汽車B級前霧燈與F3級前霧燈性能比對研究

文/唐小雷 楊 通

汽車B級前霧燈與F3級前霧燈性能比對研究

文/唐小雷 楊 通

本文通過研究以LED光源為主的F3級前霧燈的性能測試方法，將其測試結果與普通鹵素燈泡為光源的B級汽車前霧燈的數(shù)據(jù)進行比對分析，證明F3級前霧燈在行車安全上的表現(xiàn)能力優(yōu)于傳統(tǒng)的B級前霧燈。

F3級前霧燈 LED光源 行車安全

前霧燈是汽車在雨霧天氣行駛時所用的照明燈具，按照GB 4785-2007《汽車及掛車外部照明和光信號的安裝規(guī)定》的3.5.17條定義：用于改善在霧、雪、雨或塵埃情況下道路照明的燈具?，F(xiàn)在，市場上除了傳統(tǒng)的B級前霧燈，還有越來越多的F3級前霧燈，特別是一些高檔車，它們越來越青睞F3級前霧燈。此類前霧燈在光源的選擇上主要以LED 光源為主，LED光源具有節(jié)能、色溫高、壽命長等特點，而B級前霧燈的光源主要是鹵素燈泡。

汽車燈光屬于主動安全，作為一種照明燈具，前霧燈在功能的表現(xiàn)能力上直接關系到行車安全，同樣應滿足國家標準，目前市場上已越來越傾向采用F3級前霧燈。由于國家標準只是一個準入門檻，具體B級和F3級前霧燈在燈光的表現(xiàn)能力上到底有何差異還不得而知。在此次研究中，筆者通過運用現(xiàn)有國家標準GB 4660-2016《機動車用前霧燈配光性能》中B級前霧燈的配光要求、GB 15766.1-2008《道路機動車輛燈泡尺寸、光電性能要求》、ECE R19號法規(guī)中的F3級配光要求，以及CIE188技術報告中一些評估汽車照明燈具性能的要求，制定一套可行的試驗方案，用來測定F3級前霧燈的相關性能，再通過與B級前霧燈的各種數(shù)據(jù)比對，以證實F3級前霧燈在應用上優(yōu)于B級前霧燈。此文將從光源本身的光學性質(zhì)（功率、光通量、紫外含量、顯色指數(shù)和燈體發(fā)熱程度），還有從實際運用時的配光效果（配光性能，照射距離和照射寬度）等幾個方面進行比較。

一、前霧燈的概述

前霧燈裝在汽車前部，光色允許發(fā)白光或黃光，在我國可以選裝。目前分為兩種級別，B級和F3級，B級前霧燈的光源主要以鹵素光源為主，而F3級前霧燈主要以LED光源為主。對應前霧燈的國家標準是GB 4660-2016，此標準已于2017年1月1日正式發(fā)布實施。該標準取代了GB 4660-2007《汽車用燈絲燈泡前霧燈》，主要是新增了F3級前霧燈的要求。歐洲法規(guī)則是ECE R19《Uniform provisions concerning the approval of power-driven vehicle front fog lamps》，該法規(guī)已經(jīng)發(fā)展到第7個版本，在技術內(nèi)容上與我國標準的技術內(nèi)容一致。

二、研究方法和測試結果

為避免在樣燈實際安裝位置、形狀和大小等因素影響兩種級別前霧燈性能比對的可靠性，現(xiàn)選取國內(nèi)某一高低配車型的前霧燈，兩者的外形、大小、安裝位置完全一致。高配車型為F3級前霧燈，光源為LED，低配車型為B級前霧燈，光源為H8 12 V 35 W。根據(jù)現(xiàn)有標準和通用測試方法，從光電性能、發(fā)熱能力、配光性能、色度、等照度曲線、紫外含量和顯色性這幾個方面來測定相關數(shù)據(jù)。

1. 光電性能測定

光源作為車燈的關鍵零部件，對行車安全影響較大，所以光源的光電參數(shù)是一項重要的指標。測試方法按照GB 15766.1-2008《道路機動車輛燈泡尺寸、光電性能要求》中對光源的光電性能要求進行，涉及到功率、光通量、光效。該項試驗對象光源為H8 12 V 35 W的B級前霧燈和光源為LED的F3級前霧燈，通過控制測試電壓12 V，待其光強穩(wěn)定再測定其功率、光通量及光效，測試結果詳見表1。

