用反應時間研究氛圍燈顏色亮度對安全駕駛的影響

王立山

(1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000;2.河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000)

0 引言

氛圍燈，顧名思義就是烘托氛圍的燈具。伴隨LED技術的飛速發展和成本的不斷降低[1]，結合導光材質的多樣化、形狀的異樣化及復雜工藝的應用，氛圍燈在襯托汽車內飾、提供溫馨舒適的駕乘環境及樹立汽車品牌方面凸顯出尤為重要的地位。目前，氛圍燈的應用車型正從概念車型、豪華車型下探到中檔車型甚至一般車型。寶馬、奔馳、奧迪、路虎、勞斯萊斯、福特、大眾等品牌車廠都在部分車型配備各式各樣的氛圍燈以凸顯豪華、彰顯個性、吸引顧客：例如勞斯萊斯在Phantom Coupe上用1 600根光纖控制車頂星型圖案，并且圖案可隨意變換，產生滿天星空的效果，浪漫而又高雅;例如奔馳S級及寶馬7系均配備不同顏色、亮度可調的氛圍燈凸顯豪華與尊貴等。然而在氛圍燈大規模推廣應用的過程中，問題逐漸暴露，比如關于室內氛圍燈還沒有明確的相關法規要求，未考慮氛圍燈顏色及亮度變化在不同照明環境(隧道照明、城市照明、鄉村道路照明等)和不同路況(盤山公路、雪路、沙漠等)下對安全駕駛的影響，在氛圍燈的評價方面主觀隨意無客觀依據等。

反應時間是指各種刺激發生到出現明顯反應的時間間隔[2]。在實際汽車駕駛過程中，當前方突然出現障礙物等緊急情況時，駕駛員不可能立即使汽車停下來，而要經過一定的反應時間[3]，緊急情況下反應時間的長短意味著駕駛員做出決策的快慢，反應時間越短，越能盡早采取措施，避免交通事故的發生[4]。隧道是日常駕駛中交通事故發生的高危路段[5]，基于隧道駕駛的特點，反應時間甚為寶貴，直接影響駕乘人員的生命財產安全[3]。因此研究氛圍燈顏色及亮度變化對駕駛員反應時間的影響非常重要，為氛圍燈的設計及汽車室內照明環境的改善提供重要依據。

1 研究過程

1.1 研究內容

主要用定量分析的方法對氛圍燈顏色和亮度對行車安全的影響進入深入的研究。與以往氛圍燈主觀評價不同的是，提出了通過反應時間來研究氛圍燈對行車安全性的量化分析方法，對氛圍燈顏色和亮度對反應時間的影響分別進行試驗研究，主要研究內容如下：

(1)在實驗室模擬隧道中間段照明環境下，測試不同受測者在無氛圍燈的情況下，對障礙物判斷識別的平均反應時間，作為研究氛圍燈顏色和亮度對平均反應時間影響的參考基準。

(2)相同的照明環境下，測試不同受測者在氛圍燈亮度一定、顏色不同的情況下，對障礙物判斷識別的平均反應時間，來研究氛圍燈顏色對行車安全的影響。

(3)相同的照明環境下，測試不同受測者在氛圍燈顏色一定、不同亮度的情況下，對障礙物判斷識別的平均反應時間，來研究氛圍燈亮度對行車安全的影響。

1.2 研究對象

隨機選取10名(5名男性、5名女性)駕齡在5年以上的駕駛員，年齡在30～35歲之間，要求身體健康、精神狀態良好、視覺良好。

1.3 試驗條件

1.3.1 氛圍燈配置

氛圍燈顏色分為3種：紅色、綠色和藍色。不同顏色色坐標見表1。

表1 氛圍燈顏色色坐標

氛圍燈亮度分為3個等級：Ⅰ級(亮度2 cd/m2)、Ⅱ級(亮度4 cd/m2)、Ⅲ級(亮度6 cd/m2)。

氛圍燈不同配置詳見表2。

表2 氛圍燈配置表

1.3.2 背景照明環境

根據JTG/T D70/2-01-2014《公路隧道照明設計細則》的規定[6]：中間段路面亮度根據行車速度和車流量的不同而分別取值，當車速為80 km/h時，亮度為4.5 cd/m2(車流量大)。實驗室采用150 W高壓鈉燈，光源色溫1 919 K，模擬隧道中間段照明環境。

