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中国汽车照明灯具应用现状与发展趋势(中)

未来LED前照灯光学设计趋势展望

随着人性化驾驶趋势的发展,LED前照灯照明也向着智能化的方向演进。其中,作为自动驾驶技术的重要组成部分,自适应驾驶技术(ADB)必然成为未来LED车灯照明的主要发展方向。适应ADB 技术的汽车照明光学方案中,矩阵式照明和电子控制遮挡片技术都是可采用的技术路线。

矩阵式照明,能够最大程度利用LED发光面小的优势,通过很小的口径实现一个局部区域的精准照明,从而大大增加控制的灵活性。代表应用是奥迪A8矩阵式LED汽车前大灯,能够实现分区域、分模块照明,更加安全人性化(如图3.11)

中国汽车照明灯具应用现状与发展趋势(中)

(a)对面来车的自适应光斑变化;(b)同向会车的自适应光斑变化

图 3.11 奥迪矩阵式前照灯

传统的汽车头灯的设计方式,是以平滑抛物面所构成的反射效果,再搭配上花纹透明灯壳,将光源集中置于抛物面的焦距,以便形成平行光束,再经过小凸透镜而形 成雕塑光源。目前两大主要汽车头灯应用分为多重反射镜面车灯(Multi-Re-flector;MR) 与投射式汽车头灯 (Projection system)。

实际上,车灯的技术路线选择虽然丰富,但考虑性价比和工艺可行性,真正实用的技术方案也较为有限。比如双光透镜(透镜+反射器)的远近光一体光学系统的应用就非常广,但真正拥有其专利权的还是日本欧洲美国企业。相对 于其他技术路线,矩阵式技术方案在方案的选择面上更小,因此国外企业的专利壁垒会更高,因此我国光学设计团队和汽车照明企业都需要特别注意的相关知识产权的保护与规避。

LED汽车照明灯具控制技术现状分析

目前主流的车灯控制技术

1)前照灯自适应控制技术

前照灯随动调节

汽车控制系统通过光照强度传感器能够检测车辆外部的环境亮度,当环境亮度低于规定值时汽车控制系统就会自动开启前照大灯。汽车转弯时,通过转角传感器测量出汽车转弯的角度,使用横摆角速度传感器测量出汽车的横摆角速度,利用车速传感器测量出当前汽车的行驶速度,以及采用加速度计传感器获取车身高度 (车辆质心) 和车灯转角传感器获取车灯转角等变化信息。

矩阵式LED光束调节

前照灯随动调节在实际应用中却存在着操纵性差和车灯转角滞后等问题。操纵性差表现为行驶过程中车灯会抖动,车灯转角调节精度不高,转角容易出现超调等情况;车灯转角滞后体现在车灯转角调节滞后于驾驶员所期望的转角。为了解决上述问题,研究人员引进了CCD 图像传感器技术和矩阵式LED大灯技术。

2)防炫目技术

汽车检测和跟踪

汽车检测系统通常由图像采集模块、车辆检测模块和车辆跟踪模块等组成。汽车检测是整个车辆识别好人跟踪过程的基础部分,后期进行的汽车运动估计和汽车跟踪的实现都需要建立在正确、可靠的车辆检测之上。汽车控制系统可以依据需求实时的对前方车辆进行检测、识别和跟踪,并通过相应的光束调节,进而能够实现防炫目功能。

防炫目光束调节

矩阵式LED大灯控制系统能够通过车辆检测系统,感知和跟踪到800米距离内的其它车辆;当检测到汽车前方或对向车道有车辆和行人时,大灯控制系统会实时检测跟踪目标车辆,并关闭相应位置的LED单体,同时,其他LED单体继续保持照明。

3)辅助驾驶技术

辅助驾驶的主要内容

首先是信息搜集:不同的系统需要由不同类型的车用传感器,包含毫米波雷达、超声波雷达、红外雷达、激光雷达、CCD CMOS影像传感器及轮速传感器等,来收集整车的工作状态及其参数变化情形,并将不断变化的机械运动变成电子参数 (电压、电阻及电流)。

其次是信息分析与指令下达:电子控制单元 (ECU)会在针对传感器所收集到的信息进行分析处理,然后再向控制的执行装置下达作栋指令。

最后则是执行动作:包含油门、刹车、灯光、声响等系统都是属于执行器的范畴内,会依据 ECU输出的讯号,来执行各种反应动作,让汽车安全行驶于道路上。

红外热成像原理

红外热成像是基于红外热成像原理,通过红外探测器,将夜间汽车前方道路上的目标与背景相应的转化为图像坐标系中的信息,此时的图像为灰度图像,由灰度值的大小反映视觉场中的信息。

根据上述原理设计的车载红外夜视仪,能够根据热成像技术获得同一时间和空间的目标,以及背景在图像坐标系中的相对位置,并通过检测与识别技术对道路中的行人和动物进行识别。

行人提醒实现

当车载红外夜视仪检测到车辆前方有行人或动物将要进入危险区域时,夜视辅助驾驶系统会在显示屏上标注相应的目标及向驾驶员发出警报(图3.11)。

中国汽车照明灯具应用现状与发展趋势(中)

4)动态转向灯技术

动态转向灯就像流水灯一样,当驾驶员开启转向灯时,排列在转向灯带上的多个LED单体会依次亮起,形成一种与“眨眼”方式相同的动态渐变效果,虽然这种转向灯对安全性而言并无太多实质意义,但在漆黑的夜晚中,这种独具一格的变换方式使其识别度更高,对追求个性的人来说,可是有着不小的吸引力(如图 3.12)。

中国汽车照明灯具应用现状与发展趋势(中)

5)水坑灯技术

水坑灯技术是为了更好的保障人们出行安全,汽车安全技术也是厂商研发的重点。在夜间行驶灯光技术的研发方面,研究员研发了一种颇为新颖的“水坑灯”。在夜间,当车门打开时位于车辆外面的后视镜处安装的水坑灯就会亮起,它可以将灯光投射到车门旁边的地面上,照亮汽车周边的路面(如图3.13),从而防止驾驶员和乘客在下车时陷入水坑或发生其它潜在的危险。

中国汽车照明灯具应用现状与发展趋势(中)

6)窄路照明技术

当汽车行驶在施工路段或狭窄的道路时,它能够让左右大灯投射出两条约15米长的光束,两条光束的间距与车身宽度一致,从而能够帮助驾驶员更容易的通过那些施工区域或其它狭窄路段,该项技术对于刚拿到驾驶证不久的新手来说是非常有帮助的(如图 3.14)。

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