汽車前照燈眩目與兩車相向運(yùn)動(dòng)位置的分析

禚寶國(guó)

（重慶交通大學(xué)，重慶 400074）

0 引 言

我國(guó)約有 70%的人車事故發(fā)生在夜晚，而發(fā)生于夜晚的交通事故中死亡率超過(guò) 40%。根據(jù)公安部對(duì)2009年上半年全國(guó)道路交通事故的分析，夜間道路交通事故明顯增多，其中與駕駛員使用遠(yuǎn)光燈相關(guān)的占有 30%～40%[1]；歐洲每年約有55000人死于交通事故，其中55%的死亡事故發(fā)生在夜間；夜間的行車量只占總行車量的 25%，但交通事故卻占總交通事故數(shù)量的 47%。由此可以推算，夜間交通事故發(fā)生的概率大約是白天的3倍[2]。夜間事故多發(fā)的原因除了與駕駛員正常地困倦有關(guān)以外，很大一部分是因?yàn)榈缆氛彰鞫鹊突蛘呦鄷?huì)車輛的燈光對(duì)駕駛員引起眩目造成的。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于前照燈防眩目的研究主要有自動(dòng)變光防眩目、利用偏振光防眩目、單色光防眩目和液晶變光裝置防眩目等?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外對(duì)于自動(dòng)變光器的研究主要分為 2種，一種是利用光敏傳感器感知前方來(lái)車的遠(yuǎn)光燈，當(dāng)燈光強(qiáng)度達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)變光器可根據(jù)對(duì)方車輛的燈光變換作出相應(yīng)的變換，如果對(duì)方車輛的遠(yuǎn)光一直不變換，本車能自動(dòng)恢復(fù)遠(yuǎn)光，提醒對(duì)方車輛變光；另一種是利用距離傳感器感知對(duì)面會(huì)車距離小于設(shè)定值時(shí)，汽車就由遠(yuǎn)光燈自動(dòng)切換成近光燈，當(dāng)汽車會(huì)車完畢之后汽車自動(dòng)接通遠(yuǎn)光燈[3]。眩目不僅和兩車的縱向距離有關(guān)，很大程度上還和它們的橫向距離有關(guān)，以上這兩種研究都沒(méi)有將相會(huì)兩車的橫向距離作為眩目的參考因素。文中主要討論夜間水平直線相向行駛的兩汽車相會(huì)時(shí)，水平橫向距離和達(dá)到前照燈的眩目角的縱向距離的關(guān)系。

1 眩目的測(cè)量方法

測(cè)量眩目發(fā)光的方法有以下2步：

1）計(jì)算發(fā)光源在視網(wǎng)膜處的“等效罩紗亮度（Lequivalent）”[4]

公式：

其中，Lequivalent為發(fā)光源的“等效罩紗亮度”；k為駕駛員年齡系數(shù)，Eglare為發(fā)光源在駕駛員視網(wǎng)膜處的照度；θ為駕駛員視線與發(fā)光源的直線夾角。

2）計(jì)算相對(duì)上升對(duì)比度閾（Thresholdelevation）

兩車交會(huì)時(shí)，對(duì)方的燈光是不是引起駕駛員的眩目，還與背景亮度（Lbackground）有關(guān)。對(duì)比度閾為目標(biāo)亮度的最小變量（ΔL），作為評(píng)估目標(biāo)在背景亮度下可見(jiàn)單位，相對(duì)上升對(duì)比度閾的公式

即

當(dāng)測(cè)得 Thresholdelevation>2時(shí)，說(shuō)明已經(jīng)產(chǎn)生了比較嚴(yán)重的眩目現(xiàn)象。

人眼內(nèi)部存在兩個(gè)軸，一個(gè)是視軸，另一個(gè)是光軸，其間大約有 5°的夾角[5]，夾角大小在不同人身上體現(xiàn)不同，視軸與光軸之間的夾角對(duì)眼睛外圍的光學(xué)特性有顯著的影響[6]。當(dāng)光線經(jīng)過(guò)眼睛的晶狀體和玻璃體的時(shí)候發(fā)生折射[7]，使得 5°的夾角表現(xiàn)出來(lái)的目標(biāo)張角約為 7°，即當(dāng)光線射入眼睛時(shí)與視軸的夾角小于 7°時(shí)，即使亮度不高時(shí)也很容易引起眩目，所以我們定義眩目角為7°。

2 交會(huì)兩車的相對(duì)位置分析

由于小型轎車車燈的亮度比較高，駕駛員的坐姿相對(duì)于其他類型的車更低，所以容易產(chǎn)生眩目現(xiàn)象，并且小型轎車的車速高，產(chǎn)生眩目現(xiàn)象之后的危害較其他類型的車更嚴(yán)重，文中主要以小型轎車的各種參數(shù)為依據(jù)來(lái)討論。在分析兩車相對(duì)位置與眩目帶的關(guān)系之前，先要確定兩車交會(huì)的車與路的一些參數(shù)。

