Chương I Tổng quan vấn đề nghiên cứu
1.5. Nội dung nghiên cứu và giới hạn của đề tài
Nội dung nghiên cứu của đề tài: Do các vấn đề liên quan đến bài toán đánh
giá an tồn chuyển động của ơ tơ trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước là rất rộng, phụ thuộc nhiều vào các yếu tố mơi trường, vì vậy, trong phạm vi nghiên cứu của luận án chỉ tập trung giải quyết các nội dung chính sau:
- Nghiên cứu lý thuyết về tầm nhìn thấy đối tượng trên đường của người lái, nghiên cứu xây dựng phương pháp đo tầm nhìn thấy đối tượng trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước trong các điều kiện khác nhau.
- Nghiên cứu thực nghiệm đo một số thông số liên quan như: Hệ số bám của đường thử, hệ số hiệu quả phanh của xe thí nghiệm.
- Trên cơ sở xác định được tầm nhìn của người lái trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước, khả năng phanh của ơ tơ và các thông số liên quan, tiến hành tính tốn vận tốc an tồn của ơ tơ trong điều kiện chiếu sáng đó.
- Các kết quả thí nghiệm và kết quả tính tốn lý thuyết là cơ sở khoa học để kiến nghị và đề xuất với các cơ quan quản lý trong việc nâng cao chất lượng đèn chiếu sáng phía trước ơ tơ và khuyến cáo vận tốc an tồn của ơ tơ phù hợp với điều kiện chiếu sáng đường.
Giới hạn của đề tài:
- Trong khuôn khổ luận án chỉ xem xét đánh giá an toàn chuyển động của ơ tơ trong mơ hình chuyển động thẳng, chưa xét đến các trường hợp mất an tồn khi ơ tơ bị lệch khỏi hành lang phanh.
- Đối với ơ tơ thí nghiệm, chỉ tiến hành với loại xe được trang bị hệ thống đèn chiếu sáng phù hợp với quy chuẩn quốc gia.
- Các thí nghiệm đánh giá an toàn chuyển động được thực hiện trong điều kiện hạn chế một số thông số ảnh hưởng như các nguồn gây chói cho người lái, trời mưa hoặc có sương mù, đường thử trơn, ướt, không bằng phẳng, vật quan sát di động...
1.6. Kết luận Chương I
Trên cơ sở các nghiên cứu tổng quan có thể rút ra một số kết luận sau:
- Với mục tiêu là nghiên cứu về an toàn chuyển động của ô tô, vận tốc an tồn của ơ tơ trong đêm, trên cơ sở đó đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông trong đêm, nội dung của đề tài đã đi thẳng vào vấn đề đang có tính cấp thiết và được xã hội quan tâm.
- Chưa có nghiên cứu trong nước nào về an tồn chuyển động của ơ tơ trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. Các nghiên cứu về đèn chiếu sáng phía trước lắp trên ơ tơ và các nghiên cứu về vận tốc an tồn, quỹ đạo chuyển động của ơ tô cũng chưa nhiều và thiếu hệ thống.
- Việc nghiên cứu đánh giá an toàn chuyển động của ô tô cần phải được thực hiện trong những điều kiện môi trường cụ thể, lựa chọn các tình huống giao thơng tiêu biểu, phù hợp với thực tế, bảo đảm tính khả thi và độ tin cậy khi tiến hành thí nghiệm.
- Nghiên cứu mối quan hệ Người lái - Phương tiện - Mơi trường dưới góc độ an tồn chuyển động của ơ tơ sẽ làm rõ thêm các thông số, yếu tố ảnh hưởng tới tính an tồn chuyển động của ô tô trong điều kiện sử dụng đèn chiếu sáng phía trước.
- Tầm nhìn của người lái ơ tô khi vận hành ô tô trong đêm phụ thuộc rất nhiều vào khả năng chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước. Yếu tố này là thơng số ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn chuyển động của ô tô. Do vậy, rất cần có các nghiên cứu sâu về mối quan hệ giữa tầm nhìn của người lái với khả năng chiếu sáng của đèn chiếu sáng phía trước.
- Có thể tham khảo các cơng thức lý thuyết từ một số nghiên cứu của nước ngoài về đánh giá an toàn chuyển động của ô tô, trên cơ sở đó nghiên cứu, thí nghiệm đánh giá trong điều kiện thực tế ở Việt Nam.
CHƯƠNG II. CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ AN TỒN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ơ TƠ TRONG ĐÊM KHI SỬ DỤNG ĐÈN CHIẾU SÁNG PHÍA TRƯỚC.
