重慶交通大學交通運輸學院 禚寶國 徐青龍 張航

霧霾下車輛前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)淺析

重慶交通大學交通運輸學院 禚寶國 徐青龍 張航

本文分析了車輛在霧霾下行駛的特點，在對比傳統(tǒng)前照燈的基礎(chǔ)上，針對霧霾下行車進行了前照燈自適應(yīng)分析；并通過選型確定了實時檢測的霧霾天氣檢測儀，構(gòu)建了在霧霾下行車的前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)，確定了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和控制方案，為車輛在霧霾下行車的前照燈自適應(yīng)分析、研究和實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

霧霾；行車；前照燈；自適應(yīng)系統(tǒng)

1 引言

傳統(tǒng)前照燈系統(tǒng)只有近光燈和遠光燈兩種照明切換模式，隨著人們對汽車行駛安全及車輛智能化發(fā)展的需要，對車輛的各個系統(tǒng)都提出了更高的要求，這其中就包括對前照燈的自適應(yīng)要求[1]。

霧霾下行車狀態(tài)是在新的惡劣環(huán)境下對前照燈系統(tǒng)自適應(yīng)特性的嶄新要求。照明系統(tǒng)作為汽車最重要的三大安全部件之一,它的好壞直接決定著夜間行車的安全性[2]，在霧霾下行車除了需要克服諸如車輛轉(zhuǎn)彎時存在的照明暗區(qū)以及車輛在雨天行駛時地面積水的反射眩光等問題外，還要考慮霧霾環(huán)境的特殊性，這對照明系統(tǒng)的自適應(yīng)提出了更高的要求。本文就在霧霾下對車輛前照燈系統(tǒng)的自適應(yīng)特性進行了研究。

2 霧霾下行車特性分析

在嚴重霧霾天氣狀況下，行車的能見度差、視線不好是行車駕駛?cè)藛T面臨的最大問題[3]。另外，由于霧霾的特殊性：團霧是局部的水汽受輻射降溫引起的，素有“馬路殺手”之稱；在霧霾狀況下，霧有反射作用，前照系統(tǒng)的遠光燈燈光會通過霧反射進入車內(nèi)，這樣會使得車輛駕駛?cè)藛T視線變得模糊，這樣就會直接給駕駛?cè)藛T的判斷能力帶來影響，增加了事故發(fā)生的可能性；另外，在霧天條件下車輛的制動器敏感性會下降，這樣就使得駕駛?cè)藛T的剎車制動距離增加；霧霾下車窗，包括前擋風玻璃，會霧化，這加劇了駕駛?cè)藛T在行車中對能見度的把握；“象鼻形”霧氣對駕駛?cè)藛T判斷的影響，這包括該現(xiàn)象容易引發(fā)駕駛?cè)藛T疲勞、駕駛行車中的不良心理因素等，該“象鼻形”霧氣是這樣一種現(xiàn)象：霧霾發(fā)生時，其能見度較低，大約為200～300米時，隨后能見度突然增大到600～700米，且這一現(xiàn)象所需的時間較短，大約10min，給駕駛?cè)藛T的錯覺是霧霾即將散去，但又在最少30min最多2h的時間內(nèi)，其能見度又急劇下降，下降后的能見度比開始發(fā)生霧霾的的能見度還低。

3 霧霾下車輛自適應(yīng)系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

為實現(xiàn)前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)AFS在該行車環(huán)境下高速行車、鄉(xiāng)村行車、彎道行車等，通過霧霾下行車狀態(tài)分析，需要對前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角和光源部分進行分別控制。

3.1 前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)光源方案

LED（發(fā)光二極管）較之傳統(tǒng)的前照燈光源，其優(yōu)點是體積小、節(jié)能顯著、使用壽命長、重量輕、可以在高速狀態(tài)下切換工作，而且從外形上看很具美感。單個LED（發(fā)光二極管）功率較小，其燈光不能滿足霧霾下使用所需，所以本文在該前照燈的硬件設(shè)計中，采用多個LED燈排列起來組成前照燈。

