汽車前照燈眩目與兩車相向運動位置的分析

禚寶國

（重慶交通大學，重慶 400074）

0 引 言

我國約有 70%的人車事故發生在夜晚，而發生于夜晚的交通事故中死亡率超過 40%。根據公安部對2009年上半年全國道路交通事故的分析，夜間道路交通事故明顯增多，其中與駕駛員使用遠光燈相關的占有 30%～40%[1]；歐洲每年約有55000人死于交通事故，其中55%的死亡事故發生在夜間；夜間的行車量只占總行車量的 25%，但交通事故卻占總交通事故數量的 47%。由此可以推算，夜間交通事故發生的概率大約是白天的3倍[2]。夜間事故多發的原因除了與駕駛員正常地困倦有關以外，很大一部分是因為道路照明度低或者相會車輛的燈光對駕駛員引起眩目造成的。

目前，國內外對于前照燈防眩目的研究主要有自動變光防眩目、利用偏振光防眩目、單色光防眩目和液晶變光裝置防眩目等。現在國內外對于自動變光器的研究主要分為 2種，一種是利用光敏傳感器感知前方來車的遠光燈，當燈光強度達到某一設定值時，自動變光器可根據對方車輛的燈光變換作出相應的變換，如果對方車輛的遠光一直不變換，本車能自動恢復遠光，提醒對方車輛變光；另一種是利用距離傳感器感知對面會車距離小于設定值時，汽車就由遠光燈自動切換成近光燈，當汽車會車完畢之后汽車自動接通遠光燈[3]。眩目不僅和兩車的縱向距離有關，很大程度上還和它們的橫向距離有關，以上這兩種研究都沒有將相會兩車的橫向距離作為眩目的參考因素。文中主要討論夜間水平直線相向行駛的兩汽車相會時，水平橫向距離和達到前照燈的眩目角的縱向距離的關系。

1 眩目的測量方法

測量眩目發光的方法有以下2步：

1）計算發光源在視網膜處的“等效罩紗亮度（Lequivalent）”[4]

公式：

其中，Lequivalent為發光源的“等效罩紗亮度”；k為駕駛員年齡系數，Eglare為發光源在駕駛員視網膜處的照度；θ為駕駛員視線與發光源的直線夾角。

2）計算相對上升對比度閾（Thresholdelevation）

兩車交會時，對方的燈光是不是引起駕駛員的眩目，還與背景亮度（Lbackground）有關。對比度閾為目標亮度的最小變量（ΔL），作為評估目標在背景亮度下可見單位，相對上升對比度閾的公式

即

當測得 Thresholdelevation>2時，說明已經產生了比較嚴重的眩目現象。

人眼內部存在兩個軸，一個是視軸，另一個是光軸，其間大約有 5°的夾角[5]，夾角大小在不同人身上體現不同，視軸與光軸之間的夾角對眼睛外圍的光學特性有顯著的影響[6]。當光線經過眼睛的晶狀體和玻璃體的時候發生折射[7]，使得 5°的夾角表現出來的目標張角約為 7°，即當光線射入眼睛時與視軸的夾角小于 7°時，即使亮度不高時也很容易引起眩目，所以我們定義眩目角為7°。

2 交會兩車的相對位置分析

由于小型轎車車燈的亮度比較高，駕駛員的坐姿相對于其他類型的車更低，所以容易產生眩目現象，并且小型轎車的車速高，產生眩目現象之后的危害較其他類型的車更嚴重，文中主要以小型轎車的各種參數為依據來討論。在分析兩車相對位置與眩目帶的關系之前，先要確定兩車交會的車與路的一些參數。

在汽車前照燈離地面高度的規定上，歐洲ECE R48規定500 mm≤H≤1200 mm，美國SAE J579C規定560 mm≤H≤1370 mm，我國的汽車標準采用歐洲ECE法規體系，在GB 4785-2007中規定汽車前照燈離地高度不小于500 mm，不大于1200 mm。在司機視線高度的規定上，德國公路設計標準規定視高為1.00 m，美國規定視高為1.14 m，日本規定視高為1.20 m。我國《公路工程技術標準》參照日本的規定，規定視高為1.20 m[8]。那么，車燈與駕駛員眼睛的相對高度h的范圍區間為[0 cm，70 cm]，文中在計算時取中間值40 cm。

3 兩車相對位置與眩目角的關系

兩車交會時，簡化模型如圖1所示。

其中，A為駕駛員的眼睛，AB為駕駛員眼睛與地面間的距離，AF為駕駛員的視線，a為汽車駕駛員眼睛到汽車最前端的距離，取a為1.5 m，CD為車燈的離地距離，AC為射入駕駛員眼睛的燈光。A、F在同一水平面內，C、G在同一水平面內，駕駛員的視線與發光源的夾角即為∠CAF=∠θ。

設兩車水平縱向距離為x，水平橫向距離為y，則

交通法規規定，夜間距對方來車至少 150 m處關閉遠光燈開啟近光燈，取x的上限值為160 m，當相互間距離縮短到25 m或更短時，直接眩目的作用下降[9]，取x的下限值為10 m，可得相會兩車的水平縱向距離范圍為10 m≤x≤160 m。標準車道寬3.7 m，故對兩車道而言，駕駛員與來車中心的橫向距離為3.3 m[10]。由式（3）得到駕駛員的視線與發光源的夾角 θ與相會兩車的水平縱向距離x的關系曲線，如圖2所示。

由圖2可知，當θ=7°時，x=26 m，即當兩車在相鄰的兩個車道相向行駛，且縱向距離在26～150 m之間的時候，開遠光燈很容易造成對方駕駛員的眩目。

文中定義的車燈與人眼的相對高度為40 cm，相會兩車的水平縱向距離范圍10 m≤x≤160 m，根據式（3）得出駕駛員的視線與發光源的夾角 θ與駕駛員眼睛與相會車輛的前照燈的水平橫向距離y和相會兩車的水平縱向距離x的關系曲面，如圖3所示.

由圖3可以看出，當x不變時，z隨著y的增大而增大；當y不變時，z隨著x的增大而減小。

根據式（3）和圖 1，可以得到兩車水平縱向距離和眩目角、橫向距離的關系

其關系曲線如圖4所示。

按趨勢延長線可將圖4分為兩部分Ⅰ和Ⅱ，根據式（4）分析可知，在區域Ⅰ內，前照燈在相會車輛駕駛員的眩目角內，比較容易引起對方駕駛員的眩目，當兩車距離在區域Ⅰ內相會時，雙方駕駛員應主動考慮關閉遠光燈，防止引起對方駕駛員眩目。

由于GB4599-2007中只規定了遠光燈在25 m外的配光屏幕上2250 L的極小值，并沒有規定遠光燈的照射角度，所以文中不考慮燈光照射角度對眩目的影響。

文中只分析了眩目角與兩車相對位置的關系，并沒有將車燈亮度、背景亮度和年齡系數等因素考慮在內。不是在區域Ⅰ內就一定能引起眩目，也不是在區域Ⅱ內就不會發生眩目現象，眩目的發生與否還和車燈亮度、背景亮度、駕駛員年齡系數等多個因素有關。

文中對眩目角和相會車輛的相對位置關系的分析，以遠光燈燈束是否射在相會車輛駕駛員眩目角里為依據，找出了在不同橫向距離相會過程中比較容易引起駕駛員眩目的縱向距離范圍。目前的前照燈自動切換遠光、近光防眩功能的依據主要是縱向距離的一個臨界值，文中對于眩目的影響分析中增加考慮了橫向距離因素，為前照燈自動切換遠光、近光防眩功能增加控制因子提供了參考。

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