自適應前照燈系統論述

李大航， 鄭志軍， 李運飛， 張啟宇， 龔和明

（上汽大眾汽車有限公司， 上海 201805）

1 AFS系統研發背景

傳統的前照燈系統主要由近光燈、 遠光燈、 日間行車燈 （簡稱日行燈）、 位置燈和前霧燈組合而成。 當車輛行駛在照明效果較好的城市道路時， 我們一般采用近光燈進行照明； 當車輛行駛在昏暗的鄉村道路或者是高速公路時，我們一般采用近光燈和遠光燈組合形式進行照明； 當車輛在霧天等惡劣天氣中行駛時， 我們需要打開霧燈功能； 當車輛在白天行駛時， 日行燈會被打開 （ECE標準）。 但是，在我們實際的使用中， 傳統的前照燈系統往往存在著很多問題， 比如， 在一些交通狀況比較復雜的城市路段， 可能由于僅僅使用近光照明無法很好地看清周邊的情況， 因此很多駕駛員就會把所有能打開的燈光都打開， 包括近光燈、遠光燈， 甚至是霧燈， 這樣就會嚴重影響其他駕駛員的正常駕駛， 造成很大的安全隱患。 當然， 這種傳統的照明系統在車輛進行轉彎時， 轉彎側會存在一個很大的照明暗區，駕駛員無法看到彎道上照明暗區的東西， 這將嚴重影響駕駛員在轉彎時對彎道上人員、 障礙物等的判斷。 車輛在霧天、 雨天等惡劣天氣的狀況下行駛時， 如果前照燈的光線照射到地面積水處， 光線就會被反射出去， 這樣很容易照到來車駕駛員的眼睛， 造成炫目， 存在嚴重的駕駛安全隱患。 歐洲汽車照明研究機構曾對此做過專項調查， 調查結果顯示， 歐洲駕駛員們最希望改善的是陰雨天氣積水路面的照明， 排在第二位的是鄉村公路的照明， 接下來依次是彎道照明、 高速公路照明和市區照明。

上述種種問題的存在， 促使汽車廠商和燈具廠商不得不考慮研發一種新型的智能前照燈系統， 以便給客戶帶來更好、 更智能的照明效果， 使出行更安全。 在這種環境下，自適應前照燈系統應運而生。

2 靜態AFS系統的實現

到目前為止， 各大車燈供應商以及整車公司均在AFS領域內進行了廣泛而深入的技術研究。 當然， 不同的廠商AFS實現的方式不盡相同， 但設計思路和原理基本類似。因此， ECE對幾種典型的AFS照明模式修訂在法規中。

2.1 C模式基礎近光模式

C模式基礎近光模式即普通的近光燈， 如圖1所示。 在該模式下， AFS系統具有自動開啟關閉近光燈的功能， 該功能主要是通過擋風玻璃上方的光線傳感器檢測外部光線的強度， 并將光線的強度信號發送給汽車的主控制器， 主控制器對前照燈發出相應的指令， 從而控制前照燈作出相應的動作。 比如， 汽車在穿越一個很長的隧道， 光線傳感器檢測到照明條件不足時， AFS系統會自動打開近光燈；當汽車慢慢駛出隧道口時， 隨著外部環境越來越亮， 光線傳感器檢測到照明條件充足時， AFS系統會自動關閉近光燈功能。

圖1 基礎近光模式照明

2.2 V模式城鎮模式

一般情況下， 城鎮道路比較復雜， 人流車流比較密集，這就要求汽車照明的范圍要大。 當然， 由于城鎮中路燈比較多， 光線相對比較明亮， 這種情況下， 對汽車照明距離的要求就不是很高了。

傳統的照明或者基礎模式的近光的照射范圍一般比較狹長， 一方面會造成道路兩旁的照明不足， 駕駛員無法對道路兩旁的行人或其他障礙物進行正確判斷； 另一方面，照射距離較遠容易引起炫目， 尤其是在車流人流量比較大的城市中。 研究表明， 在兩車會車時， 如果射向對面駕駛員的光強超過1000cd， 這時候對面駕駛員的眼睛就會處于一個非常嚴重的炫目狀態， 這將嚴重影響駕駛員正常駕駛，發生交通事故的概率會增高。 所以AFS系統對傳統的照明進行了修正， 將原有照明區域適當縮短， 同時拓寬道路兩側的照明范圍， 如圖2所示。

圖2 AFS系統的城鎮模式照明

城鎮模式的控制主要是通過光線傳感器來完成的。 車速一般低于60km/h （有些車輛的速度會設置為40km/h）， 車速的設置主要取決于整車車身控制器的參數設置。 當光照強度達到設定的光強閾值， 車速也在規定的范圍之內， 城鎮模式就會自動被激活。

