汽车远光传感与控制系统研究

邵 娟

景德镇学院，江西 景德镇 333400

0 引言

汽车是客运和货运的重要工具。随着中国经济的快速发展，汽车的购买量也随之增加。在我国夜间交通事故中，远光灯事故占30%～40%，并且由于汽车远光灯错误使用导致的交通事故发生数量呈现上升趋势。现阶段，我国居民在驾驶汽车的过程中出现远光灯使用错误的现象多发，远光灯在非正确情况下开启，强光将对对面道路司机的眼睛产生直接的照射，使驾驶人员无法正确判断前方道路情况，增加了车祸发生的风险，这不仅对人们的人身及财产安全造成威胁，也不利于我国经济的发展。为了减少此类交通事故的发生，相关管理部门需对车辆灯光使用加大执法力度，同时研究人员需对汽车远光灯进行改进，实现车辆远近光的自动切换，以此提高车辆灯光使用的正确性。

1 研究现状

现阶段，我国对汽车大灯的相关研究仍处在自适应前照灯系统（AFS系统）开发阶段，但在技术上已经取得较好成果。目前研究主要集中在AFS控制系统上，因为AFS系统主要依靠收集来自车辆速度和转向角传感器的信号来控制汽车大灯光线的方向。为了计算车辆状态参数与汽车大灯水平光线和垂直光线夹角度数之间的关系，研究人员创建并提出了水平和垂直方向的AFS动力学模型，通过多次试验取得了较好的结果。

为了进一步提高汽车远光灯使用的安全性，开发人员对汽车远光灯传感与控制系统进行了研究。首先研究了汽车远光灯传感控制系统的光学元件，选择合适的LED光源，进行布局设计，根据非球面透镜的成像原理设计了光学透镜实验组。为了检验设计是否符合国家相关标准，开展了多次模拟实验。同时，采用先进的光学叠层开发测试方法，设计了4种自适应前照灯光的近照灯实验组，以及安装汽车远光传感与控制系统的远光灯实验组并开展测试[1]。

受海外汽车远光灯传感控制系统技术发展的启发，国内各大汽车灯具生产商家主动发展远光灯传感与控制系统相关业务。同时，多家电子系统服务公司对汽车远光灯控制系统进行研发，为自适应远光灯问题的出现提供多种解决方案，并在多种汽车上进行系统配置及实际试验。经过数年的开发及研究，2009年众泰品牌生产发售的B21型号汽车搭配携汽车远光灯传感控制系统亮相，其通过汽车摄像头和雷达传感器系统进行信息采集，传感器数据处理通过先进的算法进行控制。汽车灯光控制通过驱动模块进行，为交回及错车车辆提供防眩晕的汽车照明装置。

2 系统开发的必要性

由于中国的城市化进程逐渐提高，大部分城市街道都安装了路面照明设备，为道路使用者提供充足的亮度，提高了道路的能见度并减少道路交通事故的发生量。但在城郊及乡村道路段，如高速公路、地方道路等，由于受到发展条件的限制，许多道路上没有配套的路面照明设备路灯。在此状况下，为了保障驾驶人员的人身安全，车辆应及时开启远光灯照明设备，实现对道路的照明。

不正确或违规使用远光灯会导致许多道路交通事故，特别是汽车的数量每年都在增加，导致类似道路交通事故的数量也在迅速增加。相关研究表明，汽车远光灯防眩目现象的相关解决措施并不理想，不能有效解决远光灯所造成的意外伤害问题。应用远光灯检测和控制系统是保障人们行车安全简单且高效的方法，有必要对其展开研究。当今大多数汽车都没有装设智能远光灯系统，仅有少部分价格昂贵的汽车安装此先进的智能灯光传感设备。如将此装备在汽车制造行业广泛使用会造成汽车生产成本的上涨，从而引起汽车售价的提高以及销量的下降，不利于汽车品牌的树立。要想使品牌在汽车销售竞争中占据优势地位，就需要降低汽车生产制造的成本，低廉的价格将成为汽车品牌塑造过程中强有力的广告。因此，价格的优势将成为此类产品日后发展的必然趋势。

