汽車自適應(yīng)前照燈的功能設(shè)計及實現(xiàn)

　　若遇到起伏不平的路況，則AFS 會根據(jù)前軸和后軸高度差的變化量來自動調(diào)整前照燈的投射俯仰角度，盡量使光軸回復(fù)到原先的水平狀態(tài)，以能達到良好的照明效果，又不會對迎面車輛的司機造成眩目。前照燈需調(diào)整的投射俯仰角度可根據(jù)文獻［5］算出。

　　1. 4 城市照明模式

　　對于城市公路來說，照明條件較好，且車流人流密度都明顯增大，防止眩目就顯得尤為重要。眩光分為直接眩光和反射眩光，這里主要為直接眩光。一般要求，在會車時，射向?qū)γ骜{駛員的光照強度不要超過1 000cd。是否進入城市照明模式由光敏傳感器和車速傳感器或GPS 來進行判斷。當光強達到閾值，且車速不超過60km / h時，城市道路照明模式便自動開啟，左右近光燈的驅(qū)動功率均減小以降低亮度，且前照燈在垂直方向上會向下偏轉(zhuǎn)一定角度，從而降低射進對面駕駛員眼中的光照強度。下圖4 為進入城市前后的照明效果對比圖。

圖4 AFS 城市照明模式對比圖

　　1. 5 彎道照明模式

　　當汽車在彎道上行駛時，因為前照燈的光線和車輛的行駛方向一致，所以不可避免會存在照明暗區(qū)，極易因為不能及時發(fā)現(xiàn)彎道上的障礙物而引發(fā)交通事故。是否進入彎道照明模式由汽車的方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和車速傳感器或GPS 來判斷。當轉(zhuǎn)向角超過12°并且車速超過30km / h 時開始工作，當轉(zhuǎn)向角9°或車速 5km / h 時停止工作。當AFS 獲知車輛進入彎道時，前照燈會旋轉(zhuǎn)一定角度，給彎道以足夠的照明，效果對比圖如圖5 所示。為了正面照明的需要，AFS 并不是同時控制左右近光燈的，如果車輛向右轉(zhuǎn)彎，則右燈向右側(cè)旋轉(zhuǎn)，如果向左轉(zhuǎn)彎，則左燈向左側(cè)旋轉(zhuǎn)。同時，左右近光燈的最大調(diào)節(jié)角度也是不同的，對于交通法規(guī)規(guī)定靠右行駛的國家，右側(cè)近光燈變化角度最大為5°，左側(cè)為15°。

圖5 AFS 彎道照明模式對比圖

　　由1. 2 節(jié)高速公路照明模式分析可知，只有剎車距離在前照燈的照明區(qū)域內(nèi)才能保證汽車的安全行駛，所以要求前照燈旋轉(zhuǎn)后能照射到的彎道上的最大直線距離大于或等于剎車距離，由此不難得出前照燈需要旋轉(zhuǎn)的角度φ 。如圖6 所示，不難看出：

　　其中，x 為安全剎車距離，且x = Vt + S，V 表示初始車速，t 為反應(yīng)時間，S 表示制動距離，R 表示彎道半徑。

圖6 前照燈旋轉(zhuǎn)角度的計算

　　1. 6 惡劣天氣照明模式

　　1. 6. 1 陰雨天氣照明方式

　　陰雨天氣時，地面的積水會將行駛車輛打在地面上的光線，反射至對面會車司機的眼睛中，使其眩目，如圖7 所示。法國的一項民意調(diào)查表明，83% 的駕駛員認為，夜晚的反射眩光比直接眩光更令人感到不安，所以必須設(shè)法降低陰雨天氣產(chǎn)生的反射眩光。