1.3.3 障礙物設置

在汽車正前方35 m處設置障礙物，出現時間隨機。

1.4 試驗要求

受測者熟悉照明環境和室內氛圍燈時間不小于30 min；要求受測者識別出障礙物，立即按下時間記錄儀；氛圍燈不同配置試驗間隔時間不小于30 min；反應時間為電子障礙物出現時間和駕駛員按下時間記錄儀的時間差，測量3次取平均值。

1.5 試驗流程

(1)熟悉照明環境和汽車室內環境30 min；

(2)出現障礙物，記錄障礙物出現時間；

(3)駕駛員識別障礙物，記錄識別時間；

(4)計算反應時間；

(5)測量3次取平均值。

2 試驗結果

不同受測者在氛圍燈不同配置情況下，對障礙物判斷識別的平均反應時間統計見表3。

表3 不同受測者平均反應時間 ms

3 結果分析

在氛圍燈不同配置情況下，所有受測者平均反應時間的變化見圖1。

圖1 不同配置下，平均反應時間變化圖

從圖1可以看出不同受測者在氛圍燈不同配置下，對障礙物判斷識別的平均反應時間都大于無氛圍燈情況下對障礙物判斷識別的平均反應時間，最小值為375.4 ms，最大值為484.2 ms。從以下兩方面對受測者平均反應時間進行分析：(1)分析氛圍燈亮度一定、顏色變化情況下，受測者對障礙物判斷識別的平均反應時間變化規律；(2)分析氛圍燈顏色一定、亮度變化的情況下，受測者對障礙物判斷識別的平均反應時間變化規律。

3.1 氛圍燈亮度一定，顏色變化

氛圍燈亮度為Ⅰ級時，不同顏色下各受測者平均反應時間見圖2(a)；氛圍燈亮度為Ⅱ級時，不同顏色下各受測者平均反應時間見圖2(b)；氛圍燈亮度為Ⅲ級時，不同顏色下各受測者平均反應時間見圖2(c)。

圖2 亮度一定，顏色變化下平均反應時間圖

通過圖2可知：在氛圍燈亮度一定的情況下，所有受測者在不同顏色氛圍燈下對障礙物判斷識別的平均反應時間各不相同；在氛圍燈Ⅰ級亮度下，最大平均反應時間為453.6 ms，最小平均反應時間為375.4 ms；在氛圍燈Ⅱ級亮度下，最大平均反應時間為470.0 ms，最小平均反應時間為383.1 ms；在氛圍燈Ⅲ級亮度下，最大平均反應時間為484.2 ms，最小平均反應時間為410.3 ms。

氛圍燈亮度為Ⅰ級時，不同顏色下各受測者平均反應時間增量見圖3。

在Ⅰ級亮度下，對比氛圍燈不同顏色對受測者判斷識別能力的影響。從圖3可以看出：紅色氛圍燈下所有受測者平均反應時間增量最大，大于綠色氛圍燈和藍色氛圍燈，最大平均反應時間增量為30.5 ms；M2、M3、M4、W4、W5表現為綠色氛圍燈下平均反應時間增量大于藍色氛圍燈，占總受測人數的50%；M1、M5、W1、W2、W3表現為藍色氛圍燈下平均反應時間增量大于綠色氛圍燈，占總受測人數的50%；最小平均反應時間增量為6.9 ms。

圖3 Ⅰ級亮度下，平均反應時間增量圖

氛圍燈亮度為Ⅱ級時，不同顏色下各受測者平均反應時間增量見圖4。

圖4 Ⅱ級亮度下，平均反應時間增量圖

在Ⅱ級亮度下，對比不同顏色氛圍燈對受測者判斷識別能力的影響。從圖4可以看出：紅色氛圍燈下所有受測者平均反應時間增量依然是最大，大于綠色氛圍燈和藍色氛圍燈，最大平均反應時間增量為55.6 ms；M2、M3、M4、M5、W2、W5表現為綠色氛圍燈下平均反應時間增量大于藍色氛圍燈，占總受測人數的60%；M1、W1、W3、W4表現為藍色氛圍燈下平均反應時間增量大于綠色氛圍燈，占總受測人數的40%；最小平均反應時間增量為13.8 ms。

