栗晉杰，趙 準

(中汽研汽車檢驗中心(天津)有限公司，天津 300000)

引言

汽車近光明暗截止線，即光束投射到配光屏幕上，目視感覺到的明暗顯著變化的分界線。明暗截止線的位置和梯度是近光光學性能的重要考核項之一。近光燈明暗截止線的位置特別是垂直位置的高低意味著近光燈在路面上照射距離的遠近程度，近光明暗截止線過高會導致對對面車輛駕駛員和行人造成眩目，增加交通事故隱患，而近光明暗截止線過低則會導致近光燈照射距離過短，無法給駕駛員提供安全的照明條件[1]。綜上，明暗截止線的位置對行車安全及駕駛體驗都非常重要。在整車狀態(tài)下，精確地測量近光明暗截止線的位置和梯度，并在此基礎(chǔ)上開展光學性能測試是非常有意義且必要的。

1 近光明暗截止線法規(guī)標準要求

目前，對近光明暗截止線位置的要求，涉及零部件光學性能測試以及整車安裝和車輛運行條件兩個層面。根據(jù)《汽車用LED前照燈》(GB 25991—2010)[2]，如圖1所示，近光燈照準采用目視的方法進行，在垂直方向，明暗截止線的水平部分應位于25 m的配光屏幕上h-h以下25 cm處，即下傾度為1%。而在水平方向，明暗截止線的轉(zhuǎn)折處應位于v-v線上。

圖1 前照燈配光性能測試點及區(qū)域Fig.1 Test points and areas of headlamp photometric performance

GB 25991—2010還規(guī)定，當截止線模糊或調(diào)整后無法滿足測試要求時，還應開展明暗截止線銳度和線性度的質(zhì)量檢測和評價，之后采用儀器照準的方法對其進行垂直和水平調(diào)整。

《汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規(guī)定》(GB 4785—2019)[3]中規(guī)定，在駕駛座上一名人員的空載車條件下，近光明暗截止線垂直方向的初始下傾度的確定，取決于近光燈在基準軸線方向上視表面下邊緣的安裝高度h，以安裝高度h≤1 m為例，對處于空載狀況下的靜止車輛，其近光明暗截止線的垂直向傾斜度應保持在以下限值內(nèi)，同時初始照準也在以下范圍內(nèi)：

1)限值：-0.5% ～-2.5%；

2)初始照準：-1.0% ～-1.5%。

《機動車運行安全技術(shù)條件》(GB 7258—2017)中規(guī)定，對近光基準中心高度小于或等于1 m 的機動車，在空載狀態(tài)下汽車前照燈近光光束照射在距離10 m 的屏幕上，近光光束明暗截止線轉(zhuǎn)角或中點的垂直方向位置應不高于近光光束透光面中心所在水平面以下50 mm 的直線，且不低于近光光束透光面中心所在水平面以下300 mm 的直線。前照燈近光光束明暗截止線轉(zhuǎn)角或中點的水平方向位置，與近光光束透光面中心所在處置面相比，向左偏移應小于或等于170 mm，向右偏移應小于或等于350 mm[4]。

上述三個法規(guī)對近光明暗截止線位置均做了相關(guān)定義，但側(cè)重點卻各不相同。GB 25991—2010側(cè)重于光學性能即后續(xù)配光性能的測試，不論初始截止線位置的設(shè)計值如何規(guī)定，測試均在下傾度1%的位置進行測量；GB 4785—2019側(cè)重于對不同類型車輛截止線位置初始位置的設(shè)計要求；GB 7258—2017則側(cè)重于對量產(chǎn)車輛近光明暗截止線位置的制造和出廠檢驗要求。

在國際層面，歐洲的明暗截止線法規(guī)相關(guān)要求與國標基本一致，而美國由于其管理規(guī)定和產(chǎn)品的特殊要求，與國內(nèi)差異較大，不具備參考性。因此在進行整車級別的燈光性能測試時，既要參考光學性能測試方法要求，也要兼顧不同車型的初始截止線位置設(shè)計參數(shù)，同時為了更精確地開展測量還有必要研究在整車狀態(tài)下使用目視和儀器照準兩種方法的一致性和準確性。

2 近光明暗截止線目視照準

GB 25991—2010規(guī)定，在進行近光配光測試時，可以通過目視來進行明暗截止線的照準，照準與否，以目視檢驗v-v線兩側(cè)各5°(219 cm)范圍內(nèi)的明暗截止線為準。按上述照準后，若近光不滿足要求，則允許明暗截止線在水平方向左右各1°(44 cm)，垂直方向不超過h-h線的范圍內(nèi)進行調(diào)整。

