安全人机工程设计 公路防眩板 中南大学.doc

文献综述1.1发展史防眩设施是设置在高速公路中央分隔带、桥涵及未植树路段上的有一定外形的遮挡物，其功能是防止高速公路夜间双向会车时车灯强光相互照射而导致车辆驾驶员瞬间失明以致发生车祸。上世界90年代早期，防眩产品在国内基本尚属空白。大部分道路采用植物防眩的方法以遮挡对向灯光，还有部分公路采用金属等制品。如北京京石高速公路、四川成渝高速公路等采用铁片防眩板，北京首都机场高速公路采用铝片防眩板，广州广佛高速公路则采用 预制板作为防眩板。对于植物防眩设施，每年需投入大量人力、物力、财力进行浇水、除虫、修剪、施肥等等，其养护难度大、费用高，并且在施工中安全事故时有发生；但其优点是与自然环境和谐一致，在气候温和雨水充足的地区其使用寿命较长。对于金属或水泥等人工防眩产品，则过于笨重、外形呆板，且表面需年年刷漆，养护成本高，特别是发生车祸时，极易对车辆及驾驶者造成二次伤害。90是年代中期，随着我国高速公路建设等级的提升，公路总里程的加长，人们对公路质量、安全及行车舒适度的追求不断提高，特别是出于对司机人员生命安全的关心，防眩设施逐步发展起来，其样式、材质亦多有变化。到90年代末，交通主管部门将防眩设施作为道路安全设施的五大而并列其中，从而进一步提高了防眩设施的重要地位。随着国内模塑生产工艺的进步和相关产业科技水平的大幅提高，相继出现了PVC防眩板、SMC防眩板及橡塑防眩板，并在近5年内成为了防眩设施市场的主角。这些非金属防眩设施的优点在于外形美观、形式多样，再一次性投资后基本无需维护，造价也比较低廉；缺点是褪色，受温差影响会产生轻微变形。基于其优点，非金属防眩设施在国内大多数高速公路上得到普遍应用，尤其在盐碱路基和施工灰土路段，避免了植物不易成活的劣势；在东北各地解决了中分带植物冬季雪水渗人产生路基冻胀的病害；在城市快速道路上解除了因植物养护占用车道造成人为交通拥堵的问题；在沙漠道路、沿海道路和高架道路上解决了不能植树而又必须防眩的困惑，特别是当发生交通事故时，不会造成二次伤害。1.2研究意义眩光是视野范围内由于亮度的分布或范围不适宜，在空间或时间上存在极度的亮度对比，造成人视觉机能下降的强光。夜间在道路上行驶的车辆会车时，其前照灯（大灯）的强光会引起驾驶员眩目，就是眩光的一种。 人的眼睛是视觉分析器，是人在动作过程中信息的主要来源。视觉方面的信息占所有被人感受信息的近70%，而对于汽车驾驶员来说，视觉方面的信息所占比例更达到97%-99%.因此，在行车过程中，能见度的大小直接影响到驾驶员对外来信息的感知，影响其做出正确的判断。而汽车在高速行驶的过程中，一秒的错误判断或行驶造成的后果都是非常严重的。 人的视力分为静视力和动视力，通常视力检查的是静视力，人的动态视力比静止视力降低10%-30%，且速度越快下降越多；夜间视力又比白天视力下降50%，可见驾驶员在夜间行车时视力是很弱的。另外眼睛从明亮处到黑暗处，需要适应一段时间才能发挥其功效，这叫眼睛的暗适应，反之叫明适应。暗适应可分为两阶段。如图1-1所示：图1-1 人眼在暗适应过程中有光感所需光亮强度与时间的关系 从图1-1可以看出，开始的5-6min内曲线下降比较平缓，之后较快的下降，经过15min后开始缓慢下降。分析图中曲线，不难看出：人眼在暗适应过程中，有光感的照度随时间的增加而逐渐降低。暗适应时间一般长一些，这还与明暗程度或光源强弱有关。人眼受眩光刺激后，会感到目光眩惑、心里烦闷、看不清外界事物，视力下降25%以上，视力恢复至少需要3-4s，这对安全行车构成了很大的威胁。另外，人眼内部的神经交叉上，有一块“视紫质”的物质，它对黄绿光波特别敏感，而且强烈的黄绿光波会暂时性破坏视紫质，在这个部位上，即使炫目阶段结束后也需要一段时间才能恢复过来。