最具發(fā)展前景汽車新技術(shù)簡(jiǎn)介
——不刺眼的遠(yuǎn)光燈

甘肅金城理工中等專業(yè)學(xué)校 白彩盛

臨夏現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院 何 洋

前照燈遠(yuǎn)光功能是汽車上的重要功能之一，與近光相比，遠(yuǎn)光的光線平行射出，光線集中且亮度較大，可以照到更高更遠(yuǎn)的物體，對(duì)于改善夜間駕駛?cè)说囊暰€有很大的幫助。然而目前濫用遠(yuǎn)光燈的現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，錯(cuò)誤使用遠(yuǎn)光燈不僅不會(huì)提高行車安全，反而會(huì)增加危險(xiǎn)事故的發(fā)生幾率。當(dāng)夜晚會(huì)車時(shí)，近距離使用遠(yuǎn)光燈，會(huì)造成對(duì)面車輛駕駛?cè)艘曈X(jué)上的“盲區(qū)”，致盲時(shí)間根據(jù)駕駛?cè)俗陨硪暳?、周圍環(huán)境不同，持續(xù)時(shí)間也會(huì)不同，但至少要持續(xù)2 s～3 s，在這段時(shí)間里，駕駛?cè)藢?duì)周圍行人及前后來(lái)車的觀察能力大大下降。這時(shí)候，如果有行人橫穿馬路，根本看不清，極易釀成交通事故。有的駕駛?cè)诉€私自改裝刺眼炫目的氙氣燈，會(huì)車時(shí)，刺目的白光更讓人頭暈?zāi)垦?，成為釀成交通事故的隱患。本文介紹目前最具發(fā)展前景的不刺眼遠(yuǎn)光燈技術(shù)。

1 不刺眼的遠(yuǎn)光燈

1.1 豐田L(fēng)ED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）

豐田開(kāi)發(fā)的新一代輔助視野車燈照明技術(shù)——LED排式AHS（Adaptive High beam System，自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)），是一種新型的LED前照燈，采用呈一字排列的多個(gè)LED作為遠(yuǎn)光燈光源，可通過(guò)分別獨(dú)立控制LED車燈的點(diǎn)亮與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)更加精確的配光控制，與傳統(tǒng)車燈照明相比，照射范圍更廣，且不會(huì)造成前車和對(duì)面車的乘員炫目。該車燈能夠照射到前車與對(duì)面車會(huì)車時(shí)兩車之間的空隙（圖1），從而幫助駕駛?cè)税l(fā)現(xiàn)橫穿馬路的行人等。另外，該車燈可以根據(jù)不同的行駛環(huán)境靈活配光，在市區(qū)道路低速行駛（15 km/h～40 km/h）時(shí)可實(shí)現(xiàn)配光范圍增大；在高速行駛（80 km/h以上）時(shí)可以將光線集中在遠(yuǎn)方。

以前的AHB（Automatic High Beam，遠(yuǎn)光燈自動(dòng)控制系統(tǒng)）是在攝像頭檢測(cè)到前方車輛后，自動(dòng)從遠(yuǎn)光燈切換為近光燈，以防止晃眼，但在改為近光燈后，如果遇到前行車輛的前方有行人橫穿馬路的情況時(shí)，有時(shí)會(huì)很難看到行人。而使用LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）后，通過(guò)攝像頭檢測(cè)到前行車輛的尾燈及對(duì)向車輛的前照燈后，就會(huì)熄滅多個(gè)LED光源中的一些特定光源，由此防止遠(yuǎn)光燈晃到前方車輛的駕駛?cè)?，便可繼續(xù)開(kāi)著遠(yuǎn)光燈行駛（圖2），因此行車安全性更高。

另外，為進(jìn)一步保障夜間行駛安全，LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）還具備轉(zhuǎn)向配光功能，通過(guò)配光與轉(zhuǎn)向操作聯(lián)動(dòng)照亮轉(zhuǎn)彎處，保持燈光方向與汽車的當(dāng)前行駛方向一致，確保在多彎道路段也能為駕駛?cè)颂峁┳罴芽梢?jiàn)度。而原來(lái)的“智能AFS（自應(yīng)適前照燈系統(tǒng)）”則是與轉(zhuǎn)向操作聯(lián)動(dòng)，使近光燈照向要轉(zhuǎn)彎的方向。LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）在照射距離方面，近光燈為40 m，而遠(yuǎn)光燈可達(dá)到100 m。

