No. 66 ' 1982 Statens väg- och trafikinstitut (VTI) - 581 01 linköping National Road &Traffic Research Institute - 5-581 01 Linköping Sweden Upptäckt av hinder och visuell ledning i fordonsbelysning av Gabriel Helmers 66 Särtryck av artikel i Lampetten, Vol. 16, nr 2, oktober 1981. Utgivare: Lysteknisk Laboratorium och Lysteknisk Selskab, Herlev Hovedgade 188, 2730 Herlev, Danmark.
No. 66 1982 Statens väg- och trafikinstitut (VTI) - 581 01 linköping National Road & Traffic Research Institute ~ S-581 01 Linköping - Sweden Upptäckt av hinder och visuell ledning i fordonsbelysning av Gabriel Helmers Utgivare: Lysteknisk Laboratorium och Lysteknisk Selskab, 66 Särtryck av artikel i Lam petten, Vol. 16, nr 2, oktober 1981. Herlev Hovedgade 188, 2730 Herlev, Danmark.
Klintland Grafiska, Linköping 1982
Upptäckt av hinder och Visuell ledning i fordonsbelysning Af fil. dr. Gabriel Helmers Resumé Gabriel Helmers har arbetat med mörkertrafikproblem sedan 1968, först vid Uppsala universitet och se dan 1977 vid statens väg- och trafikinstitut, Linkö ping, Sverige. Artikeln behandlar frågan vad en bilföraremåstekunna seförsäkerkörning vid fordonsbelysning i mörker. Det ena svaret på denna fråga är att föraren måste kunna upptäcka hinder på vägen på tillräckligt långa avstånd. Sammanfattande forskningsresultat avseende siktsträcka till hinder på vägbanan presenteras och ställs i relation till lämpliga säkerhetskri terier. Förutsättningarna för att kriterierna skall vara uppfyllda specificeras. Det andra svaretpåfrågan är attföraren också måste kunna se själva vägen tillräckligt väl. Lämpliga säkerhetskriterier avseende vägens synbarhet diskuteras. I vilken utsträckning dessa kriterier är uppfyllda har vi idag mycket bristfällig kunskap om. Varför har denna kunskapsbrist uppstått och hur skall den bäst kunna avhjälpas? Inledning Mörkertrafik i fordonsbelysning utgör en särskilt dålig visuell miljö för trafikanterna (1). När man skall försöka förbättra denna dåliga visuella miljö måste man ställa sig frågan: Vad måste for donsföraren kunne se för att med bibehållen säkerhet framföra fordonet? Siktsträcka till hinder Ett av svaren på denna fråga är att for donsföraren måste kunna upptäcka hinder på vägen på så stort avstånd framför fordonet att han kan undvika att köra på hindret (2). Man har med framgång utvecklat metoder för mätning av avståndet till hinder vid uppstäckt (3; 4). Detta avstånd kallas i det följande siktsträcka till hinder. Metoder för mätning av siktsträcka till hinder har flitigt kommit till användning både inom som utom Norden. Ett stort antal undersökningar har utförts avseende siktsträckor till hinder i olika situationer. Säkra siktsträckor till hinder De empiriskt erhållna siktsträckorna måste utvärderes genom att jämföras med ett säkerhetskriterium, dvs med en kortaste säkra siktsträcka. Den kortaste säkra siktsträckan i sommarväglag och vid en hastighet av90km/h har av trafik forskningsgruppen vid Uppsala univer sitet beräknats vara 100 m (5). Nordiska Vägtekniska Förbundet (NFV) har å andra sidan beräknat att en säker sikt sträcka vid 90 km/h är 140mlång (6). Den kortaste säkra siktsträckan till hinder vid upptäckt består av två olika delar, dels en bromsreaktionssträcka och dels en bromssträcka enl figur 1. Skillnaden mellan uppsalaforskarnas och NVFs kriterium för säker siktsträc ka beror dels på att de förra räknat med
k siktsträcka bromsreaktions Lf sträckalx ; upptäckt av hinder bromsning påbörjas bromssträcka 1 lå fordonet stannat Figur 1. Den kortaste säkra siktsträckan till hinder utgörs av den sammanlagda längden av bromsreaktionssträckan och bromssträckan. en kortare bromsreaktionstid mellan upptäckt och bromsning - 1,2 jämfört med 2,0 sek. - samt en bättre friktion mellan däck och vägbana vid bromsning - u = 0,45 jämfört med u = 0,35 (6; 7). Man behöver här inte ta ställning för något av de båda säkerhetskriterierna. Istället börman betrakta saken så att det minst stränga kravet (dvs 100 m vid 90 km/h) måste vara uppfyllt medan det strängare kravet (dvs 140m Vid 90 km/h) borde vara uppfyllt. Uppmätta och säkra siktsträckor När man jämför empiriskt erhållna siktsträckor med dessa säkerhetskriterier (dvs 100 och 140 m) är det lämpligt att särskilja fyra situationer definierade av strålkastartyp och förekomst av mötan de trafik. Förhållandet mellan de i fältförsök uppmätta siktsträckorna och de ovan uppställda säkerhetskriterierna framgår av tabell 1. Tabellen visar att endast vid helljus utan möte är säkerhetskriterierna upp fyllda. Vid alla mötesbetingelser samt vid alla