某車型汽車前照燈照度性能差的原因分析及整改措施和評價標(biāo)準(zhǔn)建立

秦 剛

（東風(fēng)柳州汽車有限公司乘用車技術(shù)中心，廣西 柳州545005）

0 引言

T5是我司新推出的一款C級緊湊型SUV，在該車上市前，組織內(nèi)部員工試乘試駕，在試乘試駕活動中反饋前照燈照度性能差，同時在對該車開展的整車性能主觀評價活動中，也反饋前照燈主觀評價分?jǐn)?shù)較低，主要問題為：近光燈亮度不足，光線不均勻，車前燈光近場區(qū)偏暗，左右照射范圍窄；遠光燈亮度不足，光線不均勻。通過對該問題的分析，找到影響前照燈照度的主因，并完善相關(guān)技術(shù)要求和設(shè)計規(guī)范，制定更全面、更接近實際駕駛需求的照度評價標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)車型的前照燈開發(fā)提供技術(shù)支撐。

汽車和車燈是密切關(guān)聯(lián)的。在夜晚或照明較低的車況下，如果沒有車燈，汽車將寸步難行。世界汽車安全事故統(tǒng)計資料表明：夜間發(fā)生的交通事故是白天的三倍，照明狀況不良時的事故率又是照明良好時的三倍。全世界每年汽車交通事故傷亡人數(shù)在1000萬以上，其中死亡者約50萬[1]?？梢娖嚐艟哒彰髟谄嚢踩灾械闹匾匚?。

1 照明的基本概念

光通量、光強、照度、亮度，其四者的相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 光通量、光強、照度、亮度的關(guān)系圖

1.1 光通量

光通量，符號Φ，單位為Lm（Lumen）：點光源或非點光源在單位時間內(nèi)所發(fā)出的能量即稱為光通量。1流明(Lm)定義為一國際標(biāo)準(zhǔn)燭光的光源在單位立體弧角內(nèi)所通過的光通量。

1.2 光強

光強，符號 I，單位 Cd（Candela）：光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量，簡稱光強。

1.3 照度

照度，符號E，單位勒克斯Lm/m2（Lux或Lx）：單位面積內(nèi)所入射光的量，也就是光通量除以面積（m2），所得到的值用來表示某一場所的照明度。可用照度計直接測量。被光均勻照射的物體，在1 m2面積上得到的光通量是1 Lm時，它的照度是1 Lx。

1.4 亮度

亮度，符號為LL=di/ds，單位為cd/m2（坎德拉每平方米）：光源在某一方向上的單位投影面積在單位立體角中反射光的數(shù)量，稱為光源在某一方向的光亮度。

2 前照燈功能及法規(guī)照度要求

2.1 前照燈的功能

前照燈也稱大燈或頭燈，主要提供遠光，或近光，或遠、近光的照明車輛前方道路的燈具，燈光光色為白色。遠光燈是提供照明車輛前方遠距離道路的燈具；近光燈是提供照明車輛前方道路，對來車駕駛員和其他使用道路者不造成眩目，或產(chǎn)生不舒適感的燈具[2]。

2.2 前照燈照度的法規(guī)要求

國家法規(guī)《GB 4599－2007汽車用燈絲燈泡前照燈》和《GB 25991-2010汽車用LED前照燈》對前照燈的遠近光各個點的照度明確了相關(guān)要求[3]，如圖2所示，所有在中國銷售的汽車的前照燈照度必須滿足這些要求。

圖2 法規(guī)近遠光照度值要求

3 現(xiàn)狀及問題

T5前照燈集成遠近光功能，遠近光共用一個光源，采用雙光透鏡，光源采用H7型號的鹵素?zé)襞荨Ｇ捌谕ㄟ^配光軟件Lucid Shape進行路面照度模擬分析，T5前照燈遠近光的配光參數(shù)滿足法規(guī)要求，實車配光測試也滿足。但實車路面照度主觀評價，近光存在照度光線不均勻、亮度不足、照射寬度窄，遠光存在照射距離短等問題。

