智能驅(qū)動和控制技術(shù)為汽車行駛安全帶來革命性變化

汽車前照燈主要是用于汽車夜間行駛照明。它的亮度和照射方向?qū)τ谛熊嚢踩侵陵P(guān)重要的。夜間汽車所有前照燈同時照明時，燈具應(yīng)具有能使駕駛員看清前方100米距離以內(nèi)交通障礙物的性能，照明光束應(yīng)對準(zhǔn)汽車的前進(jìn)方向，主光軸方向應(yīng)該偏下。前照燈的發(fā)光強(qiáng)度不足或者照射方向不合適，汽車前方的情況就不能清晰易見，或者給迎面駛來的汽車?yán)锏鸟{駛員造成眩目，妨礙視野，這些都是導(dǎo)致事故的重要因素。

在2006廣州車展上，人們看到新奧迪S8配置了創(chuàng)新的照明科技—帶有LED日間運(yùn)行燈的自適應(yīng)前照燈。其加強(qiáng)型氙氣前照燈配有靜態(tài)轉(zhuǎn)向燈和動態(tài)轉(zhuǎn)彎燈以及獨(dú)立的LED日間行車燈。雪鐵龍新C5號稱是世界上最安全的轎車之一，其雙功能氙氣轉(zhuǎn)向大燈夜間能以左右15o的角度轉(zhuǎn)動(轉(zhuǎn)彎時外側(cè)燈轉(zhuǎn)動8o，內(nèi)側(cè)燈可轉(zhuǎn)動15o)，使您在轉(zhuǎn)彎時能獲得更佳的視野，從而提高行駛安全性。

氙氣燈與LED燈配合，標(biāo)志著LED在提高汽車行駛安全性的應(yīng)用中邁出了實(shí)質(zhì)性的步伐，下面向你介紹智能驅(qū)動和控制技術(shù)為汽車行駛安全所帶來的革命性變化。

自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)：具備向中低檔車推廣的技術(shù)基礎(chǔ)

自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)位于前照燈單元內(nèi)，介于日間行車照明系統(tǒng)及氙氣燈模塊之間。以奧迪A8為例，當(dāng)車輛以低于70公里/小時的速度行駛時打開轉(zhuǎn)向燈，或者當(dāng)駕駛員將方向盤轉(zhuǎn)到一個特定的角度時，它便會自動打開自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)，在車輛完全變向之前對彎道進(jìn)行照明。

自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)(AFS)的基本功能包括：

*前照燈自動校平系統(tǒng)：在車輛傾斜的情況下保證燈光與路面呈水平狀態(tài)，前照燈自動校平系統(tǒng)根據(jù)傳感器的一系列數(shù)據(jù)，尤其是從前后車軸傳來的懸架壓縮數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)各車燈的角度。
*改變車燈光束的方向：自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)通過對氙氣前照燈實(shí)施電子控制來改變車燈光束的方向，從而使光線的分布與車輛的轉(zhuǎn)向角相適應(yīng)，以便于迎面而來的轉(zhuǎn)彎和岔路口—尤其是司機(jī)的凝視點(diǎn)—能夠得到最佳的照明。研究表明，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時，旋轉(zhuǎn)前照燈光束能使司機(jī)凝視點(diǎn)的照明度提高300%。

自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)的基本構(gòu)成包括：
1. 兩臺步進(jìn)電機(jī)，分別控制大燈在水平和垂直方向的轉(zhuǎn)動；
2. 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動及轉(zhuǎn)換器件；
3.電子控制單元(ECU)；
4. 安裝大燈的結(jié)構(gòu)件；
5. 傳遞控制信號以及采集傳感器數(shù)據(jù)的LIN總線，還有將傳感器數(shù)據(jù)傳遞給其它控制單元的CAN總線。

目前，在控制、傳感和驅(qū)動方面，以AMI Semiconductor公司為代表，已經(jīng)推出了AMIS-30621及AIMS-30623步進(jìn)電機(jī)控制器集成電路，它們能夠直接安裝于自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)機(jī)電一體化模塊之中，通過LIN總線接口，既節(jié)省了布線成本，又擁有更好的電磁兼容性能。

Vishay Intertechnology公司推出的新型環(huán)境光感應(yīng)器，通過對外部環(huán)境光的感應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)汽車前照燈的閉環(huán)控制。在汽車照明控制的ECU和車燈之間，需要采用MOSFET驅(qū)動器，為了防止輸出過載的情況下，Supertex公司推出一款變頻PWM控制器IC—HV9930，它可以實(shí)現(xiàn)電流限制，并通過電容隔離措施保護(hù)LED燈不受MOSFET開關(guān)失效的影響，適合于具備低壓直流輸出的汽車LED燈。

在LED前照燈方面，斯坦利電氣與德國海拉公司(Hella)聯(lián)合開發(fā)了將4個大型LED芯片封裝成一個大功率白色LED模塊的方案，每個白色LED模塊發(fā)出140流明亮度的光束，預(yù)計(jì)2008年前后將達(dá)到并超過HID燈的發(fā)光效率。

日本小絲制作所推出的前照燈配備有11個白色LED模塊，包括近光燈6個，遠(yuǎn)光燈時追加5個，近光燈點(diǎn)亮?xí)r的光束為800流明～1000流明，這種前照燈具有AFS功能，在彎道行駛時燈光照射角度轉(zhuǎn)向汽車轉(zhuǎn)彎方向，前照燈中部是可以轉(zhuǎn)動的。

