基于测试支架的车灯配光性能有效性分析

周 涛

（国家机动车产品质量监督检验中心（上海），同济 大学 201805）

1 机动车灯具的作用及要求

1.1 机动车灯具的作用

汽车灯具可分为两大类，外部照明装置（照明灯）和信号装置（信号灯）。其中照明灯的功能，是在黑暗环境中照亮汽车行驶前方的路面。照明灯主要是指前照灯、前雾灯、倒车灯；光信号装置包括汽车信号灯和回复反射器。信号灯中又包括转向指示灯、制动灯、后雾灯和位置灯等。信号灯的功能，是向其他道路使用者表明本车的存在，以及本车将要转向某一方向或正在制动减速等，以引起对其特别关注。

1.2 机动车灯具的要求

安装在车辆上的这些灯具，为了在道路行驶过程中发挥其本身应具备的功能，必须同时满足以下两个特性要求，缺一不可：

（1）是单体灯具本身的光分布要求（即配光性能）

每个功能的灯具，为了实现它特定的作用，它的空间光分布必须满足特定的配光要求。目前现行的国家标准中，针对每种功能灯具的配光性能要求都有严格明确的要求及试验方法，如前照灯、制动灯、转向灯、位置灯等。涉及到车辆行驶安全问题，这些内容均为国家强制性标准的技术要求。

（2）是灯具在车辆上的安装位置及布局要求

车辆外部，安装灯具的种类、数量、位置、色度以及整体布局都有严格的安装要求，目的是为了满足灯具在车辆上的几何可见度。每种功能的灯在车辆上的相对位置、数量在GB4785中都有严格的规定，目的是使车辆在夜间行驶时的行车信号、车辆轮廓，能够准确地被其他道路使用者接受和识别。

2 机动车灯具产品管理制度及配光性能测试方法

2.1 认证管理制度

机动车灯具产品作为影响车辆行驶安全的主要部件，政府对该产品的管理是实施国家强制性认证（简称CCC）和公告管理。CCC认证是由机动车灯具生产企业直接向有关部门提出申请认证，公告管理则是由整车企业把机动车灯具产品作为整车公告试验内容的一部分上报到管理部门。两者形式不同，但对灯具产品的考核项目、检测方法和要求是一致的，都是以单独的车灯为试验样品做检验，并且必须满足配光性能的要求。

2.2 配光性能测试方法

目前国际通用的配光性能试验的原理是将车灯在实际道路上光线传播的方向和强度要求转换成试验室内固定屏幕上的要求。通常照明灯的测试屏幕为距离灯具中心25m处，信号灯的测试屏幕普遍为 3.16m。单体灯具利用测试支架模拟实车装车位置，安装在配光测试平台上，通过三轴旋转测试平台，逐一对标准要求的系列位置点或区域进行发光强度的测量。试验室在测试时，确保单体灯具模拟实车安装位置的唯一依据是厂家提供的测试支架，支架的准确与否直接关系到配光性能的有效性。

3 测试支架的重要性

3.1 测试支架的设计出处

在整车的设计开发流程中，车灯的外观和安装位置属于车身设计的一部分，设计方案确定后，车灯的具体开发实施过程是交给车灯的供应商来开展，灯厂设计过程中除了完成光学性能相关的设计，还必须符合装车后与车身的整体匹配要求。为了保证匹配性，整车厂与车灯供应商会在出样件前，确定一个基准模具，作为双方的工艺基准。车灯企业在制作光学测试用的测试支架时，也是基于该基准模具的数据模型为基础。

