技術(shù)文章 |前照燈清潔程度對(duì)雜散光和眩光的影響研究——真實(shí)駕駛條件下的系列測(cè)試

1、前言

為什么潔凈的前照燈對(duì)于交通安全至關(guān)重要？有兩個(gè)主要原因：有灰塵的前照燈會(huì)減小駕駛員的視野范圍，會(huì)對(duì)其他的道路使用者造成眩光。因此，歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（ECE）汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中對(duì)前照燈清潔系統(tǒng)進(jìn)行了規(guī)定。但是，這個(gè)法規(guī)僅適用于“安裝有光源或者LED模組的，并且總目標(biāo)光通量大于2000lm的近光燈”。

近年來(lái)，LED大燈的市場(chǎng)份額不斷增大。由于汽車(chē)內(nèi)部空間有限，并且汽車(chē)制造商為了通過(guò)減少汽車(chē)總重量來(lái)提高能源利用率，以及降低汽車(chē)制造成本，往往會(huì)省略前照燈清潔系統(tǒng)。

為了研究灰塵對(duì)前照燈雜散光的影響，以及對(duì)其他道路使用者可能造成的眩光危害，我們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)于交通事故的改善具有積極意義。

2、實(shí)驗(yàn)方法

A.實(shí)驗(yàn)步驟

在德國(guó)南部、奧地利、瑞士和意大利分別駕駛?cè)v采用不用前照燈技術(shù)的汽車(chē)（汽車(chē)V1-V3），如表2所示。每輛車(chē)的行駛總距離超過(guò)1200公里。為了滿(mǎn)足中歐車(chē)輛行駛路況的普遍性，我們根據(jù)現(xiàn)實(shí)的道路情況和天氣情況進(jìn)行了行駛路線(xiàn)的選擇。

為了保證駕駛員與其他道路使用者的安全性，我們的實(shí)驗(yàn)均在白天進(jìn)行。在黃昏時(shí)進(jìn)行照度分布的測(cè)量。

B.駕駛路線(xiàn)及天氣情況

總的駕駛路線(xiàn)分為4部分，分4天進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

表1 駕駛路線(xiàn)

駕駛路線(xiàn)	實(shí)驗(yàn)設(shè)置
	測(cè)試時(shí)間	駕駛路程	道路類(lèi)型	天氣
1	第一天、第二天	750km	城市道路、鄉(xiāng)村道路	晴天伴有陣雨天氣
2	第三天	358km	鄉(xiāng)村道路、盤(pán)山公路	陰雨天氣
3	第三天	2km	隧道	雨后，道路濕潤(rùn)，所有灰塵沖刷到路面上
4	第四天	145km	海拔高于2745m的冰凍區(qū)盤(pán)山公路	雨雪天氣，含鹽路面

我們分別在德國(guó)、奧地利、瑞士和意大利進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為4天，路程總計(jì)1255km，駕駛總路線(xiàn)如下圖1所示。

圖1 駕駛路線(xiàn)示意圖

C.實(shí)驗(yàn)汽車(chē)和前照燈

三輛實(shí)驗(yàn)車(chē)輛的設(shè)置如下表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)前照燈系統(tǒng)設(shè)置

前照燈性能	實(shí)驗(yàn)汽車(chē)
	汽車(chē) V1	汽車(chē) V2	汽車(chē) V3
光源	鹵鎢燈	HID	LED
光學(xué)特性	反射系統(tǒng)	投影系統(tǒng)	投影系統(tǒng) (近光燈) 反射系統(tǒng) (遠(yuǎn)光燈)
自適應(yīng)前照燈系統(tǒng) (AFS)	-	滑行范圍 (水平截止線(xiàn))	具有垂直截止線(xiàn)的防眩光遠(yuǎn)光燈
前照燈清潔裝置 (HCD)	√	√	√
里程/km	~5000	~60000	~10000

