光子學(xué)技術(shù)將在汽車應(yīng)用中大顯身手

高亮度LED制造商有充分的理由相信未來LED向汽車領(lǐng)域的滲透。市場調(diào)研公司Strategies Unlimited預(yù)測，到2013年，全球汽車LED室外照明的整體市場規(guī)模將由2008年的1.58億美元增長到3.47億美元。另據(jù)水清木華研究中心（ResearchInChina）的《2008-2009年全球與中國汽車LED照明行業(yè)研究報(bào)告》顯示，到2014年，LED頭燈將在成本和性能上與傳統(tǒng)的HID頭燈（假設(shè)LED技術(shù)能按照目前的發(fā)展速度不斷進(jìn)步）具備可比性，到那時(shí)，LED在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將大為改觀，單是汽車頭燈的市場規(guī)模就將達(dá)到1.22億美元。

寶馬的BMW-7系列汽車采用了瑞典Autoliv公司的第二代Night Vision 2夜視系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了一個(gè)遠(yuǎn)紅外傳感器，用以掃描路上的行人，其夜視距離是近光燈的3倍。當(dāng)檢測到車輛前方有行人或動(dòng)物時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)分析現(xiàn)場和車輛動(dòng)態(tài)，評估駕駛員碰撞到目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，并在必要時(shí)向駕駛員發(fā)出警報(bào)（如通過車載顯示屏發(fā)出警報(bào)，見圖2）?！癆utoliv公司最新的夜視系統(tǒng)，將夜間駕駛安全提高到了一個(gè)全新的水平，它為駕駛員在夜間道路上提供了‘另外一只眼’。”Autoliv公司夜視系統(tǒng)總經(jīng)理Stuart Klapper如是說。

圖2：當(dāng)在夜間檢測到一名男子在車前橫穿馬路時(shí)，寶馬BMW-7系列汽車的遠(yuǎn)紅外夜視系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出了警報(bào)

在行車速度較慢、人流較多的城市路段，該系統(tǒng)只對道路上近距離內(nèi)的較小范圍進(jìn)行監(jiān)測，以避免出現(xiàn)過多的警報(bào)；而在行車速度較高、人流稀少的鄉(xiāng)村路段，該系統(tǒng)監(jiān)控的道路范圍則會(huì)相應(yīng)地?cái)U(kuò)大。為了對監(jiān)控范圍做出及時(shí)、相應(yīng)的調(diào)整，Autoliv公司的夜視系統(tǒng)不斷地從周圍環(huán)境中收集夜視視頻圖像，并用一套先進(jìn)的軟件算法對超過5000多萬個(gè)“影像片斷”進(jìn)行檢測，并依此向駕駛員發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信號。

Autoliv公司的夜視系統(tǒng)中采用的遠(yuǎn)紅外相機(jī)采用320×240像素的釩氧化物熱輻射測量儀，并具有一個(gè)鍺窗口以保護(hù)相機(jī)的鏡頭免受外界的傷害。Klapper說：“與第一代相機(jī)相比，現(xiàn)在我們已經(jīng)成功地將鏡頭的成本降低了30％之多?！?P style="TEXT-ALIGN: left">德國西門子威迪歐公司還開發(fā)了一種工作距離達(dá)150米的紅外夜視系統(tǒng)，其產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過電子處理的視頻圖像，用于在汽車中實(shí)時(shí)顯示。該系統(tǒng)具有兩種工作方式：一種方式采用近紅外系統(tǒng)，在這種方式下，由兩個(gè)集成到前燈中的紅外發(fā)射器產(chǎn)生的光，被一個(gè)安裝在后視鏡附近的小型攝像機(jī)捕獲；另一種方式采用長波紅外系統(tǒng)，這種方式需要安裝一臺相機(jī)，用一個(gè)工作在6～12μm范圍內(nèi)的傳感器來檢測來自車輛周圍環(huán)境的熱輻射。一旦檢測到人或動(dòng)物，該系統(tǒng)都會(huì)將物體以明亮的形式顯示出來。

