轨道车辆驾驶室指示器和按钮反射眩光试验研究

高红娜,梅 明,李 超,陈兆玲

中车株洲电力机车有限公司,湖南 株洲 412001

0 引言

驾驶室反射眩光是由视野亮度分布或范围的不适宜,或存在着极端的亮度对比,导致视觉不舒适和目标观察能力下降的视觉现象[1]。驾驶室承担着列车的监视、操控、反馈和指引功能,保障驾驶员及时准确获取视觉信息,是列车运行安全的重要保障[2-3]。目前国内对机车车辆驾驶室指示器和按钮反射眩光仅停留在理论设计和仿真分析阶段,尚未有专门的试验要求对驾驶室指示器和按钮反射眩光情况进行试验,驾驶员在行车过程中尤其是在光环境复杂的情况下能否获得准确的视觉信息无法通过试验进行直接验证,存在一定的不确定性。

考虑到驾驶室操作的复杂性,驾驶员在关注外部环境变化的同时,还需要关注驾驶台仪表设备的工作状态。如何保障所有指示灯的设置可在自然或人为照明条件下被正确读取(包括偶然照明),以及指示器和按钮在驾驶室玻璃上的可能反光对驾驶员在正常工作位置时的视线不造成干扰,是驾驶室光环境考量的关键指标[4]。本文通过合理设计驾驶室光环境,建立欧洲机车车辆驾驶室指示器和按钮反射眩光试验方法、评价准则及具体试验,实现了机车车辆驾驶室指示器和按钮反射眩的试验验证。

1 试验设计

1.1 驾驶室光环境

驾驶室照明灯具的数量决定了整个驾驶室的平均照度值,驾驶室的反射眩光现象会随着灯具数量而变化,灯具的发光角度发光强度及其布置位置与驾驶室反射眩光具有密不可分的联系[5]。

以某出口调车机车为例,驾驶室照明线路由DC 110 V/24 V直流电源供电。驾驶室照明包括顶棚灯和阅读灯,此外还包含显示器、控制器和指示器等发光部件。用于驾驶室一般照明灯具集成在驾驶室天花板中,符合 EN 13272-1:2019《铁路应用 公共交通系统铁路车辆电气照明》[6]的要求,机车车辆处于所有正常运行模式时,根据驾驶指令提供驾驶室内的基本照明,且照明可以在上述模式状态下进行操作。其驾驶室操纵台级的光照度应高于75 lx,驾驶室阅读区的独立照明根据驾驶员指令予以提供,且能够调节至高于150 lx。显示器、控制器和指示器设计符合EN 16186-2:2017《铁路应用 驾驶室 第2部分:显示器、控制器和指示器的集成》[7]的要求,其独立于驾驶室照明单独控制,照度值的范围在 0.3～30 lx可调。驾驶室顶棚灯位置如图1所示。

顶棚灯1具有光色和亮度调节功能,顶棚灯外表面自带触摸式调节按键,光色分白光和黄光2档,亮度采用无级调节模式,调整后的状态具有记忆功能。顶棚灯2光色采用白色,光线亮度均匀、柔和,不眩光,不刺眼。顶棚灯通过司机台面板上的扳键开关控制,实现驾驶室顶棚灯关闭、弱光(全照明的50%)、强光(全照明的100%)。阅读灯的亮度调节是通过灯体上的无极旋钮实现的,需要关闭阅读灯时,将旋钮拧至“OFF”。顶棚灯的扳键开关和阅读灯的控制开关在驾驶台的位置如图2所示。

图2 顶棚灯的扳键开关和阅读灯的控制开关

1.2 驾驶室指示器和按钮反射眩光试验方法

影响太阳照射的因素既包括地理位置(包括地理经纬度、海拔高度),气候、季节等自然因素,也包括一些人为因素,例如城镇规模,空气污染情况等。考虑在不同角度下太阳光的入射角,试验时采用照射灯来模拟有可能的人工光和偶然光对驾驶室反光情况的影响[8]。试验用照射灯的选用功率约1 200 W、色温在5 500～7 500 K的光线来模拟人工光和偶然光。驾驶室关键要素如图3所示。

图3 驾驶室关键要素示意图

试验的场地应在空旷的环境中,试验的时间段分别为12:00—14:00和21:00—23:00。

1.2.1 前挡风玻璃模拟光线设置

模拟光线方向需考虑驾驶室前方雨沿、前遮阳帘(收缩状态)和驾驶台帽檐边缘无法遮挡的情况,且机车运行方向与自然光方向的角度因地理位置的不同,模拟光线的度角也随之不同。

由于前挡风玻璃模拟光线的考核指标是指示器和按钮在驾驶室玻璃上的可能反光是否干扰驾驶员正常工作位置时的视线,故模拟光线应与驾驶员座椅纵向平面相交,并汇集在驾驶台桌面上,形成射入点。

