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汽车自适应远光灯系统的研究
发布时间:2018-12-03        浏览次数:31        返回列表

连晓

摘 要:随着车辆的迅速普及,驾驶安全问题也日益凸显,其中远光灯对驾驶员的影响已成为夜间影响驾驶安全的重要原因之一。本文讨论了一种基于LED光源的自适应远光灯系统,该系统将远光灯分成了多个光学区域,每个光学区域可以单独控制亮灭,配合能够实时识别前方车辆的车载摄像头,一旦侦测到前方车辆进入远光灯照射范围,其对应的光学区域便会自动熄灭以保证前方车辆驾驶员不受远光灯干扰。

关键词:驾驶安全 LED 自适应远光灯车载摄像头

中图分类号:U46 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2018)05(a)-0031-03

自从夸入了21世纪,汽车市场愈发火热,道路交通事故也呈逐年递增趋势,根据世界卫生组织2015年《全球前十位主要死亡原因》报告可知,道路交通事故所造成的死亡人数已排名全球前十[1]。避免或降低道路交通事故已成为全世界面临的课题。

针对以上事实,世界不少国家近年来颁布了更为严苛的法律;各大汽车主機厂及零部件供应商也加快推出了主动、被动安全配置,以此来降低道路交通事故的发生。

车灯,作为汽车在夜间的眼睛,其重要程度不言而喻。每一次车灯的技术突破,都会为驾驶员带来极大的便利,比如:白炽灯的发明,解决了驾驶员在煤油灯时代无法在夜间长途行驶的限制;氙气灯的发明,又极大地拓宽了驾驶员在夜间的视野;LED车灯的发明,又增加了车灯长期的使用寿命及光照的可靠性;自适应近光灯技术的发明,又大大降低了驾驶员在弯道及转弯时的视野盲区。但是远光灯对驾驶员的干扰始终没有一个有效的技术手段来控制。

基于远光灯的课题,本文提出了一种自适应远光灯系统的设计方案以及论述了它对夜间车辆行驶安全的重要意义。

1 系统方案模型

自适应远光灯系统的基本工作模型包括了车载摄像头,摄像头控制模块,前大灯控制模块,前大灯及中央系统控制模块,如图1所示。

车载摄像头:它可以识别前方同向或反向行驶的车辆并抓取其行驶的实时信息。

摄像头控制模块:它会处理摄像头抓取的前方车辆信息,通过算法分析前方车辆的行驶状态。前方车辆的行驶状态包含但不限于车辆的行驶方向、车辆与己方车辆的前后距离及左右距离、车辆的行驶速度、车辆的行驶角度、车辆的大小等。

前大灯:灯内的远光灯由多颗LED作为光源,远光灯的照明区域被设计成由多个单独的小区域组成,每个小区域可以单独控制亮灭。

前大灯控制模块:它可以单独独控制每颗远光灯LED的亮灭。

中央系统控制模块:它的作用是采集到所有从摄像头控制模块及车身端(车辆自身的行驶速度,行驶角度等)的信息后,通过算法计算前大灯中远光灯的每个小区域的亮灭需求。然后将指令发送给前大灯控制模块,最终远光灯投射出的光在前方车辆的位置会熄灭(暗区),并且此暗区会实时跟随前车前后左右切换。

整个系统的信息传输都是通过CAN或LIN实现的。

通过以上系统模型,可以直观地了解该系统的工作模式:车载摄像头侦测前方车辆,识别车辆后判断其行驶状态及是否在远光灯照射范围内,将前方车辆所在实时区域的远光灯关闭直至车辆驶出远光灯区域,远光灯恢复正常照射。其工作状态如图2所示。

2 模块方案设计

2.1 车载摄像头及摄像头控制模块

这两个模块将通过识别车辆前灯及尾灯颜色信息并利用左右对称的条件,将可能是同一车辆的车灯进行配对,以此来确认车辆位置[2]。

车载摄像头将由摄像头公司定向研发提供,摄像头控制模块将由摄像头公司于我方在其硬件平台基础上共同研发控制算法。

2.2 前大灯模块

车辆前大灯模块包含多种功能光源,如近光灯、远光灯、转向灯、角灯、日间行车的及位置灯等。此处仅讨论远光灯。

2.2.1 法规要求

对于自适应远光灯光学设计,中国法规没有明确规定,ECE R123《关于批准装有汽车自适应前照明系统的统一规定》规定了实验相关的测试要求,如表1所示,主要评估光学相关特性。ECE R48《关于在照明和光信号装置安装方面对机动车辆进行认证的统一规定》规定了灯的设计要求[3]。

2.2.2 光学设计

根据实际的法规要求,一般设计光学范围涵盖了-25°~+25°,分多个个可以单独控制的光学区域。每个光学区域所投射的大小不同,从最边上的矮宽到中间的高窄,主要考虑到实际运用中,中间区域为视线集中区域。另外相邻区域部分重叠,是为了避免设计偏差而导致的暗光。并且区域与区域间的相互过度能够更加流畅。图3以12分区为例,展示了不同光学分区的设计模型。

2.3 前大灯控制模块

该模块主要由逻辑开关模块及CAN/LIN通讯模块组成。其作用是接收中央系统控制模块的指令后,根据需求

对远光灯各个分区进行单独控制。框图如图4所示。

2.4 中央系统控制模块

该模块为整个系统的大脑,负责整个系统工作的统筹控制,其工作内容为监控自身车辆的行驶状态,接收摄像头控制模块的其他车辆的行驶状态,通过一系列算法,运算出对应的远光灯各区域控制逻辑,最终向前大灯控制模块发出执行信号。其结构包括供电模块CPU、CAN/LIN通讯、逻辑运算、信号处理等。框图如图5所示。

3 软件结构设计

软件设计基于MATLAB平台,所有的底层设计及调试均由MATLAB完整,最终导出C语言烧写入CPU。

4 方案验证

基于以上方案分析,通过最简易的模型,来搭建并验证方案的可行性,如图3所示。

摄像头及控制模块:用OPEN-MV来模拟车载摄像头及摄像头控制模块,OPEN-MV自带的摄像头可探测光源及跟踪光源,通过一定的算法计算,其光源位置会传输到ECU。

ECU:即中央系统控制模块,它会根据OPEN-MV提供的光源位置来关闭相应区域的LED。

LED及控制模块:共有12颗LED,模拟前大灯中的拥有12个可单独控制分区的远光灯及相应的控制模块。

光源:用手机手电筒模拟路上车辆的前灯及尾灯灯光。

可以验证随着光源与摄像头相对位置的改变,其假设对应的光学区域的LED也会随之亮灭改变。

5 结语

本文探讨了车辆的快速发展给人们的出行安全带来了较大的安全隐患。基于上述事实,本文提出了一种自适应远光灯系统,它能通过检测路上的车辆来关闭照射到对应车辆所在区域的远光灯,以此避免远光灯对其驾驶员造成的影响。其主要目的便是为了避免车辆驾驶员在夜间开车受远光灯干扰而导致的车辆安全事故的发生。

参考文献

[1] 世界卫生组织.道路安全全球现状报告2015[R].2015.

[2] 田强,孔斌,孙翠敏,等.车辆尾灯灯语的检测与识别[J].计算机系统应用,2015,24(11):213-218.

[3] 刘然,陈积先,武华堂,等.覃北阶.自适应远光(ADB)相关法规研究[J].光源与照明,2017(1):16-19.