汽車牌照燈產(chǎn)品的配光設(shè)計(jì)與測(cè)量

徐興榮，邢志剛

(江蘇文光車輛附件有限公司，江蘇丹陽(yáng) 212325)

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)各主機(jī)廠家，特別是客車等商用車廠家對(duì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)符合性的把控越來(lái)越嚴(yán)，其生產(chǎn)車型所使用的牌照燈[1-3]是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，是一個(gè)咨詢較為頻繁的問(wèn)題。目前，牌照燈所對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18408—2015《汽車及掛車后牌照板照明裝置配光性能》是對(duì)“后牌照板”及其“照明裝置”整個(gè)系統(tǒng)的要求，而不是對(duì)單獨(dú)的某個(gè)牌照燈的要求，而我國(guó)許多的商用車企業(yè)，往往會(huì)隨便借用一款已經(jīng)認(rèn)證、具有認(rèn)證標(biāo)志的牌照燈產(chǎn)品，按自己的需求裝配到車輛上，就認(rèn)為其符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，是為合格的后牌照板照明裝置。

本文作者將簡(jiǎn)單介紹一些安裝、配光方面的標(biāo)準(zhǔn)要求，以及牌照燈產(chǎn)品設(shè)計(jì)重點(diǎn)、測(cè)試和判定方面的知識(shí)。

1 牌照板及牌照燈安裝方面的要求

因?yàn)槊總€(gè)國(guó)家和地區(qū)的要求不同，以及牌照板運(yùn)用需求的不同，接觸的牌照板，會(huì)體現(xiàn)出不同的空間尺寸和形式狀態(tài)；同時(shí)，因?yàn)楦鲝S家的后牌照板區(qū)域造型和定義不同，牌照燈的安裝位置和格式也有所不同，在牌照燈的選用和設(shè)計(jì)方面，應(yīng)作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮。

1.1 不同的后牌照板空間

根據(jù)不同車輛需求，GB 18048—2015[1]里提到了3種不同規(guī)格牌照板：

A、440 mm×140 mm(1類)

B、440 mm×220 mm(2類)

C、300 mm×165 mm(3類)

然而，不同的國(guó)家和地區(qū)，其使用的牌照板規(guī)格也不盡相同，例如，ECE R4[4]標(biāo)準(zhǔn)里規(guī)定的3種不同規(guī)格牌照板，其尺寸就與GB 18048—2015不同：

A、340 mm×240 mm(1a類，tall)

B、520 mm×120 mm(1b類，wide)

C、240 mm×165 mm

同樣，在印度標(biāo)準(zhǔn)AIS 012[5]里，規(guī)定了兩種不同規(guī)格的牌照板：

A、340 mm×200 mm

B、500 mm×120 mm

在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)SAE J587 Revised ARP97[6]，又規(guī)定了兩種不同規(guī)格的牌照板：

A、300 mm×150 mm

B、175 mm×100 mm

1.2 牌照燈安裝位置及照明要求

在牌照燈安裝方面，一般有兩種形式：(1)在牌照板的上方裝配，燈具向下照射;(2)牌照板的兩端裝配，燈具向內(nèi)照射，如圖1所示。

圖1 常見(jiàn)牌照燈安裝方式示意

然而對(duì)于以上所涉及的標(biāo)準(zhǔn)中，都規(guī)定了如下相同的要求：

(1)裝置的安裝應(yīng)使照明區(qū)域任意位置上的光入射角[7]不大于82°，入射角從照明裝置至距離牌照板最遠(yuǎn)的極端位置進(jìn)行測(cè)量。若照明裝置多于一個(gè)，則該條僅適用于由相關(guān)裝置照明的那一部分。

