機(jī)動車和掛車用后霧燈配光性能不確定度評定

蔣偉芳

(中國汽車技術(shù)研究中心寧波汽車零部件檢測有限公司，浙江寧波 315104)

0 引言

機(jī)動車和掛車用后霧燈是指在霧、雪、雨或塵埃彌漫等能見度較低的環(huán)境中，為使車輛后方其他道路交通參與者易于發(fā)現(xiàn)而安裝在車輛尾部，發(fā)光強(qiáng)度比尾燈更大的紅色信號燈。后霧燈最早于1950年開始在歐洲使用，1980年后期(至1990年初)才引進(jìn)美國。中國，從1999年1月1日起，國家公安部要求機(jī)動車必須安裝符合國家標(biāo)準(zhǔn)的霧燈，未按規(guī)定安裝后霧燈的機(jī)動車不準(zhǔn)進(jìn)入高速公路。

根據(jù)歐盟 ECE R38 法規(guī), 大部分的歐盟國家都允許: 一顆或兩顆后霧燈。若只配置一顆后霧燈，其位置可以是在“車體正中央”或是“與駕駛?cè)送瑐?cè)”。配置兩顆的話，則必須是左右對稱。但是因?yàn)閮深w后霧燈，容易跟剎車燈混淆, 所以在ECE R48中規(guī)定: 若配置兩顆后霧燈的話，后霧燈的位置，必須和剎車燈相距10 cm以上。

燈具配光性能的優(yōu)劣直接影響車輛和人身安全。GB 11554-2008《機(jī)動車和掛車用后霧燈配光性能》是現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)，對后霧燈的配光性能提出了要求。此標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)于ECE R38，并存在一定的差異，代替標(biāo)準(zhǔn)的歷次版本為GB 11554-1989、GB 11554-1998。燈具配光性能檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度受檢測方法、試驗(yàn)設(shè)備的精度、試驗(yàn)人員的操作能力和試驗(yàn)環(huán)境等種種因素影響。對不確定度進(jìn)行分析，確定影響配光性能的主要因素，根據(jù)其產(chǎn)生的原因在測試過程中進(jìn)行控制，從而減少測試結(jié)果的偏差，達(dá)到提高測試結(jié)果準(zhǔn)確性的目的。

1 測試原理

將采用Optronik配光轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由配光轉(zhuǎn)臺、計算機(jī)以及控制軟件、光度控制器和對準(zhǔn)激光等組成。該測試系統(tǒng)采用固定光度探測器，通過旋轉(zhuǎn)燈具來達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的測量要求，即光度探測器固定安裝在中心點(diǎn)HV，被測試燈具夾在配光轉(zhuǎn)臺上，測試控制軟件控制被測燈具在水平或垂直平面內(nèi)按照角度轉(zhuǎn)動。通過轉(zhuǎn)動測試燈具，用光度探測器測出燈具中心處的發(fā)光強(qiáng)度，再乘以距離的平方得到燈具在某個方向上的發(fā)光強(qiáng)度。該系統(tǒng)還配置了vv10dsp前置放大器，它作為光度系統(tǒng)的前端設(shè)備與配光轉(zhuǎn)臺一起構(gòu)成配光轉(zhuǎn)臺光學(xué)測試系統(tǒng)。它是傳統(tǒng)的模擬放大器技術(shù)與先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)的完美結(jié)合，使用V(λ)-匹配硅-光元件進(jìn)行照度測量，測量值經(jīng)過一個數(shù)字式的自適應(yīng)過濾器，過濾器根據(jù)光源類型從信號中去除所有的變異和干擾。通過對被測信號的監(jiān)測，過濾器的參數(shù)被持續(xù)不斷地優(yōu)化。

此次測量不確定度評定過程中選取了某一品牌半封閉式后霧燈，把燈具樣品連同夾具一起安裝于試驗(yàn)臺上進(jìn)行測量。

2 不確定度來源

通過對后霧燈配光性能測量過程進(jìn)行分析，影響測量結(jié)果的主要因素見圖1，其中由于試驗(yàn)人員安裝樣品(含試驗(yàn)夾具)帶來的影響通過A類方法進(jìn)行評估，其他因素通過B類方法進(jìn)行評估。所有來源具體如下：(1)樣品安裝，即重復(fù)測量；(2)L的測量誤差；(3)α的測量誤差；(4)E的測量誤差：標(biāo)準(zhǔn)燈泡產(chǎn)生的不確定度、3.16 m光度探測器精度產(chǎn)生的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)燈泡供電電源產(chǎn)生的不確定度；(5)環(huán)境(溫濕度、雜散光等)產(chǎn)生的誤差。

