汽车前照灯眩目与两车相向运动位置的分析

禚宝国

（重庆交通大学，重庆 400074）

0 引 言

我国约有 70%的人车事故发生在夜晚，而发生于夜晚的交通事故中死亡率超过 40%。根据公安部对2009年上半年全国道路交通事故的分析，夜间道路交通事故明显增多，其中与驾驶员使用远光灯相关的占有 30%～40%[1]；欧洲每年约有55000人死于交通事故，其中55%的死亡事故发生在夜间；夜间的行车量只占总行车量的 25%，但交通事故却占总交通事故数量的 47%。由此可以推算，夜间交通事故发生的概率大约是白天的3倍[2]。夜间事故多发的原因除了与驾驶员正常地困倦有关以外，很大一部分是因为道路照明度低或者相会车辆的灯光对驾驶员引起眩目造成的。

目前，国内外对于前照灯防眩目的研究主要有自动变光防眩目、利用偏振光防眩目、单色光防眩目和液晶变光装置防眩目等。现在国内外对于自动变光器的研究主要分为 2种，一种是利用光敏传感器感知前方来车的远光灯，当灯光强度达到某一设定值时，自动变光器可根据对方车辆的灯光变换作出相应的变换，如果对方车辆的远光一直不变换，本车能自动恢复远光，提醒对方车辆变光；另一种是利用距离传感器感知对面会车距离小于设定值时，汽车就由远光灯自动切换成近光灯，当汽车会车完毕之后汽车自动接通远光灯[3]。眩目不仅和两车的纵向距离有关，很大程度上还和它们的横向距离有关，以上这两种研究都没有将相会两车的横向距离作为眩目的参考因素。文中主要讨论夜间水平直线相向行驶的两汽车相会时，水平横向距离和达到前照灯的眩目角的纵向距离的关系。

1 眩目的测量方法

测量眩目发光的方法有以下2步：

1）计算发光源在视网膜处的“等效罩纱亮度（Lequivalent）”[4]

公式：

其中，Lequivalent为发光源的“等效罩纱亮度”；k为驾驶员年龄系数，Eglare为发光源在驾驶员视网膜处的照度；θ为驾驶员视线与发光源的直线夹角。

2）计算相对上升对比度阈（Thresholdelevation）

两车交会时，对方的灯光是不是引起驾驶员的眩目，还与背景亮度（Lbackground）有关。对比度阈为目标亮度的最小变量（ΔL），作为评估目标在背景亮度下可见单位，相对上升对比度阈的公式

即

当测得 Thresholdelevation>2时，说明已经产生了比较严重的眩目现象。

人眼内部存在两个轴，一个是视轴，另一个是光轴，其间大约有 5°的夹角[5]，夹角大小在不同人身上体现不同，视轴与光轴之间的夹角对眼睛外围的光学特性有显著的影响[6]。当光线经过眼睛的晶状体和玻璃体的时候发生折射[7]，使得 5°的夹角表现出来的目标张角约为 7°，即当光线射入眼睛时与视轴的夹角小于 7°时，即使亮度不高时也很容易引起眩目，所以我们定义眩目角为7°。

2 交会两车的相对位置分析

由于小型轿车车灯的亮度比较高，驾驶员的坐姿相对于其他类型的车更低，所以容易产生眩目现象，并且小型轿车的车速高，产生眩目现象之后的危害较其他类型的车更严重，文中主要以小型轿车的各种参数为依据来讨论。在分析两车相对位置与眩目带的关系之前，先要确定两车交会的车与路的一些参数。

在汽车前照灯离地面高度的规定上，欧洲ECE R48规定500 mm≤H≤1200 mm，美国SAE J579C规定560 mm≤H≤1370 mm，我国的汽车标准采用欧洲ECE法规体系，在GB 4785-2007中规定汽车前照灯离地高度不小于500 mm，不大于1200 mm。在司机视线高度的规定上，德国公路设计标准规定视高为1.00 m，美国规定视高为1.14 m，日本规定视高为1.20 m。我国《公路工程技术标准》参照日本的规定，规定视高为1.20 m[8]。那么，车灯与驾驶员眼睛的相对高度h的范围区间为[0 cm，70 cm]，文中在计算时取中间值40 cm。

3 两车相对位置与眩目角的关系

两车交会时，简化模型如图1所示。

其中，A为驾驶员的眼睛，AB为驾驶员眼睛与地面间的距离，AF为驾驶员的视线，a为汽车驾驶员眼睛到汽车最前端的距离，取a为1.5 m，CD为车灯的离地距离，AC为射入驾驶员眼睛的灯光。A、F在同一水平面内，C、G在同一水平面内，驾驶员的视线与发光源的夹角即为∠CAF=∠θ。

设两车水平纵向距离为x，水平横向距离为y，则

交通法规规定，夜间距对方来车至少 150 m处关闭远光灯开启近光灯，取x的上限值为160 m，当相互间距离缩短到25 m或更短时，直接眩目的作用下降[9]，取x的下限值为10 m，可得相会两车的水平纵向距离范围为10 m≤x≤160 m。标准车道宽3.7 m，故对两车道而言，驾驶员与来车中心的横向距离为3.3 m[10]。由式（3）得到驾驶员的视线与发光源的夹角 θ与相会两车的水平纵向距离x的关系曲线，如图2所示。

由图2可知，当θ=7°时，x=26 m，即当两车在相邻的两个车道相向行驶，且纵向距离在26～150 m之间的时候，开远光灯很容易造成对方驾驶员的眩目。

文中定义的车灯与人眼的相对高度为40 cm，相会两车的水平纵向距离范围10 m≤x≤160 m，根据式（3）得出驾驶员的视线与发光源的夹角 θ与驾驶员眼睛与相会车辆的前照灯的水平横向距离y和相会两车的水平纵向距离x的关系曲面，如图3所示.

由图3可以看出，当x不变时，z随着y的增大而增大；当y不变时，z随着x的增大而减小。

根据式（3）和图 1，可以得到两车水平纵向距离和眩目角、横向距离的关系

其关系曲线如图4所示。

按趋势延长线可将图4分为两部分Ⅰ和Ⅱ，根据式（4）分析可知，在区域Ⅰ内，前照灯在相会车辆驾驶员的眩目角内，比较容易引起对方驾驶员的眩目，当两车距离在区域Ⅰ内相会时，双方驾驶员应主动考虑关闭远光灯，防止引起对方驾驶员眩目。

由于GB4599-2007中只规定了远光灯在25 m外的配光屏幕上2250 L的极小值，并没有规定远光灯的照射角度，所以文中不考虑灯光照射角度对眩目的影响。

文中只分析了眩目角与两车相对位置的关系，并没有将车灯亮度、背景亮度和年龄系数等因素考虑在内。不是在区域Ⅰ内就一定能引起眩目，也不是在区域Ⅱ内就不会发生眩目现象，眩目的发生与否还和车灯亮度、背景亮度、驾驶员年龄系数等多个因素有关。

文中对眩目角和相会车辆的相对位置关系的分析，以远光灯灯束是否射在相会车辆驾驶员眩目角里为依据，找出了在不同横向距离相会过程中比较容易引起驾驶员眩目的纵向距离范围。目前的前照灯自动切换远光、近光防眩功能的依据主要是纵向距离的一个临界值，文中对于眩目的影响分析中增加考虑了横向距离因素，为前照灯自动切换远光、近光防眩功能增加控制因子提供了参考。

[1]于晓良. 汽车自适应照明控制系统的研究[D]. 大连：大连理工大学，2009.

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