機(jī)動(dòng)車(chē)用前霧燈色度特性不確定度評(píng)定

蔣偉芳，徐文滔，葉嘉民

[中汽研汽車(chē)零部件檢驗(yàn)中心(寧波)有限公司，浙江寧波 315104]

0 引言

汽車(chē)燈具是行車(chē)安全的關(guān)鍵部件，可以讓駕駛員看到周邊路況，同時(shí)給其他汽車(chē)或行人發(fā)出信號(hào)提醒汽車(chē)的存在，從而保證汽車(chē)能安全行駛，人員能安全行走。所以從安全的角度出發(fā)，汽車(chē)燈具的配光性能非常重要，必須要遵循法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。而汽車(chē)燈具的色度特性是燈具配光性能的重要指標(biāo)之一。目前，國(guó)家已專(zhuān)門(mén)制定了汽車(chē)燈具色度特性的量化標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)為GB 4785—2019《汽車(chē)及掛車(chē)外部照明和光信號(hào)裝置的安裝規(guī)定》，GB 4785—2019標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各種功能燈具的光色要求及每種光色的色度區(qū)域邊界要求，并明確了光色采用GB/T 3977中CIE 1931 XYX色度系統(tǒng)，其中前霧燈的光色是白色或選擇性黃色。同時(shí)，GB 4660—2016《機(jī)動(dòng)車(chē)用前霧燈配光性能》中也規(guī)定了前霧燈的色度特性應(yīng)符合GB 4785的規(guī)定，所以，前霧燈的光色應(yīng)為白色或選擇性黃色。

1 測(cè)試原理

汽車(chē)燈具色度特性的檢測(cè)是建立在色度學(xué)基礎(chǔ)之上。根據(jù)國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)的推薦和汽車(chē)燈具標(biāo)準(zhǔn)的要求，汽車(chē)燈具采用標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)表示顏色，即采用三刺激值、、和色品坐標(biāo)、、表示顏色。

CIE 1931標(biāo)準(zhǔn)色度三刺激值的計(jì)算方法是將各波長(zhǎng)上的色刺激函數(shù)()與每個(gè)CIE色匹配函數(shù)相乘，并在整個(gè)可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)分別對(duì)這些乘積進(jìn)行積分。照明體或光源的三刺激值計(jì)算中的色刺激函數(shù)()=()。所以，、、可以通過(guò)測(cè)量燈具的相對(duì)光譜功率分布函數(shù)()來(lái)確定，其關(guān)系如下：

(1)

式中:()為照明體或光源的相對(duì)光譜功率分布函數(shù);

Δ為波長(zhǎng)間隔，取5 nm或10 nm;

為歸一化系數(shù)。

除三刺激值外，CIE還引入色品坐標(biāo)、、來(lái)表示光的顏色。色品坐標(biāo)的定義如下：

(2)

從以上理論分析可以看出，汽車(chē)燈具的相對(duì)光譜功率分布決定了其色品坐標(biāo)在CIE色度圖中的位置。而白光是由許多種顏色混合而成，相對(duì)光譜功率分布函數(shù)()取值范圍為380～780 nm。由式(1)和式(2)可以看出，各顏色的光能量比例不同，其三刺激值和色品坐標(biāo)也不相同。

試驗(yàn)室測(cè)試色度特性的設(shè)備是Optronik 配光轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，試驗(yàn)室的配光設(shè)備是固定色度探頭的。Optronik 配光轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)測(cè)試色度特性時(shí)的工作原理，就是通過(guò)測(cè)量燈具的相對(duì)光譜功率分布函數(shù)()來(lái)確定三刺激值，從而得出色品坐標(biāo)、、。根據(jù)GB 4660—2016《機(jī)動(dòng)車(chē)用前霧燈配光性能》，汽車(chē)前霧燈色度特性是在距離樣品基準(zhǔn)中心點(diǎn)3.16 m的色度探頭上，測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)試點(diǎn)上的色度特性(，)，設(shè)備可以直接讀出色品坐標(biāo)的數(shù)值，即數(shù)據(jù)模型為=，=。

