谭功伟+武华堂+陈萍+王丹+让松
摘 要：针对汽车弯道照明的现状，讨论了整车和零部件的测试标准，建立了整车试验的数学模型，提出了在屏幕上进行整车弯道照明试验，取得了近光转动限值和实际转动角度的计算公式，总结了灯具配光性能的试验方法。采用样车试验结果对屏幕法进行验证，结果表明该方法简单有效，可作为检测机构的试验方法和主机厂评价的手段，同时分析了各种弯道照明模式的特点，从而为国内汽车弯道照明的设计提供帮助。
关键词：弯道照明；模式； 配光性能； 明暗截止线； 屏幕
中图分类号：U270.1+4 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2017）03-0074-06
Research on Test Method of Bend Lighting Based on Screen Measure
TAN Gong-wei， WU Hua-tang， CHEN Ping， WANG Dan， RANG Song
（ National Automobile Quality Supervision Test Center （Xiangyang）， Xiangyang441004， China ）
Abstract： Based on the situation of bend lighting， the test standards of the vehicle and parts are discussed， found the mathematical model of the vehicle test， and puts forward the method of vehicle test with screen， obtain calculation formula of limit value and rotation Angle of practical， Summarizes the test method of photometric characteristics for lamps. Using the test results of the sample vehicle on the screen for validation， the results show that the screen method is simple and effective， can be used as evaluation means and test method for manufacturer， At the same time analyzed the characteristics of various kinds of bend lighting mode， thus it offers help for bend lighting design in China.
Key Words： Bend lighting； Mode； Photometric characteristics； Cut-off line； Screen
前 言
當夜间汽车在弯道上行驶时，常常会在弯道内侧出现照明“盲区”，这种现象极大地影响了夜间的行车安全。随着电子电气技术的发展，汽车灯具越来越智能化，汽车弯道照明便应运而生，这一难题也就迎刃而解。弯道照明系统一般由车速传感器、方向盘角度传感器、电子控制单元（ECU）、驱动电机、前照灯等组成，通过CAN总线进行数据传输。当夜间弯道行车时，弯道照明功能能够根据车速大小以及方向盘转向角度的大小等信息，自动调整近光光束的照射方向，使之自动转向弯道内侧，或者通过点亮附加光源的方法，提高弯道内侧的光照度，减少照明“盲区”，确保在弯道行车时的高能见度。如图1所示为普通照明效果，由于弯道“盲区”的存在，驾驶员很难发现路边的动物，当开启弯道照明后，视野便得到了很大的改善，如图2所示路边的动物清晰可见。
1 弯道照明的模式
随着弯道照明技术的发展和对成本的控制，从最初在D级车和C级车上使用，已经过渡到B级车并开始应用在A级车上，目前实现弯道照明有三种模式。
1.1 旋转近光光束或水平移动明暗截止线转折处。
本模式为一种动态的弯道照明，车载行车电脑根据实时车速、方向盘角度等多方面信息，通过电机驱动光源、反光镜和透镜等组件，使近光灯光束往弯道内侧方向转动，如图3所示。由于大多数情况下转动的角度非常小，因此需要一套非常精密的传动控制机构，其设计、制造和维护成本都比较高。
1.2 移动前照灯的一个或多个光学部件，而明暗截止线转折处在水平方向保持不动。
本模式与前一模式有点类似，但由于明暗截止线保持不动，因而视觉感不强，故较少采用。
1.3 增加一个光源，而明暗截止线转折处在水平方向保持不动。
该附加光源一般位于主近光的外侧，如图4所示。本模式属于一种静态的弯道照明，设计上只需匹配好附加光源反光镜的角度和点亮时机，不需要改变原来近光灯的结构，在不改变原来近光灯照射范围的基础上把弯内盲区也照亮，其设计、制造和维护成本都相对较低。