表1 兩種前霧燈光電參數(shù)比較

從測定的結果來看，F(xiàn)3級前霧燈的光源在同樣的工作電壓下，所消耗的功率是B級前霧燈光源的三分之一，但光通量卻是B級前霧燈的133%；光效比上，F(xiàn)3級前霧燈是B級前霧燈的4.2倍。F3級前霧燈消耗能量更少但更亮，既節(jié)能又高效。

2. 發(fā)熱能力的測定

光源在正常工作中會產(chǎn)生大量的熱，一旦燈腔受熱產(chǎn)生配光鏡或反光鏡形狀的扭曲、形變、融化等，都會改變原有的配光效果，從而使照明效果變差。所以，光源的發(fā)熱情況必定會影響行車安全。在此項試驗中，試驗對象仍為上述的2個高低配前霧燈。測試方法是將上述兩種前霧燈與實車安裝位置一致，點燈時間為1 h，電壓為12 V，依次在點亮1 min、5 min、10 min、20 min、40 min和60 min后，用K電偶在樣品的配光鏡基準中心處進行溫度測定，測試結果詳見表2。

表2 兩種前霧燈耐溫比較℃

從上述測試結果來看，隨著點亮時間增加，B級前霧燈在配光鏡表面承受的溫度是F3級前霧燈的2倍左右。從而說明，LED光源的發(fā)熱能力低于鹵素光源。

3. 配光性能及色度測定

汽車燈具的配光性能在強制性國家標準中是一個重要的考核項目。在此項試驗中，選取了上述高低配車型的兩種級別前霧燈作為配光性能和色度比對對象、測試方法和測試參考點。其中，B級前霧燈按照GB 4660-2016中配光性能和色度的檢測要求進行，測試電壓為12 V。詳細試驗結果見表3。

GB 4785-2007《汽車及掛車外部照明和光信號裝置的安裝規(guī)定》要求，汽車前霧燈發(fā)出的顏色必須是白色或黃色。白色色品坐標的范圍是：x≥0.310，x≤0.500，y≤0.150+0.640x，y≤0.440，y≥0.050+0.750x，y≥0.382。

從色度測試結果來看，B級前霧燈的色度值為x = 0.471 2，y = 0.412 5，F(xiàn)3級前霧燈的色度值為x = 0.364 5，y = 0.354 2，均在國標規(guī)定的白色色品坐標范圍之內(nèi)。

從兩種級別的燈具的配光光型來看，沒有明顯的區(qū)別，但B級前霧燈在同一區(qū)域的光強值明顯下降，跟F3級前霧燈在幾個比較重要的測試點上，如D區(qū)（指從車輛位置到正前方水平面以下的亮區(qū)）和水平線以上最大值（水平線以上不允許太亮，否則會造成對方駕駛員炫目），F(xiàn)3級在這2個點的光強分別是6 002 cd和169 cd，B級在這2各點的光強分別是2 498 cd和635 cd，D區(qū)的光強值下降了58%左右，降低了駕駛員對地面情況的分辨能力，水平線以上的光強卻增加了276%，增加了對方駕駛員炫目的風險；從照射寬度來看，F(xiàn)3級在線段8的最大光強為3 126 cd，相對應B級的E區(qū)為2 638 cd，燈光在照射相同寬度位置上，B級的光強是F3級光強的84%。從這個試驗結果來看使用F3級前霧燈會直接提高了駕駛員的可見范圍和可見能力。

表3 兩種前霧燈的配光性能和色度比較

4. 等照度曲線測定

前霧燈照射的距離和寬度是衡量前霧燈實際運用能力的一個重要指標。在此項試驗中，測試對象為上述的高低配前霧燈，以照射路面獲取等照度曲線的方法來評價兩種前霧燈的照射性能。用12 V電壓點亮，待其光源穩(wěn)定后，通過探測行人或物體距離，光束照射寬度兩方面來比對兩種前霧燈的表現(xiàn)。

按照CIE 188的推薦方法，我們將1 lx、3 lx、5 lx定為3個參考照度值，以此為參考值，確立等照度曲線并評估出光束照射寬度及照射距離見圖1。

圖1 兩種前霧燈在1 lx，3 lx，5 lx的等照度曲線

假設汽車在行駛過程中探測到行人或物體位置的照度值為3 lx，眼睛所能感受到最遠的照度值為1 lx，對此進行照射距離和照射寬度測量（詳見表4）。

表4 兩種前霧燈照射距離及寬度比

從表4的試驗數(shù)據(jù)中可以看出，在人眼感受最遠的照度值和分辨物體的距離上，F(xiàn)3級前霧燈照射距離較遠，照度值3 lx在20 m和30 m的照射寬度上，F(xiàn)3級前霧燈也較寬。

