汽車前照大燈智能化的現(xiàn)狀與發(fā)展

羅德智，牛萍娟，郭云雷，劉 雷，孫玉楷

(1.天津工業(yè)大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，天津 300387)

汽車前照大燈智能化的現(xiàn)狀與發(fā)展

羅德智1，牛萍娟1，郭云雷2，劉 雷1，孫玉楷2

(1.天津工業(yè)大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，天津 300387)

汽車智能前大燈可以讓駕駛員將更多的精力投入到汽車的駕駛上，如通過(guò)前照燈彎道自適應(yīng)技術(shù)，可以減少駕駛員不斷切換遠(yuǎn)近光燈的麻煩，減輕駕駛員的操作負(fù)擔(dān)。本文介紹了汽車前大燈智能化的研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)；結(jié)合目前幾種主要的汽車前大燈智能控制方式與相關(guān)技術(shù)，分析了先進(jìn)性與實(shí)用性；對(duì)汽車前大燈智能控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)做了展望；闡述了汽車照明智能控制方面的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和整合情況。

前照燈；矩陣式大燈；矩陣式尾燈；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

引言

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展更新，越來(lái)越多的智能化產(chǎn)品出現(xiàn)在我們的日常生活中。汽車作為高科技的集中產(chǎn)物，智能化程度也越來(lái)越高，汽車前大燈的科技含量往往代表著汽車的安全性。汽車智能化不僅僅體現(xiàn)為車載系統(tǒng)的功能更加強(qiáng)大、更加豐富，如何使汽車對(duì)于駕駛員及行人變得更加可靠、更加安全是汽車制造商關(guān)注的焦點(diǎn)，也是將來(lái)汽車智能化發(fā)展的一個(gè)重要方向。汽車前照大燈控制的智能化，使駕駛員能夠從燈光控制的繁雜操作中解放出來(lái)，將更多的精力投入到汽車的駕駛上。例如：當(dāng)行駛在復(fù)雜的路段時(shí)，矩陣式激光大燈技術(shù)能夠減輕駕駛員需要不斷調(diào)節(jié)燈光的麻煩。

1 研究現(xiàn)狀

1.1前照燈彎道自適應(yīng)技術(shù)

1)前照燈隨動(dòng)調(diào)節(jié)。汽車控制系統(tǒng)通過(guò)光照強(qiáng)度傳感器能夠檢測(cè)車輛外部的環(huán)境亮度，當(dāng)環(huán)境亮度低于規(guī)定值時(shí)汽車控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)開啟前照大燈。汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)角傳感器測(cè)量出汽車轉(zhuǎn)彎的角度，使用橫擺角速度傳感器測(cè)量出汽車的橫擺角速度，利用車速傳感器測(cè)量出當(dāng)前汽車的行駛速度，以及采用加速度計(jì)傳感器獲取車身高度(車輛質(zhì)心)和車燈轉(zhuǎn)角傳感器獲取車燈轉(zhuǎn)角等變化信息。這些信息通過(guò)CAN總線傳輸給處理器進(jìn)行信息交互及算法處理后，按照建立好的控制策略計(jì)算出車燈應(yīng)當(dāng)旋轉(zhuǎn)的角度值[1]；并通過(guò)CAN總線發(fā)送至轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)車燈，及時(shí)地對(duì)汽車前大燈的配光進(jìn)行最優(yōu)化的調(diào)節(jié)[2]，在進(jìn)入前方彎道前獲得適合轉(zhuǎn)彎的光束。

2)矩陣式LED光束調(diào)節(jié)。前照燈隨動(dòng)調(diào)節(jié)在實(shí)際應(yīng)用中卻存在著操縱性差和車燈轉(zhuǎn)角滯后等問題。操縱性差表現(xiàn)為行駛過(guò)程中車燈會(huì)抖動(dòng)，車燈轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)精度不高，轉(zhuǎn)角容易出現(xiàn)超調(diào)等情況；車燈轉(zhuǎn)角滯后體現(xiàn)在車燈轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)滯后于駕駛員所期望的轉(zhuǎn)角[3]。為了解決上述問題，研究人員引進(jìn)了CCD圖像傳感器技術(shù)和矩陣式LED大燈技術(shù)。

