汽車前照燈前束燈光標(biāo)定方法及故障應(yīng)對策略

李祥兵

（神龍汽車有限公司， 湖北 武漢 430060）

車燈是最重要的功能件之一，前照燈中的近遠(yuǎn)光是汽車主動安全的重要部分。燈光在給駕駛員提供充足的路面照明和寬廣的視野時，還要保證不對其他道路使用者產(chǎn)生眩目等干擾。通常，當(dāng)一只合格的前照燈裝配到車身上后，理論上，燈光的高度和水平寬度是不用調(diào)整的，但由于裝配工藝、車身尺寸的誤差導(dǎo)致前照燈在整車上會發(fā)生位置偏移，以及照明距離遠(yuǎn)（法規(guī)規(guī)定10m光屏距離），車身姿態(tài)的微小變化都會引起燈光光束的較大距離偏差。為確保一只單件合格的前照燈裝配到車身上后，其燈光高度和寬度仍然是合格的，就需要對前照燈在前束上進(jìn)行燈光檢查調(diào)整，使前照燈在整車下線之后，燈光仍然滿足法規(guī)的要求。對主機廠而言，為減少燈光調(diào)節(jié)工作量，通常會要求供應(yīng)商基于主機廠標(biāo)定好的燈光樣件自行對成品前照燈的水平寬度調(diào)整到中值，這樣標(biāo)定之后的前照燈裝配到車上后，理論上不用再次調(diào)整。而在燈光的標(biāo)定和調(diào)整過程中，通常會出現(xiàn)各種各樣比較復(fù)雜的問題，工程師需要花費大量的時間去調(diào)查根本原因。為走出這種困境，就需要一套完整的標(biāo)定方法及燈光標(biāo)定故障的應(yīng)對策略，使燈光標(biāo)定更加科學(xué)合理。

1 前束燈光標(biāo)定原理

1.1 垂直三角形調(diào)光原理

前照燈燈光調(diào)節(jié)是通過本身的渦輪和蝸桿機構(gòu)來實現(xiàn)的。圖1為垂直三角形調(diào)光原理。在設(shè)計階段，反射鏡的背面設(shè)計有3個球頭緊固點，其中，A，C兩點為活動結(jié)構(gòu)，B為固定結(jié)構(gòu)。AB構(gòu)成的連線與BC構(gòu)成的連線相互垂直。當(dāng)對A點進(jìn)行調(diào)節(jié)時，整個反射鏡會圍繞BC軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則截止線將進(jìn)行水平方向（寬度方向） 的調(diào)節(jié)；當(dāng)對C點進(jìn)行調(diào)整時，整個反射鏡會圍繞AB軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則近光截止線將進(jìn)行垂直方向（高度） 的調(diào)節(jié)。通常，對于水平方向的調(diào)節(jié)，車燈廠在出廠之前標(biāo)定到中值即可，在整車上不用再次調(diào)節(jié)。垂直方向的調(diào)節(jié)，需要在整車前束臺上將燈光高度標(biāo)定到0.7～0.9H之間（其中H為前照燈基準(zhǔn)中心高度）。而在實際的使用過程中，高度的調(diào)節(jié)可以分為手動調(diào)節(jié)、靜態(tài)調(diào)節(jié)和動態(tài)調(diào)節(jié)。手動調(diào)節(jié)一般是借助專用工具或在駕駛室內(nèi)通過旋轉(zhuǎn)燈光調(diào)節(jié)旋鈕來實現(xiàn)，而靜態(tài)調(diào)節(jié)和動態(tài)調(diào)節(jié)是通過車身高度傳感器來實現(xiàn)。