halvljusbetingelser är inget av kriterierna uppfyllda. Detta är det nedslående resultatet av alla de ansträngningar som gjorts avseende strålkastarförbättringar under flera decennier. Strålkastarförbättringar i framtiden Nuvarande halvljus torde nu närma sig ett utvecklingsstadium som innebär att inga väsentliga siktsträckeförbättringar kan väntas i framtiden. Det fordras en ny teknik för att övervinna det bakomliggande bländningsproblemet. Detta utgör en absolut förutsättning för att man i framtiden skall kunna uppnå de ovan uppställda säkerhetskraven (8). I väntan på en ny strålkastarteknik måste man försöka åstadkomma lösningar med mera begränsad giltighet. Halvljus Strålkastartyp Helljus Möte <100 < 100 Ej möte <100 >140 Tabell 1. Siktsträckor till hinder i fyra situationeri förhållande till säkerhetskriterierna 100 resp 140 m. Siktsträckan uppfyller inte kriteriet: (<). Siktsträc kan uppfyller kriteriet:(> ).
Siktsträcka (m) O O Ljusgrått hinder ('i-0,18) A? x - _l Hörkgrått ' " - (Y-0,07) lloj>.... Svart - " ' (Y'0,02) 901» x 70. \ so,. x'"*x N\ xs. / kx './ xx. _// Figur 2. Siktstråckor i + halvljus utanmöte tillsvarta, mörkgrå och ljusgrå hinder på vägbanor av va-,, b rierande ljushet (retrore- 10..- vag anang flexion ). Hindren har varit retroreflex1on. o " placerade mitt pa vagen M,, lr,,l ; t 2 dvs till vänsterom detpas- 11, S 14 31 SO ( mcd/m / lux) serande fordonet. ll sxktstracxa (m) 700-600 * 500 " LOO- Helljus utan möte- Halvljusmöte. 300 ' 200 ". 100 ' Figur 3. Siktsträcka till "r ' T' r ' ' ' _Hl....H.. Hinderreflektans hinder av olika reflektans samt med reflex i helljus 3,6 223 77 samt vid möte på halvljus. Svart Ljusgrått Vitt Reflex
Förbättringer av vägbanans reflexionsegenskaper I en nyligen publicerad svenskundersök ning (9) har siktsträckan till hinder på vägbanan uppmätts som funktion av vägbanans retroreflextion. Vägbanorna mot vilka hindren upptäckts har varierat från svart nylagd asfalt till ny ytbehandling av mycket ljus natursten. Hindren har varierat i reflektans från svart till ljusgrått. Resultaten, enligt figur 2, visar att inte ens den gynnsammaste kombina tionen av hinder och vägbana i dessa försök (dvs ett ljusgrått hinder som upptäcks mot svart nylagd asfalt som bak grund) resulterar i halvljussiktsträckor som uppfyller det minst stränga säker hetskriteriet (dvs 100 m). Förbättringar av hindrens reflexions egenskaper En möjlighet som däremot visat sig vara framgångsrik är att förbättra hindrens reflexionsegenskaper. Att förse fotgängare och andra hinder med reflex har visat sig vara den åtgärd som oberoende av hindrens och (torra) vägbanors reflexionsegenskaper i övrigt visat sig resultera i siktsträckor större än 100 m. Som en illustration till detta presenteras i figur 3 de siktsträckor till hinder med och utan reflex som Berggrund och Rumar erhållit vid fältförsök (10). Huvudproblemet består inte längre i att utveckla tillräckligt effektiva reflexer ur ljusteknisk synvinkel utan att utveck la reflexer som kommer till allmän användning. Detta innebär bl a att sanno likheten skall vara mycket hög för att varje fotgängare och helst också alla öv riga potentiella hinder i mörkertrafiken skall vara utrustade med reflexer. Dessa skall vara utformade så att de i varje situation reflekterar strålkasterljuset tillbaka mot fordonsföraren. Resultat Minimiförutsättningarna för att säker hetskraven skall vara uppfyllda vad gäl ler siktsträcka till hinder på vägbanan framgår av tabell 2. Reflex är således nödvändig ur säkerhetssynvinkel vid all halvljuskörning samt i alla mötessituationer. Vägens visuella ledning I inledningen ställdes frågan: Vad måste fordonsföraren kunna se för att med bibehållan säkerhet framföra fordonet? Den första delen av svaret, som ovan behandlats, är att föraren måste kunna upptäcka hinder. Den andra delen är att föraren skall kunna se själva vägen. Detta är nödvändigt för att föraren med bibehållen säkerhet skall kunna anpassa fordonets hastighet och riktning efter vägens linjeföring samt efter de krav i övrigt som olika manövrer ställer. Vägens synbarhet eller visuella led ning torde bero på ett stort antal fakto rer som t ex reflexionsegenskaperna hos vägbana, vägmarkeringar, vägkantsreflektorersamt i övrigt hos vägens sidout rymme. Vägens synbarhet kan på goda grunder antas vara ett resultat av dessa olika faktorer i samverkan (11). Möte Ej möte Halvjus Strålkastartyp Hinder med reflex Hinder med reflex Helljus Hinder med reflex Alla hinder Tabell 2. Krav som ställspå hinder i olika situationerför att säkerhetskriterierna skall vara uppfyllda.