三輛汽車(chē)均安裝了前照燈清潔裝置。此外，所有的前照燈均根據(jù)ECE法規(guī)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)置。為了確定為期4天的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中前照燈累積的塵土總量，右側(cè)前照燈未使用清潔裝置。

D.照度測(cè)試

1）光度計(jì)陣列

通過(guò)光度計(jì)測(cè)試前照燈中的灰塵是否對(duì)其照度分布造成嚴(yán)重影響。光度計(jì)陣列由8個(gè)探測(cè)器組成，每個(gè)探測(cè)器均垂直安裝。探測(cè)器的設(shè)置如下表3所示。

表3 光度計(jì)陣列設(shè)置

探測(cè)器編號(hào)	探測(cè)器
	安裝高度（cm）	相對(duì)距離（cm）
1	60	20
2	80	20
3	100	10
4	110	10
5	120	10
6	130	20
7	150	20
8	170	-

2）測(cè)試設(shè)置

光度計(jì)陣列安裝在一個(gè)滑軌系統(tǒng)的小型可移動(dòng)平臺(tái)上，如下圖2所示。

圖2 照度測(cè)試步驟

將每輛實(shí)驗(yàn)汽車(chē)定位在距軌道系統(tǒng)19m距離的矩形范圍內(nèi)。在水平方向上，8個(gè)探測(cè)器每隔10cm進(jìn)行一次測(cè)試。

3）測(cè)試過(guò)程

在每個(gè)行駛路段結(jié)束之后，對(duì)前照燈的光分布進(jìn)行測(cè)試。我們對(duì)每個(gè)前照燈的落塵程度和光照情況進(jìn)行了測(cè)試，總共記錄了8×35個(gè)照度數(shù)據(jù)。測(cè)試方式如下表4所示。

表4 汽車(chē)V3的測(cè)試方式

序號(hào)	描述
	位置	性能	燈光功能
1	左	落灰	近光燈
2	左	落灰	防眩遠(yuǎn)光燈
3	左	HCD清潔	近光燈
4	左	HCD清潔	防眩遠(yuǎn)光燈
5*	左	手動(dòng)清潔	近光燈
6*	左	手動(dòng)清潔	防眩遠(yuǎn)光燈
7	右	落灰	近光燈
8	右	落灰	防眩遠(yuǎn)光燈
9*	右	HCD清潔	近光燈
10*	右	HCD清潔	防眩遠(yuǎn)光燈
11*	右	手動(dòng)清潔	近光燈
12*	右	手動(dòng)清潔	防眩遠(yuǎn)光燈
* 僅在第4天進(jìn)行測(cè)試

由于當(dāng)附近有其他道路使用者時(shí)不應(yīng)使用遠(yuǎn)光燈，汽車(chē)V1和V2僅測(cè)試塵土對(duì)近光燈照度的影響。為了不影響下一次的測(cè)試，每次測(cè)試完成之后車(chē)燈應(yīng)關(guān)閉10分鐘。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

我們選擇了第4天，第5個(gè)探測(cè)器對(duì)汽車(chē)左側(cè)前照燈的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。

汽車(chē)V1左側(cè)近光燈第4天的照度值如下圖3所示，該照度是距離地面120cm的探測(cè)器5的測(cè)量結(jié)果。有塵土的前照燈的照度和由此產(chǎn)生的雜散光平均值比手動(dòng)清潔的前照燈高15.1％。使用HCD后，此值減小9.9％，相當(dāng)于HCD的效率η= 34.33％。這意味著前照燈清潔裝置將有灰塵的前照燈的雜散光水平降低到65.7％。

汽車(chē)V2的測(cè)試結(jié)果如下圖4所示，照度水平較高的原因可能是光源的光通量較大，也可能是行駛路程較長(zhǎng)，灰塵累積較多，車(chē)燈表面粗超度較高。手動(dòng)清潔的前照燈照度降低了。盡管為車(chē)燈提供了足夠的干燥時(shí)間，但使用HCD后的照度，相對(duì)于手動(dòng)清潔還是有所增大。