CCD圖像傳感器系統(tǒng)能夠采集距車有一定距離的彎道信息，采集到的信息將通過(guò)CAN總線傳輸給處理器，由處理器提前按照不同的車身狀態(tài)和采集到前方彎道的信息，確定矩陣式LED大燈的控制方式。使前照大燈的光束提前進(jìn)行隨動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前照大燈光束的預(yù)調(diào)整，保證汽車進(jìn)入彎道時(shí)前照大燈光束能完全覆蓋駕駛員所期望的區(qū)域[4]，從而避免了照明死角的出現(xiàn)。采用的CCD圖像傳感器技術(shù)，能提前對(duì)彎道進(jìn)行光環(huán)境適應(yīng)性調(diào)整，充分彌補(bǔ)了前照燈隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)存在調(diào)節(jié)滯后和車燈旋轉(zhuǎn)角度不足的缺陷，實(shí)現(xiàn)車燈的自主旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，預(yù)調(diào)整的燈光能引導(dǎo)駕駛員執(zhí)行入彎的正確操作，起到提示作用，并解決了車燈轉(zhuǎn)角滯后于駕駛員期望轉(zhuǎn)角的問題。

矩陣式LED大燈中的近光燈共有25個(gè)LED單體，近光燈共有五個(gè)組件，每個(gè)組件由5個(gè)單體構(gòu)成，且每個(gè)單體都可以單獨(dú)的進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)或者開閉。汽車控制系統(tǒng)可以根據(jù)CCD圖像傳感器系統(tǒng)采集的信息和當(dāng)前車身的狀態(tài)，控制矩陣式LED使光束角度與駕駛員期望的方向一致。在汽車轉(zhuǎn)向前，控制系統(tǒng)會(huì)依據(jù)汽車轉(zhuǎn)向的不同角度，按順序打開或關(guān)閉LED單體，汽車轉(zhuǎn)向的角度越大，LED單體打開的位置就越靠近汽車外側(cè)，汽車通過(guò)彎道以后，偏向汽車內(nèi)側(cè)的LED單體會(huì)被重新打開。從而解決了行駛過(guò)程中車燈抖動(dòng)、車燈轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)精度不高和轉(zhuǎn)角容易出現(xiàn)超調(diào)等問題。

1.2防眩目技術(shù)

1)汽車檢測(cè)和跟蹤。汽車檢測(cè)系統(tǒng)通常由圖像采集模塊、車輛檢測(cè)模塊和車輛跟蹤模塊等組成。汽車檢測(cè)是整個(gè)車輛識(shí)別好人跟蹤過(guò)程的基礎(chǔ)部分，后期進(jìn)行的汽車運(yùn)動(dòng)估計(jì)和汽車跟蹤的實(shí)現(xiàn)都需要建立在正確、可靠的車輛檢測(cè)之上[5]。汽車控制系統(tǒng)通過(guò)車載攝像頭采集汽車前方的視頻數(shù)據(jù)信息，然后通過(guò)CAN總線將信息傳輸給車輛檢測(cè)模塊。汽車檢測(cè)模塊對(duì)待檢測(cè)圖像采用數(shù)字圖像處理算法和機(jī)器視覺算法來(lái)檢測(cè)車輛，最后從圖像中獲取車輛的精確位置信息。跟蹤模塊則依據(jù)檢測(cè)模塊所檢測(cè)到的車輛信息得到需要進(jìn)行跟蹤的車輛，并初始化需要跟蹤車輛的信息，然后車輛檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算和估計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)車輛的跟蹤[6]。跟蹤主要是使用目標(biāo)在連續(xù)視頻圖像中的信息預(yù)測(cè)下一時(shí)刻目標(biāo)可能出現(xiàn)的位置，采用跟蹤算法可以避免全局搜索，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)前方車輛的關(guān)鍵[7]。因此汽車控制系統(tǒng)可以依據(jù)需求實(shí)時(shí)的對(duì)前方車輛進(jìn)行檢測(cè)、識(shí)別和跟蹤，并通過(guò)相應(yīng)的光束調(diào)節(jié)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)防眩目功能。

2)防眩目光束調(diào)節(jié)。矩陣式LED大燈控制系統(tǒng)能夠通過(guò)車輛檢測(cè)系統(tǒng)，感知和跟蹤到800 m距離內(nèi)的其他車輛；當(dāng)檢測(cè)到汽車前方或?qū)ο蜍嚨烙熊囕v和行人時(shí)，大燈控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)跟蹤目標(biāo)車輛，并關(guān)閉相應(yīng)位置的LED單體，同時(shí)，其他LED單體繼續(xù)保持照明。這樣既能夠避免對(duì)方產(chǎn)生眩目的情況，又保證了駕駛員的正常照明需求。其還可以根據(jù)不同的照明需求自行切換遠(yuǎn)光燈和近光燈，當(dāng)駕駛員以低速駕駛汽車時(shí)，前照大燈控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)將燈光調(diào)節(jié)成分散的狀態(tài)，進(jìn)而能夠擴(kuò)大照明區(qū)域，為駕駛員提供更廣闊的視野；相應(yīng)的，當(dāng)駕駛員以高速駕駛汽車時(shí)，大燈控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)加強(qiáng)光線的密度，以此來(lái)增加燈光的照射距離，讓駕駛員能夠看得更遠(yuǎn)。

