前照燈性能評價整車級及零部件級測試差異分析

趙準　王丹丹　趙帥　陳澎

摘 要：汽車照明安全是汽車主動安全的重要組成部分之一。目前對汽車照明的評價基本為零部件級，無法從整車的角度分析前照燈的照射距離、照射寬度、眩光性等指標。隨著中國汽車產品安全技術水平的快速發展，對整車級照明評價受到越來越多的關注。本文從整車燈光性能評價的角度，對其試驗方法，從評價流程，掃描時長，車輛姿態，燈具安裝誤差，熱影響等方面分析了整車燈光評價與零部件燈光評價的差異，并進行了相應的試驗驗證，從而得出結論，整車級評價更接近車輛和燈具的實際使用狀態，零部件級評價不能取代整車級測試。

關鍵詞：整車級燈光評價 零部件級燈光評價 差異比對

1 引言

根據中國交通事故深入研究數據顯示，照明不佳導致的交通事故率占比達到37.85%，而照明不佳引起的致死事故，占比達到了將近一半。由此可以看出，汽車照明安全是汽車主動安全的重要組成部分之一。

而判斷一輛車是否擁有良好的照明情況，則需要分析汽車前照燈的照射距離、照射寬度、眩光性等指標是否達到良好狀態。但是目前大部分汽車燈具制造廠，是從車燈零部件級的角度設計生產檢測汽車車燈照明[1]，無法從整車級的角度分析近光和遠光的照射距離、照射寬度、眩光性等指標[2]，忽略了車輛姿態、車輛安裝誤差、車輛熱影響等方面對汽車照明的影響。因此，分析找出整車燈光評價和零部件燈光評價差異，推進汽車燈具在研發設計階段滿足駕駛員實際使用需求，成為目前的重點工作之一。

2 整車燈光性能評價方法及流程

整車燈光性能評價是在整車狀態下在試驗室分別對汽車前照燈遠光和近光功能進行光學測量，并根據燈具在車輛上的安裝參數（一般指安裝間距、安裝高度等），對前照燈遠近光在道路上的分布進行分析，評價其在駕駛狀態下對道路照明的充分程度、對障礙物和行人的發現能力、以及對對方駕駛員的眩光程度等性能進行綜合評價的方法。

中國汽車技術研究中心有限公司在國內開展新車性能評價（NCAP），也是世界上首個將汽車照明評價納入C-NCAP評價體系的機構。在進行C-NCAP整車燈光評價測試時，有以下流程：

（1）車輛在測試前需要進行不小于1000km的行駛磨合，使車輛在測試過程中更加接近實際車輛的正常使用狀態。

（2）測試前車輛需要在環境溫度23℃±5℃的條件下停放不少于8h，為了使車輛保持穩定狀態。

（3）試驗前車輛各項狀態確認，包括整備質量，胎壓，電量，車身高度；同時還會進行車輛及前照燈清潔，車輛參數測量（基準中心、電壓）等準備工作。整備質量，胎壓，車身高度會影響車燈光學中心的位置，電量會影響車燈亮度，而燈具面罩灰塵則會影響車燈的光學分布，因此以上操縱步驟可使得燈具光學特性測量更加精確。

（4）將車輛放置在水平高精度轉臺上，進行前照燈光學中心和安裝參數的測量，用于確定屏幕基準及光束照準，之后進行近光燈明暗截止線照準。隨后點亮車輛前照燈達到穩定狀態，并完成光學數據采集，最后利用插值法，投影計算等方法進行數據處理，完成道路評價指標分析，如圖1所示。

其中，光學數據的采集是通過車輛測試轉臺的轉動結合亮度測試系統以及線性照度測試系統等配合工作來完成的，從而獲取汽車前照燈在空間的光分布，用于后續數據分析。

在測量過程中：高精度車輛轉臺可承受3.5t的設計重量，并能夠在精度為0.01°以上的范圍內進行左右旋轉，通過一個固定的照度計，配合轉臺的轉動進行燈具H方向的光學特性數據采集；而在采集燈具V方向及眩光部分光學特性時，轉臺保持一定角度固定，線性照度計進行上下移動掃描。

（5）利用燈具基準中心測定裝置通過圖像處理以及光學加權計算的方式測得燈具光學中心位置，以此來確定近光明暗截止線HV點投影在屏幕上的位置。

測量狀態如圖2所示：

3 零部件燈光性能評價測試

零部件燈光性能評價是將燈具零部件在一個光學暗室中點亮，使用一個精密測試轉臺，分別對前照燈遠光和近光功能在空間中的光學分布進行測量，并通過軟件對其在道路上的照明性能進行分析的一種方法。