氛圍燈亮度為Ⅲ級時，不同顏色下各受測者平均反應時間增量見圖5。

圖5 Ⅲ級亮度下，平均反應時間增量圖

在Ⅲ級亮度下，對比不同顏色氛圍燈對受測者判斷識別能力的影響。從圖5可以看出：紅色氛圍燈下所有受測者平均反應時間增量最大，大于綠色氛圍燈和藍色氛圍燈，最大平均反應時間增量為73.9 ms；M2、M3、M4、W2、W4表現為綠色氛圍燈下平均反應時間增量大于藍色氛圍燈，占總受測人數的50%；M1、M5、W1、W3、W5表現為藍色氛圍燈下平均反應時間增量大于綠色氛圍燈，占總受測人數的50%；最小平均反應時間增量為28.3 ms。

3.2 氛圍燈顏色一定，亮度變化

紅色氛圍燈不同亮度下，各受測者平均反應時間見圖6(a)；綠色氛圍燈不同亮度下，各受測者平均反應時間見圖6(b)；藍色氛圍燈不同亮度下，各受測者平均反應時間見圖6(c)。

圖6 顏色一定，亮度變化下平均反應時間圖

由圖6可得出：在氛圍燈顏色一定、亮度變化的情況下，所有受測者對障礙物判斷識別的平均反應時間大于無氛圍燈下平均反應時間，多數受測者隨著氛圍燈亮度的增加，平均反應時間逐步增加；在紅色氛圍燈下，最大平均反應時間為484.2 ms，最小平均反應時間為387.3 ms；在綠色氛圍燈下，最大平均反應時間為474.8 ms，最小平均反應時間為375.4 ms；在藍色氛圍燈下，最大平均反應時間為480.1 ms，最小平均反應時間為381.1 ms。

紅色氛圍燈不同亮度下，各受測者平均反應時間增量見圖7。

圖7 紅色氛圍燈下，平均反應時間增量圖

由圖7可知：在紅色氛圍燈下，隨著亮度的增加，平均反應時間增量逐漸增大；所有受測者Ⅱ級亮度下平均反應時間增量大于Ⅰ級亮度下平均反應時間增量；除了M3樣本，其他受測者Ⅲ級亮度下平均反應時間增量大于Ⅱ級亮度下平均反應時間增量；最大平均反應時間增量為73.9 ms，最小平均反應時間增量為9.9 ms。

綠色氛圍燈不同亮度下，各受測者平均反應時間增量見圖8。

圖8 綠色氛圍燈下，平均反應時間增量圖

由圖8可知：在綠色氛圍燈下，隨著亮度的增加，平均反應時間增量逐漸增大；所有受測者Ⅱ級亮度下平均反應時間增量大于Ⅰ級亮度下平均反應時間增量；所有受測者Ⅲ級亮度下平均反應時間增量大于Ⅱ級亮度下平均反應時間增量；最大平均反應時間增量為60.8 ms，最小平均反應時間增量為6.9 ms。

藍色氛圍燈不同亮度下，各受測者平均反應時間增量見圖9。

圖9 藍色氛圍燈下，平均反應時間增量圖

由圖9可知：在藍色氛圍燈下，隨著亮度的增加，平均反應時間增量逐漸增大；所有受測者Ⅱ級亮度下平均反應時間增量大于Ⅰ級亮度下平均反應時間增量；所有受測者Ⅲ級亮度下平均反應時間增量大于Ⅱ級亮度下平均反應時間增量；最大平均反應時間增量為61.0 ms，最小平均反應時間增量為7.3 ms。

