淺析基于AR光影技術的汽車尾門控制系統(tǒng)設計

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）10-0024-03

【Abstract】With the iterative upgrading of intelligent interaction technology，the traditional way of opening car tailgates has becomedificult to meetusers'dualdemands for convenienceandasenseof technology.Toachieve a contactlessintellgentoperation experience，this study innovativelyintegratesaugmentedreality （AR）lightandshadow technologydeeplyinto theautomotive tailgatecontrolsystem，anddevelopsanautomaticelectrictailgate solutionbasedon AR light and shadow recognition.This system is equipped with a high-precision motioncapture and projection interaction module，which can accurately identifytheuser's stepping action instructions.Whenthe user's feet enter the preset projectionarea，thesystemwillimmediatelytriggertheautomaticopening functionofthetailgate，completelyfreeing the userfrom theconstraints of manual operation and providing a highly futuristic intelligent interaction experience.

【Key words 】AR light and shadow； interactive experience；system composition

0 引言

隨著汽車智能化技術發(fā)展，人機交互體驗迎來變革。手動開啟、遙控開啟等傳統(tǒng)方式，已無法滿足用戶多元化場景的交互需求。基于增強現(xiàn)實（AugmentedReality，AR）光影技術的汽車電動尾門控制系統(tǒng)，通過將虛擬信息與真實世界實時融合，為優(yōu)化用戶交互體驗提供了新路徑與價值。

AR光影汽車尾門控制系統(tǒng)是一種利用AR投影實現(xiàn)尾門開啟的技術方案。當車主攜帶鑰匙靠近車輛時，控制系統(tǒng)會實時感應，通過投影設備將開啟圖案投射至地面；清晰的圖案可精準指示腳部感應位置，車主只需踩踏投影區(qū)域，汽車通過飛行時間（TimeofFlight，TOF）攝像頭感知腿部動作，尾門AR光影汽車尾門控制系統(tǒng)主要由感知層、數據便自動開啟，徹底解放雙手，提升用戶體驗。圖1是某款已量產車型的AR光影投影演示。

圖1AR光影投影演示圖

1 系統(tǒng)功能

1.1 系統(tǒng)概述

處理層和執(zhí)行層構成。感知層負責環(huán)境感知與用戶識別，包含飛行時間（TimeofFlight，TOF）攝像頭和尾門投影設備。其中，TOF攝像頭用于檢測用戶位置與動作，確保用戶在安全距離內操作；投影儀通過光學投影技術在地面投射開啟圖像，供用戶踩踏觸發(fā)尾門開啟。數據處理層（應用層）是系統(tǒng)核心，負責處理感知層收集的信息并作出決策一一當車輛識別到攜帶合法鑰匙的用戶靠近尾門時，會自動感應并投射開鎖圖案，同時TOF攝像頭精準感知用戶位置與動作。執(zhí)行層根據數據處理層的指令執(zhí)行具體操作，當用戶踩踏投影圖案時，尾門自動開啟或關閉。

1.2 功能定義

系統(tǒng)核心功能包括：接近感知、光標開啟、踩踏檢測、開啟請求、光標關閉、設備待機。具體流程為：用戶靠近車輛時，合法鑰匙信號觸發(fā)系統(tǒng)感知，車身控制器（BodyControlModule，BCM）將信號傳輸至投影儀，投影儀在地面投射尾門開啟圖像；TOF攝像頭感知用戶踩踏動作，檢測到有效信號后，向車身控制器發(fā)送開門指令；尾門開啟后，投影儀關閉光源；尾門關閉后，車身控制器向系統(tǒng)控制器發(fā)送關門信號，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)。

1.3 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)主要由TOF攝像頭、投影儀、系統(tǒng)控制器、中央網關、車身控制器、車門電機等構成。車身控制器用于判斷鑰匙與車輛的距離：當鑰匙與車輛距離縮小且小于第一設定距離時，車身控制器向系統(tǒng)控制器發(fā)送第一工作指令，系統(tǒng)控制器啟動投影儀，投影儀投射圖案至地面；當鑰匙與尾門距離小于第二設定距離時，車身控制器發(fā)送第二工作指令，系統(tǒng)控制器啟動攝像頭采集投影圖案，識別激光投影區(qū)域是否存在預設有效腿部動作（橫掃、踩踏、旋轉）；若存在有效動作，系統(tǒng)控制器向車身控制器發(fā)送尾門開啟使能信號，車身控制器控制尾門開啟。

圖2AR光影汽車尾門控制系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)構成

2.1 投影儀

汽車投影儀通過光學投影在地面顯示圖案，核心組件包括光源、投影圖案片、勻場照明透鏡組、投影成像透鏡組。圖3為常見投影儀結構方案。其中，光源采用發(fā)光二極管（Light-EmittingDiode，LED），具有亮度 ≥50lm 、功耗 ≤15W 的高亮度、低功耗特性；投影圖案片預設有開啟圖案；勻場照明透鏡組位于光源與投影圖案片之間，可將光源發(fā)出的光均勻化后照射至投影圖案片；投影成像透鏡組用于放大圖案并向外投射。

