基于環境的可調亮度汽車自適應前照燈系統

蘭金耀 楊才生

摘 要：文章針對目前汽車照明系統未充分考慮周圍環境的光線強度而造成的車燈亮度單一，未能較好的滿足節能性與安全性，提出了一種基于環境的亮度可調節汽車智能前照燈系統。該系統依據車速和光照強度來初步判斷汽車當前所處的環境，并基于當前環境下的光照強度對前照燈的照明亮度進行調整，在達到照明要求的同時，兼顧節能與減少光污染的作用。

關鍵詞：汽車自適應前照燈系統;可調亮度;駕駛環境

中圖分類號：U463.65 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）12-57-03

Abstract： The current automotive lighting system does not consider the light intensity of the surrounding environment， and the brightness of the lamp is single. It fails to balance energy conservation and safety. An environment-based brightness adjustable automotive intelligent headlight system is proposed. The system preliminarily judges the current environment of the automotive based on the vehicle speed and the light intensity， and adjusts the illumination brightness of the headlight based on the light intensity in the current environment， and achieves the lighting requirements while taking into consideration the effects of energy saving and light pollution reduction.

Keywords： Adaptive Front Lighting System; Brightness Adjustable; Driving Environment

CLC NO.： U463.65 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-57-03

前言

隨著汽車產業的快速發展，安全、節能逐漸成為汽車發展的趨勢，考慮到夜間行車的安全問題，汽車照明系統也得到了較快的發展。傳統汽車的照明模式單一，亮度及角度未能較好依據汽車行駛狀態及行駛環境自適應調節，該種照明系統已不能滿足新的道路照明要求，同時傳統照明模式帶來的照明盲區及眩光等易于造成駕駛員視覺疲勞，嚴重降低了夜間行車的舒適性和安全性[1]。明系統的出現在很大程度上改善了上述問題，不同的照明范圍及遠近光一體切換等功能，提高了夜間駕駛的安全性[2]。

近年來，國內外對智能前照燈系統開展了大量研究，智能前照燈可以根據車輛本身的運動狀態而調整照明狀態[3]。為彌補夜間存在的照明不足問題，智能前照燈系統可依據車速及方向盤轉角等實現車燈的左右及垂向轉動，已達到更好的照明效果[4]。目前智能前照燈系統仍存在照明亮度單一、視距較短、未能隨環境自適應調整等問題，本文提出一種提出了一種基于環境的亮度可調節汽車智能前照燈系統，可依據不同的行駛環境工況，實現亮度調節[5]。

1 可調亮度的AFS系統功能介紹

本文介紹的基于環境的可調亮度汽車智能前照燈系統，為前照燈系統存在的車燈亮度單一、視距較短、不能隨外界環境的變化自動調節亮度等問題提供了解決思路。該系統由感知模塊、控制模塊及驅動模塊等構成。首先依據感知模塊中的車速傳感器、光敏傳感器對當前汽車行駛速度與環境光照強度進行采集;然后結合車速信息判斷當前車輛的行駛狀態，綜合考慮道路環境信息，將其劃分為低速復雜工況、中速城市工況及高速簡單工況;其次根據環境強度信息對當前汽車所處環境的亮度進行判斷;最后，控制模塊依據當前車輛行駛工況及環境亮度計算出當前所需的照明亮度，并由驅動模塊對車燈亮度進行調節，實現自適應前照燈系統車燈亮度的自適應調節。

本文提出的基于環境的可調亮度汽車智能前照燈系統該系統存在以下顯著效果：

（1）在地庫、停車場、十字路口等復雜路況下，可以減少光污染，對行人及其他車輛的光照影響顯著降低。

（2）在城市道路、隧道、橋洞等路況下，通過前照燈亮度的自動調節，可滿足汽車節能的要求，并可以減少對其他車輛駕駛員的眩光危害。

（3）在高速公路、高架橋等路況下，通過前照燈亮度的自動調節，為駕駛員提供更亮更遠的照明效果，并且在對向來車或跟車行駛時自動降低前照燈亮度，提高夜間駕駛安全性。

2 可調亮度的AFS系統結構設計

亮度可調節AFS系統的結構主要由感知模塊、控制模塊及驅動模塊等構成，首先依據感知傳感器中的車速傳感器、光敏傳感器對車輛的行駛信息及所處環境光照強度信息進行采集;然后將該信息傳輸至控制模塊進行判斷分析，并將光照強度信號輸送至驅動模塊，對前照燈的亮度進行調節。其總體結構如圖1所示。

