自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)論述

李大航， 鄭志軍， 李運(yùn)飛， 張啟宇， 龔和明

（上汽大眾汽車有限公司， 上海 201805）

1 AFS系統(tǒng)研發(fā)背景

傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)主要由近光燈、 遠(yuǎn)光燈、 日間行車燈 （簡(jiǎn)稱日行燈）、 位置燈和前霧燈組合而成。 當(dāng)車輛行駛在照明效果較好的城市道路時(shí)， 我們一般采用近光燈進(jìn)行照明； 當(dāng)車輛行駛在昏暗的鄉(xiāng)村道路或者是高速公路時(shí)，我們一般采用近光燈和遠(yuǎn)光燈組合形式進(jìn)行照明； 當(dāng)車輛在霧天等惡劣天氣中行駛時(shí)， 我們需要打開霧燈功能； 當(dāng)車輛在白天行駛時(shí)， 日行燈會(huì)被打開 （ECE標(biāo)準(zhǔn)）。 但是，在我們實(shí)際的使用中， 傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)往往存在著很多問(wèn)題， 比如， 在一些交通狀況比較復(fù)雜的城市路段， 可能由于僅僅使用近光照明無(wú)法很好地看清周邊的情況， 因此很多駕駛員就會(huì)把所有能打開的燈光都打開， 包括近光燈、遠(yuǎn)光燈， 甚至是霧燈， 這樣就會(huì)嚴(yán)重影響其他駕駛員的正常駕駛， 造成很大的安全隱患。 當(dāng)然， 這種傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)在車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)， 轉(zhuǎn)彎側(cè)會(huì)存在一個(gè)很大的照明暗區(qū)，駕駛員無(wú)法看到彎道上照明暗區(qū)的東西， 這將嚴(yán)重影響駕駛員在轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)彎道上人員、 障礙物等的判斷。 車輛在霧天、 雨天等惡劣天氣的狀況下行駛時(shí)， 如果前照燈的光線照射到地面積水處， 光線就會(huì)被反射出去， 這樣很容易照到來(lái)車駕駛員的眼睛， 造成炫目， 存在嚴(yán)重的駕駛安全隱患。 歐洲汽車照明研究機(jī)構(gòu)曾對(duì)此做過(guò)專項(xiàng)調(diào)查， 調(diào)查結(jié)果顯示， 歐洲駕駛員們最希望改善的是陰雨天氣積水路面的照明， 排在第二位的是鄉(xiāng)村公路的照明， 接下來(lái)依次是彎道照明、 高速公路照明和市區(qū)照明。

上述種種問(wèn)題的存在， 促使汽車廠商和燈具廠商不得不考慮研發(fā)一種新型的智能前照燈系統(tǒng)， 以便給客戶帶來(lái)更好、 更智能的照明效果， 使出行更安全。 在這種環(huán)境下，自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

2 靜態(tài)AFS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

到目前為止， 各大車燈供應(yīng)商以及整車公司均在AFS領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了廣泛而深入的技術(shù)研究。 當(dāng)然， 不同的廠商AFS實(shí)現(xiàn)的方式不盡相同， 但設(shè)計(jì)思路和原理基本類似。因此， ECE對(duì)幾種典型的AFS照明模式修訂在法規(guī)中。

2.1 C模式基礎(chǔ)近光模式

C模式基礎(chǔ)近光模式即普通的近光燈， 如圖1所示。 在該模式下， AFS系統(tǒng)具有自動(dòng)開啟關(guān)閉近光燈的功能， 該功能主要是通過(guò)擋風(fēng)玻璃上方的光線傳感器檢測(cè)外部光線的強(qiáng)度， 并將光線的強(qiáng)度信號(hào)發(fā)送給汽車的主控制器， 主控制器對(duì)前照燈發(fā)出相應(yīng)的指令， 從而控制前照燈作出相應(yīng)的動(dòng)作。 比如， 汽車在穿越一個(gè)很長(zhǎng)的隧道， 光線傳感器檢測(cè)到照明條件不足時(shí)， AFS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開近光燈；當(dāng)汽車慢慢駛出隧道口時(shí)， 隨著外部環(huán)境越來(lái)越亮， 光線傳感器檢測(cè)到照明條件充足時(shí)， AFS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉近光燈功能。

圖1 基礎(chǔ)近光模式照明

2.2 V模式城鎮(zhèn)模式

一般情況下， 城鎮(zhèn)道路比較復(fù)雜， 人流車流比較密集，這就要求汽車照明的范圍要大。 當(dāng)然， 由于城鎮(zhèn)中路燈比較多， 光線相對(duì)比較明亮， 這種情況下， 對(duì)汽車照明距離的要求就不是很高了。

