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        汽車遠(yuǎn)光傳感與控制系統(tǒng)研究

        2021-03-26 21:21:49
        光源與照明 2021年6期
        關(guān)鍵詞:照明設(shè)備遠(yuǎn)光燈大燈

        邵 娟

        景德鎮(zhèn)學(xué)院,江西 景德鎮(zhèn) 333400

        0 引言

        汽車是客運(yùn)和貨運(yùn)的重要工具。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,汽車的購(gòu)買量也隨之增加。在我國(guó)夜間交通事故中,遠(yuǎn)光燈事故占30%~40%,并且由于汽車遠(yuǎn)光燈錯(cuò)誤使用導(dǎo)致的交通事故發(fā)生數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)?,F(xiàn)階段,我國(guó)居民在駕駛汽車的過(guò)程中出現(xiàn)遠(yuǎn)光燈使用錯(cuò)誤的現(xiàn)象多發(fā),遠(yuǎn)光燈在非正確情況下開(kāi)啟,強(qiáng)光將對(duì)對(duì)面道路司機(jī)的眼睛產(chǎn)生直接的照射,使駕駛?cè)藛T無(wú)法正確判斷前方道路情況,增加了車禍發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn),這不僅對(duì)人們的人身及財(cái)產(chǎn)安全造成威脅,也不利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了減少此類交通事故的發(fā)生,相關(guān)管理部門需對(duì)車輛燈光使用加大執(zhí)法力度,同時(shí)研究人員需對(duì)汽車遠(yuǎn)光燈進(jìn)行改進(jìn),實(shí)現(xiàn)車輛遠(yuǎn)近光的自動(dòng)切換,以此提高車輛燈光使用的正確性。

        1 研究現(xiàn)狀

        現(xiàn)階段,我國(guó)對(duì)汽車大燈的相關(guān)研究仍處在自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)(AFS系統(tǒng))開(kāi)發(fā)階段,但在技術(shù)上已經(jīng)取得較好成果。目前研究主要集中在AFS控制系統(tǒng)上,因?yàn)锳FS系統(tǒng)主要依靠收集來(lái)自車輛速度和轉(zhuǎn)向角傳感器的信號(hào)來(lái)控制汽車大燈光線的方向。為了計(jì)算車輛狀態(tài)參數(shù)與汽車大燈水平光線和垂直光線夾角度數(shù)之間的關(guān)系,研究人員創(chuàng)建并提出了水平和垂直方向的AFS動(dòng)力學(xué)模型,通過(guò)多次試驗(yàn)取得了較好的結(jié)果。

        為了進(jìn)一步提高汽車遠(yuǎn)光燈使用的安全性,開(kāi)發(fā)人員對(duì)汽車遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。首先研究了汽車遠(yuǎn)光燈傳感控制系統(tǒng)的光學(xué)元件,選擇合適的LED光源,進(jìn)行布局設(shè)計(jì),根據(jù)非球面透鏡的成像原理設(shè)計(jì)了光學(xué)透鏡實(shí)驗(yàn)組。為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),開(kāi)展了多次模擬實(shí)驗(yàn)。同時(shí),采用先進(jìn)的光學(xué)疊層開(kāi)發(fā)測(cè)試方法,設(shè)計(jì)了4種自適應(yīng)前照燈光的近照燈實(shí)驗(yàn)組,以及安裝汽車遠(yuǎn)光傳感與控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)光燈實(shí)驗(yàn)組并開(kāi)展測(cè)試[1]。

        受海外汽車遠(yuǎn)光燈傳感控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的啟發(fā),國(guó)內(nèi)各大汽車燈具生產(chǎn)商家主動(dòng)發(fā)展遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)。同時(shí),多家電子系統(tǒng)服務(wù)公司對(duì)汽車遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā),為自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈問(wèn)題的出現(xiàn)提供多種解決方案,并在多種汽車上進(jìn)行系統(tǒng)配置及實(shí)際試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)數(shù)年的開(kāi)發(fā)及研究,2009年眾泰品牌生產(chǎn)發(fā)售的B21型號(hào)汽車搭配攜汽車遠(yuǎn)光燈傳感控制系統(tǒng)亮相,其通過(guò)汽車攝像頭和雷達(dá)傳感器系統(tǒng)進(jìn)行信息采集,傳感器數(shù)據(jù)處理通過(guò)先進(jìn)的算法進(jìn)行控制。汽車燈光控制通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行,為交回及錯(cuò)車車輛提供防眩暈的汽車照明裝置。