光敏傳感器利用半導體的光電效應，可將光照強度信號轉變為不同的電信號，因此選用光敏傳感器探測汽車行駛環境的光照強度信息。綜合考慮經濟性及可靠性，選用GL4526型號的光敏電阻，光敏傳感器電路圖如圖2所示。

通過對LED前照燈的恒流驅動和PWM調光實現前照燈的亮度調節，并基于此對控制芯片及驅動電路進行了選型設計，選取Maxim公司的MAX16831芯片為控制芯片，并設計了驅動電路。LED前照燈驅動電路如圖3所示。

3 可調亮度的AFS系統程序設計

基于環境的亮度可調節的汽車智能前照燈的調節方法，其程序設計方法如圖4所示。

首先，基于感知模塊采集的車速信息預估當前車輛的行駛環境工況，并結合其路況的復雜程度將其劃分為低速復雜工況、中速城市工況以及高速簡單工況[6]。對于地庫、停車場、十字路口等行人車輛較多，且汽車行駛速度小于30km/h的行駛環境工況定義為低速復雜工況;對于有照明條件的城市道路、隧道、橋洞等具有一定照明條件，且汽車行駛速度小于60km/h的行駛環境工況定義為中速城市工況;對于高速公路、高架橋等道路狀況較好，且行駛速度大于60km/h的行駛環境工況定義為高速簡單工況。

其次，依據光敏傳感器采集的環境亮度信息對當前汽車所處環境的亮度進行判斷，并依據法規GB5920-2008及ECE R123計算出當前行駛環境工況下的照明亮度[7]。最后，通過主控模塊將當前汽車行駛環境亮度與最佳照明亮度進行對比，通過PID的控制方法，實現前照燈的自適應亮度調節，在兼具節能性與安全性的前提下，達到最優的照明效果[8]。

4 結論

本文針對當前汽車照明中存在的車燈亮度單一、視距較短、不能隨汽車行駛環境工況的變化自動調節亮度等問題，創新性地提出了一種基于環境的亮度可調節汽車智能前照燈系統，并對具體介紹了該系統的工作原理，同時設計了光敏傳感器電路及LED燈驅動電路。但是考慮到篇幅以及本文作者知識的局限性，目前只能做出一個較為簡潔的系統介紹。

希望文章可以對自適應前照燈系統的發展有著積極的促進作用，可以讓汽車照明亮度調節應用到更多的車輛上，真正的做到科技為人服務的目的，為汽車行業的發展做出貢獻。

參考文獻

[1] 鄭志軍.智能前照燈系統的發展[J].中國照明電器，2006（06）：8-11.

[2] 羅德智，牛萍娟，郭云雷，劉雷，孫玉楷.汽車前照大燈智能化的現狀與發展[J].照明工程學報，2017，28（05）：72-78.

[3] 高小靜.自適應前照明系統的研究[D].北京理工大學，2016.

[4] 劉新良，遲永濱.汽車AFS頭燈隨動轉向規律研究[J].機械設計與制造，2011（08）：131-133.

[5] 孟昭軍，魏生越，張祥軍，薄化鋼.汽車智能LED前照燈照明系統算法研究[J].燈與照明，2015，39（01）：30-33.

[6] 劉永斌.多種路況下智能前大燈控制系統研究[D].河南科技大學，2018.

[7] 卜偉理. AFS（前照燈自適應）系統相關法規的研究分析[D].上海交通大學，2009.

[8] 孟昭軍，魏生越，張祥軍，薄化鋼.汽車智能LED前照燈照明系統算法研究[J].燈與照明，2015，39（01）：30-33.