反射鏡結(jié)構(gòu)的電動自行車照明裝置的配光性能研究

華思昊，曾彥凱，盧 鼎，張佳茜

（浙江方圓檢測集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

0 引言

隨著我國城市化建設(shè)的加快，人們環(huán)保要求呼聲日高，作為日常代步交通工具的燃油摩托車、助動車被逐漸限制和禁止使用，取而代之的電動自行車產(chǎn)品日益被消費者所歡迎[1]。

2020年5月1日，關(guān)于電動自行車照明的新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31887.1-2019“自行車照明和回復(fù)反射裝置第1 部分：照明和光信號裝置”正式實施，意味著今后電動自行車強制性認證對該項目有了新的要求。相較于老標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 22791-2008），新標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求更為嚴格。其中前燈增加了遠光功能配光性能的要求，近光功能配光性能增加了更多配光坐標(biāo)點和線的技術(shù)要求，有規(guī)定“4毅D 以下和4毅L 以及4毅R 之間的區(qū)域的要求不大于EA”和“在3毅和4毅線之間和在垂直線左右4 獨之間的區(qū)域要求不大于1.2EA”，這兩個區(qū)域的技術(shù)要求尤為嚴苛，對光學(xué)設(shè)計和生產(chǎn)的精度提出了更高要求。因此，如何保持產(chǎn)品一致性的同時降低生產(chǎn)及維護成本顯得尤為重要。

在研究電動自行車照明裝置配光性能影響因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計符合國標(biāo)要求的一套完整的反鏡結(jié)構(gòu)的照明裝置，為電動自行車產(chǎn)品更新和批量生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 試樣制備及測試方法

光學(xué)設(shè)計是通過配光軟件按標(biāo)準(zhǔn)要求進行配光設(shè)計，由于不同坐標(biāo)點和坐標(biāo)區(qū)域有不同要求，需要按照標(biāo)準(zhǔn)要求合理進行前期設(shè)計，GB/T 31887.1-2019 中的具體要求見表1，近光對光圖譜如圖1。

圖1 近、遠光燈測量和對光圖譜

表1 GB/T 31887.1-2019 對近光及遠光功能的配光性能要求

注：（1）EA 為A 點照度值，EHV 為HV 點（HH 線與VV 線交點）照度值；A 為H-H 下方3.5毅與V-V線的交點；CL/CR 為在H-H 線下方3.5毅線上左右4毅的點；B 為H-H 線下方5毅與V-V 線的交點；M 為HH 線下方8.5毅與V-V 線的交點；FL/FR 為H-H 線下方8.5毅線上左右4毅的點；GL/GR 為H-H 線下方8.5毅線上左右8毅的點；H-H 為通過0毅的水平線；V-V 為通過0毅的垂直線。

（2）帶*為遠光功能要求，A1/A2 為在H-H 線上左右4毅的點；A3 為在H-H 線下方3.5毅與V-V 線的交點。

按照配光軟件制作試模件（按照光學(xué)結(jié)構(gòu)可分為透鏡型和反射鏡型，本次試驗選擇反射鏡型），按照配光數(shù)據(jù)試制反射鏡并鍍膜，裝配完成整燈，對樣品進行配光性能檢測，依據(jù)測試數(shù)據(jù)中各配光點和配光區(qū)域的數(shù)值對配光軟件進行優(yōu)化，同時調(diào)整試模透鏡，以達到成品的配光性能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的配光要求。

通過高精度交通及車用燈具配光性能測試系統(tǒng)（型號為GO-HD5）進行配光性能檢測，檢測設(shè)備如圖2 所示。按照GB31887.1 規(guī)定，以HH 線是3.5 線之上包含Emax 為準(zhǔn)。之后通過測控軟件測試各個配光點的照度值。

