基于環(huán)境的可調(diào)亮度汽車自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)

蘭金耀 楊才生

摘 要：文章針對目前汽車照明系統(tǒng)未充分考慮周圍環(huán)境的光線強度而造成的車燈亮度單一，未能較好的滿足節(jié)能性與安全性，提出了一種基于環(huán)境的亮度可調(diào)節(jié)汽車智能前照燈系統(tǒng)。該系統(tǒng)依據(jù)車速和光照強度來初步判斷汽車當(dāng)前所處的環(huán)境，并基于當(dāng)前環(huán)境下的光照強度對前照燈的照明亮度進行調(diào)整，在達(dá)到照明要求的同時，兼顧節(jié)能與減少光污染的作用。

關(guān)鍵詞：汽車自適應(yīng)前照燈系統(tǒng);可調(diào)亮度;駕駛環(huán)境

中圖分類號：U463.65 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）12-57-03

Abstract： The current automotive lighting system does not consider the light intensity of the surrounding environment， and the brightness of the lamp is single. It fails to balance energy conservation and safety. An environment-based brightness adjustable automotive intelligent headlight system is proposed. The system preliminarily judges the current environment of the automotive based on the vehicle speed and the light intensity， and adjusts the illumination brightness of the headlight based on the light intensity in the current environment， and achieves the lighting requirements while taking into consideration the effects of energy saving and light pollution reduction.

Keywords： Adaptive Front Lighting System; Brightness Adjustable; Driving Environment

CLC NO.： U463.65 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-57-03

前言

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，安全、節(jié)能逐漸成為汽車發(fā)展的趨勢，考慮到夜間行車的安全問題，汽車照明系統(tǒng)也得到了較快的發(fā)展。傳統(tǒng)汽車的照明模式單一，亮度及角度未能較好依據(jù)汽車行駛狀態(tài)及行駛環(huán)境自適應(yīng)調(diào)節(jié)，該種照明系統(tǒng)已不能滿足新的道路照明要求，同時傳統(tǒng)照明模式帶來的照明盲區(qū)及眩光等易于造成駕駛員視覺疲勞，嚴(yán)重降低了夜間行車的舒適性和安全性[1]。明系統(tǒng)的出現(xiàn)在很大程度上改善了上述問題，不同的照明范圍及遠(yuǎn)近光一體切換等功能，提高了夜間駕駛的安全性[2]。

近年來，國內(nèi)外對智能前照燈系統(tǒng)開展了大量研究，智能前照燈可以根據(jù)車輛本身的運動狀態(tài)而調(diào)整照明狀態(tài)[3]。為彌補夜間存在的照明不足問題，智能前照燈系統(tǒng)可依據(jù)車速及方向盤轉(zhuǎn)角等實現(xiàn)車燈的左右及垂向轉(zhuǎn)動，已達(dá)到更好的照明效果[4]。目前智能前照燈系統(tǒng)仍存在照明亮度單一、視距較短、未能隨環(huán)境自適應(yīng)調(diào)整等問題，本文提出一種提出了一種基于環(huán)境的亮度可調(diào)節(jié)汽車智能前照燈系統(tǒng)，可依據(jù)不同的行駛環(huán)境工況，實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)[5]。

1 可調(diào)亮度的AFS系統(tǒng)功能介紹

本文介紹的基于環(huán)境的可調(diào)亮度汽車智能前照燈系統(tǒng)，為前照燈系統(tǒng)存在的車燈亮度單一、視距較短、不能隨外界環(huán)境的變化自動調(diào)節(jié)亮度等問題提供了解決思路。該系統(tǒng)由感知模塊、控制模塊及驅(qū)動模塊等構(gòu)成。首先依據(jù)感知模塊中的車速傳感器、光敏傳感器對當(dāng)前汽車行駛速度與環(huán)境光照強度進行采集;然后結(jié)合車速信息判斷當(dāng)前車輛的行駛狀態(tài)，綜合考慮道路環(huán)境信息，將其劃分為低速復(fù)雜工況、中速城市工況及高速簡單工況;其次根據(jù)環(huán)境強度信息對當(dāng)前汽車所處環(huán)境的亮度進行判斷;最后，控制模塊依據(jù)當(dāng)前車輛行駛工況及環(huán)境亮度計算出當(dāng)前所需的照明亮度，并由驅(qū)動模塊對車燈亮度進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)車燈亮度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

