基于ADB系統的遠光分布調光策略研究

郭萬強

摘 要：針對ADB系統運行時，遠光燈形成的陰影區域大于實際攝像頭檢測區域，從而導致視覺暗區的問題，提出了一種基于ADB系統的遠光分布調光策略。主要以14個分段式LED構成的ADB系統為研究對象，根據遠光燈的光強分布和LED之間的關系，總結出一種通用的分段式LED調光方法，并且通過Simulink的建模和仿真，驗證了調光策略的可行性和準確性。最后通過dSPACE硬件在環實物仿真，再次驗證了策略的可靠性。關鍵詞：ADB;調光策略;Simulink;dSPACE中圖分類號：U463.65 ?文件標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2019）01-111-04

Dimming Strategy Research Based on High Beam Light Distribution of ADB System

Guo Wanqiang

（Magneti marelli auto parts （wuhu） co.， LTD. Shanghai branch， Shanghai 201208）

Abstract： Aimed at the problem that the shadow area of the high beam is larger than the actual camera detection area， which leads to dark region in visual when ADB system works. This paper presents a dimming strategy based on high beam light distribution of ADB system. It mainly regards 14 led segments ADB system as research object， according to the relationship between light intensity distribution and LED， summarize a general led segments dimming strategy. It also uses Simulink tool to build model and simulate， verifies the feasibility and accuracy of the dimming strategy. It's simulated through dSPACE in the ring at last， verified the reliability of the strategy again.Keywords： ADB;?Dimming strategy;?Simulink;?dSPACECLC NO.： U463.65 ?Document Code： B ?Article ID：?1671-7988（2019）01-111-04

1 前言

自適應遠光燈（Adaptive Driving Beam，簡稱ADB）是一種智能防眩目遠光燈系統。它主要是在自適應前照燈系統（Adaptive Front Lighting System，簡稱AFS）的基礎上，增加了防炫目的功能。通過攝像頭感知前方的目標物，然后實時計算并且控制遠光模組中LED顆粒的亮度，避免對前方的車輛或者被遠處的道路標示造成炫目。其基本原理是：攝像頭感知目標物，實時輸出目標物的位置信息至ECU，ECU根據目標物的位置，將與之對應的LED熄滅。當目標物遠離后，LED重新點亮^[1]。

對于分段式的LED遠光燈模組而言，每個LED對應一個遠光分區，多個遠光分區組成整個遠光分布。因為遠光區并不是連續可控（即根據目標物位置，滅掉對應的遠光分布區間），所以只能直接滅掉目標物位置對應的所有LED，如此，勢必造成陰影區過大，從而導致視覺暗區。因此，可采取一定的調光策略，補償陰影區過大的問題。

2 ADB功能系統平臺簡介

dSPACE MicroAutobox實時仿真系統是由德國dSPACE公司開發的一套基于Matlab/Simulink的控制系統開發及測試的工作平臺，實現了和Matlab/Simulink的完全無縫連接。AutoBox實時系統是具有高速計算能力的硬件系統，同時還具有CAN和LIN接口，擁有方便易用的實現代碼生成/下載和試驗/調試的軟件環境，很好解決控制系統開發中的兩大問題：快速原型（RCP）和硬件在回路仿真（HILS）^[2]。

一種具有ADB功能的前照燈系統框圖如圖1所示，Autobox采用DS1401平臺。整個系統使用3路CAN和兩路LIN與外圍的ECU和攝像頭通信，實現算法輸入和控制輸出。Autobox的CAN1連接ECU1和ECU2，通過ECU控制驅動近光燈，電機和輔助轉向燈。CAN2和CAN3實現攝像頭與Autobox之間數據的通信，并且通過網關，實現BCM和攝像頭之間的通信。LIN1通過ECU3控制左遠光燈，LIN2通過ECU4控制右遠光燈。

利用dSPACE提供的RTI實時接口，可以將Simulink框圖生成實時代碼并自動下載到Autobox中，控制系統運行，同時也可以在ControlDesk軟件中實時監測模型參數，驗證算法的準確性。此外，也可以通過CAN1發送一些運行參數，使模型在脫離ControlDesk的情況下，改變模型的運行狀態，驗證算法的準確性^[3]。

圖2所示為攝像頭檢測到目標物在-3°到0°之間的LED遠光分布實景圖，由于遠光區并不是連續可控，所以導致陰影區過大。為此可以采用Simulink建模設計相應的調光控制算法，仿真通過后，下載到Autobox進行硬件在環仿真，最后將算法集成到ECU，實現產品化。

3?策略分析與設計

遠光燈的光強分布一般都是中間強，兩邊弱，具有對稱性^[4]。由圖1所知，Autobox通過LIN調節遠光燈的電流占空比PWM，實現光強的控制。PWM值越高，光強越大，一種光強分布曲線如圖3所示，遠光的分布范圍為[-20°，20°]，光強分布為中間強，兩邊弱。

一種LED遠光分布示意圖如圖4所示，LM為左遠光燈的LED遠光分布，一共7個段（Segment），從左到右分別為LED1到LED7，RM為右遠光燈的LED遠光分布，一共7個段，從左到右分別為LED1到LED7，每個LED的遠光分布范圍如表1所示。

假設攝像頭檢測到的目標物區間是[-2°，1°]，由于光區并不是連續可控，所以LM只能滅掉LED3、LED4和LED5，RM只能滅LED3、LED4和LED5。滅掉的遠光區間是大于實際檢測的目標物區間。為了避免陰影區過大，可以調節相鄰的LED，進行補償。這里的關鍵之處在于如何補償，補償多少。觀察圖4可知，可以結合LM和RM將Segment劃分為更多的Sub Segment，通過Sub Segment和光強分布曲線，確定補償量。調光策略的主要流程圖如圖5所示。具體策略應用步驟如下所示：