圖1 LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）的精確配光控制效果

圖2 LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）的效果

2 奧迪矩陣式LED前照燈

所謂矩陣式前照燈，指的是發(fā)光單元的數(shù)量很多，可達(dá)數(shù)十個(gè)，它們按照一定的方式排列，形成了一種矩陣，通過(guò)控制矩陣內(nèi)發(fā)光單元的開(kāi)關(guān)，以及調(diào)節(jié)燈組內(nèi)的反光鏡、透鏡等部件的角度，讓系統(tǒng)可以精準(zhǔn)地調(diào)整照明的角度和范圍（圖3）。

奧迪矩陣式LED前照燈（Audi Matrix LED headlights）結(jié)構(gòu)如圖4所示，由25顆LED單體組成，具有64級(jí)調(diào)光水平和10億種不同的光線變化。憑借安裝在車前的攝像頭的光線檢測(cè)功能，當(dāng)車速達(dá)到30 km/h時(shí)，感應(yīng)式自動(dòng)前照燈與矩陣式LED前照燈便會(huì)自行啟動(dòng)，此時(shí)，由25顆LED單體組成的車燈燈組可以使每個(gè)光段獨(dú)立接通或關(guān)閉（彼此之間沒(méi)有聯(lián)系，各自單獨(dú)工作），也可以將燈光變暗，如圖5所示，如果識(shí)別出道路上有別的車輛，便可以將此時(shí)導(dǎo)致別人炫目的那部分遠(yuǎn)光燈光段關(guān)閉（無(wú)論是針對(duì)前行車輛還是對(duì)向來(lái)車均可執(zhí)行該項(xiàng)操作），其余那部分遠(yuǎn)光燈光段（就是此時(shí)并未引起別人炫目的那部分遠(yuǎn)光燈光段）仍然以遠(yuǎn)光燈狀態(tài)照亮道路，始終為駕駛?cè)颂峁┍M可能好的道路照明，最大限度地利用遠(yuǎn)光燈，可以讓駕駛?cè)嗽谝归g擁有清晰的行車視野（圖6），并能防止高亮度的燈光影響到對(duì)面來(lái)車或前方車輛。

新奧迪A8L轎車的夜視標(biāo)記燈在夜視輔助攝像頭檢測(cè)到前方有行人時(shí)，可以有針對(duì)性地輔助照亮行人，發(fā)出3次光線頻閃以警示駕駛?cè)撕托腥藵撛诘奈ｋU(xiǎn)（圖7），降低夜間意外的可能。

3 奧迪矩陣式激光前照燈

激光前照燈指的是利用激光二極管作為光源的汽車前照燈。激光前照燈在保持LED前照燈響應(yīng)速度快、亮度衰減少等優(yōu)點(diǎn)的情況下，體積更小、能耗更低。激光前照燈由于光束集中，所以照射距離很遠(yuǎn)，但是帶來(lái)的問(wèn)題就是發(fā)散性比較差，光束覆蓋的角度比較窄，不宜用作近光燈。實(shí)際上，寶馬i8車的燈組里，激光前照燈模塊只是配合遠(yuǎn)近一體的LED前照燈使用的，主要用作增強(qiáng)遠(yuǎn)光燈的照射距離，基于這個(gè)原因，寶馬i8車的激光前照燈只有當(dāng)車速在40 km/h以上時(shí)才會(huì)啟用。為了解決這一問(wèn)題，奧迪以矩陣式LED前照燈的思路對(duì)激光前照燈做了改進(jìn)，推出了矩陣式激光前照燈。

圖3 矩陣式前照燈可以關(guān)閉部分發(fā)光單元避免駕駛?cè)遂拍?/p>

圖4 奧迪矩陣式LED前照燈的結(jié)構(gòu)

圖5 矩陣式LED前照燈不同狀態(tài)下的遠(yuǎn)光燈狀態(tài)

