2、近光、E级高速道路近光、W级恶劣天气近光以及各级近光的弯道照明T模式的功能实现条件和实现方式以及配光测点要求进行了逐一研究。同时根据试验室实际情况,建立并完善AFS系统配光性能的检测方法。同时,从ECER123法规和ECER98法规(传统前照灯配光测点间的对比分析以及样品试验结果来看,传统前照灯的近光能满足AFS系统中的C级近光的配光要求。AFS系统V、E、W级近光可以在C级近光的基础上,通过调整左右前照灯的照射方向而合成。为进一步研究AFS系统和传统前照灯配光性能上的差异,本文将AFS各级近光的合成方法用于传统前照灯,并按AFS系统各级近光的配光要求进行试验。从试验结果来看,该传统前照
3、灯在光学系统不变的前提下,通过变化左右灯的照射方向,可以实现并满足AFS系统C、V、E级近光要求。而对于W级近光,由于无法同时满足“25LL”、“III区”、“线段10”测试区域的要求,故无法实现该功能。关键词前照灯自适应系统,前照灯,近光,配光检测RESEARCHONREGULATIONOFADAPTIVEFRONT-LIGHTINGSYSTEMSABSTRACTAdaptiveFront-LightingSystems(AFSdirecttheheadlightoutputsothatthebeampatternisoptimizedfordiff
4、erentenvironmentconditions.ECER123“Uniformprovisionsconcerningtheapprovalofadaptivefront-lightingsystems(AFSformotorvehicles”isnewestAFSRegulationinEurope.Inthispaperwesearchedphotometricrequirementsandtestpointsof(C、V、E、WPassingbeamandtheirbendingmode(T.Establis
5、hingtheabilitytotestAFS.ClassCissametothepassingbeamofcommonheadlamp,andpassingbeamofcommonheadlampcanpassphotometricrequirementofclassC.SowechangetheangleofheadlampstoachieveAFSfunction.Fromthetestresult,wecandrawaconclusionthatcommonheadlampcanac
8、文作者签名:卜伟理指导教师签名:黄宏成日期:2009年4月20日日期:2009年4月20日第一章绪论1.1引言随着社会的发展和技术的进步,汽车所行驶的周边环境已变得越来越复杂多样。道路的限速不同、路面的照明不同、行人的密度不同、天气条件的环境不同,使得传统上只具有近光和远光两种照明模式的前照灯,已无法满足人们日益增长的行驶安全需要。人们普遍希望能在未来的汽车上安装一种能够显著提高行车安全和舒适驾驶的照明系统,这种照明系统能根据周边环境调整自身的配光方式,提供更大的照明范围和照明距离,同时也能改善传统前照灯的照明死角,这就是前照灯自适应系统(AFS12。过去的十年中,汽车
9、装备了越来越智能化的系统以改善行车安全性和驾驶舒适性。AFS系统作为汽车的主动安全部件,其通过传感器来获得车辆行驶过程中周边环境的信息,并将前照灯模式变换为相应的照明状态。譬如,在蜿蜒的乡间公路,AFS照明状态能随着道路的弯曲程度而改变。通过来自于方向盘转角传感器和速度传感器的信息,系统能自动判断道路曲率,并在此基础上,按不同的速率和角度使近光灯进行随动,对于原先的死角进行照明,获得安全舒适的道路照明效果3。1.2AFS技术现状经过多年的研究和开发,各大汽车制造商均形成了独特且有效的AFS技术能力。虽然这些技术的配光实现方式有所不同,但就其设计初衷和功能模式均大同小异。在此本文将以欧洲的现行