激光點(diǎn)火

2009年夏季，福特公司就宣布其正在聯(lián)合GSI集團(tuán)和英國利物浦大學(xué)為下一代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)激光點(diǎn)火系統(tǒng)。事實(shí)上，早在20世紀(jì)70年代末，人們就已經(jīng)開始研究激光點(diǎn)火系統(tǒng)了，當(dāng)時(shí)有很多關(guān)于激光點(diǎn)火系統(tǒng)的研究論文已經(jīng)開始出現(xiàn)在各類汽車技術(shù)會(huì)議上。

因?yàn)榧す饪梢苑纸獬啥鄠€(gè)光束，多個(gè)點(diǎn)火點(diǎn)將提高發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料完全燃燒的機(jī)會(huì)，從而能減少排放，提高在寒冷和潮濕條件下燃料的燃燒效率。甚至，有一部分激光能量還可以被發(fā)射回來，用以提供有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)如何運(yùn)轉(zhuǎn)的信息，從而使空氣/燃料混合物的比例自動(dòng)作出調(diào)整，實(shí)現(xiàn)更好的燃油利用率。福特公司還表示，其計(jì)劃通過一根光纜提供激光火花，這會(huì)比火花塞占用更少的空間，從而能允許使用更大、更高效的發(fā)動(dòng)機(jī)氣門，實(shí)現(xiàn)更加充分的燃料燃燒。

2007年，美國國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（www.netl.doe.gov）的研究人員就已經(jīng)設(shè)計(jì)出了一種與內(nèi)燃機(jī)聯(lián)合在一起的激光點(diǎn)火系統(tǒng)。該系統(tǒng)將1.06μm激光器發(fā)出的10ns脈沖，通過火花塞端口聚焦到氣缸中來產(chǎn)生點(diǎn)火火花。與傳統(tǒng)的單缸、四沖程、火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)相比，利用激光火花點(diǎn)火系統(tǒng)，不但能降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放量，而且還能改善燃料的燃燒利用率。

駕駛員輔助系統(tǒng)

除了照明和夜視應(yīng)用，目前還出現(xiàn)了基于光子學(xué)技術(shù)的駕駛員輔助系統(tǒng)。法國法奧雷集團(tuán)（Valeo）的路虎以及寶馬的BMW-5系列汽車中，均配備了駕駛員輔助系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括5臺相機(jī)：一個(gè)安裝在汽車后部的廣角相機(jī)，用于停車輔助；安裝在前保險(xiǎn)杠左右兩側(cè)的兩個(gè)相機(jī)，用于在車輛進(jìn)入能見度較差的街道時(shí)，輔助駕駛員觀察接近車輛的行人或其他物體；另外兩個(gè)安裝在兩個(gè)側(cè)視鏡上的相機(jī)，用于直接監(jiān)視車輛周圍的環(huán)境。

Panomorph技術(shù)是加拿大ImmerVision公司獲得專利的一項(xiàng)廣角鏡頭技術(shù)，該技術(shù)能在一個(gè)圖像視場的特定區(qū)域提高了角度分辨率，將感興趣的目標(biāo)區(qū)域放在圖像的中心或邊緣（見圖3）。[4]還有特定的窗口可供駕駛?cè)藛T觀察情況，另外的一些同步視覺圖像可用于路況分析，例如，通過一個(gè)智能巡航控制系統(tǒng)，能將防撞系統(tǒng)、盲區(qū)查看、行人與道路標(biāo)志檢測以及車道跟蹤等諸多應(yīng)用集成在一起。

圖3：來自一個(gè)Panomorph相機(jī)的多個(gè)同步非失真圖像，可以起到輔助駕駛的作用，例如幫助駕駛員避免碰撞和輔助停車等。

ImmerVision公司定制全景應(yīng)用副總裁Alain Marchildon表示：“目前三星公司已經(jīng)與ImmerVision簽訂了相關(guān)的生產(chǎn)與分銷授權(quán)協(xié)議，并且其第一個(gè)Automotive Tier 2將提供一個(gè)Panomorph汽車視覺模塊。360°的全景視覺系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)新的增強(qiáng)型全景瀏覽和傳感應(yīng)用，從而能大大減少與碰撞有關(guān)的傷亡事件，為駕乘人員提供更加安全的行車環(huán)境。”