综上所述，弯道照明为一种在弯道提供增强照明的照明功能，其实现载体为汽车前照灯。
2 标准要求及试验方法
弯道照明在提高弯道内侧方向照明的同时，还要考虑车辆前方的照明，并确保在提高本方驾驶员照明视野的同时不对对面来车驾驶员产生眩目，因此国标和ECE标准从整车上光束的移动位置和灯具的配光性能等方面都对弯道照明做了要求。
2.1 整车的标准要求及试验方法
欧标ECE R48/06和国标GB 4785-2007《汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定》对整车弯道照明的要求相同，故本文只介绍国标的内容。GB 4785-2007第4.3.2.7条：为了形成弯道照明，可以改变一只或两只近光灯的水平方向，但是当移动整个光束或明暗截止线弯曲肘部时，明暗截止线弯曲肘部不得与离车辆前面的距离为相应近光灯安装高度100倍的车辆重心轨迹相交；第4.3.2.8条：为了形成弯道照明，可以再打开一个位于近光灯中的或者与相应近光灯组合或混合的灯具（除远光灯外）中的光源，但是车辆重心轨迹曲率水平半径应不大于500m。
GB 4785-2007第4.3.2.8条在整车上其实只是电路连接上的要求，当在近光灯开启的状态下，车辆向左或向右转弯时，只要能相应地打开向左或向右的附加光源即可，但当车辆的转弯半径增大至500 m时该附加光源不能被开启，本条在整车上很容易验证。
根据GB 4785-2007第4.3.2.7条，当弯道照明通过移动整个光束或明暗截止线弯曲肘部时，光束允许的移动量与近光灯的安装高度和车辆重心轨迹有关，建立的数学模型如下图5所示：
从图5可以推导出，标准规定的近光光束旋转角度极限可以通过公式（1）计算：
式中，α为车辆重心轨迹与100H相交时的角度（°）；H为近光灯的安装高度（m）；R为车辆转向半径（m）； 为弧度转换成角度的系数。
车辆的转向半径与转向轮的转角以及车辆的轴距、轮距等有关。转向轮的转角越大，转向半径就越小；轴距、轮距越大，转向半径就越大。因为轮胎与地面的相互作用以及轮胎本身的变形、转向产生的离心力等的影响，车辆平稳行驶的转向半径会随着车速的变化而发生变化，同一辆车即使转向轮转角相同其转向半径也会随车速的提高而增加。公式（1）得出的角度α值为标准规定的光束转动最大临界值，超过该值便会对对面来车驾驶员造成眩目，严重影响行车安全，考虑到要兼顾车辆前方的照明和安全性，实际上整车厂设计的弯道照明的旋转角度都远小于该值。
由于车辆在弯道上行驶时很难在路面上对移动中的光束进行追踪测量，因此只能在试验室对弯道照明进行模拟试验。方法如下：将试验车辆停放在足够大的水平暗室内，方向盘转角处于零位，齿轮变速箱处于空档位置，松开驻车制动器；在近光灯基准中心前10m处放置一块白色垂直屏幕，该屏幕与车辆纵向对称平面垂直，屏幕宽8m高1.5m，在屏幕中间位置标出一条从上到下的中心线，尽量使车辆纵向对称平面位于屏幕中心线上；测试过程中车辆挂空档保持静止，将发动机启动并打开近光灯，将中性状态下（弯道照明功能未被激活，下同）左右近光光束在屏幕上的明暗截止线拐点位置标记出来，通过厂家提供的控制软件向车载行车电脑输入每组车速和方向盘转角信号，激活弯道照明功能后，在屏幕上用最小刻度为1mm的10m钢卷尺测量每个状态下左右近光灯光束明暗截止线拐点水平方向的移动量。近光光束实际的旋转角度可通过公式（2）计算：
式中，θ为近光光束的旋转角度（°）；X为屏幕上光束明暗截止线拐点的水平移动量（mm）；L为屏幕到近光灯基准中心的距离10000（mm）； 为弧度转换成角度的系数。该方法我们称之为屏幕法。
2.2 零部件的标准要求及试验方法
欧标ECE R112、R98、R123和国标GB 4599-2007《汽车用灯丝灯泡前照灯》、GB 25991-2010《汽车用LED前照灯》、GB 21259-2007《汽车用气体放电光源前照灯》、GB/T 30036-2013《汽车用自适应前照明系统》等标准的配光性能都对弯道照明灯具提出了同样的要求：如设计成提供弯道照明光束的前照灯，在中性状态下进行配光性能测试后，还应对弯道照明功能进行配光性能测试，其结果均应符合标准要求。配光性能试验可全部在灯具配光转台上进行。
当弯道照明光束通过旋转近光光束或水平移动明暗截止线转折处的方法获得时，测量应在前照灯总成完成水平重新照准后进行。具体试验方法为：中性状态配光性能测试完后，利用厂家提供的控制器将弯道照明功能激活并使近光光束调整到向右或向左的极限位置，该极限位置对应车辆在这两个方向上的最大旋转角度的弯道照明，然后通过反方向水平调整配光转台重新照准后再进行配光性能测试，向右和向左的弯道照明功能均要进行测量，如图6所示：
当弯道照明光束通过移动前照灯的一个或多个光学部件，而明暗截止线转折处在水平方向保持不动的方法获得时，配光性能测量应在这些光学部件位于极端操作位置时进行。具体试验方法为：中性状态配光性能测试完毕后，将光学部件移动至向右或向左的极限位置再进行配光性能测试，此时不再重新照准，向右和向左的弯道照明功能要分别测试，如图7所示。
