摘 要：

為了滿足汽車前照燈照明性能測試和評估的需要，提出了整車級動態(tài)測試方法。首先，構(gòu)建了集定位，數(shù)采和分析功能為一體的試驗系統(tǒng)，并根據(jù)國家有關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和中國道路的實際狀況，制定出詳細(xì)的試驗要求，試驗場景、測試步驟及測試指標(biāo)并采用實車試驗對該方法進(jìn)行檢驗。研究表明：不同型號前照燈照明性能在既有規(guī)定約束下呈現(xiàn)較為明顯差異，其實際效果很難達(dá)到駕駛員照明安全要求。文中所提方法對以法規(guī)，車輛為主的新評價規(guī)程具有一定借鑒意義。

目前汽車行業(yè)日益重視對乘員及行人安全的防護(hù)，尤其是夜晚或者光線較差時路況獲知難度加大，這對于駕駛員來說是一種考驗，但也會給行人的安全造成一定危險。前照燈視為汽車的“眼睛”，性能優(yōu)越的前照燈能改善夜間行車安全和讓駕駛者夜間駕駛更輕松自如，從而對汽車前照燈照明性能有嚴(yán)格要求。

目前，已頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)僅從配光角度對前照燈照明要求進(jìn)行了約束，例如：GB 4599-2007[1]、GB 25991-2010[2]、GB 21259-2007[3]分別對汽車用燈絲燈泡前照燈、LED前照燈以及氣體放電光源前照燈的配光性能等做出了規(guī)定，但這僅是在車燈零部件級別的技術(shù)要求。此外，車燈的安裝高度、角度等要求也是一個可變范圍，如GB 4785-2019[4]。滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的車燈在整車上安裝時，會因安裝位置和調(diào)光精度不同而導(dǎo)致照明效果出現(xiàn)偏差。特別是實際應(yīng)用時，汽車在行駛狀態(tài)下，受路面，天氣，汽車姿態(tài)等因素影響較大，前照燈真實照明效果很難反映出來。所以，為改善道路交通安全和推動企業(yè)技術(shù)進(jìn)步，需要在現(xiàn)行法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，對前照燈整體性能做出更客觀，更真實的檢測與評估。

整車前照燈性能測試進(jìn)展

國外對于以整車為單位的汽車前照燈照明性能檢測與評估方法的研究起步比較早。從2003年起，歐洲新車評價程序（Euro NCAP）準(zhǔn)備引進(jìn)燈光評價機(jī)制，聯(lián)合國機(jī)動車照明和光信號專家組（GTB）成立了特別工作組開展此項研究，最終由國際照明委員會（CIE）D4部門（交通照明和信號）的技術(shù)委會TC4-45與GTB合作完成，并于2010年形成技術(shù)報告CIE 188《汽車前照燈系統(tǒng)性能評估方法》[5]。這種測評方法，被測車靜止，前照燈位置及角度固定不變，不考慮汽車行駛過程中車身姿態(tài)和道路起伏帶來的影響，其真實值和測量值之間可能會產(chǎn)生偏差。

美國公路安全保險協(xié)會（IIHS）于2015年8月發(fā)布了汽車前照燈的測評規(guī)程[6]。不同的是，IIHS采用了動態(tài)測試方法，為了消除車輛懸架差異的影響，同時保證在不同環(huán)境、不同位置及其他設(shè)施上試驗結(jié)果的可重復(fù)性，該方法在后處理過程中對車輛俯仰角變化造成的數(shù)據(jù)偏差進(jìn)行了處理和校正。從2016年至今，IIHS已完成數(shù)十款車型的評價，由試驗結(jié)果可知，優(yōu)秀率呈逐年上升趨勢，表明這種評價機(jī)制在汽車前照燈性能改善方面起到了一定的積極影響。

另外，美國高速公路安全管理局（NTHSA）在2015年12月發(fā)布新的CNAP新車評價規(guī)程N(yùn)HTSA-2015-1119時，也加入了3項與安全有關(guān)的前照燈測評內(nèi)容，然而，該方法依舊采用了靜態(tài)測評方法，不能完全體現(xiàn)實際的照明效果。不過，該方法首次提到了關(guān)于自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈（ADB）的測試，為ADB技術(shù)的發(fā)展和完善提供了很好的測試研究數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時，也鼓勵了其他先進(jìn)照明技術(shù)的崛起。

