車輛幕罩眩光的形成機理及評價測試

趙準 曹建驍 栗晉杰

摘 要：幕罩眩光是一類與車輛設計和人機工程相關(guān)的視覺危險源，我們要對此類眩光的影響有充分的認識，該文對該類眩光的產(chǎn)生和影響因素進行了研究和測試，分析了由車輛儀表臺面板和前擋風玻璃二次反射形成的幕罩眩光的產(chǎn)生機理。針對其影響因素從人機工程學的角度出發(fā)，提出了一套車輛幕罩眩光的檢測和評價方法，并提出了車輛設計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；眩光評價；模型

中圖分類號：U463 文獻標志碼：A

0 引言

眩光被國際照明委員會（CIE）定義為由于視野中的亮度分布不適當，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。目前對車輛駕駛過程中的眩光研究和評價，主要集中在直射眩光或夜晚車輛前照明系統(tǒng)產(chǎn)生的對向眩光上，而對駕駛過程中由于儀表臺反射而在前擋風玻璃上產(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理對該類型眩光的檢測及評價提出了一套檢測和評價方法。

1 幕罩眩光的形成機理

車輛行駛過程中可能遭遇到的眩光多種多樣，除夜間對向車輛前照燈產(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）透過車輛前擋風玻璃照射至車輛儀表臺上，而儀表臺的反射光線會在車輛前擋風玻璃產(chǎn)生類似鏡面反射的效果，在車輛前擋風玻璃上成像，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”是因為儀表臺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，降低了道路場景的對比度，使駕駛員在觀察前方道路情況時，由于這層幕罩效果的疊加而無法真實清楚地看清楚目標，影響駕駛員的駕駛體驗，嚴重時會給行車帶來極大的危險。需要注意的是，幕罩眩光應屬于不舒適眩光，這類反射眩光隨時都會存在，在某些特定場合下會影響我們的駕駛安全。

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

當駕駛室儀表臺上方放置反射率較高的物體（象白色紙張時），這種幕罩眩光的效果會變得比較明顯。而當車輛在白天行駛進黑暗隧道的入口時，由于視覺前方的背景非常暗，明暗對比過于強烈，幕罩眩光會顯得尤為明顯，并且由于人眼的視覺暫留影響，再加上人眼的暗適應效果，會給駕駛員造成一種短時致盲的效果，使車輛在即將駛?cè)胨淼廊肟诘竭M入隧道內(nèi)的一小段時間內(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，因此有必要對這種情況下的幕罩眩光進行深入的研究，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)生機理，可以看出影響這類眩光的主要7個因素。1）光源照度（即擋風玻璃處測到的陽光照度）。2）暗背景的亮度（為研究和對比方便，可以定義為一個固定值）。3）前擋風玻璃的材料特性（象透過率、反射率等）。4）儀表臺材料特性（反射率）。5）光源入射角度（象太陽光的入射角）。6）前擋風玻璃垂直傾斜角度。7）儀表臺水平傾斜角度。

其中第1項、2項是客觀因素，與車輛設計無關(guān)，第3、4項是材料特性，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項與車輛設計因素相關(guān)，需要在車輛設計過程中加以考慮。該文暫不討論由駕駛員個體差異而帶來的對眩光評價的影響（象年齡、感知差異等）。

3 評估模型的建立

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常量，因此只需計算出幕罩亮度即可。

對于采用眩光值GR法計算出的眩光值可按表1進行評價。

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

對上式進行轉(zhuǎn)換得出，光源入射角α=180-2（β+γ），模擬及測試時應按此公式根據(jù)β和γ的給定值計算，并設置光源入射角度。

4 幕罩眩光試驗室測試

采用如下測試方案對幕罩眩光進行實際測量，需用到的測量設備包括測角儀、投射燈、亮度計和手持式照度計等，具體測試步驟如下。

（1）在車輛正前方布置黑布，模擬隧道暗背景，使用亮度計記錄背景亮度值。

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

（3）清潔前擋風玻璃并按前擋風玻璃垂直傾角布置并固定。

（4）計算陽光入射角。

（5）布置亮度計，亮度計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玻璃外部交點處定義入射點。

（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，在定義的入射點處使用照度傳感器測量照度值，調(diào)整投射燈的前后距離使入射點處達到規(guī)定的照度數(shù)值，注意避免光源直射亮度計。

（7）記錄測試的亮度數(shù)據(jù)，按試驗方案調(diào)整試驗參數(shù)重復上述步驟。

測試結(jié)果見表2。

從上述表格數(shù)據(jù)中可以看出，幕罩眩光的影響會隨著前擋風玻璃垂直傾角、儀表臺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。

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

5 與設計相關(guān)的建議

從儀表臺材質(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，中控臺比較不容易反光，在行車過程中不易造成突發(fā)危險，具有較高的安全性。而淺色內(nèi)飾的反光會稍微明顯些，容易造成前擋玻璃與前儀表板形成反光的幕罩眩光效果，從而降低道路場景對比度，使駕駛員更難探測到真實的路況，在夏日或太陽猛烈的時候會給行車會帶來極大的危險。

另外從前風擋玻璃垂直傾角、儀表臺水平傾角設計角度出發(fā)，在引入大傾斜角度的前擋風玻璃時，儀表臺角度可以適當減少或采用更低光澤度的儀表臺材質(zhì)，如果只能選擇較高光澤度的儀表臺頂部材質(zhì)時，則應當使儀表臺頂部表面下傾的更厲害些（即遠離前擋風玻璃）。

6 結(jié)語

綜上所述，幕罩眩光是一類與車輛設計和人機工程相關(guān)的視覺危險源，我們要對此類眩光的影響有充分的認識，該文對該類眩光的產(chǎn)生和影響因素上進行了研究和測試，提出了從設計角度對該類眩光進行削弱的方法，使在該類眩光產(chǎn)生時，能夠盡可能的將其對駕駛員所造成的影響和傷害降至最低。

參考文獻

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