如圖8所示，作為發(fā)光單元的激光二極管發(fā)射出波長(zhǎng)為450納米的藍(lán)色光束，照射到成千上萬(wàn)個(gè)直徑僅為3 mm的微型反射鏡上。每個(gè)微型反射鏡都可以獨(dú)立地在水平和垂直2個(gè)軸上對(duì)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)這些微型透鏡的調(diào)節(jié)，反射出來(lái)的光束既可以保持集中，以作為遠(yuǎn)光獲取更長(zhǎng)的照射距離；也可以變得發(fā)散，作為近光獲得更廣的照射角度。同時(shí)，光束還可以偏轉(zhuǎn)一定的角度，以覆蓋彎道的盲區(qū)。不過(guò)此時(shí)光束還是藍(lán)色的，所以在微型反射鏡的前方還有一塊涂有含磷涂層的濾鏡，光束通過(guò)濾鏡之后變?yōu)榘咨?，色溫為接近日光? 500 K，之后，光束還要穿過(guò)一塊透鏡，以完成最后的優(yōu)化。同時(shí)，矩陣內(nèi)的每一個(gè)激光二極管都可以獨(dú)立開(kāi)啟或關(guān)閉。在車輛的雷達(dá)或紅外攝像機(jī)等傳感器探測(cè)到前方的車輛后，可以關(guān)閉一部分激光二極管，使光束避開(kāi)前方車輛，以免造成駕駛?cè)遂拍?。矩陣式激光前照燈以矩陣技術(shù)解決了激光照射范圍過(guò)窄的缺點(diǎn)，令全激光前照燈成為可能。

4 美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的可編程前照燈

美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人技術(shù)研究所研發(fā)的可編程前照燈，用數(shù)字光處理前照燈取代了標(biāo)準(zhǔn)的前照燈或LED燈群，能夠?qū)艄夥稚⒊?00萬(wàn)束小光線，每一束光都可以通過(guò)車載計(jì)算機(jī)獨(dú)立控制。該系統(tǒng)利用一臺(tái)照相機(jī)即可感知迎面來(lái)的車輛、降雨和其他物體（如道路標(biāo)示），100萬(wàn)束光根據(jù)道路情況可以相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，有些光束變暗以保護(hù)迎面來(lái)車駕駛?cè)说难劬?，而有些光束變亮以凸顯道路標(biāo)識(shí)或行車道，使得駕駛?cè)丝梢猿浞掷眠h(yuǎn)光燈，無(wú)需擔(dān)憂刺眼燈光會(huì)導(dǎo)致迎面而來(lái)的駕駛?cè)丝床磺迓窙r，或者在雨雪天夜間駕駛遭受刺眼光芒，但該可編程前照燈整體照明的改變非常細(xì)微，一般來(lái)說(shuō)駕駛?cè)俗⒁獠坏角罢諢粽w照明的差別。這種可編程前照燈可以感知并虛擬追蹤任何數(shù)量的迎面而來(lái)的駕駛?cè)?，遮擋住有可能照射到駕駛?cè)搜鄄康纳俨糠诌h(yuǎn)光燈。此外，在雪天或雨天，前照燈通過(guò)追蹤車輛附近的單片雪花或雨滴并阻擋前照燈狹窄的銀鍍層（銀鍍層會(huì)照亮雨滴并反射進(jìn)入駕駛?cè)搜劾铮┒纳岂{駛?cè)说囊暳?。該前照燈的照相機(jī)檢測(cè)和相應(yīng)的亮度調(diào)節(jié)之間的時(shí)間間隔大約為1 ms～2.5 ms，這種近乎即刻的反應(yīng)速度意味著在大多數(shù)情況下系統(tǒng)無(wú)需成熟的算法即可預(yù)測(cè)當(dāng)前照燈做出反應(yīng)時(shí)迎面而來(lái)的駕駛?cè)嘶蜓┗ǖ木_位置。

圖6 奧迪矩陣式LED前照燈的實(shí)際效果

圖7 新奧迪A8L轎車的夜視標(biāo)記燈

圖8 奧迪矩陣式激光前照燈的構(gòu)造

除了預(yù)防刺眼的光，該前照燈還可以用于突出車道，當(dāng)?shù)缆返能嚨罉?biāo)記或邊緣不清晰，或大雪模糊了車道標(biāo)志線時(shí)，可有效輔助駕駛。當(dāng)與導(dǎo)航系統(tǒng)相連時(shí)，可編程前照燈可投射箭頭或其他方向指示以從視覺(jué)上引導(dǎo)駕駛?cè)恕?/p>