2.1. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước có thể phân thành 3 nhóm như sau:
- Nhóm các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng quan sát, điều khiển phương tiện gồm: Thị lực của người lái, chiếu sáng phía trước, mầu sắc ánh sáng, mầu sắc và kích thước của vật quan sát, kính chắn gió, tình trạng chiếu sáng đường phố, hiện tượng chói lóa, thời gian lái xe, kỹ năng lái xe, tuổi của người lái...
- Nhóm các yếu tố ảnh hưởng do kết cấu của phương tiện gồm: Các yếu tố ảnh hưởng tới q trình phanh của ơ tơ, hệ thống lái, hệ thống đèn chiếu sáng phía trước thơng minh, các tiêu chuẩn an tồn kỹ thuật đối với phương tiện.
- Nhóm các yếu tố mơi trường bao gồm: Kết cấu mặt đường, điều kiện thời tiết, các phương tiện cùng tham gia giao thơng, hệ thống các biển báo, tín hiệu giao thơng...
Việc nghiên cứu q trình hình thành, mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố tới an tồn chuyển động của ơ tơ sẽ giúp lựa chọn chính xác các thơng số phù hợp và có ý nghĩa nhất cho q trình đánh giá an tồn chuyển động của ô tô trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước. Đồng thời, qua việc nghiên cứu này sẽ loại bỏ và hạn chế một số thơng số có ảnh hưởng tới an toàn chuyển động nhưng nằm ngoài phạm vi nghiên cứu.
Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn chuyển động của ô tô được nghiên cứu ở đây thuộc phạm vi an tồn chủ động. Khơng xét đến các yếu tố ảnh hưởng trong quá trình và sau khi xảy ra tai nạn.
Hình 2.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới an tồn chuyển động của ơ tơ trong đêm khi sử dụng đèn chiếu sáng phía trước
2.2. Mắt người và thị giác
Mắt là cơ quan cảm thụ ánh sáng, có cấu trúc vơ cùng tinh vi. Mắt người có dạng hình cầu, đường kính khoảng 2,4 cm, nặng khoảng 7 gam. Sơ đồ bổ dọc của mắt, từ ngồi vào trong được mơ tả trong hình 2.2 [10], gồm có: Ngồi cùng là lớp
Các yếu tố ảnh hưởng đến an tồn chuyển động của ơ tô trong đêm. Khả năng quan sát, điều khiển phương tiện của người lái. Các yếu tố từ cơ cấu, thiết bị an toàn của phương tiện. Các yếu tố từ môi trường giao thông. - Mắt người và thị giác; - Đèn chiếu sáng phía trước; - Chiếu sáng đường phố; - Sức khỏe của người lái; - Kỹ năng lái xe;
- Thói quen lái xe;
- Kính chắn gió phía trước.
- Kết cấu, mầu sắc của mặt đường và các đối tượng tham gia giao thơng;
- Hệ thống biển báo, tín hiệu giao thơng;
- Các quy định về vận tốc, khoảng cách;
- Điều kiện thời tiết khi tham gia giao thông.
- Hệ thống phanh; - Hệ thống lái;
- Hệ thống đèn chiếu sáng phía trước thơng minh;
giác mạc mềm và trong suốt (1), rồi đến một lớp màng mống mắt hay còn gọi là lịng đen (2), có tác dụng chắn sáng. Chính giữa lịng đen có lỗ nhỏ, hình trịn, gọi là con ngươi (4). Phía sau con ngươi là thuỷ tinh thể (3) tác dụng như một thấu kính hội tụ. Thuỷ tinh thể được đặt trong một chất lỏng trong suốt chiết suất n = 1,336 gọi là thuỷ tinh dịch (5). Đáy mắt phía trong được phủ một màng gọi là võng mạc (6) vừa là màn ảnh vừa là bộ phận thu nhận ánh sáng. Chính giữa võng mạc có một vịng trịn nhỏ, đường kính chừng 1 mm, gọi là điểm vàng (7), đây là nơi nhạy sáng nhất của võng mạc. Võng mạc được bao phủ bằng các tế bào thần kinh dạng prôtêin, thực chất đây là các tế bào quang điện liên hệ với não bộ bằng các dây thần kinh thị giác (8) biến đổi tín hiệu sáng thành tín hiệu điện phù hợp với ánh sáng kích thích vào nó. Các cơ (9) giúp mắt có thể xoay trong hốc mắt để định hướng trục nhìn.