圖1 影響測量結(jié)果的主要因素

3 建立數(shù)據(jù)模型

根據(jù)GB 11554-2008《機(jī)動車和掛車用后霧燈配光性能》的要求，測量示意如圖2所示。

圖2 測量示意

在距離樣品基準(zhǔn)中心點(diǎn)3.16 m的屏幕上測量標(biāo)準(zhǔn)要求的各個測試點(diǎn)上的發(fā)光強(qiáng)度E0。實(shí)驗(yàn)室的配光設(shè)備是固定光度探測器探頭，通過旋轉(zhuǎn)樣品來達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的測量要求。在放置光學(xué)探頭時，保證能應(yīng)用光度學(xué)中的距離平方反比定律，實(shí)際放置光學(xué)探頭與理論的3.16 m有一定的誤差，所以有個L2/3.162的修正系數(shù)。

即數(shù)據(jù)模型為

E0=L2/3.162Ecos3α

式中：E0為被測量點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度；3.16為轉(zhuǎn)臺基準(zhǔn)中心至屏幕HV點(diǎn)的理論距離3.16 m；E為照度計測得的發(fā)光強(qiáng)度；L為轉(zhuǎn)臺基準(zhǔn)中心至屏幕HV點(diǎn)的實(shí)際距離；α表示測量點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的連線和基準(zhǔn)軸線的夾角的實(shí)際值。

靈敏系數(shù)分析如下：

(1)轉(zhuǎn)臺基準(zhǔn)中心至屏幕HV點(diǎn)的實(shí)際距離L對測量結(jié)果的靈敏系數(shù)為

(2)照度值對測量結(jié)果的靈敏系數(shù)為

(3)測量點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的連線和基準(zhǔn)軸線的夾角對測量結(jié)果的靈敏系數(shù)為

4 不確定來源分析

4.1 測量不確定度評定結(jié)果

4.1.1 A類方法進(jìn)行評估：樣品安裝(即重復(fù)測量)

在相同試驗(yàn)條件下，使用相同試驗(yàn)方法對同一樣品進(jìn)行10次重復(fù)測量(每次配光性能測試后關(guān)燈，轉(zhuǎn)臺上下10°和左右30°旋轉(zhuǎn)，樣品位置移動，關(guān)燈5 min后，再進(jìn)行第二次測試)，選取特征點(diǎn)HV、0-10D、0-10U、30L-0、30R-0共5點(diǎn)，其測量結(jié)果見表1。

表1 HV點(diǎn)測量數(shù)據(jù)

表1中HV點(diǎn)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差使用貝塞爾公式計算：

uA1=0.194 651 cd

uArel1=0.194 651/215.27=0.090%

表1中0-10D點(diǎn)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差使用貝塞爾公式計算：

uA2=0.407 704 cd

uArel2=0.407 704/143.02=0.285%

表1中0-10U點(diǎn)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差使用貝塞爾公式計算：

uA3=0.266 875 cd

uArel3=0.266 875/133.23=0.200%

表1中30L-0點(diǎn)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差使用貝塞爾公式計算：

uA4=0.585 472 cd

uArel4=0.585 472/274.45=0.213%

表1中30R-0點(diǎn)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差使用貝塞爾公式計算：

uA5=0.143 372 cd

uArel5=0.143 372/127.25=0.113%

4.1.2 B類不確定度的評定

4.1.2.1 轉(zhuǎn)臺基準(zhǔn)中心至屏幕HV點(diǎn)的實(shí)際距離L的測量誤差引起的不確定度評估

布置實(shí)驗(yàn)室時，轉(zhuǎn)臺基準(zhǔn)中心至屏幕HV點(diǎn)的實(shí)際距離L測量值為3.162 m，該距離與3.16 m的差值由設(shè)備軟件進(jìn)行修正。

不確定度主要由測距儀的測量精度引起，測距儀的分辨率為0.001 m，估計其服從均勻分布，則

urel(L)=0.000 3/3.162=0.009 5%

4.1.2.2 測量點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的連線和基準(zhǔn)軸線的夾角的測量誤差引起的不確定度評估

查Optronik 配光轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)說明書，水平轉(zhuǎn)角H的分辨率和垂直轉(zhuǎn)角V的分辨率均為0.01°，估計其服從均勻分布，則

由校準(zhǔn)證書中得出水平轉(zhuǎn)角擴(kuò)展不確定度為0.034°(k=2), 垂直轉(zhuǎn)角擴(kuò)展不確定度為0.018°(k=2)，計算得u(α)max=0.017°=0.000 30 rad。

4.1.2.3 發(fā)光強(qiáng)度的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(E)評估

E=K2φ=K2(K1I)