        2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的必要性

        由于中國(guó)的城市化進(jìn)程逐漸提高,大部分城市街道都安裝了路面照明設(shè)備,為道路使用者提供充足的亮度,提高了道路的能見(jiàn)度并減少道路交通事故的發(fā)生量。但在城郊及鄉(xiāng)村道路段,如高速公路、地方道路等,由于受到發(fā)展條件的限制,許多道路上沒(méi)有配套的路面照明設(shè)備路燈。在此狀況下,為了保障駕駛?cè)藛T的人身安全,車輛應(yīng)及時(shí)開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈照明設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)道路的照明。

        不正確或違規(guī)使用遠(yuǎn)光燈會(huì)導(dǎo)致許多道路交通事故,特別是汽車的數(shù)量每年都在增加,導(dǎo)致類似道路交通事故的數(shù)量也在迅速增加。相關(guān)研究表明,汽車遠(yuǎn)光燈防眩目現(xiàn)象的相關(guān)解決措施并不理想,不能有效解決遠(yuǎn)光燈所造成的意外傷害問(wèn)題。應(yīng)用遠(yuǎn)光燈檢測(cè)和控制系統(tǒng)是保障人們行車安全簡(jiǎn)單且高效的方法,有必要對(duì)其展開(kāi)研究。當(dāng)今大多數(shù)汽車都沒(méi)有裝設(shè)智能遠(yuǎn)光燈系統(tǒng),僅有少部分價(jià)格昂貴的汽車安裝此先進(jìn)的智能燈光傳感設(shè)備。如將此裝備在汽車制造行業(yè)廣泛使用會(huì)造成汽車生產(chǎn)成本的上漲,從而引起汽車售價(jià)的提高以及銷量的下降,不利于汽車品牌的樹(shù)立。要想使品牌在汽車銷售競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,就需要降低汽車生產(chǎn)制造的成本,低廉的價(jià)格將成為汽車品牌塑造過(guò)程中強(qiáng)有力的廣告。因此,價(jià)格的優(yōu)勢(shì)將成為此類產(chǎn)品日后發(fā)展的必然趨勢(shì)。

        3 設(shè)計(jì)原則

        車輛夜間駕駛條件與白天駕駛條件有較大差別,汽車在夜間行駛過(guò)程中,車輛攝像裝置對(duì)周邊環(huán)境的圖片采集與白天的情況也不相同。因此,適用于白天狀況下的車輛檢測(cè)法,如根據(jù)汽車的對(duì)稱性、邊緣和車底的陰影等方法不適用于夜間車輛檢測(cè)。要想確保夜間車輛檢測(cè)的精準(zhǔn)性,必須根據(jù)汽車在夜間行駛的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。汽車遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)作為汽車夜間行駛過(guò)程中最關(guān)鍵的傳感模塊,決定了車輛在夜間行駛的過(guò)程中檢測(cè)車輛的精確程度及系統(tǒng)運(yùn)行速度。

        車輛在夜間行駛時(shí)受到光線不足的影響,亮度高的車前大燈和紅色尾燈則為行駛中的車輛最顯著的特點(diǎn),因此對(duì)車燈的檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于夜間車輛檢測(cè)。由于汽車大燈的亮度較高,攝像系統(tǒng)在夜間拍攝捕捉的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生明亮區(qū)域溢出的現(xiàn)象。為了減少此現(xiàn)象的發(fā)生,研發(fā)人員用低曝光靜態(tài)相機(jī)對(duì)汽車的大燈進(jìn)行檢測(cè),將視野放大,以防止汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)鏡頭隨著時(shí)間的推移而扭曲。在夜間監(jiān)控視頻中,道路上汽車大燈的反射經(jīng)常發(fā)生,因此,開(kāi)發(fā)人員通過(guò)將光線與大氣散射規(guī)律相結(jié)合,以消除反射光線,使攝像系統(tǒng)能夠正確捕捉車輛信息[2]。

        4 系統(tǒng)研究難點(diǎn)

        (1)感應(yīng)區(qū)域選擇不規(guī)范。因?yàn)楦袘?yīng)相機(jī)拍攝到的圖像可能會(huì)存在一定數(shù)量的無(wú)用相片,如天空、路燈照明設(shè)備等。大多數(shù)研究在圖像處理之前均會(huì)對(duì)圖像進(jìn)行感應(yīng)區(qū)域的劃分工作。但是,圖像劃分工作一般由研究人員人工進(jìn)行,因此劃分方法不具備共通性,無(wú)法對(duì)全部圖像進(jìn)行準(zhǔn)確劃分。