3.1 現(xiàn)狀

根據(jù)前期配光軟件模擬分析，各個關(guān)鍵點照度均符合法規(guī)要求，同時我司還提高了遠近光3個測試點要求：近光50R測試點光照度不低于16 Lx，75R測試點光照度不低于20 Lx，遠光燈的最大亮度不低于70 Lx，均滿足法規(guī)和設(shè)計要求，如圖3所示。

圖3 T5近遠光照度軟件分析結(jié)果

3.2 問題

實車路面照度主觀評價，存在照度光線不均勻、亮度不足、照射寬度窄、照射距離短等問題，如圖4所示。

圖4 T5實車路面照度效果

4 原因分析及措施

通過以下分析方法，如圖5所示，分析“前照燈照度性能差”的影響因素。

圖5 “前照燈照度性能差”分析

根據(jù)以上分析，得出“前照燈照度性能差”的5個影響因素，如圖6所示，現(xiàn)通過詳細(xì)分析來排除非要因，確認(rèn)要因：

圖6 “前照燈照度性能差”的5個影響因素

4.1 光源選型

前照燈常用鹵素?zé)襞菪吞柤捌鋮?shù)如圖7所示，目前T5前照燈選用H7燈泡光源，受燈具結(jié)構(gòu)限制，無法直接更換其它型號的燈泡光源，光通量無法再提升。但對比某競品車前照燈的近光、遠光光源均采用H7燈泡，經(jīng)路面照度主觀評價，整體效果優(yōu)于T5，如圖4和圖8所示。故光源選型對路面照度有一定影響，但不是要因。

本研究當(dāng)中使用SPSS17.0軟件對兩對半檢驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析,計量資料使用t檢驗的方式進行計算分析,并使用(±s)表示統(tǒng)計結(jié)果,所有計數(shù)資料均采用卡方檢驗的方法進行計算,以p<0.05表示該項數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖7 常用鹵素?zé)襞菪吞柤捌鋮?shù)

圖8 某競品采用H7光源路照效果

4.2 透鏡選型

目前我司普遍采用的透鏡為φ70 mm、表面不帶配光花紋的透鏡。根據(jù)光學(xué)折射原理，不同波長的光折射角不同，導(dǎo)致透鏡照射出來的光會產(chǎn)生發(fā)藍、發(fā)彩的現(xiàn)象，如圖9所示。透鏡表面的配光花紋對燈光均勻性有一定改善，但不是影響前大燈性能差的要因。

圖9 透鏡花紋對光的影響

4.3 造型限制

為驗證T5前照燈造型（主要是裝飾框，下同）對燈光性能的影響，將T5前照燈裝配上光通量更大的HB3光源透鏡，光源更換前后的路面照度對比結(jié)果如圖10所示，采用HB3光源透鏡后燈光性能有提升，但與HB3裸透鏡照度性能對比，造型對照度性能影響較大（近光最大差值百分比107.80%，遠光最大差值百分比104.20%）。

圖10 路面照度對比

T5與我司X5、競品車透鏡造型及光源類型進行對比：在同樣的光源及透鏡尺寸下，T5透鏡被裝飾框遮擋較多，影響遠近光燈的照度寬度及均勻性，如圖11所示。

圖11 造型尺寸對比

通過以上數(shù)據(jù)分析，同一光源透鏡，在不同造型的前照燈上，其照度性能不一樣，由于T5遠近光透鏡在水平方向嚴(yán)重被裝飾框遮擋，導(dǎo)致照度寬度變窄；垂直方向被裝飾框遮擋，導(dǎo)致照射距離變短。

4.4 技術(shù)要求過于簡單、不全面

國家法規(guī)照度只對某些關(guān)鍵點的照度值進行了規(guī)定，并且僅定義了下限要求，但實際駕駛者觀察路面是面而不是某幾個點：在城市或低速車況中，對靠近車前的近場區(qū)域照度值要寬、均勻，以便觀察車前及兩側(cè)車況；在高速或戶外車況中，對車前遠距離區(qū)域的照度值要中心點亮、照射距離遠，以便提前發(fā)現(xiàn)車前車況。

