軌道車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗(yàn)研究

高紅娜,梅 明,李 超,陳兆玲

中車株洲電力機(jī)車有限公司,湖南 株洲 412001

0 引言

駕駛室反射眩光是由視野亮度分布或范圍的不適宜,或存在著極端的亮度對(duì)比,導(dǎo)致視覺不舒適和目標(biāo)觀察能力下降的視覺現(xiàn)象[1]。駕駛室承擔(dān)著列車的監(jiān)視、操控、反饋和指引功能,保障駕駛員及時(shí)準(zhǔn)確獲取視覺信息,是列車運(yùn)行安全的重要保障[2-3]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)車車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩光僅停留在理論設(shè)計(jì)和仿真分析階段,尚未有專門的試驗(yàn)要求對(duì)駕駛室指示器和按鈕反射眩光情況進(jìn)行試驗(yàn),駕駛員在行車過程中尤其是在光環(huán)境復(fù)雜的情況下能否獲得準(zhǔn)確的視覺信息無(wú)法通過試驗(yàn)進(jìn)行直接驗(yàn)證,存在一定的不確定性。

考慮到駕駛室操作的復(fù)雜性,駕駛員在關(guān)注外部環(huán)境變化的同時(shí),還需要關(guān)注駕駛臺(tái)儀表設(shè)備的工作狀態(tài)。如何保障所有指示燈的設(shè)置可在自然或人為照明條件下被正確讀取(包括偶然照明),以及指示器和按鈕在駕駛室玻璃上的可能反光對(duì)駕駛員在正常工作位置時(shí)的視線不造成干擾,是駕駛室光環(huán)境考量的關(guān)鍵指標(biāo)[4]。本文通過合理設(shè)計(jì)駕駛室光環(huán)境,建立歐洲機(jī)車車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗(yàn)方法、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及具體試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了機(jī)車車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩的試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 駕駛室光環(huán)境

駕駛室照明燈具的數(shù)量決定了整個(gè)駕駛室的平均照度值,駕駛室的反射眩光現(xiàn)象會(huì)隨著燈具數(shù)量而變化,燈具的發(fā)光角度發(fā)光強(qiáng)度及其布置位置與駕駛室反射眩光具有密不可分的聯(lián)系[5]。

以某出口調(diào)車機(jī)車為例,駕駛室照明線路由DC 110 V/24 V直流電源供電。駕駛室照明包括頂棚燈和閱讀燈,此外還包含顯示器、控制器和指示器等發(fā)光部件。用于駕駛室一般照明燈具集成在駕駛室天花板中,符合 EN 13272-1:2019《鐵路應(yīng)用 公共交通系統(tǒng)鐵路車輛電氣照明》[6]的要求,機(jī)車車輛處于所有正常運(yùn)行模式時(shí),根據(jù)駕駛指令提供駕駛室內(nèi)的基本照明,且照明可以在上述模式狀態(tài)下進(jìn)行操作。其駕駛室操縱臺(tái)級(jí)的光照度應(yīng)高于75 lx,駕駛室閱讀區(qū)的獨(dú)立照明根據(jù)駕駛員指令予以提供,且能夠調(diào)節(jié)至高于150 lx。顯示器、控制器和指示器設(shè)計(jì)符合EN 16186-2:2017《鐵路應(yīng)用 駕駛室 第2部分:顯示器、控制器和指示器的集成》[7]的要求,其獨(dú)立于駕駛室照明單獨(dú)控制,照度值的范圍在 0.3～30 lx可調(diào)。駕駛室頂棚燈位置如圖1所示。

頂棚燈1具有光色和亮度調(diào)節(jié)功能,頂棚燈外表面自帶觸摸式調(diào)節(jié)按鍵,光色分白光和黃光2檔,亮度采用無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)模式,調(diào)整后的狀態(tài)具有記憶功能。頂棚燈2光色采用白色,光線亮度均勻、柔和,不眩光,不刺眼。頂棚燈通過司機(jī)臺(tái)面板上的扳鍵開關(guān)控制,實(shí)現(xiàn)駕駛室頂棚燈關(guān)閉、弱光(全照明的50%)、強(qiáng)光(全照明的100%)。閱讀燈的亮度調(diào)節(jié)是通過燈體上的無(wú)極旋鈕實(shí)現(xiàn)的,需要關(guān)閉閱讀燈時(shí),將旋鈕擰至“OFF”。頂棚燈的扳鍵開關(guān)和閱讀燈的控制開關(guān)在駕駛臺(tái)的位置如圖2所示。

