中歐機動車照明和光信號裝置檢驗試驗條件的研究

李　鋼　張憲忠　紀迎平　方素香

（天津大學內(nèi)燃機研究所　天津　300072）

中歐機動車照明和光信號裝置檢驗試驗條件的研究

李鋼張憲忠紀迎平方素香

（天津大學內(nèi)燃機研究所天津300072）

機動車照明和光信號裝置檢驗試驗條件對于燈光檢驗非常重要，試驗條件不滿足要求很有可能引起檢驗結果的誤判。因此，國內(nèi)和歐洲對此都有非常嚴格的要求。分別對這些要求進行詳細的介紹和比較，并給出了國內(nèi)參照歐洲的要求制定相應的機動車燈光檢驗試驗條件標準的建議。

機動車 照明和光信號裝置檢驗 試驗條件

引言

燈具是機動車上的重要安全部件，對夜間和光線不好時駕駛員和其他道路使用者的安全至關重要，因此世界各主要的機動車生產(chǎn)和消費國家（地區(qū)）對機動車上的各種照明和光信號裝置的性能要求非常全面和嚴格。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）在其發(fā)布的135項各類機動車安全性能法規(guī)中有超過1/4的項目都是對燈具性能的要求；我國的機動車燈光標準技術內(nèi)容上大多采用的是歐洲的ECE法規(guī)，經(jīng)過近30年的發(fā)展已經(jīng)形成比較完善的燈光標準體系。在這些標準和法規(guī)中，機動車燈具檢驗試驗條件的要求都是非常重要的，因為燈光試驗需要非常精準的試驗條件，試驗條件不滿足要求會嚴重影響試驗結果，從而導致誤判的發(fā)生。我國雖然在機動車燈具要求的技術內(nèi)容上參照的是歐洲法規(guī)，但在具體的試驗條件上并不與其完全一致。

我國機動車燈具的試驗條件要求主要在機動車燈光國家標準（主要是GB4599-2007《汽車用燈絲燈泡前照燈》）和中國合格評定國家認可委員會（CNAS）編制的 CNAS-CL13《檢測和校準實驗室能力認可準則在汽車和摩托車檢測領域的應用說明》中［1-2］。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會對燈光實驗室的要求主要在國際汽車照明及光信號裝置專家組（GTB）光學工作組制定的《燈光實驗室準確度導則》（《Photometry Laboratory Accuracy Guidelines》）中提出［3］。下面針對中歐在燈光檢驗方面的具體試驗條件進行詳細介紹。

1　環(huán)境條件

1.1國標

試驗暗室應無漏光，其環(huán)境條件不影響光束的透射性能和儀器精確度。

1.2CNAS-CL13

汽車和摩托車照明及信號裝置配光性能測試暗室的環(huán)境條件應符合檢測標準的規(guī)定；燈光測試暗室內(nèi)應有良好的封閉防塵措施；在光度測試的整個區(qū)域內(nèi)應無人體可感受的明顯氣流擾動；測量設備及傳感器所在區(qū)域的溫度應控制在（23±5）℃，傳感器配備恒溫控制（或補償）裝置除外；相對濕度不高于80%；應有相應的措施確保各光度計探頭不受來自試驗室墻壁、地面或其內(nèi)物體的反射光的影響。

1.3GTB導則

應控制實驗室的環(huán)境變化，以使其對光度測量的影響最小。溫度和濕度會對電子設備及光度測量設備產(chǎn)生影響，除非測試設備的設計已經(jīng)將這些環(huán)境參數(shù)進行修正，光度測試實驗室應具有比較穩(wěn)定的溫度和濕度，以盡量減小其對設備的影響。室內(nèi)溫度偏差應控制在±5℃以內(nèi)，最大相對濕度應控制在80%以內(nèi)。過大的溫度偏差或空氣流動可能使20 m測試距離以外的發(fā)光強度測量不穩(wěn)定。在封閉的長測試通道中進行光度測量時，通道內(nèi)的溫度應該保持一致。

