汽車照明燈具標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

　　卜偉理 上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心技術(shù)研發(fā)室主任、國標(biāo)委車燈分委會(huì)秘書長(zhǎng)

　　汽車前照燈既要照亮汽車前方的路面和交通信號(hào)標(biāo)志, 又不能給對(duì)方來車駕駛員造成不舒適的眩光。這就要求前照燈的空間光強(qiáng)分布滿足十分精確的要求。在我國, 汽車前照燈的光分布標(biāo)準(zhǔn)是等同于相關(guān)的歐洲ECE法規(guī)。近光前照燈的光分布完全不對(duì)稱。中間是一個(gè)高光強(qiáng)區(qū)域, 以盡可能照亮前方的路面。光束在水平方向有所散開, 以利于辨清路 邊的情況。在指向?qū)Ψ絹碥囻{駛員眼睛的方向上光強(qiáng)很小, 不產(chǎn)生眩光。在前照燈產(chǎn)生的明、暗區(qū)之間有一條十分鮮明的分界線, 稱為光強(qiáng)截止線。由于法規(guī)對(duì)汽車照明有著十分嚴(yán)格的要求, 因此與普通光源相比, 汽車光源在結(jié)構(gòu)和性能上有一些特殊之處, 從而形成了一個(gè)獨(dú)立的汽車光源系列。

　　現(xiàn)有汽車燈具標(biāo)準(zhǔn)

　　汽車的外部照明和光信號(hào)裝置(以下簡(jiǎn)稱汽車燈具)，屬于國家強(qiáng)制性產(chǎn)品。所有在汽車上安裝的外部燈具產(chǎn)品均需滿足相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)才能在整車上安裝或銷售。至2018年6月，汽車燈具相關(guān)的強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)以及列入強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證范疇的推薦性標(biāo)準(zhǔn)，在表 3.5 列出:

　　其中序號(hào)1的GB 4785 是汽車燈具的安裝規(guī)定，其定義了燈具的功能、顏色、基礎(chǔ)光學(xué)面、安裝位置、電路開啟順序等要求，是汽車燈具標(biāo)準(zhǔn)中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。目前GB4785的最新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)報(bào)批。

　　序號(hào)2至于7涉及的前照燈、前霧燈和角燈產(chǎn)品屬于汽車的照明燈具，其中前照燈按照光源的不同分為燈絲燈泡、氣體放電光源(HID)和 LED 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　序號(hào)8至15涉及的前后位燈、示廓燈、制動(dòng)燈、倒車燈、 后霧燈、轉(zhuǎn)向燈、牌照燈、駐車燈、側(cè)標(biāo)志燈晝間行駛燈等屬于汽車的信號(hào)燈具。目前GB5920和GB23255的最新版本已經(jīng)報(bào)批，預(yù)計(jì)將在近期發(fā)布。

　　序號(hào)16至19涉及汽車上常見的回復(fù)反射裝置，廣義上也屬于汽車燈具，但其并不使用光源，不主動(dòng)發(fā)光，本文不做具體介紹。

　　車燈標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)

　　為貫徹國務(wù)院強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)精簡(jiǎn)整合工作要求，從 2016 年開始，汽車燈具國家標(biāo)準(zhǔn)開始著手進(jìn)行整合精簡(jiǎn)工作。表3.6中的19項(xiàng)目汽車燈具國家標(biāo)準(zhǔn)將在2020之后，整合為4項(xiàng)。其整合方案如表2, 汽車前照燈、前霧燈、角燈相關(guān)的 6項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)將整合成1項(xiàng)汽車道路照明系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn);汽車信號(hào)燈具的相關(guān)8項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)將整合成1項(xiàng)汽車及掛車光信號(hào)裝置及系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn);;回復(fù)反射器相關(guān)的4項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)將整合成為1項(xiàng)機(jī)動(dòng)車回復(fù)反射裝置國家標(biāo)準(zhǔn)，GB4785安裝規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)不在本次整合范圍。整合工作經(jīng)前期研究，于2017年底，2018年初進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)工作。預(yù)計(jì)2018年底，2019年初將形成標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿。

