基于屏幕測(cè)量法的彎道照明試驗(yàn)方法研究

譚功偉+武華堂+陳萍+王丹+讓松

摘 要：針對(duì)汽車彎道照明的現(xiàn)狀，討論了整車和零部件的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，建立了整車試驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型，提出了在屏幕上進(jìn)行整車彎道照明試驗(yàn)，取得了近光轉(zhuǎn)動(dòng)限值和實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度的計(jì)算公式，總結(jié)了燈具配光性能的試驗(yàn)方法。采用樣車試驗(yàn)結(jié)果對(duì)屏幕法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明該方法簡(jiǎn)單有效，可作為檢測(cè)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)方法和主機(jī)廠評(píng)價(jià)的手段，同時(shí)分析了各種彎道照明模式的特點(diǎn)，從而為國(guó)內(nèi)汽車彎道照明的設(shè)計(jì)提供幫助。

關(guān)鍵詞：彎道照明；模式； 配光性能； 明暗截止線； 屏幕

中圖分類號(hào)：U270.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2017）03-0074-06

Research on Test Method of Bend Lighting Based on Screen Measure

TAN Gong-wei， WU Hua-tang， CHEN Ping， WANG Dan， RANG Song

（ National Automobile Quality Supervision Test Center （Xiangyang）， Xiangyang441004， China ）

Abstract： Based on the situation of bend lighting， the test standards of the vehicle and parts are discussed， found the mathematical model of the vehicle test， and puts forward the method of vehicle test with screen， obtain calculation formula of limit value and rotation Angle of practical， Summarizes the test method of photometric characteristics for lamps. Using the test results of the sample vehicle on the screen for validation， the results show that the screen method is simple and effective， can be used as evaluation means and test method for manufacturer， At the same time analyzed the characteristics of various kinds of bend lighting mode， thus it offers help for bend lighting design in China.

Key Words： Bend lighting； Mode； Photometric characteristics； Cut-off line； Screen

前 言

當(dāng)夜間汽車在彎道上行駛時(shí)，常常會(huì)在彎道內(nèi)側(cè)出現(xiàn)照明“盲區(qū)”，這種現(xiàn)象極大地影響了夜間的行車安全。隨著電子電氣技術(shù)的發(fā)展，汽車燈具越來(lái)越智能化，汽車彎道照明便應(yīng)運(yùn)而生，這一難題也就迎刃而解。彎道照明系統(tǒng)一般由車速傳感器、方向盤角度傳感器、電子控制單元（ECU）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、前照燈等組成，通過(guò)CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)夜間彎道行車時(shí)，彎道照明功能能夠根據(jù)車速大小以及方向盤轉(zhuǎn)向角度的大小等信息，自動(dòng)調(diào)整近光光束的照射方向，使之自動(dòng)轉(zhuǎn)向彎道內(nèi)側(cè)，或者通過(guò)點(diǎn)亮附加光源的方法，提高彎道內(nèi)側(cè)的光照度，減少照明“盲區(qū)”，確保在彎道行車時(shí)的高能見(jiàn)度。如圖1所示為普通照明效果，由于彎道“盲區(qū)”的存在，駕駛員很難發(fā)現(xiàn)路邊的動(dòng)物，當(dāng)開(kāi)啟彎道照明后，視野便得到了很大的改善，如圖2所示路邊的動(dòng)物清晰可見(jiàn)。

1 彎道照明的模式

隨著彎道照明技術(shù)的發(fā)展和對(duì)成本的控制，從最初在D級(jí)車和C級(jí)車上使用，已經(jīng)過(guò)渡到B級(jí)車并開(kāi)始應(yīng)用在A級(jí)車上，目前實(shí)現(xiàn)彎道照明有三種模式。

1.1 旋轉(zhuǎn)近光光束或水平移動(dòng)明暗截止線轉(zhuǎn)折處。

本模式為一種動(dòng)態(tài)的彎道照明，車載行車電腦根據(jù)實(shí)時(shí)車速、方向盤角度等多方面信息，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)光源、反光鏡和透鏡等組件，使近光燈光束往彎道內(nèi)側(cè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示。由于大多數(shù)情況下轉(zhuǎn)動(dòng)的角度非常小，因此需要一套非常精密的傳動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)成本都比較高。

1.2 移動(dòng)前照燈的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件，而明暗截止線轉(zhuǎn)折處在水平方向保持不動(dòng)。

