汽車自適應遠光燈系統的研究

連曉

摘 要：隨著車輛的迅速普及，駕駛安全問題也日益凸顯，其中遠光燈對駕駛員的影響已成為夜間影響駕駛安全的重要原因之一。本文討論了一種基于LED光源的自適應遠光燈系統，該系統將遠光燈分成了多個光學區域，每個光學區域可以單獨控制亮滅，配合能夠實時識別前方車輛的車載攝像頭，一旦偵測到前方車輛進入遠光燈照射范圍，其對應的光學區域便會自動熄滅以保證前方車輛駕駛員不受遠光燈干擾。

關鍵詞：駕駛安全 LED 自適應遠光燈車載攝像頭

中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）05（a）-0031-03

自從夸入了21世紀，汽車市場愈發火熱，道路交通事故也呈逐年遞增趨勢，根據世界衛生組織2015年《全球前十位主要死亡原因》報告可知，道路交通事故所造成的死亡人數已排名全球前十[1]。避免或降低道路交通事故已成為全世界面臨的課題。

針對以上事實，世界不少國家近年來頒布了更為嚴苛的法律；各大汽車主機廠及零部件供應商也加快推出了主動、被動安全配置，以此來降低道路交通事故的發生。

車燈，作為汽車在夜間的眼睛，其重要程度不言而喻。每一次車燈的技術突破，都會為駕駛員帶來極大的便利，比如：白熾燈的發明，解決了駕駛員在煤油燈時代無法在夜間長途行駛的限制；氙氣燈的發明，又極大地拓寬了駕駛員在夜間的視野；LED車燈的發明，又增加了車燈長期的使用壽命及光照的可靠性；自適應近光燈技術的發明，又大大降低了駕駛員在彎道及轉彎時的視野盲區。但是遠光燈對駕駛員的干擾始終沒有一個有效的技術手段來控制。

基于遠光燈的課題，本文提出了一種自適應遠光燈系統的設計方案以及論述了它對夜間車輛行駛安全的重要意義。

1 系統方案模型

自適應遠光燈系統的基本工作模型包括了車載攝像頭，攝像頭控制模塊，前大燈控制模塊，前大燈及中央系統控制模塊，如圖1所示。

車載攝像頭：它可以識別前方同向或反向行駛的車輛并抓取其行駛的實時信息。

攝像頭控制模塊：它會處理攝像頭抓取的前方車輛信息，通過算法分析前方車輛的行駛狀態。前方車輛的行駛狀態包含但不限于車輛的行駛方向、車輛與己方車輛的前后距離及左右距離、車輛的行駛速度、車輛的行駛角度、車輛的大小等。

前大燈：燈內的遠光燈由多顆LED作為光源，遠光燈的照明區域被設計成由多個單獨的小區域組成，每個小區域可以單獨控制亮滅。

前大燈控制模塊：它可以單獨獨控制每顆遠光燈LED的亮滅。

中央系統控制模塊：它的作用是采集到所有從攝像頭控制模塊及車身端（車輛自身的行駛速度，行駛角度等）的信息后，通過算法計算前大燈中遠光燈的每個小區域的亮滅需求。然后將指令發送給前大燈控制模塊，最終遠光燈投射出的光在前方車輛的位置會熄滅（暗區），并且此暗區會實時跟隨前車前后左右切換。

整個系統的信息傳輸都是通過CAN或LIN實現的。

通過以上系統模型，可以直觀地了解該系統的工作模式：車載攝像頭偵測前方車輛，識別車輛后判斷其行駛狀態及是否在遠光燈照射范圍內，將前方車輛所在實時區域的遠光燈關閉直至車輛駛出遠光燈區域，遠光燈恢復正常照射。其工作狀態如圖2所示。