圖2 頂棚燈的扳鍵開關(guān)和閱讀燈的控制開關(guān)

1.2 駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗(yàn)方法

影響太陽(yáng)照射的因素既包括地理位置(包括地理經(jīng)緯度、海拔高度),氣候、季節(jié)等自然因素,也包括一些人為因素,例如城鎮(zhèn)規(guī)模,空氣污染情況等?？紤]在不同角度下太陽(yáng)光的入射角,試驗(yàn)時(shí)采用照射燈來(lái)模擬有可能的人工光和偶然光對(duì)駕駛室反光情況的影響[8]。試驗(yàn)用照射燈的選用功率約1 200 W、色溫在5 500～7 500 K的光線來(lái)模擬人工光和偶然光。駕駛室關(guān)鍵要素如圖3所示。

圖3 駕駛室關(guān)鍵要素示意圖

試驗(yàn)的場(chǎng)地應(yīng)在空曠的環(huán)境中,試驗(yàn)的時(shí)間段分別為12:00—14:00和21:00—23:00。

1.2.1 前擋風(fēng)玻璃模擬光線設(shè)置

模擬光線方向需考慮駕駛室前方雨沿、前遮陽(yáng)簾(收縮狀態(tài))和駕駛臺(tái)帽檐邊緣無(wú)法遮擋的情況,且機(jī)車運(yùn)行方向與自然光方向的角度因地理位置的不同,模擬光線的度角也隨之不同。

由于前擋風(fēng)玻璃模擬光線的考核指標(biāo)是指示器和按鈕在駕駛室玻璃上的可能反光是否干擾駕駛員正常工作位置時(shí)的視線,故模擬光線應(yīng)與駕駛員座椅縱向平面相交,并匯集在駕駛臺(tái)桌面上,形成射入點(diǎn)。

故試驗(yàn)用的照射燈在前擋風(fēng)玻璃的照射位置各設(shè)置5個(gè)。

水平面:照射燈位置(5～10和6～10)距擋風(fēng)玻璃3 000 mm,照射燈位置1～5和照射位置6～10均角度移動(dòng)。

垂直面:照射燈位置(1～5和6～10)的高度1由駕駛室前方雨沿和駕駛臺(tái)帽檐邊緣連線確定,照射燈位置(1～5和6～10)的高度2由駕駛臺(tái)帽檐和駕駛臺(tái)桌面邊緣連線確定。照射燈在前擋風(fēng)玻璃前方布置如圖4。

圖4 前窗玻璃找射燈位置示意圖

試驗(yàn)時(shí),前窗玻璃照射燈需根據(jù)圖4所示分別在高度1和高度2上從照射位置1～10照射到駕駛臺(tái)桌面上。

1.2.2 側(cè)窗玻璃模擬光線設(shè)置

模擬光線方向需考慮側(cè)遮陽(yáng)簾(收縮狀態(tài))、側(cè)窗側(cè)邊沿和側(cè)窗下邊沿?zé)o法遮擋的情況,且機(jī)車運(yùn)行方向與自然光方向的角度因地理位置的不同,模擬光線的度角也隨之不同。

由于側(cè)窗玻璃模擬光線的考核指標(biāo)是指示器和按鈕在駕駛室玻璃上可能出現(xiàn)的反光是否干擾了駕駛員正常工作位置時(shí)的視線,故模擬光線應(yīng)與駕駛員座椅縱向平面相交,并匯集在駕駛臺(tái)桌面上,形成射入點(diǎn)。

