甘肅金城理工中等專業(yè)學(xué)校 白彩盛臨夏現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院 何 洋

前照燈遠(yuǎn)光功能是汽車上的重要功能之一，與近光相比，遠(yuǎn)光的光線平行射出，光線集中且亮度較大，可以照到更高更遠(yuǎn)的物體，對于改善夜間駕駛?cè)说囊暰€有很大的幫助。然而目前濫用遠(yuǎn)光燈的現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，錯(cuò)誤使用遠(yuǎn)光燈不僅不會(huì)提高行車安全，反而會(huì)增加危險(xiǎn)事故的發(fā)生幾率。當(dāng)夜晚會(huì)車時(shí)，近距離使用遠(yuǎn)光燈，會(huì)造成對面車輛駕駛?cè)艘曈X上的“盲區(qū)”，致盲時(shí)間根據(jù)駕駛?cè)俗陨硪暳?、周圍環(huán)境不同，持續(xù)時(shí)間也會(huì)不同，但至少要持續(xù)2 s～3 s，在這段時(shí)間里，駕駛?cè)藢χ車腥思扒昂髞碥嚨挠^察能力大大下降。這時(shí)候，如果有行人橫穿馬路，根本看不清，極易釀成交通事故。有的駕駛?cè)诉€私自改裝刺眼炫目的氙氣燈，會(huì)車時(shí)，刺目的白光更讓人頭暈?zāi)垦?，成為釀成交通事故的隱患。本文介紹目前最具發(fā)展前景的不刺眼遠(yuǎn)光燈技術(shù)。

1 不刺眼的遠(yuǎn)光燈

1.1 豐田L(fēng)ED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）

豐田開發(fā)的新一代輔助視野車燈照明技術(shù)——LED排式AHS（Adaptive High beam System，自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)），是一種新型的LED前照燈，采用呈一字排列的多個(gè)LED作為遠(yuǎn)光燈光源，可通過分別獨(dú)立控制LED車燈的點(diǎn)亮與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)更加精確的配光控制，與傳統(tǒng)車燈照明相比，照射范圍更廣，且不會(huì)造成前車和對面車的乘員炫目。該車燈能夠照射到前車與對面車會(huì)車時(shí)兩車之間的空隙（圖1），從而幫助駕駛?cè)税l(fā)現(xiàn)橫穿馬路的行人等。另外，該車燈可以根據(jù)不同的行駛環(huán)境靈活配光，在市區(qū)道路低速行駛（15 km/h～40 km/h）時(shí)可實(shí)現(xiàn)配光范圍增大；在高速行駛（80 km/h以上）時(shí)可以將光線集中在遠(yuǎn)方。

以前的AHB（Automatic High Beam，遠(yuǎn)光燈自動(dòng)控制系統(tǒng)）是在攝像頭檢測到前方車輛后，自動(dòng)從遠(yuǎn)光燈切換為近光燈，以防止晃眼，但在改為近光燈后，如果遇到前行車輛的前方有行人橫穿馬路的情況時(shí)，有時(shí)會(huì)很難看到行人。而使用LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）后，通過攝像頭檢測到前行車輛的尾燈及對向車輛的前照燈后，就會(huì)熄滅多個(gè)LED光源中的一些特定光源，由此防止遠(yuǎn)光燈晃到前方車輛的駕駛?cè)?，便可繼續(xù)開著遠(yuǎn)光燈行駛（圖2），因此行車安全性更高。

另外，為進(jìn)一步保障夜間行駛安全，LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）還具備轉(zhuǎn)向配光功能，通過配光與轉(zhuǎn)向操作聯(lián)動(dòng)照亮轉(zhuǎn)彎處，保持燈光方向與汽車的當(dāng)前行駛方向一致，確保在多彎道路段也能為駕駛?cè)颂峁┳罴芽梢姸?。而原來的“智能AFS（自應(yīng)適前照燈系統(tǒng)）”則是與轉(zhuǎn)向操作聯(lián)動(dòng)，使近光燈照向要轉(zhuǎn)彎的方向。LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）在照射距離方面，近光燈為40 m，而遠(yuǎn)光燈可達(dá)到100 m。

