結構

2.3 牌照燈配光模擬分析

在配光設計數據完成后，需要進行配光模擬分析。在配光分析軟件 LUCIDSHAPE里，具有專門為牌照板配光分析設置的屏幕設定，將數據按照與牌照板中心相對位置調入后，分別設定其反射率、折射率和透過率等參數，并調取分析用的牌照板進行分析，其模擬結果如圖5所示。

圖5 某后牌照板空間接收燈光的照度分布

從以上模擬結果可見，牌照板在光源附近的上邊緣區域亮度較高，在其下邊緣區域亮度較低，成梯度性下降；牌照板上邊緣兩牌照燈交界處，因牌照燈黑色殼體的遮擋，亮度相對最低。以上圖片表現，與實際裝車狀況照片較為吻合。

調用軟件內置的模擬測點報告程序，生成模擬報告如圖6所示。圖6中顯示，所有測點亮度都大于2.5 cd/m2，點P10亮度最低，為B0值；各測試點進行梯度比照，P2和P3之間為最大梯度，不大于B0值的2倍，判定合格。

圖6 某后牌照板空間接收燈光的模擬報告

3 牌照燈認證資料的提供

牌照燈及后牌照板照明裝置需要根據相關標準進行認證，一般在牌照燈上獨立進行。在產品認證之前，除了須提供足夠的樣品之外，還需準備相關的文件資料，一般包括產品相關信息表、產品簡易裝車示意圖等，如果有可能，應盡量提供裝燈的工裝，以便模擬產品實際的裝車狀態。

如圖7所示，尺寸E和F表明了所對應牌照板的尺寸；尺寸A是燈具對稱于牌照板中心的安裝中心距；尺寸B和尺寸C，是燈具相對于牌照板的相對安裝位置，角度D，是燈罩表面相對于牌照板的安裝角度。以上尺寸缺一不可，否則無法明確定義牌照燈與牌照板的相對位置，難以判斷該后牌照板照明裝置合格與否。

圖7 后牌照燈安裝位置、角度示意圖

4 牌照燈測試及判斷

牌照燈在認證之前，企業也應該做自我測試，其測試及判斷方式一般如圖8和圖9所示。

圖8 牌照燈測試工裝及測試設備

圖9 牌照燈測試結果及判斷

如圖8所示，測試設備包括穩壓電源、亮度探頭及讀數設備、具有標準測試孔位的支架及漫反射牌照板、模擬裝車位置的燈具測試工裝等。在暗室里測試，記錄點P1—P12的讀數，填入預先編制好的表格中，如圖9所示。

從圖9可以看出，所有測點值都大于2.5 cd/m2，點P9亮度最低，為測試的B0值；在表格中相鄰測點進行比照，P5和P10之間為最大梯度，不大于B0值的2倍，判定合格。

5 結束語

根據牌照板照明裝置的配光是否滿足標準要求，與兩個方面有關：(1)燈具的裝配位置是否考慮了標準的要求，其安裝位置、裝配角度定義是否合理，符合標準要求，并進行了數據校核；(2)牌照燈設計是否考慮了對應牌照板的要求，將光線作了合理的配光設計處理，使牌照板接收光線亮度足夠，并且分布較為均勻。

牌照燈的認證和檢驗，也需要對以上兩方面進行檢查和試驗，需要提供明確的裝配位置示意圖紙，最好能夠制作實際的試驗檢測工裝，通過試驗測定和數據計算，判斷產品是否合格，滿足相關標準要求。