1.3行人提醒技術(shù)

1)紅外熱成像。紅外熱成像是基于紅外熱成像原理，通過(guò)紅外探測(cè)器，將夜間汽車前方道路上的目標(biāo)與背景相應(yīng)的轉(zhuǎn)化為圖像坐標(biāo)系中的信息，此時(shí)的圖像為灰度圖像，由灰度值的大小反映視覺場(chǎng)中的信息。場(chǎng)景中的一般物體的溫度輻射比行人和動(dòng)物的低，因此成像的灰度值也比行人和動(dòng)物的低；相應(yīng)的，物體溫度輻射越高，在圖像中成像的灰度值就越大，則對(duì)應(yīng)的物體就越亮。

因此，根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的車載紅外夜視儀，能夠根據(jù)熱成像技術(shù)獲得同一時(shí)間和空間的目標(biāo)，以及背景在圖像坐標(biāo)系中的相對(duì)位置，并通過(guò)檢測(cè)與識(shí)別技術(shù)對(duì)道路中的行人和動(dòng)物進(jìn)行識(shí)別[8]。該技術(shù)不僅能夠擴(kuò)大駕駛員夜間的視野，而且能夠?qū)π旭傔^(guò)程中存在的潛在危險(xiǎn)做出預(yù)判和發(fā)出警報(bào)。

2)行人提醒實(shí)現(xiàn)。當(dāng)車載紅外夜視儀檢測(cè)到車輛前方有行人或動(dòng)物將要進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，夜視輔助駕駛系統(tǒng)會(huì)在顯示屏上標(biāo)注相應(yīng)的目標(biāo)及向駕駛員發(fā)出警報(bào)。同時(shí)汽車控制系統(tǒng)會(huì)控制矩陣式LED燈組，使相應(yīng)的LED單體照亮行人頭部以下的部位，并通過(guò)連續(xù)閃爍三次來(lái)提醒行人；通過(guò)突出照亮行人，將行人與周圍環(huán)境區(qū)別開，以提醒駕駛員。當(dāng)檢測(cè)到車輛前方有動(dòng)物時(shí)，夜視輔助駕駛系統(tǒng)會(huì)在顯示屏上將動(dòng)物的圖像標(biāo)出并向駕駛員發(fā)出聲音警報(bào)；同時(shí)汽車控制系統(tǒng)會(huì)將相應(yīng)的LED單體關(guān)閉，避免動(dòng)物會(huì)被強(qiáng)光刺激而受到驚嚇，造成無(wú)法預(yù)知的事故。

1.4自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)的相關(guān)法律法規(guī)

歐盟在2007年發(fā)布的ECE R123法規(guī)中詳細(xì)闡釋和定義了自適應(yīng)性前照燈系統(tǒng)使用的五種照明模式，并在修訂后的ECE R48法規(guī)中規(guī)定了各種照明模式的開啟條件[9]。我國(guó)參照ECE R123和ECE R48制定了符合我國(guó)國(guó)情的《汽車用自適應(yīng)前照明系統(tǒng)》(GB/T 30036—2013)。

五種照明模式開啟條件[10]：

1)基礎(chǔ)照明模式(C級(jí))——C級(jí)模式為默認(rèn)照明模式，當(dāng)需要照明而又沒有達(dá)到其它照明模式開啟條件時(shí)，C級(jí)模式默認(rèn)開啟。

2)城市道路照明模式(V級(jí))——當(dāng)自動(dòng)檢測(cè)到下面一個(gè)或多個(gè)情況時(shí)，汽車控制系統(tǒng)將自動(dòng)切換到V 級(jí)照明模式(適用V信號(hào))： ①汽車行駛在城市的道路上，且速度不超過(guò)60 km/h；②汽車行駛在有固定照明的道路，且速度不超過(guò)60 km/h；③汽車行駛的路面亮度值為 1cd/m2，和/或水平路面亮度值持續(xù)大于10 lx；④汽車車速度不超過(guò)50 km/h。否則不可以使用V級(jí)近光模式。

