技術(shù)文章 |前照燈清潔程度對雜散光和眩光的影響研究——真實駕駛條件下的系列測試
發(fā)布時間：2020-04-22
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1、前言
為什么潔凈的前照燈對于交通安全至關(guān)重要？有兩個主要原因：有灰塵的前照燈會減小駕駛員的視野范圍，會對其他的道路使用者造成眩光。因此，歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）汽車標準法規(guī)中對前照燈清潔系統(tǒng)進行了規(guī)定。但是，這個法規(guī)僅適用于“安裝有光源或者LED模組的，并且總目標光通量大于2000lm的近光燈”。
近年來，LED大燈的市場份額不斷增大。由于汽車內(nèi)部空間有限，并且汽車制造商為了通過減少汽車總重量來提高能源利用率，以及降低汽車制造成本，往往會省略前照燈清潔系統(tǒng)。
為了研究灰塵對前照燈雜散光的影響，以及對其他道路使用者可能造成的眩光危害，我們進行了一系列的實驗。這個實驗對于交通事故的改善具有積極意義。
2、實驗方法
A.實驗步驟
在德國南部、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（汽車V1-V3），如表2所示。每輛車的行駛總距離超過1200公里。為了滿足中歐車輛行駛路況的普遍性，我們根據(jù)現(xiàn)實的道路情況和天氣情況進行了行駛路線的選擇。
為了保證駕駛員與其他道路使用者的安全性，我們的實驗均在白天進行。在黃昏時進行照度分布的測量。
B.駕駛路線及天氣情況
總的駕駛路線分為4部分，分4天進行實驗。
表1 駕駛路線
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駕駛路線 |
實驗設(shè)置 |
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測試時間 |
駕駛路程 |
道路類型 |
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、盤山公路 |
陰雨天氣 |
|
3 |
第三天 |
2km |
隧道 |
雨后，道路濕潤，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)盤山公路 |
雨雪天氣，含鹽路面 |
我們分別在德國、奧地利、瑞士和意大利進行了實驗，實驗時間為4天，路程總計1255km，駕駛總路線如下圖1所示。
圖1 駕駛路線示意圖
C.實驗汽車和前照燈
三輛實驗車輛的設(shè)置如下表2所示。
表2 實驗前照燈系統(tǒng)設(shè)置
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前照燈性能 |
實驗汽車 |
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汽車 V1 |
汽車 V2 |
汽車 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) (遠光燈) |
|
自適應(yīng)前照燈系統(tǒng) (AFS) |
- |
滑行范圍 (水平截止線) |
具有垂直截止線的防眩光遠光燈 |
|
前照燈清潔裝置 (HCD) |
√ |
√ |
√ |
|
里程/km |
~5000 |
~60000 |
~10000 |
三輛汽車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)定進行設(shè)置。為了確定為期4天的實驗過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.照度測試
1）光度計陣列
通過光度計測試前照燈中的灰塵是否對其照度分布造成嚴重影響。光度計陣列由8個探測器組成，每個探測器均垂直安裝。探測器的設(shè)置如下表3所示。
表3 光度計陣列設(shè)置
|
探測器編號 |
探測器 |
|
|
安裝高度（cm） |
相對距離（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）測試設(shè)置
光度計陣列安裝在一個滑軌系統(tǒng)的小型可移動平臺上，如下圖2所示。
圖2 照度測試步驟
將每輛實驗汽車定位在距軌道系統(tǒng)19m距離的矩形范圍內(nèi)。在水平方向上，8個探測器每隔10cm進行一次測試。
3）測試過程
在每個行駛路段結(jié)束之后，對前照燈的光分布進行測試。我們對每個前照燈的落塵程度和光照情況進行了測試，總共記錄了8×35個照度數(shù)據(jù)。測試方式如下表4所示。
表4 汽車V3的測試方式
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序號 |
描述 |
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|
位置 |
性能 |
燈光功能 |
|
|
1 |
左 |
落灰 |
近光燈 |
|
2 |
左 |
落灰 |
防眩遠光燈 |
|
3 |
左 |
HCD清潔 |
近光燈 |
|
4 |
左 |
HCD清潔 |
防眩遠光燈 |
|
5* |
左 |
手動清潔 |
近光燈 |
|
6* |
左 |
手動清潔 |
防眩遠光燈 |
|
7 |
右 |
落灰 |
近光燈 |
|
8 |
右 |
落灰 |
防眩遠光燈 |
|
9* |
右 |
HCD清潔 |
近光燈 |
|
10* |
右 |
HCD清潔 |
防眩遠光燈 |
|
11* |
右 |
手動清潔 |
近光燈 |
|
12* |
右 |
手動清潔 |
防眩遠光燈 |
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* 僅在第4天進行測試 |
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由于當(dāng)附近有其他道路使用者時不應(yīng)使用遠光燈，汽車V1和V2僅測試塵土對近光燈照度的影響。為了不影響下一次的測試，每次測試完成之后車燈應(yīng)關(guān)閉10分鐘。
3、實驗結(jié)果
我們選擇了第4天，第5個探測器對汽車左側(cè)前照燈的測試結(jié)果進行了分析。
汽車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的探測器5的測量結(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V2的測試結(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，灰塵累積較多，車燈表面粗超度較高。手動清潔的前照燈照度降低了。盡管為車燈提供了足夠的干燥時間，但使用HCD后的照度，相對于手動清潔還是有所增大。
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