汽車前照燈前束燈光標定方法及故障應對策略

李祥兵

（神龍汽車有限公司， 湖北 武漢 430060）

車燈是最重要的功能件之一，前照燈中的近遠光是汽車主動安全的重要部分。燈光在給駕駛員提供充足的路面照明和寬廣的視野時，還要保證不對其他道路使用者產生眩目等干擾。通常，當一只合格的前照燈裝配到車身上后，理論上，燈光的高度和水平寬度是不用調整的，但由于裝配工藝、車身尺寸的誤差導致前照燈在整車上會發生位置偏移，以及照明距離遠（法規規定10m光屏距離），車身姿態的微小變化都會引起燈光光束的較大距離偏差。為確保一只單件合格的前照燈裝配到車身上后，其燈光高度和寬度仍然是合格的，就需要對前照燈在前束上進行燈光檢查調整，使前照燈在整車下線之后，燈光仍然滿足法規的要求。對主機廠而言，為減少燈光調節工作量，通常會要求供應商基于主機廠標定好的燈光樣件自行對成品前照燈的水平寬度調整到中值，這樣標定之后的前照燈裝配到車上后，理論上不用再次調整。而在燈光的標定和調整過程中，通常會出現各種各樣比較復雜的問題，工程師需要花費大量的時間去調查根本原因。為走出這種困境，就需要一套完整的標定方法及燈光標定故障的應對策略，使燈光標定更加科學合理。

1 前束燈光標定原理

1.1 垂直三角形調光原理

前照燈燈光調節是通過本身的渦輪和蝸桿機構來實現的。圖1為垂直三角形調光原理。在設計階段，反射鏡的背面設計有3個球頭緊固點，其中，A，C兩點為活動結構，B為固定結構。AB構成的連線與BC構成的連線相互垂直。當對A點進行調節時，整個反射鏡會圍繞BC軸線進行旋轉，則截止線將進行水平方向（寬度方向） 的調節；當對C點進行調整時，整個反射鏡會圍繞AB軸線進行旋轉，則近光截止線將進行垂直方向（高度） 的調節。通常，對于水平方向的調節，車燈廠在出廠之前標定到中值即可，在整車上不用再次調節。垂直方向的調節，需要在整車前束臺上將燈光高度標定到0.7～0.9H之間（其中H為前照燈基準中心高度）。而在實際的使用過程中，高度的調節可以分為手動調節、靜態調節和動態調節。手動調節一般是借助專用工具或在駕駛室內通過旋轉燈光調節旋鈕來實現，而靜態調節和動態調節是通過車身高度傳感器來實現。

圖1 垂直三角形調光原理

1.2 前束檢測臺構成

前束試驗臺主要由集光箱、龍門框架、行走定位機構、校準工具構成。如圖2所示。集光箱是利用凸透鏡聚焦的原理，把法規規定的凸透鏡放在車輛前方，將離前照燈光學中心10m遠的光屏上的成像轉化為很小距離的光板成像，并利用CCD技術把成像轉化為數字信號進行處理。整車廠前束臺主要標定近光高度并保證符合法規規定的范圍，測量近光的寬度，測量左右前照燈處于遠光狀態下的光強，與此同時，它也對遠光的高度、寬度以及前霧燈的高度進行標定。

圖2 前束測試臺構成及原理

1.3 截止線的形成原理

對于單個模組（投射式或反射式） 形成的近光，其截止線的形成主要有兩種方式：一是依靠遮光板來實現，即遮光板加工成截止線的形狀，然后通過透鏡成像原理來形成清晰的截止線，投射式前照燈模組一般采用這種方式；另外一種方式通過反射鏡的曲面設計來形成截止線，這種方式主要用于反射式前照燈。對于多個模組的前照燈，一般依靠幾個模組的組合來形成截止線，這種組合方式也分為2種：一種是各個模組均形成各自的截止線，然后重疊在一起，形成總的截止線；另外一種是其中一個模組形成截止線，其余的模組對截止線的水平段部分進行補光。這兩種方式各有優劣，都能形成相對比較清晰的截止線。

