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剖析汽车照明与信号系统新技术
来源:本站整理  作者:佚名  2013-10-14 09:20:11

亮相是在2011年的法兰克福车展上,搭载于宝马i8概念车上(图21),预计在2014年量产。全新的宝马激光前照灯将通过3个激光二极管发射10μm宽度的激光到黄磷镜头上再反射到路面。在蓝色激光发射到路面上之前,它将会被转换成纯白色的、柔和的、对眼睛无害的光线。在宝马Connected Drive技术框架内,激光前照灯将与其他光学技术一起,为驾驶人提供尽可能完美的驾驶视觉效果。如动态光点技术(Dynamic LightSpot)是目前正在慕尼黑开发的一套全新系统,利用传感器来识别和照亮前方道路上的行人和动物。
激光前照灯

    激光光源的最大优点主要有:
1)体积小:激光的发光二极管只有10'.Lm,较一个1mm大的LED灯小了100倍,这意味着未来的新车型将不用像传统车型一样留出大面积的头灯空间,给出了设计师更加充沛的发挥余地。
    2)能耗低:LED照明相对于普通照明设备而言,对能源的消耗已经少之又少了,而激光照明的能耗还不到LED的一半。对于未来汽车的发展趋势来说,节能高效这点是必然的。
    3)亮度高:激光与阳光所发出的光截然不同,与人工照明灯也有所区别。激光照明为单色,这意味着波长是完全一致的。因此,激光照明可以产生近乎平行的光束,强度比传统LED灯大1000倍。
    激光因为拥有巨大能量,会对人类和动植物产生伤害。目前所采用的激光属于认证1级光源,因此无需担心它的安全问题,并且无需繁琐的法规手续审批。这种技术的预计寿命在10000h左右。激光照明不仅使现有的照明水平得以提高,也是汽车照明领域的一大变革,有望研发出更加智能的前照灯。
    (7)智能前照灯系统为了减轻驾驶人的负担,进一步提高汽车行驶的安全性和舒适度,智能化的辅助驾驶技术得到应甩。在汽车照明方面,也开发了智能的汽车照明系统,其中主要有自适应前照灯系统(Adaptive Frontlighting-System, AFS)、前照灯自动清洗、感应式
自动前照灯、远光灯辅助系统等。
    AFS的理念是为不同的行车条件提供最优的前方照明组合。它就是通过使用各种传感器(如外部光束传感器、速度传感器、轴传感器、转向盘角度传感器、CCD车道传感器等)来探测道路及天气情况,系统根据这些信息来调节配光光形,以获得最佳的道路照明。该系统提供了以下几种典型的道路照明,从根本上解决了目前前照灯系统存在的问题。
    1)弯路照明:在近光上增加弯曲路面的性能,即让主光轴移动,提高路面的能见度(图22)。
弯路照明

    2)乡间小道照明:在近光上增加聚光的性能(图23)。
乡间小路照明
3)城市街道照明:只用近光灯(图24)。
城市照明
4)恶劣天气照明:使用恶劣天气专用灯,雾天时还要点亮雾灯(图25)。
恶劣天气照明

5)高速公路照明:在远光或近光上增加聚光(图26)。
高速公路照明

    ALS光轴自动调整系统可实现对前照灯光线倾斜角的实时控制。如图27所示,当汽车增加额外负载、加挂拖车或迅速加速时,汽车会出现后部下降、前部升高的现象,这将导致迎面来车的驾驶人眩目,同时会造成路面的照明不足;当汽车突然制动时,会出现前部下降、后部升高,这时直视距离可能缩短到大约10m。 ALS光轴自动调整系统能在这些情况发生时及时调高、调低前照灯光线倾斜角,保证驾驶人的最佳视觉范围,避免其他道路使用者眩目,同时提高驾驶的舒适性和安全性。
前照灯在不同负载

    静态弯道辅助照明系统也叫静态辅助照明系统,它区别于AFS。如图28所示,只要转动转向盘,甚至打开转向灯,这个安置在前照灯内的转向辅助灯就会在一侧亮起,它的照射角度和范围是固定的,而且是在前照灯原有的照明范围内加大侧面的照明区域。静态辅助照明一般为近光,只照亮“左”或“右”的一小片区域,对于晚上低速行驶和原地转向时作用比较明显,能够让驾驶人看到车的侧面;在某种程度上来讲静态辅助照明还可以起到对AFS功能补充增强的作用。
静态弯道辅助照明系统示意图

    此外,还有在氖灯里基本属于标配的前照灯清洗功能。汽车前照灯尤其是气体放电光源前照灯,一旦受到污染,就会降低灯具的亮度,同时使对方驾驶人和道路行人产生强烈的眩目,给行车安全带来危险。而装备了清洗器以后,可以随时对前照灯配光镜表面进行清洗,把这种危险降低到最低程度。如图29所示,清洗器从最早的刮水式已经发展到目前的伸缩式,清洗器的结构除电动泵外,通常是由液压、机械结构组成的。这种方式具有结构简单、运行可靠以及水电分离的特点,能够很大程度地保障清洗系统的运行安全。清洗系统的关键技术是液压系统与传动结构的设计。清洗器喷出的水压和水量要严格按照国内外标准设计,同时设计中要保证负责机构传动的液压力能够稳定可靠的驱动清洗器到工作位置。
前照灯清洗功能

    感应式自动前照灯系统使车辆照明与周围的光线条件相适应。当前照灯开关处在AUTO(自动)位置时(图30),通过雨滴和光线识别感应器(图31),可识别周围的光线情况。周围环境变暗时,车辆照明灯被激活。该系统在提高行车安全的同时,也算是一种人性化的体现。
自动前照灯开关
雨滴和光线识别感应器

