前照燈照度分布試驗及數據處理方法研究

王博，鮑偉東，梅曉波，楊博

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

引言

汽車照明系統是汽車最重要的安全部件之一，它在夜間或在能見度較低的條件下，為駕駛員提供行車道路照明的重要設備，也是駕駛員發出警示、進行聯絡的燈光信號裝置。汽車前照燈主要包括遠光燈和近光燈。

汽車前照燈是在夜間行駛的主要照明裝置，遠近光形的好壞和照射方向對汽車夜間安全行駛起著重要的作用，所以前照燈必須有足夠的發光強度和正確的照射方向。本文是通過對不同車型前照燈的照度分布試驗及后期數據處理分析，總結出的前照燈照度分布試驗方法和數據處理方法。

1 汽車前照燈結構及功能

1.1 前照燈的結構

前照燈主要是由燈泡、反射鏡、配光鏡組成。燈泡又稱為光源，其中燈泡的燈絲由遠光燈絲和近光燈絲組成。反射鏡又被稱為反光鏡，其表面為拋物面。配光鏡又叫散光玻璃，由透光玻璃壓制而成，其幾何形狀也較為復雜，外形一般為圓形，配光鏡的作用是將反射鏡反射出的平行光束進行折射，使汽車行駛道路有一個良好且均勻的照明。

1.2 前照燈的功能

前照燈包括近光燈和遠光燈，按照國家相關標準要求，汽車在夜間行駛時，遠光燈要能照亮前方100m處范圍且高度為2m的物體，以此保證行車安全。在使用近光燈時，不僅要保證司機能夠看清汽車前方40m處的物體，而且不能讓迎面而來的司機或行人產生炫目，以此來保證雙向車輛及行人的安全。

2 照度分布試驗方法

2.1 術語和定義

光照強度是指單位面積上所接收可見光的光通量，簡稱照度，單位為勒克斯（lx），用于指示光照的強弱和物體表面積被照明程度的量。

照度分布是指光照強度在同一平面上的分布情況，將照度值相等的分布點用線條連接在一起形成照度分布圖。

2.2 試驗條件

為確保照度分布的試驗數據與實車狀態保持一致，該試驗一般要求前照燈在整車裝配條件下進行。試驗前應通過前照燈檢測儀對遠光燈和近光燈進行調光處理，以滿足國家標準中對整車前照燈光強及光束照射位置（即光軸偏移量）的要求。光束照射位置一般通過前照燈上的上下、左右調整機構來調節。試驗場地選擇夜晚環境照度小于1 lx，試驗區域無明顯障礙、坑洼的開闊平整路面進行。試驗開始前應在試驗區域提前對光照強度的測試點進行標記并將車輛停放在規定位置，其中測試點標記位置共360個，車輛縱向中心線與測試區域中心線重合，車輛布置及標記位置可根據試驗需求如圖1所示。

圖1 車輛布置及標記位置圖

2.3 試驗方法

前照燈照度分布試驗在發動機怠速工況下進行，試驗時駕駛室內安排1名試驗人員，對車輛前照燈的工作狀態進行控制與切換，另需2-3人對試驗區標記點處的光照強度進行測量和記錄。測量時光照計的感光球面應垂直距離地面20cm并面向車輛光照方向。前照燈的工作狀態一般包括：近光、遠光、遠光+近光等，具體根據前照燈類型而定。下文我們會以X車型和Y車型數據處理對比為例，介紹近光燈照度的試驗方法及數據處理方法，其他車型在不同狀態下的光照強度試驗方法均可參照此試驗方法進行。根據試驗需求，試驗后對數據進行處理并繪制照度分布圖和照度曲線圖。

3 試驗數據處理方法及應用

3.1 前照燈落地光形數據處理的目的及方法

數據圖形化，落地光形看起來更加直觀；

規范數據處理方式和坐標比例，便于不同車型之間落地光形對比。

以下是測試數據在Microsoft Excel 2017中的處理方法

1）根據試驗結果選擇有效的數據范圍。

2）插入→其他圖表→曲面圖→三維曲面圖。

生成數據的三維曲面，如圖2所示。

圖2 數據生成的三維曲面

3）在圖2三維曲面圖上單擊右鍵，選擇“三維旋轉”來設置圖表區的旋轉方向，其中X向設為0°，Y向設為90°，透視設為0.1°，旋轉后的三維曲面圖如圖3所示。

圖3 旋轉后的三維曲面

4）分別在圖2的橫縱坐標上單擊右鍵，選擇“設置坐標軸格式”，標簽間隔由“自動”修改為“指定間隔單位”。修改圖形結果如圖4所示。

圖4 修改坐標軸格式

5）為確保前照燈照度分布圖的層次感并加強不同車型間的可對比性，還需對圖例格式加以規定。選擇布局→坐標軸→主要縱坐標軸→其他主要縱坐標軸選項，將“最小值”設為固定值=0，“主要刻度單位”設為固定值=10，“最大值”設為固定值，一般可設為200、300或400，具體應以如何表現更加清晰的照度分布圖為依據，如圖5所示。

圖5 前照燈照度分布圖

6）根據不同測試需求可對上述數據處理方法進行調整，也可將多種不同狀態下的三維照度分布圖集中在一個圖中。

3.2 X車型和Y車型近光燈落地光形數據處理對比案例

圖6 X車型和Y車型平均照度對比圖

1）選擇X車型和Y車型試驗所得近光燈照度的有效試驗數據范圍。

2）根據上述3.1中的試驗數據處理方法可得到圖6和圖7。

圖7 X車型和Y車型照度分布對比圖

運用本文中所述的前照燈照度試驗方法及數據處理方法，通過對X車型和Y車型近光燈照度分布試驗數據的處理并進行分析、總結，可以得出以下幾個結論：

1）Y車型前照燈落地光形的照度圖較為均勻且成規則狀，X車型的落地光形為不規則狀；

2）Y車型前照燈比X車型前照燈的光照距離更遠；

3）在相同距離范圍內，Y車型的光照強度明顯優于 X車型。

4 結語

本文所述前照燈照度分布試驗方法及數據處理方法可以廣泛的應用到我國所有的汽車前照燈照度分布測試中，此方法不僅可以為汽車前照燈試驗人員提供合理的試驗方法和有效的理論依據，也為研發人員改進產品質量提供了準確的試驗數據和寶貴的試驗經驗。