2 模塊方案設計

2.1 車載攝像頭及攝像頭控制模塊

這兩個模塊將通過識別車輛前燈及尾燈顏色信息并利用左右對稱的條件，將可能是同一車輛的車燈進行配對，以此來確認車輛位置[2]。

車載攝像頭將由攝像頭公司定向研發提供，攝像頭控制模塊將由攝像頭公司于我方在其硬件平臺基礎上共同研發控制算法。

2.2 前大燈模塊

車輛前大燈模塊包含多種功能光源，如近光燈、遠光燈、轉向燈、角燈、日間行車的及位置燈等。此處僅討論遠光燈。

2.2.1 法規要求

對于自適應遠光燈光學設計，中國法規沒有明確規定，ECE R123《關于批準裝有汽車自適應前照明系統的統一規定》規定了實驗相關的測試要求，如表1所示，主要評估光學相關特性。ECE R48《關于在照明和光信號裝置安裝方面對機動車輛進行認證的統一規定》規定了燈的設計要求[3]。

2.2.2 光學設計

根據實際的法規要求，一般設計光學范圍涵蓋了-25°～+25°，分多個個可以單獨控制的光學區域。每個光學區域所投射的大小不同，從最邊上的矮寬到中間的高窄，主要考慮到實際運用中，中間區域為視線集中區域。另外相鄰區域部分重疊，是為了避免設計偏差而導致的暗光。并且區域與區域間的相互過度能夠更加流暢。圖3以12分區為例，展示了不同光學分區的設計模型。

2.3 前大燈控制模塊

該模塊主要由邏輯開關模塊及CAN/LIN通訊模塊組成。其作用是接收中央系統控制模塊的指令后，根據需求

對遠光燈各個分區進行單獨控制。框圖如圖4所示。

2.4 中央系統控制模塊

該模塊為整個系統的大腦，負責整個系統工作的統籌控制，其工作內容為監控自身車輛的行駛狀態，接收攝像頭控制模塊的其他車輛的行駛狀態，通過一系列算法，運算出對應的遠光燈各區域控制邏輯，最終向前大燈控制模塊發出執行信號。其結構包括供電模塊CPU、CAN/LIN通訊、邏輯運算、信號處理等。框圖如圖5所示。

3 軟件結構設計

軟件設計基于MATLAB平臺，所有的底層設計及調試均由MATLAB完整，最終導出C語言燒寫入CPU。

4 方案驗證

基于以上方案分析，通過最簡易的模型，來搭建并驗證方案的可行性，如圖3所示。

攝像頭及控制模塊：用OPEN-MV來模擬車載攝像頭及攝像頭控制模塊，OPEN-MV自帶的攝像頭可探測光源及跟蹤光源，通過一定的算法計算，其光源位置會傳輸到ECU。

ECU：即中央系統控制模塊，它會根據OPEN-MV提供的光源位置來關閉相應區域的LED。

LED及控制模塊：共有12顆LED，模擬前大燈中的擁有12個可單獨控制分區的遠光燈及相應的控制模塊。

光源：用手機手電筒模擬路上車輛的前燈及尾燈燈光。

可以驗證隨著光源與攝像頭相對位置的改變，其假設對應的光學區域的LED也會隨之亮滅改變。

5 結語

本文探討了車輛的快速發展給人們的出行安全帶來了較大的安全隱患。基于上述事實，本文提出了一種自適應遠光燈系統，它能通過檢測路上的車輛來關閉照射到對應車輛所在區域的遠光燈，以此避免遠光燈對其駕駛員造成的影響。其主要目的便是為了避免車輛駕駛員在夜間開車受遠光燈干擾而導致的車輛安全事故的發生。

參考文獻

[1] 世界衛生組織.道路安全全球現狀報告2015[R].2015.

[2] 田強，孔斌，孫翠敏，等.車輛尾燈燈語的檢測與識別[J].計算機系統應用，2015，24（11）：213-218.

[3] 劉然，陳積先，武華堂，等.覃北階.自適應遠光（ADB）相關法規研究[J].光源與照明，2017（1）：16-19.