Hình 2.2: Cấu tạo của mắt người
2.2.1. Hệ thống quang học của mắt
Ta có thể hình dung mắt giống một camera như hình 2.3 [10], trong đó: Con ngươi tương tự cơ cấu điều chỉnh độ mở ống kính, thuỷ tinh thể là một thấu kính hai mặt lồi bằng chất trong suốt, đàn hồi và có thể thay đổi độ cong để điều tiết hình ảnh hội tụ đúng võng mạc. Hoạt động điều tiết của thuỷ tinh thể tương tự bộ phận điều chỉnh tiêu cự, còn võng mạc tương tự lớp nhạy ánh sáng hay màn
ảnh camera. Sự điều tiết của mắt nhằm mục đích làm cho các hình ảnh xa, gần rơi đúng trên võng mạc với độ sáng thích hợp giúp ta nhìn rõ các vật.
Hình 2.3: Cơ chế nhìn của mắt
Có hai loại tế bào thị giác:
- Tế bào hình nón có số lượng khoảng 7 triệu, chúng được phân bố chủ yếu ở vùng giữa võng mạc và được kích thích bằng mức chiếu sáng cao, còn gọi là thị giác ngày (photopic vision), các tế bào hình nón bảo đảm chức năng nhận biết mầu.
- Tế bào hình que nhiều hơn tế bào hình nón (khoảng 130 triệu) và bao phủ vùng còn lại của võng mạc, tuy nhiên vùng này vẫn có lẫn một số tế bào hình nón. Các tế bào hình que được kích thích bằng mức chiếu sáng thấp, cịn gọi là thị giác đêm (stocopic vision) và chỉ tạo ra nhận biết mầu đen trắng. Vì vậy, khi chiếu sáng ở mức độ quá thấp, ta không thể phân biệt được mầu của các vật. Khơng có một ranh giới rõ rệt đối với hai loại tế bào này, chúng hoạt động nhiều hay ít cịn phụ thuộc vào mức độ chiếu sáng, nhất là trong miền trung gian giữa thị giác ngày và thị giác đêm.
Trong thực tế việc sử dụng thị giác ngày hoặc đêm để đánh giá đặc tính thị giác trong miền trung gian giữa ngày và đêm là khơng chính xác và cho đến nay vẫn chưa có các định nghĩa cũng như tiêu chuẩn đối với đặc tính thị giác trong vùng này. Trong một vài năm gần đây, các nhà khoa học đã phát triển một khái niệm mới tạm gọi là thị giác chiều (mesopic vision). Tuỳ thuộc vào mức độ chiếu sáng mà ta
sử dụng các khái niệm thị giác tương ứng để nghiên cứu: Thị giác ngày được áp
dụng khi độ sáng (đọ chói) vượt quá 10 cd/m2, thị giác đêm áp dụng khi độ sáng
nhỏ hơn 0,01 cd/m2, thị giác chiều được xét đến khi độ sáng nằm trong khoảng từ
0,01 đến 10 cd/m2.
Độ nhạy của mắt đối với ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng. Bảng 2.1: Liệt kê các đặc tính thị giác của mắt người.[10]
Đặc tính thị giác Thị giác ngày Thị giác đêm
Tế bào cảm quang Hình nón, đáy 0,005 mm, cao 0,07 mm
Hình que, dài 0,07 mm đường kính 0,002 mm
Số lượng tế bào 7 triệu 130 triệu
Phân bố tế bào 150000/mm2, giữa võng mạc Ngoài tâm võng mạc Độ nhạy cảm nhận >10 cd/m2 < 0,01 cd/m2 Thời gian thích ứng dưới 2 phút 30-40 phút
Độ nhạy phổ Cực đại ở λ = 555 nm Cực đại ở λ = 510 nm
Cảm nhận màu Tốt, nhạy với độ tương phản
Kém, ít nhạy với độ tương phản
Phân biệt chi tiết Tốt Không
Với các bước sóng khác nhau thì tiêu cự của thuỷ tinh thể ứng với chúng cũng khác nhau. Ánh sáng vàng đạt hiệu quả lớn nhất vì chúng hội tụ đúng trên võng mạc. Tia sáng mầu xanh da trời hội tụ trước võng mạc một chút, trong khi đó tia mầu đỏ lại hội tụ sau võng mạc một chút. Các tế bào hình nón chỉ cảm nhận được các tia sáng có bước sóng nằm giữa 380 nm (ở đó chúng bắt đầu cảm nhận được) đến bước sóng 780 nm (ở đó chúng mất nhạy cảm). Đường cong đánh giá hiệu quả cảm nhận ánh sáng của mắt theo bước sóng ánh sáng được cho ở hình 2.4.
