汽车B级前雾灯与F3级前雾灯性能比对研究

文/唐小雷 杨 通

汽车B级前雾灯与F3级前雾灯性能比对研究

文/唐小雷 杨 通

本文通过研究以LED光源为主的F3级前雾灯的性能测试方法，将其测试结果与普通卤素灯泡为光源的B级汽车前雾灯的数据进行比对分析，证明F3级前雾灯在行车安全上的表现能力优于传统的B级前雾灯。

F3级前雾灯 LED光源 行车安全

前雾灯是汽车在雨雾天气行驶时所用的照明灯具，按照GB 4785-2007《汽车及挂车外部照明和光信号的安装规定》的3.5.17条定义：用于改善在雾、雪、雨或尘埃情况下道路照明的灯具。现在，市场上除了传统的B级前雾灯，还有越来越多的F3级前雾灯，特别是一些高档车，它们越来越青睐F3级前雾灯。此类前雾灯在光源的选择上主要以LED 光源为主，LED光源具有节能、色温高、寿命长等特点，而B级前雾灯的光源主要是卤素灯泡。

汽车灯光属于主动安全，作为一种照明灯具，前雾灯在功能的表现能力上直接关系到行车安全，同样应满足国家标准，目前市场上已越来越倾向采用F3级前雾灯。由于国家标准只是一个准入门槛，具体B级和F3级前雾灯在灯光的表现能力上到底有何差异还不得而知。在此次研究中，笔者通过运用现有国家标准GB 4660-2016《机动车用前雾灯配光性能》中B级前雾灯的配光要求、GB 15766.1-2008《道路机动车辆灯泡尺寸、光电性能要求》、ECE R19号法规中的F3级配光要求，以及CIE188技术报告中一些评估汽车照明灯具性能的要求，制定一套可行的试验方案，用来测定F3级前雾灯的相关性能，再通过与B级前雾灯的各种数据比对，以证实F3级前雾灯在应用上优于B级前雾灯。此文将从光源本身的光学性质（功率、光通量、紫外含量、显色指数和灯体发热程度），还有从实际运用时的配光效果（配光性能，照射距离和照射宽度）等几个方面进行比较。

一、前雾灯的概述

前雾灯装在汽车前部，光色允许发白光或黄光，在我国可以选装。目前分为两种级别，B级和F3级，B级前雾灯的光源主要以卤素光源为主，而F3级前雾灯主要以LED光源为主。对应前雾灯的国家标准是GB 4660-2016，此标准已于2017年1月1日正式发布实施。该标准取代了GB 4660-2007《汽车用灯丝灯泡前雾灯》，主要是新增了F3级前雾灯的要求。欧洲法规则是ECE R19《Uniform provisions concerning the approval of power-driven vehicle front fog lamps》，该法规已经发展到第7个版本，在技术内容上与我国标准的技术内容一致。

二、研究方法和测试结果

为避免在样灯实际安装位置、形状和大小等因素影响两种级别前雾灯性能比对的可靠性，现选取国内某一高低配车型的前雾灯，两者的外形、大小、安装位置完全一致。高配车型为F3级前雾灯，光源为LED，低配车型为B级前雾灯，光源为H8 12 V 35 W。根据现有标准和通用测试方法，从光电性能、发热能力、配光性能、色度、等照度曲线、紫外含量和显色性这几个方面来测定相关数据。

1. 光电性能测定

光源作为车灯的关键零部件，对行车安全影响较大，所以光源的光电参数是一项重要的指标。测试方法按照GB 15766.1-2008《道路机动车辆灯泡尺寸、光电性能要求》中对光源的光电性能要求进行，涉及到功率、光通量、光效。该项试验对象光源为H8 12 V 35 W的B级前雾灯和光源为LED的F3级前雾灯，通过控制测试电压12 V，待其光强稳定再测定其功率、光通量及光效，测试结果详见表1。

表1 两种前雾灯光电参数比较

从测定的结果来看，F3级前雾灯的光源在同样的工作电压下，所消耗的功率是B级前雾灯光源的三分之一，但光通量却是B级前雾灯的133%；光效比上，F3级前雾灯是B级前雾灯的4.2倍。F3级前雾灯消耗能量更少但更亮，既节能又高效。

