基于ADB系統(tǒng)的遠(yuǎn)光分布調(diào)光策略研究

郭萬強(qiáng)

摘 要：針對(duì)ADB系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，遠(yuǎn)光燈形成的陰影區(qū)域大于實(shí)際攝像頭檢測(cè)區(qū)域，從而導(dǎo)致視覺暗區(qū)的問題，提出了一種基于ADB系統(tǒng)的遠(yuǎn)光分布調(diào)光策略。主要以14個(gè)分段式LED構(gòu)成的ADB系統(tǒng)為研究對(duì)象，根據(jù)遠(yuǎn)光燈的光強(qiáng)分布和LED之間的關(guān)系，總結(jié)出一種通用的分段式LED調(diào)光方法，并且通過Simulink的建模和仿真，驗(yàn)證了調(diào)光策略的可行性和準(zhǔn)確性。最后通過dSPACE硬件在環(huán)實(shí)物仿真，再次驗(yàn)證了策略的可靠性。關(guān)鍵詞：ADB;調(diào)光策略;Simulink;dSPACE中圖分類號(hào)：U463.65 ?文件標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）01-111-04

Dimming Strategy Research Based on High Beam Light Distribution of ADB System

Guo Wanqiang

（Magneti marelli auto parts （wuhu） co.， LTD. Shanghai branch， Shanghai 201208）

Abstract： Aimed at the problem that the shadow area of the high beam is larger than the actual camera detection area， which leads to dark region in visual when ADB system works. This paper presents a dimming strategy based on high beam light distribution of ADB system. It mainly regards 14 led segments ADB system as research object， according to the relationship between light intensity distribution and LED， summarize a general led segments dimming strategy. It also uses Simulink tool to build model and simulate， verifies the feasibility and accuracy of the dimming strategy. It's simulated through dSPACE in the ring at last， verified the reliability of the strategy again.Keywords： ADB;?Dimming strategy;?Simulink;?dSPACECLC NO.： U463.65 ?Document Code： B ?Article ID：?1671-7988（2019）01-111-04

1 前言

自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈（Adaptive Driving Beam，簡(jiǎn)稱ADB）是一種智能防眩目遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)。它主要是在自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)（Adaptive Front Lighting System，簡(jiǎn)稱AFS）的基礎(chǔ)上，增加了防炫目的功能。通過攝像頭感知前方的目標(biāo)物，然后實(shí)時(shí)計(jì)算并且控制遠(yuǎn)光模組中LED顆粒的亮度，避免對(duì)前方的車輛或者被遠(yuǎn)處的道路標(biāo)示造成炫目。其基本原理是：攝像頭感知目標(biāo)物，實(shí)時(shí)輸出目標(biāo)物的位置信息至ECU，ECU根據(jù)目標(biāo)物的位置，將與之對(duì)應(yīng)的LED熄滅。當(dāng)目標(biāo)物遠(yuǎn)離后，LED重新點(diǎn)亮^[1]。

對(duì)于分段式的LED遠(yuǎn)光燈模組而言，每個(gè)LED對(duì)應(yīng)一個(gè)遠(yuǎn)光分區(qū)，多個(gè)遠(yuǎn)光分區(qū)組成整個(gè)遠(yuǎn)光分布。因?yàn)檫h(yuǎn)光區(qū)并不是連續(xù)可控（即根據(jù)目標(biāo)物位置，滅掉對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)光分布區(qū)間），所以只能直接滅掉目標(biāo)物位置對(duì)應(yīng)的所有LED，如此，勢(shì)必造成陰影區(qū)過大，從而導(dǎo)致視覺暗區(qū)。因此，可采取一定的調(diào)光策略，補(bǔ)償陰影區(qū)過大的問題。

