整车状态下的近光明暗截止线照准方法研究

栗晋杰，赵 准

(中汽研汽车检验中心(天津)有限公司，天津 300000)

引言

汽车近光明暗截止线，即光束投射到配光屏幕上，目视感觉到的明暗显著变化的分界线。明暗截止线的位置和梯度是近光光学性能的重要考核项之一。近光灯明暗截止线的位置特别是垂直位置的高低意味着近光灯在路面上照射距离的远近程度，近光明暗截止线过高会导致对对面车辆驾驶员和行人造成眩目，增加交通事故隐患，而近光明暗截止线过低则会导致近光灯照射距离过短，无法给驾驶员提供安全的照明条件[1]。综上，明暗截止线的位置对行车安全及驾驶体验都非常重要。在整车状态下，精确地测量近光明暗截止线的位置和梯度，并在此基础上开展光学性能测试是非常有意义且必要的。

1 近光明暗截止线法规标准要求

目前，对近光明暗截止线位置的要求，涉及零部件光学性能测试以及整车安装和车辆运行条件两个层面。根据《汽车用LED前照灯》(GB 25991—2010)[2]，如图1所示，近光灯照准采用目视的方法进行，在垂直方向，明暗截止线的水平部分应位于25 m的配光屏幕上h-h以下25 cm处，即下倾度为1%。而在水平方向，明暗截止线的转折处应位于v-v线上。

图1 前照灯配光性能测试点及区域Fig.1 Test points and areas of headlamp photometric performance

GB 25991—2010还规定，当截止线模糊或调整后无法满足测试要求时，还应开展明暗截止线锐度和线性度的质量检测和评价，之后采用仪器照准的方法对其进行垂直和水平调整。

《汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定》(GB 4785—2019)[3]中规定，在驾驶座上一名人员的空载车条件下，近光明暗截止线垂直方向的初始下倾度的确定，取决于近光灯在基准轴线方向上视表面下边缘的安装高度h，以安装高度h≤1 m为例，对处于空载状况下的静止车辆，其近光明暗截止线的垂直向倾斜度应保持在以下限值内，同时初始照准也在以下范围内：

1)限值：-0.5% ～-2.5%；

2)初始照准：-1.0% ～-1.5%。

《机动车运行安全技术条件》(GB 7258—2017)中规定，对近光基准中心高度小于或等于1 m 的机动车，在空载状态下汽车前照灯近光光束照射在距离10 m 的屏幕上，近光光束明暗截止线转角或中点的垂直方向位置应不高于近光光束透光面中心所在水平面以下50 mm 的直线，且不低于近光光束透光面中心所在水平面以下300 mm 的直线。前照灯近光光束明暗截止线转角或中点的水平方向位置，与近光光束透光面中心所在处置面相比，向左偏移应小于或等于170 mm，向右偏移应小于或等于350 mm[4]。

上述三个法规对近光明暗截止线位置均做了相关定义，但侧重点却各不相同。GB 25991—2010侧重于光学性能即后续配光性能的测试，不论初始截止线位置的设计值如何规定，测试均在下倾度1%的位置进行测量；GB 4785—2019侧重于对不同类型车辆截止线位置初始位置的设计要求；GB 7258—2017则侧重于对量产车辆近光明暗截止线位置的制造和出厂检验要求。

在国际层面，欧洲的明暗截止线法规相关要求与国标基本一致，而美国由于其管理规定和产品的特殊要求，与国内差异较大，不具备参考性。因此在进行整车级别的灯光性能测试时，既要参考光学性能测试方法要求，也要兼顾不同车型的初始截止线位置设计参数，同时为了更精确地开展测量还有必要研究在整车状态下使用目视和仪器照准两种方法的一致性和准确性。

