汽车前照灯夜间照明评价方法探究

张栓栓 Zhang Shuanshuan

汽车前照灯夜间照明评价方法探究

张栓栓 Zhang Shuanshuan

（北京现代汽车有限公司重庆分公司，重庆 400000）

汽车灯光照射效果的好坏直接影响着行车和行人安全，但目前国内还没有统一的整车级别的前照灯照明评价标准。针对这一问题，提出了一种整车级别前照灯近光夜间照明评价方法。该方法通过选取3个特征指标，即25 m特征点照度、5 lx照射面积、路面照射均匀度，并对每个指标进行评分求和，实现了对前照灯照明效果的客观量化评价。该方法既考虑了特征点的照度，又从全局角度评价了光照效果，可在新车开发阶段为提升车灯照明效果指出改善方向，也为量产车整车照明效果的一致性提供衡量指标。

前照灯；评价；25 m特征点照度；照射面积；均匀度

0 引 言

汽车前照灯是汽车重要的主动安全性部件，对夜间行车安全起着非常重要的作用，因此用户对前照灯的夜间照明效果尤为关注。根据JD.Power调查结果显示，客户对前照灯夜间照明的效果有许多不满[1]。2018年12月，丰田汽车因为车灯近光灯眩目而召回13 048辆卡罗拉品牌轿车。对于车辆照明评价，目前国际上的主流评价方法包括CIE 188（国际照明委员会汽车前照灯系统性能评估方法），NTHSA（National Highway Traffic Safety Administration，美国高速交通安全管理局）和IIHS（Insurance Institute for Highway Safety，美国公路安全保险协会）评价体系。CIE 188 评价方法是对车灯零部件进行照度测量，但其不能完全反映整车的实际道路照明效果[2]；NTHSA 评价方法能够较好地反映测量点的照度和眩目情况，但是并未对车灯的照明范围和照明效果等其他方面做出评价；IIHS评价体系评分方法采用了大量的经验公式和曲线，但其经验公式并未公开论证，且测试通过率太低[3]，未受到公正认可。在我国，目前尚未发布整车照明性能评价相关标准，GB 4599—2007《汽车用灯丝灯泡前照灯》[4]属于零部件级别车灯的测评[5]；GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》[6]仅仅规定了整车灯光的坐标范围，未对具体照明性能进行评价，不能很好地体现出整车车灯照明性能水平；因此，提出一种有效的整车近光照明性能评价方法，实现对整车车灯的客观量化评价，指导新车开发和量产车车灯照明性能的一致性评价。

1 评价指标的选取

提出适合整车测评的特征点照度检测指标，由于用户希望灯光能够有足够宽广的路面照明范围和平顺且均匀的照明视野，以及没有使驾驶员产生视觉上或心理上不舒适的明条纹或暗条纹[7-8]，所以从全局照射效果方面提取光照的评价指标。根据选定的特征参数指标，实现对整车照明效果的客观定量评价。为验证评价方法的可行性，在市场上选取了3种不同车型A车、B车和C车（均满足GB 4599—2007、GB 25991—2010和GB 7258—2017）作为试验样本。

1.1 特征点照度检测——25 m处特征点照度

虽然GB 4599—2007为实验室配光测试标准，但其选取的测试点在实际道路行驶中均有重大实际意义。因此参考该标准，在道路环境中对整车同样实行25 m处、同样参照点照度测试，检测点示意如图1所示，相关特征点解释见表1。

图1 整车25 m道路检测点示意

相比暗室测量，由于整车为左右灯同时照明，且道路环境中必定存在反射干扰，对部分参数标准进行了修改。修改方法遵循光学相关原理，以B50L标准值设置方法为例说明。参照NTHSA 评价方法，将炫目限值设定为0.634 lx[3]35，根据B50L含义，50m前方大型车驾驶员视线不眩目，即表示该处照度值小于0.634 lx。定义25 m和50 m处照度分别为25和50，光源距离分别为25、50。光照几何示意如图2所示，点为灯光源位置，点为B50L检测点位置，点为B50L在道路上的实际位置。

图2 近光灯B50L点几何示意

由光学知识可知照度与距离的平方成反比，即

再根据几何转换，

令50=0.634 lx，计算得25=2.5 lx。

采用上述方法，对试验车辆A车、B车和C车分别进行测试，数据见表1。

表1 25 m处道路检测点标准

分析表1发现，各车型不满足参考标准的特征点数量分别为A车A=1，B车B=2，C车C=2。3台测试车辆在近距离标识牌PT7 和PT8处容易超过参考值，尤其B车实测值超出较多，在驾驶时，近距离标识牌可能对驾驶员产生眩目的风险；另外，C车在75R点照度偏低，说明其远距离可视性可能不佳。

设第款车型的该特征指标评分为P1，参考IIHS评价体系，依据不良特征点数量计算该指标的最终评分P1，具体评分方法见表2。

表2 特征点照度检测得分规则

注：权重分指该评价指标满分占总分的权重，P1见式（3）。

1.2 照射范围评价——5 lx照射面积

前照灯的照射范围很大程度上影响行车安全和驾乘体验。充足的照射距离能够帮助驾驶员及时发现前方道路状态，为采取紧急措施预留更多反应时间；足够的照射宽度会帮助驾驶员及时发现车辆两侧突发状况，并能够给予更好的弯道行车视野。GB 4599—2007检测左右4 m宽度区域照明效果，这一宽度仅能达到相邻道路的中央，在实际驾乘中稍显不足。