連曉

摘 要：隨著車輛的迅速普及，駕駛安全問題也日益凸顯，其中遠光燈對駕駛員的影響已成為夜間影響駕駛安全的重要原因之一。本文討論了一種基于LED光源的自適應遠光燈系統，該系統將遠光燈分成了多個光學區域，每個光學區域可以單獨控制亮滅，配合能夠實時識別前方車輛的車載攝像頭，一旦偵測到前方車輛進入遠光燈照射范圍，其對應的光學區域便會自動熄滅以保證前方車輛駕駛員不受遠光燈干擾。

關鍵詞：駕駛安全 LED 自適應 遠光燈 車載攝像頭

中圖分類號：O439 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）05（a）-0096-02

自從跨入了21世紀，汽車市場愈發火熱，道路交通事故也呈逐年遞增趨勢，根據世界衛生組織2015年《全球前十位主要死亡原因》報告可知，道路交通事故所造成的死亡人數已排名全球前十[1]。避免或降低道路交通事故已成為全世界面臨的課題。

針對以上事實，世界不少國家近年來頒布了更為嚴苛的法律；各大汽車主機廠及零部件供應商也加快推出了主動、被動安全配置，以此來降低道路交通事故的發生。

車燈，作為汽車在夜間的眼睛，其重要程度不言而喻。每一次車燈的技術突破，都會為駕駛員帶來極大的便利，比如白熾燈的發明，解決了駕駛員在煤油燈時代無法在夜間長途行駛的限制；氙氣燈的發明，極大地拓寬了駕駛員在夜間的視野；LED車燈的發明，增加了車燈的使用壽命及光照的可靠性；自適應近光燈技術的發明，又大大降低了駕駛員在彎道及轉彎時的視野盲區。但是遠光燈對駕駛員的干擾始終沒有一個有效的技術手段來控制。

基于遠光燈的課題，本文提出了一種自適應遠光燈系統的設計方案并論述了它對夜間車輛行駛安全的重要意義。

1 系統方案模型

自適應遠光燈系統的基本工作模型包括了車載攝像頭、攝像頭控制模塊、前大燈控制模塊、前大燈及中央系統控制模塊。

（1）車載攝像頭：它可以識別前方同向或反向行駛的車輛并抓取其行駛的實時信息。

（2）攝像頭控制模塊：它會處理攝像頭抓取的前方車輛信息，通過算法分析前方車輛的行駛狀態。前方車輛的行駛狀態包含但不限于車輛的行駛方向、車輛與己方車輛的前后距離及左右距離、車輛的行駛速度、車輛的行駛角度、車輛的大小等。

（3）前大燈：燈內的遠光燈由多顆LED作為光源，遠光燈的照明區域被設計成由多個單獨的小區域組成，每個小區域可以單獨控制亮滅。

（4）前大燈控制模塊：它可以單獨控制每顆遠光燈LED的亮滅。

（5）中央系統控制模塊：它的作用是采集到所有從攝像頭控制模塊及車身端（車輛自身的行駛速度，行駛角度等）的信息后，通過算法計算前大燈中遠光燈的每個小區域的亮滅需求。然后將指令發送給前大燈控制模塊，最終遠光燈投射出的光在前方車輛的位置會熄滅（暗區），并且此暗區會實時跟隨前車前后左右切換。

整個系統的信息傳輸都是通過CAN或LIN實現的。

通過以上系統模型，可以直觀地了解該系統的工作模式：車載攝像頭偵測前方車輛，識別車輛后判斷其行駛狀態及是否在遠光燈照射范圍內，監控前方車輛所在實時區域，遠光燈關閉直至車輛駛出遠光燈區域，遠光燈恢復正常照射。