傳統(tǒng)的照明或者基礎(chǔ)模式的近光的照射范圍一般比較狹長(zhǎng)， 一方面會(huì)造成道路兩旁的照明不足， 駕駛員無(wú)法對(duì)道路兩旁的行人或其他障礙物進(jìn)行正確判斷； 另一方面，照射距離較遠(yuǎn)容易引起炫目， 尤其是在車流人流量比較大的城市中。 研究表明， 在兩車會(huì)車時(shí)， 如果射向?qū)γ骜{駛員的光強(qiáng)超過(guò)1000cd， 這時(shí)候?qū)γ骜{駛員的眼睛就會(huì)處于一個(gè)非常嚴(yán)重的炫目狀態(tài)， 這將嚴(yán)重影響駕駛員正常駕駛，發(fā)生交通事故的概率會(huì)增高。 所以AFS系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)的照明進(jìn)行了修正， 將原有照明區(qū)域適當(dāng)縮短， 同時(shí)拓寬道路兩側(cè)的照明范圍， 如圖2所示。

圖2 AFS系統(tǒng)的城鎮(zhèn)模式照明

城鎮(zhèn)模式的控制主要是通過(guò)光線傳感器來(lái)完成的。 車速一般低于60km/h （有些車輛的速度會(huì)設(shè)置為40km/h）， 車速的設(shè)置主要取決于整車車身控制器的參數(shù)設(shè)置。 當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定的光強(qiáng)閾值， 車速也在規(guī)定的范圍之內(nèi)， 城鎮(zhèn)模式就會(huì)自動(dòng)被激活。

2.3 E模式高速模式

E模式主要應(yīng)用在高速公路上， 因?yàn)檐囕v在高速公路上行駛的速度比較快， 所以需要的照明比普通照明照得更遠(yuǎn)。AFS系統(tǒng)的高速模式照明如圖3所示。

圖3 AFS系統(tǒng)的高速模式照明

當(dāng)車輛在高速公路上行駛， 并且車速高于60km/h （不同車輛的速度設(shè)置不同， 具體速度值的設(shè)置可通過(guò)修改車身控制器的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)） 時(shí)， AFS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)抬高近光燈的水平高度， 使光照得更遠(yuǎn)， 提高駕駛的安全性。

2.4 W模式惡劣天氣模式

W模式主要應(yīng)用在陰雨天氣， 由于陰雨天氣地面會(huì)有大量的積水， 積水會(huì)把近光燈照射到地面上的光線反射到對(duì)面來(lái)車駕駛員的眼睛里， 造成對(duì)面車輛駕駛員炫目， 影響正常駕駛， 增加了事故發(fā)生的可能性， 如圖4所示。 有調(diào)查表明， 大約84%的駕駛員認(rèn)為， 雨天夜晚由于地面積水反射而來(lái)的光線比對(duì)面車輛直射而來(lái)的光線更加容易造成炫目。

圖4 雨天積水路面發(fā)射炫目示意圖

W模式開啟的條件是， 當(dāng)雨量光線傳感器檢測(cè)到下雨時(shí)， 或者雨刮器連續(xù)工作2min （時(shí)間可根據(jù)需求設(shè)定）， 傳感器會(huì)將相應(yīng)的信號(hào)發(fā)給AFS系統(tǒng)， AFS系統(tǒng)接收到雨天信號(hào)后會(huì)自動(dòng)開啟惡劣天氣照明模式。 而且， 為了避免由于路面積水反射光線造成的炫目現(xiàn)象， W模式大大縮短了照射距離， 同時(shí)增加了左右照射范圍。 一般來(lái)說(shuō)， 普通近光燈的照射距離是25m， AFS系統(tǒng)的W模式會(huì)將近光燈的照射距離縮短到15m甚至更短， 如圖5所示。

圖5 AFS系統(tǒng)的雨天模式照明

3 動(dòng)態(tài)AFS系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 動(dòng)態(tài)AFS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)彎照明

動(dòng)態(tài)AFS系統(tǒng)的組成包括 “系統(tǒng)控制” （即BCM控制器）、 一個(gè)或多個(gè) “輸入和操作裝置” （即AFS主控制器和AFS子控制器）， 以及車輛左右側(cè)的安裝單元 （即前照燈內(nèi)部的控制單元）。 動(dòng)態(tài)AFS系統(tǒng)控制如圖6所示。

