用反应时间研究氛围灯颜色亮度对安全驾驶的影响

王立山

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000;2.河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000)

0 引言

氛围灯，顾名思义就是烘托氛围的灯具。伴随LED技术的飞速发展和成本的不断降低[1]，结合导光材质的多样化、形状的异样化及复杂工艺的应用，氛围灯在衬托汽车内饰、提供温馨舒适的驾乘环境及树立汽车品牌方面凸显出尤为重要的地位。目前，氛围灯的应用车型正从概念车型、豪华车型下探到中档车型甚至一般车型。宝马、奔驰、奥迪、路虎、劳斯莱斯、福特、大众等品牌车厂都在部分车型配备各式各样的氛围灯以凸显豪华、彰显个性、吸引顾客：例如劳斯莱斯在Phantom Coupe上用1 600根光纤控制车顶星型图案，并且图案可随意变换，产生满天星空的效果，浪漫而又高雅;例如奔驰S级及宝马7系均配备不同颜色、亮度可调的氛围灯凸显豪华与尊贵等。然而在氛围灯大规模推广应用的过程中，问题逐渐暴露，比如关于室内氛围灯还没有明确的相关法规要求，未考虑氛围灯颜色及亮度变化在不同照明环境(隧道照明、城市照明、乡村道路照明等)和不同路况(盘山公路、雪路、沙漠等)下对安全驾驶的影响，在氛围灯的评价方面主观随意无客观依据等。

反应时间是指各种刺激发生到出现明显反应的时间间隔[2]。在实际汽车驾驶过程中，当前方突然出现障碍物等紧急情况时，驾驶员不可能立即使汽车停下来，而要经过一定的反应时间[3]，紧急情况下反应时间的长短意味着驾驶员做出决策的快慢，反应时间越短，越能尽早采取措施，避免交通事故的发生[4]。隧道是日常驾驶中交通事故发生的高危路段[5]，基于隧道驾驶的特点，反应时间甚为宝贵，直接影响驾乘人员的生命财产安全[3]。因此研究氛围灯颜色及亮度变化对驾驶员反应时间的影响非常重要，为氛围灯的设计及汽车室内照明环境的改善提供重要依据。

1 研究过程

1.1 研究内容

主要用定量分析的方法对氛围灯颜色和亮度对行车安全的影响进入深入的研究。与以往氛围灯主观评价不同的是，提出了通过反应时间来研究氛围灯对行车安全性的量化分析方法，对氛围灯颜色和亮度对反应时间的影响分别进行试验研究，主要研究内容如下：

(1)在实验室模拟隧道中间段照明环境下，测试不同受测者在无氛围灯的情况下，对障碍物判断识别的平均反应时间，作为研究氛围灯颜色和亮度对平均反应时间影响的参考基准。

(2)相同的照明环境下，测试不同受测者在氛围灯亮度一定、颜色不同的情况下，对障碍物判断识别的平均反应时间，来研究氛围灯颜色对行车安全的影响。

(3)相同的照明环境下，测试不同受测者在氛围灯颜色一定、不同亮度的情况下，对障碍物判断识别的平均反应时间，来研究氛围灯亮度对行车安全的影响。

1.2 研究对象

随机选取10名(5名男性、5名女性)驾龄在5年以上的驾驶员，年龄在30～35岁之间，要求身体健康、精神状态良好、视觉良好。

1.3 试验条件

1.3.1 氛围灯配置

氛围灯颜色分为3种：红色、绿色和蓝色。不同颜色色坐标见表1。

表1 氛围灯颜色色坐标

氛围灯亮度分为3个等级：Ⅰ级(亮度2 cd/m2)、Ⅱ级(亮度4 cd/m2)、Ⅲ级(亮度6 cd/m2)。

氛围灯不同配置详见表2。

表2 氛围灯配置表

1.3.2 背景照明环境

根据JTG/T D70/2-01-2014《公路隧道照明设计细则》的规定[6]：中间段路面亮度根据行车速度和车流量的不同而分别取值，当车速为80 km/h时，亮度为4.5 cd/m2(车流量大)。实验室采用150 W高压钠灯，光源色温1 919 K，模拟隧道中间段照明环境。

