基于环境的可调亮度汽车自适应前照灯系统

兰金耀 杨才生

摘 要：文章针对目前汽车照明系统未充分考虑周围环境的光线强度而造成的车灯亮度单一，未能较好的满足节能性与安全性，提出了一种基于环境的亮度可调节汽车智能前照灯系统。该系统依据车速和光照强度来初步判断汽车当前所处的环境，并基于当前环境下的光照强度对前照灯的照明亮度进行调整，在达到照明要求的同时，兼顾节能与减少光污染的作用。

关键词：汽车自适应前照灯系统;可调亮度;驾驶环境

中图分类号：U463.65  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）12-57-03

Abstract： The current automotive lighting system does not consider the light intensity of the surrounding environment， and the brightness of the lamp is single. It fails to balance energy conservation and safety. An environment-based brightness adjustable automotive intelligent headlight system is proposed. The system preliminarily judges the current environment of the automotive based on the vehicle speed and the light intensity， and adjusts the illumination brightness of the headlight based on the light intensity in the current environment， and achieves the lighting requirements while taking into consideration the effects of energy saving and light pollution reduction.

Keywords： Adaptive Front Lighting System; Brightness Adjustable; Driving Environment

CLC NO.： U463.65  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）12-57-03

前言

隨着汽车产业的快速发展，安全、节能逐渐成为汽车发展的趋势，考虑到夜间行车的安全问题，汽车照明系统也得到了较快的发展。传统汽车的照明模式单一，亮度及角度未能较好依据汽车行驶状态及行驶环境自适应调节，该种照明系统已不能满足新的道路照明要求，同时传统照明模式带来的照明盲区及眩光等易于造成驾驶员视觉疲劳，严重降低了夜间行车的舒适性和安全性[1]。明系统的出现在很大程度上改善了上述问题，不同的照明范围及远近光一体切换等功能，提高了夜间驾驶的安全性[2]。

近年来，国内外对智能前照灯系统开展了大量研究，智能前照灯可以根据车辆本身的运动状态而调整照明状态[3]。为弥补夜间存在的照明不足问题，智能前照灯系统可依据车速及方向盘转角等实现车灯的左右及垂向转动，已达到更好的照明效果[4]。目前智能前照灯系统仍存在照明亮度单一、视距较短、未能随环境自适应调整等问题，本文提出一种提出了一种基于环境的亮度可调节汽车智能前照灯系统，可依据不同的行驶环境工况，实现亮度调节[5]。

1 可调亮度的AFS系统功能介绍

本文介绍的基于环境的可调亮度汽车智能前照灯系统，为前照灯系统存在的车灯亮度单一、视距较短、不能随外界环境的变化自动调节亮度等问题提供了解决思路。该系统由感知模块、控制模块及驱动模块等构成。首先依据感知模块中的车速传感器、光敏传感器对当前汽车行驶速度与环境光照强度进行采集;然后结合车速信息判断当前车辆的行驶状态，综合考虑道路环境信息，将其划分为低速复杂工况、中速城市工况及高速简单工况;其次根据环境强度信息对当前汽车所处环境的亮度进行判断;最后，控制模块依据当前车辆行驶工况及环境亮度计算出当前所需的照明亮度，并由驱动模块对车灯亮度进行调节，实现自适应前照灯系统车灯亮度的自适应调节。

本文提出的基于环境的可调亮度汽车智能前照灯系统该系统存在以下显著效果：

（1）在地库、停车场、十字路口等复杂路况下，可以减少光污染，对行人及其他车辆的光照影响显著降低。

（2）在城市道路、隧道、桥洞等路况下，通过前照灯亮度的自动调节，可满足汽车节能的要求，并可以减少对其他车辆驾驶员的眩光危害。

（3）在高速公路、高架桥等路况下，通过前照灯亮度的自动调节，为驾驶员提供更亮更远的照明效果，并且在对向来车或跟车行驶时自动降低前照灯亮度，提高夜间驾驶安全性。

2 可调亮度的AFS系统结构设计

亮度可调节AFS系统的结构主要由感知模块、控制模块及驱动模块等构成，首先依据感知传感器中的车速传感器、光敏传感器对车辆的行驶信息及所处环境光照强度信息进行采集;然后将该信息传输至控制模块进行判断分析，并将光照强度信号输送至驱动模块，对前照灯的亮度进行调节。其总体结构如图1所示。