2 ADB功能系統(tǒng)平臺(tái)簡(jiǎn)介

dSPACE MicroAutobox實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是由德國(guó)dSPACE公司開發(fā)的一套基于Matlab/Simulink的控制系統(tǒng)開發(fā)及測(cè)試的工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了和Matlab/Simulink的完全無縫連接。AutoBox實(shí)時(shí)系統(tǒng)是具有高速計(jì)算能力的硬件系統(tǒng)，同時(shí)還具有CAN和LIN接口，擁有方便易用的實(shí)現(xiàn)代碼生成/下載和試驗(yàn)/調(diào)試的軟件環(huán)境，很好解決控制系統(tǒng)開發(fā)中的兩大問題：快速原型（RCP）和硬件在回路仿真（HILS）^[2]。

一種具有ADB功能的前照燈系統(tǒng)框圖如圖1所示，Autobox采用DS1401平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)使用3路CAN和兩路LIN與外圍的ECU和攝像頭通信，實(shí)現(xiàn)算法輸入和控制輸出。Autobox的CAN1連接ECU1和ECU2，通過ECU控制驅(qū)動(dòng)近光燈，電機(jī)和輔助轉(zhuǎn)向燈。CAN2和CAN3實(shí)現(xiàn)攝像頭與Autobox之間數(shù)據(jù)的通信，并且通過網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)BCM和攝像頭之間的通信。LIN1通過ECU3控制左遠(yuǎn)光燈，LIN2通過ECU4控制右遠(yuǎn)光燈。

利用dSPACE提供的RTI實(shí)時(shí)接口，可以將Simulink框圖生成實(shí)時(shí)代碼并自動(dòng)下載到Autobox中，控制系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)也可以在ControlDesk軟件中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模型參數(shù)，驗(yàn)證算法的準(zhǔn)確性。此外，也可以通過CAN1發(fā)送一些運(yùn)行參數(shù)，使模型在脫離ControlDesk的情況下，改變模型的運(yùn)行狀態(tài)，驗(yàn)證算法的準(zhǔn)確性^[3]。

圖2所示為攝像頭檢測(cè)到目標(biāo)物在-3°到0°之間的LED遠(yuǎn)光分布實(shí)景圖，由于遠(yuǎn)光區(qū)并不是連續(xù)可控，所以導(dǎo)致陰影區(qū)過大。為此可以采用Simulink建模設(shè)計(jì)相應(yīng)的調(diào)光控制算法，仿真通過后，下載到Autobox進(jìn)行硬件在環(huán)仿真，最后將算法集成到ECU，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

3?策略分析與設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)光燈的光強(qiáng)分布一般都是中間強(qiáng)，兩邊弱，具有對(duì)稱性^[4]。由圖1所知，Autobox通過LIN調(diào)節(jié)遠(yuǎn)光燈的電流占空比PWM，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的控制。PWM值越高，光強(qiáng)越大，一種光強(qiáng)分布曲線如圖3所示，遠(yuǎn)光的分布范圍為[-20°，20°]，光強(qiáng)分布為中間強(qiáng)，兩邊弱。

一種LED遠(yuǎn)光分布示意圖如圖4所示，LM為左遠(yuǎn)光燈的LED遠(yuǎn)光分布，一共7個(gè)段（Segment），從左到右分別為L(zhǎng)ED1到LED7，RM為右遠(yuǎn)光燈的LED遠(yuǎn)光分布，一共7個(gè)段，從左到右分別為L(zhǎng)ED1到LED7，每個(gè)LED的遠(yuǎn)光分布范圍如表1所示。

假設(shè)攝像頭檢測(cè)到的目標(biāo)物區(qū)間是[-2°，1°]，由于光區(qū)并不是連續(xù)可控，所以LM只能滅掉LED3、LED4和LED5，RM只能滅LED3、LED4和LED5。滅掉的遠(yuǎn)光區(qū)間是大于實(shí)際檢測(cè)的目標(biāo)物區(qū)間。為了避免陰影區(qū)過大，可以調(diào)節(jié)相鄰的LED，進(jìn)行補(bǔ)償。這里的關(guān)鍵之處在于如何補(bǔ)償，補(bǔ)償多少。觀察圖4可知，可以結(jié)合LM和RM將Segment劃分為更多的Sub Segment，通過Sub Segment和光強(qiáng)分布曲線，確定補(bǔ)償量。調(diào)光策略的主要流程圖如圖5所示。具體策略應(yīng)用步驟如下所示：