以A、B、C车为研究对象，首先拟合其相应灯光照射范围图。在中国城市道路中，单车道一般宽3～3.5m[9]，为能体现相邻车道及人行道照明情况，以1 m为步长，测量车中心线左右6 m垂直线上光照。对于照度值的选取，在IIHS评价方法中，5 lx光照为可以基本看到事物的照度值，12 lx为较清晰看到事物的照度值，20 lx则为很清晰看清事物的照度值。在试验中，以5 lx、12 lx、20lx光照为关键照度值，测量其距离车头的垂直距离，并绘制图3、图4和图5。图6为A、B、C 3车的5 lx照射面积对比示意图。

图3 A车近光灯照射范围

图4 B车近光灯照射范围

图5 C车近光灯照射范围

图6 A、B、C车近光灯5 lx照射范围对比

分析图3～6可知，对同一车辆，5 lx、12 lx、20 lx均呈现相似特性的光型轮廓，因此选取5 lx作为特征照度值。

就5 lx光型轮廓而言，3个车辆照射风格不同，A车灯光向正前方集中，B车灯光向两侧分散，而C车则明显集中于近处。表3从照射宽度和照射距离两个维度对比3种试验车型。

表3 车灯照射范围评价

通过上述分析，单从照明光型、宽度或者距离某一个维度来评判车灯的照明性能并不全面，但照射面积却能很好地平衡以上指标，因此提出5 lx光照面积这一评价指标，建立求解模型。

设5 lx光照区域是由个离散的顶点P（=1，2，3，…，）首尾相连构成的封闭不规则区域，其中任意一条边可表示为PP+1（P+1=1），其面积为。该区域为单连通区域，适用于格林公式。格林公式定义了曲线积分与面积分之间的关系，由格林公式进一步推导可得5 lx照射面积为[10]

式中：=1，2，3，…，；，分别为P点的轴坐标和轴坐标。

依据以上求解模型，利用Matlab软件进行求解，计算得到A车照射面积为A=453 m2，B车照射面积为B=509 m2，C车照射面积为C=363 m2

为便于衡量特征值，根据历史测量数据，以长70m、宽12m的矩形框面积的0.7倍作为参考面积area，即area=588 m2，则第款车型的该特征指标评分P2为

1.3 照明效果评价——路面照度均匀度

车灯的照射暗区或者条纹会影响驾乘感受，同时也容易使驾驶员产生视觉疲劳。以A、B、C车为试验对象，分别采集了车中心线左右3 m（步长0.75 m）、前方5 m到25 m（步长5 m）范围内的54个点的照度数据，并通过插值拟合方法，绘制三维照度曲面，如图7所示，等照度线如图8所示。

图7 三维照度曲面图

图8 等照度线图

实际驾驶过程中，驾驶员主要视线集中区域为本车道（中心线左右1.5 m）前方5～20 m位置，这一区域的照度效果会直接影响驾驶员驾驶舒适度。分析图7和图8发现，在中心线左右1.5 m区域照度跨度较大，出现亮度不均匀问题点的风险大，因此选择该区域照明效果重点分析。参考CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》[11]，提出以路面照度均匀度来衡量照明效果，标准中的定义为路面上最小照度与平均照度的比值。

设个测量点照度值分别为u，其中最小值为min，个测量点均值为avg，则路面照度均匀度为

利用Matlab软件计算，得A车、B车、C车均匀度分别为A=0.15，B=0.21，C=0.16。

结合结果分析图7和图8，从照射宽度角度，车中心线左右1.5 m范围内，A车等照度线较密集，照度值变化幅度较B车大（A车140～200 lx，B车140～170 lx），这是A结果偏低的原因，检查A车灯实际路面照明，发现两侧路面光线存在暗条纹；B车照度相对均匀，但在中心线左侧1 m，前方10 m处有小范围奇点，照度比周边较低，形成了一个局部轻微暗区；C车的不足在于高亮度区域过多集中在道路前方10 m左右位置，而稍远区域照度暗太多（20 m位置照度最小值为46.8 lx），近、远处视野亮度不均匀。

为便于衡量特征值，根据历史测量数据，定义参考spec=0.25，则第款车型的该特征指标评分P3为

2 评价结果

需要分析3个特征指标的权重分数。由于特征指标1（25 m特征点照度）是基础安全性检测，权重分较高为50分；特征指标2（5 lx照射面积）和特征指标3（路面照射均匀度）是对照明效果的评价，分别给予25分权重分。夜间照明等级评定见表4。

表4 夜间照明等级评定

综上，第款车型的3个特征指标最终得分P为

由式（8）计算出A、B、C 3款车的评分分别为

整体上近光灯照明性能评价结果为B车＞A车＞C车，详细评价结果见表5。

表5 夜间照明总结评价

3 总 结

针对整车级别前照灯近光评价标准缺失问题，提出了衡量前照灯照明效果的25 m特征点照度、5 lx照射面积、路面照射均匀度3个特征指标。通过加权求和，得到了前照灯近光的客观量化评分。在工程实践中，运用该方法对多款车型进行测评，评价效果良好，能够较好地指导整车照明效果的改善。该方法会在后期使用中进一步完善。

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U463.65+1.025

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.01.001

1002-4581（2020）01-0001-06