基于夜间会车防眩目系统的控制方法研究

郭健忠++龚长超++李鲜卓++常启瑜++张曼玉

摘 要：针对现有汽车夜间会车防眩目系统中，车灯眩光评价方法研究不足和系统开启条件不明确的问题，设计并进行了汽车远光灯眩光试验，以研究不同距离下驾驶员眩光程度与所产生的照度值之间的关系，应用于基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统。根据会车时实际道路环境，以照度参考值Er为依据确定了该系统的检测和控制方法，实现了此夜间会车防眩目系统的自动检测和精准控制。

关键词：眩光评价；眩光试验；照度参考值；防眩目；系统控制

中图分类号：[U491.9+4]文献标文献标识码：A文献标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

夜间会车时，由于驾驶员视觉受到对向车辆远光灯的强光刺激，高亮度车灯光线与夜间环境形成的强烈对比，导致驾驶员视觉疲劳，产生眩光。目前国内外对于解决夜间会车防眩目问题提出了很多方法，其中基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统是较为有效的方案之一[1-3]。经过对系统的深入研究，发现该防眩目系统在开启时机方面，即何种眩光程度下系统需对车辆驾驶员提供防眩光保护，缺少适当的眩光评价方法以控制系统的精准开启。

关于道路照明眩光国内外已有一些学者进行研究。其中，陈仲林、刘锡成做了眩光对反应时间的干扰试验，分析了针对路灯的眩光对驾车的视觉影响[4]；天津大学的王立雄、牛盛楠对城市立交桥高杆照明方式产生的干扰光进行了研究，采用阈值增量ΔTI对眩光进行了评价[5]；浙江大学的项震通过眩光恢复特性试验，在不同眩光强度、时间条件下，得出眩光恢复时间与眩光强度背景亮度以及眩光时间之间的关系[6]。但是，现有眩光试验与评价方法研究主要针对路灯照明眩光评价，缺乏关于汽车远光灯眩光评价方法的系统性论述与研究。

本文分析了基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统的检测和控制方法[1]。针对其在远光灯眩光评价方面缺少系统开启的眩光临界值参量的问题，结合现有的几种代表性的眩光评价方法，讨论了照度作为评价眩光参量的可行性，并利用汽车远光灯眩光试验找出夜间驾驶员眩光临界点的照度参考值Er，将其应用于此夜间会车防眩目系统中。

1 夜间会车防眩目系统的检测和控制方法

基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统是一种全新的防眩目方案，该系统由调光玻璃模块、感光模块、电控模块、GPS模块构成。其中，感光模块和电控模块用于检测眩光源光线强弱，评价驾驶员眩光程度，以及调光玻璃模块的开闭控制。调光玻璃模块是最终起到防眩目作用的模块[1]。下面详细介绍系统感光模块和电控模块的检测控制过程。

图1为基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统检测和控制工作流程图。感光模块由光传感器、变送器等构成。光传感器布置在前挡风玻璃A立柱侧面并朝向汽车前进方向，高度与驾驶员视线平齐，光传感器应尽量靠近驾驶员视线，使光传感器接受的光线强弱最大程度地接近驾驶员感受程度。感光模块负责接收对向车辆的车灯光线，并将能够反映光线强弱的光参量转化为电参量，通过变送器处理，形成可以被识别的信号输送到电控模块。电控模块负责接收光传感器的信号，通过对信号进行分析处理，判断驾驶员是否处于眩光状态，并及时对调光玻璃模块工作状态进行调控，防止驾驶员受到远光灯眩光干扰。

经分析可以得出，如何找出对向车辆车灯光线强弱与驾驶员眩光程度的关系，是该防眩目系统控制过程的关键。应当依据汽车远光灯眩光评价方法，对驾驶员的眩光程度进行量化，并找出眩光临界值。系统利用这种方法判断驾驶员所处的眩光状态，控制调光玻璃模块的开启与关闭。

2 眩光评价方法分析

为了找出适用于上述系统的眩光评价方法，讨论了几种代表性的眩光评价方法，主要有眩光指数（GR）评价法、眩光控制等级（G）评价法、眩光阈值增量（ΔTI）评价法。这三种眩光评价方法均由国际照明委员会CIE制定[7]，分别从不同的环境或眩光类型等方面描述了眩光程度，制定了相应的眩光等级，定量地评价了人体眩光的主观感受。

GR评价法主要适用于视线固定区域照明或室外体育场照明，背景多为墙壁、地板等，与后两种评价方法的应用环境不同。但是在实际道路环境下，驾驶员的观察方向是变化的而不是固定的 [8]。因此，GR评价法并不适用于道路交通驾驶员远光灯眩光评价。

G评价法和ΔTI评价法均可应用于路灯照明眩光评价，但G评价法主要针对不舒适眩光，适用于道路路灯照明环境；ΔTI评价法主要针对失能眩光，是路灯对驾驶员产生眩光的评价指标。在行车安全中，失能眩光与不舒适眩光相比，前者的危害远大于后者，且ΔTI的适用范围更加接近汽车远光灯照射所造成的眩目这一领域，因此ΔTI与其它两个评价法相比更加准确。下面分析ΔTI的计算方法和影响因素。

