最具发展前景汽车新技术简介——不刺眼的远光灯

甘肃金城理工中等专业学校 白彩盛临夏现代职业学院 何 洋

前照灯远光功能是汽车上的重要功能之一，与近光相比，远光的光线平行射出，光线集中且亮度较大，可以照到更高更远的物体，对于改善夜间驾驶人的视线有很大的帮助。然而目前滥用远光灯的现象相当严重，错误使用远光灯不仅不会提高行车安全，反而会增加危险事故的发生几率。当夜晚会车时，近距离使用远光灯，会造成对面车辆驾驶人视觉上的“盲区”，致盲时间根据驾驶人自身视力、周围环境不同，持续时间也会不同，但至少要持续2 s～3 s，在这段时间里，驾驶人对周围行人及前后来车的观察能力大大下降。这时候，如果有行人横穿马路，根本看不清，极易酿成交通事故。有的驾驶人还私自改装刺眼炫目的氙气灯，会车时，刺目的白光更让人头晕目眩，成为酿成交通事故的隐患。本文介绍目前最具发展前景的不刺眼远光灯技术。

1 不刺眼的远光灯

1.1 丰田LED排式AHS（自适应远光灯控制系统）

丰田开发的新一代辅助视野车灯照明技术——LED排式AHS（Adaptive High beam System，自适应远光灯控制系统），是一种新型的LED前照灯，采用呈一字排列的多个LED作为远光灯光源，可通过分别独立控制LED车灯的点亮与关闭，实现更加精确的配光控制，与传统车灯照明相比，照射范围更广，且不会造成前车和对面车的乘员炫目。该车灯能够照射到前车与对面车会车时两车之间的空隙（图1），从而帮助驾驶人发现横穿马路的行人等。另外，该车灯可以根据不同的行驶环境灵活配光，在市区道路低速行驶（15 km/h～40 km/h）时可实现配光范围增大；在高速行驶（80 km/h以上）时可以将光线集中在远方。

以前的AHB（Automatic High Beam，远光灯自动控制系统）是在摄像头检测到前方车辆后，自动从远光灯切换为近光灯，以防止晃眼，但在改为近光灯后，如果遇到前行车辆的前方有行人横穿马路的情况时，有时会很难看到行人。而使用LED排式AHS（自适应远光灯控制系统）后，通过摄像头检测到前行车辆的尾灯及对向车辆的前照灯后，就会熄灭多个LED光源中的一些特定光源，由此防止远光灯晃到前方车辆的驾驶人，便可继续开着远光灯行驶（图2），因此行车安全性更高。

另外，为进一步保障夜间行驶安全，LED排式AHS（自适应远光灯控制系统）还具备转向配光功能，通过配光与转向操作联动照亮转弯处，保持灯光方向与汽车的当前行驶方向一致，确保在多弯道路段也能为驾驶人提供最佳可见度。而原来的“智能AFS（自应适前照灯系统）”则是与转向操作联动，使近光灯照向要转弯的方向。LED排式AHS（自适应远光灯控制系统）在照射距离方面，近光灯为40 m，而远光灯可达到100 m。

图1 LED排式AHS（自适应远光灯控制系统）的精确配光控制效果

图2 LED排式AHS（自适应远光灯控制系统）的效果

2 奥迪矩阵式LED前照灯

所谓矩阵式前照灯，指的是发光单元的数量很多，可达数十个，它们按照一定的方式排列，形成了一种矩阵，通过控制矩阵内发光单元的开关，以及调节灯组内的反光镜、透镜等部件的角度，让系统可以精准地调整照明的角度和范围（图3）。

奥迪矩阵式LED前照灯（Audi Matrix LED headlights）结构如图4所示，由25颗LED单体组成，具有64级调光水平和10亿种不同的光线变化。凭借安装在车前的摄像头的光线检测功能，当车速达到30 km/h时，感应式自动前照灯与矩阵式LED前照灯便会自行启动，此时，由25颗LED单体组成的车灯灯组可以使每个光段独立接通或关闭（彼此之间没有联系，各自单独工作），也可以将灯光变暗，如图5所示，如果识别出道路上有别的车辆，便可以将此时导致别人炫目的那部分远光灯光段关闭（无论是针对前行车辆还是对向来车均可执行该项操作），其余那部分远光灯光段（就是此时并未引起别人炫目的那部分远光灯光段）仍然以远光灯状态照亮道路，始终为驾驶人提供尽可能好的道路照明，最大限度地利用远光灯，可以让驾驶人在夜间拥有清晰的行车视野（图6），并能防止高亮度的灯光影响到对面来车或前方车辆。

