汽车自适应前照灯的功能设计及实现

　　若遇到起伏不平的路况，则AFS会根据前轴和后轴高度差的变化量来自动调整前照灯的投射俯仰角度，尽量使光轴回复到原先的水平状态，以能达到良好的照明效果，又不会对迎面车辆的司机造成眩目。前照灯需调整的投射俯仰角度可根据文献［5］算出。

　　1. 4 城市照明模式

　　对于城市公路来说，照明条件较好，且车流人流密度都明显增大，防止眩目就显得尤为重要。眩光分为直接眩光和反射眩光，这里主要为直接眩光。一般要求，在会车时，射向对面驾驶员的光照强度不要超过1 000cd。是否进入城市照明模式由光敏传感器和车速传感器或GPS 来进行判断。当光强达到阈值，且车速不超过60km / h时，城市道路照明模式便自动开启，左右近光灯的驱动功率均减小以降低亮度，且前照灯在垂直方向上会向下偏转一定角度，从而降低射进对面驾驶员眼中的光照强度。下图4 为进入城市前后的照明效果对比图。

图4AFS城市照明模式对比图

　　1. 5 弯道照明模式

　　当汽车在弯道上行驶时，因为前照灯的光线和车辆的行驶方向一致，所以不可避免会存在照明暗区，极易因为不能及时发现弯道上的障碍物而引发交通事故。是否进入弯道照明模式由汽车的方向盘转角传感器和车速传感器或GPS 来判断。当转向角超过12°并且车速超过30km / h 时开始工作，当转向角9°或车速 5km / h 时停止工作。当AFS获知车辆进入弯道时，前照灯会旋转一定角度，给弯道以足够的照明，效果对比图如图5 所示。为了正面照明的需要，AFS 并不是同时控制左右近光灯的，如果车辆向右转弯，则右灯向右侧旋转，如果向左转弯，则左灯向左侧旋转。同时，左右近光灯的最大调节角度也是不同的，对于交通法规规定靠右行驶的国家，右侧近光灯变化角度最大为5°，左侧为15°。

图5 AFS 弯道照明模式对比图

　　由1. 2 节高速公路照明模式分析可知，只有刹车距离在前照灯的照明区域内才能保证汽车的安全行驶，所以要求前照灯旋转后能照射到的弯道上的最大直线距离大于或等于刹车距离，由此不难得出前照灯需要旋转的角度φ 。如图6 所示，不难看出：

　　其中，x 为安全刹车距离，且x = Vt + S，V 表示初始车速，t 为反应时间，S 表示制动距离，R 表示弯道半径。

图6 前照灯旋转角度的计算

　　1. 6 恶劣天气照明模式

　　1. 6. 1 阴雨天气照明方式

　　阴雨天气时，地面的积水会将行驶车辆打在地面上的光线，反射至对面会车司机的眼睛中，使其眩目，如图7 所示。法国的一项民意调查表明，83% 的驾驶员认为，夜晚的反射眩光比直接眩光更令人感到不安，所以必须设法降低阴雨天气产生的反射眩光。

图7 积水反光造成眩目

　　由雨量传感器获得的数据即可判断当前是否下雨，并能够进一步获知雨量的大小。一般汽车前面距离为5 ～ 25m 的路面可以产生反射眩光，AFS 可根据雨量大小适当降低前照灯的高度，对此范围内的照度进行限制，从而避免反射眩光对车辆前方60m范围内的驾驶员造成眩目。

　　1. 6. 2 雾霾天气照明方式

　　雾霾天气时，前照灯光线产生漫射且前照灯上布满小水珠，使前照灯的亮度和穿透力降低，导致前方景像难以看清，司机的能见度很低，给交通带来很大不便。由雾传感器感知雾的大小和光敏传感器感知光线的强弱从而启动AFS。AFS 会提高前照灯的驱动功率和抬高前照灯的垂直高度，而且还会启动车灯清洗装置，冲洗前照灯上的小水珠，以增强前照灯光束的亮度和穿透力，从而提高前方道路的能见度与清晰度。

　　1. 6. 3 沙尘暴天气照明方式

　　沙尘暴天气和下雾天气情况类似，虽然此时不存在小水珠，但是在沙尘暴天气下会有大风，使前照灯上布满灰尘，且四周随时可能刮来不明物体。由风速传感器、颗粒物传感器和光敏传感器判断是否进入沙尘暴照明模式。这时，AFS 同样会提高前照灯的驱动功率和抬高前照灯的垂直高度，同时启动车灯清洗装置，洗净前照灯上的灰尘，此外，其中1 只前照灯会向外侧旋转一定角度以及时发现被风刮来的障碍物。

　　2 AFS 的实现方案

　　为了实现AFS 的功能，需要对AFS 的光源部分和控制部分分别进行研究。

　　2. 1 AFS 光源

　　传统的前照灯光源难以实现AFS 的全部功能，相对于传统AFS 的光源卤素灯或HID 灯，LED 明显的优势是体积小、重量轻，从而节省了非常有限的AFS 灯具内部空间，较轻的重量也减小了电机的使用功耗。此外，由于单个LED 功率太小，所以在LED前照灯的设计中，一般将很多个LED 排列起来组成1只前照灯，如图8 所示。如果对多个LED 进行不同的开关控制和旋转，就可实现AFS 功能模式所要求的不同光型，并且系统更加节能和可靠。福特公司的一款汽车就采用了基于LED 的AFS。这种基于LED的AFS 通过传感器采集环境信息并传至中央控制单元，中央控制单元将数据处理后去控制各个角度LED 的亮度，从而使得驾驶员能够更精确地掌握前方道路等周边信息，有效提高了驾驶的安全系数。

图8 用LED 作光源的AFS

　　2. 2 AFS 的控制方案及硬件组成

　　2. 2. 1 AFS 的控制方案

　　为了实现上述AFS 的各种照明模式，现提出如图9 所示方案。此方案中，AFS 由4 大部分组成，分别为传感器组、传输通路、处理单元和执行机构。此方案的基本思想是:中央处理器为实现汽车前照灯的自适应功能，需要首先通过传感器组采集光线、车速、转向、道路状况等信息，再由传输通路实时传输这些信息至中央处理器，中央处理器经过复杂的控制逻辑和算法，将得到的控制命令发给执行单元，再由执行单元做出最终反应，从而达到预期效果。