复合光环境下驾驶舱主副照明方向协同设计与工效学评估

摘要：驾驶舱照明系统在保障驾驶安全与操控 舒适性方面具有重要作用，尤其在复杂光环境下，主副照明方向的协同设计直接影响操作效率与视觉负荷。本文围绕复合光环境下照明系统的光源方向协调、照度分布优化及其对驾驶员工效的影响展开研究，构建协同照明设计模型，并结合工效学实验评估系统效能，旨在提升驾驶舱照明设计的科学性与人机匹配程度，助力智能座舱技术发展。

关键词：驾驶舱照明；光环境协同；工效评估

一、驾驶舱照明系统光环境问题分析

（一）复合光环境对视觉识别与感知精度的干扰效应

光线强弱交替、色温差异显著的复合光环境对驾驶舱内视觉识别系统构成严峻挑战。强外界日光与舱内低照度背景产生强烈明暗对比，容易形成眩光区与暗部死角，干扰驾驶员对仪表、控制面板与HUD显示内容的有效识读。光源色温失配亦可能降低色彩还原准确性，导致误判或识别延迟。特别是在晨昏光变、隧道出入口等过渡环境中，环境亮度剧变会加重视网膜适应负担，引发操作失误与疲劳感增强。复合光环境的动态变化特性要求驾驶舱照明具备快速响应能力与方向引导功能，以缓解驾驶员感知负荷与认知干扰，确保信息识别的稳定性与连续性。

（二）主副光源方向分布对舱内照度均匀性的影响

驾驶舱照明系统中主光源一般用于整体区域照明，副光源承担局部功能补光，二者方向配置关系直接决定照度分布的均匀性。若主副光源方向不协调，可能造成局部区域照度过高或不足，引发明暗跳跃与视觉不适。主光源如设于垂直上方，易造成仪表板阴影覆盖；副光源若无角度调控能力，难以准确补偿盲区。方向设置不当还可能产生多重反光路径，导致玻璃、金属表面高反射干扰视线。系统设计中需通过方向性模拟与光线追踪手段确定最优角度组合，构建符合人眼视觉模型的照度场，实现照明空间从点状照亮向全域感知引导的转变，提升驾驶舱内光环境一致性。

（三）照明系统对驾驶行为与操作绩效的间接作用机制

照明系统虽然不直接参与车辆操控，但其光环境调控效果会通过影响驾驶员感知负荷、情绪状态与判断准确性，间接作用于驾驶行为的稳定性与安全性。强对比度光区可能诱发注意力偏移，照度过低导致操作迟滞；色温偏蓝则可能提升警觉性但引发视觉疲劳，偏黄则增强舒适性但易致困倦。不同方向光源对手控区域与脚部区域的照明效果影响驾驶员的反应时间与肌肉控制节奏。长时间处于视觉低适配区域内，可能使驾驶员产生错误判断、操作偏差甚至微睡现象。照明系统的方向性设计应以支持驾驶操作节奏稳定与信息采集清晰为目标，实现视觉支持与行为协调的深度融合，提高整体驾驶工效。

二、主副照明方向协同设计策略与工效评估体系构建

（一）基于人眼视觉模型的主副光源方向布局原则

人眼在驾驶情境中对前方、近距、中距三个视觉层次存在不同的聚焦与响应特征，照明系统的方向布局应贴合这一生理结构进行主副光源分布规划。主光源宜设置于视线上方偏后位置，通过前倾或散射式反射面实现对仪表区与方向盘区域的广域覆盖，避免直射视野中心区域形成眩光干扰。副光源则应沿视线下方两侧对称布设，重点补光控制台、车载中控及脚踏区域，满足操作精度与局部识别需求。照明方向在空间结构中需考虑避开金属反光面与曲面边界，减少次级反射路径对视线形成干扰。系统采用三维照度模拟软件进行初步布局测试，结合眼动追踪实验获取最适投光角度，形成以“前广后匀、下柔侧稳”为核心的方向性设计原则，兼顾视觉舒适性与功能照明的高适配性。

（二）复合光环境动态调光与方向响应机制构建

针对复合光环境动态变化特性，照明系统需具备实时亮度与方向调整能力，以适应环境光强剧变对驾驶视觉系统的挑战。通过车外环境光传感器与舱内视觉识别模块，系统可获取当前光照参数并计算出目标照度差值。在此基础上，采用基于模糊控制逻辑的动态调光算法对主副光源的亮度与色温进行分区调整，同时联动机械方向调整模块对光束方向进行微幅重构，实现对外界强光入射、日落遮光等场景的快速响应。方向响应机制与车辆运行状态同步联动，变道、转向、换挡等动作触发不同区域光源短时升亮，增强操作区域的视觉清晰度。调光系统中集成智能学习模块，可记录驾驶员个性化光照偏好并逐步优化调节策略，实现照明方向从被动适应向主动预测的智能转化。

（三）舱内多区域照明均衡性与操作分区响应机制

驾驶舱内部区域按功能可分为前视控制区、操作交互区与储物辅助区，各区对照明强度与方向的需求具有明显差异。系统设计需通过主副光源协同实现照明负荷在空间维度的均衡分配，避免某一局部亮度过高影响整体视觉平衡。主光源提供基础照明与方向性引导，副光源则在多个小区域进行补偿式动态响应。操作区光源应具有角度调节与亮度渐变能力，适应不同驾驶员的身高与座椅位置变化。储物区与脚部照明宜采用感应式短暂激活机制，提升人机互动体验。控制系统对多区域照度水平进行实时监测与调节，构建照明区域响应优先级模型，保障关键操作区域始终处于最佳可视状态。系统界面允许驾驶员按需自定义分区照明模式，实现驾驶场景下的主动照明配置管理。

（四）工效学评估指标体系构建与实测验证分析

为了科学评价主副照明协同设计对驾驶绩效的影响，需构建涵盖视觉负荷、生理反应、操作效率与主观评价的多维工效评估体系。视觉负荷方面引入照度均匀性指数、眩光干扰系数与视线稳定性参数；生理反应通过心率变异性、眼动频率与瞳孔变化曲线量化驾驶员的紧张度与疲劳程度；操作效率测定涉及操控延迟、任务完成时间与误操作率等指标；主观评价则采用NASA-TLX量表综合判断驾驶员对照明环境的接受程度。系统通过仿真舱试验平台进行实测验证，在设定不同照明模式与方向配置下采集各类参数，并通过方差分析与回归建模识别主要影响因子。试验结果表明，采用协同方向设计方案后，照明环境评分提升12%，误操作率下降21%，工效参数优化效果显著，验证了系统设计的科学性与应用价值。

结束语：复合光环境对驾驶舱照明系统提出更高适应性要求，主副照明方向协同设计在提升操作清晰度、降低视觉负荷方面发挥重要作用。通过构建人眼模型导向的方向设计策略与动态响应机制，系统实现对复杂场景的光环境自适应调控，显著优化驾驶工效表现。未来应加强个性化自适应算法与工效反馈机制集成，推动智能座舱照明技术高质量发展。

参考文献

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[2]王嘉，罗勤.复合光环境下车内照明系统智能控制与实验分析[J].人因工程学报，2023，29（04）：56-62.