基于夜間會車防眩目系統(tǒng)的控制方法研究

郭健忠++龔長超++李鮮卓++常啟瑜++張曼玉

摘 要：針對現(xiàn)有汽車夜間會車防眩目系統(tǒng)中，車燈眩光評價方法研究不足和系統(tǒng)開啟條件不明確的問題，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了汽車遠(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)用于基于視覺暫留原理的夜間會車防眩目系統(tǒng)。根據(jù)會車時實(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)的檢測和控制方法，實(shí)現(xiàn)了此夜間會車防眩目系統(tǒng)的自動檢測和精準(zhǔn)控制。

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

中圖分類號：[U491.9+4]文獻(xiàn)標(biāo)文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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

夜間會車時，由于駕駛員視覺受到對向車輛遠(yuǎn)光燈的強(qiáng)光刺激，高亮度車燈光線與夜間環(huán)境形成的強(qiáng)烈對比，導(dǎo)致駕駛員視覺疲勞，產(chǎn)生眩光。目前國內(nèi)外對于解決夜間會車防眩目問題提出了很多方法，其中基于視覺暫留原理的夜間會車防眩目系統(tǒng)是較為有效的方案之一[1-3]。經(jīng)過對系統(tǒng)的深入研究，發(fā)現(xiàn)該防眩目系統(tǒng)在開啟時機(jī)方面，即何種眩光程度下系統(tǒng)需對車輛駕駛員提供防眩光保護(hù)，缺少適當(dāng)?shù)难９庠u價方法以控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)開啟。

關(guān)于道路照明眩光國內(nèi)外已有一些學(xué)者進(jìn)行研究。其中，陳仲林、劉錫成做了眩光對反應(yīng)時間的干擾試驗(yàn)，分析了針對路燈的眩光對駕車的視覺影響[4]；天津大學(xué)的王立雄、牛盛楠對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對眩光進(jìn)行了評價[5]；浙江大學(xué)的項(xiàng)震通過眩光恢復(fù)特性試驗(yàn)，在不同眩光強(qiáng)度、時間條件下，得出眩光恢復(fù)時間與眩光強(qiáng)度背景亮度以及眩光時間之間的關(guān)系[6]。但是，現(xiàn)有眩光試驗(yàn)與評價方法研究主要針對路燈照明眩光評價，缺乏關(guān)于汽車遠(yuǎn)光燈眩光評價方法的系統(tǒng)性論述與研究。

本文分析了基于視覺暫留原理的夜間會車防眩目系統(tǒng)的檢測和控制方法[1]。針對其在遠(yuǎn)光燈眩光評價方面缺少系統(tǒng)開啟的眩光臨界值參量的問題，結(jié)合現(xiàn)有的幾種代表性的眩光評價方法，討論了照度作為評價眩光參量的可行性，并利用汽車遠(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)用于此夜間會車防眩目系統(tǒng)中。

1 夜間會車防眩目系統(tǒng)的檢測和控制方法

基于視覺暫留原理的夜間會車防眩目系統(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眩光源光線強(qiáng)弱，評價駕駛員眩光程度，以及調(diào)光玻璃模塊的開閉控制。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控制過程。

圖1為基于視覺暫留原理的夜間會車防眩目系統(tǒng)檢測和控制工作流程圖。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)面并朝向汽車前進(jìn)方向，高度與駕駛員視線平齊，光傳感器應(yīng)盡量靠近駕駛員視線，使光傳感器接受的光線強(qiáng)弱最大程度地接近駕駛員感受程度。感光模塊負(fù)責(zé)接收對向車輛的車燈光線，并將能夠反映光線強(qiáng)弱的光參量轉(zhuǎn)化為電參量，通過變送器處理，形成可以被識別的信號輸送到電控模塊。電控模塊負(fù)責(zé)接收光傳感器的信號，通過對信號進(jìn)行分析處理，判斷駕駛員是否處于眩光狀態(tài)，并及時對調(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，如何找出對向車輛車燈光線強(qiáng)弱與駕駛員眩光程度的關(guān)系，是該防眩目系統(tǒng)控制過程的關(guān)鍵。應(yīng)當(dāng)依據(jù)汽車遠(yuǎn)光燈眩光評價方法，對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)光玻璃模塊的開啟與關(guān)閉。