当弯道照明光束通过增加一个光源，而明暗截止线转折处在水平方向保持不动的方法获得时，测量应在该光源点亮时进行。具体试验方法为：中性状态配光性能测试完毕后，将附加光源打开后再进行配光性能测试，此时不再重新照准，如图8所示：
由于灯具的弯道照明配光性能试验只需要使用控制器激活彎道照明功能就可以在配光转台上完成测试，因此本文不再采用试验结果进行验证。
3 样车试验结果解析
某轿车通过屏幕法测量的整车弯道照明试验结果见表1和表2。
通过分析试验结果可知该车的弯道照明控制方法如下：当车速很低或方向盘转角很小时，该车的弯道照明不启动；同一车速下方向盘转角越大车辆的转向半径就越小，光束的旋转角度就越大，但光束旋转角度增加到某个设定值后便不再随转向半径的减小而继续增加；同时相同工况下该车左右两侧近光灯的旋转角度并不相同，表现为弯道内侧近光灯的光束旋转角度大，弯道外侧近光灯的光束旋转角度小，并且外侧灯的旋转角度正好是内侧灯的一半，这样设计的优点是在提高弯道内侧照明的同时，还能确保弯道前方也有良好的照明；同样是40km/h的车速、51°的方向盘转角和72m的转向半径，往左转和往右转时近光灯的旋转角度并不相同；考虑到左转弯时对道路正面来车驾驶员的眩目控制，所以左转弯模式下的控制点和采样点更多。可见该车的弯道照明控制非常精细，是一种非常智能化的弯道照明模式，但设计复杂制造维护成本高是这种模式的最大劣势。
从该样车的试验结果分析，屏幕法获得的整车弯道照明光束旋转角度的测量值与设计值的偏差都很小，这验证了屏幕法不仅操作简明扼要而且试验数据准确，充分说明该方法简单有效，目前该试验方法已经获得国内外行业专家的认可。
4 弯道照明方式的选择
在平时的试验工作中发现，绝大多数车辆的弯道照明方式并没有上面案例中的样车那么复杂，而是相对简单，其近光的旋转角度一般只与车辆的转向半径有关，并没有和车速建立紧密的联系，比如同样在转弯半径为150m的弯道上40km/h和60km/h的车速下近光的旋转角度相同；也有很多车并没有考虑左转弯和右转弯的区别；有些车辆的弯道照明开启时弯道内外侧光束的旋转角度是相同的；有些车辆的弯道照明开启时只有弯道内侧灯的光束移动而弯道外侧灯的光束保持静止；有些车辆的弯道照明通过开启弯道内侧的附加光源来实现；也有些车辆设计成在旋转近光光束的同时还点亮弯道内侧的附加光源，通过组合方式来实现弯道照明。
这都是一些实用的弯道照明方式，各种方式的弯道照明在设计、制造和维护上难度相差很大，实现成本也有很大的差别，要根据整车的市场定位来选择合适的弯道照明控制方法，做到提升品质和考虑成本两者兼顾，才能让整车受到更多消费者的青睐。
5 结束语
汽车弯道照明对提高行车安全和驾驶员的舒适感有很大的帮助，对提升整车的科技感也有很好的视觉效果，随着弯道照明的大量应用，必须从灯具的配光性能和整车试验这两方面来保证实际照明质量，从而确保既改善了本方照明的同时又不影响其他道路使用者，本文通过建立数学模型、推导计算公式和研究屏幕測试方法为整车弯道照明提供了一种简单有效的试验方法。
参考文献：
[1]GB 4599-2007《汽车用灯丝灯泡前照灯》.
[2]GB 21259-2007《汽车用气体放电光源前照灯》.
[3]GB 25991-2010《汽车用LED前照灯》.
[4]GB 4785-2007《汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定》.
[5]GB/T 30036-2013《汽车用自适应前照明系统》.
[6]ECE R48/06. Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the installation of lighting and light-signalling devices.
[7]ECE R98. Uniform provisions concerning the approval of motor vehicle headlamps equipped with gas-discharge light sources.
[8]ECE R112. Uniform provisions concerning the approval of motor vehicle headlamps emitting an asymmetrical passing-beam or a driving-beam or both and equipped with filament lamps and/or light-emitting diode （LED） modules.
[9]ECE R123. Uniform provisions concerning the approval of adaptive front lighting systems （afs） for motor vehicles.