圖2 高精度交通及車用燈具配光性能測試系統(tǒng)（GO-HD5）

2 結(jié)果與分析

2.1 初次配光數(shù)據(jù)及檢測結(jié)果分析

按照GB/T 31887.1-2019 規(guī)定要求，使用配光軟件進行前期配光，近光功能的配光圖譜具體分布詳見圖3。由圖可知，HH 線以上區(qū)域最大照度控制在1.8 lx 左右，A 點照度定為30 lx，其余點位和區(qū)域按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行。同時，對遠光功能的圖譜也進行配光，具體分布詳見圖4。

圖3 近光功能的配光圖譜

圖4 遠光功能的配光圖譜

根據(jù)配光軟件得出的光型進行制作，完成快速成型件試模A（圖5）的制作，對該試模A 樣品進行配光性能測試。測試結(jié)果見表2。

圖5 試模A 樣品照片

表2 試模A 的近光及遠光功能檢測數(shù)據(jù)

對試模A 的檢測結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)近光和遠光的測試結(jié)果均不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，主要不合格點在于：

（1）近光功能中，在4毅D 以下和4毅L 以及4毅R 之間的區(qū)域（以下稱為區(qū)域B，見圖1 中近光燈對光圖譜）的測試值不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測試數(shù)值為32.96 lx，超過EA 值（32.55 lx）。分析原因可能是由于：3毅和4毅線之間和在垂直線左右4毅之間的區(qū)域（以下稱為區(qū)域A）范圍較小，在設(shè)計時就很難將反射后的光束有效控制在區(qū)域A，這會使區(qū)域A 和B 之間的邊緣區(qū)域過渡混亂不清晰，極易導(dǎo)致區(qū)域B 的照度不符合要求；同時，由于光學(xué)結(jié)構(gòu)為反射鏡結(jié)構(gòu)，實際生產(chǎn)時的鑄模工藝和電鍍工藝均影響著產(chǎn)品的反射面角度和反射率，而這將會直接決定了試模A 的配光性能測試值與設(shè)計值是否一致。

（2）遠光功能中，測得A1 點和A2 點照（見圖1中遠光燈對光圖譜）度值分別30.02 lx 和27.18 lx，未達到HV 點的一半以上（EHV=69.44 lx），故不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。分析其原因可能是由于A1、A2 兩點與HV 點間隔較寬（分別為4毅L 和4毅R），左右兩點相距的球面角達到8毅，在配光設(shè)計時存在著較大的難度，提高了燈具前期配光的難度，需要將遠光光源所發(fā)出的光通經(jīng)反射面反射后保證HV 點的照度后還需向光源兩邊反射，使得光斑范圍擴大至少達到8毅，同時還需保證反射后形成光斑的均勻性，保證4毅L 和4毅R的照度值達到HV 點照度值的一半以上。由于反射面結(jié)構(gòu)的反射效果與實際生產(chǎn)有著密不可分的聯(lián)系，故需要前期設(shè)計時，就針對關(guān)鍵區(qū)域和點的設(shè)計值進行提高，以保證批量生產(chǎn)后的測試值也可符合相關(guān)要求，提高產(chǎn)品實際生產(chǎn)時的容錯率；

（3）近光光型與遠光光型的HV 點未重合（GB318 87.1-2019 的4.6.3 中規(guī)定：如果近光燈的光源與遠光燈的光源不同，在合并到同一個燈盒中時兩個光源的HV 點應(yīng)相同）。測試過程中試模A 在測試遠光功能配光性能時需要通過調(diào)整測試位置使EHV 點接近原配光設(shè)計值。這不符合標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。本要求是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求中最難實現(xiàn)的一點，需要在前期配光設(shè)計時將近光光斑和遠光光斑相互重合，嚴格控制好兩者的HV 點位置一致；同時，由于反射面與生產(chǎn)工藝息息相關(guān)，還需要考慮量產(chǎn)前后的差異，在前期配光設(shè)計時放寬考慮各區(qū)域的設(shè)計值，可提高批量產(chǎn)品的合格率。

通過上述不合格點和區(qū)域的檢測數(shù)據(jù)，對其重新進行分析和配光設(shè)計數(shù)據(jù)的優(yōu)化，對試模A 樣品的反射鏡結(jié)構(gòu)進行修改[2-5]，主要為：