圖1 LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）的精確配光控制效果

圖2 LED排式AHS（自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)）的效果

2 奧迪矩陣式LED前照燈

所謂矩陣式前照燈，指的是發(fā)光單元的數(shù)量很多，可達(dá)數(shù)十個(gè)，它們按照一定的方式排列，形成了一種矩陣，通過控制矩陣內(nèi)發(fā)光單元的開關(guān)，以及調(diào)節(jié)燈組內(nèi)的反光鏡、透鏡等部件的角度，讓系統(tǒng)可以精準(zhǔn)地調(diào)整照明的角度和范圍（圖3）。

奧迪矩陣式LED前照燈（Audi Matrix LED headlights）結(jié)構(gòu)如圖4所示，由25顆LED單體組成，具有64級調(diào)光水平和10億種不同的光線變化。憑借安裝在車前的攝像頭的光線檢測功能，當(dāng)車速達(dá)到30 km/h時(shí)，感應(yīng)式自動(dòng)前照燈與矩陣式LED前照燈便會(huì)自行啟動(dòng)，此時(shí)，由25顆LED單體組成的車燈燈組可以使每個(gè)光段獨(dú)立接通或關(guān)閉（彼此之間沒有聯(lián)系，各自單獨(dú)工作），也可以將燈光變暗，如圖5所示，如果識別出道路上有別的車輛，便可以將此時(shí)導(dǎo)致別人炫目的那部分遠(yuǎn)光燈光段關(guān)閉（無論是針對前行車輛還是對向來車均可執(zhí)行該項(xiàng)操作），其余那部分遠(yuǎn)光燈光段（就是此時(shí)并未引起別人炫目的那部分遠(yuǎn)光燈光段）仍然以遠(yuǎn)光燈狀態(tài)照亮道路，始終為駕駛?cè)颂峁┍M可能好的道路照明，最大限度地利用遠(yuǎn)光燈，可以讓駕駛?cè)嗽谝归g擁有清晰的行車視野（圖6），并能防止高亮度的燈光影響到對面來車或前方車輛。

新奧迪A8L轎車的夜視標(biāo)記燈在夜視輔助攝像頭檢測到前方有行人時(shí)，可以有針對性地輔助照亮行人，發(fā)出3次光線頻閃以警示駕駛?cè)撕托腥藵撛诘奈ｋU(xiǎn)（圖7），降低夜間意外的可能。

3 奧迪矩陣式激光前照燈

激光前照燈指的是利用激光二極管作為光源的汽車前照燈。激光前照燈在保持LED前照燈響應(yīng)速度快、亮度衰減少等優(yōu)點(diǎn)的情況下，體積更小、能耗更低。激光前照燈由于光束集中，所以照射距離很遠(yuǎn)，但是帶來的問題就是發(fā)散性比較差，光束覆蓋的角度比較窄，不宜用作近光燈。實(shí)際上，寶馬i8車的燈組里，激光前照燈模塊只是配合遠(yuǎn)近一體的LED前照燈使用的，主要用作增強(qiáng)遠(yuǎn)光燈的照射距離，基于這個(gè)原因，寶馬i8車的激光前照燈只有當(dāng)車速在40 km/h以上時(shí)才會(huì)啟用。為了解決這一問題，奧迪以矩陣式LED前照燈的思路對激光前照燈做了改進(jìn)，推出了矩陣式激光前照燈。

