秦 刚

（东风柳州汽车有限公司乘用车技术中心，广西 柳州545005）

0 引言

T5是我司新推出的一款C级紧凑型SUV，在该车上市前，组织内部员工试乘试驾，在试乘试驾活动中反馈前照灯照度性能差，同时在对该车开展的整车性能主观评价活动中，也反馈前照灯主观评价分数较低，主要问题为：近光灯亮度不足，光线不均匀，车前灯光近场区偏暗，左右照射范围窄；远光灯亮度不足，光线不均匀。通过对该问题的分析，找到影响前照灯照度的主因，并完善相关技术要求和设计规范，制定更全面、更接近实际驾驶需求的照度评价标准，为后续车型的前照灯开发提供技术支撑。

汽车和车灯是密切关联的。在夜晚或照明较低的车况下，如果没有车灯，汽车将寸步难行。世界汽车安全事故统计资料表明：夜间发生的交通事故是白天的三倍，照明状况不良时的事故率又是照明良好时的三倍。全世界每年汽车交通事故伤亡人数在1000万以上，其中死亡者约50万[1]。可见汽车灯具照明在汽车安全性中的重要地位。

1 照明的基本概念

光通量、光强、照度、亮度，其四者的相互关系如图1所示。

图1 光通量、光强、照度、亮度的关系图

1.1 光通量

光通量，符号Φ，单位为Lm（Lumen）：点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量即称为光通量。1流明(Lm)定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量。

1.2 光强

光强，符号 I，单位 Cd（Candela）：光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量，简称光强。

1.3 照度

照度，符号E，单位勒克斯Lm/m2（Lux或Lx）：单位面积内所入射光的量，也就是光通量除以面积（m2），所得到的值用来表示某一场所的照明度。可用照度计直接测量。被光均匀照射的物体，在1 m2面积上得到的光通量是1 Lm时，它的照度是1 Lx。

1.4 亮度

亮度，符号为LL=di/ds，单位为cd/m2（坎德拉每平方米）：光源在某一方向上的单位投影面积在单位立体角中反射光的数量，称为光源在某一方向的光亮度。

2 前照灯功能及法规照度要求

2.1 前照灯的功能

前照灯也称大灯或头灯，主要提供远光，或近光，或远、近光的照明车辆前方道路的灯具，灯光光色为白色。远光灯是提供照明车辆前方远距离道路的灯具；近光灯是提供照明车辆前方道路，对来车驾驶员和其他使用道路者不造成眩目，或产生不舒适感的灯具[2]。

2.2 前照灯照度的法规要求

国家法规《GB 4599－2007汽车用灯丝灯泡前照灯》和《GB 25991-2010汽车用LED前照灯》对前照灯的远近光各个点的照度明确了相关要求[3]，如图2所示，所有在中国销售的汽车的前照灯照度必须满足这些要求。

图2 法规近远光照度值要求

3 现状及问题

T5前照灯集成远近光功能，远近光共用一个光源，采用双光透镜，光源采用H7型号的卤素灯泡。前期通过配光软件Lucid Shape进行路面照度模拟分析，T5前照灯远近光的配光参数满足法规要求，实车配光测试也满足。但实车路面照度主观评价，近光存在照度光线不均匀、亮度不足、照射宽度窄，远光存在照射距离短等问题。

3.1 现状

根据前期配光软件模拟分析，各个关键点照度均符合法规要求，同时我司还提高了远近光3个测试点要求：近光50R测试点光照度不低于16 Lx，75R测试点光照度不低于20 Lx，远光灯的最大亮度不低于70 Lx，均满足法规和设计要求，如图3所示。

图3 T5近远光照度软件分析结果

3.2 问题

实车路面照度主观评价，存在照度光线不均匀、亮度不足、照射宽度窄、照射距离短等问题，如图4所示。

图4 T5实车路面照度效果

4 原因分析及措施

通过以下分析方法，如图5所示，分析“前照灯照度性能差”的影响因素。

图5 “前照灯照度性能差”分析

根据以上分析，得出“前照灯照度性能差”的5个影响因素，如图6所示，现通过详细分析来排除非要因，确认要因：

图6 “前照灯照度性能差”的5个影响因素

4.1 光源选型

前照灯常用卤素灯泡型号及其参数如图7所示，目前T5前照灯选用H7灯泡光源，受灯具结构限制，无法直接更换其它型号的灯泡光源，光通量无法再提升。但对比某竞品车前照灯的近光、远光光源均采用H7灯泡，经路面照度主观评价，整体效果优于T5，如图4和图8所示。故光源选型对路面照度有一定影响，但不是要因。

本研究当中使用SPSS17.0软件对两对半检验结果进行统计分析,计量资料使用t检验的方式进行计算分析,并使用(±s)表示统计结果,所有计数资料均采用卡方检验的方法进行计算,以p<0.05表示该项数据具有统计学意义。