Säker visuell ledning hos vägen Om föraren skall kunna framföra fordo net säkert innebär detta bla att han skall kunna stanna fordonet inom den sträcka av vägen han kan överblicka. Säkra siktsträckor till hinder på vägen skulle då också kunna utgöra kriterium för på vilket avstånd föraren måste kunna uppfatta vägens vidare sträckning för att med bibehållen säkerhet kunna framfö ra fordonet. En säker omkörningsmanöver fordrar däremot att föraren kan överblicka en betydligt längre vägsträcka. Detta för att kunna kontrollera att inga sikthinder finns, som t ex kan skymma ett mötande fordon. Vid omkörning har NVF beräknat en minsta säkra omkörningssikt som vid 90 km/h är 345 m (6). Denna omkörningssikt skulle kunna utgöra ett lämpligt säkerhetskriterium för den vägsträcka en förare korrekt måste kunna varsebli för säker omkörning. Vid sidan av att vägen måste vara synbar på relativt stora avstånd bör den dessutom ha god synbarnet i en vid sektor alldeles framför fordonet. Detta för att föraren i perifert seende utan svårighet skall kunna kontrollera fordonets sidoläge på vägen. Nya metoder för mätning av vägens visuella ledning Ett förslag till metod för mätning av vägens visuella ledning är att mäta avståndet från föraren fram till den punkt i vägrummet bortom vilken föraren ej korrekt kan uppfatta vägens fortsatta sträckning (13). En sådan metod skulle kunna ge möj lighet att beskriva hur vägens visuella ledning varierar beroende på - vädret (klar sikt, regn, dimma etc) - vägbanans reflexionsegenskaper (torra VS. våta vägbanor; ljusa vs mörka vägbanor) - vägmarkeringarnas retroreflexion vägkantmarkeringars förekomst och retroreflexion. En kompletterande metod för mätning av vägens visuella ledning är att registrera fordonets sidoläge på körfältet (14). Variationen i sidoläge hos for donet skulle då kunna vara ett alternativtmåttpå hur väl föraren kan se vägen. En nackdel med detta mått kan vara att man kan förvänta att det är starkt hastig hetsberoende och mera kopplat till vägmarkeringarnas synbarnet och inte till synbarheten hos hela vägrummet. Har vägen en säker visuell ledning? Hur uppfylles idag de säkerhetskrav avseende vägens synbarhet eller visuella ledning, som bör ställas enligt föregående avsnitt? Svaret på denna fråga kan inte ges då inga systematiska studier av vägens visuella ledning har genomförts. Den subjektiva uppfattning man som bilförare får av Vägens synbarhet är att den ofta är otillräcklig. Detta gäller i särskilt hög grad vid fordonsmöten då vägbanan varit Våt. En undersökning av Padmos (12), i vilken fordonsförarnas subjektiva svårigheter vid mörkertrafik kartlagts, redovisas som huvudresultat att förarna upplever vägens dåliga synbarhet, som det största säkerhetsproblemet vid körning i mörker. Detta tyder på att vägen ofta inte uppfyllerde kravpå synbarhet eller visu ell ledning, som bör ställas från säkerhetssynspunkt. Samtidigt måste man konstatera att det föreligger en nästen total brist på kunskap inom området. Orsaken till detta är att inga beprövade metoder har utvecklats. Mätproblem En svårighet vid mätning av vägens visu ella ledning är att själva vägen ej enkelt låter sig varieras vid varje undersök ningstillfälle. Man får istället nöja sig met att använda de vägarsom finnsmed den naturliga variationen i reflexionsegenskaper över tid hos de olika komponenterna i vägmiljön, dvs hos vägbanan, vägmarkeringar, vägkantsreflektorer samt vägens sidoutrymme. En intressant möjlighet att variera vissa aspekter hos de olika komponenterna i vägmiljön på ett välkontrollerat sätt liksom vägens linjeföring i övrigt utgöres av en datorgenererad vägbild. I detta fall uppstår svårigheten att kontrollera att de resultat som erhålles med den simulerade vägbilden även gäller på vägen.