2 燈光標定的法規要求

ECE配光方式有兩種：一種是在配光屏幕上，明暗截止線左側與水平基準線h-h重合，明暗截止線右側與水平基準線呈15°夾角；另外一種配光方式，燈光在屏幕上投影呈Z字型，明暗截止線左側部分在水平基準線以下250mm處，右側部分則與水平基準線呈45°夾角。如圖3所示。中國國內近光明暗截止線一般采用Z字型樣式。

圖3 明暗截止線原理

根據GB7258照明系統的要求，在離車輛前照燈近光光源中心位置到車輛前方10m處放置一個光屏，乘用車前照燈明暗截止線（15°或45°） 拐點位置高度應位于0.7H～0.9H之間（其中H為前照燈基準中心高度）。對于寬度而言（俗稱燈寬），其明暗截止線的拐點向左偏移不允許超過170mm，向右偏移不允許超過350mm。這個要求考慮了車身尺寸、工藝波動等多個因素，甚至有時車身波動大于燈的調節范圍的情況。對于燈具廠的車燈而言，一般水平方向規定：0±0.5%（±0.28°），即要求車燈在出廠時，截止線拐點盡可能在中值附近，這樣燈裝在整車上后，理論是不用調整就可以保證燈寬合格。

對于光強的要求，要求單個前照燈遠光（一般為近光加遠光） 的光強應至少大于30000cd，左右遠光光強之和應不大于220000cd。在現有的技術水平下，一般鹵素燈光強在40000～50000cd為正常范圍，LED前照燈為50000～70000cd為正常范圍。表1為乘用車近遠光法規要求。

表1 乘用車近遠光法規要求

3 燈光捕捉算法研究

主機廠的調光設備雖然型號各不相同，但截止線捕捉原理基本相似，一般有以下兩種算法。

3.1 最大梯度法

最大梯度法是一種向量（vector） 法，即函數在該點的方向導數沿該方向得到最大值，函數在該點沿該方向（梯度方向） 變化最快，變化率為最大值。如圖4所示，y=f（x）為截止線的外輪廓，直線l與截止線輪廓形成2個交點A，B。通過明暗過渡區找到明暗截止線，并且以截止線的曲率變化的最大梯度點C作為拐點。

圖4 最大梯度法

采用該方式，光型的品質對捕捉結果影響很大，例如，在截止線中出現光斑或是光型缺失，會導致截止線變化最大點發生在光型較差的區域，從而影響拐點的選取。

3.2 圖形特征法

如圖5所示，圖形特征匹配需要先在一幅圖像中確定出特征，然后再在待匹配圖像中利用約束條件在一定范圍內搜索相似特征。該方法主要包含3個過程：①特征檢測；②特征相似性度量；③搜索策略。

圖5 明暗截止線檢測及識別算法流程圖

在實時匹配這類運用中，主要從3方面來提升匹配的可靠性：①盡量減小基準圖大小，并通過分區約束等方法減少匹配搜索范圍；②盡可能選擇特征明顯、不受外界影響的圖形作為基準圖形；③選擇具有魯棒特征的提取方法。在近光明暗截止線的獲取上，通常以暗區至亮區變化點作為截止線，得到截止線后，用截止線的圖形特征進行自動拐點搜索并計算匹配得到。

4 基于某項目前照燈項目的燈光標定

某項目采用矩陣反射式LED前照燈設計，近光采用2個反射鏡結構且呈水平方向布置，靠近車輛縱中軸面的反射鏡用于形成15°截止線，靠近車輛外側的反射鏡主要用于給截止線下側區域補光。