在汽車前照燈離地面高度的規(guī)定上，歐洲ECE R48規(guī)定500 mm≤H≤1200 mm，美國(guó)SAE J579C規(guī)定560 mm≤H≤1370 mm，我國(guó)的汽車標(biāo)準(zhǔn)采用歐洲ECE法規(guī)體系，在GB 4785-2007中規(guī)定汽車前照燈離地高度不小于500 mm，不大于1200 mm。在司機(jī)視線高度的規(guī)定上，德國(guó)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定視高為1.00 m，美國(guó)規(guī)定視高為1.14 m，日本規(guī)定視高為1.20 m。我國(guó)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》參照日本的規(guī)定，規(guī)定視高為1.20 m[8]。那么，車燈與駕駛員眼睛的相對(duì)高度h的范圍區(qū)間為[0 cm，70 cm]，文中在計(jì)算時(shí)取中間值40 cm。

3 兩車相對(duì)位置與眩目角的關(guān)系

兩車交會(huì)時(shí)，簡(jiǎn)化模型如圖1所示。

其中，A為駕駛員的眼睛，AB為駕駛員眼睛與地面間的距離，AF為駕駛員的視線，a為汽車駕駛員眼睛到汽車最前端的距離，取a為1.5 m，CD為車燈的離地距離，AC為射入駕駛員眼睛的燈光。A、F在同一水平面內(nèi)，C、G在同一水平面內(nèi)，駕駛員的視線與發(fā)光源的夾角即為∠CAF=∠θ。

設(shè)兩車水平縱向距離為x，水平橫向距離為y，則

交通法規(guī)規(guī)定，夜間距對(duì)方來(lái)車至少 150 m處關(guān)閉遠(yuǎn)光燈開(kāi)啟近光燈，取x的上限值為160 m，當(dāng)相互間距離縮短到25 m或更短時(shí)，直接眩目的作用下降[9]，取x的下限值為10 m，可得相會(huì)兩車的水平縱向距離范圍為10 m≤x≤160 m。標(biāo)準(zhǔn)車道寬3.7 m，故對(duì)兩車道而言，駕駛員與來(lái)車中心的橫向距離為3.3 m[10]。由式（3）得到駕駛員的視線與發(fā)光源的夾角 θ與相會(huì)兩車的水平縱向距離x的關(guān)系曲線，如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)θ=7°時(shí)，x=26 m，即當(dāng)兩車在相鄰的兩個(gè)車道相向行駛，且縱向距離在26～150 m之間的時(shí)候，開(kāi)遠(yuǎn)光燈很容易造成對(duì)方駕駛員的眩目。

文中定義的車燈與人眼的相對(duì)高度為40 cm，相會(huì)兩車的水平縱向距離范圍10 m≤x≤160 m，根據(jù)式（3）得出駕駛員的視線與發(fā)光源的夾角 θ與駕駛員眼睛與相會(huì)車輛的前照燈的水平橫向距離y和相會(huì)兩車的水平縱向距離x的關(guān)系曲面，如圖3所示.

由圖3可以看出，當(dāng)x不變時(shí)，z隨著y的增大而增大；當(dāng)y不變時(shí)，z隨著x的增大而減小。

根據(jù)式（3）和圖 1，可以得到兩車水平縱向距離和眩目角、橫向距離的關(guān)系

其關(guān)系曲線如圖4所示。

按趨勢(shì)延長(zhǎng)線可將圖4分為兩部分Ⅰ和Ⅱ，根據(jù)式（4）分析可知，在區(qū)域Ⅰ內(nèi)，前照燈在相會(huì)車輛駕駛員的眩目角內(nèi)，比較容易引起對(duì)方駕駛員的眩目，當(dāng)兩車距離在區(qū)域Ⅰ內(nèi)相會(huì)時(shí)，雙方駕駛員應(yīng)主動(dòng)考慮關(guān)閉遠(yuǎn)光燈，防止引起對(duì)方駕駛員眩目。

由于GB4599-2007中只規(guī)定了遠(yuǎn)光燈在25 m外的配光屏幕上2250 L的極小值，并沒(méi)有規(guī)定遠(yuǎn)光燈的照射角度，所以文中不考慮燈光照射角度對(duì)眩目的影響。

文中只分析了眩目角與兩車相對(duì)位置的關(guān)系，并沒(méi)有將車燈亮度、背景亮度和年齡系數(shù)等因素考慮在內(nèi)。不是在區(qū)域Ⅰ內(nèi)就一定能引起眩目，也不是在區(qū)域Ⅱ內(nèi)就不會(huì)發(fā)生眩目現(xiàn)象，眩目的發(fā)生與否還和車燈亮度、背景亮度、駕駛員年齡系數(shù)等多個(gè)因素有關(guān)。

文中對(duì)眩目角和相會(huì)車輛的相對(duì)位置關(guān)系的分析，以遠(yuǎn)光燈燈束是否射在相會(huì)車輛駕駛員眩目角里為依據(jù)，找出了在不同橫向距離相會(huì)過(guò)程中比較容易引起駕駛員眩目的縱向距離范圍。目前的前照燈自動(dòng)切換遠(yuǎn)光、近光防眩功能的依據(jù)主要是縱向距離的一個(gè)臨界值，文中對(duì)于眩目的影響分析中增加考慮了橫向距離因素，為前照燈自動(dòng)切換遠(yuǎn)光、近光防眩功能增加控制因子提供了參考。

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