用反應(yīng)時(shí)間研究氛圍燈顏色亮度對(duì)安全駕駛的影響

王立山

(1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000;2.河北省汽車工程技術(shù)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(shù)的飛速發(fā)展和成本的不斷降低[1]，結(jié)合導(dǎo)光材質(zhì)的多樣化、形狀的異樣化及復(fù)雜工藝的應(yīng)用，氛圍燈在襯托汽車內(nèi)飾、提供溫馨舒適的駕乘環(huán)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(yīng)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(gè)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(chǎn)生滿天星空的效果，浪漫而又高雅;例如奔馳S級(jí)及寶馬7系均配備不同顏色、亮度可調(diào)的氛圍燈凸顯豪華與尊貴等。然而在氛圍燈大規(guī)模推廣應(yīng)用的過程中，問題逐漸暴露，比如關(guān)于室內(nèi)氛圍燈還沒有明確的相關(guān)法規(guī)要求，未考慮氛圍燈顏色及亮度變化在不同照明環(huán)境(隧道照明、城市照明、鄉(xiāng)村道路照明等)和不同路況(盤山公路、雪路、沙漠等)下對(duì)安全駕駛的影響，在氛圍燈的評(píng)價(jià)方面主觀隨意無客觀依據(jù)等。

反應(yīng)時(shí)間是指各種刺激發(fā)生到出現(xiàn)明顯反應(yīng)的時(shí)間間隔[2]。在實(shí)際汽車駕駛過程中，當(dāng)前方突然出現(xiàn)障礙物等緊急情況時(shí)，駕駛員不可能立即使汽車停下來，而要經(jīng)過一定的反應(yīng)時(shí)間[3]，緊急情況下反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短意味著駕駛員做出決策的快慢，反應(yīng)時(shí)間越短，越能盡早采取措施，避免交通事故的發(fā)生[4]。隧道是日常駕駛中交通事故發(fā)生的高危路段[5]，基于隧道駕駛的特點(diǎn)，反應(yīng)時(shí)間甚為寶貴，直接影響駕乘人員的生命財(cái)產(chǎn)安全[3]。因此研究氛圍燈顏色及亮度變化對(duì)駕駛員反應(yīng)時(shí)間的影響非常重要，為氛圍燈的設(shè)計(jì)及汽車室內(nèi)照明環(huán)境的改善提供重要依據(jù)。

1 研究過程

1.1 研究?jī)?nèi)容

主要用定量分析的方法對(duì)氛圍燈顏色和亮度對(duì)行車安全的影響進(jìn)入深入的研究。與以往氛圍燈主觀評(píng)價(jià)不同的是，提出了通過反應(yīng)時(shí)間來研究氛圍燈對(duì)行車安全性的量化分析方法，對(duì)氛圍燈顏色和亮度對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響分別進(jìn)行試驗(yàn)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：

(1)在實(shí)驗(yàn)室模擬隧道中間段照明環(huán)境下，測(cè)試不同受測(cè)者在無氛圍燈的情況下，對(duì)障礙物判斷識(shí)別的平均反應(yīng)時(shí)間，作為研究氛圍燈顏色和亮度對(duì)平均反應(yīng)時(shí)間影響的參考基準(zhǔn)。

(2)相同的照明環(huán)境下，測(cè)試不同受測(cè)者在氛圍燈亮度一定、顏色不同的情況下，對(duì)障礙物判斷識(shí)別的平均反應(yīng)時(shí)間，來研究氛圍燈顏色對(duì)行車安全的影響。

(3)相同的照明環(huán)境下，測(cè)試不同受測(cè)者在氛圍燈顏色一定、不同亮度的情況下，對(duì)障礙物判斷識(shí)別的平均反應(yīng)時(shí)間，來研究氛圍燈亮度對(duì)行車安全的影響。

1.2 研究對(duì)象

隨機(jī)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(tài)良好、視覺良好。

1.3 試驗(yàn)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(lán)色。不同顏色色坐標(biāo)見表1。

表1 氛圍燈顏色色坐標(biāo)