說明：同一燈泡在標(biāo)稱電流附近其電流與光通量呈正比，K1為該燈泡特有的系數(shù)；同一燈具測量屏幕上任何一點(diǎn)的照度與其光源光通量呈正比，K2為該燈具該點(diǎn)的配光性能系數(shù)。

(1)光源標(biāo)準(zhǔn)燈泡引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(E1)評估

在相同試驗(yàn)條件下，使用相同試驗(yàn)方法對P21W標(biāo)準(zhǔn)燈泡進(jìn)行5次重復(fù)測量，光通量產(chǎn)生的不確定度urel(E1φ)、電流值產(chǎn)生的不確定度urel(E1A1)、電壓值產(chǎn)生的不確定度urel(E1U1)用A類進(jìn)行評估；因電流表設(shè)備產(chǎn)生的不確定度urel(E1A2)、電壓表設(shè)備產(chǎn)生的不確定度urel(E1U2)用B類進(jìn)行評估。其測量結(jié)果見表2。

表2 P21W標(biāo)準(zhǔn)燈泡測量數(shù)據(jù)

表2中實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差使用貝塞爾公式計算:

u(E1φ)=0 lm；u(E1A1)=0.000 25 A；u(E1U1)=0.010 64 V

urel(E1φ)=0/460=0%

urel(E1A1)=0.000 25/1.847 1=0.014%

urel(E1U1)=0.010 64/13.904 2=0.077%

由校準(zhǔn)證書中，得出電流表相對擴(kuò)展不確定度為0.017%(k=2)、電壓表相對擴(kuò)展不確定度為0.060%(k=2)，則

urel(E1A2)=0.17%/2=0.085%

urel(E1U2)=0.060%/2=0.030%

則

urel(E1)=

0.119%

(2)3.16 m光度探測器的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(E2)評估

由校準(zhǔn)證書中，3.16 m照度計的相對擴(kuò)展不確定度為1.8%(k=2)，則

urel(E2)=1.8%/2=0.9%

(3)標(biāo)準(zhǔn)燈泡供電電源的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(E3)評估

由校準(zhǔn)證書中，標(biāo)準(zhǔn)燈泡的供電電源中電流值的相對不確定度為0.060%(k=2)，則

urel(E3) =0.060%/2=0.029%

則照度值的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4.1.2.4 環(huán)境(溫濕度、雜散光等)產(chǎn)生的影響

根據(jù)CNAS組織開展過的調(diào)查分析，環(huán)境因素(溫濕度、雜散光等)對試驗(yàn)結(jié)果帶來的影響極小，因此，此次評估不考慮由環(huán)境因素對試驗(yàn)結(jié)果造成的不確定度。

4.2 不確定度計算結(jié)果

后霧燈配光性能測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫?所示， 合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度如表4所示。

表3 后霧燈配光性能測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

表4 合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

相對擴(kuò)展不確定度的評估。取k=2，特征點(diǎn)HV、0-10D、0-10U、30L-0、30R-0的相對擴(kuò)展不確定度如表5所示。

表5 相對擴(kuò)展不確定度

測量不確定度評定結(jié)果。此次對該樣品的特征點(diǎn)HV、0-10D、0-10U、30L-0、30R-0的發(fā)光強(qiáng)度測試結(jié)果如表6所示。

表6 該樣品的特征點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度測試結(jié)果

5 結(jié)論及分析

通過以上分析，影響后霧燈配光性能測試結(jié)果準(zhǔn)確度的因素很多，其中照度值測量精度引入的不確定度影響最大，其次是測試人員重復(fù)測試時引入的不確定度。

為了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，首先要控制照度值測量時的影響，主要措施是定期校準(zhǔn)3.16 m光度探測器，平時注意光度探測器的存貯環(huán)境和使用工況，避免測試探頭引起測量偏差，或發(fā)現(xiàn)測量偏差要及時補(bǔ)償并修正；定期校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)燈泡在標(biāo)準(zhǔn)亮度時的電流和電壓，并定期校準(zhǔn)供電電源，控制電源使標(biāo)準(zhǔn)燈泡在標(biāo)準(zhǔn)亮度時點(diǎn)亮；定期校準(zhǔn)轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)角精度，并不得用手或其他方法扳動轉(zhuǎn)臺，防止轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動精度下降；定期檢查轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)中心到探測器的距離并及時補(bǔ)償，從而減少測試結(jié)果的偏差。

為了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，其次控制測試人員引起的不確定度，制定操作規(guī)程，并定期對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)并考核，提高試驗(yàn)操作過程的規(guī)范性，也可定期在操作人員間進(jìn)行比對，提高操作人員的規(guī)范性。