LED汽車照明燈具控制技術(shù)現(xiàn)狀分析

　　牛萍娟

　　天津工業(yè)大學(xué)大功率半導(dǎo)體照明應(yīng)用系統(tǒng)教育部工程研究中心、天津市半導(dǎo)體照明技術(shù)工程中心主任，教授，博導(dǎo)

　　《2018阿拉丁照明產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》汽車照明 顧問

　　目前主流的車燈控制技術(shù)

　　1)前照燈自適應(yīng)控制技術(shù)

　　前照燈隨動調(diào)節(jié)

　　汽車控制系統(tǒng)通過光照強度傳感器能夠檢測車輛外部的環(huán)境亮度，當環(huán)境亮度低于規(guī)定值時汽車控制系統(tǒng)就會自動開啟前照大燈。汽車轉(zhuǎn)彎時，通過轉(zhuǎn)角傳感器測量出汽車轉(zhuǎn)彎的角度，使用橫擺角速度傳感器測量出汽車的橫擺角速度，利用車速傳感器測量出當前汽車的行駛速度，以及采用加速度計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。

　　矩陣式LED光束調(diào)節(jié)

　　前照燈隨動調(diào)節(jié)在實際應(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)為行駛過程中車燈會抖動，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。為了解決上述問題，研究人員引進了CCD 圖像傳感器技術(shù)和矩陣式LED大燈技術(shù)。

　　2)防炫目技術(shù)

　　汽車檢測和跟蹤

　　汽車檢測系統(tǒng)通常由圖像采集模塊、車輛檢測模塊和車輛跟蹤模塊等組成。汽車檢測是整個車輛識別好人跟蹤過程的基礎(chǔ)部分，后期進行的汽車運動估計和汽車跟蹤的實現(xiàn)都需要建立在正確、可靠的車輛檢測之上。汽車控制系統(tǒng)可以依據(jù)需求實時的對前方車輛進行檢測、識別和跟蹤，并通過相應(yīng)的光束調(diào)節(jié)，進而能夠?qū)崿F(xiàn)防炫目功能。

　　防炫目光束調(diào)節(jié)

　　矩陣式LED大燈控制系統(tǒng)能夠通過車輛檢測系統(tǒng)，感知和跟蹤到800米距離內(nèi)的其它車輛;當檢測到汽車前方或?qū)ο蜍嚨烙熊囕v和行人時，大燈控制系統(tǒng)會實時檢測跟蹤目標車輛，并關(guān)閉相應(yīng)位置的LED單體，同時，其他LED單體繼續(xù)保持照明。

　　3)輔助駕駛技術(shù)

　　輔助駕駛的主要內(nèi)容

　　首先是信息搜集：不同的系統(tǒng)需要由不同類型的車用傳感器，包含毫米波雷達、超聲波雷達、紅外雷達、激光雷達、CCD CMOS影像傳感器及輪速傳感器等，來收集整車的工作狀態(tài)及其參數(shù)變化情形，并將不斷變化的機械運動變成電子參數(shù) (電壓、電阻及電流)。

　　其次是信息分析與指令下達：電子控制單元 (ECU)會在針對傳感器所收集到的信息進行分析處理，然后再向控制的執(zhí)行裝置下達作棟指令。

　　最后則是執(zhí)行動作：包含油門、剎車、燈光、聲響等系統(tǒng)都是屬于執(zhí)行器的范疇內(nèi)，會依據(jù) ECU輸出的訊號，來執(zhí)行各種反應(yīng)動作，讓汽車安全行駛于道路上。

　　紅外熱成像原理

　　紅外熱成像是基于紅外熱成像原理，通過紅外探測器，將夜間汽車前方道路上的目標與背景相應(yīng)的轉(zhuǎn)化為圖像坐標系中的信息，此時的圖像為灰度圖像，由灰度值的大小反映視覺場中的信息。

　　根據(jù)上述原理設(shè)計的車載紅外夜視儀，能夠根據(jù)熱成像技術(shù)獲得同一時間和空間的目標，以及背景在圖像坐標系中的相對位置，并通過檢測與識別技術(shù)對道路中的行人和動物進行識別。

　　行人提醒實現(xiàn)

　　當車載紅外夜視儀檢測到車輛前方有行人或動物將要進入危險區(qū)域時，夜視輔助駕駛系統(tǒng)會在顯示屏上標注相應(yīng)的目標及向駕駛員發(fā)出警報(圖3.11)。

　　4)動態(tài)轉(zhuǎn)向燈技術(shù)