3.3 氛圍燈顏色一定，平均反應時間增量隨亮度變化規律

在氛圍燈顏色一定的情況下，通過平均反應時間增量相對亮度的線性回歸擬合出方程的斜率，即平均反應時間增量斜率，如圖10所示。

圖10 不同顏色下，平均反應時間增量隨亮度變化斜率圖

從圖10可得：最大平均反應時間增量斜率為W2受測者在紅色氛圍燈下相對于亮度變化而產生，最大值為15.45 ms/(cd·m2)；最小平均反應時間增量斜率為M3受測者在紅色氛圍燈下相對亮度變化而產生，最小值為4.725 ms/(cd·m2)。通過圖10可得出：M2、M4、W2、W3、W4五名受測者紅色氛圍燈下平均反應時間增量斜率大于綠色氛圍燈和藍色氛圍燈下平均反應時間增量斜率，占總受測人數的50%，最大值為15.45 ms/(cd·m2)；M3、M5、W1、W5四名受測者藍色氛圍燈下平均反應時間增量斜率大于紅色氛圍燈和綠色氛圍燈下平均反應時間增量斜率，占總受測人數的40%，最大值為11.23 ms/(cd·m2)；M1受測者綠色氛圍燈下平均反應時間增量斜率大于紅色氛圍燈和藍色氛圍燈下平均反應時間增量斜率，占總受測人數的10%，為8.725 ms/(cd·m2)。紅色氛圍燈下最大平均反應時間增量斜率大于藍色氛圍燈下最大平均反應時間增量斜率，藍色氛圍燈下最大平均反應時間增量斜率大于綠色氛圍燈下最大平均反應時間增量斜率。

4 結論及意義

盡管由于每個受測者年齡、性別、駕駛經驗、心理素質、視力水平、注意力等存在差異，導致判斷識別能力各不相同[7-10]，但是通過試驗研究發現，在隧道中間段照明環境下，汽車室內氛圍燈的顏色和亮度均對受測者的應激反應能力產生規律性影響，具體表現如下：

(1)在氛圍燈亮度一定的情況下，紅色氛圍燈導致絕大多數受測者平均反應時間增量大于綠色氛圍燈和藍色氛圍燈；紅色氛圍燈下，絕大多數受測者隨亮度的增加平均反應時間增量逐漸增加，且當紅色氛圍燈亮度大于室外照明亮度時出現最大平均反應時間增量；大多數受測者在紅色氛圍燈下平均反應時間增量斜率大于綠色氛圍燈和藍色氛圍燈，可見紅色氛圍燈及其亮度變化對駕駛員判斷識別能力影響最大。

(2)所有受測者在藍色氛圍燈下，平均反應時間增量均隨亮度的增加而增加，在藍色氛圍燈亮度大于室外照明亮度時出現最大平均反應時間增量；多數受測者在藍色氛圍燈下平均反應時間增量斜率大于紅色氛圍燈和綠色氛圍燈，可見藍色氛圍燈及其亮度變化對駕駛員判斷識別能力產生一定的影響。

(3)所有受測者在綠色氛圍燈下，平均反應時間增量均隨亮度的增加而增加，在綠色氛圍燈亮度大于室外照明亮度時出現最大平均反應時間增量；極少數受測者在綠色氛圍燈下平均反應時間增量斜率大于紅色氛圍燈和藍色氛圍燈，可見綠色氛圍燈及其亮度變化對駕駛員判斷識別能力影響最小。

通過試驗得出，平均反應時間最大影響73.9 ms，按照日常隧道規定的限制速度80 km/h計算，73.9 ms對應的距離是1.64 m，這就意味著在隧道行駛過程中遇到緊急情況，采取緊急制動剎車的距離會延長1.64 m，而這1.64 m足以釀成一場慘禍。由此可見氛圍燈顏色和亮度的設計對行車安全的意義非常重大。

5 展望

未來汽車室內氛圍燈將于車外照明傳感器相連，通過傳感器探測不同路況下，盤山公路、雪路、鄉村道路等，不同照明環境下，隧道照明、城市照明、鄉村道路照明等，周邊環境的照明信息，并將信息傳輸給汽車中央信息處理系統，通過模擬計算出對安全駕駛影響最小的氛圍燈方案，并實時調節氛圍燈顏色及亮度，為駕乘人員提供更加安全、更加適宜的駕乘體驗。

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