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技术文章 | 基于自适应远光灯(ADB)功能的分区优化设计

原文标题:The PartitionOptimizationDesignBased onan Adaptive Driving Beam System(ADB)

作者:Jinagshu,Yuanminin
单位:Electrical and Electronic Technology Research Institue;

Chery Automobile Engineering Research Institute,Anhui 241006

编译:井硕 李奕帆
指导老师:林燕丹



一、引言

2005年宝马公司Martin EndersISAL首次提出ADB概念至今,智能型前照灯借助于LED技术成熟得以迅猛发展,比如ADB-AdaptiveDriving Beam技术,也有称为GFHB-Glare Free High BeamVCOB-VerticalCut-off Beam,其含义均为自适应远光或无眩目远光。2008GTB组织建议在R123加入ADB的内容,并于2010年推出ADB法规草案,使得ADB技术得以推广,并已经在一些高端车型上使用。本文通过比较目前ADB的常见类型,并从光源的选择、光学系统、机械系统、造型自由度等几个方面考察,选择其中一种分类形式,并在此基础上分析几种光学分区方案的优劣,从而找到一种主动安全较高,成本适中,实现ADB功能较易的方案。



二、ADB分类

目前ADB的大多数分类可分为动态和静态两种方式。动态ADB方式主要是通过旋转的 机械部件来控制垂直截止线的移动。一般光源可选择HIDLED光源,其模组占用空间较大,但对机构的控制精度要求高,如Mercedes-BenzE-Class采用Vario LED模组这样类似的结构。而另一种静态ADB方式,其结构一般采用矩阵排列,其光源一般使用LED光源,光路结构可采用投射式(图1)或反射式(图2)。


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针对目前主流的两种ADB系统方式,分别从光源类型、光学系统、机械系统、电子系统、造型自由度、路面分布、主观感受、成本8项内容,分别给技术实现的难易程度,驾驶感受舒适度、成本费用的高低进行比较。各等级评分值参考为:低(1分)-较低(2分)-中等(3分)-高(4分)。因动态ADB系统对机械系统、电路控制、成本等要求甚高,本文不进行讨论。



三、静态ADB反射型分区方案


1、ADB系统配光法规内容

依据UNECE R123 Series01,ADB系统法规把无眩目区域分成6个区域,这6个区域分别对应于6条线段及以上区域(图2-1)。当主车分别距离对面来车50m、100m、200m时,分别激活对应的照明单元,组合形成对应的暗区。同理同向行驶时也有三个区域,其靠右行驶RHT(Right-HandTraffic)的法规内容如下:

(1)对面来车要求

Line1表示距离对面来车50m时最大光强为625cd;Line2表示距离对面来车100m时最大光强为1750cd;Line3表示距离对面来车200m时最大光强为5450cd;(图2-2)

(2)同向行驶车要求

Line4表示距离对面来车50m时最大光强为1850/2500 cd;Line5表示距离对面来车100m时最大光强为5300/7000 cd;Line6表示距离对面来车200m时最大光强为16000 cd。除Line6外,分别定义了左侧区和右侧区的最大光强值。(图2-3)


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2、探测传感器的灵敏度要求

依据UNECER48Series 06,对面行驶的机动车探测距离不低于400 m,前方同向行驶的机动车探测距离不低于100m;对面驶来的自行车的探测距离应不低于75m;自行车所装的白色灯光发光强度为150cd。另外部环境大于7000 Lux时ADB功能自动关闭。


3、ADB分区方案

(1) 两片式

单边灯LED初始光通量分配和设置:近光(1300lm)+ADB(2*250lm)=1800lm,ADB光源采用两颗1×2芯片LED,Zone-1,Zone-2使用相同的LED (250lm/chip)(图3),若光学系统效率为0.55,光学系统效率定义如下:

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则近光在地面分布的光通量为715 lm,全部点亮时(Low Beam+ADB)在地面分布的总光通量为990lm。光分布区域分成Zone-1,Zone-2,功能切换仅考虑周围有车的情况,ADB使用效率定义如下:

