汽車遠光傳感與控制系統(tǒng)研究

邵 娟

景德鎮(zhèn)學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333400

0 引言

汽車是客運和貨運的重要工具。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車的購買量也隨之增加。在我國夜間交通事故中，遠光燈事故占30%～40%，并且由于汽車遠光燈錯誤使用導(dǎo)致的交通事故發(fā)生數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢?，F(xiàn)階段，我國居民在駕駛汽車的過程中出現(xiàn)遠光燈使用錯誤的現(xiàn)象多發(fā)，遠光燈在非正確情況下開啟，強光將對對面道路司機的眼睛產(chǎn)生直接的照射，使駕駛?cè)藛T無法正確判斷前方道路情況，增加了車禍發(fā)生的風(fēng)險，這不僅對人們的人身及財產(chǎn)安全造成威脅，也不利于我國經(jīng)濟的發(fā)展。為了減少此類交通事故的發(fā)生，相關(guān)管理部門需對車輛燈光使用加大執(zhí)法力度，同時研究人員需對汽車遠光燈進行改進，實現(xiàn)車輛遠近光的自動切換，以此提高車輛燈光使用的正確性。

1 研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國對汽車大燈的相關(guān)研究仍處在自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)（AFS系統(tǒng)）開發(fā)階段，但在技術(shù)上已經(jīng)取得較好成果。目前研究主要集中在AFS控制系統(tǒng)上，因為AFS系統(tǒng)主要依靠收集來自車輛速度和轉(zhuǎn)向角傳感器的信號來控制汽車大燈光線的方向。為了計算車輛狀態(tài)參數(shù)與汽車大燈水平光線和垂直光線夾角度數(shù)之間的關(guān)系，研究人員創(chuàng)建并提出了水平和垂直方向的AFS動力學(xué)模型，通過多次試驗取得了較好的結(jié)果。

為了進一步提高汽車遠光燈使用的安全性，開發(fā)人員對汽車遠光燈傳感與控制系統(tǒng)進行了研究。首先研究了汽車遠光燈傳感控制系統(tǒng)的光學(xué)元件，選擇合適的LED光源，進行布局設(shè)計，根據(jù)非球面透鏡的成像原理設(shè)計了光學(xué)透鏡實驗組。為了檢驗設(shè)計是否符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，開展了多次模擬實驗。同時，采用先進的光學(xué)疊層開發(fā)測試方法，設(shè)計了4種自適應(yīng)前照燈光的近照燈實驗組，以及安裝汽車遠光傳感與控制系統(tǒng)的遠光燈實驗組并開展測試[1]。

受海外汽車遠光燈傳感控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的啟發(fā)，國內(nèi)各大汽車燈具生產(chǎn)商家主動發(fā)展遠光燈傳感與控制系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)。同時，多家電子系統(tǒng)服務(wù)公司對汽車遠光燈控制系統(tǒng)進行研發(fā)，為自適應(yīng)遠光燈問題的出現(xiàn)提供多種解決方案，并在多種汽車上進行系統(tǒng)配置及實際試驗。經(jīng)過數(shù)年的開發(fā)及研究，2009年眾泰品牌生產(chǎn)發(fā)售的B21型號汽車搭配攜汽車遠光燈傳感控制系統(tǒng)亮相，其通過汽車攝像頭和雷達傳感器系統(tǒng)進行信息采集，傳感器數(shù)據(jù)處理通過先進的算法進行控制。汽車燈光控制通過驅(qū)動模塊進行，為交回及錯車車輛提供防眩暈的汽車照明裝置。

2 系統(tǒng)開發(fā)的必要性

由于中國的城市化進程逐漸提高，大部分城市街道都安裝了路面照明設(shè)備，為道路使用者提供充足的亮度，提高了道路的能見度并減少道路交通事故的發(fā)生量。但在城郊及鄉(xiāng)村道路段，如高速公路、地方道路等，由于受到發(fā)展條件的限制，許多道路上沒有配套的路面照明設(shè)備路燈。在此狀況下，為了保障駕駛?cè)藛T的人身安全，車輛應(yīng)及時開啟遠光燈照明設(shè)備，實現(xiàn)對道路的照明。

不正確或違規(guī)使用遠光燈會導(dǎo)致許多道路交通事故，特別是汽車的數(shù)量每年都在增加，導(dǎo)致類似道路交通事故的數(shù)量也在迅速增加。相關(guān)研究表明，汽車遠光燈防眩目現(xiàn)象的相關(guān)解決措施并不理想，不能有效解決遠光燈所造成的意外傷害問題。應(yīng)用遠光燈檢測和控制系統(tǒng)是保障人們行車安全簡單且高效的方法，有必要對其展開研究。當(dāng)今大多數(shù)汽車都沒有裝設(shè)智能遠光燈系統(tǒng)，僅有少部分價格昂貴的汽車安裝此先進的智能燈光傳感設(shè)備。如將此裝備在汽車制造行業(yè)廣泛使用會造成汽車生產(chǎn)成本的上漲，從而引起汽車售價的提高以及銷量的下降，不利于汽車品牌的樹立。要想使品牌在汽車銷售競爭中占據(jù)優(yōu)勢地位，就需要降低汽車生產(chǎn)制造的成本，低廉的價格將成為汽車品牌塑造過程中強有力的廣告。因此，價格的優(yōu)勢將成為此類產(chǎn)品日后發(fā)展的必然趨勢。