ΔTI计算方法为[9]：

。

式中：Lv为等效光幕亮度，cd/m2。

。

在CIE 132标准Design Methods for Lighting of Roads中，Lav为路面平均亮度，为视线与眩光源入射人眼光线之间的夹角[8]。但在远光灯照明眩光评价与路灯照明眩光评价中，的含义有明显区别，因此不能直接引用ΔTI作为远光灯眩光的评价标准。

在基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统中，应当重新制定评价方法，找出界定眩光程度的参考值，以实现对系统的防眩目工作状态进行控制。分析ΔTI的决定因素可得，在车辆夜间会车时，背景亮度和眩光源位置可看作常数，因此可用眩光源照度值作为指标来评价眩光程度。在此基础上，本文探索性地提出使用照度作为评价眩光的参考值。

3 汽车远光灯眩光试验

为分析驾驶员在夜间道路环境下，不同距离汽车远光灯造成的眩光感受，以及在防眩目系统中照度作为远光灯眩光评价方法的可行性，并找出基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统的眩光临界点的照度参考值Er，设计了在夜间道路环境中的实车试验。

3.1 方法与过程

试验采用大众TOURAN作为试验测试车辆，该车已通过年检并在试验前进行了保养，前照灯亮度等符合国家标准。测试车辆车灯发光中心高度H1为750 mm；用照度计（TES 1332A型）作为测量仪器，照度计测量时选用的量程为0～200 lx，测量精度为0.1 lx。试验过程中，照度计固定在三脚架上，模拟对向驾驶员视线高度，便于采集点调节高度和方向。测得驾驶员视线距离地面高度H2为1 320 mm。用相机（Canon EOS 60D）记录远光灯的眩光程度实景。

汽车远光灯眩光试验示意图如图2所示。试验场地为一段直线道路，选取其中路况较好的一段长度为150 m的路段用于测试。试验时间为夜间，背景光亮度较小，实测环境平均照度约为0.23 lx。试验中，将测试车辆置于道路一端，以其远光灯的发光中心作为坐标原点，坐标轴x的正方向为光线照射方向，每隔25 m设置一个数据采集点，采集点坐标值分别是25 m、50 m、75 m、100 m、125 m、150 m。将照度计固定于三脚架上，设置照度计探头高度与驾驶员视线高度相同，照度计探头方向与车灯照射中心相对。先后将三脚架移动至6个采集点处，照度计的测量值将作为反映会车过程中驾驶员接收光线强弱的度量。

试验过程中，开启汽车远光灯，分别测量以上6个采集点的照度值，以及无远光灯时背景光照度。坐标值为50 m、100 m、150 m的采集点处，利用单反相机记录远光灯开启状态下的眩光现象以反映实际眩光程度。

3.2 结果与分析

分别将试验测得的远光灯照度值和背景照度值记录于表1中。试验中，由于试验场地所选道路有路灯存在，各采集点背景照度值略有不同。因此，为排除路灯对试验测试值的影响，需要将远光灯照度值E1减去对应环境下的背景照度值E0，方可得到所测车辆远光灯在驾驶员眼球平面产生的实际照度值E。

根据照度叠加公式：

。

远光灯实际照度值与远光灯测量照度值以及背景照度值的关系为：

。

将实际照度值记录于表格中，并绘制采集点坐标值与远光灯实际照度值的对应关系图像，如图3所示。随着采集点坐标值的增加，照度值逐渐减小。在50 m处汽车远光灯产生的照度为11.2 lx，在150 m处汽车远光灯产生的照度为1.2 lx。随着采集点坐标值x的增加，远光灯实际照度值E的变化率 dE/dx逐渐减小，在试验误差允许范围内，符合照度第一定律。在照度值减小时，驾驶员的眩光程度降低。

图4为汽车远光灯眩光试验中眩光程度对比图，图4a为50 m采集点处眩光程度实景，图4b为150 m采集点处眩光程度实景。由图4可以看出，眩光程度随距离增加而逐渐减弱，150 m处眩光程度已经远小于50 m处。在该范围内，人眼始终处于眩光状态，但在150 m处时眩光程度相对较弱。

由于远光灯的眩光，人眼无法看清前方路况，可以认为此时驾驶员处于眩光状态，此时眩光程度较低，对人眼的影响较小。结合《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》规定，车辆在夜间会车时，远光灯应当在距相对方向来车150 m以外改用近光灯。因此，可以将150 m处的远光灯实际照度值1.2 lx作为眩光临界点。在基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统中，可以将其作为眩光临界值，即系统开启的照度参考值Er。

