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关于前照灯评价的最佳技术标准

2019-09-14 0人读过

  UNECE标准已使用将近60年了。由于在过往的技术发展过程中,光源类型发生了变化,光学设计方法也随之有所改变。因此,标准也变得愈来愈复杂。下文是关于前照灯的现况分析及未来发展趋势展望。

  目前常用的标准是根据白炽灯的光束特点设计出的反光抛物面,这类设计方式虽然限制了光束的再次改变,但是这类传统方式设计出来的光型是可预测的,而且也是可重复的,出光也相对均匀。造成以上的结果的缘由是传统方式采用了抛物线设计,限制了光通量。这种设计只关注25m之内的参考点及区域的光度设计要求,不可能获得更大变化的光学输出。更大的光学输出很难实现,因此经常使用的只是简单的和简化的设计方案。

  多年来,当新技术出现在市场上,设计要求也会在现有基础上随之得到微调。卤素灯的实现,就增加了最小光度值。随之,光学测量的点和区域也发生了变化,不变的是定义的测量屏幕。普遍的,新的设计方式的结果会比老的更好,也更能满足现有的需求。当初,单白炽灯普遍使用时,FF技术的出现使设计结果更加实用。后来,前照灯的性能不断提高,设计的最低要求却照旧未变。同时,由于涉及到丈量屏幕设定,设计结果仍不足以照亮路面。

  在标准的整个发展过程中,我们可以看出初始阶段是为了能够格式化和尽可能简化;随后设计要求从设计导向将会转向性能导向。这也表明全球许多国家更加看重前照灯及车辆的制造进程,由于适用性和安全性在过往的时间里变得愈来愈重要。不过,目前的标准系统在向实用性转化进程依然较难。下文将针对现有的UN ECE前照灯的设计要求的不足,经过分析给出未来的发展和改变方向。

  光度量丈量

  如下图所示,目前的光度量设计要求被局限在一个特定屏幕或者等价角度坐标系统里。该屏幕位于距灯25m处的位置,且得到的光学参数与真实路面的参数是不同的,屏幕上的平均照度值也会随着路面的面积增加而减少。

  以上的标准将光度参数要求局限在为数不多的参考点和相干区域里,在屏幕上的特定区域选择不变的最小值作为标准来保证道路照明的正常使用,明显该根据不具有普遍性和实用性。为了取得真正实用的光度效果,需要提高屏幕上的光度值,所以数值会远大于目前设计要求的最小数值。过往的抛物线反射面设计,对目前常用的光源,比如LED或激光,已明显不实用了。

  在直道部份规定部分点光度值的限值标准,被用来作为道路照明的最小参考值。同时,选取另外部分的点和区域作为最大值的标准,也就是眩光部分,即允许灯光照在行人及对面来车司机的头部位置的最大照度值。由于屏幕丈量值与真实道路照明之间复杂的非线性关系,将导致视觉自适应加强,也可能由于前景明亮照明导致自我眩光。比如H4光束灯只提供最小照明距离,虽然这类前照灯已过时,但仍然合法,可以使用。优化后的H7或LED头灯虽给出相似结果,但H7项目或者FF系统可以在更远距离得到更好的照明。

  同时,我们所说的均匀性在目前的标准并没有定义清楚。利用现有的方法,可以得到在测试参考点附近较大数值,而在其他区域的数值没法保证均一性。因此,均一性的前照灯与基于最小值设计的前照灯类型评价标准需要实行。

  UN ECE标准

  目前,任何符合最低要求的前照灯都可以安装在车辆上,而选择因素并非前照灯的性能,而是汽车外观、设计成本、设计者的想法或使用者的意见。而对性能的评价标准,需将评价对象从屏幕转到具体道路上,即不以最小的光度值作为标准,只以光的分布作为唯一的标准。如果前照灯可以在不同驾驶条件下的同一车上使用,那么前照灯的选择要求应当根据系统性能决定,而不是根据光源的不同设计。比如使用老旧的R2灯泡的前照灯的最低照度要求只有目前常用的卤素前照灯的一半,而对于气体前照灯,最低要求设定值更高且更复杂。这也就说明使用这类灯需要更好的道路照明条件。对于目前最新的光源——LED,普遍认为LED前照灯性能比卤素灯更好。正确设计的H4前照灯的实际性能远大于规定最低要求,但是通过FF标准设计出来的卤素灯性能却比H4前照灯好很多。

  适当的前照灯设计可以满足的道路照明需求,也可以防眩光。为了这个目标,1958年施行了UN ECE标准。该标准给出了相干标准的界限,但不够明确,截止线的形状不够清楚。特别在最近一次修正后,结果也未完全符合道路照明需求。由于设计师主要精力放在截止线上,因此会造成在截止线附近光的颜色容易产生变化,或者出现刺眼的高亮度区域。

  大多数的道路照明需要满足m范围内的照明需求,同时满足手动或自动装置的使用。满足这些要求一般需要大于2000lm的光源,对于卤素灯要求却是1500lm,而对HID灯的要求是 000lm。为了满足光度要求,却存在截止特性问题和目标模糊现象。在测试进程中,采取横向和纵向移动的光束模型。而在使用过程中,却没有解决这类差异造成的结果,和没有将截止线位置当作参考。所以,问题从一开始就存在于截止线的精度,或光束模式需求。因此需要性能导向的标准来解决以上问题。

  性能导向标准

  性能导向的前照灯标准需要使用统一的光源。对光源的光分布的几何要求应该比大规模生产更严格。标准光源在测试期间,严格确定光通量,并通过驱动保证光输出。对于性能导向的标准,首先需要夜间安全行驶的光度数值和眩光的要求;其次需要定义标准的近似坐标系统,确定通过前照灯照亮一定区域路面的照度数值,同时可以在安全距离外看清路面的障碍以保证可以及时刹车;对于可能的眩光也要有所统筹。下图为根据目前的认知,设计的基于性能导向前照灯路面的照度散布。

  下图的横坐标为照度值,纵坐标是高度。图中的三条直线分别代表100m/75m/50m处对应高度的照度值。

  以上两个分别从相对车辆行驶方向的水平和竖直两个方向给出相应的光度数值要求。

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