3)高速公路照明模式(E級(jí))——當(dāng)汽車車速超過(guò)70 km/h，且自動(dòng)檢測(cè)到下面一個(gè)或多個(gè)情況時(shí)，汽車控制系統(tǒng)將自動(dòng)切換到E級(jí)照明模式：①檢測(cè)到公路中間設(shè)有隔離帶，和/或汽車車速超過(guò)110 km/h(適用 E 信號(hào))； ②在E級(jí)照明模式的場(chǎng)合，其光束僅符合D.7的下列數(shù)據(jù)集：a)數(shù)據(jù)集E1：汽車車速超過(guò) 100 km/h(適用 E1 信號(hào))，b)數(shù)據(jù)集E2：汽車車速超過(guò) 90 km/h(適用 E2 信號(hào))，c)數(shù)據(jù)集E3：汽車車速超過(guò) 80 km/h(適用 E3信號(hào))。否則不可以使用E級(jí)近光模式。

4)惡劣天氣照明模式(W級(jí))——當(dāng)汽車前霧燈處于關(guān)閉狀態(tài)，且自動(dòng)檢測(cè)到下面一個(gè)或多個(gè)情況時(shí)，汽車控制系統(tǒng)將自動(dòng)切換到W 級(jí)照明模式(適用W信號(hào))：①自動(dòng)檢測(cè)到行駛的路面潮濕； ②汽車雨刮器已開啟，且被連續(xù)操作或自動(dòng)控制持續(xù)至少2 min。否則不可以使用W級(jí)近光模式。

5)彎道照明模式(T級(jí))——除非已經(jīng)對(duì)下面至少一種特性(或相應(yīng)示值)進(jìn)行了評(píng)估，否則C、V、E或W 級(jí)照明模式不能被切換成彎道照明模式：①轉(zhuǎn)向鎖角；②車輛重心軌跡。

2 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

2.1矩陣式激光大燈技術(shù)

1)空間光調(diào)制。DMD技術(shù)(Digital Micromirror Device)是一種通過(guò)數(shù)字電壓信號(hào)控制微型反射鏡來(lái)執(zhí)行機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)光學(xué)控制的裝置[11]。其核心部分由數(shù)百萬(wàn)個(gè)微型反射鏡組成，鏡面為鋁制，邊長(zhǎng)達(dá)到數(shù)百分之一毫米，每一個(gè)都可以進(jìn)行單獨(dú)尋址操作，通過(guò)靜電場(chǎng)的作用，微型反射鏡每秒鐘能夠翻轉(zhuǎn)多達(dá)5 000次。通過(guò)尋址寫入微反射鏡下方對(duì)應(yīng)的 CMOS 存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)，根據(jù)存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),配合特定的刷新控制信號(hào)，可以使數(shù)字微鏡器件上的這些小反射鏡偏轉(zhuǎn)到“開”或“關(guān)”的狀態(tài)。處于“開”狀態(tài)的微鏡對(duì)應(yīng)能將入射光反射到所需方向，處于“關(guān)”狀態(tài)的微鏡則意味著不能將入射光反射到所需方向[12]。通過(guò)尋址控制各個(gè)微鏡單元在“開”或者“關(guān)”狀態(tài)保持的時(shí)間，達(dá)到對(duì)光能進(jìn)行調(diào)制的效果，燈光經(jīng)過(guò)不同位置的微型反射鏡被投射到汽車前方的路面上。

2)矩陣式激光大燈。激光大燈是采用激光二極管作為光源的汽車前照大燈。激光大燈具有響應(yīng)速度快、發(fā)光效率高、亮度衰減低、體積小、和能耗低等優(yōu)點(diǎn)；和LED大燈相比，在體積方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于激光大燈的光束比較集中，所以能夠照射的距離就非常遠(yuǎn)；但是也存在光束的發(fā)散性較差和光束照射的范圍較窄等不足之處，所以不適合用作汽車的近光燈[13-14]。為了解決上述的問題，研究人員從矩陣式LED大燈的想法中得到了新的思路，設(shè)計(jì)出矩陣式激光大燈。矩陣式激光大燈的光源是激光二極管發(fā)射出的藍(lán)色光束，其波長(zhǎng)為450 nm的；為了得到白光就需要在反射鏡的前端安裝含有磷涂層的濾鏡，藍(lán)色光束通過(guò)含有磷涂層的濾鏡后就會(huì)變?yōu)榘咨珳貫榻咏展獾? 500 K[15]，然后白色光束還需要穿過(guò)一塊透鏡完成最后的優(yōu)化。