本文提出的基于環(huán)境的可調(diào)亮度汽車智能前照燈系統(tǒng)該系統(tǒng)存在以下顯著效果：

（1）在地庫、停車場、十字路口等復(fù)雜路況下，可以減少光污染，對行人及其他車輛的光照影響顯著降低。

（2）在城市道路、隧道、橋洞等路況下，通過前照燈亮度的自動調(diào)節(jié)，可滿足汽車節(jié)能的要求，并可以減少對其他車輛駕駛員的眩光危害。

（3）在高速公路、高架橋等路況下，通過前照燈亮度的自動調(diào)節(jié)，為駕駛員提供更亮更遠(yuǎn)的照明效果，并且在對向來車或跟車行駛時自動降低前照燈亮度，提高夜間駕駛安全性。

2 可調(diào)亮度的AFS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

亮度可調(diào)節(jié)AFS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由感知模塊、控制模塊及驅(qū)動模塊等構(gòu)成，首先依據(jù)感知傳感器中的車速傳感器、光敏傳感器對車輛的行駛信息及所處環(huán)境光照強度信息進行采集;然后將該信息傳輸至控制模塊進行判斷分析，并將光照強度信號輸送至驅(qū)動模塊，對前照燈的亮度進行調(diào)節(jié)。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

光敏傳感器利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，可將光照強度信號轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌碾娦盘枺虼诉x用光敏傳感器探測汽車行駛環(huán)境的光照強度信息。綜合考慮經(jīng)濟性及可靠性，選用GL4526型號的光敏電阻，光敏傳感器電路圖如圖2所示。

通過對LED前照燈的恒流驅(qū)動和PWM調(diào)光實現(xiàn)前照燈的亮度調(diào)節(jié)，并基于此對控制芯片及驅(qū)動電路進行了選型設(shè)計，選取Maxim公司的MAX16831芯片為控制芯片，并設(shè)計了驅(qū)動電路。LED前照燈驅(qū)動電路如圖3所示。

3 可調(diào)亮度的AFS系統(tǒng)程序設(shè)計

基于環(huán)境的亮度可調(diào)節(jié)的汽車智能前照燈的調(diào)節(jié)方法，其程序設(shè)計方法如圖4所示。

首先，基于感知模塊采集的車速信息預(yù)估當(dāng)前車輛的行駛環(huán)境工況，并結(jié)合其路況的復(fù)雜程度將其劃分為低速復(fù)雜工況、中速城市工況以及高速簡單工況[6]。對于地庫、停車場、十字路口等行人車輛較多，且汽車行駛速度小于30km/h的行駛環(huán)境工況定義為低速復(fù)雜工況;對于有照明條件的城市道路、隧道、橋洞等具有一定照明條件，且汽車行駛速度小于60km/h的行駛環(huán)境工況定義為中速城市工況;對于高速公路、高架橋等道路狀況較好，且行駛速度大于60km/h的行駛環(huán)境工況定義為高速簡單工況。

其次，依據(jù)光敏傳感器采集的環(huán)境亮度信息對當(dāng)前汽車所處環(huán)境的亮度進行判斷，并依據(jù)法規(guī)GB5920-2008及ECE R123計算出當(dāng)前行駛環(huán)境工況下的照明亮度[7]。最后，通過主控模塊將當(dāng)前汽車行駛環(huán)境亮度與最佳照明亮度進行對比，通過PID的控制方法，實現(xiàn)前照燈的自適應(yīng)亮度調(diào)節(jié)，在兼具節(jié)能性與安全性的前提下，達(dá)到最優(yōu)的照明效果[8]。

4 結(jié)論

本文針對當(dāng)前汽車照明中存在的車燈亮度單一、視距較短、不能隨汽車行駛環(huán)境工況的變化自動調(diào)節(jié)亮度等問題，創(chuàng)新性地提出了一種基于環(huán)境的亮度可調(diào)節(jié)汽車智能前照燈系統(tǒng)，并對具體介紹了該系統(tǒng)的工作原理，同時設(shè)計了光敏傳感器電路及LED燈驅(qū)動電路。但是考慮到篇幅以及本文作者知識的局限性，目前只能做出一個較為簡潔的系統(tǒng)介紹。

希望文章可以對自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)的發(fā)展有著積極的促進作用，可以讓汽車照明亮度調(diào)節(jié)應(yīng)用到更多的車輛上，真正的做到科技為人服務(wù)的目的，為汽車行業(yè)的發(fā)展做出貢獻。

參考文獻

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[5] 孟昭軍，魏生越，張祥軍，薄化鋼.汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)算法研究[J].燈與照明，2015，39（01）：30-33.

[6] 劉永斌.多種路況下智能前大燈控制系統(tǒng)研究[D].河南科技大學(xué)，2018.

[7] 卜偉理. AFS（前照燈自適應(yīng)）系統(tǒng)相關(guān)法規(guī)的研究分析[D].上海交通大學(xué)，2009.

[8] 孟昭軍，魏生越，張祥軍，薄化鋼.汽車智能LED前照燈照明系統(tǒng)算法研究[J].燈與照明，2015，39（01）：30-33.