　　考慮到整合標(biāo)準(zhǔn)的正式研究和文本工作還剛剛開始，在未來的整個(gè)制定過程中技術(shù)內(nèi)容肯定會(huì)有較大變化，本文將針對(duì)照明燈具和信號(hào)燈具標(biāo)準(zhǔn)的整合精簡(jiǎn)初步方向進(jìn)行介紹，其中很多內(nèi)容尚未明確，還存變數(shù)。

　　車燈評(píng)測(cè)的新方法

　　近年來，國內(nèi)外均在加緊制定針對(duì)汽車燈具，特別是前照明系統(tǒng)路面照明效果評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，其中以CIE188的方法最為成熟。

　　CIE技術(shù)委員會(huì)(tc4-45)與GTB(博魯塞爾汽車照明工作組)于2005年開始，聯(lián)合多家汽車燈具和整車制造商對(duì)前照燈的評(píng)價(jià)方法開展了研究。于2010年發(fā)布了CIE 188:2010“汽車前照明系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法”的研究報(bào)告，并在同年在此報(bào)告基礎(chǔ)上發(fā)布了CIE 021/E:2010 標(biāo)準(zhǔn)。

　　一個(gè)高性能的汽車前照燈設(shè)計(jì)，是要在盡可能小的眩光前提下，給前方的路面提供良好的照明。因此，CIE 188 中對(duì)于汽車前照燈進(jìn)行的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要分為兩方面:照度評(píng) 價(jià)和眩光評(píng)價(jià)。照度不僅包括路面照度，還包括離路面 0.25 米的水平面上的照度;眩光主要針對(duì)迎面眩光(opposing glare)。具體而言，近光燈評(píng)價(jià)項(xiàng)目主要包括道路引導(dǎo)范 圍(range for lane guidance)、探測(cè)行人范圍(range for pedestrian detection)、轉(zhuǎn)彎路面的光束寬度(width for lane guidance and visibility on curves)、 交叉路口探測(cè)行人的光束寬度(width for pedestrian detectionat intersections)、總光通(total luminous flux)和迎面眩光(opposing); 遠(yuǎn)光燈評(píng)價(jià)項(xiàng)目主要包括道路引導(dǎo)和行人探測(cè)范圍(range for pedestrian detection, lane guidance and visibility)、交叉路口探測(cè)行人的光束寬度 (width for pedestrian detection at intersections)和總光通(total luminous flux)。

　　1)CIE 188 汽車前照明系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)介(相關(guān)符號(hào)、定義或術(shù)語見表3.7)

　　a)近光燈的評(píng)價(jià)

　　圖3.27是近光燈光束范圍的評(píng)估區(qū)域示意圖。其中A和C區(qū)域與車輛縱向?qū)ΨQ平面平行，B 區(qū)所在方向與車輛縱向?qū)ΨQ平面的傾斜角為5°。

　　b)道路引導(dǎo)范圍(range for lane guidance)計(jì)算

　　圖 3.28 是直道上光束引導(dǎo)范圍評(píng)估計(jì)算區(qū)域(區(qū)域 A) 的具體示意圖。圖中三條紅色縱線與車輛縱向?qū)ΨQ平面平行，且與縱向?qū)ΨQ平面近端(即右端)相距0、1.5、3m處。通過計(jì)算找出A區(qū)域中1lx，3lx，5lx三條等照度線與三條縱線的交點(diǎn)位置(如圖3.29所示)，可以得到三個(gè)交點(diǎn)與車燈的距離。將三個(gè)距離值加以平均，即可得到該款近光燈在直道上的道路引導(dǎo)范圍在3lx時(shí)的評(píng)估分?jǐn)?shù)。同樣找到1lx和5lx照度下的評(píng)估分?jǐn)?shù)，并將三種照度下的分?jǐn)?shù)加以平均，即可獲得該款近光燈在直道上的道路引導(dǎo)范圍的綜合分?jǐn)?shù)。圖3.29中以3lx為例對(duì)評(píng)估范圍進(jìn)行了計(jì)算。圖中的等照度線是以垂直照度的形式繪制在道路表面上。