（1）合理控制近光光源的反射角度，使最亮光斑完全處于區(qū)域A 中，通過控制反射面上半部分的各反射單元角度，在保證區(qū)域A 和B 之間的過渡區(qū)域清晰的前提下，還需控制區(qū)域A 與區(qū)域B 過渡區(qū)域照度值小于A 點照度；

（2）控制遠光光照反射寬度和均勻性，提高遠光光斑的寬度范圍和聚集性，保證遠光光斑的均勻性，保證A1 及A2 點的照度值大于EHV 的一半；

（3）合理控制遠近光之間的距離并調(diào)整HV 點中心位置，使遠近光HV 中心達到基本重合。

2.2 優(yōu)化配光數(shù)據(jù)及檢測結(jié)果分析

基于上述三點修改措施后，重新修改配光參數(shù)，修改后的配光參數(shù)具體數(shù)據(jù)見表3，配光圖譜如圖6。

圖6 修改之后的試模B 配光圖譜（近光+遠光）

表3 修改后的配光參數(shù)數(shù)據(jù)

依據(jù)上述修改數(shù)據(jù)進行制作試模B。對試模B 進行配光性能檢測，具體測試結(jié)果見表4。可見經(jīng)修改后的樣品配光性能可完全符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，故可獲得該配光數(shù)據(jù)并以此為基礎(chǔ)進行開模并可實現(xiàn)量產(chǎn)。

表4 修改后試模B 的近光及遠光功能檢測數(shù)據(jù)

2.3 量產(chǎn)產(chǎn)品的結(jié)果及分析

以試模B 為原型對其進行批量生產(chǎn)，由于反射鏡結(jié)構(gòu)的前燈配光性能與制作工藝及生產(chǎn)流程密切相關(guān)，故制作出不同批次的相同型號量產(chǎn)前燈，分別記為樣品1、樣品2 及樣品3。并分別測試3個樣品的配光性能數(shù)據(jù)，見表5。

由表5 可知，采用相同模具不同批次所批量生產(chǎn)的相同型號樣品1、2 和3 的配光性能數(shù)據(jù)相差較大，主要是由于反射面的電鍍條件、反射面的壓鑄成型、脫模劑的使用及脫模后的收縮率影響了反射面的表面平整度及表面反射率。從而影響了整燈的配光性能的差異。但是，由數(shù)據(jù)可知，通過前期合理的光學(xué)配光后，所批量生產(chǎn)的不同批次的前燈均達到標(biāo)準(zhǔn)GB31887.1-2019 所規(guī)定的規(guī)定要求。因此，可借鑒本次試驗配光數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)，為后續(xù)的批量生產(chǎn)做前期研究，提高了前期配光的效率，同時提高了后續(xù)的產(chǎn)品生產(chǎn)制作及研發(fā)的效率，減少了研發(fā)-試模-批量的周期長度，從而加快電動自行車產(chǎn)品的研發(fā)周期，為促進行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級可起到積極作用。

3 結(jié)語

本實驗通過配光軟件進行前期配光，研制出一套完整的反射鏡結(jié)構(gòu)的照明裝置，該照明裝置符合標(biāo)準(zhǔn)GB 31887.1-2019 的近光及遠光的配光性能規(guī)定要求。同時，設(shè)計該照明裝置所積累的配光數(shù)據(jù)可為之后的批量生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐及經(jīng)驗指導(dǎo)，具有通用性強的優(yōu)點。該反射鏡結(jié)構(gòu)的照明裝置的研制方法可以為相關(guān)企業(yè)和配件廠商提供參考和借鑒，直接使用本次研制過程中的配光數(shù)據(jù)研發(fā)產(chǎn)品，可以節(jié)約光學(xué)研發(fā)成本，還可以加快電動自行車產(chǎn)品的新車型、新型號的更新迭代，有效地促進電動自行車行業(yè)的產(chǎn)品升級及行業(yè)升級。