Trong ánh sáng ban ngày, mắt nhạy cảm nhất với ánh sáng vàng lục có bước sóng 555 nm, còn trong đêm, mắt nhạy cảm với mầu lục có bước sóng 510 nm.
của đường hiệu quả cảm nhận ánh sáng ngày V(λ) khoảng 50 nm. Bảng 2.2 trình bầy độ nhạy của mắt đối với các bước sóng ánh sáng trong vùng nhìn thấy trong điều kiện nhìn ban ngày và ban đêm [10].
Bảng 2.2. Độ nhạy của mắt người
λ(nm) Vλ Vλ’ λ (nm) Vλ Vλ’ 380 0,00004 0,000589 600 0,631 0,03315 400 0,0004 0,00929 620 0,381 0,00737 420 0,004 0,0966 640 0,175 0,001497 440 0,023 0,3281 660 0,061 0,0003129 460 0,060 0,567 680 0,017 0,0000715 480 0,139 0,793 700 0,0041 0,0000178 500 0,323 0,982 720 0,00105 0,00000478 520 0,710 0,935 740 0,00025 0,000001379 540 0,954 0,650 760 0,00006 0,000000428 560 0,995 0,3288 780 0,000015 0,000000139 580 0,870 0,1212
(V(λ) Hệ số hiệu quả cảm nhận ánh sáng ban ngày của mắt
V’(λ) Hệ số hiệu quả cảm nhận ánh sáng ban đêm của mắt)
Hình 2.4 mơ tả đường V’(λ) và V(λ) của mắt người [10].
2.2.2. Một số tính năng thị giác Khả năng phân biệt Khả năng phân biệt
Khả năng phân biệt (thị lực) được xác định bằng góc mà người quan sát có thể phân biệt được hai điểm hoặc hai vạch đặt gần nhau. Hai điểm trong khơng gian được người quan sát nhìn và phân biệt một cách rõ ràng nếu hình ảnh do nó tạo nên cảm giác của hai tế bào thần kinh thị giác khác nhau, tương ứng với góc nhìn cỡ
17.10-3 độ, đó là khả năng phân biệt của mắt.
Sự nhìn thấy là bình thường nếu góc phân biệt là 1 phút. Để đọc sách cần góc phân biệt từ 3-5 phút. Khả năng phân biệt được xem xét khi xác định tiêu chuẩn độ rọi cho các công việc khác nhau. Trên hình 2.5 bên trái, mắt chỉ phân biệt được một điểm sáng do ảnh của hai điểm sáng rơi vào cùng một tế bào cảm quang cịn trên hình bên phải mắt có thể phân biệt được hai điểm [10].
Nói chung vật có kích thước càng lớn thì càng dễ phân biệt, giữa kích thước d của vật và khoảng cách nhìn D có quan hệ với nhau và có liên quan đến độ rọi.
Hình 2.5: Khả năng phân biệt của mắt
Sự thích ứng thị giác
Mắt phải hoạt động trong những điều kiện chiếu sáng hết sức khác nhau, từ nơi có độ rọi cao hàng vạn lux như ngồi trời nắng đến những nơi có độ rọi thấp vài
phần mười lux như trong bóng tối. Để bảo đảm hoạt động ấy, mắt đồng thời phải thay đổi độ nhạy của các tế bào nhạy sáng trên võng mạc, đồng thời thay đổi thông lượng. Ở chỗ tối con ngươi tự động mở ra, ở chỗ sáng lại tự động thu nhỏ lại. Cả hai q trình thay đổi độ nhạy và thay đổi kích thước con ngươi đều diễn biến một cách tự động nhưng nhanh chậm không đều. Khi điều kiện chiếu sáng thay đổi, mắt khơng thích ứng một cách tức thời mà phải mất một thời gian có khi khá dài. Hiện tượng này gọi là sự thích nghi thị giác. Nếu chuyển đột ngột từ chỗ sáng vào chỗ tối hoặc ngược lại, thì mắt khơng kịp thích nghi, trong vài giây đầu, mắt hầu như khơng nhìn thấy gì. Trong trường hợp chuyển đột ngột từ chỗ tối ra chỗ sáng, ta nói mắt bị lóa.
Độ tương phản
Hai tờ giấy trắng giống nhau đặt cạnh nhau nhưng được chiếu sáng với độ rọi khác nhau làm mắt cảm nhận khác nhau. Ngược lại, mắt ta không phân biệt được sự khác nhau giữa tờ giấy mầu ghi sáng được chiếu sáng ít đặt cạnh tờ giấy mầu ghi sẫm nhưng chiếu sáng tốt hơn. Đó là vì độ nhạy của mắt với sự tương phản, sự chênh lệch tương đối của hai độ chói của các vật đặt cạnh nhau mà mắt ta có thể phát hiện được.
Gọi Ln là độ chói của nền, Lv là độ chói của vật, ta chỉ có thể phân biệt được