车辆幕罩眩光的形成机理及评价测试

赵准 曹建骁 栗晋杰

摘 要：幕罩眩光是一类与车辆设计和人机工程相关的视觉危险源，我们要对此类眩光的影响有充分的认识，该文对该类眩光的产生和影响因素进行了研究和测试，分析了由车辆仪表台面板和前挡风玻璃二次反射形成的幕罩眩光的产生机理。针对其影响因素从人机工程学的角度出发，提出了一套车辆幕罩眩光的检测和评价方法，并提出了车辆设计过程中减少或避免此类眩光的相关建议。

关键词：幕罩眩光；眩光评价；模型

中图分类号：U463 文献标志码：A

0 引言

眩光被国际照明委员会（CIE）定义为由于视野中的亮度分布不适当，或亮度变化幅度太大，从而引起不舒适或降低观察重要物体的能力。眩光也可分为失能眩光和不舒适眩光2种。目前对车辆驾驶过程中的眩光研究和评价，主要集中在直射眩光或夜晚车辆前照明系统产生的对向眩光上，而对驾驶过程中由于仪表台反射而在前挡风玻璃上产生的幕罩眩光，则缺乏深入的研究和分析。该文结合幕罩眩光的形成机理对该类型眩光的检测及评价提出了一套检测和评价方法。

1 幕罩眩光的形成机理

车辆行驶过程中可能遭遇到的眩光多种多样，除夜间对向车辆前照灯产生的眩光外，还有太阳直射眩光、道路眩光等不同类型的眩光来源，而车辆驾驶舱内的一种反射类眩光大家则较少重视的。车辆外部的环境光线（象阳光）透过车辆前挡风玻璃照射至车辆仪表台上，而仪表台的反射光线会在车辆前挡风玻璃产生类似镜面反射的效果，在车辆前挡风玻璃上成像，形成一层“幕罩”，影响驾驶员的观察视线。之所以把它称为“幕罩眩光”是因为仪表台形成的镜像正好位于驾驶员前方的观察范围内，这层镜像就像一块幕布一样遮挡了驾驶员的视线，降低了道路场景的对比度，使驾驶员在观察前方道路情况时，由于这层幕罩效果的叠加而无法真实清楚地看清楚目标，影响驾驶员的驾驶体验，严重时会给行车带来极大的危险。需要注意的是，幕罩眩光应属于不舒适眩光，这类反射眩光随时都会存在，在某些特定场合下会影响我们的驾驶安全。

一般在阳光不是十分强烈的情况下，这种幕罩眩光效果并不十分明显，这是因为此时人眼视野内的明暗对比并不太大，并不会严重影响驾驶体验。正如汽车远光灯给人带来的炫目一样，在黑暗的夜晚里会显得非常刺眼，而在白天或周围环境较亮的情况下，由于明暗对比没有夜晚那么强烈，则会显得比较容易接受。

当驾驶室仪表台上方放置反射率较高的物体（象白色纸张时），这种幕罩眩光的效果会变得比较明显。而当车辆在白天行驶进黑暗隧道的入口时，由于视觉前方的背景非常暗，明暗对比过于强烈，幕罩眩光会显得尤为明显，并且由于人眼的视觉暂留影响，再加上人眼的暗适应效果，会给驾驶员造成一种短时致盲的效果，使车辆在即将驶入隧道入口到进入隧道内的一小段时间内，无法看清楚隧道内部的道路交通状况，从而引发交通事故，因此有必要对这种情况下的幕罩眩光进行深入的研究，该文的研究内容也基于此种工况条件下。

2 影响幕罩眩光的因素

根据幕罩眩光的产生机理，可以看出影响这类眩光的主要7个因素。1）光源照度（即挡风玻璃处测到的阳光照度）。2）暗背景的亮度（为研究和对比方便，可以定义为一个固定值）。3）前挡风玻璃的材料特性（象透过率、反射率等）。4）仪表台材料特性（反射率）。5）光源入射角度（象太阳光的入射角）。6）前挡风玻璃垂直倾斜角度。7）仪表台水平倾斜角度。