目前大部分燈具零部件供應商，在自測整車燈光性能評價時，一般會使用零部件燈具在轉臺上進行測試。其測試方法是將燈具樣品使用專用配光夾具按照裝車狀態將其固定在測試轉臺上，并且利用激光、直尺等對準工具使得燈具的發光中心位于測試轉臺的回轉中心上[3]。之后進行近光燈明暗截止線照準。其方法與整車燈光近光燈明暗截止線照準原理基本類似：

（1）使用轉臺將近光明暗截止線與25m屏幕標準明暗截止線位置進行目視照準，之后轉臺從下向上移動，垂直掃描穿過位于V-V線左側2.5°的截止線水平部分。掃描范圍位上下2°，掃描步長不大于0.01°。確定最大梯度拐點，并將其位于制造商定義的近光燈初始照準位置。

（2）垂直照準后，從左5°到右5°，對位于0.2°D的水平線進行掃描并確定最大梯度，在0.2°D線上找到的梯度拐點應位于V-V線右側0.5°線上。

（3）近光明暗截止線照準后，進行光度穩定，當光度變化值在任一15min內小于3%時，認為其達到穩定狀態，記錄測試點的光度。

（4）配光轉臺掃描進行數據采集，數據采集的范圍與整車級掃面范圍一致，而后進行數據處理，如圖3所示：

零部件燈光評價測試主要通過燈具測試轉臺，夾具，照度計等配合進行光學測量及評價[4]，設備如圖4所示：

從圖3和圖1的對比中，我們可以發現使用零部件燈光進行燈光性能測試時，缺少了整車參數配置的影響因素（例如整備質量，胎壓，電量，車身高度等影響）的過程。并且在確認明暗截止線的時候，雖然原理類似，但是仍有差別。在車輛整備與測試上，也存在較大差異。

4 整車級和零部件級評價對比差異

經過多次試驗流程與試驗數據的比對，總結出整車燈光性能評價相比零部件級燈光性能評價有如下優勢和差異：

（1）采用成像式亮度計拍照方式，測量結果在時間相關性方面更加接近真實狀態。整車級燈光評價采集數據使用成像式亮度計在很短時間（約2min）內通過拍照的方式將燈光在空間的光分布采集下來，為達到穩定狀態后的瞬時狀態，各數據點基本未同一時間的不同空間點的數據分布，接近實際使用狀態。而零部件級燈光評價單個功能掃描時間很長，每只燈每個功能的測量時間根據設備的差異，大約需要1-2h，由于燈具在長時間點亮過程中，光源輸出會發生明顯的衰減及波動，從而導致掃描采集的數據在不同空間位置上的時間是不同的，與實際狀態有偏差。

（2）使用整車進行燈光測試，最大限度還原了汽車燈具在交付用戶手中時的安裝狀態。在燈具裝配基準誤差方面，整車級燈光評價的燈具安裝在車輛后的光學中心位置偏移、光軸偏移、燈具擠壓變形都為實際狀態，均會對測試結果產生影響。例如，因燈具安裝基準或安裝過程中擠壓變形造成的光型偏移會嚴重影響截止線照準及測試結果，實測中有偏轉超過3°的案例，如圖5所示。

此情況對于彎道引導距離，左側行人可見度，彎道照明寬度，眩光性等方面測試均造成了不同程度的影響，如圖6所示。而零部件燈光評價則是將測試燈具利用夾具安裝在測量轉臺上，可以人工進行調整，不會出現左傾或者右傾的情況。從第二節明暗截止線的調節也可以看出，用于計算道路分布的燈具安裝參數可以使用轉臺調節至理想值，與實際測量存在偏差。

（3）還原整車電壓狀況，使燈具的使用更接近實際狀態。在測試電壓方面，整車級燈光評價的測試電壓為整車怠速狀態下測得的實車電壓，如果是電動車則直接使用車輛動力電池供電。而零部件級燈光評價通常法規規定的零部件測試電壓13.2V。以理論值13.2V與實測值14.5V為條件，分別測量不同電壓下的燈光測試偏差，其差異如圖7所示：

（4）整車燈光測試可以很好的還原燈具在使用時受到的機艙內影響因素，例如在受熱影響方面，整車級燈光評價中機艙的散熱情況為真實情況，而熱量會影響燈具的光衰減和光學結構的變形。零部件級燈光評價無法模擬該因素的影響。而受熱影響下的截止線變化在國家標準中也有提及，試驗要求配光性能穩定性試驗后的△r≦1 mrad[5]，而GB 4785附錄D中為2mrad。1 mrad約0.057?，即1%名義截止線位置對應-0.57?的10%。因機艙散熱條件與零部件測試不同，燈具截止線在測試過程中有下降的情況，實測中有超過3mrad的案例。如圖8所示：