1.3.3 障碍物设置

在汽车正前方35 m处设置障碍物，出现时间随机。

1.4 试验要求

受测者熟悉照明环境和室内氛围灯时间不小于30 min；要求受测者识别出障碍物，立即按下时间记录仪；氛围灯不同配置试验间隔时间不小于30 min；反应时间为电子障碍物出现时间和驾驶员按下时间记录仪的时间差，测量3次取平均值。

1.5 试验流程

(1)熟悉照明环境和汽车室内环境30 min；

(2)出现障碍物，记录障碍物出现时间；

(3)驾驶员识别障碍物，记录识别时间；

(4)计算反应时间；

(5)测量3次取平均值。

2 试验结果

不同受测者在氛围灯不同配置情况下，对障碍物判断识别的平均反应时间统计见表3。

表3 不同受测者平均反应时间 ms

3 结果分析

在氛围灯不同配置情况下，所有受测者平均反应时间的变化见图1。

图1 不同配置下，平均反应时间变化图

从图1可以看出不同受测者在氛围灯不同配置下，对障碍物判断识别的平均反应时间都大于无氛围灯情况下对障碍物判断识别的平均反应时间，最小值为375.4 ms，最大值为484.2 ms。从以下两方面对受测者平均反应时间进行分析：(1)分析氛围灯亮度一定、颜色变化情况下，受测者对障碍物判断识别的平均反应时间变化规律；(2)分析氛围灯颜色一定、亮度变化的情况下，受测者对障碍物判断识别的平均反应时间变化规律。

3.1 氛围灯亮度一定，颜色变化

氛围灯亮度为Ⅰ级时，不同颜色下各受测者平均反应时间见图2(a)；氛围灯亮度为Ⅱ级时，不同颜色下各受测者平均反应时间见图2(b)；氛围灯亮度为Ⅲ级时，不同颜色下各受测者平均反应时间见图2(c)。

图2 亮度一定，颜色变化下平均反应时间图

通过图2可知：在氛围灯亮度一定的情况下，所有受测者在不同颜色氛围灯下对障碍物判断识别的平均反应时间各不相同；在氛围灯Ⅰ级亮度下，最大平均反应时间为453.6 ms，最小平均反应时间为375.4 ms；在氛围灯Ⅱ级亮度下，最大平均反应时间为470.0 ms，最小平均反应时间为383.1 ms；在氛围灯Ⅲ级亮度下，最大平均反应时间为484.2 ms，最小平均反应时间为410.3 ms。

氛围灯亮度为Ⅰ级时，不同颜色下各受测者平均反应时间增量见图3。

在Ⅰ级亮度下，对比氛围灯不同颜色对受测者判断识别能力的影响。从图3可以看出：红色氛围灯下所有受测者平均反应时间增量最大，大于绿色氛围灯和蓝色氛围灯，最大平均反应时间增量为30.5 ms；M2、M3、M4、W4、W5表现为绿色氛围灯下平均反应时间增量大于蓝色氛围灯，占总受测人数的50%；M1、M5、W1、W2、W3表现为蓝色氛围灯下平均反应时间增量大于绿色氛围灯，占总受测人数的50%；最小平均反应时间增量为6.9 ms。

图3 Ⅰ级亮度下，平均反应时间增量图

氛围灯亮度为Ⅱ级时，不同颜色下各受测者平均反应时间增量见图4。

图4 Ⅱ级亮度下，平均反应时间增量图

在Ⅱ级亮度下，对比不同颜色氛围灯对受测者判断识别能力的影响。从图4可以看出：红色氛围灯下所有受测者平均反应时间增量依然是最大，大于绿色氛围灯和蓝色氛围灯，最大平均反应时间增量为55.6 ms；M2、M3、M4、M5、W2、W5表现为绿色氛围灯下平均反应时间增量大于蓝色氛围灯，占总受测人数的60%；M1、W1、W3、W4表现为蓝色氛围灯下平均反应时间增量大于绿色氛围灯，占总受测人数的40%；最小平均反应时间增量为13.8 ms。