該方法雖然規(guī)定了目視照準的相關(guān)要求，但是由于目視照準具有一定的主觀性，且允許調(diào)節(jié)范圍也較大，可能會造成盡管配光測試滿足法規(guī)要求，但是配光數(shù)值差異較大的結(jié)果。

在整車狀態(tài)下，分別選取兩位具備相關(guān)測試資質(zhì)的人員進行明暗截止線的目視照準并完成光學性能的相關(guān)測試。圖2的測試結(jié)果表明，兩位測試人員目視照準的明暗截止線高度差為0.22°。將測試結(jié)果折算為路面照度后可以得出，近光的照射距離相差18.6 m。這也驗證了目視照準具備一定的主觀性，對測試結(jié)果的影響較大，不利于整車狀態(tài)下汽車明暗截止線的調(diào)整以及整個光學性能的測試及評估。

圖2 不同人員目視照準下明暗截止線位置對比Fig.2 Position comparison of cut-off lines under visual aiming of different personnel

3 近光明暗截止線儀器照準

CNCAP 2021版照明安全測試規(guī)程中對整車狀態(tài)下明暗截止線的儀器照準都做出了相關(guān)規(guī)定[5]，在進行近光明暗截止線的儀器照準時，需要對明暗截止線的梯度進行計算，并根據(jù)梯度的最大值確定明暗截止線的位置，如式(1)所示：

G=logEβ-logEβ+0.01

(1)

其中，G為梯度值，β為垂直的角度位置，E為該角度位置下的光強。

如圖3所示為明暗截止線投射在照準屏幕上的形狀，向左呈平直的“扁平部分”，向右呈向上的“肘肩型部分”[6]。

圖3 前照燈明暗截止線位置Fig.3 Headlamp cut-off position

在進行儀器照準時，首先進行明暗截止線垂直位置的調(diào)整，如圖3所示，使用照度計從B線(GB 4785—2019 中定義的初始照準位置)以下向上移動，垂直掃描穿過位于v-v線左邊2.5°的截止線水平，B 線為制造商定義的近光燈初始照準位置。采用式(1)確定梯度最大值的位置，通過整車上的燈具調(diào)節(jié)螺栓將最大梯度值位置調(diào)節(jié)至B線。

完成近光明暗截止線垂直方向調(diào)整后，采用下列之一的照準方法進行水平調(diào)整，通常方法a可以適用于所有光型，而方法b僅適用于15°光型：

a.系統(tǒng)垂直照準后，從左5°到右5°，對位于0.2°D 的水平線進行掃描。按式(1)確定最大梯度Gmax，通過整車上燈具的調(diào)整螺栓將該位置調(diào)整至圖中的A 線上，即v-v線右側(cè)0.5°。

b.系統(tǒng)垂直照準后，在v-v線右側(cè)1°、2°和3°處的3條垂直線上，從-2°掃描至+2°。按式(1)確定每條線上的最大梯度G，得到三個最大梯度G 所在位置點Gmax-1R、 Gmax-2R、Gmax-3R，并用這3個點擬合成一根直線，該直線與圖中的B線交點作為明暗截止線的拐點，通過調(diào)整螺栓將該拐點位置調(diào)整至v-v線上。

為了驗證整車狀態(tài)下近光明暗截止線儀器照準的一致性，選取兩位具有相關(guān)測試資質(zhì)的人員對同一輛整車進行明暗截止線儀器照準及光學性能測試，如圖4所示，不同人員采用儀器照準進行測試的結(jié)果完全一致，結(jié)果重復性良好，不存在主觀因素的干擾。

圖4 不同人員機械照準下明暗截止線位置對比Fig.4 Comparison of cut-off positions under different personnel’s mechanical aiming

4 目視和儀器照準的準確性比對

ECE法規(guī)和新的國標草案中均對目視照準和儀器照準做出了如下規(guī)定：當目視照準不合格或因截止線清晰度不夠無法進行目視照準時應采用儀器照準的方法。

為了對比目視照準和儀器照準法的準確性，選取同一名具備資質(zhì)的操作人員進行目視測試比對，通過同一人員對同一前照燈下傾角為1%的測試車輛進行十次的目視照準測試，結(jié)果如圖5所示，照準結(jié)果與理論截止線-0.57°位置的誤差在±0.05°的范圍。

