反射镜结构的电动自行车照明装置的配光性能研究

华思昊，曾彦凯，卢 鼎，张佳茜

（浙江方圆检测集团股份有限公司，浙江 杭州 310018）

0 引言

随着我国城市化建设的加快，人们环保要求呼声日高，作为日常代步交通工具的燃油摩托车、助动车被逐渐限制和禁止使用，取而代之的电动自行车产品日益被消费者所欢迎[1]。

2020年5月1日，关于电动自行车照明的新标准GB/T 31887.1-2019“自行车照明和回复反射装置第1 部分：照明和光信号装置”正式实施，意味着今后电动自行车强制性认证对该项目有了新的要求。相较于老标准（GB/T 22791-2008），新标准的技术要求更为严格。其中前灯增加了远光功能配光性能的要求，近光功能配光性能增加了更多配光坐标点和线的技术要求，有规定“4毅D 以下和4毅L 以及4毅R 之间的区域的要求不大于EA”和“在3毅和4毅线之间和在垂直线左右4 独之间的区域要求不大于1.2EA”，这两个区域的技术要求尤为严苛，对光学设计和生产的精度提出了更高要求。因此，如何保持产品一致性的同时降低生产及维护成本显得尤为重要。

在研究电动自行车照明装置配光性能影响因素的基础上，设计符合国标要求的一套完整的反镜结构的照明装置，为电动自行车产品更新和批量生产提供数据支撑。

1 试样制备及测试方法

光学设计是通过配光软件按标准要求进行配光设计，由于不同坐标点和坐标区域有不同要求，需要按照标准要求合理进行前期设计，GB/T 31887.1-2019 中的具体要求见表1，近光对光图谱如图1。

图1 近、远光灯测量和对光图谱

表1 GB/T 31887.1-2019 对近光及远光功能的配光性能要求

注：（1）EA 为A 点照度值，EHV 为HV 点（HH 线与VV 线交点）照度值；A 为H-H 下方3.5毅与V-V线的交点；CL/CR 为在H-H 线下方3.5毅线上左右4毅的点；B 为H-H 线下方5毅与V-V 线的交点；M 为HH 线下方8.5毅与V-V 线的交点；FL/FR 为H-H 线下方8.5毅线上左右4毅的点；GL/GR 为H-H 线下方8.5毅线上左右8毅的点；H-H 为通过0毅的水平线；V-V 为通过0毅的垂直线。

（2）带*为远光功能要求，A1/A2 为在H-H 线上左右4毅的点；A3 为在H-H 线下方3.5毅与V-V 线的交点。

按照配光软件制作试模件（按照光学结构可分为透镜型和反射镜型，本次试验选择反射镜型），按照配光数据试制反射镜并镀膜，装配完成整灯，对样品进行配光性能检测，依据测试数据中各配光点和配光区域的数值对配光软件进行优化，同时调整试模透镜，以达到成品的配光性能满足标准规定的配光要求。

通过高精度交通及车用灯具配光性能测试系统（型号为GO-HD5）进行配光性能检测，检测设备如图2 所示。按照GB31887.1 规定，以HH 线是3.5 线之上包含Emax 为准。之后通过测控软件测试各个配光点的照度值。

图2 高精度交通及车用灯具配光性能测试系统（GO-HD5）

2 结果与分析

2.1 初次配光数据及检测结果分析

按照GB/T 31887.1-2019 规定要求，使用配光软件进行前期配光，近光功能的配光图谱具体分布详见图3。由图可知，HH 线以上区域最大照度控制在1.8 lx 左右，A 点照度定为30 lx，其余点位和区域按照标准规定进行。同时，对远光功能的图谱也进行配光，具体分布详见图4。

图3 近光功能的配光图谱

图4 远光功能的配光图谱

根据配光软件得出的光型进行制作，完成快速成型件试模A（图5）的制作，对该试模A 样品进行配光性能测试。测试结果见表2。

图5 试模A 样品照片

表2 试模A 的近光及远光功能检测数据

对试模A 的检测结果进行分析，发现近光和远光的测试结果均不符合标准要求，主要不合格点在于：

（1）近光功能中，在4毅D 以下和4毅L 以及4毅R 之间的区域（以下称为区域B，见图1 中近光灯对光图谱）的测试值不符合标准规定，测试数值为32.96 lx，超过EA 值（32.55 lx）。分析原因可能是由于：3毅和4毅线之间和在垂直线左右4毅之间的区域（以下称为区域A）范围较小，在设计时就很难将反射后的光束有效控制在区域A，这会使区域A 和B 之间的边缘区域过渡混乱不清晰，极易导致区域B 的照度不符合要求；同时，由于光学结构为反射镜结构，实际生产时的铸模工艺和电镀工艺均影响着产品的反射面角度和反射率，而这将会直接决定了试模A 的配光性能测试值与设计值是否一致。