　　動態(tài)轉(zhuǎn)向燈就像流水燈一樣，當駕駛員開啟轉(zhuǎn)向燈時，排列在轉(zhuǎn)向燈帶上的多個LED單體會依次亮起，形成一種與“眨眼”方式相同的動態(tài)漸變效果，雖然這種轉(zhuǎn)向燈對安全性而言并無太多實質(zhì)意義，但在漆黑的夜晚中，這種獨具一格的變換方式使其識別度更高，對追求個性的人來說，可是有著不小的吸引力(如圖 3.12)。

　　5)水坑燈技術(shù)

　　水坑燈技術(shù)是為了更好的保障人們出行安全，汽車安全技術(shù)也是廠商研發(fā)的重點。在夜間行駛燈光技術(shù)的研發(fā)方面，研究員研發(fā)了一種頗為新穎的“水坑燈”。在夜間，當車門打開時位于車輛外面的后視鏡處安裝的水坑燈就會亮起，它可以將燈光投射到車門旁邊的地面上，照亮汽車周邊的路面(如圖3.13)，從而防止駕駛員和乘客在下車時陷入水坑或發(fā)生其它潛在的危險。

　　6)窄路照明技術(shù)

　　當汽車行駛在施工路段或狹窄的道路時，它能夠讓左右大燈投射出兩條約15米長的光束，兩條光束的間距與車身寬度一致，從而能夠幫助駕駛員更容易的通過那些施工區(qū)域或其它狹窄路段，該項技術(shù)對于剛拿到駕駛證不久的新手來說是非常有幫助的(如圖 3.14)。

　　車燈控制技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

　　1)矩陣式激光大燈技術(shù)

　　空間光調(diào)制

　　DMD 技術(shù) (Digital Micromirror Device) 是一種通過數(shù)字電壓信號控制微型反射鏡來執(zhí)行機械轉(zhuǎn)動，最終實現(xiàn)光學(xué)控制的裝置。其核心部分由數(shù)百萬個微型反射鏡組成，鏡面為鋁制，邊長達到數(shù)百分之一毫米，每一個都可以進行單獨尋址操作，通過靜電場的作用，微型反射鏡每秒鐘能夠翻轉(zhuǎn)多達5,000次。

　　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;和LED大燈相比，在體積方面具有明顯的優(yōu)勢。

　　當車載的雷達或紅外攝像機等探測器檢測到汽車前方有其他汽車或行人出現(xiàn)時，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)生炫目的情況。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，令汽車激光前照大燈成為了可能。

　　2)數(shù)字“投影儀”前大燈技術(shù)

　　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，進而影響了其效性的充分發(fā)揮。例如，當傳感器檢測到其他駕駛員及行人時，它們就會讓前照大燈LED陣列內(nèi)的相應(yīng)的LED單體變暗淡或關(guān)閉。

　　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大燈(圖3.16)，它可以更加精確地塑造和控制發(fā)射的光束。

　　數(shù)字前大燈

　　數(shù)字前大燈系統(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)百萬的微鏡。數(shù)字大燈利用攝像頭和雷達采集環(huán)境信息，通過相應(yīng)的算法，可以識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。

　　3)可編程LED車頭燈技術(shù)

　　卡內(nèi)基梅隆大學(xué)著名的機器人研究所宣布，其研究人員正在研發(fā)一種由攝像機、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(圖3.17)?？删幊痰闹悄躄ED車頭燈可以通過攝像機檢測、識別和追蹤所有迎面而來的其他駕駛員，并遮擋住可能造成對向駕駛員及行炫目的少部分光線。

　　基于傳感器融合的目標識別技術(shù)

　　基于其它傳感器的目標識別有基于激光雷達和紅外相機的方法?；诩す饫走_的目標識別主要分為兩類，一類不考慮物體的三維形狀只根據(jù)物體的中心對目標進行跟蹤。如只提取物體的中心表示被測物體，通過分析行人走路的頻率和幅度對行人進行識別。另一類算法根據(jù)物體的三維點云信息進行目標識別，如利用被測物體表面的點云和被測物的三維點云做對比，對目標進行識別。

　　控制技術(shù)

　　決定智能車燈智能化高低的核心有兩點，第一是采集信息的傳感器能否及時準確的完成工作;第二是電腦控制邏輯的合理性。電腦邏輯控制目前一般采用比較先進的微處理器進行邏輯處理、簡單運算和控制執(zhí)行等功能。而車燈智能控制系統(tǒng)一般作為整車的控制系統(tǒng)的一個子功能模塊存在。

　　結(jié)語

　　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大。

　　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，將越來越受到人們的青睞。