10、法规为依据,介绍目前已经被广泛认同的AFS照明模式45:1.2.1基础照明模式基础照明模式适合于在环境照明不好的普通道路上行驶的车辆,其类似于普通的近光灯。基础照明模式是AFS系统的默认模式,在所有情况下均能开启。1.2.2城市道路照明模式城市中一般都有路灯照明,但道路复杂、交错。传统前照灯近光因为光型比较狭长,不能完全适合城市道路照明需要。在市区车辆行驶速度较为缓慢的前提下,AFS系统使用比较宽阔的光型,以便在道路边缘和交叉路口都能获得较好的照明,有效地避免了与岔路中突然出现的行人、车辆可能发生的交通事故(图1。图1AFS系统的城市道路照明Fig.1TownPassingB
11、eamofAFS1.2.3高速道路照明模式适合高速道路的照明。车辆在高速公路上行驶,因为具有极高的车速,所以需要前照灯比普通前照灯照得更远,照得更宽(图2。图2AFS系统的高速道路照明Fig.2Motor-wayPassingBeamofAFS1.2.4恶劣天气照明模式恶劣天气照明模式主要针对的是阴雨天气,此时地面的积水会将前照灯打在地面上的光线反射至对面会车司机的眼睛中,使其眩目,进而可能造成交通事故。AFS系统能变换合理的光型,减弱地面可能对会车产生眩光的区域的光强(图3。图3AFS系统的恶劣天气道路照明Fig.3WetRoadPassingBeam
13、究竟应该具有什么样的功能或应该达到什么样的要求,大家均没有一个统一的说法。欧洲1994年启动了EurekaProject(EU1403计划,联合多家知名厂家研究AFS系统及其对应法规,2007年随着ECER123法规的发布,终对AFS系统形成了一个明确的定义及要求,并正式将这类灯具纳入了认证范围。ECE(EconomicCommissionforEurope全称为欧洲经济委员会。早在20世纪50年代,随着欧洲汽车工业的不断发展,交通安全日益得到人们的重视。ECE认识到道路交通安全光靠制定道路交通守则是不能保证的,因为它与机动车本身的结构性能有直接的关系。于是ECE于1953年在其下属
14、的内陆运输委员会、道路交通分委会专门成立车辆结构工作组WP29。针对车辆结构性能方面的要求为各国政府起草一些建议或推荐要求。后来,随着欧洲汽车生产和贸易的迅速发展,各国原有的汽车法规和认证方式阻碍了贸易自由化和技术交流。为此,ECE于1958年3月20日在日内瓦制定了关于采用统一条件批准机动车辆装备和部件并相互承认此批准的协定书(简称1958年协定书。这一具有法律效力的多边框架协定书,旨在整个欧洲各国互相承认对这种型式认证的批准,以便打破欧洲各国的疆界,便利汽车贸易与技术交流。ECE/WP29下设6个专家组,其中灯光与光信号专家组(GRE专门负责灯光ECE法规的制、修订工作。到目前为止WP2
17、部灯具的安装要求。内容包括灯具的安装数量、安装位置和布局、可见度、电路等多方面的要求。针对AFS系统,其还规定了AFS各照明模式的开启条件。全世界采用欧洲ECE体系的国家相当广泛,远远超出欧洲范围。在我国的汽车灯具强制性标准的制定过程中,为了确保与国际接轨,始终遵循一个原则:就是在考虑中国国情的基础上,尽可能的等效采用ECE法规的相应条款主要是技术条款。目前所有的汽车灯具类国家标准均采用了ECE的相应法规。我国的汽车前照灯强制性国家标准主要包括GB4599和GB21259。其中GB4599-2007汽车用灯丝灯泡前照灯对应于ECER112法规;GB21259-2007汽车用气体放电光源前