(2)任一測(cè)量點(diǎn)的光亮度B應(yīng)不小于2.5 cd/m2。

(3)照明區(qū)域的光亮度應(yīng)均勻，任意兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的光亮度還需滿足下述要求：

|(B1-B2)|/(L1-2)≤2B0

式中：B1、B2分別為任意兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的光亮度，cd/m2；

L1-2為B1與B2之間的距離，cm；

B0為諸測(cè)量點(diǎn)中的最小光亮度，cd/m2。

對(duì)于牌照板照明亮度及均勻性的檢測(cè)，各測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，一般以一定的分布間距，選取了部分測(cè)點(diǎn)用于判斷和計(jì)算，以GB 18048—2015中1類牌照板為例，則規(guī)定了P1—P12共12個(gè)測(cè)試點(diǎn)，其1類牌照板及測(cè)試點(diǎn)分布如圖2所示。

圖2 GB 18048—2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的1類牌照板及其測(cè)試點(diǎn)

2 牌照燈配光設(shè)計(jì)及校核

牌照燈的配光設(shè)計(jì)一般包括兩個(gè)部分，一個(gè)是按照標(biāo)準(zhǔn)要求，校核牌照板的最大入射角，檢驗(yàn)其是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求(不大于82°)，一個(gè)是配光設(shè)計(jì)，使牌照板接收的光纜亮度足夠，并滿足均勻性要求(梯度不大于2B0)。

2.1 空間位置要求模擬分析

后牌照板照明空間與使用的牌照燈，是一個(gè)整體的照明系統(tǒng)，需要統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行分析，來(lái)確認(rèn)牌照燈選用和安裝的正確性，而不能單獨(dú)地對(duì)牌照燈進(jìn)行判定，直接判定其是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

首先，必須驗(yàn)證一下牌照燈裝配位置與后牌照板照明空間的關(guān)系，是否滿足最大光入射角不大于82°的要求，如圖3所示，牌照板為國(guó)標(biāo)1類牌照板,空間大小為440 mm×140 mm，使用W5W燈泡[8]，燈罩材料透明PMMA，燈殼材料不反射，兩只牌照燈同向安裝在牌照板空間的前上方，因考慮與ECE標(biāo)準(zhǔn)1b類牌照板通用的需求,安裝中心矩定義為260 mm。經(jīng)測(cè)量，牌照燈安裝位置的最大光入射角為80.65°(空間判定，牌照板下邊緣中心點(diǎn)相對(duì)于單側(cè)燈具的入射角最大)，滿足標(biāo)準(zhǔn)不大于82°的要求。

圖3 牌照燈及牌照板位置的布置

2.2 牌照燈的配光設(shè)計(jì)

牌照板照明所需要的光通量并不是太高，如果為燈泡，一般使用R5W、T4W、W5W、W3W、C5W等小功率光源;如果為L(zhǎng)ED，其總光通量為30 lm以上即可。在設(shè)計(jì)舉例中，每只牌照燈使用一只W5W燈泡光源。

設(shè)計(jì)舉例中，牌照燈后殼為黑色，不起反射作用；燈罩為無(wú)色透明的PMMA，設(shè)計(jì)有散射花紋，使燈泡發(fā)出的光，盡量集中并均勻地照射在參考的牌照板相應(yīng)位置上。

在配光設(shè)計(jì)時(shí)，一般需考慮兩個(gè)問(wèn)題：(1)燈具周邊吸收光的區(qū)域，不要遮擋燈光對(duì)牌照板上方左右角的照射;(2)使燈光盡量均勻，避免燈具附近很亮，而偏遠(yuǎn)區(qū)域很暗的現(xiàn)象。

如果因?yàn)檐囕v造型要求，車輛只用一只較短的牌照燈，或者兩只牌照燈安裝位置(中心距)較近時(shí)，需要設(shè)計(jì)特殊的配光結(jié)構(gòu)，將牌照板上方左右角照亮，如圖4所示[9]。

圖4 一種增加牌照燈左右擴(kuò)散角的配光設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

2.3 牌照燈配光模擬分析

在配光設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成后，需要進(jìn)行配光模擬分析。在配光分析軟件 LUCIDSHAPE里，具有專門為牌照板配光分析設(shè)置的屏幕設(shè)定，將數(shù)據(jù)按照與牌照板中心相對(duì)位置調(diào)入后，分別設(shè)定其反射率、折射率和透過(guò)率等參數(shù)，并調(diào)取分析用的牌照板進(jìn)行分析，其模擬結(jié)果如圖5所示。