當(dāng)車載的雷達(dá)或紅外攝像機(jī)等探測(cè)器檢測(cè)到汽車前方有其他汽車或行人出現(xiàn)時(shí)，矩陣式激光大燈能夠使光束避開前方車輛，以免造成其他駕駛員或行人產(chǎn)生眩目的情況。當(dāng)汽車遇到各種不同的交通情況時(shí)，采用的DMD技術(shù)能夠提供最適合的照明方案。從技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)，DMD技術(shù)可以讓矩陣式激光大燈擁有無(wú)限種可能的控制方式。比如，可以在汽車前面的左右大燈發(fā)出兩條光帶來(lái)標(biāo)明車身左右寬度，進(jìn)而幫助駕駛員判斷是否能夠通過(guò)狹窄路段或施工路段，這一功能類似于窄路照明技術(shù)；汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩個(gè)前照大燈能夠在路面上投射交通指示圖案，提醒其他駕駛員及行人本車正確的預(yù)行駛方向；或在汽車前方的路面照射出一簇明暗相間的光帶來(lái)模擬斑馬線，告訴等候的行人可以過(guò)馬路；也能夠利用具有高分辨率聚焦的燈光照射交通標(biāo)志，讓駕駛員能夠提前預(yù)知前方道路信息；或者通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)光線，以避免開啟遠(yuǎn)光燈時(shí)強(qiáng)光對(duì)其它駕駛員和行人造成眩目的情況發(fā)生。矩陣式激光大燈使用空間光調(diào)制技術(shù)，成功的解決了激光大燈發(fā)散性比較差和光束覆蓋的角度比較窄等缺點(diǎn)，令汽車激光前照大燈成為了可能。

2.2矩陣式OLED尾燈技術(shù)

1)OLED照明技術(shù)優(yōu)勢(shì)。OLED尾燈與LED尾燈相比，其具有自發(fā)光、寬視角、高對(duì)比度、低功耗、響應(yīng)速度快等許多優(yōu)點(diǎn)[16]；另外還擁有更為豐富的色彩和更高的可塑性，能夠直接與車燈外殼結(jié)合[17]，從視覺上來(lái)看，變得更具有立體感。上述OLED尾燈技術(shù)優(yōu)勢(shì)能夠解決當(dāng)前照明技術(shù)發(fā)展過(guò)程中所存在的瓶頸問題[18]，OLED光源將會(huì)成為未來(lái)照明產(chǎn)品發(fā)展的主流產(chǎn)品之一。

2)矩陣式OLED尾燈。矩陣式OLED尾燈，能夠通過(guò)不同組合樣式來(lái)表示不同的駕駛狀態(tài)，從而與后車實(shí)現(xiàn)交流[19]。例如，奧迪全新概念性的矩陣式OLED立體尾燈，它具有以下三個(gè)特點(diǎn)：①車燈能夠變成立體的燈具，目前的車燈大部分都是限制固定在前燈和尾燈兩個(gè)固定的地方，在將來(lái)車燈會(huì)變成三維立體的。②它能夠移動(dòng)，可以根據(jù)需求在車身上活動(dòng)。目前有的汽車轉(zhuǎn)向燈已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能，如車輛將要進(jìn)行右拐彎時(shí)，右轉(zhuǎn)向燈上點(diǎn)亮燈組的單體就會(huì)從左側(cè)移動(dòng)到右側(cè)，車燈會(huì)行成動(dòng)態(tài)的效果。③車燈能夠擁有溝通的功能。車輛拐彎時(shí)，車輛上的OLED尾燈可以顯示許多種小符號(hào)，進(jìn)而告之后方的駕駛員本車的駕駛狀態(tài)[20]。它能夠自動(dòng)地調(diào)整車輛的照明區(qū)域以及寬度，使其他駕駛員能夠及時(shí)了解到本車的工作狀態(tài)，達(dá)到傳遞信號(hào)的效果。這也是將來(lái)車燈發(fā)展的三個(gè)重要方向。

2.3數(shù)字“投影儀”前照大燈技術(shù)