19、绍的照明模式,包括“基础近光”C级近光;“城市道路近光”V级近光;“高速道路近光”E级近光和“恶劣天气近光”W级近光。此外,每一级别的近光还可以有其对应的“弯道照明模式”T模式6。1.4.1各级近光模式开启条件1.4.1.1C级近光模式在没有使用其他级别近光的情况下,C级近光应默认打开。1.4.1.2V级近光模式V级近光模式由车辆控制系统产生的“V信号”来控制。当车辆传感器检测到下述一个或多个状况,便可以自动产生“V信号”打开V级近光模式。1车辆行驶在城市道路,车速未超过60km/h。2车辆行驶道路有固定照明,且车速未超过60km/h。3路面亮度1cd/m2,和/或水平路面亮
20、度持续超过10lx。4车速未超过50km/h。1.4.1.3E级近光模式E级近光模式由“E信号”来控制。同时按车速的不同,还允许使用“准E模式”以E1、E2、E3表示,分别由“E1信号”、“E2信号”、“E3信号”来控制。当车速超过70km/h,且车辆传感器检测到下述一个或多个状况,便可以自动产生“E(1、2、3信号”打开(准E级近光模式。1车辆行驶在中间有隔离带的公路,和/或车速超过110km/h(适用E信号。2车速超过100km/h(适用E1信号。3车速超过90km/h(适用E2信号。4车速超过80km/h(适用E3信号。1.4.1.4W级近光模式W级近光模
21、式由“W信号”来控制。在前雾灯处于关闭状态的前提下。车辆传感器检测到下述一个或多个状况,便可以自动产生“W信号”打开W级近光模式。1道路行驶于潮湿路面。2雨刮器已开启,并连续运行至少2分钟以上。1.4.1.5T类弯道照明模式车辆对传感器采集的转向锁角和重心轨迹等数据进行评估,表明车辆行驶于弯道状态时,允许自动开启的C、V、E、W级近光的弯道照明模式。弯道照明按其形成方式可分为“1类弯道照明模式”和“2类弯道照明模式”。如图5,其中“整体旋转式”的弯道照明一般属于“1类”其形成弯道照明时光型进行整体移动;“补充光源”和“部分旋转式”的弯道照明一般属于“2类”其形成弯道照明功能时近光灯光型
23、级近光与ECER98法规近光配光试验中各测点位置和限值上的异同之处,以及AFS系统C、V、E、W级近光之间功能和配光要求的差异。4研究通过调整传统前照灯角度位置,实现AFS系统各级别近光功能并满足相应配光要求的可行性。第二章ECER123法规的解读和研究2.1ECER123法规章节目录AFS系统和传统汽车前照灯系统均属于汽车的前照明系统,不管是在灯具的外形还是结构与传统前照灯均有很多相似之处,因此,AFS系统相应法规(ECER123在很多条款内容与传统前照灯法规(ECER112和ECER98类似,甚至相同78。同时,AFS系统是传统汽车前照灯系统的进化产品,其智能程度、功能
24、模式和环境适应性远大于后者,因此相对于传统前照灯法规(ECER112和ECER98,AFS系统相应法规(ECER123在试验项目特别是配光试验项目和试验方法上均有不同。为了将研究重点放在与传统前照灯所不同的内容上,在对ECER123法规进行详细解读和分析前,先看一下ECER123法规的目录内容9。“第123号法规关于机动车自适应前照明系统(AFS认证的统一规定目录法规A.管理规定0.范围1.定义2.一种系统的认证申请3.标志4.认证B.系统技术要求5.一般规定6.照度一般规定有关近光规定有关远光规定其他规定7.光色C.取证后的管理规定8.系统型号改进和认证扩
25、展9.生产一致性10.生产不一致性的处罚11.产品正式停产12.技术服务部门名称及地址附录附件1关于遵照123号法规的某类型系统的认证的授予/扩展/废止/收回或产品停产的通知书附件2认证标志布局示例附件3近光配光要求附件4系统在工作中配光稳定性测试附件5生产一致性控制过程的最低要求附件6使用塑料材料配光镜系统的要求配光镜或材料试样以及整个系统或系统部件的测试附录1认证试验顺序表附录2漫射光和透射光的测试方法附录3喷沙试验方法附录4黏胶带附着力试验附件7检验员抽样最低要求附件8近光明暗截止线和照准规定附件9配光测试规定附件10描述格式”“A”章节主要为法规的