步驟1：首先根據(jù)實(shí)際提供的LM和RM的遠(yuǎn)光分布區(qū)間，進(jìn)行子區(qū)間Sub segment的劃分。首先，將左邊的區(qū)間和右邊的區(qū)間的最大范圍進(jìn)行合并。比如，左邊的遠(yuǎn)光分布范圍為[-a1，?b1]，右邊的遠(yuǎn)光范圍為[-a2，b2] ，且-a1<-a2，b2>b1，則合并后的遠(yuǎn)光分布范圍為[-a1，b2]。然后，以所有的Segment邊界為新的邊界，重新劃分[-a1，b2]的區(qū)間，得到更多的Sub segment。將每個(gè)Sub segment的范圍作為元素存入x行2列的矩陣MxbSegEdgeMap中。x表示細(xì)分的Sub segment有x段。

步驟2：根據(jù)步驟1的子區(qū)間范圍，構(gòu)造出LM和RM的Segment與子區(qū)間關(guān)系的矩陣MxbLedSegMap，該矩陣為2*m行，n列。n為等于步驟1中x的值。對(duì)于LM而言，矩陣中每行的值構(gòu)造的原則是，令其等于Segment對(duì)應(yīng)的序號(hào)（Segment1對(duì)應(yīng)的序號(hào)為1，依此類推）。若第一行的某個(gè)位置有多個(gè)Segment對(duì)應(yīng)，則另起一行，直至完成所有Segment與子區(qū)間之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，最終行數(shù)為m。RM的行構(gòu)造原則與LM相同。

步驟3：ADB系統(tǒng)在檢測(cè)到目標(biāo)物的時(shí)候，會(huì)形成相應(yīng)的陰影區(qū)域。構(gòu)造兩行x列的矩陣MxbSegStatus，第一行代表LM的Sub segment狀態(tài)，第二行代表RM的Sub segment狀態(tài)，初始值設(shè)置為100，即假設(shè)所有Sub segment的亮度都是最大。然后根據(jù)陰影區(qū)域與步驟1中形成的LM和RM 的Sub segment關(guān)系，將陰影區(qū)域所在的Sub segment值設(shè)置為0。

步驟4：為L(zhǎng)M和RM分別構(gòu)造一個(gè)1行Num列（Num為實(shí)際使用的左或右遠(yuǎn)光燈中Segment個(gè)數(shù)）的矩陣MxbLedStatus，并且全部初始化為100，表示LM和RM的所有Segment亮度都為最大。遍歷MxbSegStatus中所有Sub segment的狀態(tài)，如果有一個(gè)Sub Segment為0，則將與該Sub segment對(duì)應(yīng)的Segment設(shè)置為0。

步驟5：構(gòu)造一個(gè)與MxbLedSegMap行列數(shù)相等的矩陣MxbSegLedMapAct，所有的值初始化為0。遍歷MxbLed?SegMap中的每一個(gè)值，如果其大于等于1，且小于等于Num，同時(shí)MxbLedStatus中對(duì)應(yīng)的Segment狀態(tài)不等于0，則將MxbLedSegMap的值復(fù)制到MxbSegLedMapAct。

步驟6：構(gòu)造一個(gè)與MxbLedSegMap列數(shù)相同的一維矩陣MxbSegLedCnt，并且初始化所有的值為0。遍歷MxbSegLedMapAct矩陣，分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)對(duì)應(yīng)Sub segment有效狀態(tài)的數(shù)量。當(dāng)MxbSegLedMapAct中元素值大于等于1，且小于等于Num為有效。