1)智能“像素”光束調(diào)制。目前使用的自適應(yīng)照明系的統(tǒng)安裝受到空間限制，進(jìn)而影響了其效性的充分發(fā)揮。例如，當(dāng)傳感器檢測(cè)到其他駕駛員及行人時(shí)，它們就會(huì)讓前照大燈LED陣列內(nèi)的相應(yīng)的LED單體變暗淡或關(guān)閉。這就意味著，每個(gè)LED單體都需要配備額外的供電組件來(lái)實(shí)現(xiàn)上述自適應(yīng)光束的調(diào)節(jié)，所以汽車前部狹小的安裝空間會(huì)限制LED單體的安裝數(shù)量，進(jìn)而限制了汽車前照大燈的整體亮度和調(diào)節(jié)的精細(xì)程度。

為了解決上述問題，研究人員研發(fā)了一款新型的智能像素前照大燈，它可以更加精確地塑造和控制發(fā)射的光束。有1 024個(gè)可控像素封裝成一個(gè)“芯片”，內(nèi)嵌在智能像素前大燈里。每一個(gè)像素都有單獨(dú)的組件來(lái)控制它們，讓它們的照明效率高于目前的標(biāo)準(zhǔn)。每一個(gè)智能LED像素都能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)光束的亮度及開閉，并且可以更精確地控制光束。

2)數(shù)字前照大燈。數(shù)字前照大燈系統(tǒng)中采用的智能“像素”式光束調(diào)制技術(shù)被稱作數(shù)字大燈，數(shù)字大燈中安裝有數(shù)百萬(wàn)的微鏡。數(shù)字大燈利用攝像頭和雷達(dá)采集環(huán)境信息，通過(guò)相應(yīng)的算法，可以識(shí)別出其他駕駛員及行人，并按照不同的交通情況調(diào)整光束分配。新的投射技術(shù)和控制軟件讓數(shù)字前大燈可以需求減弱或增強(qiáng)光束亮度，避免光束對(duì)行人造成不必要的傷害；能夠保證無(wú)眩光的情況下還可以獲得最佳視角和最大照明區(qū)域，該項(xiàng)技術(shù)能夠提高駕駛員在夜間駕駛的安全系數(shù)。

2.4可編程LED車頭燈技術(shù)

卡內(nèi)基梅隆大學(xué)著名的機(jī)器人研究所宣布，其研究人員正在研發(fā)一種由攝像機(jī)、處理器、空間光調(diào)制器和分束器組成的全新可編程智能LED車頭燈[21]。可編程的智能LED車頭燈可以通過(guò)攝像機(jī)檢測(cè)、識(shí)別和追蹤所以迎面而來(lái)的其他駕駛員，并遮擋住可能造成對(duì)向駕駛員及行眩目的少部分光線。在下雨或下雪情況下，可編程頭燈可以追蹤車輛前方的雪花或單個(gè)雨滴，并根據(jù)追蹤的雪花或雨滴遮擋車頭燈狹小的銀鍍層，進(jìn)而能夠改善司機(jī)的視覺。可編程車頭燈可以屏蔽前方照射進(jìn)來(lái)的部分亮光，避免駕駛員受到耀眼的亮光干擾，從而當(dāng)駕駛員看向汽車前方的雪花或雨滴時(shí)，就不會(huì)有刺眼感覺，因?yàn)檐囶^燈已經(jīng)把雪花和雨滴反射的亮光屏蔽[22]。當(dāng)可編程車頭燈和導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合，車頭燈就能夠在前方的路面上預(yù)先投射出交通指示標(biāo)識(shí)，提示駕駛員前方的路況，給予直觀的引導(dǎo)。采用我可編程車頭燈，能夠使車燈變得更亮[23]，并且能夠避免造成其他駕駛員產(chǎn)生眩目的情況，還可以起到交通信號(hào)指示的作用。

該車頭燈系統(tǒng)采用了數(shù)字光處理技術(shù)，通過(guò)對(duì)探照燈的光線調(diào)節(jié)來(lái)替代目前標(biāo)準(zhǔn)的前照燈。數(shù)字光處理技術(shù)能夠?qū)⑻秸諢舻墓饩€分散成100萬(wàn)束細(xì)小的光線，并且每個(gè)束光都能夠經(jīng)過(guò)車載處理器對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立編程控制。該系統(tǒng)采用單個(gè)攝像機(jī)就可以檢測(cè)、識(shí)別和追蹤迎面而來(lái)的駕駛員和行人及其他物體。系統(tǒng)可以根據(jù)需求對(duì)100萬(wàn)束光進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，既能夠調(diào)節(jié)他們的亮度，保證其他駕駛員及行人不會(huì)被強(qiáng)光干擾；能夠聚焦照射交通標(biāo)示或車道，讓其他人可以更容易的看清楚。光束的調(diào)節(jié)過(guò)程中整體照明效果的變化十分微小，駕駛員一般是感覺不到微小的變化。攝像機(jī)檢測(cè)過(guò)程和對(duì)應(yīng)的光束調(diào)節(jié)過(guò)程的時(shí)間差大約是1～2.5 ms[24]，時(shí)間差近乎即刻的響應(yīng)，說(shuō)明在大部分情況下，在車頭燈響應(yīng)前系統(tǒng)不采用成熟的算法也能夠迅速預(yù)測(cè)出迎面而來(lái)的駕駛員和行人或雨滴和雪花的精準(zhǔn)位置。