通常这段时间的长短随眩目持续时间的长短而变化，可持续几秒或几分。这段时间里驾驶员实际处于失明状态，对行车有很大的威胁。 眩光使驾驶员获取的视觉信息质量明显降低，造成视觉机能的损伤和心理的不舒适感，易使驾驶员产生紧张和疲劳，使夜间行车环境更加恶化，是发生交通事故的潜在因素。眩光又分为心理眩光和失能眩光，光线强度由弱到强变化，司机首先有不舒适感，但还不至于影响视觉功能，此时即产生了心理眩光。随着光线亮度的进一步增强，不舒适感趋于严重并伴有视觉功能下降，这时既有心理眩光又有失能眩光；再增加亮度，视觉功能受到严重影响，司机完全看不清前方路况，直至暂时失明即强光盲，这时是完全失能眩光。夜间行车时，司机间断地受到对向车辆前灯的强光照射即可能出现此失能眩光。 根据心理研究的成果，司机发现目标经理解、判断，到采取行动，约需1.7-2.4秒，因此最少要看到前方80米路况。在无眩光的情况下，普通车辆的远光灯照射距离都在150-200米，有的甚至达350米，可以保证车辆的安全行驶。然而在对向车辆远灯光出现眩光时，驾驶员往往将头转向一边，使视线与强光束之间的夹角增大，以减弱眩光的影响。会车时的眩光还会促使司机意识到前方危险的存在，司机还会有意识的改变横向位置和减速以免与对向车辆碰撞。而在失能眩光的作用下，如果司机不能及时作出上述操作，就有可能导致车辆碰撞或越出路外的事故。实际实验也证明，在夜间会车的过程中，车辆往往会偏离原来正常车道，由于习惯性的转头避光动作和避免碰撞的心理作用，车辆往往会向路侧偏离，如不及时修正操作，车辆就有可能冲出路外，造成严重后果。综上所述，增强对防眩设施及其设置的研究可有效地消除对向车前照灯的眩光影响，保护驾驶员的视觉健康，增强道路景观，对改善夜间行车环境，吸引夜间交通量，提高道路通行能力发挥了积极的作用。1.3防眩设施的部分遮光原理防眩设施的作用主要是为了会车时降低眩光对驾驶员的影响，因而，设置位置应该在中央分隔带上。防眩设施的遮光有两种：一是使灯光完全照射不到对方行车或照射到的光线很少，此种属于全部遮光；另一种防眩设施（如防眩板、植树等）是部分阻挡车前灯光，此类属于部分遮光。研究表明，防眩设施既要有效的遮挡眩光，也应满足横向通视好和对驾驶员心理影响小的要求。完全遮光缩小了司机的视野，对驾驶员有压迫感。国外试验表明，防眩设施不需要很大的遮光角就可以获得良好的遮光效果，可采用部分遮光原理，允许部分车前灯光穿过防眩设施。防眩设施的部分遮光原理如图1-2所示：图1-2 防眩设施的部分遮光原理图在中央分隔带上设置的防眩板间距为L，横向宽度为b,两对向行驶车辆视点连线与主光轴的夹角为。当光线夹角0时，光线被完全挡拄；当0或时，则有部分光线射向另一侧车道。这就是部分遮光原理。从图1-2中可见：（1） 直线路段遮光角： =tan-1bL (公式1-3-1)(2) 平曲线段遮光角： =cos-1（R-B3）cosR (公式1-3-2)式中：、直线、曲线防眩遮光角（度）；b防眩板的宽度（m）；B3车辆驾驶员与防眩设施横向距离；L防眩板的间距（m）；R平曲线半径（m）。直线路段上防眩板的遮光角以80为宜；植树由于树枝漏光，其遮光角以100为宜。1.4防眩设施的高度的确定防眩设施的高度与车辆的前照灯高度，驾驶员视线高度，前照灯的最小几何可见角，前照灯配光性能，安装瞄准状况，道路状况和车型组合等不确定因素有关。防眩设施的高度按下列公式计算：H=h1+h2-h1B1B (公式1-4-1)或H=h2-h2-h1B2B (公式1-4-2)式中：h1汽车前照灯高度，大型车辆为1.0m，小型车辆为0.8m；h2司机视线高度，大型车辆为2.0m，小型车辆为1.3m；B1、B2分别为行车道上距防眩设施中心线的距离，B=B1+B2如图1-3。图1-3 防眩设施最小高度计算图示1.5防眩设施的种类目前常用的防眩设施主要有三种：防眩板、植树、防眩网。