新奥迪A8L轿车的夜视标记灯在夜视辅助摄像头检测到前方有行人时，可以有针对性地辅助照亮行人，发出3次光线频闪以警示驾驶人和行人潜在的危险（图7），降低夜间意外的可能。

3 奥迪矩阵式激光前照灯

激光前照灯指的是利用激光二极管作为光源的汽车前照灯。激光前照灯在保持LED前照灯响应速度快、亮度衰减少等优点的情况下，体积更小、能耗更低。激光前照灯由于光束集中，所以照射距离很远，但是带来的问题就是发散性比较差，光束覆盖的角度比较窄，不宜用作近光灯。实际上，宝马i8车的灯组里，激光前照灯模块只是配合远近一体的LED前照灯使用的，主要用作增强远光灯的照射距离，基于这个原因，宝马i8车的激光前照灯只有当车速在40 km/h以上时才会启用。为了解决这一问题，奥迪以矩阵式LED前照灯的思路对激光前照灯做了改进，推出了矩阵式激光前照灯。

如图8所示，作为发光单元的激光二极管发射出波长为450纳米的蓝色光束，照射到成千上万个直径仅为3 mm的微型反射镜上。每个微型反射镜都可以独立地在水平和垂直2个轴上对角度进行调节。通过这些微型透镜的调节，反射出来的光束既可以保持集中，以作为远光获取更长的照射距离；也可以变得发散，作为近光获得更广的照射角度。同时，光束还可以偏转一定的角度，以覆盖弯道的盲区。不过此时光束还是蓝色的，所以在微型反射镜的前方还有一块涂有含磷涂层的滤镜，光束通过滤镜之后变为白色，色温为接近日光的5 500 K，之后，光束还要穿过一块透镜，以完成最后的优化。同时，矩阵内的每一个激光二极管都可以独立开启或关闭。在车辆的雷达或红外摄像机等传感器探测到前方的车辆后，可以关闭一部分激光二极管，使光束避开前方车辆，以免造成驾驶人炫目。矩阵式激光前照灯以矩阵技术解决了激光照射范围过窄的缺点，令全激光前照灯成为可能。

图3 矩阵式前照灯可以关闭部分发光单元避免驾驶人炫目

图4 奥迪矩阵式LED前照灯的结构

图5 矩阵式LED前照灯不同状态下的远光灯状态

4 美国卡内基梅隆大学的可编程前照灯

美国卡内基梅隆大学机器人技术研究所研发的可编程前照灯，用数字光处理前照灯取代了标准的前照灯或LED灯群，能够将灯光分散成100万束小光线，每一束光都可以通过车载计算机独立控制。该系统利用一台照相机即可感知迎面来的车辆、降雨和其他物体（如道路标示），100万束光根据道路情况可以相应地进行调整，有些光束变暗以保护迎面来车驾驶人的眼睛，而有些光束变亮以凸显道路标识或行车道，使得驾驶人可以充分利用远光灯，无需担忧刺眼灯光会导致迎面而来的驾驶人看不清路况，或者在雨雪天夜间驾驶遭受刺眼光芒，但该可编程前照灯整体照明的改变非常细微，一般来说驾驶人注意不到前照灯整体照明的差别。这种可编程前照灯可以感知并虚拟追踪任何数量的迎面而来的驾驶人，遮挡住有可能照射到驾驶人眼部的少部分远光灯。此外，在雪天或雨天，前照灯通过追踪车辆附近的单片雪花或雨滴并阻挡前照灯狭窄的银镀层（银镀层会照亮雨滴并反射进入驾驶人眼里）而改善驾驶人的视力。该前照灯的照相机检测和相应的亮度调节之间的时间间隔大约为1 ms～2.5 ms，这种近乎即刻的反应速度意味着在大多数情况下系统无需成熟的算法即可预测当前照灯做出反应时迎面而来的驾驶人或雪花的精确位置。

图6 奥迪矩阵式LED前照灯的实际效果

图7 新奥迪A8L轿车的夜视标记灯

图8 奥迪矩阵式激光前照灯的构造

除了预防刺眼的光，该前照灯还可以用于突出车道，当道路的车道标记或边缘不清晰，或大雪模糊了车道标志线时，可有效辅助驾驶。当与导航系统相连时，可编程前照灯可投射箭头或其他方向指示以从视觉上引导驾驶人。