（2）远光功能中，测得A1 点和A2 点照（见图1中远光灯对光图谱）度值分别30.02 lx 和27.18 lx，未达到HV 点的一半以上（EHV=69.44 lx），故不符合标准规定要求。分析其原因可能是由于A1、A2 两点与HV 点间隔较宽（分别为4毅L 和4毅R），左右两点相距的球面角达到8毅，在配光设计时存在着较大的难度，提高了灯具前期配光的难度，需要将远光光源所发出的光通经反射面反射后保证HV 点的照度后还需向光源两边反射，使得光斑范围扩大至少达到8毅，同时还需保证反射后形成光斑的均匀性，保证4毅L 和4毅R的照度值达到HV 点照度值的一半以上。由于反射面结构的反射效果与实际生产有着密不可分的联系，故需要前期设计时，就针对关键区域和点的设计值进行提高，以保证批量生产后的测试值也可符合相关要求，提高产品实际生产时的容错率；

（3）近光光型与远光光型的HV 点未重合（GB318 87.1-2019 的4.6.3 中规定：如果近光灯的光源与远光灯的光源不同，在合并到同一个灯盒中时两个光源的HV 点应相同）。测试过程中试模A 在测试远光功能配光性能时需要通过调整测试位置使EHV 点接近原配光设计值。这不符合标准相关要求。本要求是标准规定的要求中最难实现的一点，需要在前期配光设计时将近光光斑和远光光斑相互重合，严格控制好两者的HV 点位置一致；同时，由于反射面与生产工艺息息相关，还需要考虑量产前后的差异，在前期配光设计时放宽考虑各区域的设计值，可提高批量产品的合格率。

通过上述不合格点和区域的检测数据，对其重新进行分析和配光设计数据的优化，对试模A 样品的反射镜结构进行修改[2-5]，主要为：

（1）合理控制近光光源的反射角度，使最亮光斑完全处于区域A 中，通过控制反射面上半部分的各反射单元角度，在保证区域A 和B 之间的过渡区域清晰的前提下，还需控制区域A 与区域B 过渡区域照度值小于A 点照度；

（2）控制远光光照反射宽度和均匀性，提高远光光斑的宽度范围和聚集性，保证远光光斑的均匀性，保证A1 及A2 点的照度值大于EHV 的一半；

（3）合理控制远近光之间的距离并调整HV 点中心位置，使远近光HV 中心达到基本重合。

2.2 优化配光数据及检测结果分析

基于上述三点修改措施后，重新修改配光参数，修改后的配光参数具体数据见表3，配光图谱如图6。

图6 修改之后的试模B 配光图谱（近光+远光）

表3 修改后的配光参数数据

依据上述修改数据进行制作试模B。对试模B 进行配光性能检测，具体测试结果见表4。可见经修改后的样品配光性能可完全符合标准规定，故可获得该配光数据并以此为基础进行开模并可实现量产。

表4 修改后试模B 的近光及远光功能检测数据

2.3 量产产品的结果及分析

以试模B 为原型对其进行批量生产，由于反射镜结构的前灯配光性能与制作工艺及生产流程密切相关，故制作出不同批次的相同型号量产前灯，分别记为样品1、样品2 及样品3。并分别测试3个样品的配光性能数据，见表5。

由表5 可知，采用相同模具不同批次所批量生产的相同型号样品1、2 和3 的配光性能数据相差较大，主要是由于反射面的电镀条件、反射面的压铸成型、脱模剂的使用及脱模后的收缩率影响了反射面的表面平整度及表面反射率。从而影响了整灯的配光性能的差异。但是，由数据可知，通过前期合理的光学配光后，所批量生产的不同批次的前灯均达到标准GB31887.1-2019 所规定的规定要求。因此，可借鉴本次试验配光数据及工艺参数，为后续的批量生产做前期研究，提高了前期配光的效率，同时提高了后续的产品生产制作及研发的效率，减少了研发-试模-批量的周期长度，从而加快电动自行车产品的研发周期，为促进行业的产业升级可起到积极作用。

3 结语

本实验通过配光软件进行前期配光，研制出一套完整的反射镜结构的照明装置，该照明装置符合标准GB 31887.1-2019 的近光及远光的配光性能规定要求。同时，设计该照明装置所积累的配光数据可为之后的批量生产提供数据支撑及经验指导，具有通用性强的优点。该反射镜结构的照明装置的研制方法可以为相关企业和配件厂商提供参考和借鉴，直接使用本次研制过程中的配光数据研发产品，可以节约光学研发成本，还可以加快电动自行车产品的新车型、新型号的更新迭代，有效地促进电动自行车行业的产品升级及行业升级。