摘要：汽车大灯对汽车照明系统、汽车性能安全系统起着关键作用，是汽车整体性能的重要组成部分。随着时代的不断发展，汽车车灯也由卤素灯、钨丝灯等逐渐转变使用光照强度更好、寿命更长的LED灯，发展到目前，LED灯的应用也越来越广泛，技术也在不断增进，价格也相对下降，故汽车车灯设计中，LED灯则作为首选方案。同时，随着时代、科技的进步以及人们日益增长的经济需求，直接导致汽车行业的制造更偏向于复杂化、智能化的生产，而车灯作为汽车整体设计的重要部分，对车灯的研究也越来越多。
关键词：智能前照灯,AFS近光,ADB远光,ECE R123
1 汽车大灯设计依据
1.1 LED原理
LED灯是一种低能耗灯,原理是导电发光,通电就可以变成光能。LED的中部有个半导体,有一部分是P的半导体,是发光的重要组成部分,另外的一部分是N,通过电子的流动来导电。这两个半导体连接起来时,变成了PN结随即发光。往一个方向导电是PN的特点,如果PN的两边向正极加压时,电子随即运动,在一个区间里形成一个复合,这个进程里,电子由高到低,得到聚变,紧接着发出一定的光能量,LED能发光就是运用了这样的原理。
1.2 汽车照明基本光度理论
和路灯或者是室内的光照系统相似,汽车车灯结构系统有一套很完善的标准,用独特的方法来测定车灯的功能性与表现性,用此来验证车灯结构系统是否合乎规范与标准,设计团队可以以此来判断车灯系统是否合格,让车灯系统的照明能够让人们可以接受。汽车车灯系统有很多界定的属性,比如光的通过性、远近程度、光发散能力、转化效率等。
就目前的发展情况来看,大部分使用了LED灯的车型,其功能性都不太多元化,几乎只有简单必要的远光及近光功能,而一些传统的车大灯,虽然其具有自动适应的功能,但由于其设计结构复杂而配光较为简单,智能程度也不高,无法自适应目前一些复杂的路况。为研究上述问题,本文从LED车大灯的多元化、复杂化功能,以及LED智能化作为切入点,主要依赖于LED灯的近光自适应光型和远光矩阵式光型来作为主要配置,同时设计研究AFS(Adaptive front-lighting system)近光模组和ADB(Adaptive driving beam)远光模组,旨在提升LED多元化、智能化的应用。
2 LED智能大灯原理与标准
2.1 AFS简介
汽车的安全系统功能很重要,而汽车车灯作为汽车安全性能的重要体现之一,对汽车整体安全系统起着至关重要的作用。目前汽车产业制造商对汽车车灯整体设计的创新、改进也有着更深入的研究,这也是对汽车传统工业的继续深入、改革。在过去的几十年里,汽车车灯使用传统车灯结构,车灯在照明使用的过程中,由于受到其单一的照明条件限制,在一些较为复杂的自然条件下,如天气恶劣的情况下、道路情况复杂以及车身自然状态的变化,往往很难控制好车辆的行驶,导致一些不可避免的安全隐患始终存在。为解决这一问题,则引入了AFS自适应前照灯系统,因为其特有的功能以及智能化,利用转向头灯形式,根据车辆的转向来旋转头灯内灯具左右旋转8°至15°照明弯道死角;利用前车雾灯进行弯道照明,转向时,对应的弯内侧雾灯亮起,照明弯道死角。AFS系统能自动判断行驶路况、天气等自然因素可能对行驶造成的困难,同时根据自检车辆的状态,从而智能、准确的自动调节车灯光照模式,以保障夜间行驶的安全。
2.2 ADB简介
上述提到的AFS系统,虽然其有着智能化、自动判断车况、路况、天气等自然因素的功能,从而智能化的提供不同的光照模式,但其始终也主要针对近光的照射,但汽车在行驶的过程中必须使用远光灯时,AFS系统则显得似乎没那么智能,无法对汽车的安全驾驶再起着整体的保护作用。而针对一些传统的车灯照明,由于其自身的限制条件,无法自动切换远近光灯,直接导致了在行驶过程中,由于车灯的转化不便引起的视野受限的情况。随着科技的不断进步、汽车工业的不断发展,车灯照明在AFS系统的基础上又对ADB系统有了更深入的引用及研究。
