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基于自適應遠光燈(ADB)功能的分區優化設計
發布時間: 2019-05-22       發布人:
 

一、引言

2005年寶馬公司Martin EndersISAL首次提出ADB概念至今,智能型前照燈借助于LED技術成熟得以迅猛發展,比ADB-AdaptiveDriving Beam技術,也有稱為GFHB-Glare Free High BeamVCOB-VerticalCut-off Beam,其含義均為自適應遠光或無眩目遠光。2008GTB組織建議在R123加入ADB的內容,并于2010年推出ADB法規草案,使得ADB技術得以推廣,并已經在一些高端車型上使用。本文通過比較目前ADB的常見類型,并從光源的選擇、光學系統、機械系統、造型自由度等幾個方面考察,選擇其中一種分類形式,并在此基礎上分析幾種光學分區方案的優劣,從而找到一種主動安全較高,成本適中,實現ADB功能較易的方案。

二、ADB分類

目前ADB的大多數分類可分為動態和靜態兩種方式。動態ADB方式主要是通過旋轉的 機械部件來控制垂直截止線的移動。一般光源可選擇HIDLED光源,其模組占用空間較大,但對機構的控制精度要求高,如Mercedes-BenzE-Class采用Vario LED模組這樣類似的結構。而另一種靜態ADB方式,其結構一般采用矩陣排列,其光源一般使用LED光源,光路結構可采用投射式(圖1)或反射式(圖2)。


針對目前主流的兩種ADB系統方式,分別從光源類型、光學系統、機械系統、電子系統、造型自由度、路面分布、主觀感受、成本8項內容,分別給技術實現的難易程度,駕駛感受舒適度、成本費用的高低進行比較。各等級評分值參考為:低(1)-較低(2)-中等(3)-(4)。因動態ADB系統對機械系統、電路控制、成本等要求甚高,本文不進行討論。

三、靜態ADB反射型分區方案

1ADB系統配光法規內容

依據UNECE R123 Series01ADB系統法規把無眩目區域分成6個區域,這6個區域分別對應于6條線段及以上區域(圖2-1)。當主車分別距離對面來車50m100m200m時,分別激活對應的照明單元,組合形成對應的暗區。同理同向行駛時也有三個區域,其靠右行駛RHTRight-HandTraffic的法規內容如下:

1)對面來車要求

Line1表示距離對面來車50m時最大光強為625cdLine2表示距離對面來車100m時最大光強為1750cdLine3表示距離對面來車200m時最大光強為5450cd;(圖2-2

2)同向行駛車要求

Line4表示距離對面來車50m時最大光強為1850/2500 cdLine5表示距離對面來車100m時最大光強為5300/7000 cdLine6表示距離對面來車200m時最大光強為16000 cd。除Line6外,分別定義了左側區和右側區的最大光強值。(圖2-3


2、探測傳感器的靈敏度要求

依據UNECER48Series 06對面行駛的機動車探測距離不低于400 m,前方同向行駛的機動車探測距離不低于100m;對面駛來的自行車的探測距離應不低于75m;自行車所裝的白色燈光發光強度為150cd。另外部環境大于7000 LuxADB功能自動關閉。

3ADB分區方案

1) 兩片式

單邊燈LED初始光通量分配和設置:近光(1300lm+ADB2*250lm=1800lmADB光源采用兩顆1×2芯片LEDZone-1Zone-2使用相同的LED (250lm/chip)(圖3,若光學系統效率為0.55,光學系統效率定義如下:

則近光在地面分布的光通量為715 lm,全部點亮時(Low Beam+ADB)在地面分布的總光通量為990lm。光分布區域分成Zone-1Zone-2,功能切換僅考慮周圍有車的情況,ADB使用效率定義如下:

