LED汽車(chē)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(shū)》汽車(chē)照明 顧問(wèn)

　　目前主流的車(chē)燈控制技術(shù)

　　1)前照燈自適應(yīng)控制技術(shù)

　　前照燈隨動(dòng)調(diào)節(jié)

　　汽車(chē)控制系統(tǒng)通過(guò)光照強(qiáng)度傳感器能夠檢測(cè)車(chē)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(chē)控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟前照大燈。汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)角傳感器測(cè)量出汽車(chē)轉(zhuǎn)彎的角度，使用橫擺角速度傳感器測(cè)量出汽車(chē)的橫擺角速度，利用車(chē)速傳感器測(cè)量出當(dāng)前汽車(chē)的行駛速度，以及采用加速度計(jì)傳感器獲取車(chē)身高度 (車(chē)輛質(zhì)心) 和車(chē)燈轉(zhuǎn)角傳感器獲取車(chē)燈轉(zhuǎn)角等變化信息。

　　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(chē)燈轉(zhuǎn)角滯后等問(wèn)題。操縱性差表現(xiàn)為行駛過(guò)程中車(chē)燈會(huì)抖動(dòng)，車(chē)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(chē)燈轉(zhuǎn)角滯后體現(xiàn)在車(chē)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(wèn)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)。

　　2)防炫目技術(shù)

　　汽車(chē)檢測(cè)和跟蹤

　　汽車(chē)檢測(cè)系統(tǒng)通常由圖像采集模塊、車(chē)輛檢測(cè)模塊和車(chē)輛跟蹤模塊等組成。汽車(chē)檢測(cè)是整個(gè)車(chē)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(chē)運(yùn)動(dòng)估計(jì)和汽車(chē)跟蹤的實(shí)現(xiàn)都需要建立在正確、可靠的車(chē)輛檢測(cè)之上。汽車(chē)控制系統(tǒng)可以依據(jù)需求實(shí)時(shí)的對(duì)前方車(chē)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(guò)車(chē)輛檢測(cè)系統(tǒng)，感知和跟蹤到800米距離內(nèi)的其它車(chē)輛;當(dāng)檢測(cè)到汽車(chē)前方或?qū)ο蜍?chē)道有車(chē)輛和行人時(shí)，大燈控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)跟蹤目標(biāo)車(chē)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。

　　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(lèi)型的車(chē)用傳感器，包含毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、激光雷達(dá)、CCD CMOS影像傳感器及輪速傳感器等，來(lái)收集整車(chē)的工作狀態(tài)及其參數(shù)變化情形，并將不斷變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(dá)：電子控制單元 (ECU)會(huì)在針對(duì)傳感器所收集到的信息進(jìn)行分析處理，然后再向控制的執(zhí)行裝置下達(dá)作棟指令。

　　最后則是執(zhí)行動(dòng)作：包含油門(mén)、剎車(chē)、燈光、聲響等系統(tǒng)都是屬于執(zhí)行器的范疇內(nèi)，會(huì)依據(jù) ECU輸出的訊號(hào)，來(lái)執(zhí)行各種反應(yīng)動(dòng)作，讓汽車(chē)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(guò)紅外探測(cè)器，將夜間汽車(chē)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(jué)場(chǎng)中的信息。

　　根據(jù)上述原理設(shè)計(jì)的車(chē)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。

　　行人提醒實(shí)現(xiàn)

　　當(dāng)車(chē)載紅外夜視儀檢測(cè)到車(chē)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)(圖3.11)。

　　4)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向燈技術(shù)

　　動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)向燈就像流水燈一樣，當(dāng)駕駛員開(kāi)啟轉(zhuǎn)向燈時(shí)，排列在轉(zhuǎn)向燈帶上的多個(gè)LED單體會(huì)依次亮起，形成一種與“眨眼”方式相同的動(dòng)態(tài)漸變效果，雖然這種轉(zhuǎn)向燈對(duì)安全性而言并無(wú)太多實(shí)質(zhì)意義，但在漆黑的夜晚中，這種獨(dú)具一格的變換方式使其識(shí)別度更高，對(duì)追求個(gè)性的人來(lái)說(shuō)，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(chē)安全技術(shù)也是廠(chǎng)商研發(fā)的重點(diǎn)。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(dāng)車(chē)門(mén)打開(kāi)時(shí)位于車(chē)輛外面的后視鏡處安裝的水坑燈就會(huì)亮起，它可以將燈光投射到車(chē)門(mén)旁邊的地面上，照亮汽車(chē)周邊的路面(如圖3.13)，從而防止駕駛員和乘客在下車(chē)時(shí)陷入水坑或發(fā)生其它潛在的危險(xiǎn)。

　　6)窄路照明技術(shù)

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

　　車(chē)燈控制技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

　　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(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。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。

　　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(chē)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)。

　　當(dāng)車(chē)載的雷達(dá)或紅外攝像機(jī)等探測(cè)器檢測(cè)到汽車(chē)前方有其他汽車(chē)或行人出現(xiàn)時(shí)，矩陣式激光大燈能夠使光束避開(kāi)前方車(chē)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(diǎn)，令汽車(chē)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(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。

　　為了解決上述問(wèn)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(chēng)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。

　　3)可編程LED車(chē)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(chē)頭燈(圖3.17)?？删幊痰闹悄躄ED車(chē)頭燈可以通過(guò)攝像機(jī)檢測(cè)、識(shí)別和追蹤所有迎面而來(lái)的其他駕駛員，并遮擋住可能造成對(duì)向駕駛員及行炫目的少部分光線(xiàn)。

　　基于傳感器融合的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)

　　基于其它傳感器的目標(biāo)識(shí)別有基于激光雷達(dá)和紅外相機(jī)的方法。基于激光雷達(dá)的目標(biāo)識(shí)別主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)不考慮物體的三維形狀只根據(jù)物體的中心對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。如只提取物體的中心表示被測(cè)物體，通過(guò)分析行人走路的頻率和幅度對(duì)行人進(jìn)行識(shí)別。另一類(lèi)算法根據(jù)物體的三維點(diǎn)云信息進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，如利用被測(cè)物體表面的點(diǎn)云和被測(cè)物的三維點(diǎn)云做對(duì)比，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。

　　控制技術(shù)

　　決定智能車(chē)燈智能化高低的核心有兩點(diǎn)，第一是采集信息的傳感器能否及時(shí)準(zhǔn)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(jìn)的微處理器進(jìn)行邏輯處理、簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制執(zhí)行等功能。而車(chē)燈智能控制系統(tǒng)一般作為整車(chē)的控制系統(tǒng)的一個(gè)子功能模塊存在。

　　結(jié)語(yǔ)

　　汽車(chē)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(jiàn)雛形，而且汽車(chē)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。

　　隨著人類(lèi)高新技術(shù)在汽車(chē)照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，汽車(chē)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(chē)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)越受到人們的青睞。