儀器照準法的準確性取決于設(shè)備的穩(wěn)定性及軟件計算精度，上述章節(jié)已驗證了設(shè)備穩(wěn)定性不存在偏差。但實際上，不同的掃描步長則會影響最終的測試結(jié)果。當掃描步長為0.1°及0.05°狀態(tài)下，每次掃描的梯度值均會發(fā)生變化，當步長調(diào)整至0.01°時，梯度位置不再變化。通過同一人員對同一前照燈下傾角為1%的測試車輛進行十次的儀器照準測試，掃描步長選擇0.01°，結(jié)果如圖6所示，照準結(jié)果最終均穩(wěn)定在-0.57°的位置。

圖6 近光燈明暗截止線機械照準準確性驗證Fig.6 Verification of mechanical aiming accuracy of cut-off line of low beam

5 整車狀態(tài)下明暗截止線照準的影響因素

傳統(tǒng)的零部件燈具測試是將汽車燈具固定在測試轉(zhuǎn)臺上進行明暗截止線的照準與配光測試，對明暗截止線的外部干擾因素較少，而整車狀態(tài)下，車輛的裝配工藝、環(huán)境溫度、車輛駕駛員的重量以及整車狀態(tài)下明暗截止線的下傾角等因素都會對明暗截止線的照準及測試造成影響。如圖7所示，由于影響整車狀態(tài)下明暗截止線的因素較多且十分復雜，本文主要選取其中的裝配誤差及駕駛員重量兩個影響因素進行分析舉例，其余因素在此不再贅述。如圖8所示，由于不同車輛生產(chǎn)裝配工藝的一致性存在差異，整車狀態(tài)下汽車燈具的光學中心會與設(shè)計值存在一定偏差，為了能夠準確測量整車狀態(tài)下燈具的光學中心位置，通過圖像處理以及光學加權(quán)計算的方式來確定汽車前照燈的光學中心并對其進行標記。

圖7 整車狀態(tài)下明暗截止線位置影響因素Fig.7 Factors influencing the position of cut-off line under the condition of the whole vehicle

獲得汽車近光燈的光學中心后，通過尖端帶有觸覺探頭的7軸鉸接式機械臂來完成光學中心的位置測量，如圖9所示。測量結(jié)束后會獲得左右燈光學中心的空間位置坐標，通過測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，由于車輛裝配工藝以及安裝一致性影響，燈具實際的光學中心位置與理論設(shè)計值偏差10～20 mm，這將會造成明暗截止線位置的相應變化。

圖9 汽車前照燈光學中心空間位置坐標Fig.9 Automotive headlight optical center spatial position coordinates

整車狀態(tài)下駕駛員重量也會對車輛近光的光學中心位置造成影響，從而影響明暗截止線的位置。如圖10所示為駕駛位放置75 kg的假人后測得的汽車光學中心位置坐標，與空載狀態(tài)下相比，左右燈的光學中心位置下降了3 mm左右，車輛左右燈的明暗截止線位置也將發(fā)生相應的位置變化。

圖10 空載與75 kg配重狀態(tài)下前照燈光學中心位置對比Fig.10 Comparison of headlight optical center position under no-load and 75 kg counterweight condition position coordinates

由于整車狀態(tài)下影響近光明暗截止線的因素較多，在進行整車狀態(tài)下的光學性能測量時，根據(jù)實車狀態(tài)來精確定義明暗截止線的理論位置并進行照準和測試是有必要的。

6 總結(jié)與展望

本文研究了在整車狀態(tài)下進行近光明暗截止線照準和測試的方法，并對目視照準及儀器照準兩種方法進行了一致性與準確性的研究及試驗驗證，結(jié)果表明，目視照準存在一定主觀性，儀器照準法準確性高、一致性好、受外部因素干擾少，通過近光明暗截止線的儀器照準可以實現(xiàn)對汽車近光光學性能的精確測試及客觀評價。本文還對整車狀態(tài)下明暗截止線照準的影響因素進行了簡單分析并選取其中兩種典型影響因素進行了驗證。

雖然當前的零部件級近光明暗截止線照準大多采用目視方法，但隨著車燈技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對照明安全的不斷重視，全面客觀評價整車汽車前照燈光學性能的技術(shù)條件日趨成熟，通過儀器在整車狀態(tài)下進行明暗截止線的照準及穩(wěn)定性等測量將日益受到關(guān)注。