氛圍燈亮度分為3個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)(亮度2 cd/m2)、Ⅱ級(jí)(亮度4 cd/m2)、Ⅲ級(jí)(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(huán)境

根據(jù)JTG/T D70/2-01-2014《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》的規(guī)定[6]：中間段路面亮度根據(jù)行車速度和車流量的不同而分別取值，當(dāng)車速為80 km/h時(shí)，亮度為4.5 cd/m2(車流量大)。實(shí)驗(yàn)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(huán)境。

1.3.3 障礙物設(shè)置

在汽車正前方35 m處設(shè)置障礙物，出現(xiàn)時(shí)間隨機(jī)。

1.4 試驗(yàn)要求

受測(cè)者熟悉照明環(huán)境和室內(nèi)氛圍燈時(shí)間不小于30 min；要求受測(cè)者識(shí)別出障礙物，立即按下時(shí)間記錄儀；氛圍燈不同配置試驗(yàn)間隔時(shí)間不小于30 min；反應(yīng)時(shí)間為電子障礙物出現(xiàn)時(shí)間和駕駛員按下時(shí)間記錄儀的時(shí)間差，測(cè)量3次取平均值。

1.5 試驗(yàn)流程

(1)熟悉照明環(huán)境和汽車室內(nèi)環(huán)境30 min；

(2)出現(xiàn)障礙物，記錄障礙物出現(xiàn)時(shí)間；

(3)駕駛員識(shí)別障礙物，記錄識(shí)別時(shí)間；

(4)計(jì)算反應(yīng)時(shí)間；

(5)測(cè)量3次取平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果

不同受測(cè)者在氛圍燈不同配置情況下，對(duì)障礙物判斷識(shí)別的平均反應(yīng)時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 不同受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間 ms

3 結(jié)果分析

在氛圍燈不同配置情況下，所有受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間的變化見圖1。

圖1 不同配置下，平均反應(yīng)時(shí)間變化圖

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

3.1 氛圍燈亮度一定，顏色變化

氛圍燈亮度為Ⅰ級(jí)時(shí)，不同顏色下各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間見圖2(a)；氛圍燈亮度為Ⅱ級(jí)時(shí)，不同顏色下各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間見圖2(b)；氛圍燈亮度為Ⅲ級(jí)時(shí)，不同顏色下各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間見圖2(c)。

圖2 亮度一定，顏色變化下平均反應(yīng)時(shí)間圖

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

氛圍燈亮度為Ⅰ級(jí)時(shí)，不同顏色下各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量見圖3。

在Ⅰ級(jí)亮度下，對(duì)比氛圍燈不同顏色對(duì)受測(cè)者判斷識(shí)別能力的影響。從圖3可以看出：紅色氛圍燈下所有受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量最大，大于綠色氛圍燈和藍(lán)色氛圍燈，最大平均反應(yīng)時(shí)間增量為30.5 ms；M2、M3、M4、W4、W5表現(xiàn)為綠色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于藍(lán)色氛圍燈，占總受測(cè)人數(shù)的50%；M1、M5、W1、W2、W3表現(xiàn)為藍(lán)色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于綠色氛圍燈，占總受測(cè)人數(shù)的50%；最小平均反應(yīng)時(shí)間增量為6.9 ms。

圖3 Ⅰ級(jí)亮度下，平均反應(yīng)時(shí)間增量圖

氛圍燈亮度為Ⅱ級(jí)時(shí)，不同顏色下各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量見圖4。

圖4 Ⅱ級(jí)亮度下，平均反應(yīng)時(shí)間增量圖

在Ⅱ級(jí)亮度下，對(duì)比不同顏色氛圍燈對(duì)受測(cè)者判斷識(shí)別能力的影響。從圖4可以看出：紅色氛圍燈下所有受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量依然是最大，大于綠色氛圍燈和藍(lán)色氛圍燈，最大平均反應(yīng)時(shí)間增量為55.6 ms；M2、M3、M4、M5、W2、W5表現(xiàn)為綠色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于藍(lán)色氛圍燈，占總受測(cè)人數(shù)的60%；M1、W1、W3、W4表現(xiàn)為藍(lán)色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于綠色氛圍燈，占總受測(cè)人數(shù)的40%；最小平均反應(yīng)時(shí)間增量為13.8 ms。