使用同樣的車頭燈就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)甚至更多的功能，這和其他最新的前照燈系統(tǒng)形成了十分鮮明的對(duì)比。其他前照燈系統(tǒng)包含有多個(gè)LED燈組，它們主要是通過(guò)調(diào)節(jié)LED的亮度來(lái)削弱刺眼的強(qiáng)光，同時(shí)旋轉(zhuǎn)前照燈來(lái)使駕駛員能夠看清彎曲的車道。但是這些前照燈系統(tǒng)很多都是只能應(yīng)用于單一任務(wù)的系統(tǒng)，不同的前照燈系統(tǒng)只能在不同的任務(wù)中使用[25]。研究小組還將要在車燈系統(tǒng)的控制策略上結(jié)合GPS數(shù)據(jù)，根據(jù)汽車駕駛的方向自動(dòng)調(diào)整車頭燈的照明方向，使駕駛員可以更好的看清前方道路[26]。同時(shí)，還計(jì)劃增加檢測(cè)障礙的功能，對(duì)前方道路的障礙物進(jìn)行提前預(yù)警。

3 汽車前照燈相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

3.1國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的整合動(dòng)向

1)現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)狀。①前照燈：①GB 4599—2007《汽車用燈絲燈泡前照燈》，對(duì)應(yīng)ECE R1、R2、R5、R8、R20、R31、R112，《燈絲燈泡的部分能容》(分別有三個(gè)版本：GB 4599—1984、GB 4599—1994、GB 4599—2007)；②GB 21259—2007《汽車用氣體放電光源前照燈》，對(duì)應(yīng)ECE R98；③GB 25991—2010《汽車用LED前照燈》，對(duì)應(yīng)ECE R112《LED光源部分能容》。②AFS 系統(tǒng)：GB/T 30036—2013《汽車用自適應(yīng)前照明系統(tǒng)》，對(duì)應(yīng)ECE R123(不包括ADB)。③前霧燈：GB 4660—2016《機(jī)動(dòng)車用前霧燈配光性能》，對(duì)應(yīng)ECE R19(分別有四個(gè)版本GB 4660—1984、GB 4660—1994、GB 4660—2007、GB 4660—2016)。④角燈：GB/T 30511—2014《汽車用角燈配光性能》，對(duì)應(yīng)ECE R119。

我國(guó)現(xiàn)有的汽車前照明國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)均是借鑒ECE，不僅滯后于ECE，而且修改周期長(zhǎng)；且是以產(chǎn)品和技術(shù)為導(dǎo)向，而不是以性能為導(dǎo)向。

2)對(duì)整合后的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成達(dá)成初步的意見。①前照燈應(yīng)包括基礎(chǔ)近光和基礎(chǔ)遠(yuǎn)光，及自適應(yīng)前照明系統(tǒng)的AFS和ADB,且ADB增加配光要求；②取消前霧燈現(xiàn)行國(guó)標(biāo)中的B級(jí)前霧燈，至保留F3級(jí)前霧燈的要求；③維持角燈現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的要求；④整合后的前照明標(biāo)準(zhǔn)將只保留最低安全要求，更高的性能以NCAP等方式來(lái)引導(dǎo)；⑤不再區(qū)分光源；⑥配光屏幕及測(cè)試點(diǎn)的統(tǒng)一：以GB/T 30036中配光圖為基礎(chǔ)的新的配光圖協(xié)調(diào)新的基礎(chǔ)近光和AFS的要求。故整合的原則是基于性能，以安全為導(dǎo)向，給予技術(shù)更多的自由和鼓勵(lì)新技術(shù)的應(yīng)用；并且要和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)充分協(xié)調(diào)。