由试验可知，对向来车远光灯在距离驾驶员150 m时所产生的照度为1.2 lx，采用该照度值作为照度参考值Er，进而将其利用在基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统中。系统感光模块感受对向来车远光灯照度大小，并传递至电控模块，信号经过处理后与照度参考值Er进行比较，判断汽车驾驶员是否受到车灯眩光的影响，并进行相应的控制措施，起到了防眩目的作用，保证了该防眩目系统的自动化、智能化以及精准化。

4 结论

（1）通过汽车远光灯眩光试验分析，得出了驾驶员眩光临界值。根据汽车远光灯眩光试验，得出不同距离下各采集点所测照度与眩光程度正相关。将150 m处照度值作为照度参考值Er，用于评价眩光的临界值。方法可行，简单实用。

（2）基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统中，采用照度参考值Er作为系统开启的临界值，解决了防眩目系统开启时机的问题。此外，本文所研究的方法还可以推广到其它同类防眩目系统的控制策略中，具有普遍适用性。

参考文献

郭健忠，刘懂，汪清淼，等. 基于视觉暂留原理的夜间会车防眩目系统 [J]. 机械设计与制造，2016，54（4），（已录用）.

Guo Jianzhong，Liu Dong，Wang Qingmiao，et al. Anti-dazzling System for Automobile Night Meeting Based on Persistence of Vision [J]. Machinery Design and Manufacture，2016，54（4），（in Press）. （in Chinese）

汪清淼，郭健忠，刘懂，等. 基于防眩目功能的液晶调光玻璃电学性能研究 [J]. 制造业自动化，2015， 37（8）：84-89.

Wang Qingmiao，Guo Jianzhong，Liu Dong，et al. Electrical Properties of the Liquid Crystal Light Tunable Glass Based on Anti-dazzling Function Manufacturing Automation [J]. Manufacturing Automation，2015，37 （8）：84-89. （in Chinese）

刘懂，汪清淼，廖卫杰，等.一种夜间会车防眩目系统：中国，ZL 2014 2 0166151.X [P]. 2014-08-13.

Liu Dong，Wang Qingmiao，Liao Weijie，et al. Night Meeting Anti-dazzling System：China，ZL 2014 20166151. X [P]. 2014-08-13. （in Chinese）

刘锡成. 眩光对夜间驾驶视觉工作影响研究 [D]. 重庆：重庆大学，2007.

Liu Xicheng. Study on Effect of Glare to Work of Night Driving [D]. Chongqing：Chongqing University，2007.

（in Chinese）

牛盛楠，王立雄，杨现国，等.立交桥高杆照明干扰光与TI值研究 [J]. 照明工程学报，2007，18（2）：25-26.

Niu Shengnan，Wang Lixiong，Yang Xianguo，et al. Study on the Obtrusive Light and TI Value of Urban Interchange Illuminating [J]. China Illuminating Engineering Journal，2007，18（2）：25-26. （in Chinese）

项震. 照明眩光及眩光后视觉恢复特性 [J]. 照明工程学报，2002，13（2）：1-4.

Xiang Zhen. Glare of Lighting and Recovery Time of Human Vision Over Glare [J]. China Illuminating Engineering Journal，2002，13（2）：1-4. （in Chinese）

程玉红. 基于数字模拟的城市立交桥高杆照明失能眩光研究 [D]. 天津：天津大学， 2013.

Cheng Yuhong. Research of Urban Overpass High Mast Lighting Disability Glare Based on Digital Simulation [D]. Tianjin：Tianjin University，2013. （in Chinese）

GB/Z 26214—2010.室外运动和区域照明的眩光评价 [S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2011.

GB/Z 26214—2010.Glare Evaluation System for Use Within Outdoor Sports and Area Lighting [S]. Beijing：General Administration of Quality Supervision Inspection and Quarantine of the People 's Republic of China，2011.

（in Chinese）

CIE 132—1999. Design Methods for Lighting of Roads[S]. Britain Commission Internationale de L'Eclairage，1999.

刘铁根. 光电检测技术与系统（第2版）[M]. 北京：电子工业出版社，2011.

Liu Tiegen. Optoelectronic Measurement Technology and System（2nd Edtion）[M]. Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2011. （in Chinese）

何鹏林，孙岳，种栗. 室外运动场地和区域照明的眩光评价系统（CIE技术报告No.112-1994）[J]. 中国标准导报，2008（4）：13-16.

He Penglin，Sun Yue，Zhong Li. Dazzling Evaluation System of Outdoor Athletic Ground and Area Lighting（CIE Technical Report No.112-1994）[J]. China Standards Review，2008（4）：13-16. （in Chinese）

李景色（译）. 机动车和人行交通道路照明的建议（CIE技术报告No.115-1995）[J]. 照明工程学报，2004，15（3）：57-61.

Li Jingse（Translate）. Suggestions for Road Lighting for Vehicle and Pedestrian（CIE Technical Report No.115-1995）[J]. China Illuminating Engineering Journal， 2004，15（3）：57-61. （in Chinese）