2. 发热能力的测定

光源在正常工作中会产生大量的热，一旦灯腔受热产生配光镜或反光镜形状的扭曲、形变、融化等，都会改变原有的配光效果，从而使照明效果变差。所以，光源的发热情况必定会影响行车安全。在此项试验中，试验对象仍为上述的2个高低配前雾灯。测试方法是将上述两种前雾灯与实车安装位置一致，点灯时间为1 h，电压为12 V，依次在点亮1 min、5 min、10 min、20 min、40 min和60 min后，用K电偶在样品的配光镜基准中心处进行温度测定，测试结果详见表2。

表2 两种前雾灯耐温比较℃

从上述测试结果来看，随着点亮时间增加，B级前雾灯在配光镜表面承受的温度是F3级前雾灯的2倍左右。从而说明，LED光源的发热能力低于卤素光源。

3. 配光性能及色度测定

汽车灯具的配光性能在强制性国家标准中是一个重要的考核项目。在此项试验中，选取了上述高低配车型的两种级别前雾灯作为配光性能和色度比对对象、测试方法和测试参考点。其中，B级前雾灯按照GB 4660-2016中配光性能和色度的检测要求进行，测试电压为12 V。详细试验结果见表3。

GB 4785-2007《汽车及挂车外部照明和光信号装置的安装规定》要求，汽车前雾灯发出的颜色必须是白色或黄色。白色色品坐标的范围是：x≥0.310，x≤0.500，y≤0.150+0.640x，y≤0.440，y≥0.050+0.750x，y≥0.382。

从色度测试结果来看，B级前雾灯的色度值为x = 0.471 2，y = 0.412 5，F3级前雾灯的色度值为x = 0.364 5，y = 0.354 2，均在国标规定的白色色品坐标范围之内。

从两种级别的灯具的配光光型来看，没有明显的区别，但B级前雾灯在同一区域的光强值明显下降，跟F3级前雾灯在几个比较重要的测试点上，如D区（指从车辆位置到正前方水平面以下的亮区）和水平线以上最大值（水平线以上不允许太亮，否则会造成对方驾驶员炫目），F3级在这2个点的光强分别是6 002 cd和169 cd，B级在这2各点的光强分别是2 498 cd和635 cd，D区的光强值下降了58%左右，降低了驾驶员对地面情况的分辨能力，水平线以上的光强却增加了276%，增加了对方驾驶员炫目的风险；从照射宽度来看，F3级在线段8的最大光强为3 126 cd，相对应B级的E区为2 638 cd，灯光在照射相同宽度位置上，B级的光强是F3级光强的84%。从这个试验结果来看使用F3级前雾灯会直接提高了驾驶员的可见范围和可见能力。

表3 两种前雾灯的配光性能和色度比较

4. 等照度曲线测定

前雾灯照射的距离和宽度是衡量前雾灯实际运用能力的一个重要指标。在此项试验中，测试对象为上述的高低配前雾灯，以照射路面获取等照度曲线的方法来评价两种前雾灯的照射性能。用12 V电压点亮，待其光源稳定后，通过探测行人或物体距离，光束照射宽度两方面来比对两种前雾灯的表现。

按照CIE 188的推荐方法，我们将1 lx、3 lx、5 lx定为3个参考照度值，以此为参考值，确立等照度曲线并评估出光束照射宽度及照射距离见图1。

图1 两种前雾灯在1 lx，3 lx，5 lx的等照度曲线

假设汽车在行驶过程中探测到行人或物体位置的照度值为3 lx，眼睛所能感受到最远的照度值为1 lx，对此进行照射距离和照射宽度测量（详见表4）。

表4 两种前雾灯照射距离及宽度比

从表4的试验数据中可以看出，在人眼感受最远的照度值和分辨物体的距离上，F3级前雾灯照射距离较远，照度值3 lx在20 m和30 m的照射宽度上，F3级前雾灯也较宽。