圖1 垂直三角形調(diào)光原理

1.2 前束檢測臺構(gòu)成

前束試驗臺主要由集光箱、龍門框架、行走定位機構(gòu)、校準(zhǔn)工具構(gòu)成。如圖2所示。集光箱是利用凸透鏡聚焦的原理，把法規(guī)規(guī)定的凸透鏡放在車輛前方，將離前照燈光學(xué)中心10m遠(yuǎn)的光屏上的成像轉(zhuǎn)化為很小距離的光板成像，并利用CCD技術(shù)把成像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號進(jìn)行處理。整車廠前束臺主要標(biāo)定近光高度并保證符合法規(guī)規(guī)定的范圍，測量近光的寬度，測量左右前照燈處于遠(yuǎn)光狀態(tài)下的光強，與此同時，它也對遠(yuǎn)光的高度、寬度以及前霧燈的高度進(jìn)行標(biāo)定。

圖2 前束測試臺構(gòu)成及原理

1.3 截止線的形成原理

對于單個模組（投射式或反射式） 形成的近光，其截止線的形成主要有兩種方式：一是依靠遮光板來實現(xiàn)，即遮光板加工成截止線的形狀，然后通過透鏡成像原理來形成清晰的截止線，投射式前照燈模組一般采用這種方式；另外一種方式通過反射鏡的曲面設(shè)計來形成截止線，這種方式主要用于反射式前照燈。對于多個模組的前照燈，一般依靠幾個模組的組合來形成截止線，這種組合方式也分為2種：一種是各個模組均形成各自的截止線，然后重疊在一起，形成總的截止線；另外一種是其中一個模組形成截止線，其余的模組對截止線的水平段部分進(jìn)行補光。這兩種方式各有優(yōu)劣，都能形成相對比較清晰的截止線。

2 燈光標(biāo)定的法規(guī)要求

ECE配光方式有兩種：一種是在配光屏幕上，明暗截止線左側(cè)與水平基準(zhǔn)線h-h重合，明暗截止線右側(cè)與水平基準(zhǔn)線呈15°夾角；另外一種配光方式，燈光在屏幕上投影呈Z字型，明暗截止線左側(cè)部分在水平基準(zhǔn)線以下250mm處，右側(cè)部分則與水平基準(zhǔn)線呈45°夾角。如圖3所示。中國國內(nèi)近光明暗截止線一般采用Z字型樣式。

圖3 明暗截止線原理

根據(jù)GB7258照明系統(tǒng)的要求，在離車輛前照燈近光光源中心位置到車輛前方10m處放置一個光屏，乘用車前照燈明暗截止線（15°或45°） 拐點位置高度應(yīng)位于0.7H～0.9H之間（其中H為前照燈基準(zhǔn)中心高度）。對于寬度而言（俗稱燈寬），其明暗截止線的拐點向左偏移不允許超過170mm，向右偏移不允許超過350mm。這個要求考慮了車身尺寸、工藝波動等多個因素，甚至有時車身波動大于燈的調(diào)節(jié)范圍的情況。對于燈具廠的車燈而言，一般水平方向規(guī)定：0±0.5%（±0.28°），即要求車燈在出廠時，截止線拐點盡可能在中值附近，這樣燈裝在整車上后，理論是不用調(diào)整就可以保證燈寬合格。

對于光強的要求，要求單個前照燈遠(yuǎn)光（一般為近光加遠(yuǎn)光） 的光強應(yīng)至少大于30000cd，左右遠(yuǎn)光光強之和應(yīng)不大于220000cd。在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，一般鹵素?zé)艄鈴娫?0000～50000cd為正常范圍，LED前照燈為50000～70000cd為正常范圍。表1為乘用車近遠(yuǎn)光法規(guī)要求。

表1 乘用車近遠(yuǎn)光法規(guī)要求

3 燈光捕捉算法研究

主機廠的調(diào)光設(shè)備雖然型號各不相同，但截止線捕捉原理基本相似，一般有以下兩種算法。

3.1 最大梯度法

最大梯度法是一種向量（vector） 法，即函數(shù)在該點的方向?qū)?shù)沿該方向得到最大值，函數(shù)在該點沿該方向（梯度方向） 變化最快，變化率為最大值。如圖4所示，y=f（x）為截止線的外輪廓，直線l與截止線輪廓形成2個交點A，B。通過明暗過渡區(qū)找到明暗截止線，并且以截止線的曲率變化的最大梯度點C作為拐點。