　　圖3.30所示是彎道上光束引導(dǎo)范圍評(píng)估的區(qū)域B的詳細(xì)參數(shù)信息。與直道上的光束范圍評(píng)估方法類似，同樣是通過在B區(qū)域找到1lx、3lx和5lx等照度線與三條平行線的交點(diǎn)，從而獲得交點(diǎn)與車輛的距離值，并將三種照度下的距離平均值再加以平均，即可得到該款近光燈在彎道上的道路引導(dǎo)范圍評(píng)估分?jǐn)?shù)。

　　c) 探測(cè)行人范圍

　　(range for pedestrian detection)計(jì)算

　　計(jì)算探測(cè)行人范圍時(shí)用到的水平面是離地面25cm高度的水平面。圖3.31是探測(cè)行人范圍的計(jì)算區(qū)域c示意圖。等照度線是以垂直照度的形式繪制在該水平表面。通過在這個(gè)水平面的c區(qū)域，找到1lx、3lx和5lx等照度線與三條平行線的交點(diǎn)，從而獲得交點(diǎn)與車輛的距離值，并將三種照度下的平均距離值之和再加以平均，得到該款近光燈在探測(cè)行人范圍指標(biāo)上的綜合得分。

　　d) 總光通(total luminous flux)計(jì)算

　　對(duì)總光通的評(píng)估主要是計(jì)算一垂直面的總光通量，該垂直面以車燈安裝位置的基準(zhǔn)中心為中點(diǎn)，向上5°、向下15°，左右各45°的區(qū)域。

　　e) 光束寬度(beam width)計(jì)算

　　對(duì)光束寬度的評(píng)估分為交叉路口光束寬度的評(píng)估和彎道上光束寬度的評(píng)估兩部分。前者需要的數(shù)據(jù)是離地面25cm高度的水平面的垂直照度值，評(píng)估前需要將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為該平面的垂直照度值;后者需要的數(shù)據(jù)是水平路面的垂直照度值，評(píng)估前需要將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為水平路面的垂直照度值。

　　如圖3.32所示是評(píng)估彎道上光束寬度的，區(qū)域D示意圖，該區(qū)域位于離汽車30m~50m的位置。通過找出路面上該區(qū)域3lx等照度線與30m、40m和50m三條垂線的交點(diǎn)位置，求得這三條線上的光束寬度并加以平均，得到彎道上光束寬度得分。區(qū)域E是評(píng)估交叉路口上光束寬度的示意圖，該區(qū)域位于離路面25cm的水平面上。同樣，通過找出該水平面上這塊區(qū)域3lx等照度線與10m和20m兩條垂線的交點(diǎn)位置，求得這二條線上的光束寬度并加以平均，得到交叉路口上光束寬度的得分。

　　f) 眩光評(píng)估

　　眩光評(píng)估區(qū)域是位于離車燈 50m 處的一垂直平面。圖3.33和3.34是該眩光評(píng)估區(qū)域的位置示意圖，圖12是該區(qū)域的具體參數(shù)示意圖。圖3.35中水平粗線代表離地0.75米的水平線，垂直粗線在車輛縱向?qū)ΨQ平面上。對(duì)眩光的評(píng)估主要是通過該區(qū)域不同點(diǎn)按照不同的權(quán)重系數(shù)計(jì)算總光通值來實(shí)現(xiàn)。將這個(gè)區(qū)域劃分為5*8的小區(qū)域，并設(shè)定每個(gè)小區(qū)域的權(quán)重系數(shù)，經(jīng)過修正計(jì)算總光通。具體的系數(shù)見圖 3.36。

　　2) 遠(yuǎn)光燈評(píng)估表3.7詳細(xì)的介紹了遠(yuǎn)光燈評(píng)估時(shí)所需考慮的幾大方面。各區(qū)域和點(diǎn)的劃分參見圖3.37和圖3.38。