下面是这几种防眩设施的综合比较如表1-1表1-1 防眩设施的综合比较特点植树防眩板防眩网密集型间距型美观好好较差对驾驶员心理影响小大小较小对风阻力大小大积雪严重小严重自然景观配合好好不好防眩效果较好好较差经济性差好好较差施工难易较难易难养护工作量大较好小小横向通视差较好好好阻止行人穿越较好好差好景观效果好好差从表中可以看出，防眩板的综合指标较其他两种优，下面就介绍和分析两种防眩板的设计方案。1.6目前防眩板的两个设计方案1.6.1塑性高强抗风荷防眩板8技术领域 该实用新型涉及一种高速公路防眩设施，具体地说是一种塑性高强抗风防眩板。背景技术 设置在高速公路中央隔离带上的防眩设施，是一种消除汽车前照灯夜间眩光的交通安全设施，而防眩板则是防眩设施中的有效工作部件。 目前，我国高速公路上使用的防眩产品，主要有金属防眩板、玻璃钢防眩板及低压聚乙烯吹塑防眩板，以上防眩板产品，历经十几年的使用状况证实，都不同程度的存在抗风荷在能力低，撞击易断裂变形，耐候性差、易老化、褪色度低及容易造成二次伤害等不同质量问题。 发明内容 该实用新型技术任务是针对现有技术不足，提供一种能有效降低以上防眩产品缺陷的塑性高强抗风荷防眩板。 该实用新型技术解决其技术问题所采用的技术方案： 该塑性高强抗风荷防眩板包括防眩板板面和安装底座，防眩板板面垂直设置在底座上，防眩板板面两侧设置有板面加强筋，在位于板面加强筋根部的防眩板板面开有通风泄载孔。 把防眩板板面加工成双曲线状，如正弦曲线或余弦曲线，板面加强筋设计加工在防眩板板面上，由下而上斜线从安装底座向防眩板板面的上端延长呈三角状，通风泄载孔设计加工在板面加强筋两侧根部的防眩板板面上。 附图说明如图14： 图14中图a为其主视结构示意图； 图14中图b为其左视结构示意图； 图14中图c为其俯视结构示意图。 具体实施方案下面结合图2-3对该实用新型的塑性高强抗风荷防眩板作以下详细的说明。该实用新型的塑性高强抗风荷防眩板是由防眩板板面1和安装底座2构成，防眩板板面垂直设置在安装底座2上，防眩板板面1的两侧设有板面加强筋3，在位于板面加强筋3根部的防眩板板面1上开有通风泄载孔4，板面加强筋3既起到对防眩板面加固的作用，又起到防止透光的作用。图14 塑性高强抗风荷防眩板的主（a）、左（b）、俯（c）视图1防眩板板面；2安装底座；3板面加强筋；4通风泄载孔；5反光装置6底座压板；7底座衬板；8底座孔。n 防眩板板面1的横截面为正弦曲线或余弦曲线，正弦曲线及倒S形结构，余弦曲线及S形结构n 防眩板板面1两侧的板面加强筋3由下而上斜线延长，呈下大上小的三角形结构对称设置在防眩板板面1上。n 防眩板板面1的上端部对应设置有反光装置5，反光装置可以是反光膜，也可以是有机玻璃反光板。n 安装底座2的上表面上设置有底座压板6，其下表面上设置有底座衬板7，底座衬板7、安装底座2和底座压板6由下而上依次通过底座孔8固定在安装支架上。优点力学结构合理，抗风荷载能力强，抗冲击不变形，抗老化，坚固耐用，耐候性能优良、造价低、养护成本低、可用工程塑料一次注塑而成，安装方便，可有效防止二次伤害，外形美观并具有良好的视线诱导效果，退色度底，生产工业复杂度低。缺点只从功能方面考虑，而没有充分的从安全人机的角度进行设计。在颜色方面没有作具体要求和设计，没有考虑到其是否会对司机产生心理上的压迫感1.6.2人字形防眩板9技术领域该实用新型涉及一种道路交通安全设施，特别是涉及一种设置在道路上用于消除汽车前照灯眩光影响的防眩板。技术背景汽车前照灯产生的眩光是危害公路夜间行车安全的主要因素。近年来，我国高速公路发展迅速，夜间车辆流量越来越大。同时，由于我国车型复杂，以及存在前照灯制造、安装、使用不当等原因，夜间眩光有日益严重的趋势。