27、格式;E-mark标记的具体实例;抽样方法;试验的具体内容等。“附件3、4、6、8、9”为技术内容。其中“附件6”主要针对灯具配光镜及其材料的试验,包括:1耐温试验(将配光镜放置于一系列的高温和低温环境中,通过试验前后配光性能的变化,以检测配光镜材料的耐热性和耐寒性2光源辐照试验(将配光镜试验按一定能量进行辐射照射,主要检测配光镜材料的抗UV性能3耐试剂试验(将不同的试剂涂抹于配光镜表面,以此检测配光镜材料的抗化学试剂、洗涤剂和燃油的性能4机械磨损试验(将具有一定硬度的细沙高速喷至配光镜表面,以此检测配光镜涂层硬度5配光镜涂层附着力试验(将符合要求的粘胶带贴于配光镜表面,并按一定速率
28、撕开,以此检测配光镜涂层牢度这些试验项目与普通前照灯法规(ECER112和ECER98的相应内容完全相同,故本文中也不进行过多研究。综上所述,本文将把研究重点放在ECER123法规B章节即法规的技术内容部分。2.2ECER123法规技术内容整理和解读由于ECER123法规目前仅有英文原版,且内容上各条款之间互相穿插,不易理解。故在此,本文将在上一节的基础上对AFS系统的技术内容即B章进行翻译并重新整理和解读。2.2.1AFS系统的一般要求2.2.1.1结构要求:系统或其组件在正常使用条件下,即使受到振动,仍能满足使用要求和符合法规规定。用户采用普通工具不应改变活动部件的形状或位置
29、,或影响开关装置。系统或其组件应配置有调节装置,使系统在车上可调,以满足对系统的要求。如果车辆上可以采用其他方法对系统进行调节,或制造商规定系统不需要,可以不安装这样的调节装置。在设计成选择提供远光和近光的系统或其组件上,与照明单元组合并用于控制光束转换的任何机械、电子机械或其他装置,其结构必须满足下面的要求:1这些装置应有足够的强度,在正常使用条件下,即使受到振动,仍能通过50000次的工作,且不会受到损坏。2能随时获得近光或远光,且不会停在这两种光束之间或其他不确定的位置。如果这些要求无法满足,那么其所处的状态必须使IIIb区域的照度值不大于1.5lx,Emax线段的上的照度值不小于4
31、商的设计指导,而不列入灯具认证时的试验项目内。2.2.1.2光源要求除LED模块外,系统应使用符合ECER37和ECER99规定的光源。如果采用的是可替换光源,其灯座应符合IEC出版物中60061-2数据单上的尺寸特性。如果采用的是不可更换光源,该光源不能作为提供中性状态近光的照明单元的组成部分。当光源失效时,系统自动发出一个失效信号。在车上强制安装相应的失效指示器,此指示器发出的可视失效信号不应闪烁。当探测到AFS控制信号出现故障,或光源失效时,可视失效信号就应起动,并保持工作。在车上可视失效信号可以临时取消,但只要开启和关闭发动机装置时,可视失效信号应再次起动。系统使用的可更换光源应
32、安装方便,即使在黑暗中也能将其安装在正确位置。“光源要求”说明:除LED外,目前汽车灯具(这里主要指汽车前照灯使用的光源主要是灯丝灯泡和气体放电光源,而能使用的光源型号,在ECER37和ECER99中都有相应的定义,其中对每一类灯泡的电压、功率、光通量大小、灯丝尺寸和位置、灯座类型都有详细的规定,这主要是为了用户在使用中,可以方便地购买到并更换相同规格的光源。本要求中关于光源故障后的指示器要求,在ECER48整车试验项目中已有类似规定,因此这里可以不作为灯具试验项目。其和“黑暗中安装”规定都可理解为对于灯具制造厂商的设计指导,而不列入灯具认证时的试验项目内。2.2.1.3对采用不同光源
