車輛幕罩眩光的形成機(jī)理及評(píng)價(jià)測(cè)試

趙準(zhǔn) 曹建驍 栗晉杰

摘 要：幕罩眩光是一類與車輛設(shè)計(jì)和人機(jī)工程相關(guān)的視覺危險(xiǎn)源，我們要對(duì)此類眩光的影響有充分的認(rèn)識(shí)，該文對(duì)該類眩光的產(chǎn)生和影響因素進(jìn)行了研究和測(cè)試，分析了由車輛儀表臺(tái)面板和前擋風(fēng)玻璃二次反射形成的幕罩眩光的產(chǎn)生機(jī)理。針對(duì)其影響因素從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，提出了一套車輛幕罩眩光的檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法，并提出了車輛設(shè)計(jì)過程中減少或避免此類眩光的相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：幕罩眩光；眩光評(píng)價(jià)；模型

中圖分類號(hào)：U463 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

眩光被國際照明委員會(huì)（CIE）定義為由于視野中的亮度分布不適當(dāng)，或亮度變化幅度太大，從而引起不舒適或降低觀察重要物體的能力。眩光也可分為失能眩光和不舒適眩光2種。目前對(duì)車輛駕駛過程中的眩光研究和評(píng)價(jià)，主要集中在直射眩光或夜晚車輛前照明系統(tǒng)產(chǎn)生的對(duì)向眩光上，而對(duì)駕駛過程中由于儀表臺(tái)反射而在前擋風(fēng)玻璃上產(chǎn)生的幕罩眩光，則缺乏深入的研究和分析。該文結(jié)合幕罩眩光的形成機(jī)理對(duì)該類型眩光的檢測(cè)及評(píng)價(jià)提出了一套檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法。

1 幕罩眩光的形成機(jī)理

車輛行駛過程中可能遭遇到的眩光多種多樣，除夜間對(duì)向車輛前照燈產(chǎn)生的眩光外，還有太陽直射眩光、道路眩光等不同類型的眩光來源，而車輛駕駛艙內(nèi)的一種反射類眩光大家則較少重視的。車輛外部的環(huán)境光線（象陽光）透過車輛前擋風(fēng)玻璃照射至車輛儀表臺(tái)上，而儀表臺(tái)的反射光線會(huì)在車輛前擋風(fēng)玻璃產(chǎn)生類似鏡面反射的效果，在車輛前擋風(fēng)玻璃上成像，形成一層“幕罩”，影響駕駛員的觀察視線。之所以把它稱為“幕罩眩光”是因?yàn)閮x表臺(tái)形成的鏡像正好位于駕駛員前方的觀察范圍內(nèi)，這層鏡像就像一塊幕布一樣遮擋了駕駛員的視線，降低了道路場(chǎng)景的對(duì)比度，使駕駛員在觀察前方道路情況時(shí)，由于這層幕罩效果的疊加而無法真實(shí)清楚地看清楚目標(biāo)，影響駕駛員的駕駛體驗(yàn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)給行車帶來極大的危險(xiǎn)。需要注意的是，幕罩眩光應(yīng)屬于不舒適眩光，這類反射眩光隨時(shí)都會(huì)存在，在某些特定場(chǎng)合下會(huì)影響我們的駕駛安全。

一般在陽光不是十分強(qiáng)烈的情況下，這種幕罩眩光效果并不十分明顯，這是因?yàn)榇藭r(shí)人眼視野內(nèi)的明暗對(duì)比并不太大，并不會(huì)嚴(yán)重影響駕駛體驗(yàn)。正如汽車遠(yuǎn)光燈給人帶來的炫目一樣，在黑暗的夜晚里會(huì)顯得非常刺眼，而在白天或周圍環(huán)境較亮的情況下，由于明暗對(duì)比沒有夜晚那么強(qiáng)烈，則會(huì)顯得比較容易接受。

當(dāng)駕駛室儀表臺(tái)上方放置反射率較高的物體（象白色紙張時(shí)），這種幕罩眩光的效果會(huì)變得比較明顯。而當(dāng)車輛在白天行駛進(jìn)黑暗隧道的入口時(shí)，由于視覺前方的背景非常暗，明暗對(duì)比過于強(qiáng)烈，幕罩眩光會(huì)顯得尤為明顯，并且由于人眼的視覺暫留影響，再加上人眼的暗適應(yīng)效果，會(huì)給駕駛員造成一種短時(shí)致盲的效果，使車輛在即將駛?cè)胨淼廊肟诘竭M(jìn)入隧道內(nèi)的一小段時(shí)間內(nèi)，無法看清楚隧道內(nèi)部的道路交通狀況，從而引發(fā)交通事故，因此有必要對(duì)這種情況下的幕罩眩光進(jìn)行深入的研究，該文的研究內(nèi)容也基于此種工況條件下。

2 影響幕罩眩光的因素

根據(jù)幕罩眩光的產(chǎn)生機(jī)理，可以看出影響這類眩光的主要7個(gè)因素。1）光源照度（即擋風(fēng)玻璃處測(cè)到的陽光照度）。2）暗背景的亮度（為研究和對(duì)比方便，可以定義為一個(gè)固定值）。3）前擋風(fēng)玻璃的材料特性（象透過率、反射率等）。4）儀表臺(tái)材料特性（反射率）。5）光源入射角度（象太陽光的入射角）。6）前擋風(fēng)玻璃垂直傾斜角度。7）儀表臺(tái)水平傾斜角度。

