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準建立

秦 剛

（東風柳州汽車有限公司乘用車技術中心，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數較低，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，并完善相關技術要求和設計規范，制定更全面、更接近實際駕駛需求的照度評價標準，為后續車型的前照燈開發提供技術支撐。

汽車和車燈是密切關聯的。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計資料表明：夜間發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在1000萬以上，其中死亡者約50萬[1]。可見汽車燈具照明在汽車安全性中的重要地位。

1 照明的基本概念

光通量、光強、照度、亮度，其四者的相互關系如圖1所示。

圖1 光通量、光強、照度、亮度的關系圖

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所發出的能量即稱為光通量。1流明(Lm)定義為一國際標準燭光的光源在單位立體弧角內所通過的光通量。

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發出的光通量，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量，稱為光源在某一方向的光亮度。

2 前照燈功能及法規照度要求

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，或產生不舒適感的燈具[2]。

2.2 前照燈照度的法規要求

國家法規《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 法規近遠光照度值要求

3 現狀及問題

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型號的鹵素燈泡。前期通過配光軟件Lucid Shape進行路面照度模擬分析，T5前照燈遠近光的配光參數滿足法規要求，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 現狀

根據前期配光軟件模擬分析，各個關鍵點照度均符合法規要求，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，均滿足法規和設計要求，如圖3所示。

圖3 T5近遠光照度軟件分析結果

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，現通過詳細分析來排除非要因，確認要因：

圖6 “前照燈照度性能差”的5個影響因素

4.1 光源選型

前照燈常用鹵素燈泡型號及其參數如圖7所示，目前T5前照燈選用H7燈泡光源，受燈具結構限制，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，經路面照度主觀評價，整體效果優于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。

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

圖7 常用鹵素燈泡型號及其參數

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。根據光學折射原理，不同波長的光折射角不同，導致透鏡照射出來的光會產生發藍、發彩的現象，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

通過以上數據分析，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重被裝飾框遮擋，導致照度寬度變窄；垂直方向被裝飾框遮擋，導致照射距離變短。

4.4 技術要求過于簡單、不全面

國家法規照度只對某些關鍵點的照度值進行了規定，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域照度值要寬、均勻，以便觀察車前及兩側車況；在高速或戶外車況中，對車前遠距離區域的照度值要中心點亮、照射距離遠，以便提前發現車前車況。

我司在國家法規基礎上，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要求不全面，僅對法規中的3個點（如圖12所示）的光強進行了特殊規定，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致前大燈性能差的要因。

4.6 確認要因

根據以上分析，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 技術要求細化、全面

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

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

（2）完善燈具開發流程，在燈具開發過程中，不僅在數據設計階段進行配光模擬分析和單品的室內配光驗證，同時根據5Lx照度評價標準（如圖14和圖15所示），在整車上進行相關點的照度值測。

（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近光照度評價標準

圖15 5Lx遠光照度評價標準

通過以上建立的評價標準，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）區域上的照度值存在一定差距，同時與主觀評價的結果一致。

圖16 與競品實際參數對比

6 建立標準

建立燈具路面照度評價標準，對路面5 Lx等照度曲線的形狀進行規定，且各等照度曲線不能有內凹現象、同緯度的路照曲線只能形成一個閉環，不得出現2個或以上的閉環，如圖17所示。根據車型的定位和成本，設定等級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，如圖18和圖19所示。

圖17 照度曲線的形狀規定

圖18 近光照度評價標準及等級

圖19 遠光照度評價標準及等級

7 結論

保證汽車在夜間及能見度較低的車況下安全、高速行駛，改善車內駕乘環境，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計標準，為后續前照燈開發提供了更好的參考借鑒。