2 不確定度主要來(lái)源

汽車(chē)前霧燈色度特性不確定來(lái)源主要有：

(1)樣品安裝，即重復(fù)測(cè)量。

(2)(，)的測(cè)量誤差：Optronik 配光轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)精度產(chǎn)生的不確定度以及LED的供電電源產(chǎn)生的不確定度。

(3)環(huán)境因素如溫濕度、雜散光等產(chǎn)生的誤差。

3 不確定度來(lái)源分析

3.1 汽車(chē)前霧燈色度特性測(cè)量不確定度評(píng)定結(jié)果

3.1.1 A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)估：樣品安裝

在相同試驗(yàn)條件下，使用相同試驗(yàn)方法對(duì)同一樣品進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量(每次色度特性測(cè)試后，LED光源需穩(wěn)定30 min后進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完關(guān)燈，并旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上下10°和左右30°，樣品位置移動(dòng)，再關(guān)燈10 min，然后等燈具徹底冷卻后再進(jìn)行第二次測(cè)試)，選取特征點(diǎn)，其測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 特征點(diǎn)HV的測(cè)量結(jié)果

表1中試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差使用貝塞爾公式計(jì)算，即

=0446 4,=0404 1，rel=0001 40446 4=0314，rel=0001 20404 1=0297。

3.1.2 B類(lèi)不確定度的評(píng)定：(，)的測(cè)量誤差

(1)Optronik 配光轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)精度產(chǎn)生的不確定度(1)、(1)評(píng)估。

由校準(zhǔn)證書(shū)中，Optronik 配光轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)A光源(=0447 5,=0407 4)下色品坐標(biāo)的不確定度為0002 5(=2),則

(3)

(2)LED光源供電電源的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度(2)、(2)評(píng)估。

由校準(zhǔn)證書(shū)中，LED光源的供電電源中電壓值的相對(duì)不確定度為0.000 58%(=2)，則

(2)=(2) =0.000 58%/2=0.000 29%。

(4)

(3)(，)測(cè)量誤差合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

(，)中的測(cè)量誤差的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(5)

(，)中的測(cè)量誤差的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(6)

3.1.3 環(huán)境因素產(chǎn)生的影響

經(jīng)分析，環(huán)境因素如溫濕度、雜散光等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的影響極小，因此，此次評(píng)估不考慮由環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的不確定度。

3.2 前霧燈色度特性測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

本文對(duì)前霧燈色度特性測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了不確定度匯總，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 前霧燈色度特性測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

3.3 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

(，)中的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(7)

(，)中的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(8)

3.4 相對(duì)擴(kuò)展不確定度的評(píng)估

取=2，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：

(9)

3.5 測(cè)試結(jié)果計(jì)算

取=2,對(duì)該樣品進(jìn)行的前霧燈點(diǎn)的色度特性測(cè)試結(jié)果為：

(10)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，影響前霧燈色度特性測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度的主要因素是由設(shè)備精度和人員測(cè)試兩部分組成，其中Optronik 配光轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)精度產(chǎn)生的不確定度影響值和重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度影響值比較接近。

為了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，首先要減少配光轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)測(cè)量時(shí)的影響，主要措施是定期對(duì)Optronik 配光轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)中用于色度特性測(cè)試的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和期間核查，特別是3.16 m處的色度探頭，平時(shí)注意色度探頭的存貯環(huán)境和使用工況，避免測(cè)試探頭精度引起的測(cè)量偏差，同時(shí)在發(fā)現(xiàn)測(cè)量有偏差時(shí)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償并修正;還需要定期校準(zhǔn)供電電源，避免因供電電源精度產(chǎn)生的不確認(rèn)定偏差。其次控制測(cè)試人員引起的不確定度，制定操作規(guī)程，并定期對(duì)操作人員進(jìn)行培訓(xùn)并考核，提高試驗(yàn)操作過(guò)程的規(guī)范性，也可定期在操作人員間進(jìn)行比對(duì)，提高操作人員的規(guī)范性。