33、的系统试验要求:灯丝灯泡光源且直接在汽车电压系统下工作的场合:应采用ECER37规定的,额定电压为12V的,相应类型的无色标准灯丝灯泡,在规定的试验光通量下进行配光测量。测量时,灯丝灯泡的端电压应能调整,以达到所规定的试验光通量。气体放电光源:按ECER99规定的标准气体放电光源,经过至少15个循环的老练后再进行配光测量。配光测量结果应进行修正,乘以系数0.7。不可更换的光源且直接在汽车电压系统下工作的场合:所有的测量应按额定电压在6.75V(6V系统、13.5V(12V系统或28.0V(24V系统,或按申请人规定的电压进行。所测配光值应乘以系数0.7。光源可更换或不可更换,且工作电源独立
34、与整车的输入电源,而完全受控于系统的场合,或由专门电源输入光源的场合:按6.75V(6V系统、13.5V(12V系统或28.0V(24V系统输入系统/电源的输入端。必要的话,检测机构可以要求申请人提供测量的专用电源。测量值应乘以系数0.7。2.2.1.4明暗截至线照准要求明暗截止线的定义:光束投射到配光屏幕上,目视感觉到明暗显著变化的分界线。明暗截止线的形状见图6:向左呈平直的“扁平部分”、向右呈向上的“肘肩型部分”。图6明暗截止线的形状Fig.6Shapeofthe“cut-off”line图7局部光形的目视照准Fig.7Visualaimingofapart
37、GB标准的汽车前照灯,为了在保证照明的同时,又不会造成其他道路使用者的眩目,在配光设计上都有一条“明暗截止线”,具体表现为:打开前照灯后,在车辆前方的墙面上清晰地形成上暗下明的光形状,其明暗的分界线就是“明暗截止线”。对于国内的汽车(右行交通,明暗截止线一般左平右翘(左行交通为左翘右平。在前照灯进行配光检测前,都需对明暗截至线进行目视照准,以确定前照灯上下和左右角度基准位置。明暗截至线所处的位置要求,一般也是通过目视进行主观评价。2.2.2AFS系统的配光要求2.2.2.1一般规定每个系统应提供符合相应配光要求的C级(基础近光和一个或多个附加级别的近光;系统可以由每一级别近光内的一个或多个
38、附加模式,和符合近光的前照明功能,和/或其它照明及光信号的功能组成。系统应具备自动切换功能,以便在获得良好道路照明的同时,又不会对驾驶员和道路其他使用者产生眩目。“一般规定”说明:本规定是对AFS系统定义的一个补充,最简单的AFS系统从功能上来说,其必须包括一个C级(基础近光以及一个附加级别,包括(V,E,W级近光,从这点来看目前市场上仅配备弯道照明功能的前照灯并不能算是AFS。2.2.2.2近光的配光要求近光要求照准要求:试验开始之前,将系统设置在中性状态,发射C级(基础近光。系统/车辆的每一侧,至少有一个照明单元提供的中性状态的近光,并按前文的方法进行明暗截止线的照准。各近光模式配光要
43、16注:角度位置的表示:HH线以上用“U”表示;HH线以下用“D”表示;VV线左侧用“L”表示;VV线右侧用“R”表示。图8近光配光要求的角度位置Fig.8Angularpositionsofpassingbeamphotometricrequirements上海交通大学工程硕士学位论文第二章ECER123法规的解读和研究17表4近光配光值要求位置(deg近光级别25m距离上的照度(lx水平距离垂直距离C级V级E级
44、W级No测量点或线段或区间位于/始于止于位于MinMaxMinMaxMinMaxMinMax1B50L4L3.43U0.570.40.40.780.72HV4VH0.70.73BR4R2.5U10.220.110.220.234线段BRR4R8R20U0.5741465线段BLLL8L20U0.570.71116PL7H0.10.17III区(按本附录表3所规定的0.70.71