如圖8所示，作為發(fā)光單元的激光二極管發(fā)射出波長為450納米的藍(lán)色光束，照射到成千上萬個(gè)直徑僅為3 mm的微型反射鏡上。每個(gè)微型反射鏡都可以獨(dú)立地在水平和垂直2個(gè)軸上對角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過這些微型透鏡的調(diào)節(jié)，反射出來的光束既可以保持集中，以作為遠(yuǎn)光獲取更長的照射距離；也可以變得發(fā)散，作為近光獲得更廣的照射角度。同時(shí)，光束還可以偏轉(zhuǎn)一定的角度，以覆蓋彎道的盲區(qū)。不過此時(shí)光束還是藍(lán)色的，所以在微型反射鏡的前方還有一塊涂有含磷涂層的濾鏡，光束通過濾鏡之后變?yōu)榘咨?，色溫為接近日光? 500 K，之后，光束還要穿過一塊透鏡，以完成最后的優(yōu)化。同時(shí)，矩陣內(nèi)的每一個(gè)激光二極管都可以獨(dú)立開啟或關(guān)閉。在車輛的雷達(dá)或紅外攝像機(jī)等傳感器探測到前方的車輛后，可以關(guān)閉一部分激光二極管，使光束避開前方車輛，以免造成駕駛?cè)遂拍俊＞仃囀郊す馇罢諢粢跃仃嚰夹g(shù)解決了激光照射范圍過窄的缺點(diǎn)，令全激光前照燈成為可能。

圖3 矩陣式前照燈可以關(guān)閉部分發(fā)光單元避免駕駛?cè)遂拍?/p>

圖4 奧迪矩陣式LED前照燈的結(jié)構(gòu)

圖5 矩陣式LED前照燈不同狀態(tài)下的遠(yuǎn)光燈狀態(tài)

4 美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的可編程前照燈

美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人技術(shù)研究所研發(fā)的可編程前照燈，用數(shù)字光處理前照燈取代了標(biāo)準(zhǔn)的前照燈或LED燈群，能夠?qū)艄夥稚⒊?00萬束小光線，每一束光都可以通過車載計(jì)算機(jī)獨(dú)立控制。該系統(tǒng)利用一臺照相機(jī)即可感知迎面來的車輛、降雨和其他物體（如道路標(biāo)示），100萬束光根據(jù)道路情況可以相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整，有些光束變暗以保護(hù)迎面來車駕駛?cè)说难劬Γ行┕馐兞烈酝癸@道路標(biāo)識或行車道，使得駕駛?cè)丝梢猿浞掷眠h(yuǎn)光燈，無需擔(dān)憂刺眼燈光會(huì)導(dǎo)致迎面而來的駕駛?cè)丝床磺迓窙r，或者在雨雪天夜間駕駛遭受刺眼光芒，但該可編程前照燈整體照明的改變非常細(xì)微，一般來說駕駛?cè)俗⒁獠坏角罢諢粽w照明的差別。這種可編程前照燈可以感知并虛擬追蹤任何數(shù)量的迎面而來的駕駛?cè)耍趽踝∮锌赡苷丈涞今{駛?cè)搜鄄康纳俨糠诌h(yuǎn)光燈。此外，在雪天或雨天，前照燈通過追蹤車輛附近的單片雪花或雨滴并阻擋前照燈狹窄的銀鍍層（銀鍍層會(huì)照亮雨滴并反射進(jìn)入駕駛?cè)搜劾铮┒纳岂{駛?cè)说囊暳?。該前照燈的照相機(jī)檢測和相應(yīng)的亮度調(diào)節(jié)之間的時(shí)間間隔大約為1 ms～2.5 ms，這種近乎即刻的反應(yīng)速度意味著在大多數(shù)情況下系統(tǒng)無需成熟的算法即可預(yù)測當(dāng)前照燈做出反應(yīng)時(shí)迎面而來的駕駛?cè)嘶蜓┗ǖ木_位置。

圖6 奧迪矩陣式LED前照燈的實(shí)際效果

圖7 新奧迪A8L轎車的夜視標(biāo)記燈

圖8 奧迪矩陣式激光前照燈的構(gòu)造

除了預(yù)防刺眼的光，該前照燈還可以用于突出車道，當(dāng)?shù)缆返能嚨罉?biāo)記或邊緣不清晰，或大雪模糊了車道標(biāo)志線時(shí)，可有效輔助駕駛。當(dāng)與導(dǎo)航系統(tǒng)相連時(shí)，可編程前照燈可投射箭頭或其他方向指示以從視覺上引導(dǎo)駕駛?cè)恕?/p>