（5）整車上前照燈之外的光源因素，同樣會影響照明情況，需同時進行測量。如在位置燈影響方面，整車測試中前位燈打開，與實際行車狀態相一致。而零部件級燈光評價通常只測前照燈，如涉及到貫穿燈或者較為復雜的互存燈時無法同時進行測試。

（6）整車燈光評價的明暗截止線位置更接近實際狀態。整車燈光測試的初始明暗截止線位置，是根據三坐標測量的燈具光學中心的位置計算而來，其拐點位置正對燈具光學中心位置。而零部件燈光通過轉臺進行測試，測試時需將燈具光學中心與標準明暗截止線手動目視對準，精確度相比整車燈光測試要差。

（7）整車燈光測試時在實車狀態下調節明暗截止線位置，通過燈具本身的調節機構進行調節，并體現了燈具本身的調節誤差，與實際使用狀態相符。零部件燈光測試時，可以使用轉臺直接將明暗截止線調整至制造商定義的理論明暗截止線位置，無法與實際使用狀態匹配。

5 評價影響因素及差異結果分析

利用歸納推理法進行整車級與零部件級燈光的對比分析，發現影響最終照明性能的有以下兩個方面：

（1）掃描時長導致光源產生光衰，影響光源發光強度；測試電壓不同影響光源發光功率，導致不同電壓發光強度不同；部分位置燈光強疊加，同樣影響遠近光照明發光強度。綜上所述，這些因素最終會導致發光強度不同，影響照明結果。但對遠近光光型及位置不會產生較大影響。

（2）懸架姿態以及配重使車身狀態與設計狀態偏離，從而影響燈具光學中心位置，進而影響明暗截止線位置。燈具裝配誤差會使燈具光軸偏移，機艙熱影響使得光學機構的支架等受熱膨脹，從而影響光學模塊位置偏移，影響明暗截止線位置。明暗截止線位置會直接影響燈具照明的結果，明暗截止線較高會產生眩光，明暗截止線較低會影響直道引導距離，彎道引導距離等，直接影響照明效果。

以上兩種因素分析結果如圖9所示。

我們通過目視照準與機械照準對明暗截止線影響的比對，得出以下數據，如圖10所示。

通過以上分析我們可得知，整車級評價更接近車輛和燈具的實際使用狀態，更加體現出整車環境下燈具的明暗截止線位置以及照明情況，最大化還原用戶使用燈光時的狀態。在此狀態下進行照明優化和改進，有利于推進燈具照明朝著更加安全的方向發展。

6 總結與展望

本文論述了整車級燈光評價與零部件級燈光評價的差異，從掃描時長，車輛姿態，燈具安裝誤差，機艙熱影響等方面，驗證了整車級環境因素對于燈光評價結果的影響，得出了整車級評價更接近車輛和燈具的實際使用狀態，零部件級評價不能取代整車級測試的結果。企業可通過以下方式減少零部件級評價與整車級評價之間的差異：

（1）零部件燈具測試時使用燈具自身的調節機構進行明暗截止線位置調節，避免使用轉臺直接調節至理論值。

（2）完善汽車設計公差規范（DTS），加強車燈安裝定位體系設計，保證燈具實際安裝位置與理論值不出現較大偏差。

（3）增加燈具散熱性能，如增加風扇，增加透氣裝置等。

（4）完善燈具調光機構，使用耐熱性較好的材料，并細化調節范圍及調節精度，避免出現調光機構受熱膨脹或無法調節到理論值的情況。

（5）弱化位置燈帶來的眩光影響，避免出現位置燈大面積堆疊的情況。

雖然當前的車燈設計仍然是在零部件級的基礎上進行的設計，但是隨著車燈技術的不斷推進，模擬技術的不斷提升以及整車燈光測試規程的不斷完善，需要企業在燈具零部件設計過程中考慮整車環境因素對于燈具的影響，從而在設計階段使燈具的研發趨于滿足駕駛員實際使用需求。

參考文獻：

[1]覃桂林.試論汽車前照燈配光性能的測試方法[J].汽車實用技術，2019（10）：145-146.DOI：10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.050.

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[3]閆萬釗，劉倩軍，林繼梁，張琳祎，聶康達，馬彪. 各國汽車前照燈測試方法研究[C]//.Proceedings of the 16th International Forum of Automotive Traffic Safety（INFATS 2019）.[出版者不詳]，2019：76-81.DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.015464．

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[5]GB 25991 汽車用LED前照燈.