2.3 E模式高速模式

E模式主要應用在高速公路上， 因為車輛在高速公路上行駛的速度比較快， 所以需要的照明比普通照明照得更遠。AFS系統的高速模式照明如圖3所示。

圖3 AFS系統的高速模式照明

當車輛在高速公路上行駛， 并且車速高于60km/h （不同車輛的速度設置不同， 具體速度值的設置可通過修改車身控制器的參數來實現） 時， AFS系統會自動抬高近光燈的水平高度， 使光照得更遠， 提高駕駛的安全性。

2.4 W模式惡劣天氣模式

W模式主要應用在陰雨天氣， 由于陰雨天氣地面會有大量的積水， 積水會把近光燈照射到地面上的光線反射到對面來車駕駛員的眼睛里， 造成對面車輛駕駛員炫目， 影響正常駕駛， 增加了事故發生的可能性， 如圖4所示。 有調查表明， 大約84%的駕駛員認為， 雨天夜晚由于地面積水反射而來的光線比對面車輛直射而來的光線更加容易造成炫目。

圖4 雨天積水路面發射炫目示意圖

W模式開啟的條件是， 當雨量光線傳感器檢測到下雨時， 或者雨刮器連續工作2min （時間可根據需求設定）， 傳感器會將相應的信號發給AFS系統， AFS系統接收到雨天信號后會自動開啟惡劣天氣照明模式。 而且， 為了避免由于路面積水反射光線造成的炫目現象， W模式大大縮短了照射距離， 同時增加了左右照射范圍。 一般來說， 普通近光燈的照射距離是25m， AFS系統的W模式會將近光燈的照射距離縮短到15m甚至更短， 如圖5所示。

圖5 AFS系統的雨天模式照明

3 動態AFS系統的實現

3.1 動態AFS系統的轉彎照明

動態AFS系統的組成包括 “系統控制” （即BCM控制器）、 一個或多個 “輸入和操作裝置” （即AFS主控制器和AFS子控制器）， 以及車輛左右側的安裝單元 （即前照燈內部的控制單元）。 動態AFS系統控制如圖6所示。

圖6 動態AFS系統控制

當車輛需要轉彎時， 方向盤的轉角信號會發送給車身控制器， 車身控制器會將該信號傳送給AFS系統， 如果AFS系統檢測到方向盤轉動的角度超過某個設定的值， 且此時的車速不超過30km/h， AFS系統會通過Master發出相應的指令給左右兩個Slave控制器， 左右兩個Slave控制器分別將轉向以及需要轉動的角度發給左右的Motor， 從而完成彎道照明， 如圖7所示。 轉動的角度一般為向內側最大轉動7°， 外側最大轉動15°。

圖7 動態AFS系統轉彎照明

3.2 AFS系統的MDF （Maskiertes Dauer Fernlicht） 功能

AFS系統的MDF功能主要由前部攝像頭、 主控制單元以及前照燈內部的控制單元組成， 如圖8所示。

圖8 MDF控制原理

MDF功能工作的過程主要是， 通過Camera檢測到不同的路況信息， 將這些信息傳輸給中央控制單元ECU， 中央控制單元ECU會發送相應的指令給燈光控制器， 燈光控制器通過控制前照燈內部的步進電機轉動， 帶動相應的轉轂轉動， 根據轉轂表面的不同形狀， 投射出不同的的光型。

當前方有一輛正在行駛的車輛時， 如圖9所示， 控制器會通過轉轂的轉動， 將前方車輛周圍的光照遮擋， 避免由于前車后視鏡反射光線進入駕駛員的眼睛， 同時保證周圍其他地方的照明正常， 從而提高駕駛安全性。

圖9 前方行駛車輛時MDF功能

當對面有來車行駛時， 如圖10所示， MDF功能也會將來車周圍的光線遮蔽， 避免燈光對來車駕駛員造成炫目。隨著來車越來越接近， 左側截止線會越來越低， 也就是被遮蔽的光線越來越多， 當來車駛出光線區域時， 前照燈會自動恢復到正常的照明狀態。

圖10 會車時MDF功能

MDF功能能夠檢測到來人或者其他危險物體， 前部攝像頭發現前部有來人或其他物體 （不發光） 時， 會自動抬高光照， 讓駕駛員能夠清楚地發現來人或者危險物體， 避免事故發生。 路邊物體檢測如圖11所示。

4 總結和展望

隨著汽車燈光控制的發展， 對AFS系統的要求越來越高， 既要求在前方駕駛員區域進行有效而充分的照明， 同時又要盡一切可能減小對來車駕駛員所造成的炫目影響，還要在不同的情況下自動切換不同的模式以適應當前路況。本文針對AFS系統兩個不同的方面進行了論述， 詳細講述了靜態AFS系統和動態AFS系統的各種模式以及實現方式，為了能更好地實現AFS系統的價值， 給客戶在每種不同的路況下都能帶來更優質的照明， 靜態AFS和動態AFS的混合使用， 相互取長補短， 將會成為未來AFS系統的一個方向。