故试验用的照射灯在前挡风玻璃的照射位置各设置5个。

水平面:照射灯位置(5～10和6～10)距挡风玻璃3 000 mm,照射灯位置1～5和照射位置6～10均角度移动。

垂直面:照射灯位置(1～5和6～10)的高度1由驾驶室前方雨沿和驾驶台帽檐边缘连线确定,照射灯位置(1～5和6～10)的高度2由驾驶台帽檐和驾驶台桌面边缘连线确定。照射灯在前挡风玻璃前方布置如图4。

图4 前窗玻璃找射灯位置示意图

试验时,前窗玻璃照射灯需根据图4所示分别在高度1和高度2上从照射位置1～10照射到驾驶台桌面上。

1.2.2 侧窗玻璃模拟光线设置

模拟光线方向需考虑侧遮阳帘(收缩状态)、侧窗侧边沿和侧窗下边沿无法遮挡的情况,且机车运行方向与自然光方向的角度因地理位置的不同,模拟光线的度角也随之不同。

由于侧窗玻璃模拟光线的考核指标是指示器和按钮在驾驶室玻璃上可能出现的反光是否干扰了驾驶员正常工作位置时的视线,故模拟光线应与驾驶员座椅纵向平面相交,并汇集在驾驶台桌面上,形成射入点。

故照射灯在两侧的侧窗玻璃的照射位置各设置5个。

水平面:照射灯位置3和照射灯位置8距侧窗玻璃3 000 mm,照射灯位置1～5和照射灯位置6～10均角度移动。

垂直面:照射灯位置(1～5和6～10)的高度1由侧遮阳帘(收缩状态)最低点和驾驶台桌面射入点连线确定,照射灯位置(1～5和6～10)的高度2由侧窗下沿和驾驶台桌面射入点连线确定,头灯在侧窗玻璃侧方布置如图5。

图5 侧窗玻璃照射灯位置示意图

试验时,侧窗玻璃照射灯需根据图5所示,分别在高度1和高度2上从照射灯位置1～10照射到驾驶台上。

2 试验判定标准

2.1 指示灯和按钮的读取检测

在站姿和坐姿的位置,在自然照明、人工照明(包括偶然照明)的情况下,读取指示灯的信息,所有指示灯能被正确的读取。

在站姿和坐姿的位置,在驾驶室照明开启的情况下读取指示灯的信息,所有指示灯能被正确地读取。

根据UIC 651-2002,机车、有轨电车、动车组、驱动拖车的司机室布置[8]计算,站姿和坐姿的驾驶员眼点位置如图6～7所示。

图6 站姿驾驶员眼点位置

图7 坐姿驾驶员眼点位置

2.2 指示器和按钮的反射眩光检测

分别检查驾驶员在Ⅰ端驾驶台和Ⅱ端驾驶台操作时,且驾驶员位于正常工作位置(站姿和坐姿),驾驶室玻璃上的指示器和按钮的可能反光不得干扰驾驶员正常工作位置时的视线。

3 试验结论

依据TSI 1302/2014/EU[4]第4.2.9.3.4 (2)(3)条款对驾驶室指示器和按钮反射眩光情况进行试验检测,检测所有指示灯的设置是否可在自然或人为照明条件下(包括偶然照明)正确读取,指示器和按钮在驾驶室玻璃上的可能反光是否干扰驾驶员正常工作位置时的视线,检测工况及结果见表1。

表1 驾驶室指示器和按钮反射眩光试验结果

实物现场试验图如图8所示。

图8 实物评价图

4 结束语

本文介绍了欧洲机车车辆驾驶室指示器和按钮反射眩光试验方法、评价准则及具体试验,该试验通过模拟人工光和偶然光从多个不同位置射入驾驶室,检查驾驶员在坐姿和站姿状态下均能获得准确的视觉信息,证明驾驶室光环境设计能够满足最恶劣的条件下指示灯的正确读取,且指示器和按钮的可能反光不干扰驾驶员正常工作位置时的视线。该试验填补了国内机车车辆驾驶室指示器及按钮反射眩光试验空白。

通过上述试验可以检验驾驶室光环境设计的合理性,有效提高驾驶员舒适感,保障视觉健康和降低列车运行风险。根据试验结果,对驾驶室反射眩光提出优化建议如下。

1)指示灯的数量在设计时,应尽量减少到对驾驶操作绝对必要的最低限度。

2)指示灯亮度应可调节,并且可调节的亮度范围应能满足驾驶员不同应用场景的视觉需求。

3)显示屏表面应尽可能地与驾驶员的视线垂直,并且没有直接或反射的强光。