其中第1项、2项是客观因素，与车辆设计无关，第3、4项是材料特性，采用合适的材料可最大限度地降低此类眩光的影响，第5～第7项与车辆设计因素相关，需要在车辆设计过程中加以考虑。该文暂不讨论由驾驶员个体差异而带来的对眩光评价的影响（象年龄、感知差异等）。

3 评估模型的建立

Lve—由环境引起的直接射向眼睛所产生的光幕亮度，即环境背景亮度。

上节指出，背景亮度可以定义为一个常量，因此只需计算出幕罩亮度即可。

对于采用眩光值GR法计算出的眩光值可按表1进行评价。

根据上节分析可以看出，幕罩眩光产生的来源即挡风玻璃处测到的太阳光照度，在此定义为Is，可以作为评估模型的输入因子。假定前挡风玻璃的透过率为T1，则其反射率为R1，仪表台反射率为R2，则理论意义上人眼接收到的幕罩眩光亮度值Lve应等于Is×T1×R1×R2/π。需指出，一般情况下前挡风玻璃特别是仪表台的材质都具有较大的漫反射效果，因此还需要借助仿真和试验进行验证。

对上式进行转换得出，光源入射角α=180-2（β+γ），模拟及测试时应按此公式根据β和γ的给定值计算，并设置光源入射角度。

4 幕罩眩光试验室测试

采用如下测试方案对幕罩眩光进行实际测量，需用到的测量设备包括测角仪、投射灯、亮度计和手持式照度计等，具体测试步骤如下。

（1）在车辆正前方布置黑布，模拟隧道暗背景，使用亮度计记录背景亮度值。

（2）按仪表台水平倾角布置并固定仪表台面板，定义仪表台面板的测试区域。

（3）清洁前挡风玻璃并按前挡风玻璃垂直倾角布置并固定。

（4）计算阳光入射角。

（5）布置亮度计，亮度计可布置在驾驶员眼部位置，朝向人眼视线正前方，并在其延长线与前挡风玻璃外部交点处定义入射点。

（6）在车辆前方按照阳光入射角布置投射灯，用以模拟阳光照射，在定义的入射点处使用照度传感器测量照度值，调整投射灯的前后距离使入射点处达到规定的照度数值，注意避免光源直射亮度计。

（7）记录测试的亮度数据，按试验方案调整试验参数重复上述步骤。

测试结果见表2。

从上述表格数据中可以看出，幕罩眩光的影响会随着前挡风玻璃垂直倾角、仪表台水平倾角的增加而增加，并随着太阳光入射角度的增大而减小。

当然幕罩眩光也会随着入射光强度的增大、前挡风玻璃的透过率和仪表台材质反射率的增大而增大，在此不做具体分析。

5 与设计相关的建议

从仪表台材质选取上来说，一般而言，黑色或深色内饰的车辆在阳光猛烈照射下，中控台比较不容易反光，在行车过程中不易造成突发危险，具有较高的安全性。而浅色内饰的反光会稍微明显些，容易造成前挡玻璃与前仪表板形成反光的幕罩眩光效果，从而降低道路场景对比度，使驾驶员更难探测到真实的路况，在夏日或太阳猛烈的时候会给行车会带来极大的危险。

另外从前风挡玻璃垂直倾角、仪表台水平倾角设计角度出发，在引入大倾斜角度的前挡风玻璃时，仪表台角度可以适当减少或采用更低光泽度的仪表台材质，如果只能选择较高光泽度的仪表台顶部材质时，则应当使仪表台顶部表面下倾的更厉害些（即远离前挡风玻璃）。

6 结语

综上所述，幕罩眩光是一类与车辆设计和人机工程相关的视觉危险源，我们要对此类眩光的影响有充分的认识，该文对该类眩光的产生和影响因素上进行了研究和测试，提出了从设计角度对该类眩光进行削弱的方法，使在该类眩光产生时，能够尽可能的将其对驾驶员所造成的影响和伤害降至最低。

參考文献

[1]黄天柱，马其华，贺懿，等.碳纤维复合材料节能竞技车车身研发[J].上海工程技术大学学报，2016，30（1）：51-55.

[2]张明杰.道路照明眩光的计算和测量[J].中国照明电器，2016（4）：34-37.