LED汽车前照灯的光品质测试技术及解决方法

1、介绍

 

汽车前照灯是汽车必不可少的设备，主要用于在夜间或黑暗环境下行驶时提供合适的照明。随着半导体照明的快速发展，LED大灯由于其寿命长、能耗低、效率高、外观高档等优点被广泛应用于汽车大灯系统中。

 

LED大灯是一种固态照明产品，它与常规氙气、卤素大灯存在许多区别。一方面由于芯片设计，荧光粉及封装工艺等因素的影响，可能造成不同批LED组件间甚至同一批LED组件间光度及色度性能存在不一致；另一方面LED装配方式不一样，大灯所用LED模块就不一样了。所以对达到所期望的光分布需要准确的二次光学设计。但实际制作时LED大灯光线分布情况可能会和理想光学设计相差甚远。为控制车辆前照灯光品质，需要对其进行在线调整和测试技术及解决方法。

 

2、汽车前照灯的相关标准要求

 

针对汽车前照灯的光品质控制，已出台多项国际与国家标准，其中对LED前照灯的光度、色度性能及光分布等相应规范进行了规定。以GB25991-2010为例，该标准对光通量、显色指数和红色比做出要求，并对汽车前照灯的光分布进行了规定，包括明暗截止线的形状和位置、关键点的照度等。

 

近几年来，智能前照灯系统发展迅速，自适应前照灯系统（AFS）已经在一些高档轿车上得到了应用，能够根据天气和环境自动切换前照灯系统模式。相对于传统前照灯，使用AFS系统前照灯的光束种类更复杂，对应的质量控制更复杂。

 

LED前照灯光品质的好坏直接关系到行车安全，所以有必要对其进行相关检测。鉴于前文所述LED前照灯存在不一致之处，因此需要在该产品投入运行之前对其大灯开展在线检测工作。

 

3、LED模块光学性能及在线测试

 

1.LED前照灯模块的光学性能

 

汽车灯具生产典型生产线见图1。LED模块对整条生产线起关键作用,LED模块光学性能的好坏直接关系着前照灯产品整体照明效果及安全性。所以，相应地测试LED模块光度、色度等性能并进行质量评价对确保LED前照灯最终点亮效果至关重要。LED模块中的主要参数有光通量，显色指数，色坐标以及红色比等。

 

图1 LED汽车前照灯生产线

 

2.LED模块在线测试技术及解决方案

 

测试速度快，效率高，自动化程度高是在线测试技术对LED模块测试的根本要求，但也要确保测试精度。基于上述需求，利用先进机械自动传动设备及高精度光学测量系统实现光通量，色度,CCT,CRI的高精度高速测量。同时也能精确地分析评估LED模块性能，提高测试效率。

该测试解决方案的测试界面如图2、图3所示。每次测试完毕后，根据判定依据进行合格判定。

 

图2测试界面图

 

图2合格判定界面

 

4、LED汽车前照灯的配光测试

 

1.实验室测试方案

 

测试速度快，效率高，自动化程度高是在线测试技术对LED模块测试的根本要求，但也要确保测试精度。为检验灯的光束及明暗截止线应使配光屏幕足够宽。在实验室测试中，通常使用测角光度计对光的分布进行检测。这种方法是固定光度计，转动前照灯来获得灯具照度分布。

 

实验室测试解决方案可以实现高精度的照度分布测试。但单次测试时间较长，随着AFS的逐步应用，测试时间会更长。

 

2.在线测试解决方案及技术要求

 

在线测试技术可用于前照灯光分布快速检测。实测了相当于25m配光屏幕照度参数。利用专门的软件可得到近、远两束光的分布情况。

为了保证较高的测试精度，在线测试系统必须具有先进的硬件和软件。

 

(1)良好的光学设计

 

对LED大灯进行在线检测时，既要判断明暗截止线形态及位置又要定量检测照度值。这就给光学设计及光学器件提出了更高要求，同时也为光学测试提供了依据。

 

(2)光度测试设备的光谱匹配和线性范围

 

光度测试设备是一种重要的光检测装置，它的性能好坏直接关系到检测结果是否准确。为了保证照度测试结果准确，探测器应与V（λ）相配。以及光度测量设备，其动态范围应至少涵盖汽车前照灯的灯光光度参数的范围。

 

(3)综合软件分析技术

 

图像的处理和分析技术直接影响对明暗截止线的判断，尤其是在捕获的图像明暗边界比较模糊的情况下(如图5b所示)。

 

a.边界清晰的图像

 

b.边界模糊的图像
 

图5两种前照灯的光分布图像

 

近光灯光束的光分布测试的另一个难点是HV点的位置判。如图5所示，该软件可以通过专业的算法实现高精度的HV点位置确定，能够满足各种汽车前照灯光分布分析的测试要求。

 

 

图6典型前照灯近光灯光束的光分布

 

为实现在线调光汽车前照灯，在测试系统中还安装有自动电机能够自动完成调光工作。通过调节垂直方向与水平方向，可以使近光灯光束明暗截止线的位置及远光灯光束最大光强点都能调节在标准规定范围之内。在实际垂直方向上，近光灯光束调整界面如图8中，用黄线指示标准规定极限位置。

 

a

 

b

图7垂直方向近光灯光束的自动调节界面

 

5、总结

 

现在，汽车前照灯系统普遍采用LED。区别于传统氙气、卤素等前照灯,LED汽车前照灯具有固态照明的特点，且生产线长，导致光学性能差、一致性差。所以控制好每个LED前照灯照明质量对保证行车安全至关重要。在对LED前照灯的性能进行研究与分析的基础上，本文提出LED组件光度性能的在线测试技术及配光测试解决方案。该在线测试与调整系统通过精密光学与机械设计及配有专业图像处理软件可确保较高精度测试。