自适应前照灯系统(AFS)应用及发展趋势.docx

本科课程设计论文题目：自适应前照灯系统(AFS)应用及发展趋势学 院:汽车与交通工程学院专 业:XXXXXXXX学 号:2009XXXXXXX学生姓名:X X X指导教师:X X X日 期:XXXX年X月摘要：分析前照灯照明中存在的问题，随动自适应前照灯的作用及其国内外发展概况；简述氙气前照灯AFS的组成及原理。分析AFS的6种不同的照明模式：默认照明模式、高速公路照明模式、乡村照明模式、城市照明模式、弯道照明模式和阴雨天照明模式；通过对AFS的理论阐述和实践分析，为国内在AFS技术上的进一步发展探索提供参考。关键字： 随动转向； 氙气灯；高智能1 引言 汽车前照灯是汽车最重要的安全部件之一，前照灯的照射范围和亮度对行车安全又直接影响。根据国外统计显示，虽然夜间的车流量不到白天流量的五分之一，但夜间发生的交通事故，却超过交通事故总数的四分之一，而其中在弯道行车造成的交通事故，更是占了夜间交通事故的百分之八十以上1。 人们开始研究汽车自适应前照灯系统(Adaptive Frontlight System，AFS)。汽车自适应前照灯系统是使会车用前照灯(即近光灯)的光照射线随车辆行进方向作水平方向偏转，并根据车辆的俯仰作垂直方向的调整，为驾驶员在路口、弯道及颠簸不平的路面提供最佳的照明效果，从而提高夜间行车的安全性。在国外，AFS系统已经开始得到广泛应用，然而由于进口的AFS系统大多为生厂商本国道路考虑，而且国内道路状况与国外差别较大，另外，进口的AFS系统价格也非常高，因此进口AFS系统在国内的普及应用存在的阻力较大22 AFS的实现 为实现AFS的功能，需要对AFS的光源部分和控制部分分别进行研究。2.1 自适应氙气前照灯为了满足自适应前照灯系统的灯光强度和构造需求，现在大部分上的是在氙气前照灯的基础的自适应前照灯系统。HID具体发光原理是：在石英管内。以多种化学气体充填。其中大部份为氙气与碘化物等惰性气体。然后再通过镇流器将车上12 V的直流电压瞬间增压至23000V。经过高压震幅激发石英管内的氙气电子游离，在两电极之间产生光源，这就是所谓的气体放电。氙气被击穿，产生的超强白色电弧光，可提高光线色温值，接近正午日光的颜色人眼的接受度及舒适度很高。但是由于气体放电的种种特性，主要体现为：低压直流供电；快速瞬间启动及热灯启动；过渡阶段的功率递减以实现在12s内达到额定光输出的7580。所以现在的电子镇流器采用单片机数字化控制方式。对HID灯的启动过程实现了精确控制并且实现了比较复杂的算法。以满足启动过程中恒功率、变功率等控制要求。同时，数字化控制可以对各种故障模式做出快速反应。实现输入过欠压、输入反接、输出短路、输出开路等各种保护功能3。氙气前照灯相比普通前照灯的优点：更高的亮度(比普通卤素灯的亮度高2.53倍)；灯光和白天的光线相近，因此能够缓解眼睛的疲劳；更低的能耗(35W代替了原来的55W)，因此只需消耗更少的燃料；更长的使用寿命(通常都接近或超过汽车本身的使用寿命)。2.2 前照灯随动转向控制系统 AFS由四大部分组成：传感器组（车速传感器、车身高度传感器、方向盘转角传感器、雨量传感器、光敏传感器等）、传输通路（CAN总线）、处理单元和执行机构（步进电机等）。基本原理是：中央处理器通过传输通路、传感器组采集车速、转向、道路状况等信息（其实AFS与汽车上的传感器信息共享），并进行处理分析，给执行机构发出指令，执行机构做出相应动作，同时反馈电路给中央处理器信息，进行不断的修正，达到预期效果。CAN总线车速传感器前照灯方向盘转角传感器步进电机位置传感器AFS主控制器车身高度传感器位置传感器雨量传感器前照灯步进电机光敏传感器 图1 AFS工作原理图2.3 AFS功能模式2.3.1 默认照明模式默认模式下，AFS的前照灯不做任何水平与垂直方向的调整，但会根据光敏传感器感知光线的变化而自动打开或关闭前照灯。如当白天车辆穿过隧道和桥梁或遇到恶劣天气时，前照灯会自动打开以补充照明。当黄昏时分，光线强度下降到一定大小时，前照灯也会自动打开，似乎可以感知夜晚的即将到来；相反，当黎明到来，光线强度升高到一定大小时，前照灯会自动关闭。2.3.2 高速照明模式高速照明模式如图2所示。当汽车在公路上行驶发现危险时，司机的第一反应就是制动。则刹车距离必须在前照灯的照明区域内才能保证汽车的安全行驶。一般默认照明区域要能到达汽车当前速度3s后到达的地方4。当车辆进入高速公路且速度70km/h时，通过调高近光灯的水平高度和前雾灯予以实现。而且随着车速的加快，近光灯也会调得越高，以保证能在安全刹车距离之外发现危险。 