Fig.11 国内的CJJ 45对机动车道路照明的要求
3.2 LED路灯配光设计的亮度计算
从人眼视觉分辨原理和现有标准对道路照明的性能要求看，主要体现在亮度上。因此LED路灯的配光设计，首先要分析路面亮度的计算。路面某一点的亮度与光源、道路材质、观察者都有关系，如下图所示：
Fig.12 路面亮度的计算
道路照明中人眼注视区域为行车前方60~160m，亮度的计算需要考虑多个路灯配光的叠加影响，计算较为复杂，而照度的计算则要简易得多。为简化计算，CIE144-2001公布了一系列路面材质的简化亮度计算表，又称R-table。表格中的值表示各方位角处的路面亮度与照度之间的关系。
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Fig.13 CIE144-2001 R3（沥青）路面简化亮度系数表
Fig.14 CIE144-2001 C1（水泥）路面简化亮度系数表
从R-table中可以看出，小角度照射路面的光线的亮化系数要远远大于垂直照射路面的亮化系数。小角度斜射路光线对路面亮度的贡献高于大角度入射光线。路面的材质对亮化系数也有较大的影响，水泥路面亮化系数高于柏油路面，且不同入射角的亮化系数贡献的差异较柏油路面小。
这样，通过路面材质的R-table，以及路灯的安装排布，在计算机中便可以通过照度的计算和叠加来求解路面的亮度分布。反过来也可以根据路面亮度均匀的假设来逆向求解最优化的LED路灯配光曲线，但推导求解的过程会比较复杂，且对于多车道道路计算仅能得到近似解。
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3.3 LED路灯配光的设计要点
LED路灯的配光设计通常会分车道方向和垂直于车道方向来考虑。具体可以使用透镜、反射器、LED空间排列等光学方案来实现。下图是OSRAM HPML系列路灯的配光设计，沿车道方向为对称式配光，垂直车道方向做偏光设计。
Fig.15 OSRAM HPML系列路灯的配光设计
从3.2中对路面亮度的计算可以得出，LED路灯配光的设计在车道方向要有较大的扩展角以获取高的亮化系数，实现配光设计上的节能。同时考虑到灯具眩光
的影响，LED路灯的配光宜设计成截光型，截光要求可以参照下表。
Fig.16 路灯的截光要求
Fig.17 路灯纵向配光设计
而垂直于道路方向的配光设计，则需要考虑到灯具的安装方式和道路的宽度。目前的路灯绝大部分是安装于道路两侧。从路面亮度的计算可以看出，远离灯具的车道γ角会大于靠近灯具的车道，而β角则与观察者位置有关，不同车道无显著区别。从R-table的数值可以看出，在β角较小时，沥青路面的亮化系数随着γ角变化不大，而水泥路面则衰减较快。同时考虑到等光强下路面照度与γ角的
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关系与余弦的三次方呈反比。为了补偿远侧车道的亮化系数，LED路灯的配光在垂直于车道方向需要做非对称的偏光设计，加强远侧的光强，降低近侧光强。对于柏油路面，垂直车道方向的偏光补偿程度要小于水泥路面，且偏光补偿的程度与车道宽度有关，车道越宽，垂直方向的偏光补偿越大。
Fig.18 路灯横向配光设计
4 场景仿真与分析
下图是OSRAM针对欧洲的BS EN 13201-2标准中常用的ME1~ME5道路照明要求，根据前面分析的方法设计的HPMSL系列路灯及配光。
Fig.19 OSRAM HPML 系列路灯
为了涵盖不同的道路况及安装条件，设计了窄、宽两种配光组合。
ME3~ME5配光曲线 ME1~ME2配光曲线
Fig.20 OSRAM HPML系列路灯配光曲线
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我们将这两种配光应用在ME1～ME5的各种路况，针对不同的车道数，灯杆高度，距高比，安装方式，灯具仰角，臂长做了照明仿真，限于篇幅，这里只列举了每种路况在安装悬臂长1.5m，仰角15°情况下的仿真结果，归纳如下：
Fig.21 OSRAM HPML 系列路灯照明仿真结果
从模拟结果可以看出，使用设计的两种配光能够在不同的安装条件下，满足BS EN 13201-2 中对ME1～ME5对Lav，Uo，UL，TI，SR的照明参数要求，具有良好的兼容性。
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