نوآوری‌های فناورانه برای دید در روز ناوگان ملی: تحلیل چراغ‌های روشنایی روز (DRL) و چراغ‌های پایین

1. مقدمه

این مقاله تحول مقررات و راه‌حل‌های فناورانه با هدف بهبود دید خودروها در روز در برزیل را تحلیل می‌کند. بحث بر استفاده اجباری از چراغ‌های پایین در بزرگراه‌ها و تونل‌ها که در سال 2016 معرفی شد و اجرای تدریجی و موازی چراغ‌های روشنایی روز اختصاصی (DRL) متمرکز است. در حالی که هر دو به منظور افزایش قابلیت مشاهده خودرو عمل می‌کنند، از نظر طراحی، هدف و بازدهی اساساً متفاوت هستند. این تحلیل چارچوب قانونی، تمایزات فنی، واکنش‌های صنعت و مسیر آینده فناوری‌های دید در روز برای ناوگان ملی را بررسی می‌کند.

2. تاریخچه اخیر دید خودرو در روز

تلاش برای بهبود دید در روز در برزیل فرآیندی چند دهه‌ای بوده است که با نقاط عطف قانونگذاری کلیدی که منعکس‌کننده استانداردهای ایمنی در حال تحول و پذیرش فناوری هستند، مشخص شده است.

2.1 بازنگری قانون راهنمایی و رانندگی برزیل در سال 2016

بازنگری ماده 40 قانون راهنمایی و رانندگی برزیل (CTB) در سال 2016، استفاده از چراغ‌های پایین را در تمام بزرگراه‌ها و تونل‌ها در طول روز اجباری کرد. این گسترش قابل توجهی نسبت به قوانین قبلی بود که فقط روشن بودن چراغ‌ها در تونل‌ها را الزامی می‌کرد. دلیل اصلی افزایش کنتراست بین خودروها و محیط اطرافشان بود، به ویژه با افزایش فراوانی خودروهایی با رنگ‌هایی که با محیط ادغام می‌شوند.

2.2 مصوبه CONTRAN شماره 227 (2007)

این مصوبه برای اولین بار DRL را در مقررات برزیل گنجاند و الزامات فنی را تعیین کرد اما استفاده از آن را اجباری نکرد. این مصوبه نشان‌دهنده همسویی با تحولات فناورانه بین‌المللی و به رسمیت شناختن دستگاهی بود که به طور خاص برای سیگنال‌دهی در روز طراحی شده است.

2.3 مصوبه CONTRAN شماره 667 (2017)

مصوبه 667، نصب DRL را برای خودروهای جدید اجباری کرد و این الزام در سال 2021 لازمالاجرا شد. این امر دوره انتقالی‌ای ایجاد کرد که در آن خودروهای فاقد DRL کارخانه‌ای، به استفاده اجباری از چراغ‌های پایین به عنوان یک راه‌حل جایگزین برای دید متکی بودند.

3. مقایسه فنی: DRL در مقابل چراغ‌های پایین

درک انتقادی این موضوع مستلزم تشریح تفاوت‌های فنی و عملکردی بین این دو سیستم است.

3.1 عملکرد اصلی و طراحی

چراغ‌های پایین: عملکرد اصلی آن‌ها روشن کردن جاده پیش رو برای راننده است و امکان ناوبری ایمن در شب یا شرایط کم‌نور را فراهم می‌کنند. الگوی پرتو آن‌ها به گونه‌ای طراحی شده است که از خیرگی ترافیک مقابل جلوگیری کند. هرگونه اثر سیگنال‌دهی در روز یک محصول جانبی ثانویه است.
DRL: عملکرد انحصاری آن سیگنال‌دهی حضور خودرو به سایر کاربران جاده است. این چراغ برای حداکثر قابلیت مشاهده با حداقل خیرگی طراحی شده است و اغلب از فناوری LED برای بازده نوری بالا و شکل متمایز استفاده می‌کند.

3.2 مصرف انرژی و بازدهی

DRLها معمولاً به مراتب به‌صرفه‌تر از چراغ‌های پایین هستند. یک سیستم چراغ پایین هالوژن استاندارد ممکن است 55 وات در هر طرف (مجموعاً 110 وات) مصرف کند، در حالی که یک سیستم DRL ال‌ای‌دی ممکن است تنها 10 تا 15 وات در مجموع مصرف کند. این امر پیامدهای مستقیمی بر اقتصاد سوخت و انتشار CO2 در خودروهای با موتور احتراق داخلی و بر برد باتری در خودروهای الکتریکی دارد.

