郭健忠++龔長(zhǎng)超++李鮮卓++常啟瑜++張曼玉

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有汽車(chē)夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)中，車(chē)燈眩光評(píng)價(jià)方法研究不足和系統(tǒng)開(kāi)啟條件不明確的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了汽車(chē)遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)，以研究不同距離下駕駛員眩光程度與所產(chǎn)生的照度值之間的關(guān)系，應(yīng)用于基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)。根據(jù)會(huì)車(chē)時(shí)實(shí)際道路環(huán)境，以照度參考值Er為依據(jù)確定了該系統(tǒng)的檢測(cè)和控制方法，實(shí)現(xiàn)了此夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)和精準(zhǔn)控制。

關(guān)鍵詞：眩光評(píng)價(jià)；眩光試驗(yàn)；照度參考值；防眩目；系統(tǒng)控制

中圖分類(lèi)號(hào)：[U491.9+4]文獻(xiàn)標(biāo)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文獻(xiàn)標(biāo)DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.01.09

Abstract：Aiming at the problems of the lack of evaluation method for dazzling glare and the imprecise start-up condition in existing anti-dazzling systems for automobile meeting at night， the paper designed and performed an experiment to test the caused dazzling glare. The relationship between the degree of dazzling glare and illuminance was studied and applied to the anti-dazzling system based on persistence of vision. Considering the real road environment when automobiles meet， a method for measurement and control was determined， on the basis of the reference illuminance value Er， to achieve the automatic detection and accurate control for the anti-dazzling system.

Keywords：dazzling evaluation； dazzling experiment； reference value of illuminance； anti - dazzling； system control

夜間會(huì)車(chē)時(shí)，由于駕駛員視覺(jué)受到對(duì)向車(chē)輛遠(yuǎn)光燈的強(qiáng)光刺激，高亮度車(chē)燈光線(xiàn)與夜間環(huán)境形成的強(qiáng)烈對(duì)比，導(dǎo)致駕駛員視覺(jué)疲勞，產(chǎn)生眩光。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于解決夜間會(huì)車(chē)防眩目問(wèn)題提出了很多方法，其中基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)是較為有效的方案之一[1-3]。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)的深入研究，發(fā)現(xiàn)該防眩目系統(tǒng)在開(kāi)啟時(shí)機(jī)方面，即何種眩光程度下系統(tǒng)需對(duì)車(chē)輛駕駛員提供防眩光保護(hù)，缺少適當(dāng)?shù)难９庠u(píng)價(jià)方法以控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)開(kāi)啟。

關(guān)于道路照明眩光國(guó)內(nèi)外已有一些學(xué)者進(jìn)行研究。其中，陳仲林、劉錫成做了眩光對(duì)反應(yīng)時(shí)間的干擾試驗(yàn)，分析了針對(duì)路燈的眩光對(duì)駕車(chē)的視覺(jué)影響[4]；天津大學(xué)的王立雄、牛盛楠對(duì)城市立交橋高桿照明方式產(chǎn)生的干擾光進(jìn)行了研究，采用閾值增量ΔTI對(duì)眩光進(jìn)行了評(píng)價(jià)[5]；浙江大學(xué)的項(xiàng)震通過(guò)眩光恢復(fù)特性試驗(yàn)，在不同眩光強(qiáng)度、時(shí)間條件下，得出眩光恢復(fù)時(shí)間與眩光強(qiáng)度背景亮度以及眩光時(shí)間之間的關(guān)系[6]。但是，現(xiàn)有眩光試驗(yàn)與評(píng)價(jià)方法研究主要針對(duì)路燈照明眩光評(píng)價(jià)，缺乏關(guān)于汽車(chē)遠(yuǎn)光燈眩光評(píng)價(jià)方法的系統(tǒng)性論述與研究。

本文分析了基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)的檢測(cè)和控制方法[1]。針對(duì)其在遠(yuǎn)光燈眩光評(píng)價(jià)方面缺少系統(tǒng)開(kāi)啟的眩光臨界值參量的問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)有的幾種代表性的眩光評(píng)價(jià)方法，討論了照度作為評(píng)價(jià)眩光參量的可行性，并利用汽車(chē)遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)找出夜間駕駛員眩光臨界點(diǎn)的照度參考值Er，將其應(yīng)用于此夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)中。