ADB,也称为GFHB(Glare Free High Beam)或VCOB(Vertical Cut-off Beam),其含义均为自适应远光或无眩目远光。ADB最主要的功能性条件就是,其可智能化的、根据行驶情况自动判断、切换远近光灯,而触发这一系列功能的,还是旨在ADB本身是一种智能性的防炫目远光灯系统,其可通过摄像头、传感器,判断车辆行驶的情况以及前方车辆的距离。ADB系统更为强大的功能是,其可实时判定、计算并控制车灯中微粒的变化,来不断更新车灯的照明状态,从而避免因前方车辆的照明而导致的眩目。所以,ADB系统的引入,更大程度上能保证夜间驾驶的安全性。
3 ADB实现远光系统的设计
3.1 ADB远光设计理念
AFS系统会在不同的环境下、复杂的天气情况里,根据各种各样的天气反馈到系统里,根据回传信息自动设置灯光类别,可只能在近光灯的情况下适应,当司机设置成远光灯时并不能实现这些功能,司机在选择远光灯时,很影响对向来车,晚上开车,如果随意使用远光灯,会在司机位置形成一个盲区,增大了事故发生的概率。
ADB是一种很人性化的车灯结构系统,在车身外部的探头来接收信息,探测到对向来车,将来车的位置实时回传给bcm,bcm把信息通过can总线传到abd的控制系统。控制系统将对向来车的位置通过软件的算法来控制对车灯照射的那颗LED关闭,使得行车的区域形成一个暗区,这样对驾驶员就不会被远光灯照射产生眩晕,这样的新技术系统已经成为汽车厂商的首选。
3.2 基于ADB系统的远光照明
为了使消费大众更加了解车灯的详细位置情况,到达预期的实验效果,我们可以选择两组相同的LED灯泡,因为对向来车的灯光使驾驶员不会产生眩晕,但自己的可视区域就减少了,所以设置了多颗LED的方式,每个实验组都相互独立存在,每组里有16颗标准LED灯泡,每颗LED负责照亮一个区域,但光学上把每个照射的区域拼接起来成为一个整的照射面,然后对向有来车就关掉相应位置的LED。充分体现出ADB系统的远光照明的优势。
4 ADB远光系统在LED车灯系统中的实现过程
汽车制造水平的提高,创新意识越来越强,汽车的标配都有四轮防抱死、车身稳定系统、定速巡航、遇障碍自动刹车等先进设备来提升汽车的安全性和舒适性,越先进的汽车就越完善,这样的人工智能能够实现就是共同研究的成果。汽车车灯的智能化,也是汽车发展的一部分,自适应的车灯也是我们未来汽车的发展需求,自动的根据环境、路况等来改变车灯的亮度与方向,需要的是先进设备的支持。
之前我们就有论证AFS与ADB车灯系统的稳定性、可靠性等。也论证了在不同环境下系统的支持效果,也同时实验出想要得到的光照结果,如果要这些功能实现,必须还要有具备一套完善的传感系统来支持,比如高级驾驶辅助系统。自适应前大灯是在车辆行驶的过程中,会根据车辆运行的情况,包括行驶的路况比如高速公路、国道、县道、乡道等,来利用传感器传到汽车主控系统上,根据不同的环境来安排汽车的灯光,使得灯光合理的分配,包括灯光的强弱、远近和方向等。我们在本文介绍的自适应前大灯也就是AFS,是很多汽车在行车途中的自适应模式,就是使上下区间的灯泡变化,汽车在城市里驾驶时,通过车载GPS定位,传感器知晓你在哪个城市时,会通过汽车的ECU装置控制汽车车灯的明亮与熄灭,第一模块亮,第二模块灭;AFS主要功能还有是辅助转向时,自动点亮可照亮转向方向的区域,增加可视区域。让车灯适应更加复杂的行车环境,带给驾驶员不一样的舒适感。
总结
汽车大灯的设计现在已经很智能,多数用LED来实现车灯的功能,也成为了汽车制造厂商研究的重点方向。此篇论文重点论述的AFS和ADB智能化车灯系统的设计。
经过论述汽车LED智能前照灯的历史变迁,学习到了我国的汽车生产越来越先进,车灯的创新也在不断跟进,可以研究出我国车灯市场未来的发展趋势。在这形势向好的大环境下,我们要抓住契机,努力设计与制造好符合消费者需求的智能车灯系统,掌握LED车灯的发光特性及优势,结合国内外先进技术,取长补短的进行发展和研究,强调了此次论证的意义与应用,通过介绍汽车前照灯在发展过程中光源和功能上的变化,总结出汽车前照灯在当前形势和需求下的发展趋势,进而阐述本课题的研究背景,强调本课题研究的意义和应用前景,提出了本文运用Lucidshape进行设计的基本设计思路和步骤。
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