國內(nèi)機(jī)構(gòu)對前照燈在整車上的照明性能測試方法研究相對較少，中國汽車技術(shù)研究中心有限公司于2020年8月發(fā)布了C-NCAP中國新車評價規(guī)程(2021版)，其中，在照明安全部分，提出了對汽車前照燈展開測評。該方法主要基于CIE TC4-45的研究內(nèi)容，采用整車級靜態(tài)室內(nèi)測試方法。除了各大檢測機(jī)構(gòu)，各主機(jī)廠內(nèi)部也有相應(yīng)的前照燈性能合格檢測程序。例如，奇瑞汽車姜舒[7]提到了豐田TSC 3127G大燈配光性能標(biāo)準(zhǔn)方法；北京福田戴姆勒楊文昌等[8]結(jié)合照度數(shù)據(jù)對前照燈裝車時實際路面照射效果進(jìn)行了主觀評價方法研究。但是我國還缺乏適合中國實際情況的動態(tài)評價體系，在此基礎(chǔ)上對汽車前照燈照明性能動態(tài)測試方法做了初步的研究，為今后的研究提供依據(jù)和方向。

前照燈整車性能測試方法

測試系統(tǒng)

本文采用實車動態(tài)測試方法對前照燈近光和遠(yuǎn)光的能見度進(jìn)行評估。測試系統(tǒng)如圖1所示，主要包括3個部分：運動信息采集子系統(tǒng)、照度數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)。其中，運動信息采集子系統(tǒng)用于采集測試車道在預(yù)設(shè)坐標(biāo)系中的位置信息以及相對于坐標(biāo)原點的高度差數(shù)據(jù)，并在試驗過程中采集被測車輛的行駛軌跡、速度以及俯仰角信息，與GPS時間同步存儲。照度數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)用于采集固定測量點處車輛前照燈的照度數(shù)據(jù)，同樣與GPS時間同步存儲。數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)用于判定當(dāng)次測試是否有效，根據(jù)行駛軌跡計算車輛與測量點的距離，并利用GPS時間同步處理得到前照燈照度與距離之間的關(guān)系曲線。利用這條曲線得到被測汽車前照燈照射一定照度值時所能到達(dá)的范圍，并以此范圍作為前照燈照度能見度評價指標(biāo)。

測試要求

測試場地要求

測試道路包含直道和彎道兩種，彎道的半徑為150m和250m，分別測試左彎道和右彎道。為了保證車輛在試驗過程中有足夠長的加速和減速區(qū)間，測試直道長度不少于220m，彎道長度（沿弧線）不少于120m。根據(jù)JTG B01-2014《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的要求[9]，設(shè)計速度在40km/h、60km/h的車道寬度為3.5m，因此，測試所用的車道線內(nèi)側(cè)的寬度為3.5m；按照GB5768.3-2009《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線 第3部分：道路交通標(biāo)線》[10]的要求，車道線的常用寬度為0.15m。測試車道圖示如圖2,“x”是測試坐標(biāo)原點。因外部光照對測試結(jié)果準(zhǔn)確性有一定影響，所以在測試中環(huán)境照度值應(yīng)該在0.3lux以下。

圖2 測試車道示意圖

傳感器位置要求

前照燈最重要的作用就是照亮司機(jī)前面的路，所以它的照明區(qū)域應(yīng)該要覆蓋汽車前面一段距離。由于城市及郊區(qū)道路上十字路，T型路及其他匯流路口眾多，行人，摩托車及其他目標(biāo)物難以避免，因此前照燈照明區(qū)域須有一定的覆蓋面積。根據(jù)Sullivan and Flannagan (2007)[11]的研究發(fā)現(xiàn)，夜間行人從左側(cè)穿越時發(fā)生的碰撞高于右側(cè)，因此本文中的測試方法主要關(guān)注被測車輛所行駛車道邊緣上的能見度以及相鄰左側(cè)車道左邊緣上的能見度。圖2中①、②、③為照度傳感器的擺放位置，直道測試時，測量點①、③的照度值，彎道測試時，測量點①、②的照度值。

傳感器測得的高度照度值要表示能充分而準(zhǔn)確地辨識出前方目標(biāo)物，太低則可能漏辨識，太高則可能達(dá)不到國標(biāo)配光要求并可能會影響對向行駛車輛。CIE 188報告中指出，0.25m是符合人體平均身高的腿的中點高度，是辨別行人的最低高度，并且SAE J2829[12]中也表明，照射高度達(dá)到0.25m時足以看清障礙物，因此傳感器放置在距離地面0.25m的位置上。