我司在國家法規(guī)基礎(chǔ)上，僅對其中3個點提出了特殊要求：近光燈在50R測試點的照度值不低于16 Lx，在75R測試點的照度值不低于20 Lx，遠光最大照度值（HV點）不低于90 Lx。同樣存在以上缺陷，前照燈配光性能技術(shù)要求不全面，僅對法規(guī)中的3個點（如圖12所示）的光強進行了特殊規(guī)定，但對路照寬度、均勻性、距離等均未進行定義，造成光線不均勻、寬度不足，不符合實際駕駛照明要求。

圖12 特殊要求的3個點

4.5 反射鏡精度不足

對目前T5前照燈反射鏡的外觀目視檢查、鍍鋁時間、附著力試驗、耐堿、高溫試驗，試驗均合格，反射鏡精度不足不是導(dǎo)致前大燈性能差的要因。

4.6 確認(rèn)要因

根據(jù)以上分析，得出影響前照燈性能的要因，如圖13所示，主要是造型限制、技術(shù)要求不全面。

圖13 要因

5 解決措施

5.1 造型邊界限制

5.2 技術(shù)要求細(xì)化、全面

技術(shù)要求中增加照度的寬度、均勻性要求，完善遠、近光照度評價標(biāo)準(zhǔn)，制定更接近駕駛者實際路面照度要求的標(biāo)準(zhǔn)。

（1）建立燈具路照5Lx曲線照度評價標(biāo)準(zhǔn)，對路面等照度曲線的梯度、寬度、形狀進行定義。

（2）完善燈具開發(fā)流程，在燈具開發(fā)過程中，不僅在數(shù)據(jù)設(shè)計階段進行配光模擬分析和單品的室內(nèi)配光驗證，同時根據(jù)5Lx照度評價標(biāo)準(zhǔn)（如圖14和圖15所示），在整車上進行相關(guān)點的照度值測。

（3）增加實車路面照度主觀評價，從駕駛者實際使用環(huán)境去評價照明效果：路照寬度、均勻性等。

圖14 5 Lx近光照度評價標(biāo)準(zhǔn)

圖15 5Lx遠光照度評價標(biāo)準(zhǔn)

通過以上建立的評價標(biāo)準(zhǔn)，將競品車與我司車輛放在同一個評價場地，采用儀器測試前照燈的實際照度值，通過圖16所示的實際測量參數(shù)可看出我司高配前照燈與競品車的前照燈在W40（m）、W60（m）、E65（Lx）、L（m）區(qū)域上的照度值存在一定差距，低配前照燈在 W5（m）、W20（m）、W40（m）、W60（m）、E10（Lx）、E65（Lx）區(qū)域上的照度值存在一定差距，同時與主觀評價的結(jié)果一致。

圖16 與競品實際參數(shù)對比

6 建立標(biāo)準(zhǔn)

建立燈具路面照度評價標(biāo)準(zhǔn)，對路面5 Lx等照度曲線的形狀進行規(guī)定，且各等照度曲線不能有內(nèi)凹現(xiàn)象、同緯度的路照曲線只能形成一個閉環(huán)，不得出現(xiàn)2個或以上的閉環(huán)，如圖17所示。根據(jù)車型的定位和成本，設(shè)定等級1至等級5的五個等級，確定各個等級前照燈路照滿足的性能參數(shù)，如圖18和圖19所示。

圖17 照度曲線的形狀規(guī)定

圖18 近光照度評價標(biāo)準(zhǔn)及等級

圖19 遠光照度評價標(biāo)準(zhǔn)及等級

7 結(jié)論

保證汽車在夜間及能見度較低的車況下安全、高速行駛，改善車內(nèi)駕乘環(huán)境，便于車輛使用，對前照燈的照明提出了更高的要求，本文結(jié)合案例，分析影響照度的主因，建立更符合駕駛者需求的照度評價和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)前照燈開發(fā)提供了更好的參考借鑒。