前照灯性能评价整车级及零部件级测试差异分析

赵准　王丹丹　赵帅　陈澎

摘 要：汽车照明安全是汽车主动安全的重要组成部分之一。目前对汽车照明的评价基本为零部件级，无法从整车的角度分析前照灯的照射距离、照射宽度、眩光性等指标。随着中国汽车产品安全技术水平的快速发展，对整车级照明评价受到越来越多的关注。本文从整车灯光性能评价的角度，对其试验方法，从评价流程，扫描时长，车辆姿态，灯具安装误差，热影响等方面分析了整车灯光评价与零部件灯光评价的差异，并进行了相应的试验验证，从而得出结论，整车级评价更接近车辆和灯具的实际使用状态，零部件级评价不能取代整车级测试。

关键词：整车级灯光评价 零部件级灯光评价 差异比对

1 引言

根据中国交通事故深入研究数据显示，照明不佳导致的交通事故率占比达到37.85%，而照明不佳引起的致死事故，占比达到了将近一半。由此可以看出，汽车照明安全是汽车主动安全的重要组成部分之一。

而判断一辆车是否拥有良好的照明情况，则需要分析汽车前照灯的照射距离、照射宽度、眩光性等指标是否达到良好状态。但是目前大部分汽车灯具制造厂，是从车灯零部件级的角度设计生产检测汽车车灯照明[1]，无法从整车级的角度分析近光和远光的照射距离、照射宽度、眩光性等指标[2]，忽略了车辆姿态、车辆安装误差、车辆热影响等方面对汽车照明的影响。因此，分析找出整车灯光评价和零部件灯光评价差异，推进汽车灯具在研发设计阶段满足驾驶员实际使用需求，成为目前的重点工作之一。

2 整车灯光性能评价方法及流程

整车灯光性能评价是在整车状态下在试验室分别对汽车前照灯远光和近光功能进行光学测量，并根据灯具在车辆上的安装参数（一般指安装间距、安装高度等），对前照灯远近光在道路上的分布进行分析，评价其在驾驶状态下对道路照明的充分程度、对障碍物和行人的发现能力、以及对对方驾驶员的眩光程度等性能进行综合评价的方法。

中国汽车技术研究中心有限公司在国内开展新车性能评价（NCAP），也是世界上首个将汽车照明评价纳入C-NCAP评价体系的机构。在进行C-NCAP整车灯光评价测试时，有以下流程：

（1）车辆在测试前需要进行不小于1000km的行驶磨合，使车辆在测试过程中更加接近实际车辆的正常使用状态。

（2）测试前车辆需要在环境温度23℃±5℃的条件下停放不少于8h，为了使车辆保持稳定状态。

（3）试验前车辆各项状态确认，包括整备质量，胎压，电量，车身高度；同时还会进行车辆及前照灯清洁，车辆参数测量（基准中心、电压）等准备工作。整备质量，胎压，车身高度会影响车灯光学中心的位置，电量会影响车灯亮度，而灯具面罩灰尘则会影响车灯的光学分布，因此以上操纵步骤可使得灯具光学特性测量更加精确。

（4）将车辆放置在水平高精度转台上，进行前照灯光学中心和安装参数的测量，用于确定屏幕基准及光束照准，之后进行近光灯明暗截止线照准。随后点亮车辆前照灯达到稳定状态，并完成光学数据采集，最后利用插值法，投影计算等方法进行数据处理，完成道路评价指标分析，如图1所示。

其中，光学数据的采集是通过车辆测试转台的转动结合亮度测试系统以及线性照度测试系统等配合工作来完成的，从而获取汽车前照灯在空间的光分布，用于后续数据分析。

在测量过程中：高精度车辆转台可承受3.5t的设计重量，并能够在精度为0.01°以上的范围内进行左右旋转，通过一个固定的照度计，配合转台的转动进行灯具H方向的光学特性数据采集；而在采集灯具V方向及眩光部分光学特性时，转台保持一定角度固定，线性照度计进行上下移动扫描。

（5）利用灯具基准中心测定装置通过图像处理以及光学加权计算的方式测得灯具光学中心位置，以此来确定近光明暗截止线HV点投影在屏幕上的位置。

测量状态如图2所示：

3 零部件燈光性能评价测试

零部件灯光性能评价是将灯具零部件在一个光学暗室中点亮，使用一个精密测试转台，分别对前照灯远光和近光功能在空间中的光学分布进行测量，并通过软件对其在道路上的照明性能进行分析的一种方法。