Nyttan av att mäta vägens visuella ledning Genom att mäta vägens visuella ledning under olika förhållanden kan man specificera de villkor som gäller för att rimliga säkerhetskriterier skall vara uppfyllda. Utvärderingen av olika material (t ex vägbeläggningar) och visuella hjälpmedel i vägrummet (t ex vägmarkeringar) utifrån dess effekter på vägens visuella ledning bör ge väghållaren bättre beslutsunderlag vid val av åtgärder. Normer för reflexionsegenskaper och utföranden i övrigt för vägmarkeringar och vägkantsreflektorer kan direkt för ankras i synbarhetsmått. Forskning och utveckling inom området bör stimuleras när effekter på vägens visuella ledning av olika åtgärder objektivt kan mätas. Detta skapar i sin tur förutsättningar för snabbare förbättringar i framtiden. Sammanfattande synpunkter Fordonsförarens visuella miljö är dålig vid fordonsbelysning i mörker. Rimliga säkerhetskriterier avseende hinders synbarhet är endast uppfyllda då hindren är utrustade med reflex. Ny teknik för kontroll av bländning från mötande trafik fordras för att ändra på detta förhållande. Rimliga säkerhetskriterier avseende Vägens synbarhet har diskuterats. I vil ken utsträckning dessa kriterier är upp fyllda är okänt. Orsaken till detta är att några vedertagna metoder ej utvecklats för kvantifiering av vägens synbarhet. Det är nödvändigt att utveckla goda metoder, som ger möjligheter att kvan tifiera vägens synbarhet under olika för hållanden. Den kunskap vi då tillägnar oss är nödvändig dels för val av lämpliga åtgärder, samt dels som stimulans för framtida utveckling av nya material och visuella hjälpmedel. En systematisk förbättring av vägens synbarnet eller visuella ledning skulle kunna vara ett effektivt sätt att reducera de olyckstyper som vid sidan av påkörning av hinder är överrepresenterade i mörker, t ex singelolyckor. Referenser ]. Richards 0. W.: Visual needs and possi bilities for night automobile driving. American Optical Corporation Southbridge, Massachusetts 1967.. Johansson G. & Rumar K. : Visibility distances and safe speeds for night driving car meetings. CIE, Washington 1967.. Jena V.]. : A method of evaluating seeing distances on a straight road for vehicle meeting beams. Trans. Illum. Engn. Soc. Vol. 20, 1955, 5.57.. Johansson G. & Rumar K. : Visible distances and safe approach speeds for night driving. Ergonomics. Vol. 11, 1968. Nr. 3.. Rumar K.: Pedestrian safety in night driving. International Conference on pe destrian safety. Haifa 1976.. Nordiska vägtekniska Förbundet (NVF). Färdtekniska grundvärden. Rapport nr. 5. 1976..Johansson G. & Rumar K.: Drivers, brake reaction times. Human Factors. Vol. 13, 1971. Nr. 1.. Ramar K.: Effectiveness of old, new, and future motor-car lighting. Applied Ergonomics. Vol. 2, 1971. Nr. 2.. Helmers G. & Ytterbom U.: Siktsträckai halvljus till hinder på torra vägbanor av varierande ljushet. Rapport 202. Statens väg- och trafikinstitut, Linköping 1980. 10. Berggrund U. & Rumar K.: Fotgängar reflexer egenskaper och synbarhet. O publicerad statusrapport, Psykologiska institutionen, Uppsala universitet, 1975. II. Mörkertrafik. Lystekniske og visuelle forhold på veje uden fast belysning. Problemformulering og projektforslag. Rapport nr. 3, 1980. 12. Padmos P. (Genom personligt samtal) Institute for Perception, Soesterberg, Holland, 1980. 13. Helmers G.: Vägens visuella ledning i mörker. Meddelande 115. Statens vägoch trafikinstitut, Linköping 1978. 14. Barry S. & van de Lagemaat C.: An in strument to measure the lateral position of a vehicle on the road. Institute for Perception TND, Soesterberg, Holland, 1972.