投影儀實際應用中的核心挑戰(zhàn)是提升白天光照條件下投影圖案的可見度。圖3所示結構中，勻場照明透鏡組可增強光源聚集度與照明區(qū)域亮度均勻性，提升照明效率；均勻化后的光照射投影圖案片形成清晰圖案，再經投影成像透鏡組放大投射，可在白天強光環(huán)境下實現(xiàn) 290% 的圖案生成，有效解決白天投影可見度問題。

2.2 控制裝置

系統(tǒng)控制裝置用于踩踏檢測和開啟請求，主要由后蓋、光機組件、TOF組件、印刷電路板組件（PrintedCircuitBoardAssembly，PCBA）、接插件等構成。圖4為某款AR光影裝置的結構爆炸示意圖。

圖3一種投影儀結構示意圖

圖4某款AR光影裝置的結構爆炸示意圖

圖5為某款車型控制系統(tǒng)的電氣原理示意圖，核心組件包括BCM、MCU（型號KEAZ128）、TOF傳感器、電壓電流采集芯片（型號 TP92515 ）等，可實現(xiàn)信號傳輸、動作識別與指令執(zhí)行。

圖5某款車型控制系統(tǒng)的電氣原理示意圖

2.3 控制步驟

基于AR光影的汽車電尾門控制方法，分為4個核心工作步驟。

步驟1：車身域控制器判斷鑰匙信號與車身的距離變化，當傳感模塊檢測到用戶進入尾門第一預設區(qū)域（ 3～5m ）且距離持續(xù)縮小時，車身域控制器通過中央網關向主機發(fā)送第一指令；主機接收指令后，通過中央網關啟動投影儀，投影儀向車輛尾部地面投射激光圖案。

步驟2：當車身域控制器檢測到合法鑰匙與尾門距離小于第二設定距離（ 0.6～0.7m ）時，向主機發(fā)送第二指令；主機接收指令后，啟動攝像頭采集投影圖案。

步驟3：檢測模塊實時監(jiān)測尾門第二預設區(qū)域內用戶的動作，識別是否存在預設腿部動作（橫掃、踩踏、旋轉）。

步驟4：若檢測到有效動作，微處理器模塊向車身控制模塊發(fā)送尾門控制信號（開啟 90^° 、 45^° 、30^° 或關閉），車身控制模塊執(zhí)行相應動作。

3 驗證場景及結論

3.1 場景定義

AR光影汽車尾門控制系統(tǒng)的環(huán)境應用場景，涵蓋高溫、低溫、淋雨、灰塵、電性能、電磁兼容、防腐、振動及連接器測試，各場景試驗項目與結果如表1所示。在系統(tǒng)設計階段，需驗證其在單一及組合場景下的性能，確保符合產品設計要求一一試驗結果直接決定系統(tǒng)的場景適應性。設計者通過場景驗證可發(fā)現(xiàn)潛在失效模式，優(yōu)化設計與制造流程，提升系統(tǒng)可靠性，為用戶提供穩(wěn)定功能。同時，結合汽車環(huán)境仿真試驗技術，可經濟高效地排查潛在問題。

3.2 下線功能檢測

生產線終端需要開發(fā)該系統(tǒng)的功能檢測工位，檢測流程（圖6）為：啟動檢測APP－掃描車身二維碼－藍牙連接－開始測試－驗證投影開啟（未開啟則重試）－驗證踩踏投影觸發(fā)尾門開啟（未開啟則重試）－測試結束。

表1各場景試驗項目及結果

圖6下線檢測流程示意圖

4總結

本文闡述了AR光影汽車尾門控制系統(tǒng)的功能、構成、驗證場景及結論，重點解決有效識別、精準控制、系統(tǒng)誤觸發(fā)、環(huán)境適應性四大核心問題。試驗結果表明，該系統(tǒng)不僅為用戶提供創(chuàng)新、便捷的交互體驗，還能優(yōu)化外飾造型設計。但受限于AR光影的視覺依賴性與車載環(huán)境的不確定性，系統(tǒng)在可靠性、成本方面暫無法超越傳統(tǒng)開啟方式；未來需依賴技術突破實現(xiàn)改善，該系統(tǒng)短期內更適合作為高端車型的輔助功能，而非替代傳統(tǒng)方式的主流方案。隨著汽車智能化技術的發(fā)展，基于AR光影技術的尾門系統(tǒng)有望成為汽車設計的重要趨勢。

參考文獻

[1]吳顯逸，于震龍，黃亞琴，等.簡介AR光影開啟汽車尾門的驗證場景[J].汽車電器，2024（7）：74-75.

（編輯 林子衿）