汽車自適應前照燈的功能設計及實現(xiàn)

　　介紹自適應前照燈系統(tǒng)(Adaptive Front-lighting System，AFS) 的產(chǎn)生背景、國內(nèi)外發(fā)展概況;詳細分析AFS 的6 種不同的照明模式:默認照明模式、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)行機構(gòu)4 部分組成。通過對AFS 的理論闡述和實踐分析，為國內(nèi)在AFS技術上的進一步發(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)，人們對前照燈的各方面要求越來越高，然而傳統(tǒng)的前照燈只具有近光和遠光2 種固定照明模式，不能滿足客戶需求。

　　如汽車在轉(zhuǎn)彎時，由于傳統(tǒng)前照燈的照明角度限制，存在照明暗區(qū)，會影響司機對彎道上障礙物的判斷;雨天行駛時，地面的積水會反射迎面車輛前照燈的光線，造成司機眩目等。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)境的變化適時自動地調(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 號項目，歐洲的各大汽車公司和美國、日本的部分公司都參與了此項目。2003 年，意大利瑪涅蒂馬瑞利車燈公司在汽車上安裝了動態(tài)調(diào)節(jié)燈，為AFS 奠定了基礎。法國的VALEO 也開發(fā)了自己的AFS。德國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、奧迪A8、凌志R 系列等，已經(jīng)加裝了部分功能的AFS 系統(tǒng)。國內(nèi)在AFS 上起步較晚，上海小糸車燈有限公司、沈陽北方汽車大燈自動轉(zhuǎn)向器廠和天津歐華汽車研發(fā)中心等一些機構(gòu)在進行自主研發(fā)，但還沒有批量生產(chǎn)，也缺乏核心知識產(chǎn)權(quán)。由于歐美國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)境的變化主動對前照燈做出調(diào)整以適應環(huán)境。下面將針對不同的環(huán)境分6 種照明模式對AFS 的功能進行詳細闡述。

　　1. 1 默認照明模式

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

　　1. 2 高速公路照明模式

　　當汽車在公路上行駛發(fā)現(xiàn)危險時，司機的第一反應就是制動，司機發(fā)現(xiàn)緊急情況到剎車發(fā)生制動作用的這段時間稱為反應時間，反應時間內(nèi)車輛以初始速度行駛的距離稱為反應距離，從剎車發(fā)生制動作用直至汽車停止這段時間內(nèi)車輛行駛的距離稱為制動距離，反應距離和制動距離都與汽車的初始速度成正比。剎車距離為反應距離與制動距離總和，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，車速很快，車輛密度相對較低且側(cè)向干擾較少，所以要求前照燈照得更遠、更窄，且要求車速越高，光型越長，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。當車輛進入高速公路且速度> 70km / h時，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現(xiàn)。而且隨著車速的加快，近光燈也會調(diào)得越高，以保證能在安全剎車距離之外發(fā)現(xiàn)危險。圖1 為進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 工作時車輛的照明效果明顯比未工作時好。

圖1 AFS 高速公路模式對比圖。

　　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，車身傾斜對前照燈照射俯仰角度影響很大。

圖2 車身傾斜對照明產(chǎn)生的影響

　　是否進入鄉(xiāng)村照明模式由光敏傳感器和車身高度傳感器或GPS 來判斷。以右行國家為例，當汽車進入鄉(xiāng)村時，左右近光燈的驅(qū)動功率均增大，從而增加亮度以補充照明，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