2　前照燈照度和光信號裝置發(fā)光強度檢測距離要求

2.1國標

1）前照燈照度：配光性能應在距離前照燈基準中心前25 m的屏幕上測量。

2）光信號裝置發(fā)光強度：測量距離應使光度學二次方反比例定律適用；從基準中心觀察，光接收器的張角應在10′到1°范圍內(nèi)。

2.2GTB導則

1）前照燈照度：前照燈的測量應在25 m處進行，若測量位置在平面上分布則還應進行修正。修正公式為cos φ修正=cos φ3（φ為測試點與基準中心之間的夾角）。

2）光信號裝置發(fā)光強度：發(fā)光強度應在一立體角單元中測量，測量距離應保證光度學二次方反比例定律適用。

3）由于不同功能燈具進行光度測量時的距離不同，因此光度傳感器的入射孔面積就決定了測量點光通量的入射立體角。近距離的測量應避免使用大孔徑光度傳感器。若測量距離大于或等于10 m，除有特別說明，傳感器的有效面積應不超過以測量位置為基準的10′弧度角對應的范圍。當測試距離小于10 m時，傳感器的有效面積應不超過以測量位置為基準的20′弧度角對應的范圍。

3　亮度的測量

3.1國標

亮度測量應垂直于漫反射面測量，允許在測量點的任何方向上有5°的偏差，測量點為直徑25 mm的圓。

3.2GTB導則

對牌照板進行亮度測量時，應測量被測面上直徑為25 mm范圍內(nèi)的平均值。測量時測試探頭應垂直于被測面，若不能垂直則最大偏差不能超過±5%。

4　光色的測量

4.1國標

對于半封閉式燈具，應使用標準光源A（2 856 K），對于封閉式燈具，應在試驗電壓下進行檢驗。

4.2GTB導則

對于可更換光源的燈具，應在2856K的色溫下進行測量。對于不可更換光源燈具，應在6.75 V、13.5 V或28.0 V下進行測量。

5　光通量的測量

5.1國標

在燈光國標中無要求，在專業(yè)檢驗光源光通量標準中有要求。

5.2GTB導則

光通量一般在積分球中進行測量，測量時應使用光通量標準燈泡。應在不同的位置對光源進行測量以使測量結果盡量接近真值。也可使用分布式光度計法對光通量的絕對值進行測量，用該方法測量時不需要使用光通量標準燈泡。

6　光源的測量

6.1國標

在燈光國標中無要求，在專業(yè)檢驗光源光通量標準中有要求。

6.2GTB導則

測量光源尺寸、遮光屏等參數(shù)的設備分辨率至少應達到：尺寸，0.1 mm；角度，0.5°。光源在使用時應在基準光通量對應的電流值下工作。

7　測試用樣品支架

7.1國標

無要求。

7.2GTB導則

1）樣品的固定：被測燈具應該安裝在剛性的測試支架上，安裝位置應與該燈具在車輛上的設計應用位置一致，設計應用位置應該在使用說明書中給出。若燈具安裝在特殊車輛上，其設計安裝位置應采用該車輛說明書的要求。多應用的燈具應該在每個設計應用位置或等效位置進行測量。所有燈具的安裝扭矩必須明確，除設計成吸收沖擊或振動的狀態(tài)外，給出的扭矩應該可以有效地緊固特定的墊片。

2）測試支架的定位：為提高燈具定位的準確度，應充分考慮測試支架基座的剛性和平面度、支架結構的剛性、機械調(diào)整機構行程等參數(shù)的影響。測試支架的設計應滿足制造商給出的最小公差要求。

3）定位誤差：各軸向誤差應不大于±0.5°。

8　測試轉臺和配光屏幕

8.1國標

測試轉臺：各測量方向的角度偏差應不大于15′；配光屏幕：顏色應便于光束照準，配光測試時應消除雜散光影響。

8.2GTB導則

配光屏幕無要求；測試時可使用水平軸固定式轉臺系統(tǒng)或垂直軸固定式轉臺系統(tǒng)。使用垂直軸固定式轉臺系統(tǒng)時需要進行角度轉換。與上述轉臺結構不同的其他可實現(xiàn)測量角度的方法也可以使用。轉臺允許誤差為±0.05°，角度分辨率為0.01°。特殊情況下轉臺誤差為±0.1°，角度分辨率為0.03°也可接受。