氛围灯亮度为Ⅲ级时，不同颜色下各受测者平均反应时间增量见图5。

图5 Ⅲ级亮度下，平均反应时间增量图

在Ⅲ级亮度下，对比不同颜色氛围灯对受测者判断识别能力的影响。从图5可以看出：红色氛围灯下所有受测者平均反应时间增量最大，大于绿色氛围灯和蓝色氛围灯，最大平均反应时间增量为73.9 ms；M2、M3、M4、W2、W4表现为绿色氛围灯下平均反应时间增量大于蓝色氛围灯，占总受测人数的50%；M1、M5、W1、W3、W5表现为蓝色氛围灯下平均反应时间增量大于绿色氛围灯，占总受测人数的50%；最小平均反应时间增量为28.3 ms。

3.2 氛围灯颜色一定，亮度变化

红色氛围灯不同亮度下，各受测者平均反应时间见图6(a)；绿色氛围灯不同亮度下，各受测者平均反应时间见图6(b)；蓝色氛围灯不同亮度下，各受测者平均反应时间见图6(c)。

图6 颜色一定，亮度变化下平均反应时间图

由图6可得出：在氛围灯颜色一定、亮度变化的情况下，所有受测者对障碍物判断识别的平均反应时间大于无氛围灯下平均反应时间，多数受测者随着氛围灯亮度的增加，平均反应时间逐步增加；在红色氛围灯下，最大平均反应时间为484.2 ms，最小平均反应时间为387.3 ms；在绿色氛围灯下，最大平均反应时间为474.8 ms，最小平均反应时间为375.4 ms；在蓝色氛围灯下，最大平均反应时间为480.1 ms，最小平均反应时间为381.1 ms。

红色氛围灯不同亮度下，各受测者平均反应时间增量见图7。

图7 红色氛围灯下，平均反应时间增量图

由图7可知：在红色氛围灯下，随着亮度的增加，平均反应时间增量逐渐增大；所有受测者Ⅱ级亮度下平均反应时间增量大于Ⅰ级亮度下平均反应时间增量；除了M3样本，其他受测者Ⅲ级亮度下平均反应时间增量大于Ⅱ级亮度下平均反应时间增量；最大平均反应时间增量为73.9 ms，最小平均反应时间增量为9.9 ms。

绿色氛围灯不同亮度下，各受测者平均反应时间增量见图8。

图8 绿色氛围灯下，平均反应时间增量图

由图8可知：在绿色氛围灯下，随着亮度的增加，平均反应时间增量逐渐增大；所有受测者Ⅱ级亮度下平均反应时间增量大于Ⅰ级亮度下平均反应时间增量；所有受测者Ⅲ级亮度下平均反应时间增量大于Ⅱ级亮度下平均反应时间增量；最大平均反应时间增量为60.8 ms，最小平均反应时间增量为6.9 ms。

蓝色氛围灯不同亮度下，各受测者平均反应时间增量见图9。

图9 蓝色氛围灯下，平均反应时间增量图

由图9可知：在蓝色氛围灯下，随着亮度的增加，平均反应时间增量逐渐增大；所有受测者Ⅱ级亮度下平均反应时间增量大于Ⅰ级亮度下平均反应时间增量；所有受测者Ⅲ级亮度下平均反应时间增量大于Ⅱ级亮度下平均反应时间增量；最大平均反应时间增量为61.0 ms，最小平均反应时间增量为7.3 ms。

