1、介紹

汽車前照燈是汽車必不可少的設(shè)備，主要用于在夜間或黑暗環(huán)境下行駛時(shí)提供合適的照明。隨著半導(dǎo)體照明的快速發(fā)展，LED大燈由于其壽命長(zhǎng)、能耗低、效率高、外觀高檔等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于汽車大燈系統(tǒng)中。

LED大燈是一種固態(tài)照明產(chǎn)品，它與常規(guī)氙氣、鹵素大燈存在許多區(qū)別。一方面由于芯片設(shè)計(jì)，熒光粉及封裝工藝等因素的影響，可能造成不同批LED組件間甚至同一批LED組件間光度及色度性能存在不一致；另一方面LED裝配方式不一樣，大燈所用LED模塊就不一樣了。所以對(duì)達(dá)到所期望的光分布需要準(zhǔn)確的二次光學(xué)設(shè)計(jì)。但實(shí)際制作時(shí)LED大燈光線分布情況可能會(huì)和理想光學(xué)設(shè)計(jì)相差甚遠(yuǎn)。為控制車輛前照燈光品質(zhì)，需要對(duì)其進(jìn)行在線調(diào)整和測(cè)試技術(shù)及解決方法。

2、汽車前照燈的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求

針對(duì)汽車前照燈的光品質(zhì)控制，已出臺(tái)多項(xiàng)國(guó)際與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)LED前照燈的光度、色度性能及光分布等相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行了規(guī)定。以GB25991-2010為例，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光通量、顯色指數(shù)和紅色比做出要求，并對(duì)汽車前照燈的光分布進(jìn)行了規(guī)定，包括明暗截止線的形狀和位置、關(guān)鍵點(diǎn)的照度等。

近幾年來(lái)，智能前照燈系統(tǒng)發(fā)展迅速，自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)（AFS）已經(jīng)在一些高檔轎車上得到了應(yīng)用，能夠根據(jù)天氣和環(huán)境自動(dòng)切換前照燈系統(tǒng)模式。相對(duì)于傳統(tǒng)前照燈，使用AFS系統(tǒng)前照燈的光束種類更復(fù)雜，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量控制更復(fù)雜。

LED前照燈光品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到行車安全，所以有必要對(duì)其進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。鑒于前文所述LED前照燈存在不一致之處，因此需要在該產(chǎn)品投入運(yùn)行之前對(duì)其大燈開展在線檢測(cè)工作。

3、LED模塊光學(xué)性能及在線測(cè)試

1.LED前照燈模塊的光學(xué)性能

汽車燈具生產(chǎn)典型生產(chǎn)線見圖1。LED模塊對(duì)整條生產(chǎn)線起關(guān)鍵作用,LED模塊光學(xué)性能的好壞直接關(guān)系著前照燈產(chǎn)品整體照明效果及安全性。所以，相應(yīng)地測(cè)試LED模塊光度、色度等性能并進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)確保LED前照燈最終點(diǎn)亮效果至關(guān)重要。LED模塊中的主要參數(shù)有光通量，顯色指數(shù)，色坐標(biāo)以及紅色比等。

圖1 LED汽車前照燈生產(chǎn)線

2.LED模塊在線測(cè)試技術(shù)及解決方案

測(cè)試速度快，效率高，自動(dòng)化程度高是在線測(cè)試技術(shù)對(duì)LED模塊測(cè)試的根本要求，但也要確保測(cè)試精度。基于上述需求，利用先進(jìn)機(jī)械自動(dòng)傳動(dòng)設(shè)備及高精度光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光通量，色度,CCT,CRI的高精度高速測(cè)量。同時(shí)也能精確地分析評(píng)估LED模塊性能，提高測(cè)試效率。