9　供電系統(tǒng)與電氣儀表

9.1國標

配光測試時應采用直流穩(wěn)壓電源；電氣儀表準確度不低于0.2級。

9.2GTB導則

1）供電電源：除非有特殊要求，所有光度測試均應使用標準的直流電源進行供電。直流電源應符合下述要求：輸入電壓調(diào)解率：±0.1%；波動和噪聲：最大0.4%；穩(wěn)定性：光度測量過程中，電源輸出電壓應穩(wěn)定在±0.1%范圍內(nèi)。

2）電壓測量應使用最小阻抗10 mΩ、示值誤差0.05%，最大量程至少為20 V的4位半直流數(shù)字電壓表。電壓的測量點應盡量靠近被測燈具的電源輸入端。

3）電流測量應使用4位半直流數(shù)字儀表，示值誤差0.1%。

10　標準燈泡

10.1國標

對于裝用燈絲燈泡的前照燈，根據(jù)前照燈設計裝用的燈絲燈泡數(shù)量，測試應使用相應類型和相同數(shù)量的標準燈絲燈泡。

10.2GTB導則

若無特殊要求，所有的光度測試均應使用標準燈泡。使用標準燈泡時應使其工作在基準光通量對應的電流值下。使用標準燈泡前應對其進行充分的預熱，直到它發(fā)出的光通量穩(wěn)定在目標值的0.5%之內(nèi)，對于琥珀色燈泡的預熱還應考慮到燈泡顏色變化的穩(wěn)定。

11　傳感器及光度測試系統(tǒng)

11.1國標

照度計應為國家檢定規(guī)程中規(guī)定的一級照度計（其示值誤差不超過±4%）。

11.2CNAS-CL13

在準備測量的狀態(tài)下，各光度計探頭所探測到的雜散光，其示值不得大于如下要求：前照燈、前霧燈：0.005 lx，信號燈：0.01 cd，回復反射器及回復反射材料：1.0 mcd/lx。

11.3GTB導則

測量發(fā)光強度、照度應使用照度計。當暴露在最大允許光照強度下時，測量單元應能穩(wěn)定工作，不出現(xiàn)老化現(xiàn)象。照度計或測量單元應在最大允許光照強度范圍內(nèi)保持線性響應。照度計的光譜靈敏度應符合光譜響應曲線V（λ），V（λ）光譜響應誤差：f1≤2%；線性誤差：f3≤0.2%；顯示誤差：f4≤0.2%；老化誤差：f5≤0.2%；溫度響應：f6≤0.2%/K。

1）顏色響應：測量設備需要有良好的光譜響應曲線。光譜校準應使用帶寬5 nm、步長5 nm的單色光在可見光波段進行。各波段的測量準確度要求如下：400～450 nm：±15%；450～500 nm：±5%；500～550 nm：±3%；550～600 nm：±3%；600～650 nm：±3%；650～700 nm：±15%；700～750 nm：±25%。若傳感器的準確度不符合要求則應進行修正。

2）絕對響應：白光絕對響應準確度如表1所示。

3）時間響應：測試系統(tǒng)的時間響應應與光源的變化時間相適應。當燈具轉換為高電壓的工作狀態(tài)時，應對該電壓進行監(jiān)測，系統(tǒng)的時間常數(shù)應盡量長，檢波調(diào)制應低于1%。對于閃爍工作的燈具，可在閃爍的情況下進行測量，此時的時間常數(shù)應短到不能影響光信號上升時間的1%。

4）線性范圍：測試系統(tǒng)的線性范圍應至少涵蓋典型被檢燈具的全部發(fā)光強度。在線性范圍以外，非線性響應的偏離不能超過2.5%。

表1　光度測試系統(tǒng)白光絕對響應準確度

5）光色的測量：光色的測量有多種方法，最常用的是光譜輻射測色法，該方法將入射光分光成單色光，測量出光譜曲線進而計算并得出測試結果。三刺激值測色法也較為常用，該方法可用于快速測量，但不能得到光譜數(shù)據(jù)，光色測量的重復性也較低。光色測試儀器必須符合下列光譜特性要求：