圖5 某后牌照板空間接收燈光的照度分布

從以上模擬結(jié)果可見(jiàn)，牌照板在光源附近的上邊緣區(qū)域亮度較高，在其下邊緣區(qū)域亮度較低，成梯度性下降；牌照板上邊緣兩牌照燈交界處，因牌照燈黑色殼體的遮擋，亮度相對(duì)最低。以上圖片表現(xiàn)，與實(shí)際裝車狀況照片較為吻合。

調(diào)用軟件內(nèi)置的模擬測(cè)點(diǎn)報(bào)告程序，生成模擬報(bào)告如圖6所示。圖6中顯示，所有測(cè)點(diǎn)亮度都大于2.5 cd/m2，點(diǎn)P10亮度最低，為B0值；各測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行梯度比照，P2和P3之間為最大梯度，不大于B0值的2倍，判定合格。

圖6 某后牌照板空間接收燈光的模擬報(bào)告

3 牌照燈認(rèn)證資料的提供

牌照燈及后牌照板照明裝置需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證，一般在牌照燈上獨(dú)立進(jìn)行。在產(chǎn)品認(rèn)證之前，除了須提供足夠的樣品之外，還需準(zhǔn)備相關(guān)的文件資料，一般包括產(chǎn)品相關(guān)信息表、產(chǎn)品簡(jiǎn)易裝車示意圖等，如果有可能，應(yīng)盡量提供裝燈的工裝，以便模擬產(chǎn)品實(shí)際的裝車狀態(tài)。

如圖7所示，尺寸E和F表明了所對(duì)應(yīng)牌照板的尺寸；尺寸A是燈具對(duì)稱于牌照板中心的安裝中心距；尺寸B和尺寸C，是燈具相對(duì)于牌照板的相對(duì)安裝位置，角度D，是燈罩表面相對(duì)于牌照板的安裝角度。以上尺寸缺一不可，否則無(wú)法明確定義牌照燈與牌照板的相對(duì)位置，難以判斷該后牌照板照明裝置合格與否。

圖7 后牌照燈安裝位置、角度示意圖

4 牌照燈測(cè)試及判斷

牌照燈在認(rèn)證之前，企業(yè)也應(yīng)該做自我測(cè)試，其測(cè)試及判斷方式一般如圖8和圖9所示。

圖8 牌照燈測(cè)試工裝及測(cè)試設(shè)備

圖9 牌照燈測(cè)試結(jié)果及判斷

如圖8所示，測(cè)試設(shè)備包括穩(wěn)壓電源、亮度探頭及讀數(shù)設(shè)備、具有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試孔位的支架及漫反射牌照板、模擬裝車位置的燈具測(cè)試工裝等。在暗室里測(cè)試，記錄點(diǎn)P1—P12的讀數(shù)，填入預(yù)先編制好的表格中，如圖9所示。

從圖9可以看出，所有測(cè)點(diǎn)值都大于2.5 cd/m2，點(diǎn)P9亮度最低，為測(cè)試的B0值；在表格中相鄰測(cè)點(diǎn)進(jìn)行比照，P5和P10之間為最大梯度，不大于B0值的2倍，判定合格。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)牌照板照明裝置的配光是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，與兩個(gè)方面有關(guān)：(1)燈具的裝配位置是否考慮了標(biāo)準(zhǔn)的要求，其安裝位置、裝配角度定義是否合理，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)校核；(2)牌照燈設(shè)計(jì)是否考慮了對(duì)應(yīng)牌照板的要求，將光線作了合理的配光設(shè)計(jì)處理，使牌照板接收光線亮度足夠，并且分布較為均勻。

牌照燈的認(rèn)證和檢驗(yàn)，也需要對(duì)以上兩方面進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，需要提供明確的裝配位置示意圖紙，最好能夠制作實(shí)際的試驗(yàn)檢測(cè)工裝，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定和數(shù)據(jù)計(jì)算，判斷產(chǎn)品是否合格，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。