第六章 汽车前照灯检测分析

图 光接收箱内的透镜组件
（二）工作原理
光光光光

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1.光轴自动对正原理
光接收箱正面装有两组上(U)、下(D)和左(L)、右 (R)共四个硅光电池，用作光轴追踪，见图a。左右和 上下硅光电池组分别用于检测仪在水平方向和垂直方 向对正光轴。以左右硅光电池组为例，光接收箱正面 的硅光电池的水平方向光照偏差检测电路接线原理见 图b。左、右硅光电池组输出的差动电压Uin。
(二) 前照灯检测仪检测法
前照灯检测仪实质上是用一个体积较小的光接收箱在 较近的距离上置于前照灯前，代替屏幕法中的暗房和大屏 幕，见下图。光接收箱的前面是一面聚光透镜，其后面是 一块测量屏幕和光学传感器，前照灯发出的光束经透镜会 聚后投射到测量屏幕上，呈现按比例缩小的光斑。
前照灯检测仪检测前照灯的发光强度和光轴偏移量分 为以下三个过程： • 光轴定位，即通过手动或自动方式让前照灯光轴通过光 接收箱聚光透镜的中心。采用手动方式进行光轴定位时， 前照灯检测仪的光接收箱内部的成像系统将前照灯的影 像成像出来。移动光接收箱使该影像落在辅助观察圆圈 的中央时，就实现检测仪与前照灯的对准（即聚光透镜 与前照灯基准中心对准）。采用自动方式进行光轴定位 时，前照灯检测仪是以远光光束为参照物，利用远光光 斑的对称性，找到远光光斑的对称中心，通过控制装置 使光接收箱的光学中心和前照灯远光光束中心准确重合。 如果前照灯没有远光光束（如单光束近光灯），前照灯 检测仪可用近光光束为参照物，进行自动方式光轴定位；
下图为检测仪水平方向运动的控制系统框图。光电池组输出 的差动电压Uin经放大器放大后，送入三状态比较器，由继电器组 控制伺服电机运动，使检测仪自动对准光轴。
当L、R处的光照度相等时，UL=UR，则Uin=0，表示光接收 箱的水平方向上已处于光束的中心位置。三状态比较器输出为零， 继电器不动作，电机停转，光接收箱停止运动。 当检测仪的光接收箱未对正光束中心时（如偏左），即R处 的光照度大于L处，UR>UL，Uin>0表示光接收箱应向右方移动。 当Uin>0时．三状态比较器输出为正，正转继电器动作，电机正 转，光接收箱向右方运动，直至光接收箱对准前照灯的光轴，差 动信号Uin=0为止。
2．全光束 全光束是指前照灯照射物体后，物体上得到的总 照度，它可用图a所示的光束分布特性的纵端面特性曲 线表示，见图b。该断面的积分值，即该曲线的旋转体 积就是全光束。可认为它是光源所发出光的总量。 3．照射方向 照射方向是指前照灯光轴相对于其测量基准线的 偏离程度，其中光轴是前照灯几何中心与汽车正前方 测量屏幕上光束投影中心（远光光束中心）或明暗截 止线转角（近光光束中心）的连线；而测量基准线从 前照灯基准中心引出的，在水平方向上与汽车纵向中 心线平行，在垂直方向上呈水平状态的虚拟直线。一 般远光光束中心相对于近光光束中心上偏0.57°。前照 灯的照射方向可用水平方向和垂直方向的光轴偏移量 或光轴偏移角表示。两者单位分别为cm/dam和°。
