汽车牌照灯产品的配光设计与测量

徐兴荣，邢志刚

(江苏文光车辆附件有限公司，江苏丹阳 212325)

0 引言

随着国内各主机厂家，特别是客车等商用车厂家对产品标准符合性的把控越来越严，其生产车型所使用的牌照灯[1-3]是否满足相关标准要求，是一个咨询较为频繁的问题。目前，牌照灯所对应的国家标准GB 18408—2015《汽车及挂车后牌照板照明装置配光性能》是对“后牌照板”及其“照明装置”整个系统的要求，而不是对单独的某个牌照灯的要求，而我国许多的商用车企业，往往会随便借用一款已经认证、具有认证标志的牌照灯产品，按自己的需求装配到车辆上，就认为其符合产品标准要求，是为合格的后牌照板照明装置。

本文作者将简单介绍一些安装、配光方面的标准要求，以及牌照灯产品设计重点、测试和判定方面的知识。

1 牌照板及牌照灯安装方面的要求

因为每个国家和地区的要求不同，以及牌照板运用需求的不同，接触的牌照板，会体现出不同的空间尺寸和形式状态；同时，因为各厂家的后牌照板区域造型和定义不同，牌照灯的安装位置和格式也有所不同，在牌照灯的选用和设计方面，应作为一个整体进行考虑。

1.1 不同的后牌照板空间

根据不同车辆需求，GB 18048—2015[1]里提到了3种不同规格牌照板：

A、440 mm×140 mm(1类)

B、440 mm×220 mm(2类)

C、300 mm×165 mm(3类)

然而，不同的国家和地区，其使用的牌照板规格也不尽相同，例如，ECE R4[4]标准里规定的3种不同规格牌照板，其尺寸就与GB 18048—2015不同：

A、340 mm×240 mm(1a类，tall)

B、520 mm×120 mm(1b类，wide)

C、240 mm×165 mm

同样，在印度标准AIS 012[5]里，规定了两种不同规格的牌照板：

A、340 mm×200 mm

B、500 mm×120 mm

在美国标准SAE J587 Revised ARP97[6]，又规定了两种不同规格的牌照板：

A、300 mm×150 mm

B、175 mm×100 mm

1.2 牌照灯安装位置及照明要求

在牌照灯安装方面，一般有两种形式：(1)在牌照板的上方装配，灯具向下照射;(2)牌照板的两端装配，灯具向内照射，如图1所示。

图1 常见牌照灯安装方式示意

然而对于以上所涉及的标准中，都规定了如下相同的要求：

(1)装置的安装应使照明区域任意位置上的光入射角[7]不大于82°，入射角从照明装置至距离牌照板最远的极端位置进行测量。若照明装置多于一个，则该条仅适用于由相关装置照明的那一部分。

(2)任一测量点的光亮度B应不小于2.5 cd/m2。

(3)照明区域的光亮度应均匀，任意两个测量点的光亮度还需满足下述要求：

|(B1-B2)|/(L1-2)≤2B0

式中：B1、B2分别为任意两个测量点的光亮度，cd/m2；

L1-2为B1与B2之间的距离，cm；

B0为诸测量点中的最小光亮度，cd/m2。

对于牌照板照明亮度及均匀性的检测，各测试标准，一般以一定的分布间距，选取了部分测点用于判断和计算，以GB 18048—2015中1类牌照板为例，则规定了P1—P12共12个测试点，其1类牌照板及测试点分布如图2所示。

图2 GB 18048—2015标准规范的1类牌照板及其测试点

2 牌照灯配光设计及校核

牌照灯的配光设计一般包括两个部分，一个是按照标准要求，校核牌照板的最大入射角，检验其是否满足标准要求(不大于82°)，一个是配光设计，使牌照板接收的光缆亮度足够，并满足均匀性要求(梯度不大于2B0)。

2.1 空间位置要求模拟分析

后牌照板照明空间与使用的牌照灯，是一个整体的照明系统，需要统一起来进行分析，来确认牌照灯选用和安装的正确性，而不能单独地对牌照灯进行判定，直接判定其是否满足标准要求。

首先，必须验证一下牌照灯装配位置与后牌照板照明空间的关系，是否满足最大光入射角不大于82°的要求，如图3所示，牌照板为国标1类牌照板,空间大小为440 mm×140 mm，使用W5W灯泡[8]，灯罩材料透明PMMA，灯壳材料不反射，两只牌照灯同向安装在牌照板空间的前上方，因考虑与ECE标准1b类牌照板通用的需求,安装中心矩定义为260 mm。经测量，牌照灯安装位置的最大光入射角为80.65°(空间判定，牌照板下边缘中心点相对于单侧灯具的入射角最大)，满足标准不大于82°的要求。