目前大部分灯具零部件供应商，在自测整车灯光性能评价时，一般会使用零部件灯具在转台上进行测试。其测试方法是将灯具样品使用专用配光夹具按照装车状态将其固定在测试转台上，并且利用激光、直尺等对准工具使得灯具的发光中心位于测试转台的回转中心上[3]。之后进行近光灯明暗截止线照准。其方法与整车灯光近光灯明暗截止线照准原理基本类似：

（1）使用转台将近光明暗截止线与25m屏幕标准明暗截止线位置进行目视照准，之后转台从下向上移动，垂直扫描穿过位于V-V线左侧2.5°的截止线水平部分。扫描范围位上下2°，扫描步长不大于0.01°。确定最大梯度拐点，并将其位于制造商定义的近光灯初始照准位置。

（2）垂直照准后，从左5°到右5°，对位于0.2°D的水平线进行扫描并确定最大梯度，在0.2°D线上找到的梯度拐点应位于V-V线右侧0.5°线上。

（3）近光明暗截止线照准后，进行光度稳定，当光度变化值在任一15min内小于3%时，认为其达到稳定状态，记录测试点的光度。

（4）配光转台扫描进行数据采集，数据采集的范围与整车级扫面范围一致，而后进行数据处理，如图3所示：

零部件灯光评价测试主要通过灯具测试转台，夹具，照度计等配合进行光学测量及评价[4]，设备如图4所示：

从图3和图1的对比中，我们可以发现使用零部件灯光进行灯光性能测试时，缺少了整车参数配置的影响因素（例如整备质量，胎压，电量，车身高度等影响）的过程。并且在确认明暗截止线的时候，虽然原理类似，但是仍有差别。在车辆整备与测试上，也存在较大差异。

4 整车级和零部件级评价对比差异

经过多次试验流程与试验数据的比对，总结出整车灯光性能评价相比零部件级灯光性能评价有如下优势和差异：

（1）采用成像式亮度计拍照方式，测量结果在时间相关性方面更加接近真实状态。整车级灯光评价采集数据使用成像式亮度计在很短时间（约2min）内通过拍照的方式将灯光在空间的光分布采集下来，为达到稳定状态后的瞬时状态，各数据点基本未同一时间的不同空间点的数据分布，接近实际使用状态。而零部件级灯光评价单个功能扫描时间很长，每只灯每个功能的测量时间根据设备的差异，大约需要1-2h，由于灯具在长时间点亮过程中，光源输出会发生明显的衰减及波动，从而导致扫描采集的数据在不同空间位置上的时间是不同的，与实际状态有偏差。

（2）使用整车进行灯光测试，最大限度还原了汽车灯具在交付用户手中时的安装状态。在灯具装配基准误差方面，整车级灯光评价的灯具安装在车辆后的光学中心位置偏移、光轴偏移、灯具挤压变形都为实际状态，均会对测试结果产生影响。例如，因灯具安装基准或安装过程中挤压变形造成的光型偏移会严重影响截止线照准及测试结果，实测中有偏转超过3°的案例，如图5所示。

此情况对于弯道引导距离，左侧行人可见度，弯道照明宽度，眩光性等方面测试均造成了不同程度的影响，如图6所示。而零部件灯光评价则是将测试灯具利用夹具安装在测量转台上，可以人工进行调整，不会出现左倾或者右倾的情况。从第二节明暗截止线的调节也可以看出，用于计算道路分布的灯具安装参数可以使用转台调节至理想值，与实际测量存在偏差。

（3）还原整车电压状况，使灯具的使用更接近实际状态。在测试电压方面，整车级灯光评价的测试电压为整车怠速状态下测得的实车电压，如果是电动车则直接使用车辆动力电池供电。而零部件级灯光评价通常法规规定的零部件测试电压13.2V。以理论值13.2V与实测值14.5V为条件，分别测量不同电压下的灯光测试偏差，其差异如图7所示：

（4）整车灯光测试可以很好的还原灯具在使用时受到的机舱内影响因素，例如在受热影响方面，整车级灯光评价中机舱的散热情况为真实情况，而热量会影响灯具的光衰减和光学结构的变形。零部件级灯光评价无法模拟该因素的影响。而受热影响下的截止线变化在国家标准中也有提及，试验要求配光性能稳定性试验后的△r≦1 mrad[5]，而GB 4785附录D中为2mrad。1 mrad约0.057?，即1%名义截止线位置对应-0.57?的10%。因机舱散热条件与零部件测试不同，灯具截止线在测试过程中有下降的情况，实测中有超过3mrad的案例。如图8所示：