3.3 کنتراست بصری و ادراک

در حالی که هر دو تقارن جلویی ایجاد می‌کنند، DRLها برای دستیابی به بهترین کنتراست در برابر زمینه‌های نوری مختلف روز مهندسی شده‌اند. مطالعاتی مانند آن‌هایی که توسط اداره ملی ایمنی ترافیک بزرگراه‌ها (NHTSA) ذکر شده است، نشان می‌دهند که DRLهای اختصاصی می‌توانند در زوایای خاص و در شرایط آب و هوایی مشخص، به دلیل فوتومتری سفارشی‌شده خود، مؤثرتر از چراغ‌های پایین باشند.

4. ابتکارات صنعت و جایگزین‌های فناورانه

بین مصوبات 227 و 667، صنعت خودروسازی راه‌حل‌های پس از فروش را توسعه و ترویج داد تا عملکردی شبیه به DRL را برای خودروهایی که در اصل مجهز به آن نبودند فراهم کند. این موارد شامل نوارهای نوری LED اختصاصی، چراغ‌های مه‌شکن جایگزین با حالت DRL و راه‌حل‌های یکپارچه‌ای بود که به سیستم الکتریکی خودرو متصل می‌شدند. مبنای قانونی این موارد، پذیرش نوآوری‌های فناورانه با عملکرد اثبات‌شده تحت این مصوبات بود.

5. جزئیات فنی و مدل‌های ریاضی

اثربخشی یک منبع نور برای قابلیت مشاهده در روز را می‌توان با استفاده از نسبت‌های کنتراست مدل کرد. کنتراست درخشندگی $C$ بین یک هدف (چراغ خودرو) و پس‌زمینه آن با فرمول زیر داده می‌شود: $$C = \frac{|L_t - L_b|}{L_b}$$ که در آن $L_t$ درخشندگی هدف (مثلاً DRL) و $L_b$ درخشندگی پس‌زمینه (مثلاً آسمان، جاده) است. مقدار بالاتر $C$ نشان‌دهنده دید بهتر است. DRLها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که $L_t$ را در محدودیت‌های مقرراتی خیرگی به حداکثر برسانند، در حالی که توزیع توان طیفی آن‌ها اغلب برای نسبت اسکوتوپیک/فتوپیک (S/P) بالا تنظیم می‌شود که درخشندگی درک‌شده را افزایش می‌دهد. روشنایی $E$ در فاصله $d$ از یک منبع نقطه‌ای با شدت نور $I$ از تقریب قانون مربع معکوس پیروی می‌کند: $E \approx \frac{I}{d^2}$. استانداردهای فوتومتری DRL مقادیر حداقل و حداکثر $I$ را در نواحی زاویه‌ای خاص مشخص می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که دید بدون خیرگی بیش از حد وجود دارد.

6. نتایج آزمایشی و تحلیل نمودار

شکل 1 در PDF به صورت بصری الگوی یک چراغ پایین (پراکنده، روشن‌کننده جاده) را با الگوی یک DRL (متمرکز، پرتاب به جلو برای قابلیت مشاهده) مقایسه می‌کند. داده‌های آزمایشی از سازمان‌هایی مانند مؤسسه تحقیقات حمل و نقل دانشگاه میشیگان (UMTRI) از مزیت ایمنی DRLها حمایت می‌کند. یک فراتحلیل از مطالعات نشان می‌دهد که کاهش در تصادفات چندطرفه در روز معمولاً بین 5٪ تا 10٪ برای خودروهای مجهز به DRL است. نمودارهای مقایسه‌ای اغلب نشان می‌دهند که DRLهای LED در مقایسه با چراغ‌های پایین هالوژن که برای همین منظور استفاده می‌شوند، با مصرف برق کمتر و عمر طولانی‌تر، شدت نور بالاتری را به دست می‌آورند که بر استدلال بازدهی تأکید می‌کند.