1 夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)的檢測(cè)和控制方法

基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)是一種全新的防眩目方案，該系統(tǒng)由調(diào)光玻璃模塊、感光模塊、電控模塊、GPS模塊構(gòu)成。其中，感光模塊和電控模塊用于檢測(cè)眩光源光線(xiàn)強(qiáng)弱，評(píng)價(jià)駕駛員眩光程度，以及調(diào)光玻璃模塊的開(kāi)閉控制。調(diào)光玻璃模塊是最終起到防眩目作用的模塊[1]。下面詳細(xì)介紹系統(tǒng)感光模塊和電控模塊的檢測(cè)控制過(guò)程。

圖1為基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)檢測(cè)和控制工作流程圖。感光模塊由光傳感器、變送器等構(gòu)成。光傳感器布置在前擋風(fēng)玻璃A立柱側(cè)面并朝向汽車(chē)前進(jìn)方向，高度與駕駛員視線(xiàn)平齊，光傳感器應(yīng)盡量靠近駕駛員視線(xiàn)，使光傳感器接受的光線(xiàn)強(qiáng)弱最大程度地接近駕駛員感受程度。感光模塊負(fù)責(zé)接收對(duì)向車(chē)輛的車(chē)燈光線(xiàn)，并將能夠反映光線(xiàn)強(qiáng)弱的光參量轉(zhuǎn)化為電參量，通過(guò)變送器處理，形成可以被識(shí)別的信號(hào)輸送到電控模塊。電控模塊負(fù)責(zé)接收光傳感器的信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，判斷駕駛員是否處于眩光狀態(tài)，并及時(shí)對(duì)調(diào)光玻璃模塊工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控，防止駕駛員受到遠(yuǎn)光燈眩光干擾。

經(jīng)分析可以得出，如何找出對(duì)向車(chē)輛車(chē)燈光線(xiàn)強(qiáng)弱與駕駛員眩光程度的關(guān)系，是該防眩目系統(tǒng)控制過(guò)程的關(guān)鍵。應(yīng)當(dāng)依據(jù)汽車(chē)遠(yuǎn)光燈眩光評(píng)價(jià)方法，對(duì)駕駛員的眩光程度進(jìn)行量化，并找出眩光臨界值。系統(tǒng)利用這種方法判斷駕駛員所處的眩光狀態(tài)，控制調(diào)光玻璃模塊的開(kāi)啟與關(guān)閉。

2 眩光評(píng)價(jià)方法分析

為了找出適用于上述系統(tǒng)的眩光評(píng)價(jià)方法，討論了幾種代表性的眩光評(píng)價(jià)方法，主要有眩光指數(shù)（GR）評(píng)價(jià)法、眩光控制等級(jí)（G）評(píng)價(jià)法、眩光閾值增量（ΔTI）評(píng)價(jià)法。這三種眩光評(píng)價(jià)方法均由國(guó)際照明委員會(huì)CIE制定[7]，分別從不同的環(huán)境或眩光類(lèi)型等方面描述了眩光程度，制定了相應(yīng)的眩光等級(jí)，定量地評(píng)價(jià)了人體眩光的主觀(guān)感受。

GR評(píng)價(jià)法主要適用于視線(xiàn)固定區(qū)域照明或室外體育場(chǎng)照明，背景多為墻壁、地板等，與后兩種評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用環(huán)境不同。但是在實(shí)際道路環(huán)境下，駕駛員的觀(guān)察方向是變化的而不是固定的 [8]。因此，GR評(píng)價(jià)法并不適用于道路交通駕駛員遠(yuǎn)光燈眩光評(píng)價(jià)。

G評(píng)價(jià)法和ΔTI評(píng)價(jià)法均可應(yīng)用于路燈照明眩光評(píng)價(jià)，但G評(píng)價(jià)法主要針對(duì)不舒適眩光，適用于道路路燈照明環(huán)境；ΔTI評(píng)價(jià)法主要針對(duì)失能眩光，是路燈對(duì)駕駛員產(chǎn)生眩光的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在行車(chē)安全中，失能眩光與不舒適眩光相比，前者的危害遠(yuǎn)大于后者，且ΔTI的適用范圍更加接近汽車(chē)遠(yuǎn)光燈照射所造成的眩目這一領(lǐng)域，因此ΔTI與其它兩個(gè)評(píng)價(jià)法相比更加準(zhǔn)確。下面分析ΔTI的計(jì)算方法和影響因素。