本模式與前一模式有點(diǎn)類似，但由于明暗截止線保持不動(dòng)，因而視覺(jué)感不強(qiáng)，故較少采用。

1.3 增加一個(gè)光源，而明暗截止線轉(zhuǎn)折處在水平方向保持不動(dòng)。

該附加光源一般位于主近光的外側(cè)，如圖4所示。本模式屬于一種靜態(tài)的彎道照明，設(shè)計(jì)上只需匹配好附加光源反光鏡的角度和點(diǎn)亮?xí)r機(jī)，不需要改變?cè)瓉?lái)近光燈的結(jié)構(gòu)，在不改變?cè)瓉?lái)近光燈照射范圍的基礎(chǔ)上把彎內(nèi)盲區(qū)也照亮，其設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)成本都相對(duì)較低。

綜上所述，彎道照明為一種在彎道提供增強(qiáng)照明的照明功能，其實(shí)現(xiàn)載體為汽車前照燈。

2 標(biāo)準(zhǔn)要求及試驗(yàn)方法

彎道照明在提高彎道內(nèi)側(cè)方向照明的同時(shí)，還要考慮車輛前方的照明，并確保在提高本方駕駛員照明視野的同時(shí)不對(duì)對(duì)面來(lái)車駕駛員產(chǎn)生眩目，因此國(guó)標(biāo)和ECE標(biāo)準(zhǔn)從整車上光束的移動(dòng)位置和燈具的配光性能等方面都對(duì)彎道照明做了要求。

2.1 整車的標(biāo)準(zhǔn)要求及試驗(yàn)方法

歐標(biāo)ECE R48/06和國(guó)標(biāo)GB 4785-2007《汽車及掛車外部照明和光信號(hào)裝置的安裝規(guī)定》對(duì)整車彎道照明的要求相同，故本文只介紹國(guó)標(biāo)的內(nèi)容。GB 4785-2007第4.3.2.7條：為了形成彎道照明，可以改變一只或兩只近光燈的水平方向，但是當(dāng)移動(dòng)整個(gè)光束或明暗截止線彎曲肘部時(shí)，明暗截止線彎曲肘部不得與離車輛前面的距離為相應(yīng)近光燈安裝高度100倍的車輛重心軌跡相交；第4.3.2.8條：為了形成彎道照明，可以再打開(kāi)一個(gè)位于近光燈中的或者與相應(yīng)近光燈組合或混合的燈具（除遠(yuǎn)光燈外）中的光源，但是車輛重心軌跡曲率水平半徑應(yīng)不大于500m。

GB 4785-2007第4.3.2.8條在整車上其實(shí)只是電路連接上的要求，當(dāng)在近光燈開(kāi)啟的狀態(tài)下，車輛向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，只要能相應(yīng)地打開(kāi)向左或向右的附加光源即可，但當(dāng)車輛的轉(zhuǎn)彎半徑增大至500 m時(shí)該附加光源不能被開(kāi)啟，本條在整車上很容易驗(yàn)證。

根據(jù)GB 4785-2007第4.3.2.7條，當(dāng)彎道照明通過(guò)移動(dòng)整個(gè)光束或明暗截止線彎曲肘部時(shí)，光束允許的移動(dòng)量與近光燈的安裝高度和車輛重心軌跡有關(guān)，建立的數(shù)學(xué)模型如下圖5所示：

從圖5可以推導(dǎo)出，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的近光光束旋轉(zhuǎn)角度極限可以通過(guò)公式（1）計(jì)算：

式中，α為車輛重心軌跡與100H相交時(shí)的角度（°）；H為近光燈的安裝高度（m）；R為車輛轉(zhuǎn)向半徑（m）； 為弧度轉(zhuǎn)換成角度的系數(shù)。

車輛的轉(zhuǎn)向半徑與轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角以及車輛的軸距、輪距等有關(guān)。轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角越大，轉(zhuǎn)向半徑就越??；軸距、輪距越大，轉(zhuǎn)向半徑就越大。因?yàn)檩喬ヅc地面的相互作用以及輪胎本身的變形、轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的離心力等的影響，車輛平穩(wěn)行駛的轉(zhuǎn)向半徑會(huì)隨著車速的變化而發(fā)生變化，同一輛車即使轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角相同其轉(zhuǎn)向半徑也會(huì)隨車速的提高而增加。公式（1）得出的角度α值為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的光束轉(zhuǎn)動(dòng)最大臨界值，超過(guò)該值便會(huì)對(duì)對(duì)面來(lái)車駕駛員造成眩目，嚴(yán)重影響行車安全，考慮到要兼顧車輛前方的照明和安全性，實(shí)際上整車廠設(shè)計(jì)的彎道照明的旋轉(zhuǎn)角度都遠(yuǎn)小于該值。