氛圍燈亮度為Ⅲ級(jí)時(shí)，不同顏色下各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量見圖5。

圖5 Ⅲ級(jí)亮度下，平均反應(yīng)時(shí)間增量圖

在Ⅲ級(jí)亮度下，對(duì)比不同顏色氛圍燈對(duì)受測(cè)者判斷識(shí)別能力的影響。從圖5可以看出：紅色氛圍燈下所有受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量最大，大于綠色氛圍燈和藍(lán)色氛圍燈，最大平均反應(yīng)時(shí)間增量為73.9 ms；M2、M3、M4、W2、W4表現(xiàn)為綠色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于藍(lán)色氛圍燈，占總受測(cè)人數(shù)的50%；M1、M5、W1、W3、W5表現(xiàn)為藍(lán)色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于綠色氛圍燈，占總受測(cè)人數(shù)的50%；最小平均反應(yīng)時(shí)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(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間見圖6(a)；綠色氛圍燈不同亮度下，各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間見圖6(b)；藍(lán)色氛圍燈不同亮度下，各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間見圖6(c)。

圖6 顏色一定，亮度變化下平均反應(yīng)時(shí)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(cè)者對(duì)障礙物判斷識(shí)別的平均反應(yīng)時(shí)間大于無氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間，多數(shù)受測(cè)者隨著氛圍燈亮度的增加，平均反應(yīng)時(shí)間逐步增加；在紅色氛圍燈下，最大平均反應(yīng)時(shí)間為484.2 ms，最小平均反應(yīng)時(shí)間為387.3 ms；在綠色氛圍燈下，最大平均反應(yīng)時(shí)間為474.8 ms，最小平均反應(yīng)時(shí)間為375.4 ms；在藍(lán)色氛圍燈下，最大平均反應(yīng)時(shí)間為480.1 ms，最小平均反應(yīng)時(shí)間為381.1 ms。

紅色氛圍燈不同亮度下，各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量見圖7。

圖7 紅色氛圍燈下，平均反應(yīng)時(shí)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(yīng)時(shí)間增量逐漸增大；所有受測(cè)者Ⅱ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于Ⅰ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量；除了M3樣本，其他受測(cè)者Ⅲ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于Ⅱ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量；最大平均反應(yīng)時(shí)間增量為73.9 ms，最小平均反應(yīng)時(shí)間增量為9.9 ms。

綠色氛圍燈不同亮度下，各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量見圖8。

圖8 綠色氛圍燈下，平均反應(yīng)時(shí)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(yīng)時(shí)間增量逐漸增大；所有受測(cè)者Ⅱ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于Ⅰ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量；所有受測(cè)者Ⅲ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于Ⅱ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量；最大平均反應(yīng)時(shí)間增量為60.8 ms，最小平均反應(yīng)時(shí)間增量為6.9 ms。

藍(lán)色氛圍燈不同亮度下，各受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量見圖9。

圖9 藍(lán)色氛圍燈下，平均反應(yīng)時(shí)間增量圖

由圖9可知：在藍(lán)色氛圍燈下，隨著亮度的增加，平均反應(yīng)時(shí)間增量逐漸增大；所有受測(cè)者Ⅱ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于Ⅰ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量；所有受測(cè)者Ⅲ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量大于Ⅱ級(jí)亮度下平均反應(yīng)時(shí)間增量；最大平均反應(yīng)時(shí)間增量為61.0 ms，最小平均反應(yīng)時(shí)間增量為7.3 ms。

