汽车自适应前照灯的功能设计及实现

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        介绍自适应前照灯系统(Adaptive Front-lighting System,AFS) 的产生背景、国内外发展概况;详细分析AFS 的6 种不同的照明模式:默认照明模式、高速公路照明模式、乡村照明模式、城市照明模式、弯道照明模式和恶劣天气照明模式; 就AFS 的以上功能,给出控制电路的硬件构成,系统由传感器组、传输通路、处理单元和执行机构4 部分组成。通过对AFS 的理论阐述和实践分析,为国内在AFS技术上的进一步发展探索提供参考。

  引言

  汽车前照灯是安全驾驶重要的一环,人们对前照灯的各方面要求越来越高,然而传统的前照灯只具有近光和远光2 种固定照明模式,不能满足客户需求。

  如汽车在转弯时,由于传统前照灯的照明角度限制,存在照明暗区,会影响司机对弯道上障碍物的判断;雨天行驶时,地面的积水会反射迎面车辆前照灯的光线,造成司机眩目等。由于这些问题的存在,使得夜间发生车祸的概率是白天的2 倍。为了解决现存的这些问题,一种新的前照灯系统———自适应前照灯系统(AFS) 被提上开发日程。该系统能够根据周边环境的变化适时自动地调整自身的配光方式,提供更适合的照明范围、照明距离和照明角度,提高驾驶的安全性及舒适度。

  AFS 自1992 年起被列为欧共体尤尼卡(EUREKA) 的1403 号项目,欧洲的各大汽车公司和美国、日本的部分公司都参与了此项目。2003 年,意大利玛涅蒂马瑞利车灯公司在汽车上安装了动态调节灯,为AFS 奠定了基础。法国的VALEO 也开发了自己的AFS。德国Hella 公司取得了最为丰硕的成果。目前,不少豪华汽车,诸如宝马W5 系、奔驰E级、奥迪A8、凌志R 系列等,已经加装了部分功能的AFS 系统。国内在AFS 上起步较晚,上海小糸车灯有限公司、沈阳北方汽车大灯自动转向器厂和天津欧华汽车研发中心等一些机构在进行自主研发,但还没有批量生产,也缺乏核心知识产权。由于欧美国家没有考虑到沙尘暴天气,在奇瑞公司的建议下,我们就沙尘暴天气情况下的AFS 进行了研究。

  1 AFS 的功能

  AFS 是一种智能式前照灯系统,它能根据周围环境的变化主动对前照灯做出调整以适应环境。下面将针对不同的环境分6 种照明模式对AFS 的功能进行详细阐述。

  1. 1 默认照明模式

  默认模式下,AFS 的前照灯不做任何水平与垂直方向的调整,但会根据光敏传感器感知光线的变化而自动打开或关闭前照灯。如当白天车辆穿过隧道和桥梁或遇到恶劣天气时,前照灯会自动打开以补充照明。当黄昏时分,光线强度下降到一定大小时,前照灯也会自动打开,似乎可以感知夜晚的即将到来;相反,当黎明到来,光线强度升高到一定大小时,前照灯会自动关闭。

  1. 2 高速公路照明模式

  当汽车在公路上行驶发现危险时,司机的第一反应就是制动,司机发现紧急情况到刹车发生制动作用的这段时间称为反应时间,反应时间内车辆以初始速度行驶的距离称为反应距离,从刹车发生制动作用直至汽车停止这段时间内车辆行驶的距离称为制动距离,反应距离和制动距离都与汽车的初始速度成正比。刹车距离为反应距离与制动距离总和,且刹车距离必须在前照灯的照明区域内才能保证汽车的安全行驶。

  车辆在高速公路上行驶时,车速很快,车辆密度相对较低且侧向干扰较少,所以要求前照灯照得更远、更窄,且要求车速越高,光型越长,这样才能提前发现前方障碍物,避免交通事故的发生。当车辆进入高速公路且速度> 70km / h时,AFS 通过车速传感器或GPS 获知此信息,然后通过调高近光灯的水平高度予以实现。而且随着车速的加快,近光灯也会调得越高,以保证能在安全刹车距离之外发现危险。图1 为进入高速公路前后的前照灯的灯光光型分布图,从图1 中可以看出,AFS 工作时车辆的照明效果明显比未工作时好。


图1 AFS 高速公路模式对比图。

  1. 3 乡村照明模式
  乡村道路岔路口多,且光线较暗,不便及时发现边缘障碍物。部分道路还凹凸不平、起伏不定,造成车身倾斜,如图2 所示,车身倾斜对前照灯照射俯仰角度影响很大。


图2 车身倾斜对照明产生的影响

  是否进入乡村照明模式由光敏传感器和车身高度传感器或GPS 来判断。以右行国家为例,当汽车进入乡村时,左右近光灯的驱动功率均增大,从而增加亮度以补充照明,且右灯的灯光要偏转一定角度,以照射到边缘路面,效果如图3 所示。


图3 AFS 乡村岔路口效果图

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