遠(yuǎn)光燈主動(dòng)預(yù)防控制系統(tǒng)研究

張瑞

摘? ?要：文章從遠(yuǎn)光燈濫用現(xiàn)象的根源著手，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于紅外測(cè)距激光陣的遠(yuǎn)光燈控制系統(tǒng)。仿真模擬的結(jié)果表明該系統(tǒng)優(yōu)良，能準(zhǔn)確地做出判斷，并能及時(shí)給予提醒和自動(dòng)切換遠(yuǎn)光燈為近光燈，達(dá)到實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)光燈的主動(dòng)預(yù)防控制的目的。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)光燈;主動(dòng)預(yù)防;系統(tǒng)控制;仿真模擬

1? ? 研究背景

1.1? 遠(yuǎn)光燈濫用現(xiàn)象

遠(yuǎn)光燈是汽車照明設(shè)施，其光線平行射出、集中且亮度較大。為了給自己帶來更好的視線以及更安全的心理感受，司機(jī)在夜間行車時(shí)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間開啟遠(yuǎn)光燈。但若在不適合的情況下隨意開啟遠(yuǎn)光燈，將會(huì)導(dǎo)致對(duì)向的駕駛?cè)嘶蛐腥怂查g致盲，使他們對(duì)周圍環(huán)境的觀察能力下降，無法看清路況。

我國(guó)道路交通安全法規(guī)定，機(jī)動(dòng)車夜間會(huì)車須距對(duì)面來車150 m外互閉遠(yuǎn)光燈，改用近光燈。但濫用遠(yuǎn)光燈在“中國(guó)式駕駛陋習(xí)”中排第一位。據(jù)交通部門的統(tǒng)計(jì)，每年夜間行車事故當(dāng)中，約30%的事故與濫用遠(yuǎn)光燈有關(guān)，且呈上升趨勢(shì)。

1.2? 遠(yuǎn)光燈主動(dòng)控制研究現(xiàn)狀

鑒于遠(yuǎn)光燈濫用的問題亟待解決，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)遠(yuǎn)光燈問題展開了研究[1]，目前，國(guó)內(nèi)多利用光傳感器進(jìn)行前方車輛探測(cè)。本車（A車）后視鏡上安裝光傳感器，可探測(cè)來自對(duì)方來車（B車）的光照強(qiáng)度，進(jìn)而判斷B車是否會(huì)在一定距離內(nèi)與本車發(fā)生會(huì)車行為。若是，則A車將開啟語音提醒并自動(dòng)切換遠(yuǎn)光燈為近光燈[2]。但光敏電阻易受到外界光源的干擾，若對(duì)面的車輛因故沒有開車燈或者車燈亮度較低，則在安全距離以外及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)對(duì)方車輛較為困難，無法準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)近燈的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用效果不理想。

另有在車頂安裝激光發(fā)射器與接收器的方法。對(duì)方來車（B車）探測(cè)由本車（A車）發(fā)射的激光信號(hào)并將其反饋至控制電路，由控制電路完成遠(yuǎn)、近光燈的轉(zhuǎn)化[3]。由于該技術(shù)需要雙方車輛均具備信號(hào)發(fā)射與接收器，若車輛未安裝該設(shè)備，將無法被其他車輛探測(cè)，形成探測(cè)漏洞，且該系統(tǒng)無法針對(duì)車輛所在車道確定合適的激光發(fā)射范圍，易造成光源浪費(fèi)或探測(cè)范圍不足。

國(guó)外一些汽車公司也進(jìn)行了遠(yuǎn)光燈的自動(dòng)輔助控制系統(tǒng)試驗(yàn)?，F(xiàn)有紅外夜視系統(tǒng)，利用目標(biāo)與周圍環(huán)境之間由于溫度或發(fā)射率的差異所產(chǎn)生的熱對(duì)比度進(jìn)行成像，能夠看清前方150～300 m內(nèi)可輻射熱能物體。但紅外夜視系統(tǒng)只能作為遠(yuǎn)光輔助，不能完全解決遠(yuǎn)光危害問題，且其價(jià)格昂貴，不具有推廣性。此外，美國(guó)GENTEX公司開發(fā)了智能變光汽車前照燈，利用傳感裝置感測(cè)前方光源，當(dāng)迎面來車時(shí)會(huì)自動(dòng)降低前照燈的光照度，當(dāng)會(huì)車完成又恢復(fù)強(qiáng)光[4]。但如遇前方車流突增、車輛在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)光照度亦會(huì)立刻減弱，且該產(chǎn)品價(jià)格昂貴。

1.3? 作品研究目的

汽車遠(yuǎn)光燈的設(shè)計(jì)本意是為了幫助駕駛員在夜間更好地觀察道路情況，提高夜間行車安全度，但一旦被不正確使用，將會(huì)成為交通事故的肇事“兇手”。

本文致力于開發(fā)一項(xiàng)簡(jiǎn)單、有效、成本低廉、易于推廣的遠(yuǎn)光燈控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)遠(yuǎn)、近光燈的自主切換，從根源上解決遠(yuǎn)光燈濫用問題。另外，由于在路面出現(xiàn)彎道時(shí)，部分燈光將散射至路側(cè)，在直射人眼的過程中損失部分能量，危害程度較直道行駛較小，故本文重點(diǎn)解決直道上的遠(yuǎn)光燈濫用問題。