4.1 燈光標定前的準備工作

在設計階段，要求遠光燈垂直方向HV點高度不能超過近光燈拐點0.2H（H為近光光學中心離地高度）。反射鏡注塑和鍍鋁品質穩定，截止線要光順，配光室截止線水平度和清晰度測量均符合要求（其中水平度＜0.2，清晰度0.2～0.45）。確認近光截止線計算方法，一般采用優選圖形特征法更加精確。保證在線光檢設備能對近光燈特殊點進行監控（25L、25R、50L、50R、75R，第4區），測試電壓為13.2V時，75R≥25lx，50R≥20lx，50V≥6lx，25R≥5lx，25L≥5lx，Ⅳ≥5lx。燈具廠在線近光拐點中值的設置，由主機廠車身上標定的近光拐點位置確定。如果設備為自動調光，則近光拐點中值控制公差為±0.5%；如果設備為手動調光，中值控制公差為±0.8%。所有光檢合格的前燈，燈殼上有光檢合格標識。

4.2 燈光標定

1） 確認車身尺寸是否穩定。與主機廠總裝工藝確認前照燈近光截止線類型（15°截止線或45°截止線）。如果是模組，明確該模組沿用的相關車型，確認前束臺燈光捕捉算法。然后對前束臺光檢參數（遠光光學中心離地高度、中心點距離、近光光學中心離地高度、中心點距離） 進行設置，并確認與理論光學中心坐標一致。當車身尺寸和工藝參數確認后，使用穩定的車身進行前照燈的燈寬標定。

2） 前束臺一致性確認。通常，在主機廠總裝前束臺區域，一般至少有3個前束通道。其中一個通道主要用來標定前束臺本身。這個標定工作分為兩部分：①將燈箱的HV捕捉位置標定到理論位置；②采用樣架進行監測，一般每周監測一次捕捉位置，確認是否仍然在理論位置。另外2個通道用于生產線車輛燈光的標定和檢測。項目某個階段對前照燈進行燈光標定時，要確保同一臺車在3個通道的燈寬值和燈光高度值不能大于0.5%，否則會因為前束臺設備的因素導致燈光的標定結果存在很大差異。

3） 車燈的狀態。在對前照燈標定前，車燈的尺寸狀態必須穩定，車燈在車燈廠出廠前的燈寬和燈高數據合格且穩定。對于燈寬，由于主機廠一般不會在整車上對燈寬進行調整，車燈廠需要保證截止線拐點的水平位置必須盡可能在中值0.8%（國標對水平方向要求的范圍為-1.7%～+3.5%）。

4） 更換前照燈（要求各個功能正常）。將車輛在顛簸路面上行駛，然后去總裝前束臺進行燈光標定。標定方法為：首先將近光燈寬值調至+0.9%，同時調燈高至合格范圍，再調整燈寬至+0.9%，調整燈高至-1%。然后再進行顛簸路面的路試，重新上檢測臺，檢測燈寬位置，如果燈寬不處于+0.9%位置，則調到+0.9%，燈高調到要求范圍后再向下調整兩圈螺紋。按照相同的操作步驟標定第2套前照燈，每套前照燈要用油漆筆將車輛信息、標定日期、近光高度和寬度參數標注在燈殼上，用膠水將所有的調光接口固定，完成標定樣燈制作。如圖6所示。

圖6 燈光標定流程

如果標定后在主機廠出現燈寬不合格問題，則首先用封樣前照燈裝在故障車上在前束臺進行裝車檢查。如果檢測值與標定值相差±0.2%，則認為車身沒有變化，需要車燈廠分析原因。如果檢測值在合格的極限或者不合格，則按照上述步驟，重新進行燈光標定。