3.3 氛圍燈顏色一定，平均反應(yīng)時(shí)間增量隨亮度變化規(guī)律

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

圖10 不同顏色下，平均反應(yīng)時(shí)間增量隨亮度變化斜率圖

從圖10可得：最大平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率為W2受測(cè)者在紅色氛圍燈下相對(duì)于亮度變化而產(chǎn)生，最大值為15.45 ms/(cd·m2)；最小平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率為M3受測(cè)者在紅色氛圍燈下相對(duì)亮度變化而產(chǎn)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(cè)者紅色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率大于綠色氛圍燈和藍(lán)色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率，占總受測(cè)人數(shù)的50%，最大值為15.45 ms/(cd·m2)；M3、M5、W1、W5四名受測(cè)者藍(lán)色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率大于紅色氛圍燈和綠色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率，占總受測(cè)人數(shù)的40%，最大值為11.23 ms/(cd·m2)；M1受測(cè)者綠色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率大于紅色氛圍燈和藍(lán)色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率，占總受測(cè)人數(shù)的10%，為8.725 ms/(cd·m2)。紅色氛圍燈下最大平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率大于藍(lán)色氛圍燈下最大平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率，藍(lán)色氛圍燈下最大平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率大于綠色氛圍燈下最大平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率。

4 結(jié)論及意義

盡管由于每個(gè)受測(cè)者年齡、性別、駕駛經(jīng)驗(yàn)、心理素質(zhì)、視力水平、注意力等存在差異，導(dǎo)致判斷識(shí)別能力各不相同[7-10]，但是通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在隧道中間段照明環(huán)境下，汽車室內(nèi)氛圍燈的顏色和亮度均對(duì)受測(cè)者的應(yīng)激反應(yīng)能力產(chǎn)生規(guī)律性影響，具體表現(xiàn)如下：

(1)在氛圍燈亮度一定的情況下，紅色氛圍燈導(dǎo)致絕大多數(shù)受測(cè)者平均反應(yīng)時(shí)間增量大于綠色氛圍燈和藍(lán)色氛圍燈；紅色氛圍燈下，絕大多數(shù)受測(cè)者隨亮度的增加平均反應(yīng)時(shí)間增量逐漸增加，且當(dāng)紅色氛圍燈亮度大于室外照明亮度時(shí)出現(xiàn)最大平均反應(yīng)時(shí)間增量；大多數(shù)受測(cè)者在紅色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率大于綠色氛圍燈和藍(lán)色氛圍燈，可見紅色氛圍燈及其亮度變化對(duì)駕駛員判斷識(shí)別能力影響最大。

(2)所有受測(cè)者在藍(lán)色氛圍燈下，平均反應(yīng)時(shí)間增量均隨亮度的增加而增加，在藍(lán)色氛圍燈亮度大于室外照明亮度時(shí)出現(xiàn)最大平均反應(yīng)時(shí)間增量；多數(shù)受測(cè)者在藍(lán)色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率大于紅色氛圍燈和綠色氛圍燈，可見藍(lán)色氛圍燈及其亮度變化對(duì)駕駛員判斷識(shí)別能力產(chǎn)生一定的影響。

(3)所有受測(cè)者在綠色氛圍燈下，平均反應(yīng)時(shí)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(shí)出現(xiàn)最大平均反應(yīng)時(shí)間增量；極少數(shù)受測(cè)者在綠色氛圍燈下平均反應(yīng)時(shí)間增量斜率大于紅色氛圍燈和藍(lán)色氛圍燈，可見綠色氛圍燈及其亮度變化對(duì)駕駛員判斷識(shí)別能力影響最小。

通過試驗(yàn)得出，平均反應(yīng)時(shí)間最大影響73.9 ms，按照日常隧道規(guī)定的限制速度80 km/h計(jì)算，73.9 ms對(duì)應(yīng)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(dòng)剎車的距離會(huì)延長(zhǎng)1.64 m，而這1.64 m足以釀成一場(chǎng)慘禍。由此可見氛圍燈顏色和亮度的設(shè)計(jì)對(duì)行車安全的意義非常重大。

5 展望

未來汽車室內(nèi)氛圍燈將于車外照明傳感器相連，通過傳感器探測(cè)不同路況下，盤山公路、雪路、鄉(xiāng)村道路等，不同照明環(huán)境下，隧道照明、城市照明、鄉(xiāng)村道路照明等，周邊環(huán)境的照明信息，并將信息傳輸給汽車中央信息處理系統(tǒng)，通過模擬計(jì)算出對(duì)安全駕駛影響最小的氛圍燈方案，并實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)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(yàn)。

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