汽車燈光高度自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)淺析

陳朦，李運(yùn)飛，鄭志軍，龔和明

【摘? 要】前照燈是汽車最為重要的安全裝備之一。隨著其功能日益復(fù)雜和智能化，越來越多的汽車會(huì)配備前照燈光束水平高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，為駕駛員夜間行車提供良好的視野。本文介紹前照燈高度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的硬件組成，并對不同場景下的控制策略進(jìn)行分析，同時(shí)從滿足法規(guī)和市場要求等方面探討優(yōu)化措施。

【關(guān)鍵詞】自適應(yīng)前照燈；燈光高度調(diào)節(jié)；智能前照燈

中圖分類號(hào)：U463.65? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）03-0034-02

Analysis on Automatic Adjustment Technology of Automobile Headlight Height

CHEN Meng，LI Yun-fei，ZHENG Zhi-jun，GONG He-ming

（SAIC Volkswagen Co.，Ltd.，Shanghai 201805，China）

【Abstract】Headlamp is one of the most important safety equipment of automobile. With its increasingly complex and intelligent functions，more and more cars are equipped with head beam height adjustment system to provide drivers with a good field of vision at night. This paper introduces the hardware composition of the automatic head light height adjustment system，analyzes the control strategy in different scenarios，and discusses the optimization measures from the aspects of meeting the laws and regulations and market requirements.

【Key words】AFS headlamp；headlight height adjustment；intelligent headlamp

1? 引言

汽車前照燈主要用于汽車夜間行駛的道路照明，它的亮度和照射距離對于行車安全至關(guān)重要。在車身載荷不均衡、道路顛簸、汽車加減速等工況下，車體不同部位相對地面的距離會(huì)不斷發(fā)生變化。當(dāng)車身前部距離地面的距離大于后部時(shí)，前照燈燈光會(huì)上揚(yáng)，對其他車輛駕駛員產(chǎn)生炫目的風(fēng)險(xiǎn)；反之則燈光向下傾斜，照射距離隨之降低，影響駕駛員的視野。

如果完全由駕駛員手動(dòng)調(diào)節(jié)前照燈照射距離，無法實(shí)時(shí)響應(yīng)車身姿態(tài)變化，會(huì)導(dǎo)致行駛過程中產(chǎn)生視線盲區(qū)，成為安全隱患?，F(xiàn)行的GB4785法規(guī)要求光源照度高于2000lm的前照燈必須配備自動(dòng)燈光高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。另外，在美國公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）和中國保險(xiǎn)汽車安全（CIASI）的前照燈測試標(biāo)準(zhǔn)中，綜合路況下的前照燈照射距離對于評分高低有著至關(guān)重要影響。因此越來越多的乘用車需要配備一套自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來實(shí)時(shí)控制前照燈光束的水平高度。

2? 基于傳感器的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

一套典型的燈光高度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖1所示。車身高度傳感器通過支架和擺臂連接在車身和前/后軸之間，兩者的相對位置變化引起擺臂角度變化，轉(zhuǎn)化成輸出信號(hào)發(fā)送給燈光控制器。燈光控制器結(jié)合來自車身控制器的車輛行駛狀態(tài)和供電情況等信息，將計(jì)算出的燈光高度控制角度發(fā)給前照燈的電機(jī)控制單元?？刂茊卧谇罢諢舻臋C(jī)械尺寸計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)，再由電機(jī)頂桿推動(dòng)前照燈近光模組轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對燈光高度的精確調(diào)節(jié)。

3? 基于載荷變化的自動(dòng)調(diào)節(jié)策略

各級(jí)別乘用車基于不同的成本限制和底盤類型會(huì)裝備不同數(shù)量的車身高度傳感器，因此需要采取不同的控制策略以達(dá)到最優(yōu)調(diào)節(jié)效果。

3.1? 基于前后軸傳感器的自動(dòng)調(diào)節(jié)

當(dāng)整車同時(shí)配備前軸和后軸燈的傳感器，或者裝備自適應(yīng)底盤高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)原理如圖2所示。在整車制造過程中，燈光控制器會(huì)記錄下傳感器在標(biāo)稱工況下的輸出。當(dāng)車身俯仰姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，通過高度傳感器輸出變化和特性可以分別計(jì)算出前后軸和車身相對位置高度變化dHf和dHr，根據(jù)軸距dWB就可以確定俯仰角θ。為保持前照燈照射距離，近光高度應(yīng)在當(dāng)前高度HDG_IST基礎(chǔ)上往車身俯仰變化反方向調(diào)節(jié)θ角度。此時(shí)燈光控制器將推算出的θ角發(fā)給電機(jī)控制單元，通過步進(jìn)電機(jī)推動(dòng)近光模組轉(zhuǎn)動(dòng)到目標(biāo)位置，達(dá)到目標(biāo)燈光高度HDG_SOLL。