7. چارچوب تحلیلی: یک مطالعه موردی غیرکدگذاری

مورد: ارزیابی راه‌حل‌های نصب پس از تولید برای ناوگان قبل از 2021.
چارچوب: یک ماتریس تصمیم‌گیری برای اپراتورهای ناوگان بر اساس پارامترهای کلیدی.
پارامترها: 1. انطباق مقرراتی: آیا راه‌حل با استانداردهای فنی CONTRAN مطابقت دارد؟ 2. هزینه: هزینه خرید اولیه و نصب برای هر خودرو. 3. تأثیر انرژی: افزایش تخمینی مصرف سوخت یا بار الکتریکی. 4. مزیت ایمنی مورد انتظار: بر اساس آمار کاهش تصادف برای روشنایی نوع DRL. 5. دوام و نگهداری: عمر محصول و نرخ خرابی.
کاربرد: یک اپراتور هر گزینه نصب پس از تولید (مثلاً نوارهای LED پایه، ترکیب‌های چراغ مه‌شکن/DRL یکپارچه، کیت‌های سبک OEM با کیفیت بالا) را در برابر این پارامترها با اهمیت وزنی امتیازدهی می‌کند. تحلیل به احتمال زیاد نشان می‌دهد که برای ناوگان بزرگ، صرفه‌جویی بلندمدت در سوخت و مزایای بالقوه بیمه‌ای DRLهای LED کارآمد می‌تواند هزینه‌های اولیه بالاتر را در مقایسه با ادامه استفاده از چراغ‌های پایین جبران کند و یک توجیه تجاری قابل اندازه‌گیری برای نصب پس از تولید ارائه دهد.

8. کاربردهای آینده و جهت‌های توسعه

آینده دید در روز در یکپارچه‌سازی و هوشمندی نهفته است. DRLها در حال تکامل از چراغ‌های ایستا به عناصر پویای ارتباطات خودرو هستند. جهت‌های آینده شامل موارد زیر است:
1. DRLهای تطبیقی: سیستم‌هایی که با استفاده از حسگرهای نور محیط، شدت را بر اساس نور محیط تنظیم می‌کنند (مثلاً در روزهای ابری روشن‌تر، در غروب کم‌نورتر)، که بازدهی و راحتی کاربر را بهبود می‌بخشد.
2. DRLهای ارتباطی: ادغام با سیستم‌های Vehicle-to-Everything (V2X)، که در آن الگوهای DRL می‌توانند قصد خودروی خودران (مثلاً حق تقدم دادن، شتاب گرفتن) را به عابران پیاده و سایر رانندگان سیگنال دهند، همانطور که در تحقیقات مؤسساتی مانند مرکز تحقیقات خودروی استنفورد بررسی شده است.
3. خوشه‌های روشنایی جلویی یکپارچه: سیستم‌های پیشرفته مبتنی بر LED یا لیزر که در آن یک آرایه تطبیقی واحد از پیکسل‌ها به عنوان DRL، چراغ موقعیت، چراغ راهنما و چراغ پایین/بالا عمل می‌کند و پیچیدگی را کاهش می‌دهد و اشکال جدید سیگنال‌دهی را امکان‌پذیر می‌سازد.
4. سیستم‌های بیومتریک و آگاه از زمینه: تحقیق در مورد سیستم‌هایی که خستگی یا حواس‌پرتی راننده را تشخیص می‌دهند و از تغییرات ظریف الگوی DRL به عنوان هشداری برای خودروهای نزدیک استفاده می‌کنند.

9. منابع

1. شورای ملی ترافیک برزیل (CONTRAN). مصوبه شماره 18، 1998.
2. شورای ملی ترافیک برزیل (CONTRAN). مصوبه شماره 227، 2007.
3. شورای ملی ترافیک برزیل (CONTRAN). مصوبه شماره 667، 2017.
4. قانون راهنمایی و رانندگی برزیل (CTB)، ماده 40، بازنگری شده در 2016.
5. اداره ملی ایمنی ترافیک بزرگراه‌ها (NHTSA). "گزارش نهایی چراغ‌های روشنایی روز (DRL)." DOT HS 811 091، 2008.
6. مؤسسه تحقیقات حمل و نقل دانشگاه میشیگان (UMTRI). "اثربخشی چراغ‌های روشنایی روز در ایالات متحده." UMTRI-2009-34، 2009.
7. Isola, P., Zhu, J., Zhou, T., & Efros, A. A. (2017). "Image-to-Image Translation with Conditional Adversarial Networks." Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR). (به عنوان نمونه‌ای از مدل‌های مولد پیشرفته مرتبط با شبیه‌سازی سناریوهای روشنایی ذکر شده است).
8. انجمن مهندسان خودرو (SAE). SAE J2089: چراغ‌های روشنایی روز برای استفاده در وسایل نقلیه موتوری.