为保证公路良好的行车环境，减少公路夜间事故，就必须有效的清除眩光现象。公路防眩设施是解决汽车前照灯眩光问题的有效途径。防眩板是目前常用的防眩设施。但是，现阶段的防眩板均为板状防眩板，板体竖直固定在板座或者道路中央的水泥墩上。固定用的螺栓均为紧靠板体的竖直面设置。这种方式设置的防眩板，抗侧面的受力能力很低，在受到侧面撞击或者遇到大风的时候，很容易倒下或受到损害。发明内容该实用新型的目的就是为了解决以上问题，提供一种侧面受力能力好、便于运输及安装的防眩板。为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：n 该实用新型公开了一种防眩板，包括板体，所述板体由弹性材料制成，且从所述板体的下部沿长度方向设有非贯通全长的开口。n 所述开口上端为一个扩大的缺口，缺口可以为圆形、方形、菱形、三角形等。所述板体的横截面为反“S”波形。n 所述板体下部在开口两边的板体上，分别设有用于固定的螺栓孔。n 进一步的，所述防眩板还包括板座，且所述板体下部沿开口分开形成前板和后板，前板和后板呈人字形分别固定在板座上。呈一字型分布。所述防眩板的板座上设有用于固定的螺栓孔。具体实施方式图15 该防眩设施的结构示意图图16 图15中防眩板安装后的立体示意图1板体；2开口；3圆形缺口；4安装面；下面通过具体的实施例并结合图15至16对本实用新型作进一步详细的描述。 实例 如图15和16，一种防眩板，板体1由可反弹工程塑料组成。板体的横截面为反”S”波形，板体1的下部沿长度方向设有非贯通全长的开口2，开口2的上端呈一扩大的圆形缺口3。开口2的长度大于板体长度的二分之一。 板体下端被开口2分开的部分分别设有安装面4（图2-4，仅画出可见的、开口一边的板体上的安装面），安装面4上设置有用于固定的螺栓孔5。 安装时，将板体1沿开口2前后拉开，并通过安装面4固定在道路中央的隔离敦，形成人字形。优点便于运输，安装方便，增强了抗侧面受力的能力，不易被破坏，人字形使板体更具艺术效果。缺点同样也没有对颜色作具体要求，防眩效果不是很好。只着眼于单个防眩板，而没有从防眩板的安装角度来考虑。也没联系司机的需求。和周围景观不是很协调。2初步解决方案2.1方案一在塑性高强抗风荷防眩板的基础上进行修改，为了尽量减少二次伤害，同样也使用塑性材料且此种塑性材料在白天不会因其反光等原因而影响行车。像泻风孔、加强筋等基本设计不变。在形状方面要进行改进，与当地人文风俗、景点有关的，如将在贵州境内的高速公路上（地戏的脸谱、水状状、民族服饰、叶子等）。颜色方面要不会产生焦躁等不利于行车的情绪的颜色如蓝色，还要没有压迫感采用会产生远距离感的色彩（如青色）。图21 水状防眩板示意图1加强筋；2板体；3安装底座；4泻风口。 优点力学结构合理，抗风荷载能力强，抗冲击不变形，抗老化，坚固耐用，耐候性能优良、造价低、养护成本低、可用工程塑料一次注塑而成，安装方便，可有效防止二次伤害，外形美观并具有良好的视线诱导效果，退色度底，生产工业复杂度低。 缺点没有与其他设施相接结合只有单一作用22方案二 在人字型防眩板的基础上进行修改，在形状方面，不变但其上端将其改成圆形，在上面贴上用防反光材料制成的各种图形（如一张大大的笑脸、一句温馨的问候、或一句友情的提示）。颜色方面要不会产生焦躁等不利于行车的情绪的颜色如蓝色，还要没有压迫感采用会产生远距离感的色彩（如蓝色）。由于眩光是因为亮度对比太强烈才产生，所以将防眩板头部设计成中空的，可容纳一颗灯光即可，在夜间开启。就可降低亮度对比，而从根本上减少眩光，也可起到路灯的作用。而且路灯有了外罩保护更加的安全可靠。图22 方案二安装后的示意图1板体；3缺口；4安装底座；5螺孔；6泻风孔；7安装灯的空腔优点便于运输，安装方便，增强了抗侧面受力的能力，不易被破坏，更具人文关怀和艺术效果。