被測車輛要求

被測汽車要組裝滿足國家強(qiáng)制規(guī)定的前照燈進(jìn)行檢測，檢測之前需測出汽車的前后軸荷，計算出汽車總質(zhì)量，以此重量作為整車整備質(zhì)量。試驗設(shè)備安裝在車輛副駕駛一側(cè)的位置上，在安裝試驗設(shè)備后應(yīng)進(jìn)行配載，配載后須滿足公式（1）的要求：M+G+T+P=(M+200)×(100%±1%) （1）其中，M為整備質(zhì)量，G為駕駛員質(zhì)量，T為測試設(shè)備質(zhì)量，P為配載質(zhì)量，單位都為千克。同時為盡量降低設(shè)備安裝對汽車車身高度降低的影響，要對配載分布進(jìn)行調(diào)整，使汽車四個車輪輪眉在含有駕駛員時降低高度差控制在0.003m以內(nèi)；若調(diào)整配載后無法滿足該要求，則保證車輛前后軸負(fù)載率與滿油空載時負(fù)載率之間的差值小于1%。

由于汽車出廠時可能受人為因素調(diào)節(jié)，汽車前照燈照準(zhǔn)也會發(fā)生變化，檢測之前需確認(rèn)其滿足國標(biāo)要求。

有效性要求

為使測試數(shù)據(jù)盡可能真實地反映被測車輛前照燈的實際照明水平，提高測試數(shù)據(jù)精度并保證測試的可重復(fù)性，在測試過程中車輛、設(shè)備須滿足以下幾個要求：

（1）測試開始后，被測車輛的速度保持穩(wěn)定，整個測試過程中速度的偏差在±2km/h范圍內(nèi)；

（2）調(diào)節(jié)方向盤使被測車輛的縱向中心線時刻保持在測試車道中間，車輛前緣中心點與車道中心線之間的橫向距離保持在±0.1m范圍內(nèi)；

若單次測試不滿足以上要求的任意一條，則本次測試無效，需重新進(jìn)行。

測試場景及步驟

測試場景

試驗情景有近光燈情景和遠(yuǎn)光燈情景兩種，各燈光類型試驗條件均為表1所列條件，共需有效試驗三次，車速為65km/h只對帶自適應(yīng)前照燈汽車有效。表1 測試工況

測試步驟

測試按照以下步驟進(jìn)行：

（1）測試前被測車在平坦車道內(nèi)，車前緣中心點距測點縱向距離超過220m或者彎道長度超過120m時打開車近光燈或者遠(yuǎn)光燈；

（2）被測車輛加速到40km/h或65km/h并維持，當(dāng)縱向距離等于220m或彎道長度達(dá)到120m時，試驗正式開始；

（3）被測車輛逐漸靠近并越過測量點；

（4）當(dāng)被測車輛后緣越過測量點2s后，試驗結(jié)束。

測試實施及結(jié)果分析

測試實施

按照測試要求和測試程序，本文完成了6款車型的測試試驗，其中3、5、和6號為轎車，1、2和4號為SUV，并且1、4號為自主品牌車型，其余為合資品牌車型。圖4為某車型的試驗現(xiàn)場照片，在試驗完成后通過后處理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到照度—距離（車輛前照燈與照度傳感器之間）曲線。在實際駕駛過程中，目標(biāo)物必要照度值的檢測可依賴于多種因素，如目標(biāo)物尺寸，相對背景對比度，駕駛員視野，駕駛員對比敏感度及視力等等。最常見的用來評估低對比目標(biāo)物照度距離的單一照度值是3lux[5,13]。而對于動態(tài)測試，由于車距變化和設(shè)備不準(zhǔn)確會產(chǎn)生更大比例的影響，選擇的閾值越低，測量的難度就越大。因此本研究選擇5lux作為能見度的度量，比3lux值測量得更加準(zhǔn)確，同時也能確保對于更低對比度的障礙物檢測也有足夠的光線水平。

近光燈測試結(jié)果

圖5~圖7分別給出了6款車型近光燈在直道、彎道上的能見度距離曲線。當(dāng)汽車逐步接近傳感器時，測量點照度值會出現(xiàn)先上升后下降的變化，5lux距離的選擇應(yīng)在照度達(dá)到5lux并可連續(xù)維持之上直到進(jìn)入要求的范圍時車輛與傳感器之間的最大距離。