步驟7：由于實(shí)際的法規(guī)和配光的原因，HB的光強(qiáng)分布不是相同的，一般來說，中間強(qiáng)，兩邊弱。這里首先定義一個(gè)兩行多列的矩陣MxbIntLayout。第一行為Segment的角度分布，第二行為對(duì)應(yīng)角度分布的光強(qiáng)，范圍為0～100。由于實(shí)際的Sub Segment的角度范圍會(huì)根據(jù)Segment的數(shù)量或者模組的變化會(huì)不同，所以計(jì)算步驟1中MxbSegEdgeMap每個(gè)Sub segment的中心角度，然后利用一維插值的方式，得到MxbSegEdgeMap每個(gè)Sub Segment的中心角度對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)MxbSegLedInt（seg），seg對(duì)應(yīng)Sub segment的標(biāo)號(hào)。

步驟8：計(jì)算每個(gè)Segment的強(qiáng)度，取值范圍為0～100。首先計(jì)算每個(gè)Sub segment的調(diào)光因子SegFactor，這里可以根據(jù)實(shí)際情況采取不同的計(jì)算方式。這里假設(shè)SegFactor?=（（ 4.0 / （MxbSegLedCnt（seg））） / 2.0），MxbSegLedCnt為有效的Sub ?segment數(shù)量，seg同樣對(duì)應(yīng)的Sub segment標(biāo)號(hào)。然后遍歷MxbSegLedMapAct矩陣，根據(jù)步驟7得到的每個(gè)Sub segment理論光強(qiáng)分別值，計(jì)算每個(gè)LED Segment對(duì)應(yīng)實(shí)際Sub segment的光強(qiáng)，然后疊加到Segment實(shí)際輸出MxbLedInt（LED），其中LED為Segment的標(biāo)號(hào)。如果MxbLedInt（LED）的值大于100，則設(shè)置為100，否則不變。

4?仿真設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

Simulink構(gòu)建的調(diào)光策略仿真圖如圖6所示，其中的Camera Simulate模塊用于仿真攝像頭的輸出，constOA_LT和constOA_RT模擬目標(biāo)物的左右邊界。調(diào)光策略的內(nèi)容主要封裝在Algorithm模塊中。模型在線仿真，手動(dòng)修改目標(biāo)物的邊界值，即可實(shí)時(shí)查看每個(gè)LED的電流占空比，驗(yàn)證策略的正確性。設(shè)定MxbIntLayout=[[-200， -130， -80，-60， -40， -30， -20， 20， 30， 40， 60， 80， 130， 200]， [4， 5， 10， 30， 40， 40， 45， 45， 40， 40， 30， 10， 5， 4]]，? ? ??然后分別改變目標(biāo)物Object的邊界，得到仿真結(jié)果如表2和表3所示。

其中LED1到LED7的值表示在不同的目標(biāo)物時(shí)，對(duì)應(yīng)LED的電流PWM值。PWM越高，光強(qiáng)越強(qiáng)。由表可見，當(dāng)沒有目標(biāo)物的情況下，LM和RM的光強(qiáng)分布類似于圖3所示曲線。當(dāng)有目標(biāo)物時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED滅掉，相鄰的LED亮度增強(qiáng)，補(bǔ)償過大的陰影。同時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整MxbIntLayout的預(yù)設(shè)值和策略中步驟8的調(diào)光因子公式，得到更加合適的補(bǔ)償強(qiáng)度。

5?結(jié)束語(yǔ)

介紹了一種基于ADB系統(tǒng)的遠(yuǎn)光分布調(diào)光策略，該策略能夠有效補(bǔ)償遠(yuǎn)光分布時(shí)，陰影區(qū)過大的問題。文中主要以14個(gè)LED的車燈模組為仿真對(duì)象，其同樣適應(yīng)于更多段的LED模組。該策略最后通過dSPACE進(jìn)行硬件在環(huán)仿真，驗(yàn)證了算法的準(zhǔn)確性和可靠性。

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