2 眩光評價方法分析

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

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

G評價法和ΔTI評價法均可應(yīng)用于路燈照明眩光評價，但G評價法主要針對不舒適眩光，適用于道路路燈照明環(huán)境；ΔTI評價法主要針對失能眩光，是路燈對駕駛員產(chǎn)生眩光的評價指標(biāo)。在行車安全中，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與其它兩個評價法相比更加準(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，為視線與眩光源入射人眼光線之間的夾角[8]。但在遠(yuǎn)光燈照明眩光評價與路燈照明眩光評價中，的含義有明顯區(qū)別，因此不能直接引用ΔTI作為遠(yuǎn)光燈眩光的評價標(biāo)準(zhǔn)。

在基于視覺暫留原理的夜間會車防眩目系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)重新制定評價方法，找出界定眩光程度的參考值，以實(shí)現(xiàn)對系統(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，在車輛夜間會車時，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)來評價眩光程度。在此基礎(chǔ)上，本文探索性地提出使用照度作為評價眩光的參考值。

3 汽車遠(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)光燈眩光評價方法的可行性，并找出基于視覺暫留原理的夜間會車防眩目系統(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)車試驗(yàn)。

3.1 方法與過程

試驗(yàn)采用大眾TOURAN作為試驗(yàn)測試車輛，該車已通過年檢并在試驗(yàn)前進(jìn)行了保養(yǎng)，前照燈亮度等符合國家標(biāo)準(zhǔn)。測試車輛車燈發(fā)光中心高度H1為750 mm；用照度計(jì)（TES 1332A型）作為測量儀器，照度計(jì)測量時選用的量程為0～200 lx，測量精度為0.1 lx。試驗(yàn)過程中，照度計(jì)固定在三腳架上，模擬對向駕駛員視線高度，便于采集點(diǎn)調(diào)節(jié)高度和方向。測得駕駛員視線距離地面高度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。

汽車遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)示意圖如圖2所示。試驗(yàn)場地為一段直線道路，選取其中路況較好的一段長度為150 m的路段用于測試。試驗(yàn)時間為夜間，背景光亮度較小，實(shí)測環(huán)境平均照度約為0.23 lx。試驗(yàn)中，將測試車輛置于道路一端，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€照射方向，每隔25 m設(shè)置一個數(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高度相同，照度計(jì)探頭方向與車燈照射中心相對。先后將三腳架移動至6個采集點(diǎn)處，照度計(jì)的測量值將作為反映會車過程中駕駛員接收光線強(qiáng)弱的度量。

試驗(yàn)過程中，開啟汽車遠(yuǎn)光燈，分別測量以上6個采集點(diǎn)的照度值，以及無遠(yuǎn)光燈時背景光照度。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，為排除路燈對試驗(yàn)測試值的影響，需要將遠(yuǎn)光燈照度值E1減去對應(yīng)環(huán)境下的背景照度值E0，方可得到所測車輛遠(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處汽車遠(yuǎn)光燈產(chǎn)生的照度為11.2 lx，在150 m處汽車遠(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，駕駛員的眩光程度降低。

圖4為汽車遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)中眩光程度對比圖，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處時眩光程度相對較弱。

由于遠(yuǎn)光燈的眩光，人眼無法看清前方路況，可以認(rèn)為此時駕駛員處于眩光狀態(tài)，此時眩光程度較低，對人眼的影響較小。結(jié)合《中華人民共和國道路交通安全法實(shí)施條例》規(guī)定，車輛在夜間會車時，遠(yuǎn)光燈應(yīng)當(dāng)在距相對方向來車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)。在基于視覺暫留原理的夜間會車防眩目系統(tǒng)中，可以將其作為眩光臨界值，即系統(tǒng)開啟的照度參考值Er。

由試驗(yàn)可知，對向來車遠(yuǎn)光燈在距離駕駛員150 m時所產(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暫留原理的夜間會車防眩目系統(tǒng)中。系統(tǒng)感光模塊感受對向來車遠(yuǎn)光燈照度大小，并傳遞至電控模塊，信號經(jīng)過處理后與照度參考值Er進(jìn)行比較，判斷汽車駕駛員是否受到車燈眩光的影響，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)的自動化、智能化以及精準(zhǔn)化。

4 結(jié)論

（1）通過汽車遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)分析，得出了駕駛員眩光臨界值。根據(jù)汽車遠(yuǎn)光燈眩光試驗(yàn)，得出不同距離下各采集點(diǎn)所測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，用于評價眩光的臨界值。方法可行，簡單實(shí)用。

（2）基于視覺暫留原理的夜間會車防眩目系統(tǒng)中，采用照度參考值Er作為系統(tǒng)開啟的臨界值，解決了防眩目系統(tǒng)開啟時機(jī)的問題。此外，本文所研究的方法還可以推廣到其它同類防眩目系統(tǒng)的控制策略中，具有普遍適用性。

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