• 由于检测仪具有一定的质量(约130kg)，惯性较大，为 使系统能稳定工作，并且具有良好的定位精度，在设 计该系统时采取了两项措施：（一）检测仪进入自动 跟踪状态，其水平方向运动速度降低至一般运行时的 20%，以低速接近目标；（二）在传动机构中加入制 动装置，当Uin=0时，制动装置动作，使检测仪克服惯 性迅速停止。 • 检测仪垂直方向运动的控制系统与水平方向控制系统 相类似。当检测仪在水平方向和垂直方向都自动对正 光轴后，检测仪自动跟踪光轴定位完毕，开始进入发 光强度和光轴偏移量的检测过程。
b. CCD摄像器
前照灯检测仪的光学传感器采用CCD摄像器时，称 为前照灯远近光检测仪。它将光束经自动追踪光轴后， 利用聚焦透镜聚焦在测量屏幕上，再通过CCD摄像器拍 摄照在测量屏幕上的光斑，利用计算机和图像处理技术 对整个光斑进行量化分析处理，算出各个像素点的特性。 不同光强的点在CCD图像上的灰度是不一样的，光强越 强的点，其在图像上的灰度越小，光斑越白；光强越小 的点在图像上的灰度越大，光斑越暗；在屏幕上不同位 置的点，在CCD图像的成像点位置也不同，利用这个特 性可对汽车前照灯的光强和远近光的照射方向进行测量。 其检测距离等于或小于1m。
(二) 前照灯的光学特性
前照灯的光学特性包括配光特性、全光束 照度和照射方向三个方面，见图：
图 前照灯的光学特性
1．配光特性
被照射面的照度不均匀，中心区域较高，边缘区域较低。如果把 照度相同的各点用曲线连起来，形成等照度曲线。 配光特性（又称光束分布）是指用等照度曲线来表示受照物体表 面各部分的照度的分布情况。 汽车前照灯是为照亮车辆前方路面设置的灯具。为避免前照灯的 炫目作用，并保持良好的路面照明，在现代汽车上普遍采用双丝灯泡 的前照灯。灯泡的一根丝为“远光”，光度较强，可以使驾驶员辨明 车前l00m以内路面上的任何障碍物。另一根为“近光”，光度较弱。 汽车在夜间行驶，在不会车的情况下使用远光灯丝，使光束射向远方。 当出现会车时，使用近光灯丝，使光束倾向路面，光束左上部形成暗 区，从而避免使对面来车的驾驶员炫目，同时车前30m以内的路段也 照得足够清晰。
第二节 汽车前照灯检测仪
一、 自动追踪光轴式前照灯远光检测仪
(一) 结构组成
底座、立柱、光接收箱、控制盒。 底座是检测仪整机的基座，内装有左右 方向和上下方向驱动系统。 左右方向驱动系统主要由电动机、电磁 制动器及离合器组、传动链和主动轴组 件等组成，用以驱动检测仪整机在导轨 上作水平方向运动 。 上下方向驱动系统用以牵引光接收箱在 立柱导引下作垂直运动，主要由电动机 、电机链轮支架，立柱座，立柱和传动 链条等组成 。
• 用聚光透镜的聚光特性对前照灯发出的远近光进行聚 光，让光束聚焦在位于聚光透镜焦平面处的测量屏幕 上。平行于聚光透镜主光轴L-L的光束入射在聚光透镜 上时，光束经过透镜聚焦在主焦点A上，见图a。而与 主光轴L-L成β 角的光束入射在聚光透镜上时，其在焦 平面的聚焦点B和透镜光学中心的连线与主光轴的交角
β ’和光束与主光轴的夹角β 是相等的，见图b。
• 利用光学传感器测量屏幕上光斑的特性，从而检测出前照灯的发光强 度和光轴偏移量。 a. 光电池 光电池采用硒（或硅）光电池。当光线照射到光电池的受光面时， 光电池就会产生电动势，光线越强，该电动势越大。将它接入回路就 会产生电流，大小反映了照射到光电池上光的强弱。实际应用中，采 用四块硒光电池（S上、S下、S左和S右）组合成的四象限光电池组。当 光电池受到前照灯照射后，各分光电池分别产生电流，当S上和S下或S 左和S右的受光量不等时产生的电流也不等而形成电流差，经相关测量 电路处理，便可检测出前照灯的发光强度和光轴偏移量。 