2 近光明暗截止线目视照准

GB 25991—2010规定，在进行近光配光测试时，可以通过目视来进行明暗截止线的照准，照准与否，以目视检验v-v线两侧各5°(219 cm)范围内的明暗截止线为准。按上述照准后，若近光不满足要求，则允许明暗截止线在水平方向左右各1°(44 cm)，垂直方向不超过h-h线的范围内进行调整。

该方法虽然规定了目视照准的相关要求，但是由于目视照准具有一定的主观性，且允许调节范围也较大，可能会造成尽管配光测试满足法规要求，但是配光数值差异较大的结果。

在整车状态下，分别选取两位具备相关测试资质的人员进行明暗截止线的目视照准并完成光学性能的相关测试。图2的测试结果表明，两位测试人员目视照准的明暗截止线高度差为0.22°。将测试结果折算为路面照度后可以得出，近光的照射距离相差18.6 m。这也验证了目视照准具备一定的主观性，对测试结果的影响较大，不利于整车状态下汽车明暗截止线的调整以及整个光学性能的测试及评估。

图2 不同人员目视照准下明暗截止线位置对比Fig.2 Position comparison of cut-off lines under visual aiming of different personnel

3 近光明暗截止线仪器照准

CNCAP 2021版照明安全测试规程中对整车状态下明暗截止线的仪器照准都做出了相关规定[5]，在进行近光明暗截止线的仪器照准时，需要对明暗截止线的梯度进行计算，并根据梯度的最大值确定明暗截止线的位置，如式(1)所示：

G=logEβ-logEβ+0.01

(1)

其中，G为梯度值，β为垂直的角度位置，E为该角度位置下的光强。

如图3所示为明暗截止线投射在照准屏幕上的形状，向左呈平直的“扁平部分”，向右呈向上的“肘肩型部分”[6]。

图3 前照灯明暗截止线位置Fig.3 Headlamp cut-off position

在进行仪器照准时，首先进行明暗截止线垂直位置的调整，如图3所示，使用照度计从B线(GB 4785—2019 中定义的初始照准位置)以下向上移动，垂直扫描穿过位于v-v线左边2.5°的截止线水平，B 线为制造商定义的近光灯初始照准位置。采用式(1)确定梯度最大值的位置，通过整车上的灯具调节螺栓将最大梯度值位置调节至B线。

完成近光明暗截止线垂直方向调整后，采用下列之一的照准方法进行水平调整，通常方法a可以适用于所有光型，而方法b仅适用于15°光型：

a.系统垂直照准后，从左5°到右5°，对位于0.2°D 的水平线进行扫描。按式(1)确定最大梯度Gmax，通过整车上灯具的调整螺栓将该位置调整至图中的A 线上，即v-v线右侧0.5°。

b.系统垂直照准后，在v-v线右侧1°、2°和3°处的3条垂直线上，从-2°扫描至+2°。按式(1)确定每条线上的最大梯度G，得到三个最大梯度G 所在位置点Gmax-1R、 Gmax-2R、Gmax-3R，并用这3个点拟合成一根直线，该直线与图中的B线交点作为明暗截止线的拐点，通过调整螺栓将该拐点位置调整至v-v线上。

为了验证整车状态下近光明暗截止线仪器照准的一致性，选取两位具有相关测试资质的人员对同一辆整车进行明暗截止线仪器照准及光学性能测试，如图4所示，不同人员采用仪器照准进行测试的结果完全一致，结果重复性良好，不存在主观因素的干扰。

图4 不同人员机械照准下明暗截止线位置对比Fig.4 Comparison of cut-off positions under different personnel’s mechanical aiming

4 目视和仪器照准的准确性比对

ECE法规和新的国标草案中均对目视照准和仪器照准做出了如下规定：当目视照准不合格或因截止线清晰度不够无法进行目视照准时应采用仪器照准的方法。

为了对比目视照准和仪器照准法的准确性，选取同一名具备资质的操作人员进行目视测试比对，通过同一人员对同一前照灯下倾角为1%的测试车辆进行十次的目视照准测试，结果如图5所示，照准结果与理论截止线-0.57°位置的误差在±0.05°的范围。