圖4 最大梯度法

采用該方式，光型的品質(zhì)對捕捉結(jié)果影響很大，例如，在截止線中出現(xiàn)光斑或是光型缺失，會導(dǎo)致截止線變化最大點發(fā)生在光型較差的區(qū)域，從而影響拐點的選取。

3.2 圖形特征法

如圖5所示，圖形特征匹配需要先在一幅圖像中確定出特征，然后再在待匹配圖像中利用約束條件在一定范圍內(nèi)搜索相似特征。該方法主要包含3個過程：①特征檢測；②特征相似性度量；③搜索策略。

圖5 明暗截止線檢測及識別算法流程圖

在實時匹配這類運用中，主要從3方面來提升匹配的可靠性：①盡量減小基準(zhǔn)圖大小，并通過分區(qū)約束等方法減少匹配搜索范圍；②盡可能選擇特征明顯、不受外界影響的圖形作為基準(zhǔn)圖形；③選擇具有魯棒特征的提取方法。在近光明暗截止線的獲取上，通常以暗區(qū)至亮區(qū)變化點作為截止線，得到截止線后，用截止線的圖形特征進(jìn)行自動拐點搜索并計算匹配得到。

4 基于某項目前照燈項目的燈光標(biāo)定

某項目采用矩陣反射式LED前照燈設(shè)計，近光采用2個反射鏡結(jié)構(gòu)且呈水平方向布置，靠近車輛縱中軸面的反射鏡用于形成15°截止線，靠近車輛外側(cè)的反射鏡主要用于給截止線下側(cè)區(qū)域補光。

4.1 燈光標(biāo)定前的準(zhǔn)備工作

在設(shè)計階段，要求遠(yuǎn)光燈垂直方向HV點高度不能超過近光燈拐點0.2H（H為近光光學(xué)中心離地高度）。反射鏡注塑和鍍鋁品質(zhì)穩(wěn)定，截止線要光順，配光室截止線水平度和清晰度測量均符合要求（其中水平度＜0.2，清晰度0.2～0.45）。確認(rèn)近光截止線計算方法，一般采用優(yōu)選圖形特征法更加精確。保證在線光檢設(shè)備能對近光燈特殊點進(jìn)行監(jiān)控（25L、25R、50L、50R、75R，第4區(qū)），測試電壓為13.2V時，75R≥25lx，50R≥20lx，50V≥6lx，25R≥5lx，25L≥5lx，Ⅳ≥5lx。燈具廠在線近光拐點中值的設(shè)置，由主機廠車身上標(biāo)定的近光拐點位置確定。如果設(shè)備為自動調(diào)光，則近光拐點中值控制公差為±0.5%；如果設(shè)備為手動調(diào)光，中值控制公差為±0.8%。所有光檢合格的前燈，燈殼上有光檢合格標(biāo)識。

4.2 燈光標(biāo)定

1） 確認(rèn)車身尺寸是否穩(wěn)定。與主機廠總裝工藝確認(rèn)前照燈近光截止線類型（15°截止線或45°截止線）。如果是模組，明確該模組沿用的相關(guān)車型，確認(rèn)前束臺燈光捕捉算法。然后對前束臺光檢參數(shù)（遠(yuǎn)光光學(xué)中心離地高度、中心點距離、近光光學(xué)中心離地高度、中心點距離） 進(jìn)行設(shè)置，并確認(rèn)與理論光學(xué)中心坐標(biāo)一致。當(dāng)車身尺寸和工藝參數(shù)確認(rèn)后，使用穩(wěn)定的車身進(jìn)行前照燈的燈寬標(biāo)定。

