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    2015年汽车LED智能照明和安全驾驶

    作者:陈恬 出版时间:2016年07月
    摘要:

    汽车外部照明本应成为夜间驾驶安全的保障,因不恰当的使用反而造成夜间交通事故发生概率的上升以及伤害严重程度的增加。本文通过分析以安全驾驶为目标的汽车LED前照灯智能化发展的最新成果,探讨提升车辆夜间道路交通安全的技术思路。

    Abstract:

    Automotive exterior lighting should become the guarantee for safe driving at night. But the improper use can lead to the increase of the higher probability of accidents at night and the severity of injuries. This paper introduces the latest results of the intelligentization of LED front lights (designed to improve the safe driving at night) and analyzes the technical route for improving the safe operating at night.

    一 概述

    随着中国机动车保有量的快速增长,夜间的道路交通事故越发成为威胁交通参与者生命与财产安全的严重隐患。据权威部门统计,在夜间每百公里驾驶距离的道路交通事故的平均发生概率要明显高于白天。不论在路面照明不佳的山区旷野,还是在有路面照明的市区街道,这一现象都存在。同时有相当一部分驾驶员对如何正确使用灯光并不熟悉,夜间不恰当使用远光灯甚至蓄意滥用远光灯的现象时有发生,这也进一步恶化了夜间道路行驶的安全性。

    随着半导体照明技术的快速发展,LED以其长寿命、节能环保和造型自由越来越成为前照灯光源的“宠儿”。而LED的特点也提供给设计人员广袤的空间,以革命性的设计来提高汽车前照灯的智能化水平,为改善夜间道路驾驶安全性开辟出一条新道路。

    二 科技发展与市场远景

    (一)LED光源

    LED作为一种全新光源进入汽车照明市场后,作为摩尔定律范畴的半导体器件,立刻显现出蓬勃发展的势头,尤其是对一直盘踞中高端市场的高压放电灯(HID)的份额带来了明显的冲击。

    图1 LED的优点和市场份额

    在欧洲、北美和中国3个全球最主要的汽车市场,LED呈现快速发展态势,当前的规模和装配率都突破了3年前的预期。在欧洲,LED技术在大型汽车公司、灯具制造企业和光源企业的推广下形成了成熟的行业标准。在北美,LED经过10年的发展已经达到了高压放电灯20年的市场份额。在中国,消费者也表现出浓厚的兴趣,无论是目前占据乘用车市场优势地位的合资品牌,还是近年来迅猛发展的自主品牌,LED全面取代高压放电灯的趋势非常明显。

    (二)无眩目远光

    目前,夜间道路驾驶的威胁不仅来自照明不充分,更来自照明过度——不当使用远光灯。在山区郊野,会车时的远光眩目经常使得驾驶员无法辨别危险地形,出现车辆撞击路边障碍物或者跌落沟渠的情况;在城市会车时,远光眩目往往使得驾驶员无法看清位于道路中间的隔离栏或者穿越马路的行人和非机动车。大部分不当使用远光灯的情况,来自于驾驶员对路面照明度的更高要求,大部分驾驶员只是想看的更清楚一点,以避免发生交通安全事故,但不正确使用远光灯恰恰增加了交通安全事故发生的概率。

    2010年,基于高压放电光源的无眩目远光前照灯已经出现。通过基于车载摄像头和图像处理技术,车辆可以解析出道路上其他车辆的精确位置。再通过中央控制器的结算逻辑,确定出前照灯内伺服电机的运动参数。在伺服电机高速并准确的响应下,前照灯将在远光区域内“切”开一道缝隙,恰好覆盖其他车辆的位置,使得本车的驾驶员在享受远光带来的优秀视野的同时,避免远光眩目到对方驾驶员。

    图2 无眩目远光效果及系统结构

    三 动态与静态无眩目远光方案对比

    从技术的发展和市场的接受程度来看,基于电机伺服技术的动态无眩目走在市场前沿。动态无眩目远光来源于一个更大的概念——自适应性前照灯(AFS),即汽车前照灯可以根据一定的逻辑和判据,自动调整照明的光学效果,以达到为驾驶员提供最佳视野的目的。根据新颁布的国标以及一些国际上其他一些主流标准,AFS已经成为一项非常有效的汽车安全配置,其所应具备的性能已经成为市场的共识。

    图3 智能光型模式

    动态无眩目远光是AFS系统概念的高级应用,其引入了视频采集和图像处理机制,在高速汽车通信总线的协助下,形成了精密的光机电控制系统。在具体实现方式上,既有基于投射式模组的方案,也有基于反射式的前照灯设计。前者在投射式模组内部拥有高速转动的转毂,以提供垂直截止线,后者则是将反射系统置于随动转向支架上。

    不论是投射式还是反射式,基于伺服电机的动态无眩目远光系统都只能在远光区域切出一个暗区。如会车时,随着两车位置的逐渐接近,这个暗区会逐步扩大,直至单边前照灯达到近光状态,也就是此时远光提供的视野将损失一半。在会车结束后,伺服电机也需要一个过程,才能回到中间初始位置,为下一次会车做好准备,过程如图4所示。

    图4 动态无眩目远光会车过程

    而静态无眩目远光技术则摒弃了以伺服电机为主的机电架构,采用了程序控制的纯电子概念,即充分利用电子开关的迅捷性和电子负载的集成性,突破机电伺服机构的动力学特性限制。静态无眩目远光由于其光源的LED数量较多,在车灯内部成阵列排布,被称为矩阵式前