仪器照准法的准确性取决于设备的稳定性及软件计算精度，上述章节已验证了设备稳定性不存在偏差。但实际上，不同的扫描步长则会影响最终的测试结果。当扫描步长为0.1°及0.05°状态下，每次扫描的梯度值均会发生变化，当步长调整至0.01°时，梯度位置不再变化。通过同一人员对同一前照灯下倾角为1%的测试车辆进行十次的仪器照准测试，扫描步长选择0.01°，结果如图6所示，照准结果最终均稳定在-0.57°的位置。

图6 近光灯明暗截止线机械照准准确性验证Fig.6 Verification of mechanical aiming accuracy of cut-off line of low beam

5 整车状态下明暗截止线照准的影响因素

传统的零部件灯具测试是将汽车灯具固定在测试转台上进行明暗截止线的照准与配光测试，对明暗截止线的外部干扰因素较少，而整车状态下，车辆的装配工艺、环境温度、车辆驾驶员的重量以及整车状态下明暗截止线的下倾角等因素都会对明暗截止线的照准及测试造成影响。如图7所示，由于影响整车状态下明暗截止线的因素较多且十分复杂，本文主要选取其中的装配误差及驾驶员重量两个影响因素进行分析举例，其余因素在此不再赘述。如图8所示，由于不同车辆生产装配工艺的一致性存在差异，整车状态下汽车灯具的光学中心会与设计值存在一定偏差，为了能够准确测量整车状态下灯具的光学中心位置，通过图像处理以及光学加权计算的方式来确定汽车前照灯的光学中心并对其进行标记。

图7 整车状态下明暗截止线位置影响因素Fig.7 Factors influencing the position of cut-off line under the condition of the whole vehicle

获得汽车近光灯的光学中心后，通过尖端带有触觉探头的7轴铰接式机械臂来完成光学中心的位置测量，如图9所示。测量结束后会获得左右灯光学中心的空间位置坐标，通过测试结果可以发现，由于车辆装配工艺以及安装一致性影响，灯具实际的光学中心位置与理论设计值偏差10～20 mm，这将会造成明暗截止线位置的相应变化。

图9 汽车前照灯光学中心空间位置坐标Fig.9 Automotive headlight optical center spatial position coordinates

整车状态下驾驶员重量也会对车辆近光的光学中心位置造成影响，从而影响明暗截止线的位置。如图10所示为驾驶位放置75 kg的假人后测得的汽车光学中心位置坐标，与空载状态下相比，左右灯的光学中心位置下降了3 mm左右，车辆左右灯的明暗截止线位置也将发生相应的位置变化。

图10 空载与75 kg配重状态下前照灯光学中心位置对比Fig.10 Comparison of headlight optical center position under no-load and 75 kg counterweight condition position coordinates

由于整车状态下影响近光明暗截止线的因素较多，在进行整车状态下的光学性能测量时，根据实车状态来精确定义明暗截止线的理论位置并进行照准和测试是有必要的。

6 总结与展望

本文研究了在整车状态下进行近光明暗截止线照准和测试的方法，并对目视照准及仪器照准两种方法进行了一致性与准确性的研究及试验验证，结果表明，目视照准存在一定主观性，仪器照准法准确性高、一致性好、受外部因素干扰少，通过近光明暗截止线的仪器照准可以实现对汽车近光光学性能的精确测试及客观评价。本文还对整车状态下明暗截止线照准的影响因素进行了简单分析并选取其中两种典型影响因素进行了验证。

虽然当前的零部件级近光明暗截止线照准大多采用目视方法，但随着车灯技术的不断发展以及人们对照明安全的不断重视，全面客观评价整车汽车前照灯光学性能的技术条件日趋成熟，通过仪器在整车状态下进行明暗截止线的照准及稳定性等测量将日益受到关注。