2） 前束臺一致性確認(rèn)。通常，在主機廠總裝前束臺區(qū)域，一般至少有3個前束通道。其中一個通道主要用來標(biāo)定前束臺本身。這個標(biāo)定工作分為兩部分：①將燈箱的HV捕捉位置標(biāo)定到理論位置；②采用樣架進(jìn)行監(jiān)測，一般每周監(jiān)測一次捕捉位置，確認(rèn)是否仍然在理論位置。另外2個通道用于生產(chǎn)線車輛燈光的標(biāo)定和檢測。項目某個階段對前照燈進(jìn)行燈光標(biāo)定時，要確保同一臺車在3個通道的燈寬值和燈光高度值不能大于0.5%，否則會因為前束臺設(shè)備的因素導(dǎo)致燈光的標(biāo)定結(jié)果存在很大差異。

3） 車燈的狀態(tài)。在對前照燈標(biāo)定前，車燈的尺寸狀態(tài)必須穩(wěn)定，車燈在車燈廠出廠前的燈寬和燈高數(shù)據(jù)合格且穩(wěn)定。對于燈寬，由于主機廠一般不會在整車上對燈寬進(jìn)行調(diào)整，車燈廠需要保證截止線拐點的水平位置必須盡可能在中值0.8%（國標(biāo)對水平方向要求的范圍為-1.7%～+3.5%）。

4） 更換前照燈（要求各個功能正常）。將車輛在顛簸路面上行駛，然后去總裝前束臺進(jìn)行燈光標(biāo)定。標(biāo)定方法為：首先將近光燈寬值調(diào)至+0.9%，同時調(diào)燈高至合格范圍，再調(diào)整燈寬至+0.9%，調(diào)整燈高至-1%。然后再進(jìn)行顛簸路面的路試，重新上檢測臺，檢測燈寬位置，如果燈寬不處于+0.9%位置，則調(diào)到+0.9%，燈高調(diào)到要求范圍后再向下調(diào)整兩圈螺紋。按照相同的操作步驟標(biāo)定第2套前照燈，每套前照燈要用油漆筆將車輛信息、標(biāo)定日期、近光高度和寬度參數(shù)標(biāo)注在燈殼上，用膠水將所有的調(diào)光接口固定，完成標(biāo)定樣燈制作。如圖6所示。

圖6 燈光標(biāo)定流程

如果標(biāo)定后在主機廠出現(xiàn)燈寬不合格問題，則首先用封樣前照燈裝在故障車上在前束臺進(jìn)行裝車檢查。如果檢測值與標(biāo)定值相差±0.2%，則認(rèn)為車身沒有變化，需要車燈廠分析原因。如果檢測值在合格的極限或者不合格，則按照上述步驟，重新進(jìn)行燈光標(biāo)定。

5 車燈標(biāo)定中的常見問題

5.1 截止線拐點跳動

在整車前束臺燈光標(biāo)定中，前束屏幕上的十字光標(biāo)來回跳動，光檢臺無法捕捉到正確的拐點。通常情況下，出現(xiàn)這種問題的原因為：近光時，正常狀態(tài)的截止線只有一個最亮點A，并位于HV點下端；如果在截止線水平段下部的其他區(qū)域還存在其它最亮點B，且該最亮點位于設(shè)備的掃描范圍內(nèi)，則設(shè)備在捕捉最亮點過程中，設(shè)備無法識別出哪個是正確的最亮點，就會在A，B之間來回捕捉。在這種情況下，一般從兩個方面優(yōu)化：對于前照燈而言，找到出現(xiàn)2個最亮點的原因，通過優(yōu)化設(shè)計光型來解決。對于鍍鋁反射碗，優(yōu)化鍍鋁工藝，從而消除不合適的最亮點B。另一方面，在前束屏幕上觀察最亮點出現(xiàn)捕捉區(qū)域，通過優(yōu)化設(shè)備的捕捉范圍，將最亮點B的位置置于捕捉范圍之外，即可以消除截止線捕捉抖動的問題。