5. 紫外含量及顯色指數(shù)測定

顯色性是指光源的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果。如果各色物體受照的效果和標準光源（黑體或重組日光）照射時一樣，則認為該光源顯色性好。

波長200～380 nm的光定為紫外光，人眼無法識別，紫外含量越多，紫外輻射越大，對于配光鏡的影響更大。

在此項試驗中，選取對象為上述高低配兩種前霧燈的光源，來測定紫外含量和顯色指數(shù)（詳見表5）。

表5 兩種前霧燈的紫外含量和顯色指數(shù)測定

根據(jù)表5紫外含量和顯色指數(shù)的測定結果，B級前霧燈鹵素光源的紫外含量遠高于F3級前霧燈LED光源；顯色指數(shù)F3級的LED光源低于B級的鹵素燈泡，顯色性也低于鹵素光源，降低了物體在照射時被人眼辨別的能力。

三、數(shù)據(jù)結果分析

LED是利用半導體材料制作成發(fā)光二極管，直接把電能轉(zhuǎn)換成光能，它的電光效率很高，且不是電熱發(fā)光，而是半導體冷光，發(fā)光效率要高得多。所以，在實際運用時，F(xiàn)3級前霧燈的在功率消耗很少的情況下能產(chǎn)生足夠多的光通量，以用來達到照明的效果。在長時間的工作下，LED所產(chǎn)生的熱量較小，對于配光鏡、反射鏡、車體和線路等的熱影響都較少。

從配光性能上分析，因為鹵素光源的光通量相對LED光源有下降，造成了光強值的下降，直接造成配光效果變差。在實際道路上，照明物體的能力，汽車在行駛中照射距離和照射范圍都相應減小。從標準的配光圖要求來看，無論從水平位置還是垂直位置，F(xiàn)3級前霧燈的要求遠高于B級前霧燈。雖然，兩者實際的配光光型并沒有具體改變，但就光強值，F(xiàn)3級前霧燈遠好于B級。

人在光譜上的可視范圍在380～780 nm之間，對于LED光源的本身特性來說，它的光能量主要集中在波長較短處，在光譜上能量分布不均勻，而視見函數(shù)的峰值在黃綠段550 nm左右，所以造成LED光源的顯色性差于鹵素光源。

從配光鏡的角度來看，組成塑料配光鏡的材料主要由碳和氫兩種元素組成。化學結構上，打破C-C鍵或C-H鍵的鍵能，就會從分子組成上破壞配光鏡結構，使其有發(fā)黃、老化等現(xiàn)象，而紫外線會引起塑料分子鏈斷裂、化學鍵解體。所以，光源紫外含量的增加會加速塑料配光鏡的老化，容易損壞配光鏡本身的結構，破壞其配光效果，從而影響行車安全。

四、結 語

通過上述一系列實驗數(shù)據(jù)的分析，LED光源的F3級前霧燈與普通鹵素光源B級前霧燈比較，主要有以下幾點：

從光源本身的光學性質(zhì)出發(fā)，LED光源的F3級前霧燈的功率小但所產(chǎn)生的光通量卻大，所以它既節(jié)能又高效；紫外含量低于鹵素光源，對配光鏡的影響小；LED光源的發(fā)熱情況也低于鹵素光源，故對車體的線路、配光鏡、反光鏡材料等也影響較小。

從實際運用時的配光效果分析，配光性能在標準上看F3級要求高于B級，且在部分重要點的測量點上，F(xiàn)3級前霧燈的光強高于B級；照射距離和照射寬度上，F(xiàn)3級好于B級。

LED光源的色溫偏高，降低了顯示物體的能力，但是光通量的增加彌補了顯色性的不足。

消費者對于前霧燈在雨霧天氣中表現(xiàn)能力越來越重視，這是整車廠的目標，也是行業(yè)發(fā)展的必然。目前，在認監(jiān)委的支持下，行業(yè)內(nèi)正在推廣“前照燈評價系統(tǒng)”的短平快項目，已得到了行業(yè)和消費者的認可。前霧燈作為照明裝置之一，預計其性能的評價方法也將會被列入主觀評價。希望通過此項目前期的方法確定和數(shù)據(jù)的積累，能為將來評價前霧燈性能方法提供研究基礎。

[1] 周太明，周詳，蔡偉新.光源原理與設計（第二版）[M].上海：復旦大學出版社，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

（作者單位：上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司）