5 車燈標定中的常見問題

5.1 截止線拐點跳動

在整車前束臺燈光標定中，前束屏幕上的十字光標來回跳動，光檢臺無法捕捉到正確的拐點。通常情況下，出現這種問題的原因為：近光時，正常狀態的截止線只有一個最亮點A，并位于HV點下端；如果在截止線水平段下部的其他區域還存在其它最亮點B，且該最亮點位于設備的掃描范圍內，則設備在捕捉最亮點過程中，設備無法識別出哪個是正確的最亮點，就會在A，B之間來回捕捉。在這種情況下，一般從兩個方面優化：對于前照燈而言，找到出現2個最亮點的原因，通過優化設計光型來解決。對于鍍鋁反射碗，優化鍍鋁工藝，從而消除不合適的最亮點B。另一方面，在前束屏幕上觀察最亮點出現捕捉區域，通過優化設備的捕捉范圍，將最亮點B的位置置于捕捉范圍之外，即可以消除截止線捕捉抖動的問題。

5.2 無法發現拐點

前照燈無拐點，投到屏幕上后，截止線在拐點區域無明顯拐點或表現為一段圓弧，導致系統無法正確捕捉。現場四輪定位調光時，前照燈零件與SGM設備匹配差異較大，拐點超出或處于調光界面極限，現場調整過度或調整無方向，容易造成過度調整。在這種情況下，首先要優化前照燈的光型，讓明暗截止線更加清晰，同時保證15°或45°截止線角度能更清晰地顯示出來。

有時，曝光度不足也是拐點無法捕捉的根本原因。曝光度是攝影技術的一個術語，指設備感受到光亮的強弱及時間的長短。所拍攝的物體越亮，相機的快門速度相應提高，光圈縮小，光圈和速度要互相配合，單一調整哪一個都不一定能拍出一張曝光準確的相片。反之所要拍攝的物體很暗，那么就要減慢速度，放大光圈才行。在前束上，對于不同技術的車燈，比如LED前照燈、鹵素燈，由于LED前照燈的亮度普遍高于鹵素燈，因此它所需的曝光度一般要小于鹵素燈泡。

5.3 拐點不動

當截止線調節到一定位置時，發現拐點無法移動。在這種情況下，要檢查車燈內部手動調節機構是否出現調節故障，導致無法傳遞機械動力，拐點無法調節。在這種情況下，最常見的是前照燈內部出現調節螺桿斷裂、滑絲等故障。出現這種情況的原因比較多，從車身角度，要調研車身在近期是否有尺寸波動，導致在前束調節時，即使車燈調到極限位置，燈寬依然無法合格。從車燈的角度分析，要檢查車燈內部在反射碗的運動過程中，是否存在干涉問題，導致手動調節結構無法調節。

5.4 遠光光強不合格

在當前技術條件下，單遠光一般很難完全滿足路面照度的要求，因此，遠光一般是近光和遠光的合成。遠光的照度一般在30000 ～220000cd 之間，如果遠光光強低于30000cd，則說明遠光光強出現問題。在這種情況下，一般先比較同一臺車上左右前照燈光型的差異，如果有很大差異，就需要對遠光的反射鏡進行優化，使得左右光型完全一致。如果左右前照燈光型一致，則檢查故障燈的偏轉角度是否偏得非常厲害，如果偏得很厲害，就需要從車身的尺寸方面進行優化。

6 結論及展望

由于車燈在整車上的燈光狀態必須符合法規要求，因此燈光標定是主機廠總裝車輛下線的重要工作。由于受到多個因素影響，燈光標定一直是比較繁雜的工作。基于法規的要求及前束臺燈光捕捉原理，本文重點論述了車燈燈光標定的方法以及標定過程中常見問題的應對策略。從標定流程和常見故障問題來看，前照燈的工藝狀態、車身的尺寸狀態以及前束測試臺的參數設置是影響車燈燈光是否合規的重要因素。在設計的故障分析中，也要逐一分析三者的工藝穩定性，比如對于前束測試臺，如果有好幾個測試通道，要保證同一臺車在各個通道上的測試結果誤差在0.5%以內，否則，測試設備的誤差將無法鎖定故障的根本原因。