汽車自適應(yīng)前照燈的功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

　　介紹自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(Adaptive Front-lighting System，AFS) 的產(chǎn)生背景、國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況;詳細(xì)分析AFS 的6 種不同的照明模式:默認(rèn)照明模式、高速公路照明模式、鄉(xiāng)村照明模式、城市照明模式、彎道照明模式和惡劣天氣照明模式; 就AFS 的以上功能，給出控制電路的硬件構(gòu)成，系統(tǒng)由傳感器組、傳輸通路、處理單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)4 部分組成。通過對(duì)AFS 的理論闡述和實(shí)踐分析，為國(guó)內(nèi)在AFS技術(shù)上的進(jìn)一步發(fā)展探索提供參考。
　　

　　引言

　　汽車前照燈是安全駕駛重要的一環(huán)，人們對(duì)前照燈的各方面要求越來(lái)越高，然而傳統(tǒng)的前照燈只具有近光和遠(yuǎn)光2 種固定照明模式，不能滿足客戶需求。

　　如汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于傳統(tǒng)前照燈的照明角度限制，存在照明暗區(qū)，會(huì)影響司機(jī)對(duì)彎道上障礙物的判斷;雨天行駛時(shí)，地面的積水會(huì)反射迎面車輛前照燈的光線，造成司機(jī)眩目等。由于這些問題的存在，使得夜間發(fā)生車禍的概率是白天的2 倍。為了解決現(xiàn)存的這些問題，一種新的前照燈系統(tǒng)———自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(AFS) 被提上開發(fā)日程。該系統(tǒng)能夠根據(jù)周邊環(huán)境的變化適時(shí)自動(dòng)地調(diào)整自身的配光方式，提供更適合的照明范圍、照明距離和照明角度，提高駕駛的安全性及舒適度。

　　AFS 自1992 年起被列為歐共體尤尼卡(EUREKA) 的1403 號(hào)項(xiàng)目，歐洲的各大汽車公司和美國(guó)、日本的部分公司都參與了此項(xiàng)目。2003 年，意大利瑪涅蒂馬瑞利車燈公司在汽車上安裝了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)燈，為AFS 奠定了基礎(chǔ)。法國(guó)的VALEO 也開發(fā)了自己的AFS。德國(guó)Hella 公司取得了最為豐碩的成果。目前，不少豪華汽車，諸如寶馬W5 系、奔馳E級(jí)、奧迪A8、凌志R 系列等，已經(jīng)加裝了部分功能的AFS 系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)在AFS 上起步較晚，上海小糸車燈有限公司、沈陽(yáng)北方汽車大燈自動(dòng)轉(zhuǎn)向器廠和天津歐華汽車研發(fā)中心等一些機(jī)構(gòu)在進(jìn)行自主研發(fā)，但還沒有批量生產(chǎn)，也缺乏核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)。由于歐美國(guó)家沒有考慮到沙塵暴天氣，在奇瑞公司的建議下，我們就沙塵暴天氣情況下的AFS 進(jìn)行了研究。

　　1 AFS 的功能

　　AFS 是一種智能式前照燈系統(tǒng)，它能根據(jù)周圍環(huán)境的變化主動(dòng)對(duì)前照燈做出調(diào)整以適應(yīng)環(huán)境。下面將針對(duì)不同的環(huán)境分6 種照明模式對(duì)AFS 的功能進(jìn)行詳細(xì)闡述。

　　1. 1 默認(rèn)照明模式

　　默認(rèn)模式下，AFS 的前照燈不做任何水平與垂直方向的調(diào)整，但會(huì)根據(jù)光敏傳感器感知光線的變化而自動(dòng)打開或關(guān)閉前照燈。如當(dāng)白天車輛穿過隧道和橋梁或遇到惡劣天氣時(shí)，前照燈會(huì)自動(dòng)打開以補(bǔ)充照明。當(dāng)黃昏時(shí)分，光線強(qiáng)度下降到一定大小時(shí)，前照燈也會(huì)自動(dòng)打開，似乎可以感知夜晚的即將到來(lái);相反，當(dāng)黎明到來(lái)，光線強(qiáng)度升高到一定大小時(shí)，前照燈會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

　　1. 2 高速公路照明模式

　　當(dāng)汽車在公路上行駛發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，司機(jī)的第一反應(yīng)就是制動(dòng)，司機(jī)發(fā)現(xiàn)緊急情況到剎車發(fā)生制動(dòng)作用的這段時(shí)間稱為反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間內(nèi)車輛以初始速度行駛的距離稱為反應(yīng)距離，從剎車發(fā)生制動(dòng)作用直至汽車停止這段時(shí)間內(nèi)車輛行駛的距離稱為制動(dòng)距離，反應(yīng)距離和制動(dòng)距離都與汽車的初始速度成正比。剎車距離為反應(yīng)距離與制動(dòng)距離總和，且剎車距離必須在前照燈的照明區(qū)域內(nèi)才能保證汽車的安全行駛。

　　車輛在高速公路上行駛時(shí)，車速很快，車輛密度相對(duì)較低且側(cè)向干擾較少，所以要求前照燈照得更遠(yuǎn)、更窄，且要求車速越高，光型越長(zhǎng)，這樣才能提前發(fā)現(xiàn)前方障礙物，避免交通事故的發(fā)生。當(dāng)車輛進(jìn)入高速公路且速度> 70km / h時(shí)，AFS 通過車速傳感器或GPS 獲知此信息，然后通過調(diào)高近光燈的水平高度予以實(shí)現(xiàn)。而且隨著車速的加快，近光燈也會(huì)調(diào)得越高，以保證能在安全剎車距離之外發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)。圖1 為進(jìn)入高速公路前后的前照燈的燈光光型分布圖，從圖1 中可以看出，AFS 工作時(shí)車輛的照明效果明顯比未工作時(shí)好。

圖1 AFS 高速公路模式對(duì)比圖。

　　1. 3 鄉(xiāng)村照明模式
　　鄉(xiāng)村道路岔路口多，且光線較暗，不便及時(shí)發(fā)現(xiàn)邊緣障礙物。部分道路還凹凸不平、起伏不定，造成車身傾斜，如圖2 所示，車身傾斜對(duì)前照燈照射俯仰角度影響很大。

圖2 車身傾斜對(duì)照明產(chǎn)生的影響

　　是否進(jìn)入鄉(xiāng)村照明模式由光敏傳感器和車身高度傳感器或GPS 來(lái)判斷。以右行國(guó)家為例，當(dāng)汽車進(jìn)入鄉(xiāng)村時(shí)，左右近光燈的驅(qū)動(dòng)功率均增大，從而增加亮度以補(bǔ)充照明，且右燈的燈光要偏轉(zhuǎn)一定角度，以照射到邊緣路面，效果如圖3 所示。

圖3 AFS 鄉(xiāng)村岔路口效果圖