機動車用前霧燈色度特性不確定度評定

蔣偉芳，徐文滔，葉嘉民

[中汽研汽車零部件檢驗中心(寧波)有限公司，浙江寧波 315104]

0 引言

汽車燈具是行車安全的關鍵部件，可以讓駕駛員看到周邊路況，同時給其他汽車或行人發出信號提醒汽車的存在，從而保證汽車能安全行駛，人員能安全行走。所以從安全的角度出發，汽車燈具的配光性能非常重要，必須要遵循法規標準的規定。而汽車燈具的色度特性是燈具配光性能的重要指標之一。目前，國家已專門制定了汽車燈具色度特性的量化標準，該標準為GB 4785—2019《汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規定》，GB 4785—2019標準規定了各種功能燈具的光色要求及每種光色的色度區域邊界要求，并明確了光色采用GB/T 3977中CIE 1931 XYX色度系統，其中前霧燈的光色是白色或選擇性黃色。同時，GB 4660—2016《機動車用前霧燈配光性能》中也規定了前霧燈的色度特性應符合GB 4785的規定，所以，前霧燈的光色應為白色或選擇性黃色。

1 測試原理

汽車燈具色度特性的檢測是建立在色度學基礎之上。根據國際照明委員會(CIE)的推薦和汽車燈具標準的要求，汽車燈具采用標準色度系統表示顏色，即采用三刺激值、、和色品坐標、、表示顏色。

CIE 1931標準色度三刺激值的計算方法是將各波長上的色刺激函數()與每個CIE色匹配函數相乘，并在整個可見光譜范圍內分別對這些乘積進行積分。照明體或光源的三刺激值計算中的色刺激函數()=()。所以，、、可以通過測量燈具的相對光譜功率分布函數()來確定，其關系如下：

(1)

式中:()為照明體或光源的相對光譜功率分布函數;

Δ為波長間隔，取5 nm或10 nm;

為歸一化系數。

除三刺激值外，CIE還引入色品坐標、、來表示光的顏色。色品坐標的定義如下：

(2)

從以上理論分析可以看出，汽車燈具的相對光譜功率分布決定了其色品坐標在CIE色度圖中的位置。而白光是由許多種顏色混合而成，相對光譜功率分布函數()取值范圍為380～780 nm。由式(1)和式(2)可以看出，各顏色的光能量比例不同，其三刺激值和色品坐標也不相同。

試驗室測試色度特性的設備是Optronik 配光轉臺系統，試驗室的配光設備是固定色度探頭的。Optronik 配光轉臺系統測試色度特性時的工作原理，就是通過測量燈具的相對光譜功率分布函數()來確定三刺激值，從而得出色品坐標、、。根據GB 4660—2016《機動車用前霧燈配光性能》，汽車前霧燈色度特性是在距離樣品基準中心點3.16 m的色度探頭上，測量標準要求的測試點上的色度特性(，)，設備可以直接讀出色品坐標的數值，即數據模型為=，=。

2 不確定度主要來源

汽車前霧燈色度特性不確定來源主要有：

(1)樣品安裝，即重復測量。

(2)(，)的測量誤差：Optronik 配光轉臺系統精度產生的不確定度以及LED的供電電源產生的不確定度。

(3)環境因素如溫濕度、雜散光等產生的誤差。

3 不確定度來源分析

3.1 汽車前霧燈色度特性測量不確定度評定結果

3.1.1 A類方法進行評估：樣品安裝

在相同試驗條件下，使用相同試驗方法對同一樣品進行10次重復測量(每次色度特性測試后，LED光源需穩定30 min后進行測試，測試完關燈，并旋轉轉臺上下10°和左右30°，樣品位置移動，再關燈10 min，然后等燈具徹底冷卻后再進行第二次測試)，選取特征點，其測量結果見表1。

表1 特征點HV的測量結果

表1中試驗標準差使用貝塞爾公式計算，即

=0446 4,=0404 1，rel=0001 40446 4=0314，rel=0001 20404 1=0297。

3.1.2 B類不確定度的評定：(，)的測量誤差

(1)Optronik 配光轉臺系統精度產生的不確定度(1)、(1)評估。

由校準證書中，Optronik 配光轉臺系統在標準A光源(=0447 5,=0407 4)下色品坐標的不確定度為0002 5(=2),則

(3)

(2)LED光源供電電源的相對標準不確定度(2)、(2)評估。

由校準證書中，LED光源的供電電源中電壓值的相對不確定度為0.000 58%(=2)，則

(2)=(2) =0.000 58%/2=0.000 29%。

(4)

(3)(，)測量誤差合成相對標準不確定度。

(，)中的測量誤差的相對標準不確定度為：

(5)

(，)中的測量誤差的相對標準不確定度為：

(6)

3.1.3 環境因素產生的影響

經分析，環境因素如溫濕度、雜散光等對試驗結果帶來的影響極小，因此，此次評估不考慮由環境因素對試驗結果造成的不確定度。

3.2 前霧燈色度特性測量的標準不確定度匯總

本文對前霧燈色度特性測量的標準進行了不確定度匯總，結果見表2。

表2 前霧燈色度特性測量的標準不確定度匯總

3.3 合成相對標準不確定度

(，)中的合成相對標準不確定度為：

(7)

(，)中的合成相對標準不確定度為：

(8)

3.4 相對擴展不確定度的評估

取=2，相對擴展不確定度為：

(9)

3.5 測試結果計算

取=2,對該樣品進行的前霧燈點的色度特性測試結果為：

(10)

4 結語

通過以上分析，影響前霧燈色度特性測試結果準確度的主要因素是由設備精度和人員測試兩部分組成，其中Optronik 配光轉臺系統精度產生的不確定度影響值和重復性測量引入的不確定度影響值比較接近。

為了測量結果的準確性，首先要減少配光轉臺系統測量時的影響，主要措施是定期對Optronik 配光轉臺系統中用于色度特性測試的相關設備進行校準和期間核查，特別是3.16 m處的色度探頭，平時注意色度探頭的存貯環境和使用工況，避免測試探頭精度引起的測量偏差，同時在發現測量有偏差時及時進行補償并修正;還需要定期校準供電電源，避免因供電電源精度產生的不確認定偏差。其次控制測試人員引起的不確定度，制定操作規程，并定期對操作人員進行培訓并考核，提高試驗操作過程的規范性，也可定期在操作人員間進行比對，提高操作人員的規范性。