技术文章 | 关于明暗截止线的眩光性能要求

原文标题：Performance glare provisions in relation to cut-off line

作者:Tomasz Targosinski

Motor Transport Institute

Warsaw, Poland

编译：李奕帆 井硕

指导老师：林燕丹

目前UN ECE关于前照灯的规定是基于配备双灯丝灯的抛物面反射器的光束特性。起初，通过安装在金属遮光罩附近的灯丝，形成近光灯光型的截止线。如今可以通过不同的方式形成该现象（明暗截止线）。在垂直面上，抛物面前照灯在截止线以下的光分布基本均匀，在75R和50R点附近分别取得最大值，以获得所需的最小道路照度。截止线上也具有均匀的照度，并形成眩光区，可在截止线附近区域观察到较高的照度。在非常窄的垂直截光范围内，可以观察到10倍以上的照度变化。因此，当截止线在水平线上向上倾斜时，光束的高强度部分照射入驾驶员的眼睛，从而引起眩光，如图1所示。

图1:水平线以上的截止线对迎面而来的驾驶员形成明显的眩光

因此，将截止线视为道路照明区与眩光区之间的分界是合理的。例如，在美国版本的近光灯光型中没有提到这样简单的关系，眩光区与照明区界限就不那么清晰，也并不容易测量。但在UN ECE系统和所有以此为基础的国家法规系统中，在初期阶段都是采用这种方法进行汽车前照灯的设计。

单独改变照射方向和高度的情况下，并不能很好的改善眩光，这就是某些组织采取了一系列行动的原因。例如：工作由GTB EuroNCAP转移到CIE TC4-45。“Performance Assessment Method for Vehicle Headlighting Systems” 介绍了一套用于机动车前照灯系统配光性能评估的计算方法。这套方法从路面照明及眩光控制两方面，分别对前照灯的配光性能进行定量评价。如下图所示，该标准中对于眩光的评估是从50m处模拟对驾驶员眼位的影响，其中驾驶员的眼位高度为最低高度值（0.94m）。

图2:近光眩光评价区域权重分布

该方案对初始目标进行精准设置，将驾驶员在实验室条件下感知到的眩光与光通量联系起来，并根据灯具配光对眩光进行区分。然而，根据实际的前照灯安装高度、光分布和截止线倾角，该方法似乎并不适用，因为眩光可能发生在小于50米处或更远的区域，如图3和图4所示。

图3:距离小于50米时可能未检测到眩光

图4:距离大于50米时可能未检测到眩光

GRE采取了一系列措施，旨在减少眩光对驾驶员的影响(WP.29.UNECE)。他们提出，不仅仅是配备气体放电光源(光通量大于2000lm)和LED光源的车辆，所有车辆必须自动调平。由于大家对眩光和能见度范围的看法不一，GRE要求GTB进行一项关于夜间驾驶中眩光和能见度的全面研究。本研究的主要目的是提高对影响能见度和眩光的相关因素的认识。GTB的提案中的结果是基于CIE 188:2010和CIE TC4-45在工作过程中使用的前照灯。

图5:GTB提出的新公差范围

由于在这个问题上存在不同的观点，GRE决定成立IWG VGL非正式工作组。工作组在工作中，观察到人们对道路照明重要性的认识有所提高。

一般来说，解决眩光问题并不容易。眩光是一种常见的现象，而且影响眩光的因素有很多，驾驶员在特定的情况下无法判断出导致眩光的直接原因。制造商提出可能造成眩光的因素包括：车辆调整精度、悬架特性、校正装置特性、手动调平装置的正确使用、前照灯的高度。除上述因素外，前照灯的光分布特性、道路曲率、道路平坦度、车辆加速和刹车、前照灯清洁度等因素均对眩光有影响。

确认产生眩光的主要因素并非易事。在实验室中和真实模拟场地中的眩光研究有很多，但通常是研究一个或两个独立因素对眩光的的影响。最常见的是对不舒服眩光的主观评估。例如：GTB做的“Klettwitz test”。该实验中选择了不同的汽车，这些汽车具有不同类型的前照灯和不同的光源，光源的光通量相同，且无需额外使用手动或自动调平装置。试验是在平坦笔直的道路上进行的。汽车的速度是恒定的，观察并评价了不同负荷情况下汽车的眩光主观感受，载荷从零增加到50%，每种条件随机排列。实验结果分析了仰角对截止线倾角的影响。结果表明，当截止线倾角高于水平线时，可以观察到明显的眩光，该眩光通常与前照灯的类型无关。

考虑到大多数道路是相对平坦和笔直的，该结果具有统计意义。因此，对于实际驾驶过程中产生的眩光感受，很多情况是由于截止线倾角设置不合理。

根据以上结果，截止线低于对面驾驶员眼睛位置时，可视为“无眩光”状态。在此基础上，提出了新的防眩光要求，对灯具安装高度(h)和截止线倾角(I)做出了要求。对于低于眼位高度(0.95m)的安装高度，截止线倾角应低于水平线，如下图所示。

图6:前照灯安装高度低于眼位高度

对于安装高度大于眼位高度的前照灯，对迎面而来的驾驶员造成了不可避免的眩光。唯一的解决方案就是将前照灯的安装高度限制在0.95m以下。目前允许的最高安装高度为1.2 m，对于安装高度高达1.5 m的特种车辆，需要确定对迎面而来的驾驶员产生眩光时的距离。似乎较合理的距离为25m，因为在典型的驾驶条件下，例如以90公里/小时的速度行驶，如果障碍物在25米之内未被发现，则将不会对驾驶产生显著影响。

基于以上假设，可以得出“公差范围”的上限如下式所示:

其中：

I—截止线倾角

Δh—前照灯光轴高度超过最低眼位高度(0.95米)

Lmin—眩光可接受时的最大距离(25米)

图7:眩光可接受时的最大距离

图8:眩光计算结果

以上为理想状态下的结果。考虑到实际中存在测量不确定性、道路不平坦等情况，需要增加公差，建议增加0.5%的安全裕度。图9为最终的上界范围。

图9:具有合理的防眩光和道路照明性能的截止线倾角范围。

不难看出，现行法规中要求的高度与倾角的公差对于是产生眩光和道路照明不足等问题具有一定影响。

从历史的角度看，Reg. 48中允许前照灯的安装高度大于迎面而来的驾驶员眼位高度。存在的一个问题就是存在较低的前照灯高度，例如：跑车。此外，考虑到测量的不确定性、道路不平度、曲率等因素，允许的最大截止线倾角似乎过高。从道路照明和防眩光的角度来看，可以采用一定精度的自动调平装置。手动调平装置仍可使用，但安装高度范围较窄，高度从0.75米至1.0米不等，且司机应接受适当的培训，以了解如何正确使用该装置，以保证获得适当的道路照明，并且满足防眩光要求。

文章转载自IFAL公众号