3 設(shè)計原則

車輛夜間駕駛條件與白天駕駛條件有較大差別，汽車在夜間行駛過程中，車輛攝像裝置對周邊環(huán)境的圖片采集與白天的情況也不相同。因此，適用于白天狀況下的車輛檢測法，如根據(jù)汽車的對稱性、邊緣和車底的陰影等方法不適用于夜間車輛檢測。要想確保夜間車輛檢測的精準(zhǔn)性，必須根據(jù)汽車在夜間行駛的條件進行設(shè)計工作。汽車遠光燈傳感與控制系統(tǒng)作為汽車夜間行駛過程中最關(guān)鍵的傳感模塊，決定了車輛在夜間行駛的過程中檢測車輛的精確程度及系統(tǒng)運行速度。

車輛在夜間行駛時受到光線不足的影響，亮度高的車前大燈和紅色尾燈則為行駛中的車輛最顯著的特點，因此對車燈的檢測被廣泛應(yīng)用于夜間車輛檢測。由于汽車大燈的亮度較高，攝像系統(tǒng)在夜間拍攝捕捉的過程中會產(chǎn)生明亮區(qū)域溢出的現(xiàn)象。為了減少此現(xiàn)象的發(fā)生，研發(fā)人員用低曝光靜態(tài)相機對汽車的大燈進行檢測，將視野放大，以防止汽車轉(zhuǎn)彎時鏡頭隨著時間的推移而扭曲。在夜間監(jiān)控視頻中，道路上汽車大燈的反射經(jīng)常發(fā)生，因此，開發(fā)人員通過將光線與大氣散射規(guī)律相結(jié)合，以消除反射光線，使攝像系統(tǒng)能夠正確捕捉車輛信息[2]。

4 系統(tǒng)研究難點

（1）感應(yīng)區(qū)域選擇不規(guī)范。因為感應(yīng)相機拍攝到的圖像可能會存在一定數(shù)量的無用相片，如天空、路燈照明設(shè)備等。大多數(shù)研究在圖像處理之前均會對圖像進行感應(yīng)區(qū)域的劃分工作。但是，圖像劃分工作一般由研究人員人工進行，因此劃分方法不具備共通性，無法對全部圖像進行準(zhǔn)確劃分。

（2）嵌入式系統(tǒng)中機器學(xué)習(xí)的適用性有爭議?，F(xiàn)階段，圖像在識別過程中經(jīng)常使用機器學(xué)習(xí)技術(shù)，這在視覺感知和識別效率方面更有效。但是，機器學(xué)習(xí)技術(shù)要想清晰辨別圖像信息需要具備一個強大且健全的數(shù)據(jù)信息儲存庫，而目前我國對夜間圖像信息的儲存數(shù)據(jù)尚不充足。多數(shù)研究中心的數(shù)據(jù)均來源于本中心的數(shù)據(jù)源圖像庫，所得到的圖像信息無法保證數(shù)量和質(zhì)量，圖像信息的整體準(zhǔn)確性有待考證[3]。

（3）制訂夜間行車消除雜散光源的方法。車輛在夜間行駛的過程中除了前車的大燈，還有其他燈源對車輛造成干擾。路面照明設(shè)備就是最常見的干擾源。盡管使用感應(yīng)區(qū)域選擇技術(shù)后能夠降低路面照明設(shè)備的干擾，但是在汽車遠光燈傳感控制系統(tǒng)識別出車輛尾部大燈的顏色時，路面照明設(shè)備的黃色光源就會對識別系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度造成阻礙。

5 研究發(fā)展途徑

遠光燈傳感器的輸入信號可以調(diào)整汽車電路的輸出。基于此，將遠光燈開關(guān)與遠光燈光學(xué)傳感器相結(jié)合，以降低誤用遠光燈的風(fēng)險。在日常生活中已經(jīng)使用了類似的設(shè)備，如自感應(yīng)路面照明設(shè)備，通過對自然光線明暗的暗影決定路燈設(shè)備是否自動開啟。然而，光敏路燈等設(shè)備往往使用電磁繼電器來控制燈的開關(guān)，而電磁繼電器的體積過大，不適用于小型汽車，會占用其他組件的空間，而且其售價較高。為此，可以用微型電腦設(shè)備來控制汽車遠光燈的開關(guān)。現(xiàn)階段，我國人工智能技術(shù)得到快速發(fā)展，已成功在主控制芯片中植入控制功能，不需要單獨設(shè)置控制設(shè)備。由于室外光線明暗強度受到時間和天氣等影響，在室外環(huán)境暗度不佳時汽車內(nèi)部才會變暗。當(dāng)光線暗度下降時，光源傳感器檢測到環(huán)境明暗的變化自動將遠光燈開啟。如果環(huán)境敏感度降低到某個值時，控制設(shè)備會自動將近光燈切換到遠光燈。汽車在夜間環(huán)境下行駛或倒車時遇到前方車輛，車輛傳感設(shè)備將發(fā)射波長的紅外信號，后方車輛在收到紅外信號后進行識別，同時將汽車燈光從遠光燈切換到近光燈。車輛在正常駕駛中遠光燈具有警示功能，允許駕駛員手動打開遠光燈。但是，如果光傳感器的檢測現(xiàn)路段不易開啟遠光燈，車燈將會在3 s提示后自動關(guān)閉，以此保證遠光燈的正確使用[4]。

6 結(jié)束語

汽車傳感控制系統(tǒng)主要通過紅外信號的發(fā)送與接收對汽車周邊環(huán)境進行判斷，從而實現(xiàn)對汽車燈光的開關(guān)。汽車遠光燈傳感與控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)汽車大燈由近光燈到遠光燈的自動切換，駕駛?cè)藛T在汽車駕駛的過程中可以將遠光燈傳感與控制系統(tǒng)作為遠燈光控制的輔助性工具，以提高駕駛安全性。