軌道車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗研究

高紅娜,梅 明,李 超,陳兆玲

中車株洲電力機車有限公司,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比,導致視覺不舒適和目標觀察能力下降的視覺現象[1]。駕駛室承擔著列車的監視、操控、反饋和指引功能,保障駕駛員及時準確獲取視覺信息,是列車運行安全的重要保障[2-3]。目前國內對機車車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩光僅停留在理論設計和仿真分析階段,尚未有專門的試驗要求對駕駛室指示器和按鈕反射眩光情況進行試驗,駕駛員在行車過程中尤其是在光環境復雜的情況下能否獲得準確的視覺信息無法通過試驗進行直接驗證,存在一定的不確定性。

考慮到駕駛室操作的復雜性,駕駛員在關注外部環境變化的同時,還需要關注駕駛臺儀表設備的工作狀態。如何保障所有指示燈的設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駕駛員在正常工作位置時的視線不造成干擾,是駕駛室光環境考量的關鍵指標[4]。本文通過合理設計駕駛室光環境,建立歐洲機車車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗方法、評價準則及具體試驗,實現了機車車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩的試驗驗證。

1 試驗設計

1.1 駕駛室光環境

駕駛室照明燈具的數量決定了整個駕駛室的平均照度值,駕駛室的反射眩光現象會隨著燈具數量而變化,燈具的發光角度發光強度及其布置位置與駕駛室反射眩光具有密不可分的聯系[5]。

以某出口調車機車為例,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《鐵路應用 公共交通系統鐵路車輛電氣照明》[6]的要求,機車車輛處于所有正常運行模式時,根據駕駛指令提供駕駛室內的基本照明,且照明可以在上述模式狀態下進行操作。其駕駛室操縱臺級的光照度應高于75 lx,駕駛室閱讀區的獨立照明根據駕駛員指令予以提供,且能夠調節至高于150 lx。顯示器、控制器和指示器設計符合EN 16186-2:2017《鐵路應用 駕駛室 第2部分:顯示器、控制器和指示器的集成》[7]的要求,其獨立于駕駛室照明單獨控制,照度值的范圍在 0.3～30 lx可調。駕駛室頂棚燈位置如圖1所示。

頂棚燈1具有光色和亮度調節功能,頂棚燈外表面自帶觸摸式調節按鍵,光色分白光和黃光2檔,亮度采用無級調節模式,調整后的狀態具有記憶功能。頂棚燈2光色采用白色,光線亮度均勻、柔和,不眩光,不刺眼。頂棚燈通過司機臺面板上的扳鍵開關控制,實現駕駛室頂棚燈關閉、弱光(全照明的50%)、強光(全照明的100%)。閱讀燈的亮度調節是通過燈體上的無極旋鈕實現的,需要關閉閱讀燈時,將旋鈕擰至“OFF”。頂棚燈的扳鍵開關和閱讀燈的控制開關在駕駛臺的位置如圖2所示。

圖2 頂棚燈的扳鍵開關和閱讀燈的控制開關

1.2 駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗方法

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

圖3 駕駛室關鍵要素示意圖

試驗的場地應在空曠的環境中,試驗的時間段分別為12:00—14:00和21:00—23:00。

1.2.1 前擋風玻璃模擬光線設置

模擬光線方向需考慮駕駛室前方雨沿、前遮陽簾(收縮狀態)和駕駛臺帽檐邊緣無法遮擋的情況,且機車運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。

由于前擋風玻璃模擬光線的考核指標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的視線,故模擬光線應與駕駛員座椅縱向平面相交,并匯集在駕駛臺桌面上,形成射入點。

故試驗用的照射燈在前擋風玻璃的照射位置各設置5個。

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

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由駕駛臺帽檐和駕駛臺桌面邊緣連線確定。照射燈在前擋風玻璃前方布置如圖4。

圖4 前窗玻璃找射燈位置示意圖

試驗時,前窗玻璃照射燈需根據圖4所示分別在高度1和高度2上從照射位置1～10照射到駕駛臺桌面上。

1.2.2 側窗玻璃模擬光線設置

模擬光線方向需考慮側遮陽簾(收縮狀態)、側窗側邊沿和側窗下邊沿無法遮擋的情況,且機車運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。

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

故照射燈在兩側的側窗玻璃的照射位置各設置5個。

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

垂直面:照射燈位置(1～5和6～10)的高度1由側遮陽簾(收縮狀態)最低點和駕駛臺桌面射入點連線確定,照射燈位置(1～5和6～10)的高度2由側窗下沿和駕駛臺桌面射入點連線確定,頭燈在側窗玻璃側方布置如圖5。

圖5 側窗玻璃照射燈位置示意圖

試驗時,側窗玻璃照射燈需根據圖5所示,分別在高度1和高度2上從照射燈位置1～10照射到駕駛臺上。

2 試驗判定標準

2.1 指示燈和按鈕的讀取檢測

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UIC 651-2002,機車、有軌電車、動車組、驅動拖車的司機室布置[8]計算,站姿和坐姿的駕駛員眼點位置如圖6～7所示。

圖6 站姿駕駛員眼點位置

圖7 坐姿駕駛員眼點位置

2.2 指示器和按鈕的反射眩光檢測

分別檢查駕駛員在Ⅰ端駕駛臺和Ⅱ端駕駛臺操作時,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的視線。

3 試驗結論

依據TSI 1302/2014/EU[4]第4.2.9.3.4 (2)(3)條款對駕駛室指示器和按鈕反射眩光情況進行試驗檢測,檢測所有指示燈的設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的視線,檢測工況及結果見表1。

表1 駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗結果

實物現場試驗圖如圖8所示。

圖8 實物評價圖

4 結束語

本文介紹了歐洲機車車輛駕駛室指示器和按鈕反射眩光試驗方法、評價準則及具體試驗,該試驗通過模擬人工光和偶然光從多個不同位置射入駕駛室,檢查駕駛員在坐姿和站姿狀態下均能獲得準確的視覺信息,證明駕駛室光環境設計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的視線。該試驗填補了國內機車車輛駕駛室指示器及按鈕反射眩光試驗空白。

通過上述試驗可以檢驗駕駛室光環境設計的合理性,有效提高駕駛員舒適感,保障視覺健康和降低列車運行風險。根據試驗結果,對駕駛室反射眩光提出優化建議如下。

1)指示燈的數量在設計時,應盡量減少到對駕駛操作絕對必要的最低限度。

2)指示燈亮度應可調節,并且可調節的亮度范圍應能滿足駕駛員不同應用場景的視覺需求。

3)顯示屏表面應盡可能地與駕駛員的視線垂直,并且沒有直接或反射的強光。