各工作狀態內容詳見表1。此方案優點是控制方式簡單,缺點也很明顯,僅僅對外部其它車輛環境簡單處理,對主車駕駛安全性不高。



2 )三片式

單邊燈LED初始光通量分配和設置:近光1300lm+ADB2*150lm+200lm=1800lmADB光源采用3顆單芯片LEDZone-1,Zone-2各使用150lm/chipLED, Zone-3使用200lm/chipLED(圖4)。根據公式(1)計算角度(1.7°)和距離的關系,工作狀態B的探測距離大約為125m,見表2。此方案優點為控制方式較易,因同時考慮到外部其它車輛和主車駕駛的相對關系,主動安全性相對較高,且ADB的平均使用效率為90%,要比兩片式效率略高。缺點是對于同向行駛車輛處理比較簡單,成本相對比較適中。

3 五片式

單邊燈LED初始光通量分配和設置:近光1300lm+ ADB5*100lm=1800lmADB光源采用5顆單芯片LEDZone-1~5均采用100lm/chipLED(圖5此方案優點,基本考慮到外部其它車輛和本車駕駛的所有關系,且ADB的平均使用效率高(92%)。缺點,控制方式較復雜,成本費用高(表3)。

4)結果

通過三種分區方案的比較,我們認為第二種方案成本適中,同時安全性也能兼顧,故選擇三片式結構做配光設計。

四、三片式仿真結果



1、基礎近光

近光作為基本配置,大多數供應商都已開發成標準件,通常會搭配一個單元來提供某種模式,這里因篇幅關系省略掉設計內容。按照以上參數,初始光通量1300lm,功率約為14W,實際近光仿真結果的總光通量接近700lm6)。



2ADB遠光

LED發光面約1*1mm,發光角120°,光型分區約1.7°,初始光通量1800lmLED光源距離反射鏡17mm,每一分區單元反射面參數高度為50mm,寬度為40mm(圖7)。自適應遠光全部點亮的仿真結果如8

3ADB各工作狀態仿真結果

工作狀態ABC分別對應于9-1、圖9-2、圖9-3,從表3可知工作狀態AD相同,10為工作狀態A時駕駛員視角圖。

 



五、評價方法

雖然目前國際上主流的燈光性能評價標準(CIE188:2010)對近、遠光已有非常詳細的定義和要求,但并未考慮AFSAdaptiveFront Lighting Systems)及ADB系統,仍需要對其標準進行擴展。當然借助于軟件動態模擬和實車動態測試的綜合評價已經在一些汽車制造商得到應用。同時ECE R48S06在附錄12中也定義了自適應遠光的駕駛測試方法,主要是評估和記錄測試車輛在遇到對面和跟隨其他道路使用者情況下,不同的交通狀況、道路和車速下自適應遠光的性能和可接受程度。

六、總結

近年來大功率的LED被大量使用,大燈的近光模組單元已被很多燈具供應商開發認可成標準件。在滿足法規的前提下,盡量把近光的光分布做的更寬,在配合ADB系統使用中加入AFS系統的某一種模式(如高速模式),充分利用自動調節的功能來調節水平截止線的高度,增加駕駛者的良好的視覺范圍。其次在定義各分區時,恰當的控制配光垂直明暗截止線的邊界大小。可依據傳感器的探測距離的精度和反饋時間來綜合考慮,一般實際需要的邊界比理論邊界要寬一些。當然對于各分區點亮和關閉的兩種狀態設置成由亮到暗或由暗到亮的漸變過程,也可增加ADB功能的使用時間和駕駛安全性。此外天氣因素對ADB功能影響也不容忽視,法規要求必須在良好的可視范圍內使用,且氣象光學視程MOR Meteorological Optical Range) 必須大于2000m

本文通過三種分區方案比較,從LED的選型,初始光通量的配比和配光的分區形式,兼顧ADB效率和適中的成本,采用比較折中的三片式,雖分區上精細化有限,但對于駕駛的安全和舒適性已有很大的提高,使得ADB技術逐步在一些中端車型上推廣成為可能。

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