图3 牌照灯及牌照板位置的布置

2.2 牌照灯的配光设计

牌照板照明所需要的光通量并不是太高，如果为灯泡，一般使用R5W、T4W、W5W、W3W、C5W等小功率光源;如果为LED，其总光通量为30 lm以上即可。在设计举例中，每只牌照灯使用一只W5W灯泡光源。

设计举例中，牌照灯后壳为黑色，不起反射作用；灯罩为无色透明的PMMA，设计有散射花纹，使灯泡发出的光，尽量集中并均匀地照射在参考的牌照板相应位置上。

在配光设计时，一般需考虑两个问题：(1)灯具周边吸收光的区域，不要遮挡灯光对牌照板上方左右角的照射;(2)使灯光尽量均匀，避免灯具附近很亮，而偏远区域很暗的现象。

如果因为车辆造型要求，车辆只用一只较短的牌照灯，或者两只牌照灯安装位置(中心距)较近时，需要设计特殊的配光结构，将牌照板上方左右角照亮，如图4所示[9]。

图4 一种增加牌照灯左右扩散角的配光设计结构

2.3 牌照灯配光模拟分析

在配光设计数据完成后，需要进行配光模拟分析。在配光分析软件 LUCIDSHAPE里，具有专门为牌照板配光分析设置的屏幕设定，将数据按照与牌照板中心相对位置调入后，分别设定其反射率、折射率和透过率等参数，并调取分析用的牌照板进行分析，其模拟结果如图5所示。

图5 某后牌照板空间接收灯光的照度分布

从以上模拟结果可见，牌照板在光源附近的上边缘区域亮度较高，在其下边缘区域亮度较低，成梯度性下降；牌照板上边缘两牌照灯交界处，因牌照灯黑色壳体的遮挡，亮度相对最低。以上图片表现，与实际装车状况照片较为吻合。

调用软件内置的模拟测点报告程序，生成模拟报告如图6所示。图6中显示，所有测点亮度都大于2.5 cd/m2，点P10亮度最低，为B0值；各测试点进行梯度比照，P2和P3之间为最大梯度，不大于B0值的2倍，判定合格。

图6 某后牌照板空间接收灯光的模拟报告

3 牌照灯认证资料的提供

牌照灯及后牌照板照明装置需要根据相关标准进行认证，一般在牌照灯上独立进行。在产品认证之前，除了须提供足够的样品之外，还需准备相关的文件资料，一般包括产品相关信息表、产品简易装车示意图等，如果有可能，应尽量提供装灯的工装，以便模拟产品实际的装车状态。

如图7所示，尺寸E和F表明了所对应牌照板的尺寸；尺寸A是灯具对称于牌照板中心的安装中心距；尺寸B和尺寸C，是灯具相对于牌照板的相对安装位置，角度D，是灯罩表面相对于牌照板的安装角度。以上尺寸缺一不可，否则无法明确定义牌照灯与牌照板的相对位置，难以判断该后牌照板照明装置合格与否。

图7 后牌照灯安装位置、角度示意图

4 牌照灯测试及判断

牌照灯在认证之前，企业也应该做自我测试，其测试及判断方式一般如图8和图9所示。

图8 牌照灯测试工装及测试设备

图9 牌照灯测试结果及判断

如图8所示，测试设备包括稳压电源、亮度探头及读数设备、具有标准测试孔位的支架及漫反射牌照板、模拟装车位置的灯具测试工装等。在暗室里测试，记录点P1—P12的读数，填入预先编制好的表格中，如图9所示。

从图9可以看出，所有测点值都大于2.5 cd/m2，点P9亮度最低，为测试的B0值；在表格中相邻测点进行比照，P5和P10之间为最大梯度，不大于B0值的2倍，判定合格。

5 结束语

根据牌照板照明装置的配光是否满足标准要求，与两个方面有关：(1)灯具的装配位置是否考虑了标准的要求，其安装位置、装配角度定义是否合理，符合标准要求，并进行了数据校核；(2)牌照灯设计是否考虑了对应牌照板的要求，将光线作了合理的配光设计处理，使牌照板接收光线亮度足够，并且分布较为均匀。

牌照灯的认证和检验，也需要对以上两方面进行检查和试验，需要提供明确的装配位置示意图纸，最好能够制作实际的试验检测工装，通过试验测定和数据计算，判断产品是否合格，满足相关标准要求。