图7 常用卤素灯泡型号及其参数

图8 某竞品采用H7光源路照效果

4.2 透镜选型

目前我司普遍采用的透镜为φ70 mm、表面不带配光花纹的透镜。根据光学折射原理，不同波长的光折射角不同，导致透镜照射出来的光会产生发蓝、发彩的现象，如图9所示。透镜表面的配光花纹对灯光均匀性有一定改善，但不是影响前大灯性能差的要因。

图9 透镜花纹对光的影响

4.3 造型限制

为验证T5前照灯造型（主要是装饰框，下同）对灯光性能的影响，将T5前照灯装配上光通量更大的HB3光源透镜，光源更换前后的路面照度对比结果如图10所示，采用HB3光源透镜后灯光性能有提升，但与HB3裸透镜照度性能对比，造型对照度性能影响较大（近光最大差值百分比107.80%，远光最大差值百分比104.20%）。

图10 路面照度对比

T5与我司X5、竞品车透镜造型及光源类型进行对比：在同样的光源及透镜尺寸下，T5透镜被装饰框遮挡较多，影响远近光灯的照度宽度及均匀性，如图11所示。

图11 造型尺寸对比

通过以上数据分析，同一光源透镜，在不同造型的前照灯上，其照度性能不一样，由于T5远近光透镜在水平方向严重被装饰框遮挡，导致照度宽度变窄；垂直方向被装饰框遮挡，导致照射距离变短。

4.4 技术要求过于简单、不全面

国家法规照度只对某些关键点的照度值进行了规定，并且仅定义了下限要求，但实际驾驶者观察路面是面而不是某几个点：在城市或低速车况中，对靠近车前的近场区域照度值要宽、均匀，以便观察车前及两侧车况；在高速或户外车况中，对车前远距离区域的照度值要中心点亮、照射距离远，以便提前发现车前车况。

我司在国家法规基础上，仅对其中3个点提出了特殊要求：近光灯在50R测试点的照度值不低于16 Lx，在75R测试点的照度值不低于20 Lx，远光最大照度值（HV点）不低于90 Lx。同样存在以上缺陷，前照灯配光性能技术要求不全面，仅对法规中的3个点（如图12所示）的光强进行了特殊规定，但对路照宽度、均匀性、距离等均未进行定义，造成光线不均匀、宽度不足，不符合实际驾驶照明要求。

图12 特殊要求的3个点

4.5 反射镜精度不足

对目前T5前照灯反射镜的外观目视检查、镀铝时间、附着力试验、耐碱、高温试验，试验均合格，反射镜精度不足不是导致前大灯性能差的要因。

4.6 确认要因

根据以上分析，得出影响前照灯性能的要因，如图13所示，主要是造型限制、技术要求不全面。

图13 要因

5 解决措施

5.1 造型边界限制

5.2 技术要求细化、全面

技术要求中增加照度的宽度、均匀性要求，完善远、近光照度评价标准，制定更接近驾驶者实际路面照度要求的标准。

（1）建立灯具路照5Lx曲线照度评价标准，对路面等照度曲线的梯度、宽度、形状进行定义。

（2）完善灯具开发流程，在灯具开发过程中，不仅在数据设计阶段进行配光模拟分析和单品的室内配光验证，同时根据5Lx照度评价标准（如图14和图15所示），在整车上进行相关点的照度值测。

（3）增加实车路面照度主观评价，从驾驶者实际使用环境去评价照明效果：路照宽度、均匀性等。

图14 5 Lx近光照度评价标准

图15 5Lx远光照度评价标准

通过以上建立的评价标准，将竞品车与我司车辆放在同一个评价场地，采用仪器测试前照灯的实际照度值，通过图16所示的实际测量参数可看出我司高配前照灯与竞品车的前照灯在W40（m）、W60（m）、E65（Lx）、L（m）区域上的照度值存在一定差距，低配前照灯在 W5（m）、W20（m）、W40（m）、W60（m）、E10（Lx）、E65（Lx）区域上的照度值存在一定差距，同时与主观评价的结果一致。

图16 与竞品实际参数对比

6 建立标准

建立灯具路面照度评价标准，对路面5 Lx等照度曲线的形状进行规定，且各等照度曲线不能有内凹现象、同纬度的路照曲线只能形成一个闭环，不得出现2个或以上的闭环，如图17所示。根据车型的定位和成本，设定等级1至等级5的五个等级，确定各个等级前照灯路照满足的性能参数，如图18和图19所示。

图17 照度曲线的形状规定

图18 近光照度评价标准及等级

图19 远光照度评价标准及等级

7 结论

保证汽车在夜间及能见度较低的车况下安全、高速行驶，改善车内驾乘环境，便于车辆使用，对前照灯的照明提出了更高的要求，本文结合案例，分析影响照度的主因，建立更符合驾驶者需求的照度评价和设计标准，为后续前照灯开发提供了更好的参考借鉴。