图2 高速照明模式下前照灯2.3.3 乡村照明模式乡村照明模式如图3所示。乡村道路岔路口多，且光线较暗，不便及时发现边缘障碍物。部分道路还凹凸不平、起伏不定，造成车身倾斜，如图4所示，车身倾斜对前照灯照射俯仰角度影响很大。以右行国家为例，左右近光灯的驱动功率均增大，从而增加亮度以补充照明，且右灯的灯光要偏转一定角度，宽广的灯光照射范围使得驾驶者很容易发现道路右侧区域的目标。若遇到起伏不平的路况，则AFS会根据前轴和后轴高度差的变化量来自动调整前照灯的投射俯仰角度，尽量使光轴回复到原先的水平状态，以能达到良好的照明效果，又不会对迎面车辆的司机造成眩目。前照灯需调整的投射俯仰角度可根据下式算出5:=tan-1(dHr-dHf)/L)式中L前后轮轴距；dHf前轮高度变化；dHr后轮高度变化；车身倾角。 图3 乡村照明模式下前照灯 图4 车身倾斜对照明的影响2.3.4 城市照明模式城市照明模式如图5所示。对于城市公路来说，照明条件较好，且车流人流密度都明显增大，防止眩目显得尤为重要。所谓眩目是指人眼睛被强光照射，由于视觉神经受刺激而失去对眼睛的控制，本能地闭上眼睛或者看不清暗处物体的生理现象。夜间行车时如果前照灯光线射到对方汽车驾驶员的眼睛，就会造成驾驶员眩目看不清前方路面情况，这时极易引发交通事故6。眩光分为直接眩光和反射眩光，这里主要为直接眩光。是否进入城市照明模式由光敏传感器进行判断。光强达到阈值，车速不超过50kmh时，城市道路照明模式便自动开启，左右近光灯的驱动功率均减小以降低亮度，且前照灯在垂直方向上会向下偏转一定角度，从而降低射进对面驾驶员眼中的光照强度。 图5 城市照明模式下前照灯2.3.5 弯道照明模式弯道照明模式如图6所示。当汽车在弯道上行驶时，因为前照灯的光线和车辆的行驶方向一致，所以不可避免会存在照明暗区，极易因为不能及时发现弯道上的障碍物而引发交通事故。是否进入弯道照明模式由汽车的方向盘转角传感器和车速传感器判断。当AFS获知车辆进入弯道时，前照灯会旋转一定角度，给弯道以足够的照明，效果对比图如图5所示。为了正面照明的需要，AFS并不是同时控制左右近光灯的，如果车辆向右转弯，则右灯向右侧旋转，如果向左转弯，则左灯向左侧旋转。同时，左右近光灯的最大调节角度也是不同的，对于交通法规规定靠右行驶的国家，右侧近光灯变化角度最大为150，左侧为50。 图6 弯道照明模式下前照灯2.3.6 阴雨天照明模式阴雨天照明模式如图7所示。阴雨天气时，地面的积水会将行驶车辆打在地面上的光线，反射至对面会车司机的眼睛中，使其眩目，由雨量传感器获得的数据即可判断当前是否下雨，并能够进一步获知雨量的大小。一般汽车前面距离为525m的路面可以产生反射眩光，AFS可根据雨量大小适当降低前照灯的高度，对此范围内的照度进行限制，从而避免反射眩光对车辆前方60m3范围内的驾驶员造成眩目。 图7 阴雨天照明模式下前照灯3 汽车AFS前照灯发展趋势随着现代化的发展，人们对汽车行车安全性能要求越来越高。节能和智能化是汽车AFS前照灯的发展趋势。发光二极管光源的AFS系统和高智能AFS系统正在研究和酝酿中。3.1 发光二极管(LED)光源的AFS系统相对于传统AFS的光源，HID需要相当复杂的驱动电路(电子镇流器)来激发照明，而LED照明只需恒流电路控制，大大降低了驱动成本。而且具有更小的体积及更轻的重量，从而能够更好的利用原先就非常有限的AFS灯具内部空间，较轻的重量也减小了电机执行机构的使用功耗。此外，LED光源还有着超长寿命和低功耗。 3.2 高智能AFS系统随着科技的不断进步，在AFS系统中，集成GPS导航系统、图像识别功能，以检测行人、车辆和路边障碍物的新型AFS系统正在研究之中。该系统能识别当前车辆的所处地理位置，同时根据导航，图像识别等信息对即将行驶的路线的曲率、路面边界、对面来车等信息进行计算，实现对汽车前照灯灯光的高智能调节，更有利于驾驶员提前做出判断和反应。AFS前照灯系统作为车灯技术的一项重大突破，能主动的消除各种不同路面类型和环境变化对车辆照明所带来的不利影响，给出最佳方式，使驾驶员可以清楚的观测到路况信息，对夜间弯道行车及各种路况下的行驶安全性产生了飞跃性的提高，同时大大提升了行车照明的舒适性。随着LED光源的AFS系统及高智能AFS系统的深入研究，自适应前照灯系统(AFS)的应用必将更加成熟、广泛。参考文献:1李旺轩.车辆AFS在车身网路之电控介绍J.台湾车辆研究咨询.2005，(11).2 DUBROVIN A;LELEVE J;PREVOST A. Application of real-time lighting simulati