光敏传感器利用半导体的光电效应，可将光照强度信号转变为不同的电信号，因此选用光敏传感器探测汽车行驶环境的光照强度信息。综合考虑经济性及可靠性，选用GL4526型号的光敏电阻，光敏传感器电路图如图2所示。

通过对LED前照灯的恒流驱动和PWM调光实现前照灯的亮度调节，并基于此对控制芯片及驱动电路进行了选型设计，选取Maxim公司的MAX16831芯片为控制芯片，并设计了驱动电路。LED前照灯驱动电路如图3所示。

3 可调亮度的AFS系统程序设计

基于环境的亮度可调节的汽车智能前照灯的调节方法，其程序设计方法如图4所示。

首先，基于感知模块采集的车速信息预估当前车辆的行驶环境工况，并结合其路况的复杂程度将其划分为低速复杂工况、中速城市工况以及高速简单工况[6]。对于地库、停车场、十字路口等行人车辆较多，且汽车行驶速度小于30km/h的行驶环境工况定义为低速复杂工况;对于有照明条件的城市道路、隧道、桥洞等具有一定照明条件，且汽车行驶速度小于60km/h的行驶环境工况定义为中速城市工况;对于高速公路、高架桥等道路状况较好，且行驶速度大于60km/h的行驶环境工况定义为高速简单工况。

其次，依据光敏传感器采集的环境亮度信息对当前汽车所处环境的亮度进行判断，并依据法规GB5920-2008及ECE R123计算出当前行驶环境工况下的照明亮度[7]。最后，通过主控模块将当前汽车行驶环境亮度与最佳照明亮度进行对比，通过PID的控制方法，实现前照灯的自适应亮度调节，在兼具节能性与安全性的前提下，达到最优的照明效果[8]。

4 结论

本文针对当前汽车照明中存在的车灯亮度单一、视距较短、不能随汽车行驶环境工况的变化自动调节亮度等问题，创新性地提出了一种基于环境的亮度可调节汽车智能前照灯系统，并对具体介绍了该系统的工作原理，同时设计了光敏传感器电路及LED灯驱动电路。但是考虑到篇幅以及本文作者知识的局限性，目前只能做出一个较为简洁的系统介绍。

希望文章可以对自适应前照灯系统的发展有着积极的促进作用，可以让汽车照明亮度调节应用到更多的车辆上，真正的做到科技为人服务的目的，为汽车行业的发展做出贡献。

参考文献

[1] 郑志军.智能前照灯系统的发展[J].中国照明电器，2006（06）：8-11.

[2] 罗德智，牛萍娟，郭云雷，刘雷，孙玉楷.汽车前照大灯智能化的现状与发展[J].照明工程学报，2017，28（05）：72-78.

[3] 高小静.自适应前照明系统的研究[D].北京理工大学，2016.

[4] 刘新良，迟永滨.汽车AFS头灯随动转向规律研究[J].机械设计与制造，2011（08）：131-133.

[5] 孟昭军，魏生越，張祥军，薄化钢.汽车智能LED前照灯照明系统算法研究[J].灯与照明，2015，39（01）：30-33.

[6] 刘永斌.多种路况下智能前大灯控制系统研究[D].河南科技大学，2018.

[7] 卜伟理. AFS（前照灯自适应）系统相关法规的研究分析[D].上海交通大学，2009.

[8] 孟昭军，魏生越，张祥军，薄化钢.汽车智能LED前照灯照明系统算法研究[J].灯与照明，2015，39（01）：30-33.