3.2? 基于僅后軸傳感器的自動(dòng)調(diào)節(jié)

對于僅裝備單個(gè)高度傳感器的車輛（一般是后軸），燈光控制器不能實(shí)時(shí)得到準(zhǔn)確的車身俯仰角度。傳感器信號(hào)變化可能源自前排座椅、后排座椅和行李廂等位置的載荷變化，此時(shí)為保證滿足法規(guī)要求需要留有余量，控制的燈光高度會(huì)偏低。此時(shí)應(yīng)根據(jù)不同區(qū)間的傳感器信號(hào)變化對燈光高度進(jìn)行不同幅度的調(diào)節(jié)。圖3是一個(gè)實(shí)例，展示采用這種控制方法不同載荷下實(shí)車燈光高度。

另一種改善單傳感器調(diào)節(jié)精度的方法就是利用座椅的安全帶傳感器作為輔助。當(dāng)檢測到后排座椅有人員落座，燈光控制器可以為傳感器信號(hào)變化的一部分找到來源，提高調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性。

4? 基于動(dòng)態(tài)駕駛工況的調(diào)節(jié)策略

然而在車輛行駛過程中，完全依靠車身高度傳感器信號(hào)變化進(jìn)行調(diào)節(jié)是不夠準(zhǔn)確的。駕駛過程中有時(shí)車身姿態(tài)會(huì)發(fā)生短時(shí)劇烈變化，但并不意味著載荷發(fā)生了變化。為避免燈光高度隨之調(diào)節(jié)干擾駕駛，應(yīng)對自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行抑制或者補(bǔ)償。

最典型的工況是高速過彎，車身會(huì)在左右方向上產(chǎn)生傾斜（圖4），此時(shí)應(yīng)基于車輪加速度對高度傳感器信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，以反映真實(shí)的車身俯仰狀態(tài)。

另一種典型工況是緊急制動(dòng)，車身俯仰姿態(tài)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)大幅度變化（圖5）。此時(shí)控制器可以基于制動(dòng)踏板信號(hào)迅速上抬燈光高度，以保持駕駛員制動(dòng)過程中的視野。

其他工況比如發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)和顛簸路面行駛，車身發(fā)生高頻抖動(dòng)，此時(shí)可基于車輪加速度調(diào)整傳感器輸入信號(hào)的濾波策略，以適度抑制自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，避免不必要的燈光高度變化干擾駕駛員視線。

5? 結(jié)語

本文以燈光高度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)為研究對象，討論了不同配置和行駛工況下的控制策略，主要結(jié)論如下：①針對載荷變化，同時(shí)裝備前后軸車身高度傳感器可以達(dá)到較高準(zhǔn)確性；②僅裝備后軸傳感器可以通過調(diào)整策略和檢測安全帶等改善調(diào)節(jié)效果；③針對行駛過程中不同工況，需要在基于載荷調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加以補(bǔ)償或抑制。

智能前照燈技術(shù)可以極大改善夜間和不利天氣情況下的駕駛員的視野。隨著汽車照明光源性能的不斷升級(jí)和智能化程度的逐漸深入，前照燈自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)將在提升客戶體驗(yàn)和車輛主動(dòng)安全性等方面承擔(dān)越來越重要的角色。

參考文獻(xiàn)：

[1] 龐敬禮，邱含. 汽車燈光智能調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)研究[J]. 山東工業(yè)技術(shù)，2016（7）：140.

[2] 徐鑫，朱明華，黃宏成. 新一代汽車前照燈光學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)[J]. 照明工程學(xué)報(bào)，2007，18（4）：21-24，28.

[3] 羅德智，牛萍娟，郭云雷，等. 汽車前照大燈智能化的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 照明工程學(xué)報(bào)，2017，28（5）：72-78.

[4] 戚金鳳. 汽車燈光智能控制系統(tǒng)研究[J]. 科技咨詢，2014（18）：9-10.

（編輯? 楊? 景）

作者簡介

陳朦（1986—），男，碩士，資深主管工程師，長期從事外部燈光功能、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開發(fā)、測試及匹配工作。