ΔTI計(jì)算方法為[9]：

。

式中：Lv為等效光幕亮度，cd/m2。

。

在CIE 132標(biāo)準(zhǔn)Design Methods for Lighting of Roads中，Lav為路面平均亮度，為視線(xiàn)與眩光源入射人眼光線(xiàn)之間的夾角[8]。但在遠(yuǎn)光燈照明眩光評(píng)價(jià)與路燈照明眩光評(píng)價(jià)中，的含義有明顯區(qū)別，因此不能直接引用ΔTI作為遠(yuǎn)光燈眩光的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

在基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)重新制定評(píng)價(jià)方法，找出界定眩光程度的參考值，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的防眩目工作狀態(tài)進(jìn)行控制。分析ΔTI的決定因素可得，在車(chē)輛夜間會(huì)車(chē)時(shí)，背景亮度和眩光源位置可看作常數(shù)，因此可用眩光源照度值作為指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)眩光程度。在此基礎(chǔ)上，本文探索性地提出使用照度作為評(píng)價(jià)眩光的參考值。

3 汽車(chē)遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)

為分析駕駛員在夜間道路環(huán)境下，不同距離汽車(chē)遠(yuǎn)光燈造成的眩光感受，以及在防眩目系統(tǒng)中照度作為遠(yuǎn)光燈眩光評(píng)價(jià)方法的可行性，并找出基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)的眩光臨界點(diǎn)的照度參考值Er，設(shè)計(jì)了在夜間道路環(huán)境中的實(shí)車(chē)試驗(yàn)。

3.1 方法與過(guò)程

試驗(yàn)采用大眾TOURAN作為試驗(yàn)測(cè)試車(chē)輛，該車(chē)已通過(guò)年檢并在試驗(yàn)前進(jìn)行了保養(yǎng)，前照燈亮度等符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)試車(chē)輛車(chē)燈發(fā)光中心高度H1為750 mm；用照度計(jì)（TES 1332A型）作為測(cè)量?jī)x器，照度計(jì)測(cè)量時(shí)選用的量程為0～200 lx，測(cè)量精度為0.1 lx。試驗(yàn)過(guò)程中，照度計(jì)固定在三腳架上，模擬對(duì)向駕駛員視線(xiàn)高度，便于采集點(diǎn)調(diào)節(jié)高度和方向。測(cè)得駕駛員視線(xiàn)距離地面高度H2為1 320 mm。用相機(jī)（Canon EOS 60D）記錄遠(yuǎn)光燈的眩光程度實(shí)景。

汽車(chē)遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)示意圖如圖2所示。試驗(yàn)場(chǎng)地為一段直線(xiàn)道路，選取其中路況較好的一段長(zhǎng)度為150 m的路段用于測(cè)試。試驗(yàn)時(shí)間為夜間，背景光亮度較小，實(shí)測(cè)環(huán)境平均照度約為0.23 lx。試驗(yàn)中，將測(cè)試車(chē)輛置于道路一端，以其遠(yuǎn)光燈的發(fā)光中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，坐標(biāo)軸x的正方向?yàn)楣饩€(xiàn)照射方向，每隔25 m設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采集點(diǎn)坐標(biāo)值分別是25 m、50 m、75 m、100 m、125 m、150 m。將照度計(jì)固定于三腳架上，設(shè)置照度計(jì)探頭高度與駕駛員視線(xiàn)高度相同，照度計(jì)探頭方向與車(chē)燈照射中心相對(duì)。先后將三腳架移動(dòng)至6個(gè)采集點(diǎn)處，照度計(jì)的測(cè)量值將作為反映會(huì)車(chē)過(guò)程中駕駛員接收光線(xiàn)強(qiáng)弱的度量。

試驗(yàn)過(guò)程中，開(kāi)啟汽車(chē)遠(yuǎn)光燈，分別測(cè)量以上6個(gè)采集點(diǎn)的照度值，以及無(wú)遠(yuǎn)光燈時(shí)背景光照度。坐標(biāo)值為50 m、100 m、150 m的采集點(diǎn)處，利用單反相機(jī)記錄遠(yuǎn)光燈開(kāi)啟狀態(tài)下的眩光現(xiàn)象以反映實(shí)際眩光程度。