5. 紫外含量及显色指数测定

显色性是指光源的光照射到物体上所产生的客观效果。如果各色物体受照的效果和标准光源（黑体或重组日光）照射时一样，则认为该光源显色性好。

波长200～380 nm的光定为紫外光，人眼无法识别，紫外含量越多，紫外辐射越大，对于配光镜的影响更大。

在此项试验中，选取对象为上述高低配两种前雾灯的光源，来测定紫外含量和显色指数（详见表5）。

表5 两种前雾灯的紫外含量和显色指数测定

根据表5紫外含量和显色指数的测定结果，B级前雾灯卤素光源的紫外含量远高于F3级前雾灯LED光源；显色指数F3级的LED光源低于B级的卤素灯泡，显色性也低于卤素光源，降低了物体在照射时被人眼辨别的能力。

三、数据结果分析

LED是利用半导体材料制作成发光二极管，直接把电能转换成光能，它的电光效率很高，且不是电热发光，而是半导体冷光，发光效率要高得多。所以，在实际运用时，F3级前雾灯的在功率消耗很少的情况下能产生足够多的光通量，以用来达到照明的效果。在长时间的工作下，LED所产生的热量较小，对于配光镜、反射镜、车体和线路等的热影响都较少。

从配光性能上分析，因为卤素光源的光通量相对LED光源有下降，造成了光强值的下降，直接造成配光效果变差。在实际道路上，照明物体的能力，汽车在行驶中照射距离和照射范围都相应减小。从标准的配光图要求来看，无论从水平位置还是垂直位置，F3级前雾灯的要求远高于B级前雾灯。虽然，两者实际的配光光型并没有具体改变，但就光强值，F3级前雾灯远好于B级。

人在光谱上的可视范围在380～780 nm之间，对于LED光源的本身特性来说，它的光能量主要集中在波长较短处，在光谱上能量分布不均匀，而视见函数的峰值在黄绿段550 nm左右，所以造成LED光源的显色性差于卤素光源。

从配光镜的角度来看，组成塑料配光镜的材料主要由碳和氢两种元素组成。化学结构上，打破C-C键或C-H键的键能，就会从分子组成上破坏配光镜结构，使其有发黄、老化等现象，而紫外线会引起塑料分子链断裂、化学键解体。所以，光源紫外含量的增加会加速塑料配光镜的老化，容易损坏配光镜本身的结构，破坏其配光效果，从而影响行车安全。

四、结 语

通过上述一系列实验数据的分析，LED光源的F3级前雾灯与普通卤素光源B级前雾灯比较，主要有以下几点：

从光源本身的光学性质出发，LED光源的F3级前雾灯的功率小但所产生的光通量却大，所以它既节能又高效；紫外含量低于卤素光源，对配光镜的影响小；LED光源的发热情况也低于卤素光源，故对车体的线路、配光镜、反光镜材料等也影响较小。

从实际运用时的配光效果分析，配光性能在标准上看F3级要求高于B级，且在部分重要点的测量点上，F3级前雾灯的光强高于B级；照射距离和照射宽度上，F3级好于B级。

LED光源的色温偏高，降低了显示物体的能力，但是光通量的增加弥补了显色性的不足。

消费者对于前雾灯在雨雾天气中表现能力越来越重视，这是整车厂的目标，也是行业发展的必然。目前，在认监委的支持下，行业内正在推广“前照灯评价系统”的短平快项目，已得到了行业和消费者的认可。前雾灯作为照明装置之一，预计其性能的评价方法也将会被列入主观评价。希望通过此项目前期的方法确定和数据的积累，能为将来评价前雾灯性能方法提供研究基础。

[1] 周太明，周详，蔡伟新.光源原理与设计（第二版）[M].上海：复旦大学出版社，2009：13-14.

[2] CIE. Performance Assessment Method for Vehicle Headlighting Systems[R]. Vienna. 2010.

This paper studies the performance test method of LED based F3 grade front fog lamp, and compares its test results with the data from class-B halogen fog lamp, which indicates that F3 grade front fog lamp is superior to the traditional B-class front fog lamp in driving safety performance.

F3 Front Fog Lamp; LED Light Source; Driving Safety

（作者单位：上海机动车检测认证技术研究中心有限公司）