利用光电池制作的前照灯检测仪有屏幕式、投影式、聚光式、自 动追踪光轴式等几种形式，其中前三种为手动追踪光轴，第四种可实 现自动追踪光轴和自动测量。除聚光式的检测距离为1m外，其余三种 的检测距离均为3m。屏幕式和投影式可检测前照灯的远近光的光强和 光束照射方向，但只能人工检测，效率低。聚光式和自动追踪光轴式 检验仪是根据前照灯主光束照射光电池组产生的电流差值来测量前照 灯的光强和光轴方向，它们可检测配光光形对称的前照灯远光光束的 发光强度和照射方向，称为前照灯远光检测仪。
第六章 汽车前照灯检测
前照灯是保障汽车行车安全的一个重要因素。它主要用
于汽车夜间行驶照明，它的亮度和照射方向对于行车安全是
至关重要。夜间所有前照灯同时照明时，应使驾驶员看清前 方100米距离以内交通障碍物，照明光束应对准车的前进方 向，主光轴方向应该偏下。如果前照灯的发光强度不足或者 照射方向不合适，前方的情况就不能看清，或对会车驾驶者 造成眩目而妨碍其视野，这些都是导致交通事故的因素。因 此前照灯的发光强度和光束的照射方向被列为汽车运行安全 检测的必检项目。
二、 前照灯光束照射位置和发光强度要求
(一) 前照灯光束照射位置要求
汽车装远光和近光双光束灯时，以检测近光光束 为主。对于只能调整远光单光束的前照灯，检测远光 单光束。 1． 前照灯近光光束照射位置的检测要求：前照灯在距 离屏幕10m处，光束明暗截止线转角或中点的高度应 为0.6H～0.8H（H为前照灯基准中心高度），水平方 向位置向左或向右偏差均不得超过100mm。 2． 四灯制前照灯远光单光束照射位置的检测要求： 前 照灯在距离屏幕10m处，要求在屏幕上光束中心离地 高度为0.85H～0.90H，水平位置要求左灯向左偏不 得大于100 mm，向右偏不得大于170mm；右灯向 左或向右偏均不得大于170mm。
（二） 前照灯发光强度要求
汽车每只前照灯的远光光束发光强度应 达到下表的要求：
表 前照灯远光光束发光强度要求，单位cd
检查项目 车辆类型 汽车、无轨电车 新注册车 两灯制 15000 四灯制 12000 两灯制 12000 在用车 四灯制 10000
采用四灯制的汽车，若其中两只对称的 灯达到两灯制要求时，即视为合格。
2．照度 照度表示受光物体表面被光源照明的程度，单位是 勒克斯(lx)。 3．发光强度和照度的关系 在不计光源大小的情况下（看作点光源），存在如 下关系：
E
式中：
IV
Hale Waihona Puke L2E－照度，Lx； Iv－发光强度，cd； L－离开光源的距离，m。 由上式可知，光照与光源的发光强度成正比。而在距离 一定的条件下，受照面的光照度与离开光源距离的平方 成正比。利用前照灯检测仪或照度计测取距离前照灯一 定处的照度值，从而间接测量该灯的发光强度。
三、 前照灯检测方法
(一) 屏幕法
• 检测近光时，先遮住一边的前照灯（如右前照 灯），然后打开前照灯的近光开关，未遮住的前 照灯的近光明暗截止线转角或光束中心应落在图 中最下边水平线与V左-V左和V右- V右线的交点位 置上。否则，为光束中心位置偏斜。其偏斜方向 和偏斜量可在屏幕上直接测得。用同样方法，可 检测另一边前照灯近光光束照射位置。 • 对于远光光束前照灯，则要检测远光光束的照射 位置。检测方法同近光。其光束中心应落在中间 水平线与V左-V左和V右- V右线的交点位置上。