①光譜測試設備：最大帶寬：全波段5 nm；最大光譜步長：5 nm；探測器相對強度：±3%；色指標測量精度：±0.005。

②三刺激值測試設備：探測器相對強度：±5%；色指標測量精度：±0.005。

③CCD光譜儀：最大帶寬：全波段5 nm；最大光譜步長：5 nm；探測器相對強度：±5%；色指標測量精度：±0.005。

12　儀器校準檢定周期要求

12.1國標

無要求，在相應設備的國家檢定規(guī)程中會有明確要求，一般每年校準檢定一次。

12.2GTB導則

1）一般儀器：電壓表、電流表、標準燈泡和標準燈等試驗器具應該至少每年進行一次計量檢定，或與其他標準器具進行比較。實驗室應保留相關數(shù)據(jù)記錄。

2）傳感器或光度測試系統(tǒng)：傳感器或光度測試系統(tǒng)每年應至少進行一次顏色響應、線性響應的計量檢定。

3）標準燈和標準燈泡：除了每年的校準外，標準燈具和校準燈具和標準燈泡的工作時間需要記錄并保留。

13　測量不確定度

13.1CNAS

在《汽車和摩托車檢測領域典型參數(shù)的測量不確定度評估指南及實例》中有部分要求［4］。

13.2GTB導則

在附錄中有詳細的規(guī)定（因內(nèi)容較多且專業(yè)性較強，在此先不做介紹，以后將專門介紹分析）。

14　結論

從以上各方面的比較可以看出，中歐在機動車照明和光信號裝置檢驗試驗條件要求上既存在相同點又存在不同之處。兩者在環(huán)境條件、檢測距離、亮度測量、光色測量上要求基本一致；在光源測量、測試轉臺、樣品支架、標準燈泡、供電系統(tǒng)與電氣儀表、傳感器及光度測試系統(tǒng)、儀器設備校準要求等方面歐洲的要求比國內(nèi)標準和規(guī)范的要求全面和細致。尤其是傳感器及光度測試系統(tǒng)，國標只給出了照度計應為國家檢定規(guī)程中規(guī)定的一級照度計（其示值誤差不差過±4%）的要求，而GTB導則中則給出了顏色響應、時間響應、線性范圍等各方面的要求。在測量不確定度方面兩者也有一定的差別?？傮w而言，兩者的規(guī)定互相之間沒有原則性的矛盾，GTB中的規(guī)定確實更加全面集中，國內(nèi)的要求則有缺失的內(nèi)容，并且相應的要求分散在不同的文件和標準中。因此建議國內(nèi)也參照該導則編制相應的機動車燈光檢驗試驗條件標準，明確這些試驗條件的最低要求，這樣也可以和歐洲的法規(guī)要求更好地接軌。

1中國國家標準化管理委員會.GB4599-2007汽車用燈絲燈泡前照燈［S］.北京：中國標準出版社，2008

2中國合格評定國家認可委員會.CNAS-CL13檢測和校準實驗室能力認可準則在汽車和摩托車檢測領域的應用說明［EB/OL］.https://www.cnas.org.cn/images/rkgf/sysrk/rkyyzz/ 2015/06/04/5C8C520192D23E00D2C8507DCFE15031.pdf，2015

3國際汽車照明及光信號裝置專家組.CE-3874燈光實驗室準確度導則［EB/OL］.http://www.gtb-lighting.org/GTB/documents/docs15/CE-3874_WG-P%20Guidelines%20for% 20photometric%20measurements_Edition%20No.%203，% 202005.pdf，2005

4中國合格評定國家認可委員會.CNAS GL-35汽車和摩托車檢測領域典型參數(shù)的測量不確定度評估指南及實例［EB/OL］.https://www.cnas.org.cn/images/rkgf/sysrk/rkzn/2014/ 10/31/3CA301E87E068B733456F8998053666F.pdf，2014

Study on Test Conditions about Vehicle Lighting and Light-Signalling Devices between China and Europe

Li Gang，Zhang Xianzhong，Ji Yingping，F(xiàn)ang Xuxiang
Internal Combustion Engine Research Institute，Tianjin University（Tianjin，300072，China）

The test conditions about vehicle lighting and Light-signalling Devices are very important to lighting test，and it is easy to lead to reach a wrong conclusion if the test conditions do not meet the requirements.So the requirements are strict in China and Europe.This article mainly studies on the requirements and puts forward the suggestion that we may constitute a standard refering to Europe an requirements.

Vehicle，Lighting and light-signalling devices test，Test condition

U463.7+9

A

2095-8234（2016）01-0065-04

李鋼（1974-），男，高級工程師，主要研究方向為摩托車及零部件檢測。

2015-12-11）