    如图32所示,远光灯辅助系统是一种新型驾驶人辅助系统。在黑暗中行车时,该系统可以为驾驶人提供更佳的视野,因为只要交通条件和环境条件允许,远光灯就会一直处于接通状态。如果远光灯辅助系统的摄像头识别出对面来车了或者前面有车在行驶,那么前照灯就会及时进行变光,从而避免出现眩目。如果被识别出的车辆又从远光灯辅助系统的探测范围中消失了,那么灯光也就自动变回到远光灯状态。远光灯辅助系统也能根据路灯照明情况来识别出城镇和街道,系统也可以相应地变光。在本车离开城镇或街道后,会自动切换回远光灯。该系统的软件还可以识别出浓雾,这时也同样会使远光灯变光。远光灯辅助系统可以在黑暗中行车时最大限度地延长远光灯的接通时间,因此使得视野更佳,减轻了驾驶人的负担,使其可以把更多的注意力用于观察交通情况。
远光灯辅助系统

    (8)夜视辅助系统据美国国家公路交通安全管理局的统计,虽然夜间行车在整个公路交通中只占四分之一,发生的死亡事故却占了一半。而欧洲每年因在黑暗中行车发生的事故,导致50多万人受伤,超过2万人死亡。究其原因,主要是夜间可视距离大大缩短,通过车灯所视距离只达到80m左右。现有汽车照明系统在雨夜、雪天或大雾等能见度较低情况下视距不远、效果不佳的弊病,也成为汽车行驶的安全隐患之一。

    由于上述原因,汽车夜视技术得到了快速的发展。夜视技术最早是由于军事需要而得到发展的。汽车上应用夜视技术始于20世纪末,美国通用汽车公司和德克萨斯仪表公司从20世纪80年代末开始致力于汽车夜视辅助系统的研究。到1998年,这种新的夜视安全装置首先应用在美国的凯迪拉克汽车上。随着汽车夜视技术的发展以及应用,对于汽车夜视技术的相关人体功效学评价研究工作也在进行。人们从使用汽车夜视系统后驾驶人探测物体的距离、探测率、显示屏的安放位置等进行了全面的评价和研究。
    夜视是指在黑暗情况下看东西的能力。无论是通过生物或技术手段,使夜视成为可能需要满足两个条件,一是具有足够的光谱范围,二是要具有足够的光谱强度。人眼本身是一个极好的光学系统,但仅对波长为380~780mm一段范围很窄的可见光谱产生光谱响应,故人类的眼睛不具有夜视功能。若想在夜间看到东西,就需要借助于夜视系统。根据夜视系统本身是否带有红外辐射源而有主动式和被动式之分,前者叫做主动式红外夜视技术,后者则称为被动式热成像技术。
    以红外辐射源照射物体,利用反射来的红外辐射得到被照物体的像,称为主动式红外夜视技术。其原理是:红外光源发出的红外辐射照射前方目标,经反射由光学系统的物镜组接收,并在红外变像管光阴极面上形成目标的红外图像,变像管对红外图像进行光谱转换、电子成像和亮度增强,最终在荧光屏上显示出目标的可见图像。
    任何绝对零度以上的物体都具有热辐射本领,辐射体的温度不同,其辐射的能量及波长成分也不同。科学试验证明,光的热效应是由紫光到红光逐渐增大的,而且热效应最大的位于红光的外面,称之为“红外光”。热成像系统的作用就是基于目标与背景的温度及辐射发射率的差异,利用辐射测温技术对目标逐点测定辐射强度,而形成可见的目标热图像。利用物体自身发射的红外辐射摄照物体的像,称为被动式热成像技术。
    奔驰S级采用主动式红外夜视技术(图33),使用红外线最靠近可见光的波段。特殊的灯泡被安装在紧挨着普通车前灯的位置,目的是作为汽车的远光灯,但它们不会妨碍驾驶人的视线,因为人类的眼睛对红外线不敏感。位于后视镜背后的夜视摄像头能捕捉被物体反射回来的红外线,并将其转换为数字信号。接着,数字信号被传送到图像处理器转换成影像并显示在车内的液晶显示器上。
奔驰S级主动式红外夜视技术

    宝马以及本田等日本厂商则选择了被动式热成像技术,靠热感应来检测更远处的物体。这种远红外夜视系统不需要特别的光源,也不以普通数码相机的像素来表示。它使用的是特殊照相机,能产生一个温度图谱,每秒刷新30次,信号处理器再把温度图谱的数据转换为显示器能够显示的图像。宝马采用iDrive控制系统的中央控制板上液晶显示器显示夜视图像(图34),而本田Legend的夜视图像会显示在仪表板上。
宝马7系被动式热成像技术

    主动式和被动式夜视系统各有优劣,一些研究认为,远红外辐射夜视仪具有更大的优势,因为行人的辐射热量大,适宜远红外探测技术;另一些研究则表明远红外探测技术太过于依赖热量,因此可能导致不可预知的结果。红外发射源的选择、图像处理技术的应用、显示屏材质的使用、位置的安放,使夜视系统呈现多样性。夜视系统采用的原理和技术不同,会对夜视系统的整体性能以及驾驶人在夜间驾驶造成不同的影响。毫无疑问,使用夜视系统对于驾驶安全具有很大益处。对于那些夜间汽车驾驶人,由于安全距离大大扩展,他们可以有更大的制动和反应余地。因此,汽车夜视系统的应用将成为一种趋势。
    (9)延时关闭功能也称“伴我回家(FollowMe Home)”功能,可以在遇到昏暗的地方离开汽车时提供灯光照明(位置灯和近光灯)。拔出点火钥匙后,在短时间内拨动超车灯开关,即可启动前照灯延时关闭功能,时间从30s到几分钟不等。

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