2 模塊方案設計

2.1 車載攝像頭及攝像頭控制模塊

這兩個模塊通過識別車輛前燈及尾燈顏色信息并利用左右對稱的條件，將可能是同一車輛的車燈進行配對，以此來確認車輛位置[2]。

車載攝像頭將由攝像頭公司定向研發提供，攝像頭控制模塊將由攝像頭公司與筆者所在單位在其硬件平臺基礎上共同研發控制算法。

2.2 前大燈模塊

車輛前大燈模塊包含多種功能光源，如近光燈，遠光燈，轉向燈，角燈，日間行車的及位置燈等。此處僅討論遠光燈。

2.2.1 法規要求

對于自適應遠光燈光學設計，中國法規沒有明確規定，ECE R123《關于批準裝有汽車自適應前照明系統的統一規定》規定了實驗相關的測試要求，主要評估光學相關特性。ECE R48《關于在照明和光信號裝置安裝方面對機動車輛進行認證的統一規定》規定了燈的設計要求[3]。

2.2.2 光學設計

根據實際的法規要求，一般設計光學范圍涵蓋了-25°到+25°，分多個可以單獨控制的光學區域。每個光學區域所投射的大小不同，從最邊上的矮寬到中間的高窄，主要考慮到實際運用中，中間區域為視線集中區域。另外相鄰區域部分重疊，是為了避免設計偏差而導致的暗光。并且區域與區域間的相互過度能夠更加流暢。

2.3 前大燈控制模塊

該模塊主要由邏輯開關模塊及CAN/LIN通訊模塊組成。其作用是接收中央系統控制模塊的指令后，根據需求對遠光燈各個分區進行單獨控制。

2.4 中央系統控制模塊

該模塊為整個系統的大腦，負責整個系統工作的統籌控制，其工作內容為監控自身車輛的行駛狀態，接收攝像頭控制模塊的其他車輛的行駛狀態，通過一系列算法，運算出對應的遠光燈各區域控制邏輯，最終向前大燈控制模塊發出執行信號，其結構包括，供電模塊，CPU，CAN/LIN通訊，邏輯運算，信號處理等。

3 軟件結構設計

軟件設計基于MATLAB平臺，所有的底層設計及調試均由MATLAB完整，最終軟件將會燒寫入CPU。

4 方案驗證

基于以上方案分析，通過最簡易的模型來搭建并驗證方案的可行性。

（1）攝像頭及控制模塊：用OPEN-MV來模擬車載攝像頭及攝像頭控制模塊，OPEN-MV自帶的攝像頭可探測光源及跟蹤光源，通過一定的算法計算，其光源位置會傳輸到ECU。

（2）ECU：即中央系統控制模塊，它會根據OPEN-MV提供的光源位置來關閉相應區域的LED。

（3）LED及控制模塊：共有12顆LED，模擬前大燈中的擁有12個可單獨控制分區的遠光燈及相應的控制模塊。

（4）光源：用手機手電筒模擬路上車輛的前燈及尾燈燈光。

可以驗證隨著光源與攝像頭相對位置的改變，其假設對應的光學區域的LED也會隨之亮滅改變。

5 結語

本文探討了車輛的快速發展給人們的出行安全帶來了較大的安全隱患。基于上述事實，本文提出了一種自適應遠光燈系統，它能通過檢測路上的車輛來關閉照射到對應車輛所在區域的遠光燈，以此避免遠光燈對其駕駛員造成的影響。其主要目的便是為了避免車輛駕駛員在夜間開車受遠光燈干擾而導致的車輛安全事故的發生。

參考文獻

[1] 世界衛生組織.道路安全全球現狀報告2015[R].意大利：世界衛生組織，2015.

[2] 田強，孔斌，孫翠敏，等.車輛尾燈燈語的檢測與識別[J].計算機系統應用，2015，24（11）：213-218.

[3] 劉然，陳積先，武華堂，等.自適應遠光（ADB）相關法規研究[J].光源與照明，2017（1）：16-19.