远光灯主动预防控制系统研究

张瑞

摘   要：文章从远光灯滥用现象的根源着手，设计开发了一种基于红外测距激光阵的远光灯控制系统。仿真模拟的结果表明该系统优良，能准确地做出判断，并能及时给予提醒和自动切换远光灯为近光灯，达到实现远光灯的主动预防控制的目的。

关键词：远光灯;主动预防;系统控制;仿真模拟

1    研究背景

1.1  远光灯滥用现象

远光灯是汽车照明设施，其光线平行射出、集中且亮度较大。为了给自己带来更好的视线以及更安全的心理感受，司机在夜间行车时会长时间开启远光灯。但若在不适合的情况下随意开启远光灯，将会导致对向的驾驶人或行人瞬间致盲，使他们对周围环境的观察能力下降，无法看清路况。

我国道路交通安全法规定，机动车夜间会车须距对面来车150 m外互闭远光灯，改用近光灯。但滥用远光灯在“中国式驾驶陋习”中排第一位。据交通部门的统计，每年夜间行车事故当中，约30%的事故与滥用远光灯有关，且呈上升趋势。

1.2  远光灯主动控制研究现状

鉴于远光灯滥用的问题亟待解决，国内外众多学者针对远光灯问题展开了研究[1]，目前，国内多利用光传感器进行前方车辆探测。本车（A车）后视镜上安装光传感器，可探测来自对方来车（B车）的光照强度，进而判断B车是否会在一定距离内与本车发生会车行为。若是，则A车将开启语音提醒并自动切换远光灯为近光灯[2]。但光敏电阻易受到外界光源的干扰，若对面的车辆因故没有开车灯或者车灯亮度较低，则在安全距离以外及时、准确地发现对方车辆较为困难，无法准确地实现远近灯的自动转换，实际使用效果不理想。

另有在车顶安装激光发射器与接收器的方法。对方来车（B车）探测由本车（A车）发射的激光信号并将其反馈至控制电路，由控制电路完成远、近光灯的转化[3]。由于该技术需要双方车辆均具备信号发射与接收器，若车辆未安装该设备，将无法被其他车辆探测，形成探测漏洞，且该系统无法针对车辆所在车道确定合适的激光发射范围，易造成光源浪费或探测范围不足。

国外一些汽车公司也进行了远光灯的自动辅助控制系统试验。现有红外夜视系统，利用目标与周围环境之间由于温度或发射率的差异所产生的热对比度进行成像，能够看清前方150～300 m内可辐射热能物体。但红外夜视系统只能作为远光辅助，不能完全解决远光危害问题，且其价格昂贵，不具有推广性。此外，美国GENTEX公司开发了智能变光汽车前照灯，利用传感装置感测前方光源，当迎面来车时会自动降低前照灯的光照度，当会车完成又恢复强光[4]。但如遇前方车流突增、车辆在转弯行驶时光照度亦会立刻减弱，且该产品价格昂贵。

1.3  作品研究目的

汽车远光灯的设计本意是为了帮助驾驶员在夜间更好地观察道路情况，提高夜间行车安全度，但一旦被不正确使用，将会成为交通事故的肇事“凶手”。

本文致力于开发一项简单、有效、成本低廉、易于推广的远光灯控制技术，实现在一定范围内远、近光灯的自主切换，从根源上解决远光灯滥用问题。另外，由于在路面出现弯道时，部分灯光将散射至路侧，在直射人眼的过程中损失部分能量，危害程度较直道行驶较小，故本文重点解决直道上的远光灯滥用问题。

2    设计思路

本文研究的远光灯主动预防控制系统，主体为安装于车前、车后的红外传感设备，通过分别布置路沿光阵与目标光阵对一定距离内车辆进行探测，来自主控制远光灯的使用。系统具体流程如图1所示。

由于人行道与车道之间存在高度差，路沿光阵中的光线发射至人行道与发射至车道将产生不同的效果。基于该特点，根据车道宽度设置路沿光阵的光线偏转角，根据红外设备测出的光线，利用几何关系推算邻近车道数，经计算得出车辆两侧的道路宽度，进而确定车头目标光阵的探测范围。如图2所示，光源源点向左和向右发出激光束，形成路沿光阵，且激光阵平面为竖直平面。

将位于目标光阵中的车辆模糊化为具有车辆轮廓且随测量周期持续运动的点，随着光阵中车辆的运动，光阵将有部分光线被遮挡，且具有一定的规律。為判断目标是否为车辆，定义在目标光线簇中激光测量距离最小且没有打在目标物侧面的光线为边缘光线。利用目标光阵中的边缘光线对目标物的轮廓进行刻画，最终判断目标物是否为车辆。若为车辆，系统将作出切换远光灯为近光灯的判断。

图3中，当对向车B1或同向车B2驶入试验车A车头中间光源O发出的红外光阵中时，在R为150～250 m范围内，系统将判断B1或B2是否为车辆。若为车辆，则试验车A会提醒驾驶员切换为近光灯或自主切换为近光灯。

3    算法设计

本系统主要有两个板块的算法。

（1）基于红外测距激光阵研发夜间行车场景下的道路宽度测定及前方车辆检测方法。利用在车头和车尾设置的激光测距装置，基于激光阵对目标物的距离测定实现直线道路宽度测定;通过分析目标物与激光阵的相对位置变化，建立目标物轮廓识别方法，据此实现前方车辆检测。

（2）基于车辆运动状态及相对距离测定进行夜间会车安全性评估，并实现远光灯主动预防控制。在相对距离150～250 m范围内，通过判定试验车与前方目标的相对位置关系识别目标是否为运动车辆，若满足会车条件，则启动远光灯主动预防控制系统，从根源上避免短距离会车时远光灯滥用。

4    仿真模拟

基于上述算法在C语言中建立仿真环境，输入试验车和目标车的速度，设两车都是匀速运动且起始时相距1 000 m，利用试验车与目标的相对位置求出相对速度，从而判断目标是否运动。通过临界光速和目标光束簇的变化规律判断是否具有车辆轮廓。若目标既是运动物体又具有车辆轮廓，则对试验车作出提醒并自动切换远光灯为近光灯。随机产生速度，进行试验，部分试验数据如表1所示。从表1中可以看出，在150～250 m的范围内，本算法总能作出判断，且准确率为100%。

5    结语

随着汽车保有量的不断增加，远光灯滥用的现象越来越突出，一种价格便宜、简单、实用且能从根源上解决远光灯滥用的主动预防控制系统正是社会所需要的。从仿真模拟结果来看，本系统的准确率高、成本低、使用简单，最重要的是社会经济效益显著，因此，具有广阔的应用前景和重大的现实意义。

[参考文献]

[1]胡鹏，秦会斌.基于红外测距汽车倒车雷达预警系统设计[J].传感器与微系统，2018（7）：114-116，126.

[2]罗晓，赵星宇，吴健珍，等.基于CAN总线的智能车灯控制系统[J].上海工程技术大学学报，2015（2）：97-100.

[3]常荣俊.一种汽车远近灯光智能切换系统的设计[J].湖北汽车工业学院学报，2010（2）：77-78.

[4]刘振洲.汽车远光传感与控制系统研究[D].哈尔滨：黑龙江大学，2009.