由于車輛在彎道上行駛時(shí)很難在路面上對(duì)移動(dòng)中的光束進(jìn)行追蹤測(cè)量，因此只能在試驗(yàn)室對(duì)彎道照明進(jìn)行模擬試驗(yàn)。方法如下：將試驗(yàn)車輛停放在足夠大的水平暗室內(nèi)，方向盤轉(zhuǎn)角處于零位，齒輪變速箱處于空檔位置，松開(kāi)駐車制動(dòng)器；在近光燈基準(zhǔn)中心前10m處放置一塊白色垂直屏幕，該屏幕與車輛縱向?qū)ΨQ平面垂直，屏幕寬8m高1.5m，在屏幕中間位置標(biāo)出一條從上到下的中心線，盡量使車輛縱向?qū)ΨQ平面位于屏幕中心線上；測(cè)試過(guò)程中車輛掛空檔保持靜止，將發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并打開(kāi)近光燈，將中性狀態(tài)下（彎道照明功能未被激活，下同）左右近光光束在屏幕上的明暗截止線拐點(diǎn)位置標(biāo)記出來(lái)，通過(guò)廠家提供的控制軟件向車載行車電腦輸入每組車速和方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)，激活彎道照明功能后，在屏幕上用最小刻度為1mm的10m鋼卷尺測(cè)量每個(gè)狀態(tài)下左右近光燈光束明暗截止線拐點(diǎn)水平方向的移動(dòng)量。近光光束實(shí)際的旋轉(zhuǎn)角度可通過(guò)公式（2）計(jì)算：

式中，θ為近光光束的旋轉(zhuǎn)角度（°）；X為屏幕上光束明暗截止線拐點(diǎn)的水平移動(dòng)量（mm）；L為屏幕到近光燈基準(zhǔn)中心的距離10000（mm）； 為弧度轉(zhuǎn)換成角度的系數(shù)。該方法我們稱之為屏幕法。

2.2 零部件的標(biāo)準(zhǔn)要求及試驗(yàn)方法

歐標(biāo)ECE R112、R98、R123和國(guó)標(biāo)GB 4599-2007《汽車用燈絲燈泡前照燈》、GB 25991-2010《汽車用LED前照燈》、GB 21259-2007《汽車用氣體放電光源前照燈》、GB/T 30036-2013《汽車用自適應(yīng)前照明系統(tǒng)》等標(biāo)準(zhǔn)的配光性能都對(duì)彎道照明燈具提出了同樣的要求：如設(shè)計(jì)成提供彎道照明光束的前照燈，在中性狀態(tài)下進(jìn)行配光性能測(cè)試后，還應(yīng)對(duì)彎道照明功能進(jìn)行配光性能測(cè)試，其結(jié)果均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。配光性能試驗(yàn)可全部在燈具配光轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行。

當(dāng)彎道照明光束通過(guò)旋轉(zhuǎn)近光光束或水平移動(dòng)明暗截止線轉(zhuǎn)折處的方法獲得時(shí)，測(cè)量應(yīng)在前照燈總成完成水平重新照準(zhǔn)后進(jìn)行。具體試驗(yàn)方法為：中性狀態(tài)配光性能測(cè)試完后，利用廠家提供的控制器將彎道照明功能激活并使近光光束調(diào)整到向右或向左的極限位置，該極限位置對(duì)應(yīng)車輛在這兩個(gè)方向上的最大旋轉(zhuǎn)角度的彎道照明，然后通過(guò)反方向水平調(diào)整配光轉(zhuǎn)臺(tái)重新照準(zhǔn)后再進(jìn)行配光性能測(cè)試，向右和向左的彎道照明功能均要進(jìn)行測(cè)量，如圖6所示：

當(dāng)彎道照明光束通過(guò)移動(dòng)前照燈的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件，而明暗截止線轉(zhuǎn)折處在水平方向保持不動(dòng)的方法獲得時(shí)，配光性能測(cè)量應(yīng)在這些光學(xué)部件位于極端操作位置時(shí)進(jìn)行。具體試驗(yàn)方法為：中性狀態(tài)配光性能測(cè)試完畢后，將光學(xué)部件移動(dòng)至向右或向左的極限位置再進(jìn)行配光性能測(cè)試，此時(shí)不再重新照準(zhǔn)，向右和向左的彎道照明功能要分別測(cè)試，如圖7所示。

當(dāng)彎道照明光束通過(guò)增加一個(gè)光源，而明暗截止線轉(zhuǎn)折處在水平方向保持不動(dòng)的方法獲得時(shí)，測(cè)量應(yīng)在該光源點(diǎn)亮?xí)r進(jìn)行。具體試驗(yàn)方法為：中性狀態(tài)配光性能測(cè)試完畢后，將附加光源打開(kāi)后再進(jìn)行配光性能測(cè)試，此時(shí)不再重新照準(zhǔn)，如圖8所示：

由于燈具的彎道照明配光性能試驗(yàn)只需要使用控制器激活彎道照明功能就可以在配光轉(zhuǎn)臺(tái)上完成測(cè)試，因此本文不再采用試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