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各工作状态内容详见表1。此方案优点是控制方式简单,缺点也很明显,仅仅对外部其它车辆环境简单处理,对主车驾驶安全性不高。

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(2 )三片式

单边灯LED初始光通量分配和设置:近光(1300lm)+ADB(2*150lm+200lm)=1800lmADB光源采用3颗单芯片LEDZone-1,Zone-2各使用150lm/chipLED, Zone-3使用200lm/chipLED(图4)。根据公式(1)计算角度(1.7°)和距离的关系,工作状态B的探测距离大约为125m,见表2。此方案优点为控制方式较易,因同时考虑到外部其它车辆和主车驾驶的相对关系,主动安全性相对较高,且ADB的平均使用效率为90%,要比两片式效率略高。缺点是对于同向行驶车辆处理比较简单,成本相对比较适中。

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(3) 五片式

单边灯LED初始光通量分配和设置:近光(1300lm)+ ADB(5*100lm)=1800lm,ADB光源采用5颗单芯片LED,Zone-1~5均采用100lm/chipLED(图5)此方案优点,基本考虑到外部其它车辆和本车驾驶的所有关系,且ADB的平均使用效率高(92%)。缺点,控制方式较复杂,成本费用高(表3)。

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(4)结果

通过三种分区方案的比较,我们认为第二种方案成本适中,同时安全性也能兼顾,故选择三片式结构做配光设计。



四、三片式仿真结果


1、基础近光

近光作为基本配置,大多数供应商都已开发成标准件,通常会搭配一个单元来提供某种模式,这里因篇幅关系省略掉设计内容。按照以上参数,初始光通量1300lm,功率约为14W,实际近光仿真结果的总光通量接近700lm(图6)。


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2、ADB远光

LED发光面约1*1mm,发光角120°,光型分区约1.7°,初始光通量1800lmLED光源距离反射镜17mm,每一分区单元反射面参数高度为50mm,宽度为40mm(图7)。自适应远光全部点亮的仿真结果如图8

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3、ADB各工作状态仿真结果

工作状态A、B、C分别对应于图9-1、图9-2、图9-3,从表3可知工作状态AD相同,图10为工作状态A时驾驶员视角图。


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五、评价方法

虽然目前国际上主流的灯光性能评价标准(CIE188:2010)对近、远光已有非常详细的定义和要求,但并未考虑AFSAdaptiveFront Lighting Systems)及ADB系统,仍需要对其标准进行扩展。当然借助于软件动态模拟和实车动态测试的综合评价已经在一些汽车制造商得到应用。同时ECE R48S06在附录12中也定义了自适应远光的驾驶测试方法,主要是评估和记录测试车辆在遇到对面和跟随其他道路使用者情况下,不同的交通状况、道路和车速下自适应远光的性能和可接受程度。



六、总结

近年来大功率的LED被大量使用,大灯的近光模组单元已被很多灯具供应商开发认可成标准件。在满足法规的前提下,尽量把近光的光分布做的更宽,在配合ADB系统使用中加入AFS系统的某一种模式(如高速模式),充分利用自动调节的功能来调节水平截止线的高度,增加驾驶者的良好的视觉范围。其次在定义各分区时,恰当的控制配光垂直明暗截止线的边界大小。可依据传感器的探测距离的精度和反馈时间来综合考虑,一般实际需要的边界比理论边界要宽一些。当然对于各分区点亮和关闭的两种状态设置成由亮到暗或由暗到亮的渐变过程,也可增加ADB功能的使用时间和驾驶安全性。此外天气因素对ADB功能影响也不容忽视,法规要求必须在良好的可视范围内使用,且气象光学视程MOR Meteorological Optical Range) 必须大于2000m

本文通过三种分区方案比较,从LED的选型,初始光通量的配比和配光的分区形式,兼顾ADB效率和适中的成本,采用比较折中的三片式,虽分区上精细化有限,但对于驾驶的安全和舒适性已有很大的提高,使得ADB技术逐步在一些中端车型上推广成为可能。




文章转载自IFAL公众号



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