故照射燈在兩側(cè)的側(cè)窗玻璃的照射位置各設(shè)置5個(gè)。

水平面:照射燈位置3和照射燈位置8距側(cè)窗玻璃3 000 mm,照射燈位置1～5和照射燈位置6～10均角度移動(dòng)。

垂直面:照射燈位置(1～5和6～10)的高度1由側(cè)遮陽(yáng)簾(收縮狀態(tài))最低點(diǎn)和駕駛臺(tái)桌面射入點(diǎn)連線確定,照射燈位置(1～5和6～10)的高度2由側(cè)窗下沿和駕駛臺(tái)桌面射入點(diǎn)連線確定,頭燈在側(cè)窗玻璃側(cè)方布置如圖5。

圖5 側(cè)窗玻璃照射燈位置示意圖

試驗(yàn)時(shí),側(cè)窗玻璃照射燈需根據(jù)圖5所示,分別在高度1和高度2上從照射燈位置1～10照射到駕駛臺(tái)上。

2 試驗(yàn)判定標(biāo)準(zhǔn)

2.1 指示燈和按鈕的讀取檢測(cè)

在站姿和坐姿的位置,在自然照明、人工照明(包括偶然照明)的情況下,讀取指示燈的信息,所有指示燈能被正確的讀取。

在站姿和坐姿的位置,在駕駛室照明開啟的情況下讀取指示燈的信息,所有指示燈能被正確地讀取。

根據(jù)UIC 651-2002,機(jī)車、有軌電車、動(dòng)車組、驅(qū)動(dòng)拖車的司機(jī)室布置[8]計(jì)算,站姿和坐姿的駕駛員眼點(diǎn)位置如圖6～7所示。

圖6 站姿駕駛員眼點(diǎn)位置

圖7 坐姿駕駛員眼點(diǎn)位置

2.2 指示器和按鈕的反射眩光檢測(cè)

分別檢查駕駛員在Ⅰ端駕駛臺(tái)和Ⅱ端駕駛臺(tái)操作時(shí),且駕駛員位于正常工作位置(站姿和坐姿),駕駛室玻璃上的指示器和按鈕的可能反光不得干擾駕駛員正常工作位置時(shí)的視線。

3 試驗(yàn)結(jié)論

依據(jù)TSI 1302/2014/EU[4]第4.2.9.3.4 (2)(3)條款對(duì)駕駛室指示器和按鈕反射眩光情況進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè),檢測(cè)所有指示燈的設(shè)置是否可在自然或人為照明條件下(包括偶然照明)正確讀取,指示器和按鈕在駕駛室玻璃上的可能反光是否干擾駕駛員正常工作位置時(shí)的視線,檢測(cè)工況及結(jié)果見表1。

表1 駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)圖如圖8所示。

圖8 實(shí)物評(píng)價(jià)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了歐洲機(jī)車車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗(yàn)方法、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及具體試驗(yàn),該試驗(yàn)通過模擬人工光和偶然光從多個(gè)不同位置射入駕駛室,檢查駕駛員在坐姿和站姿狀態(tài)下均能獲得準(zhǔn)確的視覺信息,證明駕駛室光環(huán)境設(shè)計(jì)能夠滿足最惡劣的條件下指示燈的正確讀取,且指示器和按鈕的可能反光不干擾駕駛員正常工作位置時(shí)的視線。該試驗(yàn)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)機(jī)車車輛駕駛室指示器及按鈕反射眩光試驗(yàn)空白。

通過上述試驗(yàn)可以檢驗(yàn)駕駛室光環(huán)境設(shè)計(jì)的合理性,有效提高駕駛員舒適感,保障視覺健康和降低列車運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,對(duì)駕駛室反射眩光提出優(yōu)化建議如下。

1)指示燈的數(shù)量在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量減少到對(duì)駕駛操作絕對(duì)必要的最低限度。

2)指示燈亮度應(yīng)可調(diào)節(jié),并且可調(diào)節(jié)的亮度范圍應(yīng)能滿足駕駛員不同應(yīng)用場(chǎng)景的視覺需求。

3)顯示屏表面應(yīng)盡可能地與駕駛員的視線垂直,并且沒有直接或反射的強(qiáng)光。