其中第1項(xiàng)、2項(xiàng)是客觀因素，與車輛設(shè)計(jì)無關(guān)，第3、4項(xiàng)是材料特性，采用合適的材料可最大限度地降低此類眩光的影響，第5～第7項(xiàng)與車輛設(shè)計(jì)因素相關(guān)，需要在車輛設(shè)計(jì)過程中加以考慮。該文暫不討論由駕駛員個(gè)體差異而帶來的對(duì)眩光評(píng)價(jià)的影響（象年齡、感知差異等）。

3 評(píng)估模型的建立

Lve—由環(huán)境引起的直接射向眼睛所產(chǎn)生的光幕亮度，即環(huán)境背景亮度。

上節(jié)指出，背景亮度可以定義為一個(gè)常量，因此只需計(jì)算出幕罩亮度即可。

對(duì)于采用眩光值GR法計(jì)算出的眩光值可按表1進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)上節(jié)分析可以看出，幕罩眩光產(chǎn)生的來源即擋風(fēng)玻璃處測(cè)到的太陽光照度，在此定義為Is，可以作為評(píng)估模型的輸入因子。假定前擋風(fēng)玻璃的透過率為T1，則其反射率為R1，儀表臺(tái)反射率為R2，則理論意義上人眼接收到的幕罩眩光亮度值Lve應(yīng)等于Is×T1×R1×R2/π。需指出，一般情況下前擋風(fēng)玻璃特別是儀表臺(tái)的材質(zhì)都具有較大的漫反射效果，因此還需要借助仿真和試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

對(duì)上式進(jìn)行轉(zhuǎn)換得出，光源入射角α=180-2（β+γ），模擬及測(cè)試時(shí)應(yīng)按此公式根據(jù)β和γ的給定值計(jì)算，并設(shè)置光源入射角度。

4 幕罩眩光試驗(yàn)室測(cè)試

采用如下測(cè)試方案對(duì)幕罩眩光進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，需用到的測(cè)量設(shè)備包括測(cè)角儀、投射燈、亮度計(jì)和手持式照度計(jì)等，具體測(cè)試步驟如下。

（1）在車輛正前方布置黑布，模擬隧道暗背景，使用亮度計(jì)記錄背景亮度值。

（2）按儀表臺(tái)水平傾角布置并固定儀表臺(tái)面板，定義儀表臺(tái)面板的測(cè)試區(qū)域。

（3）清潔前擋風(fēng)玻璃并按前擋風(fēng)玻璃垂直傾角布置并固定。

（4）計(jì)算陽光入射角。

（5）布置亮度計(jì)，亮度計(jì)可布置在駕駛員眼部位置，朝向人眼視線正前方，并在其延長線與前擋風(fēng)玻璃外部交點(diǎn)處定義入射點(diǎn)。

（6）在車輛前方按照陽光入射角布置投射燈，用以模擬陽光照射，在定義的入射點(diǎn)處使用照度傳感器測(cè)量照度值，調(diào)整投射燈的前后距離使入射點(diǎn)處達(dá)到規(guī)定的照度數(shù)值，注意避免光源直射亮度計(jì)。

（7）記錄測(cè)試的亮度數(shù)據(jù)，按試驗(yàn)方案調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)重復(fù)上述步驟。

測(cè)試結(jié)果見表2。

從上述表格數(shù)據(jù)中可以看出，幕罩眩光的影響會(huì)隨著前擋風(fēng)玻璃垂直傾角、儀表臺(tái)水平傾角的增加而增加，并隨著太陽光入射角度的增大而減小。

當(dāng)然幕罩眩光也會(huì)隨著入射光強(qiáng)度的增大、前擋風(fēng)玻璃的透過率和儀表臺(tái)材質(zhì)反射率的增大而增大，在此不做具體分析。

5 與設(shè)計(jì)相關(guān)的建議

從儀表臺(tái)材質(zhì)選取上來說，一般而言，黑色或深色內(nèi)飾的車輛在陽光猛烈照射下，中控臺(tái)比較不容易反光，在行車過程中不易造成突發(fā)危險(xiǎn)，具有較高的安全性。而淺色內(nèi)飾的反光會(huì)稍微明顯些，容易造成前擋玻璃與前儀表板形成反光的幕罩眩光效果，從而降低道路場(chǎng)景對(duì)比度，使駕駛員更難探測(cè)到真實(shí)的路況，在夏日或太陽猛烈的時(shí)候會(huì)給行車會(huì)帶來極大的危險(xiǎn)。

另外從前風(fēng)擋玻璃垂直傾角、儀表臺(tái)水平傾角設(shè)計(jì)角度出發(fā)，在引入大傾斜角度的前擋風(fēng)玻璃時(shí)，儀表臺(tái)角度可以適當(dāng)減少或采用更低光澤度的儀表臺(tái)材質(zhì)，如果只能選擇較高光澤度的儀表臺(tái)頂部材質(zhì)時(shí)，則應(yīng)當(dāng)使儀表臺(tái)頂部表面下傾的更厲害些（即遠(yuǎn)離前擋風(fēng)玻璃）。

6 結(jié)語

綜上所述，幕罩眩光是一類與車輛設(shè)計(jì)和人機(jī)工程相關(guān)的視覺危險(xiǎn)源，我們要對(duì)此類眩光的影響有充分的認(rèn)識(shí)，該文對(duì)該類眩光的產(chǎn)生和影響因素上進(jìn)行了研究和測(cè)試，提出了從設(shè)計(jì)角度對(duì)該類眩光進(jìn)行削弱的方法，使在該類眩光產(chǎn)生時(shí)，能夠盡可能的將其對(duì)駕駛員所造成的影響和傷害降至最低。

參考文獻(xiàn)

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