45、18aS50,S50LL,S50RR5U40.170.170.179aS100,S100LL,S100RR5U20.270.270.271050RR1.72D0.8661175RR1.15D0.571218241250VVD0.866612121350LL3.43D0.864.21594.2159883091425LLL16D1.721.411.441525RRR11D1.721.411.4416线段20及其以下
46、L3.5VD220217线段10及其以下L4.5R2.0D414114114182A部分18Emax3205010502090835802B部分(弯道照明模式:A部分中的第1、2、7、13和18行应由以下所示的数值代替。1B50L4L3.43U0.570.60.60.92HV4VH117III区(按本附录表3所规定的11111350LL3.43D0.862244B部分18Emax612506501290824802
48、号12345678水平方向8L8L8R8R6R1.5RV-V4LC级或V级近光光束的IIIa区垂直方向1U4U4U2U1.5U1.5UH-HH-H水平方向8L8L8R8R6R1.5R0.5L4LW级和E级近光光束的IIIb区垂直方向1U4U4U2U1.5U1.5U0.34U0.34U表6W级近光的附加条款,以25m处的lx表示线段E,F1,F2和F3的定义和要求1不允许超过0.2lx:a线段E位于U10和L20至R20处,b三条垂直方向线段F
49、1、F2和F3分别位于水平位置L10,V和R10处,垂直方向扩展范围均为U10至U60。Emax、线段20和线段10可供选择/附加的一组要求:0A或B部分适用,然而第16、17和18行中最大值代替如下2若按照申请人规定,W级近光设计成在线段20及其下方产生不大于10lx的照度和在线段10及其下方产生不大于4lx的照度,则该光束的Emax设计值不应超过100lx。表7车前上方标志要求:测量点的角位置设计点S50LLS50S50RRS100LLS100S100RR角度位置4U/8L4U/V-
50、V4U/8R2U/4L2U/V-V2U/4R表8E级近光光束的附加要求上述表1中AB部分以及表2所适应的,然而,表1中第1和18行以及表2中的2.2由下述列表代替项目设计表4A或B部分第1行0A或B部分第18行表1NO数据表EB50LEmax,25米处lx明暗截止线Maxmax不高于1E1(车速>100km/h0.6800.34D2E2(车速>90km/h0.5700.45D3E3(车速>80km/h0.4600.57D2.2.2.3远光的配
53、元基准中心前方至少25m,垂直于测角计的测量轴。3配光测试时应适当遮蔽,以避免杂散光反射。4光强测量,规定以25m距离处垂直向测量的照度值。5应避免各照明单元基准中心相对测角计旋转轴的偏移,这一要求特别适用垂直方向和产生明暗截止线的照明单元。采用的照准屏幕可以位于比接受器更短的距离上。6对本标准规定的照明功能或模式的每个测量点(角度坐标位置进行测量时,应对适用该照明功能或模式的所有照明单元分别进行测量,取值为测量值总和的50%。7以上要求用于单侧系统的场合时(如B50L和50V的单侧要求,系数50%不适用。8对系统的照明单元应逐一进行测量;但是,对一个安装单元的二个或二个以上
55、查光分布是否足够均匀,是否产生眩目。如果检查结果无法确定,在按相应的配光要求进行试验。“配光要求及相应试验方法”的说明:和传统的前照灯一样,AFS系统也必须进行配光试验,以保证其在空间的光分布既能满足照明要求,又能保证安全性。和传统前照灯配光检测方式所不同的是,传统前照灯的左灯和右灯分别作为独立的单元进行检测和考核,左灯或右灯的测试结果分别和标准要求对照以确认合格与否;而AFS系统前照灯的左灯和右灯虽然也进行分开的检测,但其结果是综合考核的,对于法规要求的检测位置,左灯和右灯的检测结果可以相加后除以2后再以标准要求对其考核。对于AFS系统的远光,虽然和近光一样采用了左右灯配光值相加乘以50%的