机动车和挂车用后雾灯配光性能不确定度评定

蒋伟芳

(中国汽车技术研究中心宁波汽车零部件检测有限公司，浙江宁波 315104)

0 引言

机动车和挂车用后雾灯是指在雾、雪、雨或尘埃弥漫等能见度较低的环境中，为使车辆后方其他道路交通参与者易于发现而安装在车辆尾部，发光强度比尾灯更大的红色信号灯。后雾灯最早于1950年开始在欧洲使用，1980年后期(至1990年初)才引进美国。中国，从1999年1月1日起，国家公安部要求机动车必须安装符合国家标准的雾灯，未按规定安装后雾灯的机动车不准进入高速公路。

根据欧盟 ECE R38 法规, 大部分的欧盟国家都允许: 一颗或两颗后雾灯。若只配置一颗后雾灯，其位置可以是在“车体正中央”或是“与驾驶人同侧”。配置两颗的话，则必须是左右对称。但是因为两颗后雾灯，容易跟刹车灯混淆, 所以在ECE R48中规定: 若配置两颗后雾灯的话，后雾灯的位置，必须和刹车灯相距10 cm以上。

灯具配光性能的优劣直接影响车辆和人身安全。GB 11554-2008《机动车和挂车用后雾灯配光性能》是现行有效标准，对后雾灯的配光性能提出了要求。此标准对应于ECE R38，并存在一定的差异，代替标准的历次版本为GB 11554-1989、GB 11554-1998。灯具配光性能检测结果的准确度受检测方法、试验设备的精度、试验人员的操作能力和试验环境等种种因素影响。对不确定度进行分析，确定影响配光性能的主要因素，根据其产生的原因在测试过程中进行控制，从而减少测试结果的偏差，达到提高测试结果准确性的目的。

1 测试原理

将采用Optronik配光转台系统，该系统主要由配光转台、计算机以及控制软件、光度控制器和对准激光等组成。该测试系统采用固定光度探测器，通过旋转灯具来达到标准的测量要求，即光度探测器固定安装在中心点HV，被测试灯具夹在配光转台上，测试控制软件控制被测灯具在水平或垂直平面内按照角度转动。通过转动测试灯具，用光度探测器测出灯具中心处的发光强度，再乘以距离的平方得到灯具在某个方向上的发光强度。该系统还配置了vv10dsp前置放大器，它作为光度系统的前端设备与配光转台一起构成配光转台光学测试系统。它是传统的模拟放大器技术与先进的数字信号处理技术的完美结合，使用V(λ)-匹配硅-光元件进行照度测量，测量值经过一个数字式的自适应过滤器，过滤器根据光源类型从信号中去除所有的变异和干扰。通过对被测信号的监测，过滤器的参数被持续不断地优化。

此次测量不确定度评定过程中选取了某一品牌半封闭式后雾灯，把灯具样品连同夹具一起安装于试验台上进行测量。

2 不确定度来源

通过对后雾灯配光性能测量过程进行分析，影响测量结果的主要因素见图1，其中由于试验人员安装样品(含试验夹具)带来的影响通过A类方法进行评估，其他因素通过B类方法进行评估。所有来源具体如下：(1)样品安装，即重复测量；(2)L的测量误差；(3)α的测量误差；(4)E的测量误差：标准灯泡产生的不确定度、3.16 m光度探测器精度产生的不确定度、标准灯泡供电电源产生的不确定度；(5)环境(温湿度、杂散光等)产生的误差。

图1 影响测量结果的主要因素

3 建立数据模型

根据GB 11554-2008《机动车和挂车用后雾灯配光性能》的要求，测量示意如图2所示。

图2 测量示意

在距离样品基准中心点3.16 m的屏幕上测量标准要求的各个测试点上的发光强度E0。实验室的配光设备是固定光度探测器探头，通过旋转样品来达到标准的测量要求。在放置光学探头时，保证能应用光度学中的距离平方反比定律，实际放置光学探头与理论的3.16 m有一定的误差，所以有个L2/3.162的修正系数。

即数据模型为

E0=L2/3.162Ecos3α

式中：E0为被测量点的发光强度；3.16为转台基准中心至屏幕HV点的理论距离3.16 m；E为照度计测得的发光强度；L为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。

灵敏系数分析如下：

(1)转台基准中心至屏幕HV点的实际距离L对测量结果的灵敏系数为

(2)照度值对测量结果的灵敏系数为

(3)测量点至回转中心的连线和基准轴线的夹角对测量结果的灵敏系数为

4 不确定来源分析

4.1 测量不确定度评定结果

4.1.1 A类方法进行评估：样品安装(即重复测量)

在相同试验条件下，使用相同试验方法对同一样品进行10次重复测量(每次配光性能测试后关灯，转台上下10°和左右30°旋转，样品位置移动，关灯5 min后，再进行第二次测试)，选取特征点HV、0-10D、0-10U、30L-0、30R-0共5点，其测量结果见表1。