        (2)嵌入式系統(tǒng)中機(jī)器學(xué)習(xí)的適用性有爭(zhēng)議?,F(xiàn)階段,圖像在識(shí)別過(guò)程中經(jīng)常使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù),這在視覺(jué)感知和識(shí)別效率方面更有效。但是,機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)要想清晰辨別圖像信息需要具備一個(gè)強(qiáng)大且健全的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存庫(kù),而目前我國(guó)對(duì)夜間圖像信息的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)尚不充足。多數(shù)研究中心的數(shù)據(jù)均來(lái)源于本中心的數(shù)據(jù)源圖像庫(kù),所得到的圖像信息無(wú)法保證數(shù)量和質(zhì)量,圖像信息的整體準(zhǔn)確性有待考證[3]。

        (3)制訂夜間行車消除雜散光源的方法。車輛在夜間行駛的過(guò)程中除了前車的大燈,還有其他燈源對(duì)車輛造成干擾。路面照明設(shè)備就是最常見(jiàn)的干擾源。盡管使用感應(yīng)區(qū)域選擇技術(shù)后能夠降低路面照明設(shè)備的干擾,但是在汽車遠(yuǎn)光燈傳感控制系統(tǒng)識(shí)別出車輛尾部大燈的顏色時(shí),路面照明設(shè)備的黃色光源就會(huì)對(duì)識(shí)別系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度造成阻礙。

        5 研究發(fā)展途徑

        遠(yuǎn)光燈傳感器的輸入信號(hào)可以調(diào)整汽車電路的輸出。基于此,將遠(yuǎn)光燈開(kāi)關(guān)與遠(yuǎn)光燈光學(xué)傳感器相結(jié)合,以降低誤用遠(yuǎn)光燈的風(fēng)險(xiǎn)。在日常生活中已經(jīng)使用了類似的設(shè)備,如自感應(yīng)路面照明設(shè)備,通過(guò)對(duì)自然光線明暗的暗影決定路燈設(shè)備是否自動(dòng)開(kāi)啟。然而,光敏路燈等設(shè)備往往使用電磁繼電器來(lái)控制燈的開(kāi)關(guān),而電磁繼電器的體積過(guò)大,不適用于小型汽車,會(huì)占用其他組件的空間,而且其售價(jià)較高。為此,可以用微型電腦設(shè)備來(lái)控制汽車遠(yuǎn)光燈的開(kāi)關(guān)?,F(xiàn)階段,我國(guó)人工智能技術(shù)得到快速發(fā)展,已成功在主控制芯片中植入控制功能,不需要單獨(dú)設(shè)置控制設(shè)備。由于室外光線明暗強(qiáng)度受到時(shí)間和天氣等影響,在室外環(huán)境暗度不佳時(shí)汽車內(nèi)部才會(huì)變暗。當(dāng)光線暗度下降時(shí),光源傳感器檢測(cè)到環(huán)境明暗的變化自動(dòng)將遠(yuǎn)光燈開(kāi)啟。如果環(huán)境敏感度降低到某個(gè)值時(shí),控制設(shè)備會(huì)自動(dòng)將近光燈切換到遠(yuǎn)光燈。汽車在夜間環(huán)境下行駛或倒車時(shí)遇到前方車輛,車輛傳感設(shè)備將發(fā)射波長(zhǎng)的紅外信號(hào),后方車輛在收到紅外信號(hào)后進(jìn)行識(shí)別,同時(shí)將汽車燈光從遠(yuǎn)光燈切換到近光燈。車輛在正常駕駛中遠(yuǎn)光燈具有警示功能,允許駕駛員手動(dòng)打開(kāi)遠(yuǎn)光燈。但是,如果光傳感器的檢測(cè)現(xiàn)路段不易開(kāi)啟遠(yuǎn)光燈,車燈將會(huì)在3 s提示后自動(dòng)關(guān)閉,以此保證遠(yuǎn)光燈的正確使用[4]。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        汽車傳感控制系統(tǒng)主要通過(guò)紅外信號(hào)的發(fā)送與接收對(duì)汽車周邊環(huán)境進(jìn)行判斷,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車燈光的開(kāi)關(guān)。汽車遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車大燈由近光燈到遠(yuǎn)光燈的自動(dòng)切換,駕駛?cè)藛T在汽車駕駛的過(guò)程中可以將遠(yuǎn)光燈傳感與控制系統(tǒng)作為遠(yuǎn)燈光控制的輔助性工具,以提高駕駛安全性。

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