3.3 氛围灯颜色一定，平均反应时间增量随亮度变化规律

在氛围灯颜色一定的情况下，通过平均反应时间增量相对亮度的线性回归拟合出方程的斜率，即平均反应时间增量斜率，如图10所示。

图10 不同颜色下，平均反应时间增量随亮度变化斜率图

从图10可得：最大平均反应时间增量斜率为W2受测者在红色氛围灯下相对于亮度变化而产生，最大值为15.45 ms/(cd·m2)；最小平均反应时间增量斜率为M3受测者在红色氛围灯下相对亮度变化而产生，最小值为4.725 ms/(cd·m2)。通过图10可得出：M2、M4、W2、W3、W4五名受测者红色氛围灯下平均反应时间增量斜率大于绿色氛围灯和蓝色氛围灯下平均反应时间增量斜率，占总受测人数的50%，最大值为15.45 ms/(cd·m2)；M3、M5、W1、W5四名受测者蓝色氛围灯下平均反应时间增量斜率大于红色氛围灯和绿色氛围灯下平均反应时间增量斜率，占总受测人数的40%，最大值为11.23 ms/(cd·m2)；M1受测者绿色氛围灯下平均反应时间增量斜率大于红色氛围灯和蓝色氛围灯下平均反应时间增量斜率，占总受测人数的10%，为8.725 ms/(cd·m2)。红色氛围灯下最大平均反应时间增量斜率大于蓝色氛围灯下最大平均反应时间增量斜率，蓝色氛围灯下最大平均反应时间增量斜率大于绿色氛围灯下最大平均反应时间增量斜率。

4 结论及意义

尽管由于每个受测者年龄、性别、驾驶经验、心理素质、视力水平、注意力等存在差异，导致判断识别能力各不相同[7-10]，但是通过试验研究发现，在隧道中间段照明环境下，汽车室内氛围灯的颜色和亮度均对受测者的应激反应能力产生规律性影响，具体表现如下：

(1)在氛围灯亮度一定的情况下，红色氛围灯导致绝大多数受测者平均反应时间增量大于绿色氛围灯和蓝色氛围灯；红色氛围灯下，绝大多数受测者随亮度的增加平均反应时间增量逐渐增加，且当红色氛围灯亮度大于室外照明亮度时出现最大平均反应时间增量；大多数受测者在红色氛围灯下平均反应时间增量斜率大于绿色氛围灯和蓝色氛围灯，可见红色氛围灯及其亮度变化对驾驶员判断识别能力影响最大。

(2)所有受测者在蓝色氛围灯下，平均反应时间增量均随亮度的增加而增加，在蓝色氛围灯亮度大于室外照明亮度时出现最大平均反应时间增量；多数受测者在蓝色氛围灯下平均反应时间增量斜率大于红色氛围灯和绿色氛围灯，可见蓝色氛围灯及其亮度变化对驾驶员判断识别能力产生一定的影响。

(3)所有受测者在绿色氛围灯下，平均反应时间增量均随亮度的增加而增加，在绿色氛围灯亮度大于室外照明亮度时出现最大平均反应时间增量；极少数受测者在绿色氛围灯下平均反应时间增量斜率大于红色氛围灯和蓝色氛围灯，可见绿色氛围灯及其亮度变化对驾驶员判断识别能力影响最小。

通过试验得出，平均反应时间最大影响73.9 ms，按照日常隧道规定的限制速度80 km/h计算，73.9 ms对应的距离是1.64 m，这就意味着在隧道行驶过程中遇到紧急情况，采取紧急制动刹车的距离会延长1.64 m，而这1.64 m足以酿成一场惨祸。由此可见氛围灯颜色和亮度的设计对行车安全的意义非常重大。

5 展望

未来汽车室内氛围灯将于车外照明传感器相连，通过传感器探测不同路况下，盘山公路、雪路、乡村道路等，不同照明环境下，隧道照明、城市照明、乡村道路照明等，周边环境的照明信息，并将信息传输给汽车中央信息处理系统，通过模拟计算出对安全驾驶影响最小的氛围灯方案，并实时调节氛围灯颜色及亮度，为驾乘人员提供更加安全、更加适宜的驾乘体验。

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