（5）整车上前照灯之外的光源因素，同样会影响照明情况，需同时进行测量。如在位置灯影响方面，整车测试中前位灯打开，与实际行车状态相一致。而零部件级灯光评价通常只测前照灯，如涉及到贯穿灯或者较为复杂的互存灯时无法同时进行测试。

（6）整车灯光评价的明暗截止线位置更接近实际状态。整车灯光测试的初始明暗截止线位置，是根据三坐标测量的灯具光学中心的位置计算而来，其拐点位置正对灯具光学中心位置。而零部件灯光通过转台进行测试，测试时需将灯具光学中心与标准明暗截止线手动目视对准，精确度相比整车灯光测试要差。

（7）整车灯光测试时在实车状态下调节明暗截止线位置，通过灯具本身的调节机构进行调节，并体现了灯具本身的调节误差，与实际使用状态相符。零部件灯光测试时，可以使用转台直接将明暗截止线调整至制造商定义的理论明暗截止线位置，无法与实际使用状态匹配。

5 评价影响因素及差异结果分析

利用归纳推理法进行整车级与零部件级灯光的对比分析，發现影响最终照明性能的有以下两个方面：

（1）扫描时长导致光源产生光衰，影响光源发光强度；测试电压不同影响光源发光功率，导致不同电压发光强度不同；部分位置灯光强叠加，同样影响远近光照明发光强度。综上所述，这些因素最终会导致发光强度不同，影响照明结果。但对远近光光型及位置不会产生较大影响。

（2）悬架姿态以及配重使车身状态与设计状态偏离，从而影响灯具光学中心位置，进而影响明暗截止线位置。灯具装配误差会使灯具光轴偏移，机舱热影响使得光学机构的支架等受热膨胀，从而影响光学模块位置偏移，影响明暗截止线位置。明暗截止线位置会直接影响灯具照明的结果，明暗截止线较高会产生眩光，明暗截止线较低会影响直道引导距离，弯道引导距离等，直接影响照明效果。

以上两种因素分析结果如图9所示。

我们通过目视照准与机械照准对明暗截止线影响的比对，得出以下数据，如图10所示。

通过以上分析我们可得知，整车级评价更接近车辆和灯具的实际使用状态，更加体现出整车环境下灯具的明暗截止线位置以及照明情况，最大化还原用户使用灯光时的状态。在此状态下进行照明优化和改进，有利于推进灯具照明朝着更加安全的方向发展。

6 总结与展望

本文论述了整车级灯光评价与零部件级灯光评价的差异，从扫描时长，车辆姿态，灯具安装误差，机舱热影响等方面，验证了整车级环境因素对于灯光评价结果的影响，得出了整车级评价更接近车辆和灯具的实际使用状态，零部件级评价不能取代整车级测试的结果。企业可通过以下方式减少零部件级评价与整车级评价之间的差异：

（1）零部件灯具测试时使用灯具自身的调节机构进行明暗截止线位置调节，避免使用转台直接调节至理论值。

（2）完善汽车设计公差规范（DTS），加强车灯安装定位体系设计，保证灯具实际安装位置与理论值不出现较大偏差。

（3）增加灯具散热性能，如增加风扇，增加透气装置等。

（4）完善灯具调光机构，使用耐热性较好的材料，并细化调节范围及调节精度，避免出现调光机构受热膨胀或无法调节到理论值的情况。

（5）弱化位置灯带来的眩光影响，避免出现位置灯大面积堆叠的情况。

虽然当前的车灯设计仍然是在零部件级的基础上进行的设计，但是随着车灯技术的不断推进，模拟技术的不断提升以及整车灯光测试规程的不断完善，需要企业在灯具零部件设计过程中考虑整车环境因素对于灯具的影响，从而在设计阶段使灯具的研发趋于满足驾驶员实际使用需求。

参考文献：

[1]覃桂林.试论汽车前照灯配光性能的测试方法[J].汽车实用技术，2019（10）：145-146.DOI：10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.050.

[2]徐涛，郭扬.基于C-NCAP的汽车前照灯光学性能研究[A].重庆汽车工程学会.重庆汽车工程学会2021年论文汇编[C].：重庆汽车工程学会，2021：40-45．

[3]闫万钊，刘倩军，林继梁，张琳祎，聂康达，马彪. 各国汽车前照灯测试方法研究[C]//.Proceedings of the 16th International Forum of Automotive Traffic Safety（INFATS 2019）.[出版者不详]，2019：76-81.DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.015464．

[4]雷叶琴.汽车前照灯配光测试方法探讨[J].机械工业标准化与质量，2011（10）：36-38.

[5]GB 25991 汽车用LED前照灯.