　　(1) 光束引導(dǎo)范圍評(píng)估

　　該評(píng)估區(qū)域位于離車燈100m處的垂直平面。該區(qū)域水平基準(zhǔn)線位于離地面0.75m處。如圖 15所示，E點(diǎn)位于路面上，A點(diǎn)高度為2m，C點(diǎn)高度為11m，且這三個(gè)點(diǎn)在路面的投影點(diǎn)都位于車輛縱向?qū)ΨQ平面上;B和D的高度為2m，在路面的投影點(diǎn)分別位于與車輛縱向?qū)ΨQ平面平行的線上，且與縱向?qū)ΨQ平面的距離都為20m。

　　根據(jù)表3.7中規(guī)定的內(nèi)容，并按照?qǐng)D3.37和圖3.38所示，首先需要計(jì)算圖3.40中A-E五點(diǎn)處的光強(qiáng)值。根據(jù)公式光強(qiáng)(E為五點(diǎn)處的照度，r為點(diǎn)到車燈的距離)，求得五點(diǎn)處光強(qiáng)值。 然后根據(jù)公式“范圍(r)= SQRt(光強(qiáng) / 閾值照度(其中，閾值照度設(shè)為3lx))”，求出該款遠(yuǎn)光燈光束的得分。

　　(2) 光束寬度評(píng)估

　　按照表4中規(guī)定的內(nèi)容，對(duì)圖3.37中的2區(qū)域，按照?qǐng)D3.32的計(jì)算方法，得到3lx等照度線與10m和20m垂線的交點(diǎn)，計(jì)算線段寬度并加以平均，從而得到該款遠(yuǎn)光燈光束寬度得分。

　　(3)總光通

　　對(duì)總光通的評(píng)估主要是計(jì)算車燈前方25m處垂直面的總光通量，該垂直面是以車燈安裝位置的幾何中心為中點(diǎn)，向上10°、向下5°， 左右各45°的區(qū)域;

　　CIE 188 汽車前照明系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法與傳統(tǒng)前照燈標(biāo)準(zhǔn)的差異

　　我們將CIE188(cIE 021/E:2010) 與傳統(tǒng)的前照燈配光檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)前照燈標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了數(shù)個(gè)“特性點(diǎn)”，而這些“特性點(diǎn)”各有其所代表的意義，例如“75R”代表車輛正前方75米處，路面右邊緣上的點(diǎn);“50V”代表道路正前方50米處，路面的中心點(diǎn)。通過車速、制動(dòng)距離、路面照度等參數(shù)的綜合分析后，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了這些“特性點(diǎn)”照度的下限值，例如，“75R”的照度下限是12lx，其表示當(dāng)車輛在正常車速行駛時(shí)，至少需要12lx(這一數(shù)字是轉(zhuǎn)換至25米距離后的照度數(shù)值)才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)路面前方75米右邊緣的突發(fā)情況，并能在安全制動(dòng)距離外，采取有效的制動(dòng)操作。由此可見，標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定這些“特性點(diǎn)”的“及格線”，而沒有規(guī)定“特性點(diǎn)”的照度對(duì)應(yīng)安全性的量綱，也就是說：雖然可以認(rèn)為在“75R”點(diǎn)上，15lx 的照明效果要好于12lx，但這3lx的差異究竟對(duì)于“安全性”能提高多少卻不得而知，而且更為關(guān)鍵的是這個(gè)參數(shù)并不形象。

　　CIE188(CIE 021/E:2010)中的檢測(cè)參數(shù)主要是以“距離”作為安全性評(píng)價(jià)的量綱，以“近 光燈光束范圍”項(xiàng)目為例，測(cè)量意義為通過前照明系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)前方突發(fā)事件的距離，其沒有規(guī)定所謂的“及格距離”，而將這個(gè)參數(shù)通過“多少米”的形式進(jìn)行了量化，使得參數(shù)更加形象具體。