3 樣車試驗(yàn)結(jié)果解析

某轎車通過(guò)屏幕法測(cè)量的整車彎道照明試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

通過(guò)分析試驗(yàn)結(jié)果可知該車的彎道照明控制方法如下：當(dāng)車速很低或方向盤轉(zhuǎn)角很小時(shí)，該車的彎道照明不啟動(dòng)；同一車速下方向盤轉(zhuǎn)角越大車輛的轉(zhuǎn)向半徑就越小，光束的旋轉(zhuǎn)角度就越大，但光束旋轉(zhuǎn)角度增加到某個(gè)設(shè)定值后便不再隨轉(zhuǎn)向半徑的減小而繼續(xù)增加；同時(shí)相同工況下該車左右兩側(cè)近光燈的旋轉(zhuǎn)角度并不相同，表現(xiàn)為彎道內(nèi)側(cè)近光燈的光束旋轉(zhuǎn)角度大，彎道外側(cè)近光燈的光束旋轉(zhuǎn)角度小，并且外側(cè)燈的旋轉(zhuǎn)角度正好是內(nèi)側(cè)燈的一半，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在提高彎道內(nèi)側(cè)照明的同時(shí)，還能確保彎道前方也有良好的照明；同樣是40km/h的車速、51°的方向盤轉(zhuǎn)角和72m的轉(zhuǎn)向半徑，往左轉(zhuǎn)和往右轉(zhuǎn)時(shí)近光燈的旋轉(zhuǎn)角度并不相同；考慮到左轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)道路正面來(lái)車駕駛員的眩目控制，所以左轉(zhuǎn)彎模式下的控制點(diǎn)和采樣點(diǎn)更多。可見(jiàn)該車的彎道照明控制非常精細(xì)，是一種非常智能化的彎道照明模式，但設(shè)計(jì)復(fù)雜制造維護(hù)成本高是這種模式的最大劣勢(shì)。

從該樣車的試驗(yàn)結(jié)果分析，屏幕法獲得的整車彎道照明光束旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量值與設(shè)計(jì)值的偏差都很小，這驗(yàn)證了屏幕法不僅操作簡(jiǎn)明扼要而且試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，充分說(shuō)明該方法簡(jiǎn)單有效，目前該試驗(yàn)方法已經(jīng)獲得國(guó)內(nèi)外行業(yè)專家的認(rèn)可。

4 彎道照明方式的選擇

在平時(shí)的試驗(yàn)工作中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)車輛的彎道照明方式并沒(méi)有上面案例中的樣車那么復(fù)雜，而是相對(duì)簡(jiǎn)單，其近光的旋轉(zhuǎn)角度一般只與車輛的轉(zhuǎn)向半徑有關(guān)，并沒(méi)有和車速建立緊密的聯(lián)系，比如同樣在轉(zhuǎn)彎半徑為150m的彎道上40km/h和60km/h的車速下近光的旋轉(zhuǎn)角度相同；也有很多車并沒(méi)有考慮左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎的區(qū)別；有些車輛的彎道照明開(kāi)啟時(shí)彎道內(nèi)外側(cè)光束的旋轉(zhuǎn)角度是相同的；有些車輛的彎道照明開(kāi)啟時(shí)只有彎道內(nèi)側(cè)燈的光束移動(dòng)而彎道外側(cè)燈的光束保持靜止；有些車輛的彎道照明通過(guò)開(kāi)啟彎道內(nèi)側(cè)的附加光源來(lái)實(shí)現(xiàn)；也有些車輛設(shè)計(jì)成在旋轉(zhuǎn)近光光束的同時(shí)還點(diǎn)亮彎道內(nèi)側(cè)的附加光源，通過(guò)組合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)彎道照明。

這都是一些實(shí)用的彎道照明方式，各種方式的彎道照明在設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)上難度相差很大，實(shí)現(xiàn)成本也有很大的差別，要根據(jù)整車的市場(chǎng)定位來(lái)選擇合適的彎道照明控制方法，做到提升品質(zhì)和考慮成本兩者兼顧，才能讓整車受到更多消費(fèi)者的青睞。

5 結(jié)束語(yǔ)

汽車彎道照明對(duì)提高行車安全和駕駛員的舒適感有很大的幫助，對(duì)提升整車的科技感也有很好的視覺(jué)效果，隨著彎道照明的大量應(yīng)用，必須從燈具的配光性能和整車試驗(yàn)這兩方面來(lái)保證實(shí)際照明質(zhì)量，從而確保既改善了本方照明的同時(shí)又不影響其他道路使用者，本文通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型、推導(dǎo)計(jì)算公式和研究屏幕測(cè)試方法為整車彎道照明提供了一種簡(jiǎn)單有效的試驗(yàn)方法。

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