且与公路照明设施相结合，综合功能更强。缺点成本较高，且不太符合实际。若能安装灯，就直接安装路灯就行了。根本不需安装防眩设施，因为眩光是由于光线对比太强烈才产生的。23 方案三首先将防眩板设计成一个带着微笑的人形，在其头部的眼睛设计成贯通板体的圆孔即泻风空，这样不但增加了其抗风荷的能力而且更加美观。每个突起部分都是各种车交汇时的眩光控制点，凹陷处则是过度段，防眩功能与美观相得益彰。采用塑性材料，可防止造成二次伤害，颜色用蓝色，减少防眩板对司机产生的压迫感。 图23 方案三安装后的立体示意图1板体；2起装饰作用；3缺口；4安装底座；5螺栓孔；6泻风孔。优点 抗风能力好，外形美观，防眩功能好，充分考虑了安全人机学因素，运输方便，成本低。 缺点 制作工业较复杂 综上所述，方案三较优。3最优方案的安全人机学设计 3.1国家对防眩设施的有关规定及其不足在文献10中对防眩设计要素有如下规定如表4-1：表3-1 防眩设计要素结构设计要素一般路段曲线路段遮光角（0）88-15防眩高度（cm）160-170120-180板宽（cm）8-108-25 板的间距（cm）5050 这样的硬性规定不便于实际操作，且在上面已提到防眩角、板宽和间距还有一定的数学关系。所以在接下来的只遵守防眩角为80 的规定，其他的根据实际情况和数学关系来确定。 而且在防眩高度一般的都只取到第90百分位数160cm，这不符合安全人机学规定的大值要取到第95百分位的要求，所以此处将取第95百分位数165cm。3.2设计依据3.2.1各种车型车辆会车时需要防眩高度 150-162.5cm大型与大型或中货（课）相会时的防眩高度； 135-147.5cm大型车与小货（客）相会时的防眩高度； 140cm中货与小（货）客相会时的防眩高度； 115cm小货车与小货（客）车相会时的防眩高度； 80-102cm（包括100cm）小客车与小客车相会时的防眩高度。32.2计算公式 防眩角、板宽和间距的数学关系：直线路段遮光角：=tan-1bL式中：、直线、曲线防眩遮光角（度）；b防眩板的宽度（m）；B3车辆驾驶员与防眩设施横向距离；L防眩板的间距（m）；R平曲线半径（m）。平曲线段遮光角：=cos-1（R-B3）cosR式中：h1汽车前照灯高度，大型车辆为1.0m，小型车辆为0.8m；h2司机视线高度，大型车辆为2.0m，小型车辆为1.3m；B1、B2分别为行车道上距防眩设施中心线的距离，B=B1+B2。3.3设计说明 下面结合所设计的防眩板的主视图、左视图和俯视图对其进行分析和说明。本防眩板是由安装底座和板体构成。首先，板体由可反弹工程塑料组成，板体的横截面呈风扇状。板体的下部沿长度方向设有非贯通全长的开口3，开口3的上端呈一扩大的圆形缺口2。开口3的长度大于总板体总长的二分之一。 从圆形缺口2起，设有由下而上的下大上小的加强筋并在加强筋根部和头部设有泄风孔这些都有利于增大防眩板的抗风能力。而且加强筋还有阻挡光线的作用，从而使泄风孔不会影响防眩板的防眩功能。 安装时，将板体沿开口前后拉开，并通过螺栓孔固定在道路中央的隔离敦（高80cm），形成人字形。 板体可分为几段：80-102cm小客车与小客车相会时的防眩高度；135-147.5cm大型车与小货（客）相会时的防眩高度（包括140cm中货与小（货）客相会时的防眩高度）；150-162.5cm大型与大型或中货（客）相会时的防眩高度115cm小货车与小货（客）车相会时的防眩高度；这些制控段都向外凸，其他过渡段向内凹(a)主视图（b）俯视图（C）左视图图31 最有方案的三视图1 泄风孔 4-螺栓孔2 安装底座 5-圆形缺口3 板体 6-沿板体的开口由=tan-1bL按最小宽度8cm、防眩角80来算其安装间距L为1.1米。3.4最终产品的人机学评价材料 板体由弹性材料制