步驟1：首先根據實際提供的LM和RM的遠光分布區間，進行子區間Sub segment的劃分。首先，將左邊的區間和右邊的區間的最大范圍進行合并。比如，左邊的遠光分布范圍為[-a1，?b1]，右邊的遠光范圍為[-a2，b2] ，且-a1<-a2，b2>b1，則合并后的遠光分布范圍為[-a1，b2]。然后，以所有的Segment邊界為新的邊界，重新劃分[-a1，b2]的區間，得到更多的Sub segment。將每個Sub segment的范圍作為元素存入x行2列的矩陣MxbSegEdgeMap中。x表示細分的Sub segment有x段。

步驟2：根據步驟1的子區間范圍，構造出LM和RM的Segment與子區間關系的矩陣MxbLedSegMap，該矩陣為2*m行，n列。n為等于步驟1中x的值。對于LM而言，矩陣中每行的值構造的原則是，令其等于Segment對應的序號（Segment1對應的序號為1，依此類推）。若第一行的某個位置有多個Segment對應，則另起一行，直至完成所有Segment與子區間之間的對應關系，最終行數為m。RM的行構造原則與LM相同。

步驟3：ADB系統在檢測到目標物的時候，會形成相應的陰影區域。構造兩行x列的矩陣MxbSegStatus，第一行代表LM的Sub segment狀態，第二行代表RM的Sub segment狀態，初始值設置為100，即假設所有Sub segment的亮度都是最大。然后根據陰影區域與步驟1中形成的LM和RM 的Sub segment關系，將陰影區域所在的Sub segment值設置為0。

步驟4：為LM和RM分別構造一個1行Num列（Num為實際使用的左或右遠光燈中Segment個數）的矩陣MxbLedStatus，并且全部初始化為100，表示LM和RM的所有Segment亮度都為最大。遍歷MxbSegStatus中所有Sub segment的狀態，如果有一個Sub Segment為0，則將與該Sub segment對應的Segment設置為0。

步驟5：構造一個與MxbLedSegMap行列數相等的矩陣MxbSegLedMapAct，所有的值初始化為0。遍歷MxbLed?SegMap中的每一個值，如果其大于等于1，且小于等于Num，同時MxbLedStatus中對應的Segment狀態不等于0，則將MxbLedSegMap的值復制到MxbSegLedMapAct。

步驟6：構造一個與MxbLedSegMap列數相同的一維矩陣MxbSegLedCnt，并且初始化所有的值為0。遍歷MxbSegLedMapAct矩陣，分別統計每個對應Sub segment有效狀態的數量。當MxbSegLedMapAct中元素值大于等于1，且小于等于Num為有效。

步驟7：由于實際的法規和配光的原因，HB的光強分布不是相同的，一般來說，中間強，兩邊弱。這里首先定義一個兩行多列的矩陣MxbIntLayout。第一行為Segment的角度分布，第二行為對應角度分布的光強，范圍為0～100。由于實際的Sub Segment的角度范圍會根據Segment的數量或者模組的變化會不同，所以計算步驟1中MxbSegEdgeMap每個Sub segment的中心角度，然后利用一維插值的方式，得到MxbSegEdgeMap每個Sub Segment的中心角度對應的光強MxbSegLedInt（seg），seg對應Sub segment的標號。

步驟8：計算每個Segment的強度，取值范圍為0～100。首先計算每個Sub segment的調光因子SegFactor，這里可以根據實際情況采取不同的計算方式。這里假設SegFactor?=（（ 4.0 / （MxbSegLedCnt（seg））） / 2.0），MxbSegLedCnt為有效的Sub ?segment數量，seg同樣對應的Sub segment標號。然后遍歷MxbSegLedMapAct矩陣，根據步驟7得到的每個Sub segment理論光強分別值，計算每個LED Segment對應實際Sub segment的光強，然后疊加到Segment實際輸出MxbLedInt（LED），其中LED為Segment的標號。如果MxbLedInt（LED）的值大于100，則設置為100，否則不變。

4?仿真設計與結果分析

Simulink構建的調光策略仿真圖如圖6所示，其中的Camera Simulate模塊用于仿真攝像頭的輸出，constOA_LT和constOA_RT模擬目標物的左右邊界。調光策略的內容主要封裝在Algorithm模塊中。模型在線仿真，手動修改目標物的邊界值，即可實時查看每個LED的電流占空比，驗證策略的正確性。設定MxbIntLayout=[[-200， -130， -80，-60， -40， -30， -20， 20， 30， 40， 60， 80， 130， 200]， [4， 5， 10， 30， 40， 40， 45， 45， 40， 40， 30， 10， 5， 4]]，? ? ??然后分別改變目標物Object的邊界，得到仿真結果如表2和表3所示。

其中LED1到LED7的值表示在不同的目標物時，對應LED的電流PWM值。PWM越高，光強越強。由表可見，當沒有目標物的情況下，LM和RM的光強分布類似于圖3所示曲線。當有目標物時，對應的LED滅掉，相鄰的LED亮度增強，補償過大的陰影。同時，可以根據實際情況，調整MxbIntLayout的預設值和策略中步驟8的調光因子公式，得到更加合適的補償強度。

5?結束語

介紹了一種基于ADB系統的遠光分布調光策略，該策略能夠有效補償遠光分布時，陰影區過大的問題。文中主要以14個LED的車燈模組為仿真對象，其同樣適應于更多段的LED模組。該策略最后通過dSPACE進行硬件在環仿真，驗證了算法的準確性和可靠性。

參考文獻

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