此外， Avago和Lumileds推出三款了中等功率發(fā)光二極管產(chǎn)品—Envisium Power，該產(chǎn)品的主要應(yīng)用之一就是前轉(zhuǎn)向燈和車后組合轉(zhuǎn)向燈。Osram Opto Semiconductorvs公司則推出了集內(nèi)部和外部照明于一體的LED照明模塊，目標(biāo)是增強(qiáng)汽車的色彩和設(shè)計(jì)總體效果。Nichia甚至宣布，2007年將推出150流明/瓦的LED。

上述情況表明，LED作為前照燈在提高汽車行駛安全性領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)具備大規(guī)模普及的基本條件。

智能驅(qū)動和控制技術(shù)：汽車LED照明市場的競爭熱點(diǎn)

在汽車照明系統(tǒng)中，高亮度LED(HBLED)具有廣闊的應(yīng)用前景(圖1)，它將使汽車照明更為智能化，為駕駛提供更多的安全，為汽車設(shè)計(jì)和消費(fèi)者帶來更多色彩斑斕的變化。

圖1  LED在汽車中應(yīng)用的布局圖

自適應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)(AFS)為汽車根據(jù)環(huán)境的變化調(diào)整光線提供了一定程度的智能。早期的AFS采用的是氙氣燈，目前，開發(fā)自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)的公司包括：Hella、Valeo和Visteon等等，隨著LED模塊亮度的大幅度提高，他們已經(jīng)開始采用LED作為前照燈的光源。在美國，SAE標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)批準(zhǔn)將LED作為前照燈主要照明功能器件，歐洲可能最晚要到2008年才能由歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(ECE)批準(zhǔn)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

由于AFS的控制涉及的主要控制參數(shù)包括：道路彎度、道路類型、天氣條件和駕駛員的需求，基本控制問題是何時調(diào)整光線的方向和亮度？如何優(yōu)化彎道與汽車傾斜度之間的關(guān)系？

AFS完全依賴軟件算法實(shí)現(xiàn)電控，以往的開發(fā)過程中，車廠和AFS開發(fā)商之間要做長期的配合測試才能獲得第一手?jǐn)?shù)據(jù)，這種做法已經(jīng)難以滿足快速上市的需求。為了優(yōu)化AFS的控制算法，在LED車燈設(shè)計(jì)方面，德國Brandenburg公司提供一種稱為LucidShape的AFS仿真系統(tǒng)(圖2)。

圖2 稱為LucidShape的AFS仿真系統(tǒng)

LucidDrive是其中的一種夜間駕駛仿真工具，通過該工具可以分析汽車前照燈在真實(shí)路況中的性能，設(shè)計(jì)人員只要選擇對測試路徑、載荷、前照燈光束的位置進(jìn)行設(shè)置之后，就可以開始仿真。在仿真過程中，你可以切換不同的燈組，并在駕駛過程中實(shí)時觀察其影響，從而直接對各種前照燈設(shè)置進(jìn)行比較，優(yōu)化控制算法。LucidDrive支持動態(tài)選擇汽車的前照燈、發(fā)光的參數(shù)和駕駛時的觀察位置，所有的變化造成的影響可以立即反映出來，其中，還包含各種測試路面的模式，用戶可以隨時作出改變。通過反復(fù)測試，可以設(shè)計(jì)出光學(xué)性能優(yōu)良、符合駕駛各種駕駛條件和適應(yīng)各種路面狀況的AFS光機(jī)電一體化系統(tǒng)。

目前，支持自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)控制需求的半導(dǎo)體公司包括： Freescale、ST、ADI、AMIS、Hitachi、Melexis、Xilinx、Microsemi等公司，提供功率驅(qū)動器件MOSFET的公司則有ST、IR、Fairchild等公司?？刂魄罢諢艮D(zhuǎn)動的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和控制集成電路的放置有兩種方案：一是直接驅(qū)動，通過位于車內(nèi)的中央控制單元(ECU)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制；二是機(jī)電一體化驅(qū)動，通過采用高度集成的單芯片產(chǎn)品，把芯片直接安裝于自適應(yīng)轉(zhuǎn)向大燈系統(tǒng)機(jī)電一體化模塊之中。其中，模塊化設(shè)計(jì)由于使前照燈組件的維修保養(yǎng)方便，因而代表著未來的一個發(fā)展趨勢；但是，機(jī)電分離方案也有好處，那就是方便對機(jī)電部分分別進(jìn)行選配和實(shí)現(xiàn)升級。

AFS是高度光、機(jī)、電一體化的系統(tǒng)，其智能驅(qū)動和控制技術(shù)建立在軟件算法和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，采用混合信號設(shè)計(jì)技術(shù)，把控制器集成到功率驅(qū)動器件之中，是一個值得關(guān)注的技術(shù)趨勢。

最后，由于LED本身具有豐富多彩的色彩表現(xiàn)力，因而將賦予汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師以極大的創(chuàng)新動力，可以預(yù)見，隨著LED在汽車前照燈中獲得普及應(yīng)用，基于自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)的智能驅(qū)動和控制技術(shù)必將為汽車行駛安全帶來革命性變化，并對整個汽車和汽車電子行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。