該測(cè)試解決方案的測(cè)試界面如圖2、圖3所示。每次測(cè)試完畢后，根據(jù)判定依據(jù)進(jìn)行合格判定。

圖2測(cè)試界面圖

圖2合格判定界面

4、LED汽車前照燈的配光測(cè)試

1.實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方案

測(cè)試速度快，效率高，自動(dòng)化程度高是在線測(cè)試技術(shù)對(duì)LED模塊測(cè)試的根本要求，但也要確保測(cè)試精度。為檢驗(yàn)燈的光束及明暗截止線應(yīng)使配光屏幕足夠?qū)挕Ｔ趯?shí)驗(yàn)室測(cè)試中，通常使用測(cè)角光度計(jì)對(duì)光的分布進(jìn)行檢測(cè)。這種方法是固定光度計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)前照燈來(lái)獲得燈具照度分布。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試解決方案可以實(shí)現(xiàn)高精度的照度分布測(cè)試。但單次測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，隨著AFS的逐步應(yīng)用，測(cè)試時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)。

2.在線測(cè)試解決方案及技術(shù)要求

在線測(cè)試技術(shù)可用于前照燈光分布快速檢測(cè)。實(shí)測(cè)了相當(dāng)于25m配光屏幕照度參數(shù)。利用專門的軟件可得到近、遠(yuǎn)兩束光的分布情況。

為了保證較高的測(cè)試精度，在線測(cè)試系統(tǒng)必須具有先進(jìn)的硬件和軟件。

(1)良好的光學(xué)設(shè)計(jì)

對(duì)LED大燈進(jìn)行在線檢測(cè)時(shí)，既要判斷明暗截止線形態(tài)及位置又要定量檢測(cè)照度值。這就給光學(xué)設(shè)計(jì)及光學(xué)器件提出了更高要求，同時(shí)也為光學(xué)測(cè)試提供了依據(jù)。

(2)光度測(cè)試設(shè)備的光譜匹配和線性范圍

光度測(cè)試設(shè)備是一種重要的光檢測(cè)裝置，它的性能好壞直接關(guān)系到檢測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確。為了保證照度測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，探測(cè)器應(yīng)與V（λ）相配。以及光度測(cè)量設(shè)備，其動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)至少涵蓋汽車前照燈的燈光光度參數(shù)的范圍。

(3)綜合軟件分析技術(shù)

圖像的處理和分析技術(shù)直接影響對(duì)明暗截止線的判斷，尤其是在捕獲的圖像明暗邊界比較模糊的情況下(如圖5b所示)。

a.邊界清晰的圖像

b.邊界模糊的圖像

圖5兩種前照燈的光分布圖像

近光燈光束的光分布測(cè)試的另一個(gè)難點(diǎn)是HV點(diǎn)的位置判。如圖5所示，該軟件可以通過(guò)專業(yè)的算法實(shí)現(xiàn)高精度的HV點(diǎn)位置確定，能夠滿足各種汽車前照燈光分布分析的測(cè)試要求。

圖6典型前照燈近光燈光束的光分布

為實(shí)現(xiàn)在線調(diào)光汽車前照燈，在測(cè)試系統(tǒng)中還安裝有自動(dòng)電機(jī)能夠自動(dòng)完成調(diào)光工作。通過(guò)調(diào)節(jié)垂直方向與水平方向，可以使近光燈光束明暗截止線的位置及遠(yuǎn)光燈光束最大光強(qiáng)點(diǎn)都能調(diào)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍之內(nèi)。在實(shí)際垂直方向上，近光燈光束調(diào)整界面如圖8中，用黃線指示標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定極限位置。

a

b

圖7垂直方向近光燈光束的自動(dòng)調(diào)節(jié)界面

5、總結(jié)

現(xiàn)在，汽車前照燈系統(tǒng)普遍采用LED。區(qū)別于傳統(tǒng)氙氣、鹵素等前照燈,LED汽車前照燈具有固態(tài)照明的特點(diǎn)，且生產(chǎn)線長(zhǎng)，導(dǎo)致光學(xué)性能差、一致性差。所以控制好每個(gè)LED前照燈照明質(zhì)量對(duì)保證行車安全至關(guān)重要。在對(duì)LED前照燈的性能進(jìn)行研究與分析的基礎(chǔ)上，本文提出LED組件光度性能的在線測(cè)試技術(shù)及配光測(cè)試解決方案。該在線測(cè)試與調(diào)整系統(tǒng)通過(guò)精密光學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)及配有專業(yè)圖像處理軟件可確保較高精度測(cè)試。