表1 HV点测量数据

表1中HV点实验标准差使用贝塞尔公式计算：

uA1=0.194 651 cd

uArel1=0.194 651/215.27=0.090%

表1中0-10D点实验标准差使用贝塞尔公式计算：

uA2=0.407 704 cd

uArel2=0.407 704/143.02=0.285%

表1中0-10U点实验标准差使用贝塞尔公式计算：

uA3=0.266 875 cd

uArel3=0.266 875/133.23=0.200%

表1中30L-0点实验标准差使用贝塞尔公式计算：

uA4=0.585 472 cd

uArel4=0.585 472/274.45=0.213%

表1中30R-0点实验标准差使用贝塞尔公式计算：

uA5=0.143 372 cd

uArel5=0.143 372/127.25=0.113%

4.1.2 B类不确定度的评定

4.1.2.1 转台基准中心至屏幕HV点的实际距离L的测量误差引起的不确定度评估

布置实验室时，转台基准中心至屏幕HV点的实际距离L测量值为3.162 m，该距离与3.16 m的差值由设备软件进行修正。

不确定度主要由测距仪的测量精度引起，测距仪的分辨率为0.001 m，估计其服从均匀分布，则

urel(L)=0.000 3/3.162=0.009 5%

4.1.2.2 测量点至回转中心的连线和基准轴线的夹角的测量误差引起的不确定度评估

查Optronik 配光转台系统说明书，水平转角H的分辨率和垂直转角V的分辨率均为0.01°，估计其服从均匀分布，则

由校准证书中得出水平转角扩展不确定度为0.034°(k=2), 垂直转角扩展不确定度为0.018°(k=2)，计算得u(α)max=0.017°=0.000 30 rad。

4.1.2.3 发光强度的相对标准不确定度urel(E)评估

E=K2φ=K2(K1I)

说明：同一灯泡在标称电流附近其电流与光通量呈正比，K1为该灯泡特有的系数；同一灯具测量屏幕上任何一点的照度与其光源光通量呈正比，K2为该灯具该点的配光性能系数。

(1)光源标准灯泡引起的相对标准不确定度urel(E1)评估

在相同试验条件下，使用相同试验方法对P21W标准灯泡进行5次重复测量，光通量产生的不确定度urel(E1φ)、电流值产生的不确定度urel(E1A1)、电压值产生的不确定度urel(E1U1)用A类进行评估；因电流表设备产生的不确定度urel(E1A2)、电压表设备产生的不确定度urel(E1U2)用B类进行评估。其测量结果见表2。

表2 P21W标准灯泡测量数据

表2中实验标准差使用贝塞尔公式计算:

u(E1φ)=0 lm；u(E1A1)=0.000 25 A；u(E1U1)=0.010 64 V

urel(E1φ)=0/460=0%

urel(E1A1)=0.000 25/1.847 1=0.014%

urel(E1U1)=0.010 64/13.904 2=0.077%

由校准证书中，得出电流表相对扩展不确定度为0.017%(k=2)、电压表相对扩展不确定度为0.060%(k=2)，则

urel(E1A2)=0.17%/2=0.085%

urel(E1U2)=0.060%/2=0.030%

则

urel(E1)=

0.119%

(2)3.16 m光度探测器的相对标准不确定度urel(E2)评估

由校准证书中，3.16 m照度计的相对扩展不确定度为1.8%(k=2)，则

urel(E2)=1.8%/2=0.9%

(3)标准灯泡供电电源的相对标准不确定度urel(E3)评估

由校准证书中，标准灯泡的供电电源中电流值的相对不确定度为0.060%(k=2)，则

urel(E3) =0.060%/2=0.029%

则照度值的相对标准不确定度：

4.1.2.4 环境(温湿度、杂散光等)产生的影响

根据CNAS组织开展过的调查分析，环境因素(温湿度、杂散光等)对试验结果带来的影响极小，因此，此次评估不考虑由环境因素对试验结果造成的不确定度。

4.2 不确定度计算结果

后雾灯配光性能测量的标准不确定度汇总如表3所示， 合成相对标准不确定度如表4所示。

表3 后雾灯配光性能测量的标准不确定度汇总

表4 合成相对标准不确定度

相对扩展不确定度的评估。取k=2，特征点HV、0-10D、0-10U、30L-0、30R-0的相对扩展不确定度如表5所示。

表5 相对扩展不确定度

测量不确定度评定结果。此次对该样品的特征点HV、0-10D、0-10U、30L-0、30R-0的发光强度测试结果如表6所示。

表6 该样品的特征点的发光强度测试结果

5 结论及分析

通过以上分析，影响后雾灯配光性能测试结果准确度的因素很多，其中照度值测量精度引入的不确定度影响最大，其次是测试人员重复测试时引入的不确定度。

为了测量结果的准确性，首先要控制照度值测量时的影响，主要措施是定期校准3.16 m光度探测器，平时注意光度探测器的存贮环境和使用工况，避免测试探头引起测量偏差，或发现测量偏差要及时补偿并修正；定期校准标准灯泡在标准亮度时的电流和电压，并定期校准供电电源，控制电源使标准灯泡在标准亮度时点亮；定期校准转台的转角精度，并不得用手或其他方法扳动转台，防止转台的转动精度下降；定期检查转台旋转中心到探测器的距离并及时补偿，从而减少测试结果的偏差。

为了测量结果的准确性，其次控制测试人员引起的不确定度，制定操作规程，并定期对操作人员进行培训并考核，提高试验操作过程的规范性，也可定期在操作人员间进行比对，提高操作人员的规范性。