3 设计原则

车辆夜间驾驶条件与白天驾驶条件有较大差别，汽车在夜间行驶过程中，车辆摄像装置对周边环境的图片采集与白天的情况也不相同。因此，适用于白天状况下的车辆检测法，如根据汽车的对称性、边缘和车底的阴影等方法不适用于夜间车辆检测。要想确保夜间车辆检测的精准性，必须根据汽车在夜间行驶的条件进行设计工作。汽车远光灯传感与控制系统作为汽车夜间行驶过程中最关键的传感模块，决定了车辆在夜间行驶的过程中检测车辆的精确程度及系统运行速度。

车辆在夜间行驶时受到光线不足的影响，亮度高的车前大灯和红色尾灯则为行驶中的车辆最显著的特点，因此对车灯的检测被广泛应用于夜间车辆检测。由于汽车大灯的亮度较高，摄像系统在夜间拍摄捕捉的过程中会产生明亮区域溢出的现象。为了减少此现象的发生，研发人员用低曝光静态相机对汽车的大灯进行检测，将视野放大，以防止汽车转弯时镜头随着时间的推移而扭曲。在夜间监控视频中，道路上汽车大灯的反射经常发生，因此，开发人员通过将光线与大气散射规律相结合，以消除反射光线，使摄像系统能够正确捕捉车辆信息[2]。

4 系统研究难点

（1）感应区域选择不规范。因为感应相机拍摄到的图像可能会存在一定数量的无用相片，如天空、路灯照明设备等。大多数研究在图像处理之前均会对图像进行感应区域的划分工作。但是，图像划分工作一般由研究人员人工进行，因此划分方法不具备共通性，无法对全部图像进行准确划分。

（2）嵌入式系统中机器学习的适用性有争议。现阶段，图像在识别过程中经常使用机器学习技术，这在视觉感知和识别效率方面更有效。但是，机器学习技术要想清晰辨别图像信息需要具备一个强大且健全的数据信息储存库，而目前我国对夜间图像信息的储存数据尚不充足。多数研究中心的数据均来源于本中心的数据源图像库，所得到的图像信息无法保证数量和质量，图像信息的整体准确性有待考证[3]。

（3）制订夜间行车消除杂散光源的方法。车辆在夜间行驶的过程中除了前车的大灯，还有其他灯源对车辆造成干扰。路面照明设备就是最常见的干扰源。尽管使用感应区域选择技术后能够降低路面照明设备的干扰，但是在汽车远光灯传感控制系统识别出车辆尾部大灯的颜色时，路面照明设备的黄色光源就会对识别系统的准确程度造成阻碍。

5 研究发展途径

远光灯传感器的输入信号可以调整汽车电路的输出。基于此，将远光灯开关与远光灯光学传感器相结合，以降低误用远光灯的风险。在日常生活中已经使用了类似的设备，如自感应路面照明设备，通过对自然光线明暗的暗影决定路灯设备是否自动开启。然而，光敏路灯等设备往往使用电磁继电器来控制灯的开关，而电磁继电器的体积过大，不适用于小型汽车，会占用其他组件的空间，而且其售价较高。为此，可以用微型电脑设备来控制汽车远光灯的开关。现阶段，我国人工智能技术得到快速发展，已成功在主控制芯片中植入控制功能，不需要单独设置控制设备。由于室外光线明暗强度受到时间和天气等影响，在室外环境暗度不佳时汽车内部才会变暗。当光线暗度下降时，光源传感器检测到环境明暗的变化自动将远光灯开启。如果环境敏感度降低到某个值时，控制设备会自动将近光灯切换到远光灯。汽车在夜间环境下行驶或倒车时遇到前方车辆，车辆传感设备将发射波长的红外信号，后方车辆在收到红外信号后进行识别，同时将汽车灯光从远光灯切换到近光灯。车辆在正常驾驶中远光灯具有警示功能，允许驾驶员手动打开远光灯。但是，如果光传感器的检测现路段不易开启远光灯，车灯将会在3 s提示后自动关闭，以此保证远光灯的正确使用[4]。

6 结束语

汽车传感控制系统主要通过红外信号的发送与接收对汽车周边环境进行判断，从而实现对汽车灯光的开关。汽车远光灯传感与控制系统能够实现汽车大灯由近光灯到远光灯的自动切换，驾驶人员在汽车驾驶的过程中可以将远光灯传感与控制系统作为远灯光控制的辅助性工具，以提高驾驶安全性。