3.2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的整合動(dòng)向

1)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀。目前非常多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的修改，經(jīng)常是因?yàn)榧夹g(shù)的不中立。導(dǎo)致過(guò)多的翻譯費(fèi)用、許多難處理的意見、集體的修正案和引入錯(cuò)誤的高風(fēng)險(xiǎn)等過(guò)多的管理負(fù)擔(dān)，及缺乏法律的確定性。因此迫切需要簡(jiǎn)化相應(yīng)的規(guī)則。

2)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)整合后的構(gòu)成。簡(jiǎn)化的最終目標(biāo)是規(guī)定出能保持多年適用、穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)，不需要定期修改也能適應(yīng)技術(shù)的進(jìn)步。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將定義出能夠保證要求安全水平的最低水平的性能，如最低水平的道路照明、最大的眩光水平，及最小和最大信號(hào)強(qiáng)度等。故將R4、R6、R7、R23、R38、R50、R77、R87和R91整合為一個(gè)有關(guān)光信號(hào)裝置的新標(biāo)準(zhǔn)；R1、R8、R19、R20、R56、R57、R72、R76、R82、R98、R112、R113、R119和R123整合為一個(gè)有關(guān)道路照明裝置的新標(biāo)準(zhǔn)；R3、R27、R69、R70和R104整合為一個(gè)有反射裝置的新標(biāo)準(zhǔn)；R48、R53、R74和R86四個(gè)有關(guān)安裝的標(biāo)準(zhǔn)完整保留下來(lái)；R37、R99和R128三個(gè)有關(guān)光源的標(biāo)準(zhǔn)完整保留下來(lái)；還有R10、R45、R65和R88也完整保留下來(lái)。

3.3對(duì)整合工作的展望及建議

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)整合時(shí)間為2017年到2021年，我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)整合時(shí)間為2017年到2020年,2017年到2020年是整合的重合期；我們應(yīng)該把握住這個(gè)難得的機(jī)會(huì)，時(shí)常保持有效溝通，及時(shí)對(duì)工作內(nèi)容和進(jìn)展進(jìn)行交流，創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定的監(jiān)管體系和開發(fā)出適合全球的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

汽車照明系統(tǒng)正經(jīng)歷著非常重大的變革，不但氣體放電光源得到了更加廣泛的應(yīng)用、新型LED光源得到了不斷普及和激光光源也初見雛形，而且汽車照明系統(tǒng)也變得更加的智能化，并且智能化的范圍在不斷延伸和擴(kuò)大。汽車制造商通過(guò)使用更安全、更環(huán)保、更精美和更節(jié)能的設(shè)計(jì)來(lái)吸引消費(fèi)者[27]。同時(shí)，新型的汽車也必須符合最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，從而使新技術(shù)在新的汽車產(chǎn)品中得到不斷應(yīng)用。

汽車照明智能控制技術(shù)是光源技術(shù)、電氣技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、自控技術(shù)、傳感技術(shù)和通信技術(shù)的緊密結(jié)合和相互滲透的結(jié)晶[28]。隨著人類高新技術(shù)在汽車照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，汽車照明控制技術(shù)將不斷向節(jié)能化、智能化、信息化、人性化、藝術(shù)化和個(gè)性化方向發(fā)展。智能化控制在汽車照明中占據(jù)著重要地位，也是必不可少的一部分，將越來(lái)越多地受到人們的青睞。

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ThePresentSituationandDevelopmentofIntelligentHeadlightofAutomobile

LUO Dezhi1, NIU Pingjuan1, GUO Yunlei2, LIU Lei1, SUN Yukai2
(1.SchoolofElectricalEngineeringandAutomationTianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China; 2.CollegeofElectronicsandInformationEngineeringTianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)

Smart car lighting allows the driver to devote more time to the driving of the vehicle. For example, through adaptive headlight corners, it can reduce the driver’s trouble from constantly switching distance light, lightening the burden on the operation. This paper introduces the research status and future development trend of intelligent lighting. Combined with the present and related technology of several main methods of intelligent vehicle lighting control, it analyzes its foresight and practicability. The development trend of automobile intelligent lighting control technology was forecasted. It also elaborates the domestic and international standards and their integration of the intelligent automotive lighting control.

headlamp; matrix type headlamp; matrix taillight; national standard; international standard

U463.65

B

10.3969j.issn.1004-440X.2017.05.016

國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目，第三代半導(dǎo)體的多物理場(chǎng)分析檢測(cè)云服務(wù)平臺(tái)(2015GH611592)和中小企業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金中歐國(guó)際合作項(xiàng)目(SQ2013ZOA100010)，《風(fēng)光互補(bǔ)新型LED節(jié)能照明技術(shù)研究》項(xiàng)目資助。