圖5 直道能見度距離曲線

圖6 半徑150m彎道能見度距離曲線

圖7 半徑250m彎道能見度距離曲線

表2 近光燈5lux能見度距離（m）

表2給出了各測試工況下6款車型近光燈的5lux能見度距離，結(jié)合圖表數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)：

（1）由于法規(guī)中明暗截止線要求和測量距離等因素制約，直道左照度值比右照度值低得多，增大此值可增大左行人可見度。同時也能看到照射距離較遠(yuǎn)時前照燈的照明寬度并不一定很大，比如在車型6的直道中右邊5lux的距離就達(dá)60m，左邊只有10m以下，表明照明范圍橫向和縱向能力需兼顧。

（2）根據(jù)曲線圖，彎道左彎最大照度值的分布比右彎高，從表中平均值看，右彎道的5lux能見度距離則高于左彎道，由此可見并不是前照燈可達(dá)到的照度值越大能見度就越好。對比同一工況下不同車型的數(shù)據(jù)也可以得出此結(jié)論，如車型6在250m右彎道的最大照度值明顯高于車型4，而其5lux距離卻比車型4低了超過20m。

（3）雖然都裝配了符合國家配光標(biāo)準(zhǔn)的前照燈，不同車型的5lux能見度距離差異仍比較明顯。從表中可以看到，各工況下5lux能見度距離的最大差值都超過10m，而差值的最大值將近40m，表明不同汽車的近光燈實際照明效果存在很大差異。作為夜間行車中使用頻率最高的照明燈對于行車安全也有很大影響。

（4）按照本文所用的前照燈照明性能測試方法，從整體結(jié)果來看，車型2近光燈的性能相對最差，車型3相對最優(yōu)。

遠(yuǎn)光燈測試結(jié)果

圖8~圖10分別給出了6款車型遠(yuǎn)光燈在直道、彎道上的能見度距離曲線，表3為相應(yīng)工況的5lux能見度距離數(shù)據(jù)。結(jié)合圖表以及近光燈的測試數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：

（1）遠(yuǎn)光燈的5lux照射距離明顯增加，彎道上可以增加20-30m，直道上則增達(dá)100m，可以有效提高夜間行駛的安全性，但由于中國道路多為雙向行駛，遠(yuǎn)光燈的使用范圍受限。

（2）對遠(yuǎn)光燈而言，對同一半徑彎道而言，不管是向左彎或向右彎，5lux能見度的距離變化較小，但對不同機(jī)型而言，其距離最大差異仍然較大，均超過20m。

（3）直道上遠(yuǎn)光燈的照射距離較遠(yuǎn)，5lux的能見度都能達(dá)到150m左右，對駕駛員來說有足夠的可視范圍，但不同車型也有明顯的差距。

（4）根據(jù)本論文提出的前照燈照明性能試驗方法，由總體結(jié)果可知，型號2遠(yuǎn)光燈性能比較最差，型號5較好。

圖8 直道能見度距離曲線

圖9 半徑150m彎道能見度距離

圖10 半徑250m彎道能見度距離表3 遠(yuǎn)光燈5lux能見度距離（m）

結(jié) 論

汽車前照燈照明性能對于夜間道路交通安全起著十分重要的影響，目前國家標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)僅針對前照燈產(chǎn)品性能及安全方面提出最基本限值要求，無法滿足廣大司機(jī)的現(xiàn)實需要。文中給出了前照燈根據(jù)車輛及實際道路照明性能進(jìn)行動態(tài)檢測的方法，通過對檢測結(jié)果的分析可以得出一個結(jié)論：

（1）同樣是符合法規(guī)要求的前照燈，在實際道路上的照射范圍差異明顯；

（2）車燈的照度值越大，實際照明效果不一定越好，對夜間行車安全影響較大；

（3）縱向照明距離遠(yuǎn)的前照燈，橫向照明寬度不一定大，對側(cè)向障礙物的辨別效果不佳。

根據(jù)以上結(jié)果可見整車級測試比零部件級測試更貼近實際情況，文中所提方法對于前照燈真實性能的評估是可行的，通過對大量測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，綜合考慮不同光型和不同情景下的權(quán)重分配情況，可制定合理評價指標(biāo)并形成完整測評方法。