圖6 動(dòng)態(tài)AFS系統(tǒng)控制

當(dāng)車輛需要轉(zhuǎn)彎時(shí)， 方向盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)會(huì)發(fā)送給車身控制器， 車身控制器會(huì)將該信號(hào)傳送給AFS系統(tǒng)， 如果AFS系統(tǒng)檢測(cè)到方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度超過(guò)某個(gè)設(shè)定的值， 且此時(shí)的車速不超過(guò)30km/h， AFS系統(tǒng)會(huì)通過(guò)Master發(fā)出相應(yīng)的指令給左右兩個(gè)Slave控制器， 左右兩個(gè)Slave控制器分別將轉(zhuǎn)向以及需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度發(fā)給左右的Motor， 從而完成彎道照明， 如圖7所示。 轉(zhuǎn)動(dòng)的角度一般為向內(nèi)側(cè)最大轉(zhuǎn)動(dòng)7°， 外側(cè)最大轉(zhuǎn)動(dòng)15°。

圖7 動(dòng)態(tài)AFS系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎照明

3.2 AFS系統(tǒng)的MDF （Maskiertes Dauer Fernlicht） 功能

AFS系統(tǒng)的MDF功能主要由前部攝像頭、 主控制單元以及前照燈內(nèi)部的控制單元組成， 如圖8所示。

圖8 MDF控制原理

MDF功能工作的過(guò)程主要是， 通過(guò)Camera檢測(cè)到不同的路況信息， 將這些信息傳輸給中央控制單元ECU， 中央控制單元ECU會(huì)發(fā)送相應(yīng)的指令給燈光控制器， 燈光控制器通過(guò)控制前照燈內(nèi)部的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)， 帶動(dòng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)動(dòng)， 根據(jù)轉(zhuǎn)轂表面的不同形狀， 投射出不同的的光型。

當(dāng)前方有一輛正在行駛的車輛時(shí)， 如圖9所示， 控制器會(huì)通過(guò)轉(zhuǎn)轂的轉(zhuǎn)動(dòng)， 將前方車輛周圍的光照遮擋， 避免由于前車后視鏡反射光線進(jìn)入駕駛員的眼睛， 同時(shí)保證周圍其他地方的照明正常， 從而提高駕駛安全性。

圖9 前方行駛車輛時(shí)MDF功能

當(dāng)對(duì)面有來(lái)車行駛時(shí)， 如圖10所示， MDF功能也會(huì)將來(lái)車周圍的光線遮蔽， 避免燈光對(duì)來(lái)車駕駛員造成炫目。隨著來(lái)車越來(lái)越接近， 左側(cè)截止線會(huì)越來(lái)越低， 也就是被遮蔽的光線越來(lái)越多， 當(dāng)來(lái)車駛出光線區(qū)域時(shí)， 前照燈會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到正常的照明狀態(tài)。

圖10 會(huì)車時(shí)MDF功能

MDF功能能夠檢測(cè)到來(lái)人或者其他危險(xiǎn)物體， 前部攝像頭發(fā)現(xiàn)前部有來(lái)人或其他物體 （不發(fā)光） 時(shí)， 會(huì)自動(dòng)抬高光照， 讓駕駛員能夠清楚地發(fā)現(xiàn)來(lái)人或者危險(xiǎn)物體， 避免事故發(fā)生。 路邊物體檢測(cè)如圖11所示。

4 總結(jié)和展望

隨著汽車燈光控制的發(fā)展， 對(duì)AFS系統(tǒng)的要求越來(lái)越高， 既要求在前方駕駛員區(qū)域進(jìn)行有效而充分的照明， 同時(shí)又要盡一切可能減小對(duì)來(lái)車駕駛員所造成的炫目影響，還要在不同的情況下自動(dòng)切換不同的模式以適應(yīng)當(dāng)前路況。本文針對(duì)AFS系統(tǒng)兩個(gè)不同的方面進(jìn)行了論述， 詳細(xì)講述了靜態(tài)AFS系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)AFS系統(tǒng)的各種模式以及實(shí)現(xiàn)方式，為了能更好地實(shí)現(xiàn)AFS系統(tǒng)的價(jià)值， 給客戶在每種不同的路況下都能帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)的照明， 靜態(tài)AFS和動(dòng)態(tài)AFS的混合使用， 相互取長(zhǎng)補(bǔ)短， 將會(huì)成為未來(lái)AFS系統(tǒng)的一個(gè)方向。