采用上述方案的優(yōu)點是：能夠提供足夠汽車行駛中所需的燈光功率；可以對多個LED進行不同的開關(guān)控制和旋轉(zhuǎn)，這樣就可實現(xiàn)前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)AFS功能模式所要求的不同光型；使前照燈系統(tǒng)在發(fā)出同樣照明亮度的情況下更節(jié)能且增加AFS系統(tǒng)的可靠性。該方案的是通過車輛傳感器采集霧霾下的環(huán)境信息并傳至中央控制單元，中央控制單元將數(shù)據(jù)處理后去控制各個角度LED的亮度。

3.2 霧霾下行車的AFS系統(tǒng)控制方案

在該行駛狀態(tài)下需考慮的因素有：車輛行駛速度及車輛轉(zhuǎn)向、交叉路口燈光的調(diào)整、“象鼻形”霧氣的自適應(yīng)、車窗霧氣的驅(qū)散、城市及鄉(xiāng)村道路燈光的切換等等。為了實現(xiàn)在霧霾行車下上述車輛的各種照明模式，本文提出了控制方案，該方案由3部分組成，分別為傳感器信息源組件、中央處理單元、執(zhí)行機構(gòu)，并且為了使三部分之間通訊，需要有傳輸總線。其具體控制方案為：首先通過傳感器組件獲取的行車環(huán)境信息，如光線強度、車速、轉(zhuǎn)向角度、路面信息等，通過傳輸總線傳遞到中央處理單元，中央處理單元中MCU通過控制算法和控制邏輯，將運算結(jié)果——控制執(zhí)行命令，通過傳輸總線傳遞到各個執(zhí)行單元，通過執(zhí)行單元的動作實現(xiàn)車輛前照燈系統(tǒng)在霧霾下行車的自適應(yīng)。其具體的控制示意圖如圖1所示：

圖1 霧霾下車輛前照燈AFS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框示意圖

3.3控制系統(tǒng)硬件具體描述

3.3.1 霧霾天氣檢測儀

該檢測儀能夠?qū)囕v行使環(huán)境的霧霾情況進行實時檢測并判斷，本文選擇的霧霾檢測儀型號為LD-5，該型霧霾檢測儀擁有新世紀國際先進水平的新型內(nèi)置濾膜在線采樣器的微電腦激光粉塵儀,在連續(xù)監(jiān)測粉塵濃度的同時,可收集到顆粒物,以便對其成份進行分析，并求出質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值。該型檢測儀可選范圍為PM10、5、2.5、1.0和TSP切割器。儀器采用了強力抽氣泵，更適合配備較長采樣管的中央空調(diào)排氣口PM10可吸入顆粒物濃度的檢測和對可吸入塵PM2.5的監(jiān)測。

3.3.2 其他傳感器組件：包括光敏傳感器、車速傳感器、車身高度傳感器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、雨量傳感器、風速、傳感器、顆粒物傳感器、汽車位置傳感器等，用以實現(xiàn)對車輛不同信號的采集。

3.3.3 中央處理器模塊：本文選用AT89S51單片機作為AFS系統(tǒng)中的MCU，來實現(xiàn)對車輛LED燈功率驅(qū)動芯片、燈具轉(zhuǎn)角的步進電機及其他輔助功能模塊的控制。

所有傳感器獲取的車輛行車環(huán)境狀態(tài)作為AFS前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)的輸入，該輸入信息通過MCU計算后輸出對前照燈的轉(zhuǎn)向控制、功率控制，以實現(xiàn)車輛對照射范圍、照射角度、燈光亮度的調(diào)整，各個信息之間的傳遞采用總線傳輸。

4 結(jié)論

本文對霧霾下行車狀態(tài)進行分析，得出了該狀態(tài)下對駕駛員所帶來的行車障礙，并對該環(huán)境狀態(tài)下的車輛前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)進行了硬件設(shè)計并確定了其控制方式，為車輛的AFS前照燈自適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計及分析提供了理論支持和重要依據(jù)。

[1]卜偉理.自適應(yīng)前照明系統(tǒng)（AFS）簡介及發(fā)展趨勢[J].光源與照明，2009（2）：22～23.

[2]黃任忠.汽車自適應(yīng)照明系統(tǒng)開發(fā)[D].大連:大連理工大學，2009.

[3]房旭，姚勇，何云堂等.智能汽車前照燈系統(tǒng)AFS[J].上海汽車，2008，（8）：40～42.

禚寶國，男，在讀研究生，山東臨沂人，1989年5月出生，研究方向：交通與車輛安全。