圖7 積水反光造成眩目

　　由雨量傳感器獲得的數(shù)據(jù)即可判斷當前是否下雨，并能夠進一步獲知雨量的大小。一般汽車前面距離為5 ～ 25m 的路面可以產(chǎn)生反射眩光，AFS 可根據(jù)雨量大小適當降低前照燈的高度，對此范圍內(nèi)的照度進行限制，從而避免反射眩光對車輛前方60m范圍內(nèi)的駕駛員造成眩目。

　　1. 6. 2 霧霾天氣照明方式

　　霧霾天氣時，前照燈光線產(chǎn)生漫射且前照燈上布滿小水珠，使前照燈的亮度和穿透力降低，導(dǎo)致前方景像難以看清，司機的能見度很低，給交通帶來很大不便。由霧傳感器感知霧的大小和光敏傳感器感知光線的強弱從而啟動AFS。AFS 會提高前照燈的驅(qū)動功率和抬高前照燈的垂直高度，而且還會啟動車燈清洗裝置，沖洗前照燈上的小水珠，以增強前照燈光束的亮度和穿透力，從而提高前方道路的能見度與清晰度。

　　1. 6. 3 沙塵暴天氣照明方式

　　沙塵暴天氣和下霧天氣情況類似，雖然此時不存在小水珠，但是在沙塵暴天氣下會有大風(fēng)，使前照燈上布滿灰塵，且四周隨時可能刮來不明物體。由風(fēng)速傳感器、顆粒物傳感器和光敏傳感器判斷是否進入沙塵暴照明模式。這時，AFS 同樣會提高前照燈的驅(qū)動功率和抬高前照燈的垂直高度，同時啟動車燈清洗裝置，洗凈前照燈上的灰塵，此外，其中1 只前照燈會向外側(cè)旋轉(zhuǎn)一定角度以及時發(fā)現(xiàn)被風(fēng)刮來的障礙物。

　　2 AFS 的實現(xiàn)方案

　　為了實現(xiàn)AFS 的功能，需要對AFS 的光源部分和控制部分分別進行研究。

　　2. 1 AFS 光源

　　傳統(tǒng)的前照燈光源難以實現(xiàn)AFS 的全部功能，相對于傳統(tǒng)AFS 的光源鹵素燈或HID 燈，LED 明顯的優(yōu)勢是體積小、重量輕，從而節(jié)省了非常有限的AFS 燈具內(nèi)部空間，較輕的重量也減小了電機的使用功耗。此外，由于單個LED 功率太小，所以在LED前照燈的設(shè)計中，一般將很多個LED 排列起來組成1只前照燈，如圖8 所示。如果對多個LED 進行不同的開關(guān)控制和旋轉(zhuǎn)，就可實現(xiàn)AFS 功能模式所要求的不同光型，并且系統(tǒng)更加節(jié)能和可靠。福特公司的一款汽車就采用了基于LED 的AFS。這種基于LED的AFS 通過傳感器采集環(huán)境信息并傳至中央控制單元，中央控制單元將數(shù)據(jù)處理后去控制各個角度LED 的亮度，從而使得駕駛員能夠更精確地掌握前方道路等周邊信息，有效提高了駕駛的安全系數(shù)。

圖8 用LED 作光源的AFS

　　2. 2 AFS 的控制方案及硬件組成

　　2. 2. 1 AFS 的控制方案

　　為了實現(xiàn)上述AFS 的各種照明模式，現(xiàn)提出如圖9 所示方案。此方案中，AFS 由4 大部分組成，分別為傳感器組、傳輸通路、處理單元和執(zhí)行機構(gòu)。此方案的基本思想是:中央處理器為實現(xiàn)汽車前照燈的自適應(yīng)功能，需要首先通過傳感器組采集光線、車速、轉(zhuǎn)向、道路狀況等信息，再由傳輸通路實時傳輸這些信息至中央處理器，中央處理器經(jīng)過復(fù)雜的控制邏輯和算法，將得到的控制命令發(fā)給執(zhí)行單元，再由執(zhí)行單元做出最終反應(yīng)，從而達到預(yù)期效果。