5.2 無法發(fā)現(xiàn)拐點

前照燈無拐點，投到屏幕上后，截止線在拐點區(qū)域無明顯拐點或表現(xiàn)為一段圓弧，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正確捕捉?，F(xiàn)場四輪定位調(diào)光時，前照燈零件與SGM設(shè)備匹配差異較大，拐點超出或處于調(diào)光界面極限，現(xiàn)場調(diào)整過度或調(diào)整無方向，容易造成過度調(diào)整。在這種情況下，首先要優(yōu)化前照燈的光型，讓明暗截止線更加清晰，同時保證15°或45°截止線角度能更清晰地顯示出來。

有時，曝光度不足也是拐點無法捕捉的根本原因。曝光度是攝影技術(shù)的一個術(shù)語，指設(shè)備感受到光亮的強弱及時間的長短。所拍攝的物體越亮，相機的快門速度相應(yīng)提高，光圈縮小，光圈和速度要互相配合，單一調(diào)整哪一個都不一定能拍出一張曝光準(zhǔn)確的相片。反之所要拍攝的物體很暗，那么就要減慢速度，放大光圈才行。在前束上，對于不同技術(shù)的車燈，比如LED前照燈、鹵素?zé)簦捎贚ED前照燈的亮度普遍高于鹵素?zé)簦虼怂璧钠毓舛纫话阋∮邴u素?zé)襞荨?/p>

5.3 拐點不動

當(dāng)截止線調(diào)節(jié)到一定位置時，發(fā)現(xiàn)拐點無法移動。在這種情況下，要檢查車燈內(nèi)部手動調(diào)節(jié)機構(gòu)是否出現(xiàn)調(diào)節(jié)故障，導(dǎo)致無法傳遞機械動力，拐點無法調(diào)節(jié)。在這種情況下，最常見的是前照燈內(nèi)部出現(xiàn)調(diào)節(jié)螺桿斷裂、滑絲等故障。出現(xiàn)這種情況的原因比較多，從車身角度，要調(diào)研車身在近期是否有尺寸波動，導(dǎo)致在前束調(diào)節(jié)時，即使車燈調(diào)到極限位置，燈寬依然無法合格。從車燈的角度分析，要檢查車燈內(nèi)部在反射碗的運動過程中，是否存在干涉問題，導(dǎo)致手動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)無法調(diào)節(jié)。

5.4 遠(yuǎn)光光強不合格

在當(dāng)前技術(shù)條件下，單遠(yuǎn)光一般很難完全滿足路面照度的要求，因此，遠(yuǎn)光一般是近光和遠(yuǎn)光的合成。遠(yuǎn)光的照度一般在30000 ～220000cd 之間，如果遠(yuǎn)光光強低于30000cd，則說明遠(yuǎn)光光強出現(xiàn)問題。在這種情況下，一般先比較同一臺車上左右前照燈光型的差異，如果有很大差異，就需要對遠(yuǎn)光的反射鏡進(jìn)行優(yōu)化，使得左右光型完全一致。如果左右前照燈光型一致，則檢查故障燈的偏轉(zhuǎn)角度是否偏得非常厲害，如果偏得很厲害，就需要從車身的尺寸方面進(jìn)行優(yōu)化。

6 結(jié)論及展望

由于車燈在整車上的燈光狀態(tài)必須符合法規(guī)要求，因此燈光標(biāo)定是主機廠總裝車輛下線的重要工作。由于受到多個因素影響，燈光標(biāo)定一直是比較繁雜的工作。基于法規(guī)的要求及前束臺燈光捕捉原理，本文重點論述了車燈燈光標(biāo)定的方法以及標(biāo)定過程中常見問題的應(yīng)對策略。從標(biāo)定流程和常見故障問題來看，前照燈的工藝狀態(tài)、車身的尺寸狀態(tài)以及前束測試臺的參數(shù)設(shè)置是影響車燈燈光是否合規(guī)的重要因素。在設(shè)計的故障分析中，也要逐一分析三者的工藝穩(wěn)定性，比如對于前束測試臺，如果有好幾個測試通道，要保證同一臺車在各個通道上的測試結(jié)果誤差在0.5%以內(nèi)，否則，測試設(shè)備的誤差將無法鎖定故障的根本原因。