3.2 测试支架应具备的尺寸要求

通常情况下，每个灯具都会有制作用于配光试验的测试支架。支架上的安装孔位尺寸必须与实际车上的位置相同，确保模拟真实的装车位置。整个支架的底座被设计成能平面，并配备通用的安装孔能用固定于灯具配光性能的测试平台上。最重要的尺寸是车灯企业根据光学设计标注该灯具中所有功能的灯具的光学基准中心位置，基准中心是在该功能灯具配光性能测试时的样品旋转中心，要求中每个测试点各个空间角的确定都是以该基准中心为基础。组合灯具中每个功能的基准中心基本都是独立的，通常测试支架上会在X、Y、Z三个坐标轴上标注出每个功能等基准中心点位，以便于配光测试设备中的旋转中心与之重合，进行有效测量。

3.3 测试支架对配光性能测试结果的影响

3.3.1 不考虑测试支架误差的配光性能不确定分析

配光性能的测试结果是一系列点或者区域的照度值（单位：lx）或者光强值（单位：cd）。在对常规的配光性能测量不确定度评定方法中，考虑的不确定度来源有标准光源、照度计精度、电流电压、测量距离、转台角度等因素，数学模型为：

式中：E0——被测量点的照度值；

L0——转台基准中心至屏幕 HV点的理论距离25M；

E——光学传感器测得的照度值；

L——转台基准中心至屏幕HV点的实际距离；

α——表示测量点至回转中心的连线和基准轴线的夹角的实际值。

根据 CNAS-GL35：2014《汽车和摩托车检测领域典型参数的测量不确定度评估指南》中前照灯配光性能不确定度评定的实例中得知某个点的不确定度大概在1.8%，（k = 2）。

上述的评定方法是以理想样品为基础上的实验室评定方法，把灯具和测试支架合成一个稳定整体作为试验对象来开展。实际情况中，由于整车车身匹配参数的传递、光学基准中心的确定、测试支架本身的制造工艺以及灯具与支架间的半柔性连接方式等因素，测试支架模拟的灯具装车与实际装车情况的空间位置之间的误差对结果的影响是不容忽视的，并且是无法修正的。

3.3.2 测试支架对配光性能测量有效性的影响

图1

在常规配光性能的测量原理中，被测样品是安装在旋转台上，在距离25m或者3.16m处的放置受光器来测量数据，以 3.16m为例，LMT配光测试系统受光器探头的直径约3.3cm左右，根据三角函数转化。

如果角度误差超过0.6度（3.16m），那么实际测试点已经不在是所应模拟的测试点了，测试结果变得无效，测量距离越大，角度允许偏差越小。目前国内机动车灯具试验室使用的常见的进口配光测试设备，转台的转角精度在±0.01左右，能满足要求，但企业制作的测试支架，从现状来看，其误差却很难保证，甚至有些企业不提供测试支架。由此引起试验结果差异却很难被发现和修正，通常我们会认为这是一种样品装夹上的随机误差，用多次测量平均法去减少误差，但实际并非如此。如图1，图中Point 1为正确的测试点，由于测试支架尺寸偏差或者样品装夹，导致测试点偏离至Point 2或者Point 3的情况。如果车灯在某一个被测点附近光分布较均匀时，虽然不同点（Point 1和Point 2），但从测试结果的照度或者光强本身的值来看相差甚微，但如果该点附近的光分布不均匀（Point 1和Point3），那最后的测试结果值又相差很大。测试结果的值差异的角度偏差并无直接关系，而是与灯具本身发光均匀性相关。

这将导致配光性能测试合格的灯具，装车后实际的光分布不能起到应有的照明和光信号传递作用，或者是装车后能起到作用的灯具，在单体的配光性能试验中不合格。这使单体灯具的配光性能的测量未达到原应达到的目的，即测量失效。

4 结束语

车灯配光性能考核的目是确保车灯在车辆安全行驶中应起到的照明、光信号传递作用。由于试验条件的限值，配光性能检测只能通过测试支架模拟实际安装位置在试验暗室进行。本文通过分析，指出测试支架尺寸偏差可能引起配光性能的失效原因。建议生产企业能够意识到车灯测试支架的重要性，并严格控制， 也建议车灯企业在光学设计中对光强分布的均匀性和可见范围留出足够的设计余量。