3.2 結(jié)果與分析

分別將試驗(yàn)測(cè)得的遠(yuǎn)光燈照度值和背景照度值記錄于表1中。試驗(yàn)中，由于試驗(yàn)場(chǎng)地所選道路有路燈存在，各采集點(diǎn)背景照度值略有不同。因此，為排除路燈對(duì)試驗(yàn)測(cè)試值的影響，需要將遠(yuǎn)光燈照度值E1減去對(duì)應(yīng)環(huán)境下的背景照度值E0，方可得到所測(cè)車(chē)輛遠(yuǎn)光燈在駕駛員眼球平面產(chǎn)生的實(shí)際照度值E。

根據(jù)照度疊加公式：

。

遠(yuǎn)光燈實(shí)際照度值與遠(yuǎn)光燈測(cè)量照度值以及背景照度值的關(guān)系為：

。

將實(shí)際照度值記錄于表格中，并繪制采集點(diǎn)坐標(biāo)值與遠(yuǎn)光燈實(shí)際照度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖像，如圖3所示。隨著采集點(diǎn)坐標(biāo)值的增加，照度值逐漸減小。在50 m處汽車(chē)遠(yuǎn)光燈產(chǎn)生的照度為11.2 lx，在150 m處汽車(chē)遠(yuǎn)光燈產(chǎn)生的照度為1.2 lx。隨著采集點(diǎn)坐標(biāo)值x的增加，遠(yuǎn)光燈實(shí)際照度值E的變化率 dE/dx逐漸減小，在試驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，符合照度第一定律。在照度值減小時(shí)，駕駛員的眩光程度降低。

圖4為汽車(chē)遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)中眩光程度對(duì)比圖，圖4a為50 m采集點(diǎn)處眩光程度實(shí)景，圖4b為150 m采集點(diǎn)處眩光程度實(shí)景。由圖4可以看出，眩光程度隨距離增加而逐漸減弱，150 m處眩光程度已經(jīng)遠(yuǎn)小于50 m處。在該范圍內(nèi)，人眼始終處于眩光狀態(tài)，但在150 m處時(shí)眩光程度相對(duì)較弱。

由于遠(yuǎn)光燈的眩光，人眼無(wú)法看清前方路況，可以認(rèn)為此時(shí)駕駛員處于眩光狀態(tài)，此時(shí)眩光程度較低，對(duì)人眼的影響較小。結(jié)合《中華人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例》規(guī)定，車(chē)輛在夜間會(huì)車(chē)時(shí)，遠(yuǎn)光燈應(yīng)當(dāng)在距相對(duì)方向來(lái)車(chē)150 m以外改用近光燈。因此，可以將150 m處的遠(yuǎn)光燈實(shí)際照度值1.2 lx作為眩光臨界點(diǎn)。在基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)中，可以將其作為眩光臨界值，即系統(tǒng)開(kāi)啟的照度參考值Er。

由試驗(yàn)可知，對(duì)向來(lái)車(chē)遠(yuǎn)光燈在距離駕駛員150 m時(shí)所產(chǎn)生的照度為1.2 lx，采用該照度值作為照度參考值Er，進(jìn)而將其利用在基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)中。系統(tǒng)感光模塊感受對(duì)向來(lái)車(chē)遠(yuǎn)光燈照度大小，并傳遞至電控模塊，信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后與照度參考值Er進(jìn)行比較，判斷汽車(chē)駕駛員是否受到車(chē)燈眩光的影響，并進(jìn)行相應(yīng)的控制措施，起到了防眩目的作用，保證了該防眩目系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化以及精準(zhǔn)化。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)汽車(chē)遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)分析，得出了駕駛員眩光臨界值。根據(jù)汽車(chē)遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)，得出不同距離下各采集點(diǎn)所測(cè)照度與眩光程度正相關(guān)。將150 m處照度值作為照度參考值Er，用于評(píng)價(jià)眩光的臨界值。方法可行，簡(jiǎn)單實(shí)用。

（2）基于視覺(jué)暫留原理的夜間會(huì)車(chē)防眩目系統(tǒng)中，采用照度參考值Er作為系統(tǒng)開(kāi)啟的臨界值，解決了防眩目系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)機(jī)的問(wèn)題。此外，本文所研究的方法還可以推廣到其它同類(lèi)防眩目系統(tǒng)的控制策略中，具有普遍適用性。

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