2? ? 設(shè)計(jì)思路

本文研究的遠(yuǎn)光燈主動(dòng)預(yù)防控制系統(tǒng)，主體為安裝于車前、車后的紅外傳感設(shè)備，通過分別布置路沿光陣與目標(biāo)光陣對(duì)一定距離內(nèi)車輛進(jìn)行探測(cè)，來自主控制遠(yuǎn)光燈的使用。系統(tǒng)具體流程如圖1所示。

由于人行道與車道之間存在高度差，路沿光陣中的光線發(fā)射至人行道與發(fā)射至車道將產(chǎn)生不同的效果?；谠撎攸c(diǎn)，根據(jù)車道寬度設(shè)置路沿光陣的光線偏轉(zhuǎn)角，根據(jù)紅外設(shè)備測(cè)出的光線，利用幾何關(guān)系推算鄰近車道數(shù)，經(jīng)計(jì)算得出車輛兩側(cè)的道路寬度，進(jìn)而確定車頭目標(biāo)光陣的探測(cè)范圍。如圖2所示，光源源點(diǎn)向左和向右發(fā)出激光束，形成路沿光陣，且激光陣平面為豎直平面。

將位于目標(biāo)光陣中的車輛模糊化為具有車輛輪廓且隨測(cè)量周期持續(xù)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，隨著光陣中車輛的運(yùn)動(dòng)，光陣將有部分光線被遮擋，且具有一定的規(guī)律。為判斷目標(biāo)是否為車輛，定義在目標(biāo)光線簇中激光測(cè)量距離最小且沒有打在目標(biāo)物側(cè)面的光線為邊緣光線。利用目標(biāo)光陣中的邊緣光線對(duì)目標(biāo)物的輪廓進(jìn)行刻畫，最終判斷目標(biāo)物是否為車輛。若為車輛，系統(tǒng)將作出切換遠(yuǎn)光燈為近光燈的判斷。

圖3中，當(dāng)對(duì)向車B1或同向車B2駛?cè)朐囼?yàn)車A車頭中間光源O發(fā)出的紅外光陣中時(shí)，在R為150～250 m范圍內(nèi)，系統(tǒng)將判斷B1或B2是否為車輛。若為車輛，則試驗(yàn)車A會(huì)提醒駕駛員切換為近光燈或自主切換為近光燈。

3? ? 算法設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要有兩個(gè)板塊的算法。

（1）基于紅外測(cè)距激光陣研發(fā)夜間行車場(chǎng)景下的道路寬度測(cè)定及前方車輛檢測(cè)方法。利用在車頭和車尾設(shè)置的激光測(cè)距裝置，基于激光陣對(duì)目標(biāo)物的距離測(cè)定實(shí)現(xiàn)直線道路寬度測(cè)定;通過分析目標(biāo)物與激光陣的相對(duì)位置變化，建立目標(biāo)物輪廓識(shí)別方法，據(jù)此實(shí)現(xiàn)前方車輛檢測(cè)。

（2）基于車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及相對(duì)距離測(cè)定進(jìn)行夜間會(huì)車安全性評(píng)估，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)光燈主動(dòng)預(yù)防控制。在相對(duì)距離150～250 m范圍內(nèi)，通過判定試驗(yàn)車與前方目標(biāo)的相對(duì)位置關(guān)系識(shí)別目標(biāo)是否為運(yùn)動(dòng)車輛，若滿足會(huì)車條件，則啟動(dòng)遠(yuǎn)光燈主動(dòng)預(yù)防控制系統(tǒng)，從根源上避免短距離會(huì)車時(shí)遠(yuǎn)光燈濫用。

4? ? 仿真模擬

基于上述算法在C語言中建立仿真環(huán)境，輸入試驗(yàn)車和目標(biāo)車的速度，設(shè)兩車都是勻速運(yùn)動(dòng)且起始時(shí)相距1 000 m，利用試驗(yàn)車與目標(biāo)的相對(duì)位置求出相對(duì)速度，從而判斷目標(biāo)是否運(yùn)動(dòng)。通過臨界光速和目標(biāo)光束簇的變化規(guī)律判斷是否具有車輛輪廓。若目標(biāo)既是運(yùn)動(dòng)物體又具有車輛輪廓，則對(duì)試驗(yàn)車作出提醒并自動(dòng)切換遠(yuǎn)光燈為近光燈。隨機(jī)產(chǎn)生速度，進(jìn)行試驗(yàn)，部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。從表1中可以看出，在150～250 m的范圍內(nèi)，本算法總能作出判斷，且準(zhǔn)確率為100%。

5? ? 結(jié)語

隨著汽車保有量的不斷增加，遠(yuǎn)光燈濫用的現(xiàn)象越來越突出，一種價(jià)格便宜、簡(jiǎn)單、實(shí)用且能從根源上解決遠(yuǎn)光燈濫用的主動(dòng)預(yù)防控制系統(tǒng)正是社會(huì)所需要的。從仿真模擬結(jié)果來看，本系統(tǒng)的準(zhǔn)確率高、成本低、使用簡(jiǎn)單，最重要的是社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，因此，具有廣闊的應(yīng)用前景和重大的現(xiàn)實(shí)意義。

[參考文獻(xiàn)]

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